專利名稱：高功率調(diào)q脈沖激光毛化加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輥類表面激光毛化處理領(lǐng)域，特別是涉及一種高功率調(diào)Q脈沖激光毛 化加工裝置。
背景技術(shù)：
毛化鋼板具有優(yōu)良的沖壓性能和表面涂鍍性能，是汽車、家電、電子和輕工業(yè)生產(chǎn) 中廣泛應(yīng)用的重要原材料，毛化鋼板生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)是軋輥表面毛化，激光軋輥毛化技術(shù) 是現(xiàn)在使用的幾種毛化技術(shù)(包括噴丸毛化、電火花毛化以及電子束毛化)中實用而又先 進(jìn)的一種毛化技術(shù)。目前激光軋輥毛化技術(shù)主要分為兩大類一類是采用CO2氣體激光器的CO2激光毛 化，另一類是采用Nd: YAG固體激光器的YAG激光毛化。目前，已經(jīng)研制成功且用于生產(chǎn)的(X)2激光毛化裝置的基本原理是0)2激光器發(fā) 射出的高能連續(xù)激光束經(jīng)光調(diào)制轉(zhuǎn)盤(斬光盤)變換成脈沖激光束；利用聚焦透鏡將變換 后的脈沖激光束聚焦于被加工的軋輥表面進(jìn)行毛化；加工過程中，軋輥旋轉(zhuǎn)的同時，激光 頭與光學(xué)發(fā)射調(diào)制系統(tǒng)沿軋輥長度方向移動，在軋輥表面加工出螺旋形規(guī)則分布的微小毛 化坑。例如華中科技大學(xué)激光院研制的大型CO2激光軋輥毛化加工成套系統(tǒng)。但由于該 系統(tǒng)采用了光調(diào)制轉(zhuǎn)盤技術(shù)，只有很少一部分激光輸出能量能夠得到有效地利用，因而其 能量利用效率不高；且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備體積龐大、相對造價較高。上述(X)2激光毛化設(shè) 備由于能量利用率比較低，因此其加工效率與電火花毛化設(shè)備相比有一定差距。近年來， 基于斬光盤光束調(diào)制原理的此類激光毛化技術(shù)，其主要發(fā)展集中體現(xiàn)在通過設(shè)計不同結(jié) 構(gòu)形式的光調(diào)制轉(zhuǎn)盤(斬光盤)，以提高激光能量利用率。例如中國專利“一種用于激光 調(diào)制的轉(zhuǎn)盤”(專利號ZL94218749.0)與中國專利“分光式激光毛化調(diào)制裝置”(專利號 ZL200710041118. 9)。為了克服上述激光毛化技術(shù)的不足，本發(fā)明專利發(fā)明人發(fā)明了一種高功率激光輥 類表面多頭毛化加工方法及裝置，其方法的基本特征是利用高功率連續(xù)激光器輸出連續(xù) 激光束；通過導(dǎo)光機(jī)構(gòu)對該連續(xù)激光束進(jìn)行調(diào)制，使其分成K( ^ 2)路脈沖激光束；利用K 個獨(dú)立的聚焦頭分別對K路脈沖激光束進(jìn)行聚焦后輸出，對輥類表面同時進(jìn)行多頭(K個聚 焦頭)毛化加工，在輥類表面形成K條螺旋掃描線點(diǎn)陣毛化坑分布。基于此方法的高功率 激光輥類表面多頭毛化加工裝置可以同時實現(xiàn)多頭毛化加工，加工效率高；激光能量利用 效率高，且對激光功率沒有限制；但該裝置若要進(jìn)一步提高加工效率，則必須進(jìn)一步增加聚 焦頭的數(shù)量，這會使裝置整機(jī)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。上述發(fā)明已于2006年申報國家發(fā)明專利(申請?zhí)?0061001擬61. 1)與發(fā)明專利 (申請?zhí)?00620095100. 8)。目前，發(fā)明專利“高功率激光輥類表面多頭毛化加工方法及其 裝置”已獲授權(quán)(專利號ZL20061001^61. 1)，且發(fā)明專利“高功率激光輥類表面多頭毛化 加工裝置”已獲授權(quán)(專利號:ZL200620095100. 8)。除了 C02激光毛化外，YAG固體激光毛化是另一種可能的激光毛化裝置。YAG激光毛化裝置的基本原理是采用聲光調(diào)Q的Nd: YAG激光器作為脈沖激光發(fā)生源，由激光器 發(fā)射出的脈沖激光束經(jīng)光路系統(tǒng)聚焦后，直接作用于被加工的軋輥表面進(jìn)行毛化；通過控 制調(diào)Q頻率與軋輥的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)所要求的表面粗糙度和毛化坑分布。