多束光合成聚焦裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離散激光加工技術(shù)，尤其是一種多束光合成聚焦裝置，適用于冷軋輥激光毛化等領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]冷軋薄鋼板具有厚度與板形精度高、表面質(zhì)量好、力學(xué)性能好、厚度更薄等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用非常廣。冷軋板按粗糙度分為光面板和毛化板。毛化板采用毛化軋輥平整，表面形貌由毛化軋輥表面復(fù)制而來，粗糙度一般較大。相對(duì)光面板，毛化板因具有更好的延伸率和涂鍍層結(jié)合力，在汽車、高鐵、航空航天、家用電器以及食品包裝等行業(yè)有廣泛用途，是一種不可缺少的重要原料。
[0003]軋輥毛化技術(shù)就是對(duì)磨光軋輥進(jìn)行毛化，使其表面具有特殊形貌的技術(shù)。目前在工業(yè)上得到規(guī)模化推廣應(yīng)用的軋輥毛化技術(shù)是噴丸毛化、電火花毛化和激光毛化，其中比較先進(jìn)的是電火花毛化和激光毛化。
[0004]電火花毛化通過將軋輥和電極浸沒在絕緣工作液中或在兩電極的間隙噴絕緣工作液，兩電極間的間隙足夠小，電極上施加一定幅值和頻率的脈沖電壓，產(chǎn)生火花放電，在軋輥表面上產(chǎn)生一系列微熔微坑。
[0005]激光毛化按使用的激光器種類分為CO2激光毛化和YAG激光毛化。CO 2激光毛化通過連續(xù)0)2激光器發(fā)出的連續(xù)激光，經(jīng)斬波器變成頻率一定的脈沖激光，通過沿軋輥軸向勻速移動(dòng)聚焦鏡將脈沖激光聚焦到勻速旋轉(zhuǎn)的軋輥表面，使軋輥表面熔化、氣化，產(chǎn)生大量的熔池，從而在整個(gè)輥面形成一定形貌的大量有凸臺(tái)的硬化微坑。YAG激光毛化通過連續(xù)泵浦YAG激光器經(jīng)Q開關(guān)特殊調(diào)制輸出高能量密度、高重復(fù)頻率的YAG脈沖激光，通過沿軋輥軸向勻速移動(dòng)聚焦鏡將脈沖激光聚焦到勻速旋轉(zhuǎn)的軋輥表面，使軋輥表面熔化、氣化，產(chǎn)生大量的熔池；一定成分、一定壓力的輔助氣體沿一定角度側(cè)吹熔池，使熔池凸臺(tái)明顯；軋輥?zhàn)陨頍醾鲗?dǎo)作用使熔池因熔融物迅速冷卻而表面硬化；從而在整個(gè)輥面形成一定形貌的大量有凸臺(tái)的硬化微坑。
[0006]YAG激光毛化技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研宄所在九十年代研宄開發(fā)的，如發(fā)明專利“高重頻調(diào)制多脈沖YAG激光刻花系統(tǒng)及加工方法”(ZL92113223.9)。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)所開發(fā)了 YAG激光毛化的二維可控分布技術(shù)，如發(fā)明專利“具有可控分布毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)”(ZL00128273.5)。工程中有相當(dāng)多的毛化板要求微坑無規(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)上開發(fā)可控?zé)o規(guī)則分布技術(shù)，如發(fā)明專利“圓周無規(guī)則毛化點(diǎn)的輥類表面毛化激光加工系統(tǒng)及方法” (ZL200510117158.8);又如發(fā)明專利“無規(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”(ZL 200510116750.6)。
