Cvc軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法及其裝置，該方法通過實時調(diào)整采集的激光毛化頭的出光口與軋輥表面的距離，使激光的焦距始終落在待加工軋輥的表面，保證軋輥表面所受的激光能量相同，從而提高軋輥輥面粗糙度的均勻性。該裝置包括數(shù)控機床上可沿X軸方向移動的小托板，小托板上固定安裝有支承平臺，支承平臺上設(shè)置有可沿X軸方向移動的工作滑臺，工作滑臺的一端設(shè)置驅(qū)動電機，工作滑臺上設(shè)置有沿X軸方向發(fā)射激光的激光毛化頭，激光毛化頭上設(shè)置有距離傳感器，支承平臺上固定安裝有驅(qū)動電機、焦距實時控制器和信號處理器。
【專利說明】CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法及其裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及軋輥表面毛化處理技術(shù)，具體地指一種CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法及其裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]鋼板和帶鋼可以按要求隨意剪切、焊接和鉚接，也可以進行彎曲及沖壓成型，所以在國民經(jīng)濟各部門中得到廣泛應(yīng)用。特別是汽車和家用電器工業(yè)的飛速發(fā)展，對板帶的板形和平直度要求越來越高。
[0003]針對板帶產(chǎn)品的板形和平直度，世界幾個主要的工業(yè)發(fā)達國家均進行了長期的探討和研究，先后開發(fā)了 HC、CVC和UPC等技術(shù)。CVC技術(shù)在1984年首先由德國施羅曼.西馬克公司推出，它以其獨特之處在世界板帶的熱軋和冷軋領(lǐng)域里大顯神通。目前，世界上已有100多架軋機使用了 CVC設(shè)備和技術(shù)。實踐證明，CVC板形控制技術(shù)對帶鋼凸度的控制效果十分明顯，能生產(chǎn)出平坦的帶鋼，其具有軋輥等效凸度調(diào)節(jié)范圍大，軋輥磨削和管理方便等優(yōu)點，已在生產(chǎn)中充分體現(xiàn)出來。
[0004]CVC軋輥輥型為全波正弦曲線，近似瓶形，上下輥相同，裝成一正一反，互為180°，構(gòu)成S型輥縫。目前，CVC軋輥的激光毛化處理有兩種方法，一種是采用測量工具測量出CVC輥的輥面曲線，將其編制到毛化加工程序中；另一種是直接采用平面輥的毛化工藝毛化。但是，這兩種方法都存在缺陷:使用第一種方法毛化前，每根輥都要測量出輥面曲線，工作量很大；使用第二種方法毛化后，輥面的粗糙度會隨輥面曲線而變化，粗糙度不夠均勻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是要提供一種能對CVC軋機工作輥進行精確的毛化處理，使輥面粗糙度的均勻性得到提高的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法及其裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法，包括如下步驟:
[0007]I)將激光毛化頭放置在與待加工軋輥的中心線垂直的方向上，使所述激光毛化頭發(fā)射的激光照射在待加工軋輥的表面；
[0008]2)沿與待加工軋輥的中心線垂直的X軸方向調(diào)整所述激光毛化頭的出光口與待加工軋輥間的距離S，直至所述激光毛化頭所發(fā)射激光的焦距f落在待加工軋輥的表面，并記錄當(dāng)前的激光毛化頭的出光口與待加工軋輥間的距離為定位距離S ；
[0009]3)使待加工軋輥旋轉(zhuǎn)，并使所述激光毛化頭向待加工軋輥的表面發(fā)射激光，進行毛化。控制所述激光毛化頭從待加工軋輥一端平行于軋輥中心線向另一端以設(shè)定的工藝速度移動；
[0010]4)沿軋輥的中心線垂直的X軸方向，實時調(diào)整所述激光毛化頭的出光口與軋輥之間的實時距離S '，以保持所述激光毛化頭所發(fā)射激光的焦距f始終落在待加工軋輥的表面，直至所述激光毛化頭到達軋輥的另一端，加工完成。
[0011]優(yōu)選地，所述步驟4)的表面的具體步驟包括:
[0012]4.1)實時采集所述激光毛化頭的出光口與待加工軋輥之間的距離S ’ ；
[0013]4.2)將所述實時距離S ’與定位距離S相比較；