例如中國科學(xué)院力 學(xué)研究所在九十年代研究開發(fā)的“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”(專利號ZL00264774. 5)，就是采用聲光調(diào)Q的Nd: YAG激光器作為加工光源的。該激光 毛化裝置的優(yōu)點(diǎn)是激光器直接輸出脈沖激光，不需要外光路調(diào)制，激光能量利用率高；激 光波長短(1. 06 μ m)，軋輥表面激光吸收率高，同樣帶來高的激光能量利用率。但其缺點(diǎn)是 所使用的聲光調(diào)Q器件雖然具有較高的脈沖頻率，但其衍射效率是有限的；因此，當(dāng)激光增 益很高時，聲光調(diào)Q器件無法提供足夠高的損耗使激光器的振蕩有效關(guān)斷。綜上所述，聲光 調(diào)Q脈沖Nd: YAG激光器的單脈沖能量低，平均功率也低，從而導(dǎo)致毛化粗糙度有限，生產(chǎn)效 率低，特別是在較高粗糙度要求下生產(chǎn)效率更低，難以滿足大型軋鋼廠的生產(chǎn)需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有毛化加工裝置毛化粗糙度有限，生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)而提 供一種高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，該裝置采用重復(fù)頻率高、峰值功率高、單脈沖能 量高的脈沖調(diào)Q激光器，從而可產(chǎn)生更深的毛化點(diǎn)和表面粗糙度，獲得更高的毛化加工效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，包括脈沖調(diào)Q激光 器和數(shù)控機(jī)床，所述數(shù)控機(jī)床的床身上裝有通過平移導(dǎo)軌驅(qū)動的工作平臺及用于安裝軋輥 工件且與平移導(dǎo)軌平行的軋輥轉(zhuǎn)軸和頂尖；所述工作平臺上裝有導(dǎo)光機(jī)構(gòu)和激光毛化聚焦 頭；其特征在于所述脈沖調(diào)Q激光器包括由輸出透反鏡和全反鏡構(gòu)成的諧振腔及置于所 述諧振腔內(nèi)的連續(xù)泵浦單元、Nd YAG激勵介質(zhì)和由高速電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)制盤，所述 機(jī)械調(diào)制盤由遮光材料制成并且其上設(shè)有至少一個供激光光軸穿過的通光部位。本發(fā)明中所述的脈沖調(diào)Q激光器是本發(fā)明的設(shè)計核心，其利用機(jī)械調(diào)制盤實現(xiàn)調(diào) Q，相比現(xiàn)有的聲光脈沖調(diào)Q激光器，平均功率及單脈沖能量更高。對于該脈沖調(diào)Q激光器， 本發(fā)明還有如下附加技術(shù)特征所述機(jī)械調(diào)制盤上的通光部位具體可以是開設(shè)于機(jī)械調(diào)制盤外緣上的通光切口。 當(dāng)通光切口的數(shù)量較多時，機(jī)械調(diào)制盤的外緣則呈鋸齒狀。或者，所述通光部位也可以是通光孔?；蛘?，所述機(jī)械調(diào)制盤上的通光部位大于一個時，也可以部分為通光孔，而余下的 則是開設(shè)于機(jī)械調(diào)制盤外緣上的通光切口。本發(fā)明中所述脈沖調(diào)Q激光器主要采用一個高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)制盤以實現(xiàn)激光 器的調(diào)Q，其主要的工作原理如下機(jī)械調(diào)制盤旋轉(zhuǎn)的過程中，其上的非通光部位旋轉(zhuǎn)到激 光光軸上時，相當(dāng)于在激光光軸上插入一個不通光的物體，從而導(dǎo)致激光器無法振蕩；如果 此時通過連續(xù)泵浦單元提供能量，那么將在Nd: YAG激勵介質(zhì)中逐漸積累能量；隨著機(jī)械調(diào) 制盤的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)通光部位旋轉(zhuǎn)到激光光軸上時，相當(dāng)于將激光光軸上插入的不通光物體快 速移出，激光器在Nd:YAG激勵介質(zhì)中所存儲能量對應(yīng)的增益作用下快速形成振蕩，并實現(xiàn) 高峰值功率短脈沖輸出。