專利名稱：用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于輥類表面毛化的激光加工設(shè)備，特別涉及一種具有能加工無規(guī)則毛化點(diǎn)的輥類表面毛化的激光加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
YAG激光毛化設(shè)備是中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所在九十年代研究開發(fā)的冷軋輥激光加工設(shè)備，如中國(guó)專利號(hào)ZL 92113223.9，名稱“高重頻調(diào)制多脈沖YAG激光刻花系統(tǒng)及加工方法”；中國(guó)專利號(hào)ZL94220848.X，名稱“用于軋輥表面毛化的激光加工設(shè)備”。圖1是該設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)示意圖。該設(shè)備采用高重復(fù)頻率的大功率激光脈沖作用于軋輥表面，在輥面上產(chǎn)生無數(shù)一定形貌的強(qiáng)化微坑(毛化點(diǎn))。該設(shè)備類似于普通車床。其工作過程是機(jī)床主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)軋輥旋轉(zhuǎn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)架上的激光頭平移，聲光電源控制激光器發(fā)出固定頻率的激光脈沖，從而在軋輥上打出一條等螺距的由毛化點(diǎn)構(gòu)成的螺旋線。圖4是利用這一方法打的冷軋輥表面的毛化點(diǎn)形貌圖(左右代表軸向，上下代表圓周向，下同)，稱之為不可控分布毛化點(diǎn)形貌圖，相應(yīng)地稱圖4為不可控分布激光毛化設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖。由圖中可看出，每一圈上的毛化點(diǎn)間距基本相等。這是由于激光脈沖頻率固定，主軸轉(zhuǎn)速基本恒定。由于控制激光器的聲光電源的控制與主軸旋轉(zhuǎn)的控制是相互獨(dú)立的，沒有實(shí)現(xiàn)同步控制，而主軸轉(zhuǎn)速穩(wěn)速精度有限，導(dǎo)致毛化點(diǎn)點(diǎn)距的誤差。在整條螺旋線上這一誤差是累加的，所以各圈之間的毛化點(diǎn)的分布沒有規(guī)律，但有一定的規(guī)則，呈波浪形分布。
又如中國(guó)專利號(hào)ZL 00128273.5，名稱“具有可控分布毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)”；中國(guó)專利號(hào)ZL 00264774.5，名稱“用于輥類表面毛化的具有可控分布毛化點(diǎn)的激光加工裝置”。圖2是該設(shè)備的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5、圖6是利用這一方法打的冷軋輥表面的毛化點(diǎn)形貌圖，該設(shè)備通過在主軸同軸方向裝一高精度高分辨率的增量編碼器，并用一臺(tái)工控機(jī)控制聲光電源和移動(dòng)架實(shí)現(xiàn)輥面毛化點(diǎn)的可控分布。
實(shí)驗(yàn)表明，毛化點(diǎn)的分布對(duì)毛化板的性能影響很大。具有不可控分布毛化點(diǎn)的毛化板，它的各個(gè)部位及其各個(gè)方向的性能有較大差異，也即毛化板的各向同性不好；具有可控分布毛化點(diǎn)的毛化板，與不可控分布毛化點(diǎn)的毛化板相比，解決了毛化板的毛化點(diǎn)分布的均勻度問題，在各對(duì)應(yīng)的同一單位面積內(nèi)毛化點(diǎn)的分布相同，其各向同性有較大改善。它的各對(duì)應(yīng)部位的同方向的性能是一致的，但各對(duì)應(yīng)部位的不同方向的性能仍有較大差異，各不對(duì)應(yīng)部位及其各個(gè)方向的性能差異較大。
以上兩種毛化板的毛化點(diǎn)分布都有一定的規(guī)則，使毛化板各個(gè)方向的外觀不一致，有方向性，而實(shí)際中往往需要外觀無方向性的激光毛化板。但是現(xiàn)有的設(shè)備和加工方法還不能在輥類表面加工無規(guī)則分布的毛化點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供一種用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備，它可以改善上述已有的激光毛化加工設(shè)備中，由于毛化點(diǎn)分布都有一定的規(guī)則，導(dǎo)致的毛化板的各向同性和外觀質(zhì)量等方面的不足。
