一種提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冷乳輥激光毛化和離散激光加工的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，以及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]冷乳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。毛化板采用毛化乳輥平整，表面形貌由毛化乳輥表面復(fù)制而來(lái)。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。
[0003]乳輥毛化技術(shù)就是對(duì)磨光乳輥進(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)用的乳輥毛化技術(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]激光毛化按使用的激光器種類分為ω2激光毛化和YAG激光毛化。YAG激光毛化通過(guò)連續(xù)栗浦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(guò)沿乳輥軸向勻速移動(dòng)聚焦鏡將脈沖激光聚焦到勻速旋轉(zhuǎn)的乳輥表面，使乳輥表面熔化、氣化，產(chǎn)生大量的恪池;一定成分、一定壓力的輔助氣體沿一定角度側(cè)吹恪池，使恪池凸臺(tái)明顯；乳輥?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。
[0005]YAG激光毛化技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所在九十年代研究開發(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)冷乳板的各向延伸率，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)”(ZL 00128273.5)。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(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”(ZL200510117158.8)。
[0006]優(yōu)質(zhì)的激光毛化板除了要求微坑無(wú)規(guī)則分布外，還要求微坑均勻一致。發(fā)明專利“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”(ZL 200510117158.8)通過(guò)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)，使毛化微坑在輥類工件表面的圓周方向形成無(wú)規(guī)則分布。其原理決定了激光輸出信號(hào)的頻率會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。
[0007]現(xiàn)有的YAG激光毛化技術(shù)，為了提高加工速度，激光輸出信號(hào)的頻率都比較高，一般大于1kHz，脈沖激光的激勵(lì)時(shí)間達(dá)不到飽和時(shí)間。脈沖激光的能量取決于激勵(lì)時(shí)間，即脈沖間隔的時(shí)間。脈沖激光釋放的時(shí)間是固定的，故激光輸出信號(hào)頻率的變化將導(dǎo)致脈沖激光能量的不均勻和波形的不一致，從而導(dǎo)致微坑的不一致，影響了激光毛化板的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，其脈沖激光的激勵(lì)時(shí)間是相等的，釋放時(shí)間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑的均勻性，因此能夠提高激光毛化板的質(zhì)量。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，其包括工控機(jī)、可控分布接口卡、AT總線、雙路隔離D/A卡、增量編碼器、變頻器、主軸電機(jī)、縱向及橫向伺服驅(qū)動(dòng)器、縱向及橫向伺服電機(jī)、激光電源、激光器、聲光電源、聲光開關(guān)、偽隨機(jī)延時(shí)裝置、脈沖寬度設(shè)定裝置、485總線；
[0010]工控機(jī)，通過(guò)AT總線分別連接可控分布接口卡和雙路隔離D/A卡；
[0011]可控分布接口卡對(duì)反映輥周向位置的增量編碼器的信號(hào)進(jìn)行分頻處理后輸出多路信號(hào):其中一路信號(hào)為可控分布信號(hào)，經(jīng)偽隨機(jī)延時(shí)裝置輸出偽隨機(jī)延時(shí)信號(hào)，經(jīng)脈沖寬度設(shè)定裝置輸出脈寬預(yù)先設(shè)定的信號(hào)來(lái)控制聲光電源輸出對(duì)應(yīng)的射頻信號(hào)，再經(jīng)激光器內(nèi)的聲光開關(guān)產(chǎn)生脈沖激光;其中兩路信號(hào)為脈沖信號(hào)，分別經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器控制縱向和橫向的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng);其它多路信號(hào)為開關(guān)信號(hào)，通過(guò)變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、激光電源控制主軸電機(jī)、縱向及橫向伺服電機(jī)的啟停和激光器的開關(guān)；