在機(jī)械調(diào)制盤旋轉(zhuǎn)的過程中，非通光部位與通光部位交替遮擋和 通過激光光軸，因此激光器被周期性的關(guān)斷和開啟；如果此時通過連續(xù)泵浦單元提供連續(xù)的激光能量，那么激光器將輸出高重復(fù)頻率、高能量的激光脈沖。并且當(dāng)所述機(jī)械調(diào)制盤上的通光部位大于一個時，這些通光部位可呈圓周等間距 分布于機(jī)械調(diào)制盤上，此時當(dāng)機(jī)械調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速恒定時，相鄰激光脈沖的時間間隔是完全 一致的，激光器輸出脈沖的重復(fù)頻率是恒定的。當(dāng)然所述通光部位大于一個時，也可呈圓周 非等間距分布于機(jī)械調(diào)制盤上，此時即使機(jī)械調(diào)制盤的轉(zhuǎn)速恒定，那么激光器輸出的相鄰 脈沖的脈沖間隔也是不一致的，重復(fù)頻率不是恒定的。為了提高激光器從關(guān)斷過渡到開啟的速度，一般要求諧振腔存在一個光斑非常小 的位置，并將機(jī)械調(diào)制盤放置于該位置。這樣當(dāng)機(jī)械調(diào)制盤的通光孔或者通光切口的邊緣 掃過這個光斑時，激光器從關(guān)斷到開啟的過渡時間就會非常短。為了使諧振腔中某一位置 產(chǎn)生直徑很小的光斑，本發(fā)明可采取以下兩種方案1)在所述諧振腔內(nèi)增設(shè)一對透射式聚焦鏡，該對透射式聚焦鏡于激光光軸上相對 布置而構(gòu)成望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，并且前述機(jī)械調(diào)制盤恰好位于該望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的共焦面上。2)在所述諧振腔內(nèi)增設(shè)一個透射式聚焦鏡，該透射式聚焦鏡與激光器原先的輸出 透反鏡相對布置而構(gòu)成望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，并且前述機(jī)械調(diào)制盤恰好位于該望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的共 焦面上。當(dāng)然除了采用上面講到的于諧振腔中產(chǎn)生小直徑光斑的方法縮短激光器從關(guān)斷 到開啟的時間之外，本發(fā)明還可以通過下述兩種方案來達(dá)到同樣的目的3)把通光切口或者通光孔加工成錐形結(jié)構(gòu)。4)保持通光孔或者通光切口的間隙尺寸不變，使所述機(jī)械調(diào)制盤相對激光光軸 以角度θ傾斜放置，θ為機(jī)械調(diào)制盤的轉(zhuǎn)軸與激光光軸的水平方向夾角，取值為10° 45°。值得一提的是上述方案幻或者4)可以與方案1)或者2~)結(jié)合運(yùn)用，從而更進(jìn)一 步的減小激光器從關(guān)斷到開啟的時間。并且當(dāng)方案1)或者2)與方案3)結(jié)合運(yùn)用時，本發(fā) 明中優(yōu)選使得呈錐形結(jié)構(gòu)的通光切口(或者通光孔)的錐角大于望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)共焦面上的 光斑發(fā)散角。本發(fā)明中所述機(jī)械調(diào)制盤的材料為具有足夠高機(jī)械強(qiáng)度的遮光材料，例如各種金 屬，考慮到盡可能減小機(jī)械調(diào)制盤在旋轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)慣量，優(yōu)選比重小的材料，例如鋁或 合金鋁材。本發(fā)明中所述連續(xù)泵浦單元同常規(guī)技術(shù)一樣，可采用燈泵浦單元，例如連續(xù)氪燈 泵浦單元；當(dāng)然也可以采用連續(xù)輸出的半導(dǎo)體泵浦單元。