本實(shí)用新型的用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備，它包括帶動(dòng)輥類工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床設(shè)備、沿著輥類工件軸向移動(dòng)的激光加工裝置，以及偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置，所述的偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置由偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器、接收偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)的振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和隨振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)動(dòng)作的振鏡總成組成。
偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器由提供PC全部功能的單板機(jī)、與單板機(jī)的擴(kuò)展總線相連接的偏轉(zhuǎn)接口卡組成，偏轉(zhuǎn)接口卡由用于產(chǎn)生單步定時(shí)脈沖的定時(shí)器模塊、內(nèi)部存有一組按正弦波變化的數(shù)字量的信號(hào)源、按半周期定時(shí)向D/A模塊2輸出基準(zhǔn)電壓的D/A模塊1和按定時(shí)器模塊產(chǎn)生的單步定時(shí)脈沖向振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出模擬電壓的D/A模塊2構(gòu)成；單板機(jī)通過PC/104總線與D/A模塊1和定時(shí)器模塊的輸入端相連接；單板機(jī)上連有RS232C接口。
振鏡總成由振鏡電機(jī)、反射激光加工光速的反射鏡構(gòu)成，反射鏡與振鏡電機(jī)的軸相連接。
本實(shí)用新型的無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工裝置使輥類工件沿自身的軸線旋轉(zhuǎn)，使激光束沿輥類工件的軸向勻速運(yùn)動(dòng)，并定時(shí)向輥類工件的表面發(fā)射激光輸出信號(hào)，在輥類工件的表面形成毛化點(diǎn)，每次向輥類工件表面發(fā)射的激光輸出信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)偏轉(zhuǎn)，使輥類工件表面產(chǎn)生無規(guī)則分布的毛化點(diǎn)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型生產(chǎn)的激光毛化板具有更好的各向同性；2、本實(shí)用新型生產(chǎn)的激光毛化板具有更好的外觀質(zhì)量。


圖1是不可控分布YAG激光毛化設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是可控分布YAG激光毛化設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是增量編碼器與主軸聯(lián)接示意圖。
圖4是偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器程序流程圖。
圖6是振鏡總成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是矩形無規(guī)則分布毛化點(diǎn)示意圖。
圖8是菱形無規(guī)則分布毛化點(diǎn)示意圖。
圖9是可控?zé)o規(guī)則分布YAG激光毛化設(shè)備控制部分方框圖。
圖10是機(jī)床移動(dòng)架上層光路示意圖。
圖面說明1-待加工輥；2-光路防護(hù)罩；3-氣路；4-激光器；5-機(jī)床床頭；6-監(jiān)視器；7，22-機(jī)床導(dǎo)軌；8-機(jī)床移動(dòng)架；9-激光頭；10-光杠；11-機(jī)床床尾；14-二維移動(dòng)架；15-聲光電源；16-頂尖座；17-縱向伺服電機(jī)；18-滾珠絲杠；19-激光電源；20-控制柜；21-工控機(jī)；23-增量編碼器；24-彈性片聯(lián)軸節(jié)；25-增量編碼器安裝套；26-機(jī)床主軸變速箱；27-機(jī)床主軸套；28-機(jī)床主軸；29-橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；30-聚焦透鏡；31-擴(kuò)束鏡；32-反射鏡A；33-反射鏡B；34-反射鏡C；35-反射鏡D；36-攝像裝置；37-同軸照明燈；38-光路切換裝置；39-B路激光器；40-B路聲光盒；41-A路激光器；42-A路聲光盒；43，44，45-光路防護(hù)套；46-反射鏡E；47-振鏡電機(jī)；48-聯(lián)軸節(jié)；49-振鏡總成；50-入射口；51-出射口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明
