專利名稱：基于激光復合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光特種加工與激光器技術(shù)領(lǐng)域，特指耐熱件激光復合延壽激光器鏡 片防護方法與裝置。
背景技術(shù)：
自20世紀60年代激光器問世以來，激光技術(shù)得到了迅速的發(fā)展與運用，激光沖擊波 技術(shù)、激光切割技術(shù)、激光焊接技術(shù)、激光打標技術(shù)、激光熔覆技術(shù)、激光檢測技術(shù)等激 光應用技術(shù)目前廣泛應用于機械工程、航空航天、微電子、軍事等各行各業(yè)中。鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機是重要的鋼鐵冶煉爐料生產(chǎn)工藝之一，其工作溫度從常溫到 120(TC，鏈篦機篦床與傳輸機構(gòu)零部件在常溫到105(TC的交變溫度場中循環(huán)往復運行，對 相關(guān)零部件材料熱疲勞性能要求極高，高溫區(qū)零部件在高溫中長期工作，對相關(guān)零部件材 料的高溫耐磨性能和抗氧化性能要求苛刻。另一方面，同時大型化球團、金屬球團和紅礦 球團等先進節(jié)能環(huán)保球團工藝的發(fā)展，工作環(huán)境溫度更高，對耐熱件壽命要求更加苛刻。 目前，通常采用稀土耐熱鋼制造相關(guān)零件，但其高溫耐磨性和熱疲勞性仍然是影響零件熱 壽命的關(guān)鍵因素，不得不作為易損件定期更換，無法滿足鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機生產(chǎn)新工 藝對其關(guān)鍵零部件材料性能的要求。激光沖擊波的產(chǎn)生是高功率密度的強激光與物質(zhì)進行相互作用，在極短的時間內(nèi)(通 常30 40ns)使物質(zhì)表面加熱并突然氣化而形成高壓等離子體，從而形成沖擊波。利用激 光沖擊波現(xiàn)象進行各種工程應用的技術(shù)即為激光沖擊波技術(shù)，例如激光沖擊強化、激光沖 擊層裂技術(shù)、激光沖擊成型技術(shù)等等。中國發(fā)明專利(200710023404.2)和中國發(fā)明專利(200710025288)提出利用激光復合處 理技術(shù)，將激光沖擊強化技術(shù)和"QPQ"鹽浴復合處理、激光淬火技術(shù)、激光熔覆技術(shù)結(jié)合 起來，根據(jù)零件的工況要求，對零件采用激光熔覆+QPQ"鹽熔復合處理+激光沖擊強化處 理，使其表面組織致密，形成高的硬度和高幅殘余壓應力，這樣耐熱件材料同時具有良好 的耐磨性、抗應力腐蝕性能和抗熱疲勞性能，同時具有良好的減磨性能。 ，在上述技術(shù)中，激光淬火、激光熔覆過程中的金屬材料飛濺，通常會粘結(jié)在激光器鏡 片上，導致污染鏡片，非常難以去除，甚至損壞鏡片，從而使激光加工過程中斷。另一方面，激光沖擊強化過程中，材料約束層對激光沖擊波現(xiàn)象具有增效作用，是產(chǎn) 生較明顯激光沖擊波效應的重要手段。可見，約束層技術(shù)是激光沖擊波技術(shù)得以工程應用的關(guān)鍵和前提條件。目前所采用的約束層通常有水玻璃、K9玻璃、流水以及柔性貼膜等， 但沖擊波在作用于靶材的同時，對約束層也產(chǎn)生同樣的沖擊效應，這往往使約束層破壞。 當沖擊波的能量足夠大時，使強度相對較弱的固體約束層飛濺破損，也會使流水約束層產(chǎn) 生水花飛濺，飛濺產(chǎn)物粘附在約束層前方的聚焦鏡上，污染鏡片，必須經(jīng)過較為繁瑣的鏡 片清潔后才能再次沖擊，這樣就無法實現(xiàn)多點連續(xù)沖擊。另外，在約束層飛濺于鏡片表面 和使用受污染鏡片進行激光聚焦沖擊過程中，通常容易造成鏡片損壞而無法繼續(xù)使用，使 激光沖擊過程中斷。日本專利JP347692A公開了傳統(tǒng)的激光加工設(shè)備中的聚焦鏡防護技術(shù)，其防護的對象 是激光作用工件材料產(chǎn)生的干燥的金屬或非金屬材料固態(tài)飛濺物，防護板上的毛刷可以使 飛濺物脫離，實現(xiàn)清潔， 一方面粉塵污染無法清除、毛刷損傷防護片使得透光效果變差， 另一方面，無法用于粘稠態(tài)、液態(tài)約束層污染物的清除。