且本發(fā)明為了獲得高重復(fù)頻率，機(jī) 械調(diào)制盤的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該足夠高，通常采用每分鐘數(shù)千至數(shù)萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速由數(shù)控機(jī) 床控制。本發(fā)明中所述脈沖調(diào)Q激光器的輸出透反鏡外側(cè)進(jìn)一步設(shè)有輸出聚焦透鏡，用于 對輸出透反鏡輸出的脈沖激光束進(jìn)一步聚焦。本發(fā)明提供的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置在具體毛化加工時，同現(xiàn)有技術(shù) 一樣，待加工的軋輥工件由數(shù)控機(jī)床上的軋輥轉(zhuǎn)軸和頂尖裝夾，并由軋輥轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)，其 轉(zhuǎn)速由數(shù)控機(jī)床控制。數(shù)控機(jī)床上的工作平臺可作三維運(yùn)動，其平移速度由數(shù)控機(jī)床控制。 所述數(shù)控機(jī)床采用現(xiàn)有的設(shè)備，例如XL9型數(shù)控車床。脈沖調(diào)Q激光器發(fā)出的脈沖激光束 經(jīng)過導(dǎo)光機(jī)構(gòu)導(dǎo)向，再經(jīng)過激光毛化聚焦頭聚焦形成聚焦光點(diǎn)對軋輥工件表面實施毛化加工，在數(shù)控機(jī)床對軋輥工件轉(zhuǎn)速、機(jī)械調(diào)制盤轉(zhuǎn)速及工作平臺平移速度的集中控制下，所述 聚焦光點(diǎn)在軋輥工件表面加工形成螺旋掃描線點(diǎn)陣毛化坑分布。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.本發(fā)明中采用的脈沖調(diào)Q激光器的關(guān)斷由于是通過機(jī)械調(diào)制盤的非通光部位 實現(xiàn)的，當(dāng)激光被關(guān)斷時實際上就等同于在激光器中直接插入了一個機(jī)械開關(guān)，因此對應(yīng) 的關(guān)斷能力幾乎是無限的。這種關(guān)斷方式對激光器功率沒有任何限制，可以適用于高功率 激光器，從而形成足夠高的激光脈沖功率和激光脈沖頻率。2.本發(fā)明中采用的脈沖調(diào)Q激光器不但具有與聲光脈沖調(diào)Q激光器一樣的高重復(fù) 頻率脈沖輸出，而且可以同時產(chǎn)生與轉(zhuǎn)鏡調(diào)Q、電光調(diào)Q及染料調(diào)Q等脈沖激光器一樣的高 峰值功率巨脈沖輸出。不僅如此，該脈沖調(diào)Q激光器解決了目前聲光調(diào)Q脈沖激光器在實 現(xiàn)高穩(wěn)定、高重復(fù)頻率、高峰值功率及高脈沖能量激光脈沖輸出時的固有困難。綜上所述， 本發(fā)明借助脈沖調(diào)Q激光器提供的穩(wěn)定性高、重復(fù)頻率高、峰值功率高、脈沖能量高及脈寬 短的脈沖激光輸出，可加工更深厚度的輥類材料，應(yīng)用于激光毛化時可產(chǎn)生更深的毛化點(diǎn) 和表面粗糙度，獲得更高的毛化頻率和毛化加工效率。3.本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡單、成本低，使用壽命長，工作穩(wěn)定，生產(chǎn)維護(hù)容易。


下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述圖1為本發(fā)明的整體外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中脈沖調(diào)Q激光器的第一結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本發(fā)明中脈沖調(diào)Q激光器的第二結(jié)構(gòu)原理圖；圖4為本發(fā)明中脈沖調(diào)Q激光器的第三結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為圖4中機(jī)械調(diào)制盤的傾斜放置示意圖；圖6為圖5的A-A視圖；圖7為本發(fā)明在軋輥工件表面產(chǎn)生的毛化坑分布示意圖。
