專利名稱：一種激光強化和激光毛化組合設備的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于對軋輥表面處理領域，主要涉及的是一種對軋輥表面進行激光強化和激光毛化處理的設備。
背景技術(shù)：
為了改善冷軋薄鋼板的板型、深沖性、延伸率和涂鍍性能，需要對冷軋薄鋼板的軋輥表面進行毛華處理，以使軋輥表面形成一層凸點。激光毛化是軋輥表面毛化處理的一種先進技術(shù)，激光毛化處理設備包括基?；虻碗A模高功率激化器、導光系統(tǒng)、加工機床、毛化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的控制下，加工機床帶動軋輥高速旋轉(zhuǎn)，毛化系統(tǒng)沿軋輥軸向運動，并將連續(xù)激光束轉(zhuǎn)變成脈沖激光束作用在軋輥表面，使軋輥表面在脈沖激光作用下產(chǎn)生大量的凹坑。另外，為了避免軋輥表面破壞，提高軋輥質(zhì)量和使用壽命，必須對軋輥的表面進行淬火、熔覆、合金化強化處理，以軋輥表面形成一層高強度韌性、高耐磨性的合金層。激光強化處理是進行軋輥表面強化的一種方式，激光強化處理設備包括多模高功率激化器、導光系統(tǒng)、加工機床、強化系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)的控制下，加工機床帶動軋輥旋轉(zhuǎn)，強化系統(tǒng)沿軋輥軸向運動，并將激光束作用于軋輥表面，對軋輥進行淬火、熔覆、合金化等強化處理?？梢娚鲜黾す饷幚碓O備和激光強化處理設備有許多相同和相似之處， 如加工機床、控制系統(tǒng)、導光系統(tǒng)、高功率激光器等。但是，上述激光毛化處理設備和激光強化處理設備為分別獨立的設備，在批量生產(chǎn)過程中，這種分別獨立的激光毛化處理設備和激光強化處理設備能滿足大規(guī)?；a(chǎn)。然而，對于實驗室、中試工廠等對品種、小批量的工廠，由于加工批量較小，分別獨立的激光毛化處理設備和激光強化處理設備的利用率小， 造成兩種設備的極大浪費。因此有必要對激光毛化設備和激光強化設備的相同和相似部分進行合并和技術(shù)處理，提供一種既能用于軋輥表面激光強化處理，又能用于軋輥表面激光毛化處理的設備。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種激光強化和激光毛化組合設備，能同時進行激光強化處理和毛化處理，主要用于實驗室和小批量工廠。本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種激光強化和激光毛化組合設備，包括具有旋轉(zhuǎn)的加工機床、沿所述旋轉(zhuǎn)軸的軸向運動的軸向平移工作臺、置于所述軸向平移工作臺的光束切換系統(tǒng)、強化系統(tǒng)、毛化系統(tǒng)、激光器以及控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速、 軸向平移工作臺的軸向運動速度、光束切換系統(tǒng)的上移或下移切換、以及激光器啟動的控制系統(tǒng)，所述光束切換系統(tǒng)包括強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡、毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡、以及在所述控制系統(tǒng)控制下牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移或下移的氣缸，所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述氣缸機械連接，所述強化系統(tǒng)在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移時通過所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述激光器光路連接，所述毛化系統(tǒng)在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡下移時通過所述毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述激光器光路連接。在本實用新型的一個實施例中，所述一種激光強化和激光毛化組合設備還包括固定待處理的軋輥的旋轉(zhuǎn)卡盤和頂尖、以及連接所述軸向平移工作臺并在所述控制系統(tǒng)控制下沿所述旋轉(zhuǎn)軸的徑向運動的垂向平移工作臺，所述毛化系統(tǒng)和強化系統(tǒng)均置于所述垂向平移工作臺。在本實用新型的另一個實施例中，所述強化系統(tǒng)包括光束均勻化境、積分鏡以及柱面聚焦鏡，所述光束均勻化境在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移時與所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡光路連接，所述積分鏡與所述光束均勻化境光路連接所述柱面聚焦鏡與所述積分鏡光路連接。本實用新型取得的有益效果是I、集成激光毛化處理功能和激光淬火和熔覆或合金化等強化處理功能，適用于實驗室、中試工廠等多品種、小批量的工廠，設備利用率高，克服現(xiàn)有激光毛化處理設備和激光強化處理設備在小批量工廠中利用率不高導致的浪費現(xiàn)象。2、僅采用一個激光器、控制系統(tǒng)和加工機床可實現(xiàn)毛化處理和強化處理這兩種獨立的功能，與現(xiàn)有激光毛化處理設備和激光強化處理設備均具有激光器、控制系統(tǒng)和加工機床相比，本設備投資較小。3、僅利用高功率基?