[发明专利]一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置及方法

权利要求书

1.一种轴承表面无回火软带的激光淬火装置，该装置包括激光器(1)、光束传输系统(2)、激光加工头(7)和机械手臂(8)，激光器(1)发出的激光光束依次经过光束传输系统(2)、激光加工头(7)到达轴承工件(9)，机械手臂(8)控制激光加工头(7)的平移和旋转，使到达轴承工件(9)的激光光斑能够覆盖轴承工件(9)的整个表面，其特征在于：

所述激光加工头(7)包括第一透镜(3)、第二透镜(4)、扫描振镜(5)和平场聚焦透镜(6)，激光器(1)发出的激光光束经过光束传输系统(2)进入激光加工头(7)后，在激光加工头(7)中依次经过第一透镜(3)和第二透镜(4)到达扫描振镜(5)，被扫描振镜(5)反射改变方向后透过平场聚焦透镜(6)到达轴承工件(9)；其中，所述扫描振镜(5)能够旋转一定角度，并配合机械手臂(8)控制激光加工头(7)的平移和旋转，使光斑在轴承工件(9)表面移动，实现对轴承工件(9)整个表面的线性来回高速扫描，扫描速度V在1000mm/min～10000mm/min；

所述平场聚焦透镜(6)用于对激光光束进行聚焦，在轴承工件(9)表面得到激光聚焦后的矩形光斑；不同焦距的平场聚焦透镜，在轴承工件(9)表面得到的矩形光斑的宽度不同，矩形光斑的宽度为D，激光扫描搭接间距为H，则H/D的比值与扫描宽度W成反比，H/D的比值选择范围在50％～80％。

2.根据权利要求1所述的轴承表面无回火软带的激光淬火装置，其特征在于，所述激光器(1)是千瓦级连续激光器，其输出功率1～10kW可调。

3.根据权利要求1所述的轴承表面无回火软带的激光淬火装置，其特征在于，所述第一透镜(3)和第二透镜(4)组成透镜组，对激光光束进行整形，将圆形激光整形成矩形光斑，光斑能量由近高斯分布改为平顶分布。

4.一种轴承表面无回火软带的激光淬火方法，应用于权利要求1至3中任一项所述的激光淬火装置，其特征在于，该方法包括：

机械手臂(8)将激光加工头(7)定位于轴承工件(9)表面焦距处上方；

激光器(1)发出的激光光束依次经过光束传输系统(2)、激光加工头(7)到达轴承工件(9)，机械手臂(8)控制激光加工头(7)的平移和旋转，使到达轴承工件(9)的激光光斑按预设的方式沿着轴承工件(9)表面曲面进行扫描；

轴承工件(9)被激光扫描后的区域自行冷却至常温，完成淬火。

5.根据权利要求4所述的轴承表面无回火软带的激光淬火方法，其特征在于，所述机械手臂(8)将激光加工头(7)定位于轴承工件(9)表面焦距处上方以后，还包括：

选择适当焦距的平场聚焦透镜(6)，以确保矩形光斑激光淬火横向最大的幅面宽度和单次加工范围。

6.根据权利要求4所述的轴承表面无回火软带的激光淬火方法，其特征在于，所述到达轴承工件(9)的激光光斑按预设的方式沿着轴承工件(9)表面曲面进行扫描，是通过计算机程序控制实现的，其中激光按预设的方式沿着轴承表面曲面完成扫描包括两种方式，当淬火面积在平场聚焦透镜(6)范围内时，采用激光区域扫描、工件不动的加工方式；当淬火面积超出平场聚焦透镜(6)范围时，激光做线性来回扫描，工件以一定的相对速度沿与线性扫描垂直的方向运动，工件相对激光加工头(7)运动速度等于HV/W，H为激光扫描搭接间距，V为光斑在轴承工件(9)表面线性来回高速扫描的扫描速度，W为扫描宽度。