具體實施例方式實施例1 如圖1所示為本發(fā)明高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置的一種具體實 施方式，它包括脈沖調(diào)Q激光器1和數(shù)控機(jī)床3，所述數(shù)控機(jī)床3的床身上裝有通過平移導(dǎo) 軌303驅(qū)動的工作平臺12及用于安裝軋輥工件13且與平移導(dǎo)軌303平行的軋輥轉(zhuǎn)軸301 和頂尖302 ；所述工作平臺12上裝有導(dǎo)光機(jī)構(gòu)4和激光毛化聚焦頭6。結(jié)合圖2所示，本實 施例中所述脈沖調(diào)Q激光器1的組成如下由輸出透反鏡102和全反鏡103構(gòu)成的諧振腔、 置于所述諧振腔內(nèi)的連續(xù)泵浦單元101和Nd:YAG激勵介質(zhì)，以及置于所述諧振腔內(nèi)的機(jī)械 調(diào)制盤105和高速電機(jī)106。本實施例中所述連續(xù)泵浦單元101采用連續(xù)氪燈泵浦單元，所 述機(jī)械調(diào)制盤105由鋁材料制成，并置于連續(xù)泵浦單元101和輸出透反鏡102之間。機(jī)械 調(diào)制盤105的轉(zhuǎn)軸位于連續(xù)泵浦單元101輸出的激光光軸上方，并與高速電機(jī)106的輸出 軸相連，從而能夠在高速電機(jī)106的帶動下高速旋轉(zhuǎn)。而在機(jī)械調(diào)制盤105的外緣上開設(shè) 有30個呈圓周等間距分布的通光切口(圖中只畫出2個通光切口)，這些通光切口可藉由 機(jī)械調(diào)制盤105的轉(zhuǎn)動而交替供激光光軸通過。并且本實施例中所述脈沖調(diào)Q激光器1的輸出透反鏡102外側(cè)還設(shè)有輸出聚焦透鏡104。本實施例中所述脈沖調(diào)Q激光器1的工作原理如下機(jī)械調(diào)制盤105旋轉(zhuǎn)的過程 中，其上的非通光部位旋轉(zhuǎn)到激光光軸上時，相當(dāng)于在激光光軸上插入一個不通光的物體， 從而導(dǎo)致激光器無法振蕩；如果此時通過連續(xù)泵浦單元101提供能量，那么將在Nd:YAG激 勵介質(zhì)中逐漸積累能量；隨著機(jī)械調(diào)制盤105的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)通光切口旋轉(zhuǎn)到激光光軸上時，相 當(dāng)于將激光光軸上插入的不通光物體快速移出，激光器在Nd:YAG激勵介質(zhì)中所存儲能量 對應(yīng)的增益作用下快速形成振蕩，并實現(xiàn)高峰值功率短脈沖輸出。在機(jī)械調(diào)制盤105旋轉(zhuǎn) 的過程中，非通光部位與通光切口交替遮擋和通過激光光軸，因此激光器被周期性的關(guān)斷 和開啟。并且由于連續(xù)泵浦單元101不斷提供連續(xù)的激光能量，那么激光器就將輸出恒定 高重復(fù)頻率、高能量的激光脈沖。并且由于本實施例中在輸出透反鏡102外側(cè)還設(shè)有輸出 聚焦透鏡104，故由輸出透反鏡102輸出的脈沖激光束將通過輸出聚焦透鏡104進(jìn)一步聚焦 后再輸出。如圖1所示，本實施例在具體毛化加工時，同現(xiàn)有技術(shù)一樣，待加工的軋輥工件13 由數(shù)控機(jī)床3上的軋輥轉(zhuǎn)軸301和頂尖302裝夾，并由軋輥轉(zhuǎn)軸301帶動旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速由數(shù) 控機(jī)床3控制。數(shù)控機(jī)床3上的工作平臺12可作三維運(yùn)動，其平移速度由數(shù)控機(jī)床3控制。 所述數(shù)控機(jī)床3采用現(xiàn)有的設(shè)備，例如XL9型數(shù)控車床。脈沖調(diào)Q激光器1發(fā)出的脈沖激 光束2經(jīng)導(dǎo)光機(jī)構(gòu)4導(dǎo)向，再經(jīng)過激光毛化聚焦頭6聚焦形成1個聚焦光點(diǎn)對軋輥工件13 表面實施毛化加工。在數(shù)控機(jī)床3對軋輥工件13轉(zhuǎn)速、機(jī)械調(diào)制盤105轉(zhuǎn)速及工作平臺12 平移速度的集中控制下，所述聚焦光點(diǎn)在軋輥工件13表面加工形成1條螺旋掃描線點(diǎn)陣毛 化坑分布，具體結(jié)合圖7所示，該螺旋掃描線點(diǎn)陣的縱向點(diǎn)間距根據(jù)軋輥工件13表面粗糙 度要求可設(shè)為b = 50 500 μ m，橫向點(diǎn)間距Δ X根據(jù)軋輥工件13表面粗糙度要求也可設(shè) 為50 500 μ m,螺旋掃描線螺距為Δ X。