[发明专利]高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工方法及装置

权利要求书

1.一种高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工方法，其特征在于：将高功率连续激光器(1)输出的连续激光束通过一个多棱镜分光机构(4)分成K路脉冲激光束，再分别由K个集成聚焦头(601、602、603、604)聚焦后输出，每个集成聚焦头对应输出N个聚焦光点，从而总共在轧辊工件(13)表面形成K×N个密集排布的聚焦光点，对轧辊工件(13)表面同时进行毛化加工，在轧辊工件(13)表面形成K×N条螺旋扫描线点阵毛化坑分布，其中K≥1，而N≥2。

2.根据权利要求1所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工方法，其特征在于按下述具体步骤对轧辊工件(13)表面实施毛化加工：

1)由数控机床(3)上的轧辊转轴(301)和顶尖(302)装夹轧辊工件(13)；

2)启动数控机床(3)，使轧辊工件(13)按设定的转速旋转；

3)使高功率连续激光器(1)输出的连续激光束进入安装在数控机床(3)工作平台(12)上的多棱镜分光机构(4)，经第一聚焦镜聚焦于高速旋转的多棱镜(401)的某个工作面上；

4)多棱镜(401)的该工作面在高速旋转过程中将连续激光束依次扫过K个分光头(404、405、406、407)，K≥1；每个分光头在激光扫过时接受一部分激光，当连续激光束依次扫过所有分光头时相当于给每个分光头分配一个激光脉冲；多棱镜(401)重复扫描时便将连续激光束分成K路脉冲激光输出；

5)上述由多棱镜分光机构(4)内输出的K路脉冲激光束分别经K个集成聚焦头(601、602、603、604)聚焦后输出，在轧辊工件(13)表面形成密集排布的K×N个聚焦光点，N为单个集成聚焦头对应输出的聚焦光点数，N≥2；

6)在数控机床(3)对轧辊工件(13)转速、多棱镜(401)转速、工作平台(12)平移速度的集中控制下，所述K×N个聚焦光点对轧辊工件(13)同时进行毛化加工，在轧辊工件(13)表面形成K×N条螺旋扫描线点阵毛化坑分布。

3.一种用于实现如权利要求1所述加工方法的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，包括激光器(1)和数控机床(3)，所述数控机床(3)的床身上装有通过平移导轨(303)驱动的工作平台(12)及与平移导轨(303)平行的用于安装轧辊工件(13)的轧辊转轴(301)和顶尖(302)；所述工作平台(12)上装有多棱镜分光机构(4)和集成聚焦机构；所述多棱镜分光机构(4)由第一聚焦镜、多棱镜(401)、驱动多棱镜(401)旋转的高速电机(408)和K个分光头(404、405、406、407)共同组成；其特征在于：所述集成聚焦机构是由呈斜线或其它形式排列的K个集成聚焦头(601、602、603、604)组成的集成聚焦头阵列，K个集成聚焦头(601、602、603、604)的输入端与K个分光头(404、405、406、407)的输出端一一相对，每个集成聚焦头均可对应输出N个聚焦光点，K个集成聚焦头则可在轧辊工件(13)表面同时形成K×N条螺旋扫描线点阵毛化坑分布，其中K≥1，N≥2。

4.根据权利要求3所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述多棱镜(401)的面数M≥5，且每个工作面均为全反射面。

5.根据权利要求3所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述第一聚焦镜为透射式聚焦镜或者反射式聚焦镜。

6.根据权利要求3所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜以及与第二聚焦镜相对布置的N个紧密排列的聚焦透镜(901、902、903)。

7.根据权利要求3所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜以及与第二聚焦镜相对布置的多焦点聚焦镜(15)，该多焦点聚焦镜(15)具有N个焦点。

8.根据权利要求3所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述每个集成聚焦头内均设有第二聚焦镜、位于第二聚焦镜出射光路上的N个紧密排列且相互之间成一定角度布置的反射镜(801、802、803)以及位于所述N个反射镜(801、802、803)的反射光路上的第三聚焦镜。

9.根据权利要求6或7或8所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述第二聚焦镜为透射式聚焦镜或者反射式聚焦镜。

10.根据权利要求3所述的高功率激光辊类表面集成聚焦毛化加工装置，其特征在于所述K个集成聚焦头(601、602、603、604)呈斜线或其它形式排列，且所述相邻两个集成聚焦头之间的横向距离为N×ΔX，ΔX＝50～500μm，纵向距离为ΔY。