[0014]4.3)自動調(diào)整實時距離S'，使其始終滿足S' =S。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟4.1)中，實時采集所述激光毛化頭的出光口與待加工軋輥間之間距離S丨的采集頻率為200?500次/秒。由于軋輥在作業(yè)時處于快速旋轉(zhuǎn)中，高采集頻率使激光毛化頭對焦更準確。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟3)中，當(dāng)軋輥直徑為300mm到600mm，軋輥轉(zhuǎn)速為250轉(zhuǎn)/分鐘時，控制所述激光毛化頭從待加工軋輥一端向另一端的移動的速度為3.75?12.5毫米/分鐘，速度為3.75毫米/分鐘效果最佳。
[0017]本發(fā)明為實現(xiàn)上述工藝而設(shè)計的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化裝置，包括數(shù)控機床上可沿X軸方向移動的小托板，其特殊之處在于，所述小托板上固定安裝有支承平臺，所述支承平臺上設(shè)置有可沿X軸方向移動的工作滑臺，所述工作滑臺的一端設(shè)置有控制其移動的驅(qū)動電機，所述工作滑臺上設(shè)置有沿X軸方向發(fā)射激光的激光毛化頭，所述激光毛化頭上設(shè)置有距離傳感器，所述距離傳感器的輸出端與信號處理器的輸入端相連，所述信號處理器的輸出端與焦距實時控制器的輸入端相連，所述焦距實時控制器的輸出端與驅(qū)動電機的控制端相連，所述驅(qū)動電機、焦距實時控制器和信號處理器均固定安裝在支承平臺上。
[0018]進一步地，所述工作滑臺的定位精度為0.002?0.05毫米。所述工作滑臺的初始定位精度為0.02mm,重復(fù)定位精度為0.003mm。
[0019]更進一步地，所述激光毛化頭為400W?500W光纖激光器。
[0020]本發(fā)明的工作原理為:由于CVC軋輥輥面?zhèn)饶妇€為曲線，進行毛化作業(yè)時，實時調(diào)整采集的激光毛化頭沿X軸正或負方向的距離，使激光毛化頭與待加工軋輥間的距離始終等于激光毛化頭的焦距，保證軋輥輥面粗糙度的均勻性。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點在于:采用本技術(shù)方案，可以省去測量CVC軋輥輥面?zhèn)饶妇€的復(fù)雜工作，大幅提高CVC軋輥激光毛化處理的工作效率，同時避免了軋輥輥面粗糙度會隨輥面?zhèn)饶妇€而變化，粗糙度不夠均勻的問題，提高了 CVC軋輥的毛化質(zhì)量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為待加工CVC軋輥的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為激光毛化頭與待加工CVC軋輥毛化距離示意圖。
[0025]圖中:激光毛化頭I (其中:鏡片1.1，出光口 1.2)，工作滑臺2，驅(qū)動電機3，支承平臺4，焦距實時控制器5，信號處理器6，距離傳感器7，小托板8，待加工軋輥9。

【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明的CVC軋輥光纖激光毛化焦距實時控制毛化裝置，包括數(shù)控機床上可沿X軸方向移動的小托板8，小托板8固定在可沿Z軸方向移動的大托板上。小托板8上固定安裝有支承平臺4，支承平臺4上設(shè)置有沿X軸方向移動的工作滑臺2，工作滑臺2的一端設(shè)置有控制其移動的驅(qū)動電機3，工作滑臺2上設(shè)置有沿X軸方向發(fā)射激光的激光毛化頭1，激光毛化頭I上設(shè)置有距離傳感器7，距離傳感器7的輸出端與信號處理器6的輸入端相連，信號處理器6的輸出端與焦距實時控制器5的輸入端相連，焦距實時控制器5的輸出端與驅(qū)動電機3的控制端相連，驅(qū)動電機3、焦距實時控制器5和信號處理器6均固定安裝在支承平臺4上。工作滑臺2的初始定位精度是0.02mm,重復(fù)定位精度是0.003mm,不足部分采用數(shù)控系統(tǒng)補償，以便保證毛化點間距的均勻性。工作滑臺2沿X軸方向布置，通過驅(qū)動電機3驅(qū)動沿X軸正或負方向運動。激光加工頭I安裝在工作滑臺2上，與待加工軋輥9的中心線垂直。激光加工頭I與一臺400W光纖激光器相連，光纖激光器通過無序板控制出光頻率和占空比，可以達到激光無序毛化工藝的要求。距離傳感器7采集激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋棍9之間的距離信號值并傳輸至信號處理器6,信號處理器6將距離信號值傳輸至焦距實時控制器5，焦距實時控制器5根據(jù)距離信號值控制驅(qū)動電機3的輸出。