本發(fā)明提出的是基于激光沖擊復合延壽技術(shù)的聚焦鏡防護方法與裝置，其防護的對象 是激光沖擊過程工件上的能量吸收層和約束層材料的飛濺物，例如水玻璃、K9玻璃、流水、 柔性貼膜、漆狀能量吸收層材料，這些飛濺物為固態(tài)、液態(tài)和粘性物質(zhì)。其飛濺到防護板 上后，無法通過毛刷清潔，液態(tài)和粘性飛濺物在防護玻璃上的殘留會使防護玻璃透光率降 低，影響后續(xù)激光沖擊效果，并可能損傷防護玻璃。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對上述激光淬火、熔覆過程中的金屬材料飛濺污染鏡片和約束層技術(shù)使用過 程中的非金屬、粘稠態(tài)、液態(tài)約束層材料污染鏡片的問題，提出一種基于激光沖擊復合延 壽技術(shù)的激光器鏡片防護方法與裝置，實現(xiàn)對約束層激光器鏡片的實時防護、快速清潔和 干燥，保證激光沖擊復合延壽工藝正常進行。本發(fā)明所釆用的防護、清潔、干燥方案為負壓吸除+高壓吹除+高壓水沖洗+壓縮空氣 吹干+烘干。本發(fā)明方法，是在激光器鏡片和試樣工件間設(shè)置一與伺服電機和防護玻璃清潔裝置依 次相連的防護盤；在激光加工(淬火、熔覆、沖擊)時，激光透過防護盤上的防護玻璃作用 試樣，從而保護鏡片；在連續(xù)激光作用的同時，伺服電機帶動防護盤連續(xù)轉(zhuǎn)動，在兩次激 光脈沖沖擊間隔時段，伺服電機帶動防護盤轉(zhuǎn)過一定角度，使被約束層污染部位離開激光 作用部位，而讓經(jīng)防護玻璃清潔裝置快速清潔后的防護盤部位轉(zhuǎn)移到激光作用部位，保證 激光復合強化工藝過程連續(xù)順利進行；在激光作用的同時，防護玻璃清潔裝置進行防護盤 上的受污染部位的清潔和干燥。實現(xiàn)上述方法的激光器鏡片防護裝置，包括支架、防護罩、防護盤、電位盤防護罩、 伺服電機、防護玻璃清潔裝置、控制系統(tǒng)等組成。防護盤、伺服電機、防護罩、防護玻璃 清潔裝置、控制系統(tǒng)與支架依次連接。防護盤由定位盤、盤體、防護玻璃、防護玻璃壓緊裝置依次相連組成。防護玻璃清潔 裝置由包含負壓吸除和高壓吹除的粗清潔裝置、高壓水沖洗裝置、高壓吹干裝置和烘干裝 置依次連接組成。防護玻璃通過壓緊裝置與盤體相連。防護盤體通過聯(lián)結(jié)螺釘與安裝在支架上的伺服電 機端部的定位盤相連。支架與防護玻璃清潔裝置和安裝在支架上的防護罩依次相連，防護 玻璃清潔裝置安裝在防護盤的非激光工作區(qū)域?？刂葡到y(tǒng)由工控機、控制器組成并與激光 器、伺服電機和防護玻璃清潔裝置依次相連，其功能是控制激光器、伺服電機和防護玻璃 清潔裝置的動作。設(shè)置在盤體上的防護玻璃，可以是獨立的多塊，也可以是環(huán)盤體的整塊。 防護玻璃壓緊裝置是壓緊螺母或由壓緊螺釘及壓板組成。防護玻璃兩面鍍有對相關(guān)激光波長具有增透作用的增透膜，增透膜厚度為2~4um，從而減少通過玻璃時激光能量的損失。其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、簡化鏡片清潔過程、防護玻璃無劃痕、便于實現(xiàn)多點連續(xù) 沖擊、長時間激光熔覆淬火的優(yōu)點，可以高效清除干燥金屬和非金屬飛濺物、粘稠態(tài)鏡片 污染物、液態(tài)鏡片污染物。


圖1為本發(fā)明裝置示意2為實施例1的防護盤部件的結(jié)構(gòu)組成示意圖 圖3為圖2的右側(cè)視4為實施例2的防護盤部件的結(jié)構(gòu)組成示意5為圖4的側(cè)視6為防護玻璃清潔裝置工位布置圖l激光器，2工作鏡片，3約束層，4能量吸收層，5工作臺，6夾具，7試件，8聯(lián)結(jié)螺釘， 9防護罩，10防護玻璃清潔裝置，11防護盤，12控制器，13伺服電機，14定位盤，15 支架，16壓緊螺母，17防護玻璃，18盤體，19壓緊螺釘，20壓板，21負壓吸除裝置， 22粗清潔工位，23高壓吹除裝置，24激光工作工位，25烘干工位，26高壓吹干工位，27 沖洗工位，28工控機。實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。 