[0007]激光毛化在微坑的均勻性和再現(xiàn)性、運(yùn)行條件、環(huán)境污染、運(yùn)行成本等方面都比電火花毛化更優(yōu)越。然而，在加工速度方面電火花毛化比激光毛化更有優(yōu)勢(shì)。同樣的軋輥，激光毛化需一個(gè)小時(shí)，電火花毛化可能只需20分鐘。對(duì)于激光毛化，毛化軋輥的微坑密度越高，毛化頻率不變的情況下加工速度越慢?，F(xiàn)在高檔汽車板、家電板的微坑密度越來越高，迫切希望提高激光毛化的加工速度。
[0008]電火花毛化加工速度比較快的原因是多電極同時(shí)放電。同樣，多微坑并行加工是提高激光毛化加工速度的必然選擇。
[0009]一般的激光毛化，采用單臺(tái)激光器、單個(gè)聚焦鏡的方案。采用多臺(tái)激光器、多個(gè)聚焦鏡的方案顯然能提高毛化速度。該方案的最大缺點(diǎn)是多臺(tái)激光器產(chǎn)生的微坑相對(duì)位置不好控制，極易產(chǎn)生致命的干涉條紋。其另一缺點(diǎn)是光路結(jié)構(gòu)較龐大，能同時(shí)用的激光器的數(shù)量會(huì)受限。也可將單臺(tái)激光器的單束光分成多束光，分別聚焦輸出。此時(shí)分束后單束光的能量會(huì)受限，其產(chǎn)生的微坑的位置有相關(guān)性，也易出條紋。
[0010]采用單臺(tái)激光器、分束后單個(gè)聚焦鏡聚焦的方案也能提高毛化速度，因同時(shí)產(chǎn)生的多個(gè)微坑間距很近，相當(dāng)于一組微坑，不易出條紋。該方案的最大缺點(diǎn)是單坑的能量受限，只適合提高低粗糙度毛化的速度。其另一缺點(diǎn)是微坑組內(nèi)的坑間距相對(duì)固定，不能實(shí)現(xiàn)無規(guī)則分布，影響了毛化輥形貌的整體提高。
[0011]采用多臺(tái)激光器、合束后單個(gè)聚焦鏡聚焦的方案，克服了單坑的能量不足的問題，應(yīng)是比較理想的方案。專用于CTP(computer to plate)的半導(dǎo)體激光模塊，如Intense的CTP激光陣列成像模塊系列，結(jié)合了精密的光學(xué)器件和簡(jiǎn)便快捷的電子器件接口，其擁有64個(gè)高可靠性的激光發(fā)射器陣列，每個(gè)通道內(nèi)部提供了 200mW的高可靠性的單模激光輸出。該器件的最大缺點(diǎn)單束光能量太低，無法毛化。其另一缺點(diǎn)是各束光相對(duì)位置固定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明提供一種多束光合成聚焦裝置，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)多束光合成，提高激光毛化的加工速度，實(shí)現(xiàn)高能量密度的毛化加工。
[0013]本發(fā)明提供一種多束光合成聚焦裝置，包括:
[0014]至少一多束光合成組件，用于將兩束以上不同方向的入射光進(jìn)行合成，合成后的光束之間的夾角在O?30度之間；包括至少兩臺(tái)激光器、與所述激光器數(shù)量等同的準(zhǔn)直器和一個(gè)偏轉(zhuǎn)總成；所述激光器與準(zhǔn)直器之間均通過光纖連接；所述偏轉(zhuǎn)總成包括至少一個(gè)用于改變經(jīng)由所述準(zhǔn)直器出射的光束方向的反射鏡；
[0015]聚焦組件，用于將所述多束光合成組件合成后的光束進(jìn)行匯聚；包括鏡架和設(shè)置在所述鏡架內(nèi)的聚焦透鏡。
[0016]其中，所述多束光合成組件還包括數(shù)量與所述反射鏡數(shù)量等同的電機(jī)，每個(gè)所述反射鏡均安裝在一個(gè)所述電機(jī)上。
