專利名稱：無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輥類表面毛化的激光加工設(shè)備及加工方法，特別涉及一種具有能加工無(wú)規(guī)則毛化微坑的輥類表面毛化的激光加工設(shè)備及加工方法。
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(kāi)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)ZL 94220848. 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(wú)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(guò)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微坑構(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微坑形貌圖(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微坑形貌圖，相應(yīng)地稱圖1為不可控分布激光毛化設(shè)備總體結(jié)構(gòu)示意圖，其微坑呈一維可控的波浪形分布。為了增加微坑分布的各向均勻度，調(diào)節(jié)冷軋板的各向延伸率，中科院力學(xué)所開(kāi)發(fā)了 YAG激光毛化的二維可控分布技術(shù)。如中國(guó)專利號(hào)ZL00U8273. 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)”。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微坑形貌圖，該設(shè)備通過(guò)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)輥面毛化微坑的可控分布。二維可控分布技術(shù)雖然可實(shí)現(xiàn)比一維可控分布技術(shù)更為均勻的微坑分布，但是，其分布也更規(guī)則。以上兩種毛化板的毛化微坑分布都有一定的規(guī)則，使毛化板各個(gè)方向的外觀不一致，有方向性。由于微坑的規(guī)則分布，激光毛化板有以下缺點(diǎn)(1)激光毛化板容易出現(xiàn)條紋。規(guī)則的微坑分布導(dǎo)致各向微坑分布的視覺(jué)差異；( 激光毛化板容易出現(xiàn)光干涉條紋。 兩個(gè)周期性的規(guī)則圖樣之間的光干涉容易產(chǎn)生“莫爾條紋”現(xiàn)象。工程中有相當(dāng)多的毛化板要求微坑無(wú)規(guī)則分布。為了改善激光毛化板的外觀質(zhì)量，中科院力學(xué)所在二維可控分布技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)可控?zé)o規(guī)則分布技術(shù)。如中國(guó)專利號(hào)ZL 200510117158. 8，名稱“圓周無(wú)規(guī)則毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法”。該激光加工系統(tǒng)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)延時(shí)裝置。其方法在于偽隨機(jī)延時(shí)裝置使每次向輥類工件表面發(fā)射的激光輸出信號(hào)在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生隨機(jī)的延時(shí)。圖9是矩形無(wú)規(guī)則延時(shí)毛化微坑分布示意圖，圖10是菱形無(wú)規(guī)則延時(shí)毛化微坑分布示意圖。其優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)速度快，毛化頻率高(可達(dá)幾萬(wàn)次)。其缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)圓周向的一維無(wú)規(guī)則分布。又如中國(guó)專利號(hào)ZL 200510116750. 6，名稱“無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化點(diǎn)的輥類表面毛
化激光加工系統(tǒng)及方法”。該激光加工系統(tǒng)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。其方法在于偽隨機(jī)偏轉(zhuǎn)裝置使每次向輥類工件表面發(fā)射的激光輸出信號(hào)在規(guī)定的空間范圍內(nèi)產(chǎn)生隨機(jī)的偏轉(zhuǎn)。圖10是矩形無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化微坑分布示意圖，圖11是菱形無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化微坑分布示意圖。其優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)圓周向和軸向的二維無(wú)規(guī)則分布。其缺點(diǎn)響應(yīng)速度慢，毛化頻率低(最高幾千次)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法，它既克服了圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法只能實(shí)現(xiàn)圓周向一維高重頻激光毛化的缺點(diǎn)，又克服了無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法只能實(shí)現(xiàn)低重頻激光毛化的缺點(diǎn)，是一種更理想的具有能加工二維無(wú)規(guī)則毛化微坑的輥類表面毛化的激光加工設(shè)備及方法。本發(fā)明的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)，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，其特征在于還包括有控制所述激光加工裝置激光輸出信號(hào)的無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置；所述無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置接收無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件并進(jìn)行處理，換成相應(yīng)的控制信號(hào)，再驅(qū)動(dòng)所述激光加工裝置對(duì)輥類工件表面進(jìn)行加工，從而在輥類工件表面形成與無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像相對(duì)應(yīng)的二維無(wú)規(guī)則分布的毛化微坑。進(jìn)一步地，所述無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置包括具有PC功能的單板機(jī)和圖像開(kāi)關(guān)接口， 所述圖像開(kāi)關(guān)接口進(jìn)一步包括依次連接的輸入接口、圖像開(kāi)關(guān)和輸出接口 ；其中，所述單板機(jī)通過(guò)PC/104總線與所述圖像開(kāi)關(guān)相連接，所述單板機(jī)對(duì)輸入的無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件進(jìn)行處理，有點(diǎn)的位置形成控制信號(hào)1，沒(méi)有點(diǎn)的位置形成控制信號(hào)0，并將形成的控制信號(hào)傳輸給所述圖像開(kāi)關(guān)；所述輸入接口用于輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，根據(jù)1、0控制信號(hào)所述圖像開(kāi)關(guān)開(kāi)啟或是關(guān)閉，所述輸出接口根據(jù)所述圖像開(kāi)關(guān)的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)所述激光加工裝置。