實施例2 本實施例與實施例1的區(qū)別在于對脈沖調(diào)Q激光器1內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變， 具體如圖3所示本實施例中脈沖調(diào)Q激光器1的諧振腔內(nèi)還設(shè)有第一透射式聚焦鏡107 和第二透射式聚焦鏡108，且該第一透射式聚焦鏡107和第二透射式聚焦鏡108于激光光 軸上相對布置而構(gòu)成望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，并且所述機(jī)械調(diào)制盤105恰好位于該望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的 共焦面上。本實施例其余與實施例1相同。結(jié)合圖3所示，本實施例由于在諧振腔內(nèi)引入 了望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，使諧振腔內(nèi)存在一個光斑很小的位置(該光斑也即望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的共焦 點(diǎn))，當(dāng)機(jī)械調(diào)制盤105高速旋轉(zhuǎn)時，其上的通光切口邊緣掃過這個光斑的速度將更快，故 與實施例1相比，本實施例內(nèi)的脈沖調(diào)Q激光器1從關(guān)斷到開啟的過渡時間更短，脈沖能量 更高，脈寬更短。實施例3 如圖4所示，本實施例與實施例2的區(qū)別在于對脈沖調(diào)Q激光器1內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的改變，相比實施例2，本實施例中的脈沖調(diào)Q激光器1的改變有如下兩點(diǎn)1)將所述諧振腔內(nèi)的第二透射式聚焦鏡108去除而僅保留第一透射式聚焦鏡 107，且該第一透射式聚焦鏡107與諧振腔本身的輸出透反鏡102相對布置而構(gòu)成望遠(yuǎn)準(zhǔn)直 系統(tǒng)，并且所述機(jī)械調(diào)制盤105也恰好位于該望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的共焦面上。2)結(jié)合圖5、圖6所示，本實施例中的機(jī)械調(diào)制盤105相對激光光軸以角度θ傾 斜放置，所述θ為機(jī)械調(diào)制盤105的轉(zhuǎn)軸與激光光軸的水平方向夾角，本實施例中的θ取 值為20°。本實施例其余與實施例2相同。
本實施例中同樣在諧振腔內(nèi)引入了望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，但同時本實施例還通過將機(jī)械 調(diào)制盤105傾斜布置的方式縮短了激光束2從關(guān)斷到開啟的開啟時間，從而提高了脈沖的 峰值功率。故相比實施例2，本實施例的激光器從關(guān)斷到開啟的過渡時間更短，脈沖能量更 高，脈寬更短。當(dāng)然上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項技術(shù) 的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā) 明主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，包括脈沖調(diào)Q激光器(1)和數(shù)控機(jī)床(3)， 所述數(shù)控機(jī)床(3)的床身上裝有通過平移導(dǎo)軌(303)驅(qū)動的工作平臺(12)及用于安裝軋 輥工件(13)且與平移導(dǎo)軌(303)平行的軋輥轉(zhuǎn)軸(301)和頂尖(302)；所述工作平臺上裝 有導(dǎo)光機(jī)構(gòu)(4)和激光毛化聚焦頭(6)；其特征在于所述脈沖調(diào)Q激光器(1)包括由輸出 透反鏡(102)和全反鏡(103)構(gòu)成的諧振腔及置于所述諧振腔內(nèi)的連續(xù)泵浦單元(101)、 