實施例1:如圖1所示，本發(fā)明裝置包括防護盤11、伺服電機13、防護玻璃清潔裝置10、支架15、防護罩9、控制系統(tǒng)。圖2、圖3為防護結(jié)構(gòu)示意圖，防護盤11由盤體18、防護玻璃17、定位盤14、防護 玻璃壓緊裝置依次相連組成。四塊防護玻璃17通過壓緊裝置(壓緊螺母16)對稱固定在、 盤體18上預留的孔部位，當防護玻璃損壞或污染十分嚴重時，拆除壓緊螺母16，更換新 的防護玻璃，重新進行激光加工。防護盤11通過聯(lián)結(jié)螺釘8與安裝在支架15上的伺服電機13端部的定位盤14相連。防護玻璃17兩面鍍有對相關(guān)激光波長具有增透作用的增透膜，增透膜厚度為2~4u m， 從而減少通過玻璃時激光能量的損失。支架15與防護玻璃清潔裝置10和防護罩9依次相連，防護玻璃清潔裝置10安裝在防 護盤11的非激光沖擊區(qū)域，安裝在支架15上的防護罩9對防護玻璃清潔裝置10和防護盤 11的非激光加工區(qū)域進行保護，使其免受濺射出的約束層的污染?？刂葡到y(tǒng)由工控機28、控制器12組成并與激光器1、伺服電機13、防護玻璃清潔裝 置10依次相連。其功能是控制激光器、伺服電機和防護玻璃清潔裝置的動作。如圖6，防護玻璃清潔裝置由激光工作工位24、包含負壓吸除裝置21和高壓吹除裝 置23的粗清潔工位23、沖洗工位27、烘干工位25、高壓吹干工位26五個依次排列的工 位組成。如圖l，將本發(fā)明所述鏡片防護裝置的防護盤10置于激光器工作鏡片2和試件7之間， 激光器1發(fā)出的激光經(jīng)工作鏡片2，透過防護盤11的防護玻璃17，作用于安裝在工作臺5 上的夾具6中的試件7上。在激光作用于試件7時，防護玻璃片17擋住飛濺出來的試件 材料或約束層與能量吸收層物質(zhì)污染工作鏡片2，保護激光器工作鏡片。激光沖擊時，在激光沖擊脈沖間隔之間，工控機28、控制器12在控制激光器脈沖能 量的停止與輸出的同時，控制伺服電機13轉(zhuǎn)過一定角度，從而使與被聯(lián)結(jié)螺釘8固定在 定位盤14上的防護盤11轉(zhuǎn)過移相應角度，使被約束層的污染的防護盤的部位離開激光工 作工位，而讓經(jīng)快速清潔干燥后的防護玻璃隨防護盤轉(zhuǎn)到激光沖擊部位,為下次沖擊做好準 備；在下次激光沖擊的同時,控制系統(tǒng)控制防護玻璃清潔裝置9工作，進行受污染部位的防 護盤的清潔和干燥。激光熔覆和激光淬火時，在連續(xù)激光作用的同時，伺服電機13帶動防護盤11連續(xù)轉(zhuǎn) 動，使被約束層的被污染部位離開激光作用部位，而讓經(jīng)防護玻璃清潔裝置10快速清潔 后的防護盤轉(zhuǎn)移到激光作用部位，保證激光復合強化工藝過程連續(xù)順利進行；在激光作用的同時，防護玻璃清潔裝置io進行防護盤的受污染部位的清潔和干燥。本實施例中，壓緊裝置為壓緊螺母16,防護玻璃片更換方便，防護玻璃損耗較少，但 在批量工程生產(chǎn)中，可能因防護玻璃無法再用而必須更換，影響沖擊進程。因此，本實施 例適用于工作時間較短的試驗研究階段。 實施例2:與實施例l基本相同，不同之處在于，如圖4、圖5所示，防護玻璃壓緊裝置由壓緊 螺釘19及壓板20組成。環(huán)形的防護玻璃17通過壓緊螺釘19及壓板20固定在盤體18的 外圍。當防護玻璃損壞或污染十分嚴重時，拆除壓緊螺釘19和壓板20，更換新的防護玻璃 板，重新進行激光沖擊。本實施例中，防護玻璃片更換方便，生產(chǎn)效率高，防護玻璃較大，價格較高，便于實 現(xiàn)多點連續(xù)工作，適用于工作時間較長的激光沖擊復合延壽工程應用中。本發(fā)明不限于這些公開的實施方案，本發(fā)明將覆蓋在專利書中所描述的范圍，以及權(quán) 利要求范圍的各種變型和等效變化。
權(quán)利要求