進(jìn)一步地，本發(fā)明的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)還可以具有如下的特點(diǎn)所述的激光加工裝置包括激光電源、激光器、工控機(jī)、可控分布接口卡、聲光電源、聲光盒，所述的無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的輸入信號(hào)接口與或控分布接口卡聯(lián)接，無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的輸出信號(hào)接口與聲光電源相連接的信號(hào)輸入端聯(lián)接，RS232C接口與工控機(jī)相接。所述的無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的輸出和輸入信號(hào)均為脈沖信號(hào)，輸出信號(hào)由輸入信號(hào)的上升沿觸發(fā)，經(jīng)圖像開(kāi)關(guān)后輸出。本發(fā)明的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工方法，它是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)，通過(guò)無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置接收無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件并進(jìn)行處理，換成相應(yīng)的控制信號(hào)，再驅(qū)動(dòng)所述激光加工裝置對(duì)輥類工件表面進(jìn)行加工，從而在輥類工件表面形成與無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像相對(duì)應(yīng)的二維無(wú)規(guī)則分布的毛化微坑。本發(fā)明在現(xiàn)有輥類表面毛化激光加工設(shè)備——可控分布激光毛化設(shè)備中增加無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置，使毛化微坑呈二維無(wú)規(guī)則分布。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備和加工方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、實(shí)現(xiàn)二維高重頻無(wú)規(guī)則毛化維坑的輥類表面激光毛化；2、無(wú)規(guī)則毛化維坑的分布可通過(guò)圖像文件模擬顯示。


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是本發(fā)明實(shí)施例所述的增量編碼器與主軸聯(lián)接示意圖；圖4不可控分布毛化微坑形貌圖；圖5是矩形分布毛化微坑形貌圖；圖6是菱形分布毛化微坑形貌圖；圖7是無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置程序流程圖；圖9是菱形分布無(wú)規(guī)則延時(shí)毛化微坑示意圖；圖10是菱形分布無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化微坑示意圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例所述的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑示意圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例所述的無(wú)規(guī)則圖像文件生成算法示意圖；圖13是本發(fā)明激光毛化設(shè)備控制系統(tǒng)方框圖；圖14是機(jī)床移動(dòng)架上層光路示意圖。圖面標(biāo)號(hào)說(shuō)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；7，20-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；12- 二維移動(dòng)架；13-聲光電源；14-頂尖座；15-縱向伺服電機(jī)；16-滾珠絲杠；17-激光電源；18-控制柜；19-工控機(jī)；21-增量編碼器；22-彈性片聯(lián)軸節(jié)；23-增量編碼器安裝套；24-機(jī)床主軸變速箱；25-機(jī)床主軸套；26-機(jī)床主軸；27-橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；28-聚焦透鏡；29-擴(kuò)束鏡；30-反射鏡；31-光路切換裝置；32-B路激光器；33-B路聲光盒；34-A路激光器；35-A路聲光盒；36，37-光路防護(hù)套。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明為了實(shí)現(xiàn)激光毛化無(wú)規(guī)則分布，本實(shí)施例提出的方案如圖2、圖3、圖7、圖12、圖13 所示。輥類表面無(wú)規(guī)則毛化微坑的毛化加工采用無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置實(shí)現(xiàn)。也即在可控分布激光毛化設(shè)備中增加無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置，使毛化微坑呈二維無(wú)規(guī)則分布。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(wú)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VFD-220B43A)、機(jī)床主軸驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)(型號(hào)為YP-50-22-4B3)、機(jī)床主軸變速箱24(減速比為3. 75)、機(jī)床主軸沈及機(jī)床主軸套25、高精度高分辨率的增量編碼器21(型號(hào)為ALFA-2500BM-G10L，每轉(zhuǎn)等分10萬(wàn)線)及增量編碼器安裝套23、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25，主軸套25 (帶軸頭)與機(jī)床主軸沈用螺紋連接，主軸套25經(jīng)彈性片聯(lián)軸節(jié)22與增量編碼器21軸相連(保證增量編碼器裝在機(jī)床主軸沈同軸方向)；增量編碼器21 端面固定增量編碼器安裝套23并經(jīng)安裝套與機(jī)床主軸變速箱M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)19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(wú)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)19內(nèi)的可控分布接口卡， 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后控制無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置和縱向伺服驅(qū)動(dòng)器。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置控制聲光電源13。