為了實(shí)現(xiàn)激光毛化無規(guī)則分布，本實(shí)施例提出的方案是如圖2、圖3、圖4、圖9所示。輥類表面無規(guī)則毛化點(diǎn)的毛化加工采用偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置和隨機(jī)延時(shí)裝置實(shí)現(xiàn)。也即在可控分布激光毛化設(shè)備中增加控制量按偽隨機(jī)信號(hào)變化的裝置，使毛化點(diǎn)呈無規(guī)則分布。故該設(shè)備也稱為可控?zé)o規(guī)則分布毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)。
本實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖同圖2所示相同，設(shè)備由機(jī)床床頭，機(jī)床床身和控制柜三部分組成，具有與機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速無級(jí)可調(diào)的兩維數(shù)控車床相似的結(jié)構(gòu)形式。機(jī)床床頭5包括變頻器(型號(hào)為iHF-7.5K)、機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)(型號(hào)為YVP-132M)、機(jī)床主軸變速箱26(減速比為7.5)、機(jī)床主軸28及主軸套27、高精度高分辨率的增量編碼器23(型號(hào)為ZPJ-500A-25000，每轉(zhuǎn)等分10萬線)及安裝套、卡盤和滑潤(rùn)系統(tǒng)等。變頻器安裝在機(jī)床床頭5的底部，它與主軸驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)電連接；主軸變頻電機(jī)經(jīng)機(jī)床主軸變速箱與機(jī)床主軸相連；機(jī)床主軸一側(cè)固定卡盤，卡盤用于裝卡輥；另一側(cè)固定主軸套27，主軸套27(帶軸頭)與機(jī)床主軸28用螺紋連接，主軸套27經(jīng)彈性片聯(lián)軸節(jié)24與增量編碼器23軸相連(保證增量編碼器裝在機(jī)床主軸28同軸方向)；增量編碼器23端面固定增量編碼器安裝套25并經(jīng)安裝套與機(jī)床主軸變速箱26相連。潤(rùn)滑系統(tǒng)包括潤(rùn)滑泵、油箱及油管等，潤(rùn)滑系統(tǒng)用于潤(rùn)滑機(jī)床主軸變速箱。工控機(jī)21內(nèi)的D/A接口卡給變頻器發(fā)信號(hào)，變頻器驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸電機(jī)連同輥旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速無級(jí)可調(diào)。主軸電機(jī)連同輥旋轉(zhuǎn)時(shí)增量編碼器輸出反映輥旋轉(zhuǎn)位置的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)傳給工控機(jī)21內(nèi)的可控分布接口卡，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后控制無規(guī)則延時(shí)裝置和縱向伺服驅(qū)動(dòng)器。無規(guī)則延時(shí)裝置控制聲光電源19?？v向伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)縱向伺服電機(jī)17，經(jīng)滾珠絲杠18帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)架14在機(jī)床導(dǎo)軌22上左右移動(dòng)。
床身包括機(jī)床導(dǎo)軌22、機(jī)床移動(dòng)架14、縱向伺服電機(jī)17、滾珠絲杠18和頂尖座16等。所述的伺服電機(jī)17(使用型號(hào)為MDMA152A1A)與滾珠絲杠18直聯(lián)，伺服電機(jī)17驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠18通過絲母帶動(dòng)移動(dòng)架14與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，并在導(dǎo)軌22上左右移動(dòng)，且速度無級(jí)可調(diào)。移動(dòng)架14分上下兩部分，下半部分裝有一路或兩路聲光電源15及激光電源19，上半部分裝有A路激光器41及A路聲光盒42、B路激光器39及B路聲光盒40、光路切換裝置38、振鏡總成49、激光擴(kuò)束鏡31、光束反射鏡32、33、34與35、攝像裝置36、同軸照明燈37、橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)29、激光頭30和光路防護(hù)套43、44與45。
