一種提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于冷乳輥激光毛化和離散激光加工的技術領域，具體地涉及一種提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統，以及控制方法。
【背景技術】
[0002]冷乳薄鋼板具有厚度與板形精度高、表面質量好、力學性能好、厚度更薄等優點，應用非常廣。毛化板采用毛化乳輥平整，表面形貌由毛化乳輥表面復制而來。毛化板因具有更好的延伸率和涂鍍層結合力，在汽車、高鐵、航空航天、家用電器以及食品包裝等行業有廣泛用途。
[0003]乳輥毛化技術就是對磨光乳輥進行毛化，使其表面具有特殊形貌的技術。目前在工業上得到規模化推廣應用的乳輥毛化技術是噴丸毛化、電火花毛化和激光毛化，其中比較先進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激光毛化通過連續栗浦YAG激光器經Q開關特殊調制輸出高能量密度、高重復頻率的YAG脈沖激光，通過沿乳輥軸向勻速移動聚焦鏡將脈沖激光聚焦到勻速旋轉的乳輥表面，使乳輥表面熔化、氣化，產生大量的恪池;一定成分、一定壓力的輔助氣體沿一定角度側吹恪池，使恪池凸臺明顯；乳輥自身熱傳導作用使熔池因熔融物迅速冷卻而表面硬化;從而在整個輥面形成一定形貌的大量有凸臺的硬化微坑。
[0005]YAG激光毛化技術是中國科學院力學研究所在九十年代研究開發的，如發明專利“高重頻調制多脈沖YAG激光刻花系統及加工方法”(ZL92113223.9)。為了增加微坑分布的各向均勻度，調節冷乳板的各向延伸率，中科院力學所開發了 YAG激光毛化的二維可控分布技術，如發明專利“具有可控分布毛化點的輥類表面毛化激光加工系統”(ZL 00128273.5)。為了改善激光毛化板的外觀質量，中科院力學所在二維可控分布技術的基礎上開發可控無規則分布技術，如發明專利“圓周無規則毛化點的輥類表面毛化激光加工系統及方法”(ZL200510117158.8)。
[0006]優質的激光毛化板除了要求微坑無規則分布外，還要求微坑均勻一致。發明專利“圓周無規則毛化點的輥類表面毛化激光加工系統及方法”(ZL 200510117158.8)通過激光輸出信號在規定的時間范圍內產生隨機的延時，使毛化微坑在輥類工件表面的圓周方向形成無規則分布。其原理決定了激光輸出信號的頻率會在一定范圍內變化。
[0007]現有的YAG激光毛化技術，為了提高加工速度，激光輸出信號的頻率都比較高，一般大于1kHz，脈沖激光的激勵時間達不到飽和時間。脈沖激光的能量取決于激勵時間，即脈沖間隔的時間。脈沖激光釋放的時間是固定的，故激光輸出信號頻率的變化將導致脈沖激光能量的不均勻和波形的不一致，從而導致微坑的不一致，影響了激光毛化板的質量。
【發明內容】
[0008]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統，其脈沖激光的激勵時間是相等的，釋放時間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無規則毛化微坑的均勻性，因此能夠提高激光毛化板的質量。
[0009]本發明的技術解決方案是:這種提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統，其包括工控機、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、縱向及橫向伺服驅動器、縱向及橫向伺服電機、激光電源、激光器、聲光電源、聲光開關、偽隨機延時裝置、脈沖寬度設定裝置、485總線；
[0010]工控機，通過AT總線分別連接可控分布接口卡和雙路隔離D/A卡；