；虻碗A模光束即可實現(xiàn)毛化處理和強化處理這兩種獨立的功能，與現(xiàn)有激光強化處理設備采用多模激光束，以滿足軋輥表面均勻、面積大的強化效果，以及現(xiàn)有激光毛化處理設備采用低階?；蚧＜す馐詽M足軋輥表面毛化點粗糙度、 密度要求相比，本設備采用一種光束即可實現(xiàn)強化要求和毛化要求。具體地，由于毛化處理必須采用基?；虻碗A模光束，強化處理必須采用強度均勻的光束，因此毛化和強化集成處理的一個難點就是把用于毛化的光束變換成可用于強化的光束。本實用新型克服了這一難點，使用一種光束-基?；虻碗A模光束來實現(xiàn)強化和毛化處理，其中，一路基?；虻碗A模光束通過毛化系統(tǒng)進行毛化處理，一路基?；虻碗A模光束通過強化系統(tǒng)的光束均勻化境變換成強度均勻分布的光束，積分鏡將強度均勻分布的光束變換成強度均勻分布的、固定長寬比的矩形光束，柱面聚焦鏡將強度均勻分布的、固定長寬比的矩形光束變換成強度均勻分布的、可變長寬比的矩形光束，以便實現(xiàn)強化處理。

圖I為本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的橫截面示意圖；圖2是本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的斷面示意圖；圖3是本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的光束切換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的激光器、毛化系統(tǒng)、強化系統(tǒng)的光路關系不意圖；圖5是本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的第一實施例的內(nèi)部光路圖；圖6是本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的第二實施例的內(nèi)部光路圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參考附圖描述本實用新型的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。如圖I和圖2所示一種激光強化和激光毛化組合設備，包括具有旋轉(zhuǎn)軸151的加工機床150、沿所述旋轉(zhuǎn)軸151的軸向運動的軸向平移工作臺161 (運動方向如圖I中箭頭Dl)、置于所述軸向平移工作臺152的光束切換系統(tǒng)120、與所述軸向平移工作臺161連接并沿所述旋轉(zhuǎn)軸151的徑向運動的垂向平移工作臺162 (運動方向如圖2中箭頭D2)、置于所述垂向平移工作臺156的強化系統(tǒng)130和毛化系統(tǒng)140、激光器110以及控制所述旋轉(zhuǎn)軸151的轉(zhuǎn)速、軸向平移工作臺161的軸向運動速度、垂向平移工作臺162的徑向運動速度、激光器110的開啟以及光束切換系統(tǒng)120上移或下移切換控制系統(tǒng)(圖未示出)。另外，所述一種激光強化和激光毛化組合設備還包括旋轉(zhuǎn)卡盤152和頂尖153，所述待處理的軋輥1000貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸151，所述旋轉(zhuǎn)卡盤152和頂尖153固定所述軋輥1000的兩端。如圖3和圖4所示，所述光束切換系統(tǒng)120包括強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121、毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡123、以及在所述控制系統(tǒng)控制下牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上移或下移的氣缸 122，所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121與所述氣缸122機械連接，所述強化系統(tǒng)130在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上移時通過所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121與所述激光器110光路連接，所述毛化系統(tǒng)在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121下移時通過所述毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡123與所述激光器110光路連接。具體的，在所述控制系統(tǒng)控制下，所述氣缸122牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121沿與所述激光器110發(fā)射的光束垂直的方向上移或下移(見圖3中的雙箭頭D)。當所述氣缸 122牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上移時，所述激光器110發(fā)射的光束射到所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上，所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121將所述激光器110發(fā)射的光束反射至所述強化系統(tǒng)