[0028]附圖2為CVC輥結(jié)構(gòu)示意圖，附圖3為激光毛化距離示意圖，以CVC輥面為S型、軋輥名義直徑為a = 500mm為例，其最大輥徑凸度為b = 500.4mm，最小輥徑凸度為c =499.8mm,曲面直徑差為0.6mm。
[0029]上述CVC軋輥光纖激光毛化焦距實時控制毛化裝置實現(xiàn)CVC軋輥光纖激光毛化加工的過程如下:
[0030]I)在進行毛化加工前，打開激光器紅光，激光毛化頭I發(fā)射出紅色指示光，數(shù)控機床的大拖板移動Z軸移動，讓激光毛化頭I發(fā)出的紅色指示光對準待加工軋輥9的毛化加工起始點A。
[0031]2)旋轉(zhuǎn)待加工軋輥9，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度達到設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，關(guān)閉激光器紅光，打開激光，調(diào)節(jié)焦距實時控制器5，控制驅(qū)動電機3，驅(qū)動工作滑臺2沿X軸方向移動，調(diào)節(jié)激光毛化頭I和待加工軋輥9之間的距離剛好為激光能量最大的位置，也就是激光毛化頭I在待加工軋輥9上的聚焦點，記錄當(dāng)前的激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9間的距離為定位距離S。此時，如圖3所示，激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9間的距離為激光毛化頭I的焦距f，激光毛化頭I的鏡片1.1到出光口 1.2的距離為固定距離L，則定位距離S+固定距離L =焦距f，固定距離L在加工過程中值不變。這個過程稱為毛化頭對焦，并保存當(dāng)前的激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9間的距離S。
[0032]3)對焦完成后，Z軸開始從毛化加工起始點A以設(shè)定的工藝速度向毛化加工終點B移動，此速度一般為3.75?12.5毫米/分鐘。
[0033]4)沿與待加工軋輥9的中心線垂直的X軸方向?qū)崟r調(diào)整所述激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9之間的實時距離S，以保持激光毛化頭I所發(fā)射激光的焦距始終落在待加工軋輥9的表面，直至所述激光毛化頭I到達待加工軋輥9另一端的毛化加工終點B。具體步驟包括:
[0034]4.1)位移傳感器7實時采集激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9之間的實時距離S '，并將采集到的距離信號發(fā)送至信號處理器6，信號處理器6將距離信號值傳輸至焦距實時控制器5。位移傳感器7的采集頻率為500次/秒。
[0035]4.2)焦距實時控制器5將激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9之間的實時距離S '與定位距離S相比較。焦距實時控制器5根據(jù)此時激光毛化頭I與待加工軋輥9之間的實時距離S'計算出激光毛化頭I的位移，使得位移后測得的S ' =S0
[0036]4.3)沿與待加工軋輥9的中心線垂直的X軸方向調(diào)整所述激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥間9之間的實時距離S ’，使其始終滿足S > = S。焦距實時控制器5控制驅(qū)動電機3的輸出，驅(qū)動電機3驅(qū)動工作滑臺2沿X軸移動位移距離，此時激光毛化頭I的出光口 1.2與待加工軋輥9間的距離為定位距離S，從而激光毛化頭I的焦距落在被加工軋輥的表面。
[0037]激光毛化頭I從待加工軋輥9 一端的毛化加工起始點A沿Z軸方向移動至待加工軋輥9另一端的毛化加工終點B，加工完成。
【權(quán)利要求】