[0017]進(jìn)一步地，所述電機(jī)為振鏡電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、壓電電機(jī)或伺服電機(jī)。
[0018]進(jìn)一步地，所有所述反射鏡及所有所述振鏡電機(jī)均設(shè)置在殼體內(nèi)，所述殼體與每個(gè)所述準(zhǔn)直器之間以及所述殼體與所述鏡架之間均設(shè)置有一導(dǎo)光管。
[0019]特別是，所述殼體位于一機(jī)座上，所述振鏡電機(jī)均安裝在所述機(jī)座上，且在垂直方向上交錯(cuò)布置。
[0020]其中，所述鏡架上還設(shè)置有保護(hù)鏡，所述保護(hù)鏡位于所述聚焦透鏡遠(yuǎn)離所述多束光合成組件的一側(cè)。
[0021]進(jìn)一步地，所述鏡架靠近所述保護(hù)鏡的一端還設(shè)置有用于吹入氣流的氣嘴，所述氣嘴呈喇叭狀，且擴(kuò)口端與所述鏡架連接，縮口端沿其軸向懸伸。
[0022]特別是，所述多束光合成組件為三束光合成組件，該三束光合成組件用于將三束不同方向的入射光進(jìn)行合成，合成后的光束之間的夾角在O?30度之間；其中一束入射光經(jīng)過聚焦透鏡中心，為中心入射光束；另外兩束入射光與所述中心入射光束均垂直，為垂直入射光束；
[0023]該三束光合成組件包括三臺(tái)激光器、三根光纖、三個(gè)準(zhǔn)直器和一個(gè)偏轉(zhuǎn)總成；其中一所述激光器位于中間為中間激光器，與所述中間激光器連接的所述準(zhǔn)直器為中間準(zhǔn)直器，另外兩所述激光器位于所述中間激光器兩側(cè)為側(cè)邊激光器，與所述側(cè)邊激光器連接的所述準(zhǔn)直器為側(cè)邊準(zhǔn)直器；
[0024]所述偏轉(zhuǎn)總成包括兩個(gè)用于改變經(jīng)由所述側(cè)邊準(zhǔn)直器出射的所述垂直入射光束方向的反射鏡。
[0025]其中，包括一個(gè)第一多束光合成組件和至少一個(gè)第二多束光合成組件；
[0026]所述第一多束光合成組件為三束光合成組件；所述中心入射光束和兩垂直入射光束經(jīng)所述聚焦透鏡后在焦平面上形成的光斑位于同一直線上；
[0027]所述第二多束光合成組件為兩束光合成組件，該兩束光合成組件用于將兩束不同方向的入射光進(jìn)行合成，合成后的光束之間的夾角在O?30度之間；其中兩束入射光與所述中心入射光束均垂直，為垂直入射光束；該兩束光合成組件包括兩臺(tái)激光器、兩根光纖、兩個(gè)準(zhǔn)直器和一個(gè)偏轉(zhuǎn)總成；其中兩所述激光器位于兩側(cè)為側(cè)邊激光器，與所述側(cè)邊激光器連接的所述準(zhǔn)直器為側(cè)邊準(zhǔn)直器；所述偏轉(zhuǎn)總成包括兩個(gè)用于改變經(jīng)由所述側(cè)邊準(zhǔn)直器出射的垂直入射光束方向的反射鏡；
[0028]所述兩束光合成組件的兩側(cè)邊準(zhǔn)直器位于所述三束光合成組件的中間準(zhǔn)直器的兩側(cè)，且所述兩束光合成組件的兩側(cè)邊準(zhǔn)直器之間的連線與所述三束光合成組件的兩側(cè)邊準(zhǔn)直器之間的連線呈一夾角，該夾角在O?180度之間；
[0029]所有的所述兩束光合成組件與所述三束光合成組件中的中間激光器及中間準(zhǔn)直器均能形成三束光合成組件，且所述兩束光合成組件中的兩垂直入射光束與所述三束光合成組件中的中心入射光束經(jīng)聚焦透鏡后在焦平面上形成的光斑均位于同一直線上。
[0030]進(jìn)一步地，包括兩個(gè)所述第二多束光合成組件；
[0031]兩個(gè)所述兩束光合成組件的兩側(cè)邊準(zhǔn)直器之間的連線與所述三束光合成組件的兩側(cè)邊準(zhǔn)直器之間的連線的夾