130;當所述氣缸122牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121下移時(此時所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121 不阻擋所述激光器110發(fā)射的光束)，所述激光器110發(fā)射的光束經(jīng)過毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡123 發(fā)射至所述毛化系統(tǒng)。如圖5所示，所述強化系統(tǒng)130包括光束均勻化境131、積分鏡132以及柱面聚焦鏡133，所述光束均勻化境131在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上移時與所述激光器110光束連接，所述積分鏡132與所述光束均勻化境131光路連接所述柱面聚焦鏡133與所述積分鏡 132光路連接。其中，所述激光器110采用高功率基模或低階模激光器，其發(fā)射高功率基?；虻碗A模光束。所述加工機床采用軋輥車床，所述毛化系統(tǒng)采用現(xiàn)有的激光毛化處理設備。下面說明本實用新型一種激光強化和激光毛化組合設備的工作原理首先，將待處理的軋輥1000貫穿所述加工機床150的旋轉(zhuǎn)軸151，軋輥的尾部用頂尖153頂緊，頭部用旋轉(zhuǎn)卡盤152粗略卡緊。然后，控制系統(tǒng)控制所述加工機床的垂向平移工作臺162沿所述旋轉(zhuǎn)軸的徑向運動，從而調(diào)整到與軋輥1000直徑大小匹配的位置使垂向平移工作臺162臨近軋輥1000的外周，再講旋轉(zhuǎn)卡盤152旋緊軋輥1000，此時待處理的軋輥1000可旋轉(zhuǎn)地固定在所述加工機床150的旋轉(zhuǎn)軸151上。接著，控制系統(tǒng)控制加工機床150的旋轉(zhuǎn)軸151旋轉(zhuǎn)以及控制軸向平移工作臺161 軸向運動，所述軸向平移工作臺161的軸向運動速度與所述旋轉(zhuǎn)軸151的旋轉(zhuǎn)速度匹配。此時，貫穿所述旋轉(zhuǎn)軸151的軋輥1000在旋轉(zhuǎn)軸151的帶動下旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)放心見圖2中的箭頭D3)，置于所述軸向平移工作臺161的光束切換系統(tǒng)120和與所述軸向平移工作臺161 連接的垂向平移工作臺162也沿著所述旋轉(zhuǎn)軸151軸向運動、位于所述垂向平移工作臺162 上的強化系統(tǒng)130和毛化系統(tǒng)140也沿著所述旋轉(zhuǎn)軸151軸向運動。同時，控制系統(tǒng)控制激光器110發(fā)射高功率基?；虻碗A模光束并控制所述光束切換系統(tǒng)120的氣缸122牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上移或下移。當所述控制系統(tǒng)控制所述光束切換系統(tǒng)120的氣缸122牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡 121上移時，所述轉(zhuǎn)光鏡110發(fā)射的高功率基?；虻碗A模光束射到所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121 上，所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121將所述激光器110發(fā)射的高功率基?；虻碗A模光束發(fā)射至所述強化系統(tǒng)130的光束均勻化境131，所述光束均勻化境131將所述高功率基模或低階模光束轉(zhuǎn)化為強度均勻的光束，所述強度均勻的光束射至所述積分鏡132，所述積分鏡132將所述強度均勻的光束轉(zhuǎn)化為長寬比固定的光束，所述長寬比固定的光束射至所述柱面聚焦鏡 133，所述柱面聚焦鏡133將所述長寬比固定的光束轉(zhuǎn)化為長寬比可調(diào)的光束，所述長寬比可調(diào)的光束射至所述待處理的軋輥的表面，對所述待處理的軋輥1000的表面進行淬火或熔覆或合金化處理，從而在所述待處理的軋輥1000的表面形成一層強化帶。當所述控制系統(tǒng)所述光束切換系統(tǒng)120的氣缸122牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121 下移時，所述激光器110發(fā)射的高功率基?；虻碗A模光束經(jīng)過毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡123反射至所述毛化系統(tǒng)140，所述毛化系統(tǒng)140對所述待處理的軋輥1000的表面進行毛化處理，從而在所述待處理的軋輥1000的表面形成一系列凸點。可以理解，所述強化系統(tǒng)還包括多個轉(zhuǎn)光鏡。如圖6所示，強化系統(tǒng)c包括轉(zhuǎn)光鏡 1311、光束均勻化境131、轉(zhuǎn)光鏡1321、積分鏡132以及柱面焦距鏡133，所述光束均勻化境
131在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121上移時通過所述轉(zhuǎn)光鏡1311與所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡光路 121連接，所述積分鏡132通過所述轉(zhuǎn)光鏡1321與所述光束均勻化境131光路連接，所述柱面聚焦鏡133與所述積分鏡132光路連接。此時，當所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡121將所述激光器110發(fā)射的高功率基?