1.一種CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法，其特征在于:它包括如下步驟: 1)將激光毛化頭(I)放置在與待加工軋輥(9)的中心線垂直的方向上，使所述激光毛化頭(I)發(fā)射的激光照向待加工軋輥(9)的表面； 2)沿與待加工軋輥(9)的中心線垂直的X軸方向調(diào)整所述激光毛化頭(I)的出光口(1.2)與待加工軋輥(9)之間的距離，直至所述激光毛化頭(I)所發(fā)射激光的焦距落在待加工軋輥(9)的表面，并記錄當(dāng)前的激光毛化頭(I)的出光口(1.2)與待加工軋輥(9)間的距離為定位距離S ； 3)使待加工軋輥(9)旋轉(zhuǎn)，并使所述激光毛化頭⑴向待加工軋輥(9)的表面發(fā)射激光進行毛化，控制所述激光毛化頭(I)從待加工軋輥(9) 一端的毛化加工起始點(A)沿與待加工軋輥(9)的中心線平行的Z軸方向以設(shè)定的工藝速度移動； 4)沿與待加工軋輥(9)的中心線垂直的X軸方向?qū)崟r調(diào)整所述激光毛化頭(I)的出光口(1.2)與待加工軋輥(9)之間的實時距離S丨，以保持所述激光毛化頭(I)所發(fā)射激光的焦距f始終落在待加工軋輥(9)的表面，直至所述激光毛化頭⑴到達待加工軋輥(9)另一端的毛化加工終點(B)，加工完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法，其特征在于:所述步驟4)的具體步驟包括: 4.1)實時采集所述激光毛化頭⑴的出光口(1.2)與待加工軋輥(9)之間的距離，并記為實時距離S^ ； 4.2)將所述激光毛化頭(I)的出光口(1.2)與待加工軋輥(9)之間實時距離S丨與定位距離S相比較； 4.3)沿與待加工軋輥(9)的中心線垂直的X軸方向調(diào)整所述激光毛化頭(I)的出光口(1.2)與待加工軋輥間(9)之間的實時距離S丨，使其始終滿足S丨=S。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法，其特征在于:所述步驟4.1)中，實時采集所述激光毛化頭(I)的出光口(1.2)與待加工軋輥間(9)之間距離S的采集頻率為200?500次/秒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法，其特征在于:所述步驟3)中，控制所述激光毛化頭(I)從待加工軋輥一端的毛化加工起始點(A)沿與待加工軋輥(9)的中心線平行的Z軸方向移動的速度為3.75?12.5毫米/分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化方法，其特征在于:所述步驟3)中，控制所述激光毛化頭(I)從待加工軋輥(9) 一端的毛化加工起始點(A)沿與待加工軋輥(9)的中心線平行的Z軸方向移動的速度為3.75毫米/分鐘。
6.一種為實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法而設(shè)計的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化裝置，包括數(shù)控機床上可沿X軸方向移動的小托板(8)，其特征在于:所述小托板(8)上固定安裝有支承平臺(4)，所述支承平臺(4)上設(shè)置有可沿X軸方向移動的工作滑臺(2)，所述工作滑臺(2)的一端設(shè)置有控制其移動的驅(qū)動電機(3)，所述工作滑臺(2)上設(shè)置有沿X軸方向發(fā)射激光的激光毛化頭(I)，所述激光毛化頭(I)上設(shè)置有距離傳感器(7)，所述距離傳感器(X)的輸出端與信號處理器(6)的輸入端相連,所述信號處理器(6)的輸出端與焦距實時控制器(5)的輸入端相連，所述焦距實時控制器(5)的輸出端與驅(qū)動電機(3)的控制端相連，所述驅(qū)動電機(3)、焦距實時控制器(5)和信號處理器(6)均固定安裝在支承平臺⑷上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制裝毛化裝置，其特征在于:所述工作滑臺(2)的定位精度為0.0Ol?0.05毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制裝毛化置，其特征在于:所述工作滑臺(2)的初始定位精度為0.02mm，重復(fù)定位精度為0.003mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的CVC軋輥光纖激光焦距實時控制毛化裝置，其特征在于:所述激光毛化頭(I)為400W?500W光纖激光器。
【文檔編號】B23K26/06GK104439694SQ201410591258
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】謝品德, 莫衡陽, 胡家強, 李春旺, 張煒 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司