圖10是機(jī)床移動(dòng)架上層光路示意圖。光路切換裝置38由低速同步電機(jī)、絲杠、導(dǎo)軌、滑座及滑座上的全反鏡構(gòu)成，低速同步電機(jī)與絲杠直連，絲杠、導(dǎo)軌和滑座構(gòu)成一傳動(dòng)副。光路切換裝置38的作用是轉(zhuǎn)折光路，使B路激光器39發(fā)出的激光光束進(jìn)入振鏡總成49，然后進(jìn)入激光擴(kuò)束鏡31。激光擴(kuò)束鏡31包括發(fā)散鏡和聚焦鏡，由多片鏡子組成，它除了具有與一般的YAG激光加工設(shè)備中的擴(kuò)束鏡相同的對(duì)激光束擴(kuò)束準(zhǔn)直作用外，還能消除光學(xué)像差，減少激光束的彌散性。光束反射鏡32是光束分色鏡，光束分色鏡的作用是對(duì)1.06μm的YAG激光進(jìn)行全反射轉(zhuǎn)折而對(duì)波長(zhǎng)0.4～0.8μm的可見光進(jìn)行一半反射一半透射或按比例分光。光束反射鏡33與34是全反射鏡，全反射鏡用于轉(zhuǎn)折光束的傳輸方向。光束反射鏡35是光束分色鏡，光束分色鏡的作用是對(duì)波長(zhǎng)0.4～0.8μm的可見光進(jìn)行一半反射一半透射或按比例分光。同軸照明燈37發(fā)出的光束是平行光束，不要準(zhǔn)直，其作用是給CCD成像提供輔助光源。橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)29由橫向伺服電機(jī)(型號(hào)為MSMA042A1A)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌及滑座組成，滾珠絲杠、導(dǎo)軌和滑座構(gòu)成一傳動(dòng)副，它與裝在滑座上的位移傳感器、橫向伺服驅(qū)動(dòng)器及位置PID調(diào)節(jié)器構(gòu)成間距自動(dòng)跟蹤器，跟蹤間距可由工控機(jī)21內(nèi)的D/A接口卡設(shè)定。聚焦透鏡30包括激光聚焦鏡、保護(hù)鏡、輔助氣體噴射裝置，保護(hù)鏡安裝在聚焦鏡之前，它的作用是隔斷激光聚焦鏡與激光在輥面上的作用點(diǎn)的通道，使激光聚焦鏡免受污染。輔助氣體噴射裝置是一種雙氣路結(jié)構(gòu)。在激光毛化過程中，軋輥表面的金屬在激光的作用下產(chǎn)生溶化與部分汽化，為了使軋輥及軋制的金屬板達(dá)到一定的粗糙度，必須使軋輥表面不僅形成凹坑而且在凹坑的周圍還應(yīng)有凸臺(tái)的存在，這種凸臺(tái)就是由溶化的金屬流出凹坑凝固所形成。為此，輔助氣體噴射裝置的氣路之一設(shè)計(jì)成與光軸成一個(gè)夾角，變化范圍為30°～75°，將激光作用點(diǎn)處的熔融金屬吹向一側(cè)。輔助氣體噴射裝置的另一氣路是與會(huì)聚激光束同軸的，氣流引入處在保護(hù)鏡之前，從該氣路噴嘴射出的氣流用于阻隔激光與金屬作用的粉塵及飛濺物以保護(hù)保護(hù)鏡不被污染。激光聚焦鏡除了具有一般的YAG激光加工設(shè)備中的將激光束聚焦于工件表面的作用外，另一作用是作為CCD成像的前置物鏡，它與攝像裝置36的物鏡統(tǒng)一構(gòu)成CCD成像物鏡系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)29移動(dòng)時(shí)不影響CCD成像的清晰度。攝像裝置36包括物鏡、目鏡和CCD攝像頭，目鏡用于將經(jīng)物鏡處理的輥表面的形貌成像于CCD像元上。整個(gè)成像系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)顯微鏡裝置。A路激光器41內(nèi)裝有A路聲光盒42，B路激光器39內(nèi)裝有B路聲光盒40。光路防護(hù)套用于光路防塵，它有三種結(jié)構(gòu)。光路防護(hù)套45是固定長(zhǎng)度的金屬套筒，其作用是用于光束反射鏡32、33、34及35、攝像裝置36與同軸照明燈37之間的光路連接；光路防護(hù)套44是可微調(diào)的波紋狀的金屬筒或塑料筒，其作用是用于A路激光器41、B路激光器39、光路切換裝置38、激光擴(kuò)束鏡31和光束反射鏡32之間的光路連接；光路防護(hù)套43由兩段或兩段以上的固定長(zhǎng)度的金屬套筒組成，其作用是用于光束反射鏡32與聚焦透鏡30之間的光路連接，其特點(diǎn)是防護(hù)套的長(zhǎng)度可隨橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)29的前后移動(dòng)而變化。激光電源用于給激光器供電并能保證供電電流恒定，聲光電源通過給聲光盒發(fā)出超聲波信號(hào)控制激光器發(fā)出的光脈沖。