Nd:YAG激勵介質(zhì)和由高速電機(jī)(106)帶動旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)制盤(105)，所述機(jī)械調(diào)制盤(105) 由遮光材料制成并且其上設(shè)有至少一個供激光光軸穿過的通光部位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述諧振腔 內(nèi)還設(shè)有一對透射式聚焦鏡(107、108)，該對透射式聚焦鏡(107、108)于激光光軸上相對 布置而構(gòu)成望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，并且前述機(jī)械調(diào)制盤(105)恰好位于該望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的共焦面 上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述諧振腔 內(nèi)還設(shè)有一個透射式聚焦鏡(107)，該透射式聚焦鏡(107)與所述輸出透反鏡(102)相對 布置而構(gòu)成望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)，并且前述機(jī)械調(diào)制盤(105)恰好位于該望遠(yuǎn)準(zhǔn)直系統(tǒng)的共焦面 上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述通光部 位是開設(shè)于機(jī)械調(diào)制盤(105)外緣上的通光切口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述通光部 位是通光孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述通光部 位大于一個時，部分為通光孔，而余下的則為開設(shè)于機(jī)械調(diào)制盤(105)外緣上的通光切口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述通光部 位大于一個時，呈圓周等間距或非等間距分布于機(jī)械調(diào)制盤(105)上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所 述機(jī)械調(diào)制盤(105)相對激光光軸以角度θ傾斜放置，θ為機(jī)械調(diào)制盤(105)的轉(zhuǎn)軸與 激光光軸的水平方向夾角，取值為10° 45°。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，其特征在于所述脈沖調(diào) Q激光器(1)的輸出透反鏡(102)外側(cè)還設(shè)有輸出聚焦透鏡(104)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高功率調(diào)Q脈沖激光毛化加工裝置，包括脈沖調(diào)Q激光器和數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的床身上裝有通過平移導(dǎo)軌驅(qū)動的工作平臺及用于安裝軋輥工件且與平移導(dǎo)軌平行的軋輥轉(zhuǎn)軸和頂尖；工作平臺上裝有導(dǎo)光機(jī)構(gòu)和激光毛化聚焦頭；其特征在于所述脈沖調(diào)Q激光器包括由輸出透反鏡和全反鏡構(gòu)成的諧振腔及置于所述諧振腔內(nèi)的連續(xù)泵浦單元、Nd:YAG激勵介質(zhì)和由高速電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)的機(jī)械調(diào)制盤，所述機(jī)械調(diào)制盤由遮光材料制成并且其上設(shè)有至少一個供激光光軸穿過的通光部位。本裝置采用重復(fù)頻率高、峰值功率高、單脈沖能量高的脈沖激光器，故可產(chǎn)生更深的毛化點(diǎn)和表面粗糙度，獲得更高的毛化加工效率。
文檔編號H01S3/121GK102049617SQ20101020518
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者孫長東, 梁喬春, 王勛, 談賢杰, 陳培鋒 申請人:蘇州市博海激光科技有限公司