；虻碗A模光束發(fā)射至所述強化系統(tǒng)130時，所述轉(zhuǎn)光鏡1311將所述高功率基模或低階模光束發(fā)射至光束均勻化境131，所述光束均勻化境131將所述高功率基模或低階模光束轉(zhuǎn)化為強度均勻的光束，所述強度均勻的光束射至轉(zhuǎn)光鏡1321，所述轉(zhuǎn)光鏡1321將所述強度均勻的光束反射至所述積分鏡132，所述積分鏡132將所述強度均勻的光束轉(zhuǎn)化為長寬比固定的光束，所述長寬比固定的光束射至所述柱面聚焦鏡133，所述柱面聚焦鏡133將所述長寬比固定的光束轉(zhuǎn)化為長寬比可調(diào)的光束，所述長寬比可調(diào)的光束射至所述待處理的軋輥1000的表面，對所述待處理的軋輥的表面進行淬火或熔覆或合金化處理，從而在所述待處理的軋輥1000的表面形成一層強化帶。最后應說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型而并非限制本實用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本實用新型已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術(shù)人員應當理解，仍然可以對本實用新型進行修改或等同替換；而一切不脫離本實用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍中。
權(quán)利要求1.一種激光強化和激光毛化組合設備，其特征在于包括具有旋轉(zhuǎn)的加工機床、沿所述旋轉(zhuǎn)軸的軸向運動的軸向平移工作臺、置于所述軸向平移工作臺的光束切換系統(tǒng)、強化系統(tǒng)、毛化系統(tǒng)、激光器以及控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速、軸向平移工作臺的軸向運動速度、光束切換系統(tǒng)的上移或下移切換、以及激光器啟動的控制系統(tǒng)，所述光束切換系統(tǒng)包括強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡、毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡、以及在所述控制系統(tǒng)控制下牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移或下移的氣缸，所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述氣缸機械連接，所述強化系統(tǒng)在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移時通過所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述激光器光路連接，所述毛化系統(tǒng)在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡下移時通過所述毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述激光器光路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光強化和激光毛化組合設備，其特征在于還包括固定待處理的軋輥的旋轉(zhuǎn)卡盤和頂尖、以及連接所述軸向平移工作臺并在所述控制系統(tǒng)控制下沿所述旋轉(zhuǎn)軸的徑向運動的垂向平移工作臺，所述毛化系統(tǒng)和強化系統(tǒng)均置于所述垂向平移工作臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光強化和激光毛化組合設備，其特征在于所述的強化系統(tǒng)包括光束均勻化境、積分鏡以及柱面聚焦鏡，所述光束均勻化境在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移時與所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡光路連接，所述積分鏡與所述光束均勻化境光路連接所述柱面聚焦鏡與所述積分鏡光路連接。
專利摘要本實用新型公開了一種激光強化和激光毛化組合設備，包括具有旋轉(zhuǎn)的加工機床、軸向平移工作臺、光束切換系統(tǒng)、強化系統(tǒng)、毛化系統(tǒng)、激光器以及控制所述旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速、軸向平移工作臺的軸向運動速度、光束切換系統(tǒng)的上移或下移切換、以及激光器啟動的控制系統(tǒng)，所述光束切換系統(tǒng)包括強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡、毛化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡、以及在所述控制系統(tǒng)控制下牽引所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移或下移的氣缸，強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述氣缸機械連接，所述強化系統(tǒng)在所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡上移時通過所述強化系統(tǒng)轉(zhuǎn)光鏡與所述激光器光路連接。本實用新型集成激光強化和激光毛化處理功能，適用于實驗室及小批量工廠，具有利用率高，投資小的優(yōu)點。
文檔編號B23K26/42GK202344121SQ20112043702
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者杜振剛 申請人:杜振剛