控制柜20包括工控機(jī)21(型號(hào)為AWS-825P)、縱向伺服驅(qū)動(dòng)器(型號(hào)為MSDA153A1A)、橫向伺服驅(qū)動(dòng)器(型號(hào)為MSDA043A1A)、冷卻系統(tǒng)和其他繼電控制電路等。圖9是可控?zé)o規(guī)則分布激光毛化設(shè)備控制部分方框圖。工控機(jī)內(nèi)AT總線上裝有一塊可控分布接口卡、兩塊電隔離雙路D/A接口卡(型號(hào)為PCL-728)。主軸電機(jī)連同輥旋轉(zhuǎn)時(shí)增量編碼器輸出反映輥旋轉(zhuǎn)位置的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)傳給工控機(jī)21內(nèi)的可控分布接口卡，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后控制偽隨機(jī)延時(shí)裝置和縱向伺服驅(qū)動(dòng)器。偽隨機(jī)延時(shí)裝置控制聲光電源19?？v向伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)縱向伺服電機(jī)17，經(jīng)滾珠絲杠18帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)架14在機(jī)床導(dǎo)軌22上左右移動(dòng)。工控機(jī)21內(nèi)的一塊D/A接口卡發(fā)兩路信號(hào)給激光器電源15，控制A路激光器41和B路激光器39。工控機(jī)21內(nèi)的另一塊D/A接口卡發(fā)一路信號(hào)給變頻器，變頻器驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸電機(jī)連同輥旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)速無級(jí)可調(diào)；D/A接口卡發(fā)另一路信號(hào)給位置PID調(diào)節(jié)器。激光與輥面間距自動(dòng)跟蹤器由工控機(jī)21、位置PID調(diào)節(jié)器、電感式非接觸位移傳感器(使用型號(hào)為ST-1型)、橫向伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)、滾珠絲杠傳動(dòng)副等構(gòu)成，它是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，工控機(jī)21設(shè)定間距大小，位移傳感器檢測(cè)實(shí)際間距，伺服驅(qū)動(dòng)器工作在速度控制方式。工控機(jī)21通過一路RS232C與偽隨機(jī)延時(shí)裝置內(nèi)的單板機(jī)(型號(hào)為PCM-3346F-00A2)相連，用于設(shè)定隨機(jī)延時(shí)的最大、最小值。工控機(jī)21通過另一路RS232C與偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置中的偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)的單板機(jī)(型號(hào)為PCM-3346F-00A2)相連，用于設(shè)定隨機(jī)偏轉(zhuǎn)頻率的最大、最小值及偏轉(zhuǎn)幅值的最大、最小值。冷卻系統(tǒng)由水箱、水泵及溫控器構(gòu)成，它的作用是用于激光器的冷卻。
本實(shí)用新型的偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置的示意圖如圖4所示。該裝置由偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器、振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和振鏡總成組成。偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器內(nèi)含單板機(jī)和PC/104偏轉(zhuǎn)接口卡。單板機(jī)(采用PC/104模塊)提供了完整PC的全部功能。PC/104偏轉(zhuǎn)接口卡由定時(shí)器模塊、信號(hào)源、D/A模塊1和D/A模塊2組成。定時(shí)器模塊用于產(chǎn)生單步定時(shí)脈沖，其值由單板機(jī)設(shè)定；信號(hào)源內(nèi)存有一組按正弦波變化的數(shù)字量，按定時(shí)器模塊產(chǎn)生的單步定時(shí)脈沖向D/A模塊2輸出按正弦波變化的數(shù)字量；D/A模塊1按半周定時(shí)向D/A模塊2輸出基準(zhǔn)電壓，其值由單板機(jī)設(shè)定；D/A模塊2按定時(shí)器模塊產(chǎn)生的單步定時(shí)脈沖向振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出模擬電壓，其值由信號(hào)源輸出數(shù)字量和D/A模塊2輸出基準(zhǔn)電壓確定。PC/104偏轉(zhuǎn)接口卡安裝在單板機(jī)的PC/104擴(kuò)展總線上。
偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置的外部信號(hào)有兩路輸出信號(hào)和RS232C接口。輸出信號(hào)是一模擬電壓信號(hào)，其幅值和(或)頻率在某一范圍內(nèi)按偽隨機(jī)信號(hào)變化，最大、最小值可通過RS232C接口設(shè)定。如果D/A模塊2輸出的單步定時(shí)按偽隨機(jī)信號(hào)變化，輸出模擬電壓的頻率就會(huì)按偽隨機(jī)信號(hào)變化；如果D/A模塊1輸出的基準(zhǔn)電壓每半周按偽隨機(jī)信號(hào)變化，輸出模擬電壓的幅值就會(huì)按偽隨機(jī)信號(hào)變化。
圖5是偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器程序流程圖。程序分主程序和中斷服務(wù)程序兩部分。主程序先“參數(shù)初始化”(將外存中的最大、最小幅值和最大、最小頻率等設(shè)定參數(shù)調(diào)入內(nèi)存，給定時(shí)器模塊初始化)，之后“送參數(shù)”(給定時(shí)器模塊送控制參數(shù))，然后等待查詢到單步定時(shí)結(jié)束，之后調(diào)用偽隨機(jī)函數(shù)修改單步定時(shí)參數(shù)，然后給定時(shí)器送新的控制參數(shù)，然后查詢半周計(jì)數(shù)是否到，未到時(shí)返回到“送參數(shù)”，否則調(diào)用偽隨機(jī)函數(shù)修改半周幅值參數(shù)，并返回到“送參數(shù)”，如此不斷循環(huán)。中斷服務(wù)程序通過RS232C接口將最大、最小幅值和最大、最小頻率等設(shè)定參數(shù)送到外存和內(nèi)存，之后主程序就按新的設(shè)定參數(shù)修改單步定時(shí)參數(shù)和半周幅值參數(shù)。
振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器輸出的偽隨機(jī)信號(hào)驅(qū)動(dòng)振鏡總成中的振鏡電機(jī)，使之按偽隨機(jī)信號(hào)偏轉(zhuǎn)。
圖6是振鏡總成結(jié)構(gòu)示意圖(去掉蓋板后的側(cè)視圖)。振鏡總成主要包括振鏡電機(jī)和反射鏡，振鏡電機(jī)的軸上裝有一聯(lián)軸節(jié)，反射鏡通過螺釘固定或膠粘的方式與聯(lián)軸節(jié)相聯(lián)。當(dāng)需改變光束的出入方向時(shí)，需另加反射鏡。
偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置插入現(xiàn)有輥類表面毛化激光加工設(shè)備的外光路中，位于聚焦鏡之前?？蓞⒖紙D10——機(jī)床機(jī)動(dòng)架上層光路結(jié)構(gòu)示意圖。
當(dāng)振鏡電機(jī)上的反射鏡隨振鏡電機(jī)按偽隨機(jī)信號(hào)偏轉(zhuǎn)時(shí)，毛化點(diǎn)就會(huì)在聚焦鏡的焦平面附近的一條線段上變化，形成一維無規(guī)則分布。當(dāng)振鏡總成包括兩組相互垂直的振鏡電機(jī)及反射鏡時(shí)，毛化點(diǎn)就會(huì)在聚焦鏡的焦平面附近形成兩維無規(guī)則分布。
偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置能使毛化點(diǎn)在圓周向和/或軸向形成一維或二維無規(guī)則分布。
圖7是矩形無規(guī)則分布毛化點(diǎn)示意圖。其中左圖為圓周向和軸向無規(guī)則分布幅值為零時(shí)的情況；中圖為圓周向無規(guī)則分布幅值不為零，軸向無規(guī)則分布幅值為零時(shí)的情況；右圖為圓周向和軸向無規(guī)則分布幅值都不為零時(shí)的情況。
圖8是菱形無規(guī)則分布毛化點(diǎn)示意圖。其中左圖為圓周向和軸向無規(guī)則分布幅值為零時(shí)的情況；中圖為圓周向無規(guī)則分布幅值不為零，軸向無規(guī)則分布幅值為零時(shí)的情況；右圖為圓周向和軸向無規(guī)則分布幅值都不為零時(shí)的情況。
本實(shí)用新型不限制激光波長(zhǎng)。偽隨機(jī)延時(shí)裝置可用于用電脈沖控制光脈沖的各類用于激光毛化的激光器，如聲光控制連續(xù)YAG激光器、射頻二氧化碳激光器；偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置可用于各類用于激光毛化的激光器，如YAG激光器、二氧化碳激光器。