[0011]可控分布接口卡對反映輥周向位置的增量編碼器的信號進行分頻處理后輸出多路信號:其中一路信號為可控分布信號，經偽隨機延時裝置輸出偽隨機延時信號，經脈沖寬度設定裝置輸出脈寬預先設定的信號來控制聲光電源輸出對應的射頻信號，再經激光器內的聲光開關產生脈沖激光;其中兩路信號為脈沖信號，分別經伺服驅動器控制縱向和橫向的伺服電機運動;其它多路信號為開關信號，通過變頻器、伺服驅動器、激光電源控制主軸電機、縱向及橫向伺服電機的啟停和激光器的開關；
[0012 ]雙路隔離D/A卡輸出兩路模擬量，分別控制主軸電機的轉速和激光器的功率；
[0013]工控機通過485總線設定偽隨機延時裝置和脈沖寬度設定裝置的工作參數。
[0014]本發明在偽隨機延時裝置之后，連接脈沖寬度設定裝置，其輸出信號的脈寬可設定;并且聲光電源工作在外控方式，射頻輸出時間受脈沖寬度設定裝置輸出信號的脈寬控制；因此脈沖激光的激勵時間是相等的，釋放時間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無規則毛化微坑的均勻性，從而能夠提高激光毛化板的質量。
[0015]還提供了這種提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統的控制方法，其包括以下步驟:
[0016](I)通過在偽隨機延時裝置之后連接脈沖寬度設定裝置，使輸出信號的脈寬可設定；
[0017](2)通過將聲光電源設置在外控方式，使射頻輸出時間受脈沖寬度控制。
【附圖說明】
[0018]圖1為現有的圓周無規則毛化控制系統的結構框圖；
[0019]圖2為根據本發明的提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統的一個優選實施例的結構框圖；
[0020]圖3為現有的圓周無規則毛化控制系統的激光輸出時序圖；
[0021]圖4為圖2的提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統的激光輸出時序圖；
[0022]圖5為根據本發明的一個優選實施例的脈沖寬度設定裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]圖2與圖1相比，主要區別是增加了脈沖寬度設定裝置，并使聲光電源工作在外控方式，使射頻輸出時間恒定，即脈沖激光的激勵時間恒定。
[0024]如圖2所示，這種提高圓周無規則毛化微坑均勻性的控制系統，其包括工控機、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、縱向及橫向伺服驅動器、縱向及橫向伺服電機、激光電源、激光器、聲光電源、聲光開關、偽隨機延時裝置、脈沖寬度設定裝置、485總線；
[0025]工控機，通過AT總線分別連接可控分布接口卡和雙路隔離D/A卡；
[0026]可控分布接口卡對反映輥周向位置的增量編碼器的信號進行分頻處理后輸出多路信號:其中一路信號為可控分布信號，經偽隨機延時裝置輸出偽隨機延時信號，經脈沖寬度設定裝置輸出脈寬預先設定的信號來控制聲光電源輸出對應的射頻信號，再經激光器內的聲光開關產生脈沖激光;其中兩路信號為脈沖信號，分別經伺服驅動器控制縱向和橫向的伺服電機運動;其它多路信號為開關信號，通過變頻器、伺服驅動器、激光電源控制主軸電機、縱向及橫向伺服電機的啟停和激光器的開關；
[0027]雙路隔離D/A卡輸出兩路模擬量，分別控制主軸電機的轉速和激光器的功率；
[0028]工控機通過485總線設定偽隨機延時裝置和脈沖寬度設定裝置的工作參數。
[0029]聲光電源輸出射頻信號時，激光器諧振腔的損耗增大，Q值下降，使激光振蕩不能形成，無激光輸出；聲光電源輸出的射頻信號消失時，激光器諧振腔損耗減小，Q值猛增，激光振蕩迅速恢復，有高峰值功率激光輸出。本發明在偽隨機延時裝置之后，連接脈沖寬度設定裝置，其輸出信號的脈寬可設定;并且聲光電源工作在外控方式，射頻輸出時間受脈沖寬度設定裝置輸出信號的脈寬控制；因此脈沖激光的激勵時間是相等的，釋放時間是可變的，使其功率波形有效部分基本一致，從而提高了圓周無規則毛化微坑的均勻性，從而能夠提高激光毛化板的質量。
[0030]另外，如圖5所示，所述脈沖寬度設定裝置包括輸入接口、輸出接口和