[0012 ]雙路隔離D/A卡輸出兩路模擬量，分別控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速和激光器的功率；
[0013]工控機(jī)通過(guò)485總線設(shè)定偽隨機(jī)延時(shí)裝置和脈沖寬度設(shè)定裝置的工作參數(shù)。
[0014]本發(fā)明在偽隨機(jī)延時(shí)裝置之后，連接脈沖寬度設(shè)定裝置，其輸出信號(hào)的脈寬可設(shè)定;并且聲光電源工作在外控方式，射頻輸出時(shí)間受脈沖寬度設(shè)定裝置輸出信號(hào)的脈寬控制；因此脈沖激光的激勵(lì)時(shí)間是相等的，釋放時(shí)間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑的均勻性，從而能夠提高激光毛化板的質(zhì)量。
[0015]還提供了這種提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)的控制方法，其包括以下步驟:
[0016](I)通過(guò)在偽隨機(jī)延時(shí)裝置之后連接脈沖寬度設(shè)定裝置，使輸出信號(hào)的脈寬可設(shè)定；
[0017](2)通過(guò)將聲光電源設(shè)置在外控方式，使射頻輸出時(shí)間受脈沖寬度控制。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為現(xiàn)有的圓周無(wú)規(guī)則毛化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0019]圖2為根據(jù)本發(fā)明的提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；
[0020]圖3為現(xiàn)有的圓周無(wú)規(guī)則毛化控制系統(tǒng)的激光輸出時(shí)序圖；
[0021]圖4為圖2的提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)的激光輸出時(shí)序圖；
[0022]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的脈沖寬度設(shè)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]圖2與圖1相比，主要區(qū)別是增加了脈沖寬度設(shè)定裝置，并使聲光電源工作在外控方式，使射頻輸出時(shí)間恒定，即脈沖激光的激勵(lì)時(shí)間恒定。
[0024]如圖2所示，這種提高圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑均勻性的控制系統(tǒng)，其包括工控機(jī)、可控分布接口卡、AT總線、雙路隔離D/A卡、增量編碼器、變頻器、主軸電機(jī)、縱向及橫向伺服驅(qū)動(dòng)器、縱向及橫向伺服電機(jī)、激光電源、激光器、聲光電源、聲光開關(guān)、偽隨機(jī)延時(shí)裝置、脈沖寬度設(shè)定裝置、485總線；
[0025]工控機(jī)，通過(guò)AT總線分別連接可控分布接口卡和雙路隔離D/A卡；
[0026]可控分布接口卡對(duì)反映輥周向位置的增量編碼器的信號(hào)進(jìn)行分頻處理后輸出多路信號(hào):其中一路信號(hào)為可控分布信號(hào)，經(jīng)偽隨機(jī)延時(shí)裝置輸出偽隨機(jī)延時(shí)信號(hào)，經(jīng)脈沖寬度設(shè)定裝置輸出脈寬預(yù)先設(shè)定的信號(hào)來(lái)控制聲光電源輸出對(duì)應(yīng)的射頻信號(hào)，再經(jīng)激光器內(nèi)的聲光開關(guān)產(chǎn)生脈沖激光;其中兩路信號(hào)為脈沖信號(hào)，分別經(jīng)伺服驅(qū)動(dòng)器控制縱向和橫向的伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng);其它多路信號(hào)為開關(guān)信號(hào)，通過(guò)變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器、激光電源控制主軸電機(jī)、縱向及橫向伺服電機(jī)的啟停和激光器的開關(guān)；
[0027]雙路隔離D/A卡輸出兩路模擬量，分別控制主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速和激光器的功率；
[0028]工控機(jī)通過(guò)485總線設(shè)定偽隨機(jī)延時(shí)裝置和脈沖寬度設(shè)定裝置的工作參數(shù)。
[0029]聲光電源輸出射頻信號(hào)時(shí)，激光器諧振腔的損耗增大，Q值下降，使激光振蕩不能形成，無(wú)激光輸出；聲光電源輸出的射頻信號(hào)消失時(shí)，激光器諧振腔損耗減小，Q值猛增，激光振蕩迅速恢復(fù)，有高峰值功率激光輸出。本發(fā)明在偽隨機(jī)延時(shí)裝置之后，連接脈沖寬度設(shè)定裝置，其輸出信號(hào)的脈寬可設(shè)定;并且聲光電源工作在外控方式，射頻輸出時(shí)間受脈沖寬度設(shè)定裝置輸出信號(hào)的脈寬控制；因此脈沖激光的激勵(lì)時(shí)間是相等的，釋放時(shí)間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無(wú)規(guī)則毛化微坑的均勻性，從而能夠提高激光毛化板的質(zhì)量。
[0030]另外，如圖5所示，所述脈沖寬度設(shè)定裝置包括輸入接口、輸出接口和