[发明专利]光纤激光毛化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光毛化系统，更具体地说，涉及一种光纤激光毛化系统。

背景技术

激光毛化技术是一项集激光技术、自动控制技术、精密机械、材料科学于一体的高新技术。激光毛化是世界上新近发展起来的冷轧钢辊毛化新技术。激光毛化轧辊具有比喷丸毛化螺丝更长的使用寿命，在轧板过程中能提高轧制速度，减少板面擦伤，改善板型，在板卷退火中防止粘连，能显著提高工厂的生产率和产品质量。

1984年，比利时冶金研究中心发明了冷轧辊激光毛化技术。他们使用CO₂激光器对轧辊进行毛化处理，并做了一些相关的应用研究。激光毛化技术的发明引起了相关企业及科研人员的极大关注。之后日本、法国、德国开始引进该项技术用于钢铁工业。1990年，日本、韩国的一些研究者开始探索使用Nd:YAG激光器进行轧辊毛化。与此同时，国内的一些研究单位及企业也开始了激光毛化技术的研究。1990年，中国科学院力学研究所与北京吉普汽车有限公司、首都钢铁总公司钢研所、中国大恒公司合作开展了YAG激光毛化冷轧辊技术的攻关研究，并于1992年研制成功我国第一台可用于带钢规模化生产的YAG激光毛化冷轧辊设备。1995年，华中理工大学与武汉钢铁(集团)公司、武汉重型机床厂合作研制成功CO₂激光毛化设备。另外，清华大学，哈尔滨工业大学等单位也进行了一些这方面的研究工作。

现有成熟的激光毛化技术主要有二类：一类是采用CO₂激光器的毛化装置；另一类是采用YAG激光器的毛化设备。

目前国内开发的YAG激光毛化设备主要是采用闪光灯泵浦的Nd:YAG固体激光器。而灯泵固体激光器有一些不可避免的缺点：泵浦光的转换效率低、晶体热效应严重、闪光灯需经常更换、体积庞大。激光毛化设备稳定性差，不能适应规模化生产的要求。

CO₂激光毛化设备体积庞大，自动定位系统复杂，价格也十分昂贵；轧辊作平移运动时，不仅会大幅度增加机床的长度、重量，而且轧辊及其支撑件在重载、低速下，运行极易出现“爬行”，从而影响毛化质量；CO₂激光毛化设备气体消耗量很大，极易出现因气压不足迫使毛化中断，造成废品率升高；激光毛化设备的斩光盘需经常更换；CO₂激光的波长较长(为10.6μm)，金属材料对这种波长的激光的吸收率较低。

发明内容

为了克服现有的激光毛化技术的缺陷，本发明提供了一种光纤激光毛化系统，所述系统包括：光纤激光器，光纤激光器与输出光纤直接耦合或者通过分光闸耦合到输出光纤，输出光纤与机器人相连，从而将激光输出到设置在机器人中的射出头；机器人，其上设置有射出头和侧吹系统，射出头用于将所述光纤激光器输出的激光投射到待加工的工件表面上，侧吹系统设置在射出头的一侧；冷却系统，用于对光纤激光器进行冷却；控制系统，用于控制所述机器人和光纤激光器；机床，机床上设置有待加工的工件。

其中，所述射出头输出的激光在焦点处的光斑直径大约为0.1mm。

其中，光纤激光器输出的是经过调制的脉冲激光束。

其中，在控制系统中设置有PLC控制器。

其中，采用PLC控制器对连续光纤激光器或脉冲光纤激光器的输出进行调制，调制所得到的激光脉冲的重复频率和/或波形。

其中，机器人能够控制射出头进行旋转运动或者左右摆动。

其中，所述光纤激光毛化系统利用下面的A、B、C三种方式之一或者A、B、C三种方式的任意组合来实现毛化点的无序分布，A、使用随机激光脉冲来实现毛化点距的无序分布；B、使射出头绕自身的中心轴做旋转运动，使毛化凸台在毛化坑边缘随机分布；C、以沿设定方向的直线为中心线，使射出头绕该中心线做左右偏转运动。

其中，所述光纤激光器为多模光纤激光器。

其中，所述机床的精度要求为普通车床级别。

其中，所述侧吹系统能够进行三维调节，从而实现侧吹针头到激光工作光斑的角度调节和距离调节。

其中，机床所驱动的工件的旋转运动与机器人的直线运动复合，使得激光在工件上的运动轨迹为螺旋运动轨迹，从而形成覆盖工件表面的包络线。

其中，射出头中设置有透镜，用于将激光聚焦在待加工的工件表面上。

其中，所述光纤激光器的激光输出波长范围为910nm-2100nm，所述光纤激光器的输出功率范围为100W-2000W。