權(quán)利要求1.用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備，它包括帶動(dòng)輥類工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床設(shè)備、沿著輥類工件軸向移動(dòng)的激光加工裝置，其特征在于它還包含有偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置，所述的偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置由偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器、接收偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)的振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和隨振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)動(dòng)作的振鏡總成組成；所述的偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器由提供PC全部功能的單板機(jī)、與單板機(jī)的擴(kuò)展總線相連接的偏轉(zhuǎn)接口卡組成，偏轉(zhuǎn)接口卡由用于產(chǎn)生單步定時(shí)脈沖的定時(shí)器模塊、內(nèi)部存有一組按正弦波變化的數(shù)字量的信號(hào)源、按半周期定時(shí)向D/A模塊2輸出基準(zhǔn)電壓的D/A模塊1和按定時(shí)器模塊產(chǎn)生的單步定時(shí)脈沖向振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出模擬電壓的D/A模塊2構(gòu)成；單板機(jī)通過PC/104總線與D/A模塊1和定時(shí)器的輸入端相連接；單板機(jī)上連有RS232C接口。所述的振鏡總成由振鏡電機(jī)、反射激光加工光速的反射鏡構(gòu)成，反射鏡與振鏡電機(jī)的軸相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備，其特征在于所述的振鏡總成的振鏡電機(jī)的軸端連接有聯(lián)軸節(jié)，反射鏡與聯(lián)軸節(jié)固定連接。
3.如權(quán)利要求2所述的用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備，其特征在于反射鏡與聯(lián)軸節(jié)通過螺釘連接或粘接。
專利摘要用于加工輥類表面無規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的激光加工設(shè)備，它涉及一種用于輥類表面毛化的激光加工設(shè)備，特別涉及一種具有能加工無規(guī)則毛化點(diǎn)的輥類表面毛化的激光加工設(shè)備。本實(shí)用新型包括帶動(dòng)輥類工件旋轉(zhuǎn)的機(jī)床設(shè)備、沿著輥類工件軸向移動(dòng)的激光加工裝置，以及偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置，所述的偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置由偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器、接收偽隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)的振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和隨振鏡電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)動(dòng)作的振鏡總成組成；振鏡總成由振鏡電機(jī)、反射激光加工光束的反射鏡構(gòu)成，反射鏡與振鏡電機(jī)的軸相連接。本實(shí)用新型可以改善上述已有的激光毛化加工設(shè)備中，由于毛化點(diǎn)分布都有一定的規(guī)則，導(dǎo)致的毛化板的各向同性和外觀質(zhì)量等方面的不足。
文檔編號(hào)B23K26/42GK2853262SQ20052013054
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者王紅才, 楊明江, 彭林華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所