縱向伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)縱向伺服電機(jī)15，經(jīng)滾珠絲杠16帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)架12在機(jī)床導(dǎo)軌20上左右移動(dòng)。床身包括機(jī)床導(dǎo)軌20、機(jī)床二維移動(dòng)架12、縱向伺服電機(jī)15、滾珠絲杠16和頂尖座14等。所述的伺服電機(jī)15 (使用型號(hào)為MDMA152A1A)與滾珠絲杠16直聯(lián)，伺服電機(jī)15 驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠16通過(guò)絲母帶動(dòng)移動(dòng)架12與導(dǎo)軌滑動(dòng)配合，并在導(dǎo)軌20上左右移動(dòng)，且速度無(wú)級(jí)可調(diào)。移動(dòng)架12分上下兩部分，下半部分裝有一路或兩路聲光電源13及激光電源 17,上半部分裝有A路激光器及A路聲光盒、B路激光器及B路聲光盒、光路切換裝置、激光擴(kuò)束鏡、光束反射鏡、橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、激光頭和光路防護(hù)套。圖14是機(jī)床移動(dòng)架上層光路示意圖。光路切換裝置由低速同步電機(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。 光路切換裝置的作用是轉(zhuǎn)折光路，使B路激光器發(fā)出的激光光束進(jìn)入激光擴(kuò)束鏡。激光擴(kuò)束鏡包括發(fā)散鏡和聚焦鏡，由多片鏡子組成，具有對(duì)激光束擴(kuò)束準(zhǔn)直作用。全反射鏡用于轉(zhuǎn)折光束的傳輸方向。橫向移動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)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)內(nèi)的D/A接口卡設(shè)定。聚焦透鏡包括激光聚焦鏡、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(guò)程中，軋輥表面的金屬在激光的作用下產(chǎn)生溶化與部分氣化，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與會(huì)聚激光束同軸，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)鏡不被污染。激光聚焦鏡是一組組合透鏡，除了將激光束聚焦于工件表面的作用外，還能消除光學(xué)像差，減少激光束的彌散性。A路激光器內(nèi)裝有A路聲光盒，B路激光器內(nèi)裝有B路聲光盒。光路防護(hù)套用于光路防塵，它有兩種結(jié)構(gòu)。光路防護(hù)套 36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與聚焦透鏡之間的光路連接，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)的前后移動(dòng)而變化。光路防護(hù)套37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、B路激光器、光路切換裝置、激光擴(kuò)束鏡和反射鏡之間的光路連接；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(guò)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18包括工控機(jī)19 (型號(hào)為AWS-8259)、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12是本發(fā)明激光毛化設(shè)備控制系統(tǒng)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)19內(nèi)的可控分布接口卡，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后控制無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置和縱向伺服驅(qū)動(dòng)器。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置控制聲光電源13?？v向伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)縱向伺服電機(jī)15，經(jīng)滾珠絲杠16帶動(dòng)機(jī)床移動(dòng)架12在機(jī)床導(dǎo)軌20上左右移動(dòng)。工控機(jī)19內(nèi)的一塊D/A接口卡發(fā)兩路信號(hào)給激光電源17，控制A路激光器34 和B路激光器32。工控機(jī)19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(wú)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)19、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-I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)19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)19通過(guò)一路RS232C與無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置相連，用于傳輸無(wú)規(guī)則圖像文件。冷卻系統(tǒng)由水箱、水泵及溫控器構(gòu)成，用于激光器的冷卻。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置示意圖如圖7所示。該裝置內(nèi)含單板機(jī)和PC/104圖像開(kāi)關(guān)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圖像開(kāi)關(guān)接口卡由輸入接口、圖像開(kāi)關(guān)和輸出接口組成。單板機(jī)對(duì)輸入的無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件進(jìn)行處理，有點(diǎn)的位置形成控制信號(hào)1，沒(méi)有點(diǎn)的位置形成控制信號(hào)0，并將形成的控制信號(hào)傳輸給圖像開(kāi)關(guān)。輸入接口用于輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，根據(jù)1、0控制信號(hào)圖像開(kāi)關(guān)開(kāi)啟或是關(guān)閉。輸出接口根據(jù)圖像開(kāi)關(guān)的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)激光加工裝置。PC/104圖像開(kāi)關(guān)接口卡安裝在單板機(jī)的PC/104擴(kuò)展總線上。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的外部信號(hào)有三路輸入、輸出和RS232C接口。輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都是脈沖信號(hào)。輸出信號(hào)由輸入信號(hào)的上升沿觸發(fā)，經(jīng)圖像開(kāi)關(guān)后輸出。圖8是無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置程序流程圖。程序先通過(guò)RS232C接口從工控機(jī)下傳無(wú)規(guī)則圖像文件到內(nèi)存，之后等待輸入信號(hào)，并根據(jù)無(wú)規(guī)則黑白圖像文件對(duì)應(yīng)像素的1、0信息控制輸出信號(hào)的脈沖輸出，如此不斷循環(huán)。