1.基于激光復合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護方法，其特征是在激光器工作鏡片和試樣間設(shè)置與伺服電機和防護玻璃清潔裝置依次相連的防護盤；在激光器工作時，激光透過防護盤上的防護玻璃作用試樣；在激光沖擊的兩次激光脈沖沖擊間隔時段，伺服電機帶動防護盤轉(zhuǎn)過一定角度，使被約束層污染部位離開激光沖擊部位，而讓經(jīng)防護玻璃清潔裝置快速清潔后的防護盤部位移到激光沖擊部位；激光熔覆和激光淬火時，在連續(xù)激光作用的同時，伺服電機帶動防護盤連續(xù)轉(zhuǎn)動，使被約束層的被污染部位離開激光作用部位，而讓經(jīng)防護玻璃清潔裝置快速清潔后的防護盤轉(zhuǎn)移到激光作用部位，保證激光復合強化工藝過程連續(xù)順利進行；在激光沖擊的同時，防護玻璃清潔裝置進行防護盤受污染部位的清潔和干燥。
2. 實現(xiàn)權(quán)利要求l所述的激光復合延壽技術(shù)的激光器鏡片防護裝置，其特征在于包 括防護盤(11)、伺服電機(13)、防護玻璃清潔裝置(10)、支架(15)、控制系統(tǒng)；防護 盤(11)由盤體(18)、防護玻璃(17)、定位盤(14)、防護玻璃壓緊裝置依次相連組成， 防護玻璃(17)通過壓緊裝置與盤體(18)相連，盤體(18)通過聯(lián)結(jié)螺釘(8)與安裝在 支架(15)上的伺服電機(13)端部的定位盤(14)相連；支架(15)與防護玻璃清潔裝 置(10)和防護罩(9)依次相連；防護玻璃清潔裝置(10)安裝在防護盤(11)的非激光 沖擊區(qū)域，安裝在支架(15)上的防護罩(9)對防護玻璃清潔裝置(10)和防護盤(11) 的非激光加工區(qū)域進行保護；控制系統(tǒng)由工控機(28)、控制器(12)組成并與激光器O)、 伺服電機(13)、防護玻璃清潔裝置(10)之依次相連，其控制激光器、伺服電機和防護玻 璃清潔裝置的動作。
3. 據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器鏡片防護裝置，其特征在于防護玻璃清潔裝置由激光 工作工位(24)、包含負壓吸除裝置(21)和高壓吹除裝置(23)的粗清潔工位(23)、沖 洗工位(27)、烘干工位(25)、高壓吹干工位(26)五個依次排列的工位組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器鏡片防護裝置，其特征在于防護玻璃兩面鍍有對相 關(guān)激光波長具有增透作用的增透膜，增透膜厚度為2 4um。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器鏡片防護裝置，其特征在于所說的防護玻璃為一塊 以上，通過壓緊螺母固定在盤體上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器鏡片防護裝置，其特征在于所說的防護玻璃為整塊， 通過壓緊螺釘及壓板固定在盤體外圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及激光加工與激光器技術(shù)領(lǐng)域，特指耐熱件激光復合延壽激光器鏡片防護方法與裝置，在激光器鏡片和試樣間設(shè)置一與伺服電機、機架、控制系統(tǒng)、防護罩和防護玻璃清潔裝置依次相連的防護盤，保護鏡片；在激光沖擊脈沖間隔，伺服電機帶動防護盤轉(zhuǎn)過一定角度，在激光熔覆、淬火的連續(xù)激光作用時，伺服電機帶動防護盤連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而防護盤的被污染部位離開激光工作部位，經(jīng)防護玻璃清潔裝置快速清潔后的防護盤部位移到激光工作部位，為持續(xù)激光工作做準備；同時，防護玻璃清潔裝置進行防護盤的受污染部位的清潔和干燥。其具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、簡化鏡片清潔過程、防護玻璃無劃痕、便于實現(xiàn)多點連續(xù)沖擊、長時間激光熔覆淬火的優(yōu)點。
文檔編號G02B27/00GK101402156SQ20081023493
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月4日
發(fā)明者任旭東, 馮愛新, 司乃潮, 強 吳, 張永康, 張西良, 朱圣財, 李伯全, 楊繼昌, 殷蘇民 申請人:江蘇宏大特種鋼機械廠;江蘇大學