對(duì)應(yīng)像素為1時(shí)，輸出信號(hào)有脈沖輸出，激光器發(fā)出激光束在輥面對(duì)應(yīng)位置產(chǎn)生微坑，否則輸出信號(hào)無(wú)脈沖輸出，在輥面對(duì)應(yīng)位置不產(chǎn)生微坑。這樣就可在輥面加工出與無(wú)規(guī)則圖像相對(duì)應(yīng)的二維無(wú)規(guī)則微坑分布。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置插入現(xiàn)有輥類表面毛化激光加工設(shè)備控制激光輸出的信號(hào)之后。可參考圖13。二維無(wú)規(guī)則圖像文件的產(chǎn)生方法很多，可以是預(yù)先生成好的具有二維無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件，圖11是本發(fā)明實(shí)施例所述的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑示意圖；圖12是本發(fā)明實(shí)施例所述的無(wú)規(guī)則圖像文件生成算法示意圖。算法為數(shù)據(jù)文件按從左到右，從上到下的順序生成，在示意圖12的4個(gè)方向之一連續(xù)像素為0，該像素取1，否則該像素按0. 5的幾率取1或0。本發(fā)明不限制激光波長(zhǎng)。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)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。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)，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，其特征在于還包括有控制所述激光加工裝置激光輸出信號(hào)的無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置；所述無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置接收無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件并進(jìn)行處理，換成相應(yīng)的控制信號(hào)，再驅(qū)動(dòng)所述激光加工裝置對(duì)輥類工件表面進(jìn)行加工，從而在輥類工件表面形成與無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像相對(duì)應(yīng)的二維無(wú)規(guī)則分布的毛化微坑。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)，其特征在于，所述無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置包括具有PC功能的單板機(jī)和圖像開(kāi)關(guān)接口，所述圖像開(kāi)關(guān)接口進(jìn)一步包括依次連接的輸入接口、圖像開(kāi)關(guān)和輸出接口 ；其中，所述單板機(jī)通過(guò)PC/104總線與所述圖像開(kāi)關(guān)相連接，所述單板機(jī)對(duì)輸入的無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件進(jìn)行處理，有點(diǎn)的位置形成控制信號(hào)1，沒(méi)有點(diǎn)的位置形成控制信號(hào)0， 并將形成的控制信號(hào)傳輸給所述圖像開(kāi)關(guān)；所述輸入接口用于輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，根據(jù) 1、0控制信號(hào)所述圖像開(kāi)關(guān)開(kāi)啟或是關(guān)閉，所述輸出接口根據(jù)所述圖像開(kāi)關(guān)的狀態(tài)驅(qū)動(dòng)所述激光加工裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述的激光加工裝置包括激光電源、激光器、工控機(jī)、可控分布接口卡、聲光電源、 聲光盒，所述的無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的輸入信號(hào)接口與可控分布接口卡相插接，無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的輸出信號(hào)接口與聲光電源相連接的信號(hào)輸入端相接，RS232C接口與工控機(jī)相接。
4.如權(quán)利要求3所述的無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)，其特征在于所述的無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置的輸出和輸入信號(hào)均為脈沖信號(hào)，輸出信號(hào)由輸入信號(hào)的上升沿觸發(fā)。
5.無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工方法，它是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)，通過(guò)無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置接收無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像文件并進(jìn)行處理，換成相應(yīng)的控制信號(hào)，再驅(qū)動(dòng)所述激光加工裝置對(duì)輥類工件表面進(jìn)行加工，從而在輥類工件表面形成與無(wú)規(guī)則點(diǎn)狀分布的圖像相對(duì)應(yīng)的二維無(wú)規(guī)則分布的毛化微坑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)規(guī)則圖像毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法，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無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置。無(wú)規(guī)則圖像開(kāi)關(guān)裝置使激光加工裝置的激光輸出信號(hào)按無(wú)規(guī)則圖像輸出，其方法在于按無(wú)規(guī)則黑白圖像的1、0信息開(kāi)關(guān)可控矩形分布輥類工件表面的激光輸出信號(hào)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)二維高重頻無(wú)規(guī)則毛化微坑的輥類表面激光毛化；無(wú)規(guī)則毛化微坑的分布可通過(guò)圖像文件模擬顯示。它同時(shí)克服了圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法只能實(shí)現(xiàn)圓周向一維高重頻激光毛化的缺點(diǎn)和無(wú)規(guī)則偏轉(zhuǎn)毛化微坑的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法只能實(shí)現(xiàn)低重頻激光毛化的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23K26/42GK102179621SQ20111008116
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者楊明江, 王紅才 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所