測量激光掃描速度的測量方法
【專利摘要】提供了一種測量激光掃描速度的測量方法。激光束加工設備(1)包括鏡子(7,8)，并且通過照射激光(PL)來處理工件。通過操作鏡子(7,8)來照射激光(PL)。該測量方法包括：利用激光束加工設備(1)通過激光(PL)測量工件的處理聲音。另外，所述測量方法包括：利用激光束加工設備(1)通過分析所測量的處理聲音的頻率來計算激光(PL)的掃描速度。
【專利說明】
測量激光掃描速度的測量方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種關于測量激光掃描速度的方法的技術。
【背景技術】
[0002]近年來，燙印(hot stamp)材料已經更加廣泛地被應用。在燙印材料中，通過進行加熱成型將氧化物膜形成在鋼板的表面上。由于氧化膜是降低涂料附著力的因素，因此有必要去除表面上的氧化膜。作為去除形成在燙印材料表面上的氧化膜的方法，使用脈沖激光的表面處理技術是公知的。在使用脈沖激光的表面處理技術中，處理條件的決定因素包括每個脈沖的激光能量、激光的振蕩頻率和激光掃描速度。
[0003]利用激光的處理技術的檢查設備包括，例如，如下所述的公開號62-114786( JP62-114786 A)的日本專利申請中所描述的設備，其是公知的。在JP62-114786 A中所描述的檢查設備檢測處理期間的聲音，以檢查處理狀態。在這樣的設備中，由于頭掃描速度和頭移動速度是相同的，所以通過檢測頭移動速度可以容易地檢測激光掃描速度。
[0004]同時，作為激光束加工設備，在如下所述的公開號為2012-256062( JP2012-256062A)的日本專利申請中描述了一種設備，其具有激光照射頭不移動的結構。在JP 2012-256062 A中公開的激光束加工設備中，由于鏡子在照射頭的內部進行操作，因此執行激光掃描而不移動照射頭本身。
【發明內容】
[0005]在使用JP 2012-256062 A中公開的一種激光束加工設備的情況下，由于照射頭不移動，所以難以測量激光掃描速度。
[0006]本發明提供了一種測量方法，其能夠測量以下激光束加工設備中的激光掃描速度:該激光束加工設備被構造成使得通過鏡子的操作來執行激光掃描。
[0007]本發明的一個方面是用于測量激光束加工設備的激光掃描速度的測量方法。激光束加工設備包括鏡子，并且被配置為通過照射激光來處理工件。通過操作鏡子來照射激光。該測量方法包括:利用激光束加工設備，通過激光來測量工件的處理聲音。另外，所述測量方法包括:利用激光束加工設備通過分析所測量的處理聲音的頻率來計算激光掃描速度。
[0008]在上述的方面中，可以通過使用被構造為通過操作鏡子以激光進行掃描的激光束加工設備來測量激光掃描速度。
[0009]在上述的方面中，激光束加工設備可以被配置為基于多普勒效應引起的處理聲音的頻移量來計算激光掃描速度。
[0010]在上述的方面中，激光束加工設備可以被配置為執行對處理聲音的平均處理。該處理聲音的頻率被分析。
[0011]在上述的方面中，通過使用被構造為通過操作鏡子以激光進行掃描的激光束加工設備，激光掃描速度被高精度地測量。
【附圖說明】
[0012]下面，將參照附圖，對本發明示例性實施例的特征、優點、以及技術上和工業上的意義進行描述，圖中相同的標號表示相同的元件，其中:
[0013]圖1示出了根據本發明實施例的實現了用于測量激光掃描速度的方法的激光束加工設備的整體結構的示意圖；
[0014]圖2A示出了根據本發明實施例的用于測量激光掃描速度的方法中測量處理聲音的狀態的示意透視圖，以及圖2B示出了根據本發明實施例的用于測量激光掃描速度的方法中測量處理聲音的狀態的側視示意圖；
[0015]圖3是表示脈沖激光的照射狀態(每個脈沖的激光的重疊狀態)的示意圖；
[0016]圖4A是示出了根據本發明實施例的用于測量激光掃描速度的方法中的處理聲音測量結果的視圖中的、示出了處理聲音的頻率分析結果的示意圖；圖4B是示出了根據本發明實施例的測量激光掃描速度的方法中的處理聲音測量結果的視圖中的、示出了在平均處理之后的結果的視圖；以及
[0017]圖5是示出了激光束加工設備(其中照射頭被移動的類型)的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]接著，對本發明的實施方式進行說明。首先，利用圖1和圖5對激光束加工設備的整體結構進行說明，其中，根據本發明實施例的測量激光掃描速度的方法被應用于該設備。如圖1所示，激光束加工設備I是用于通過照射脈沖激光PL來處理工件10的設備，并且被構造成包括掃描器2，光纖3，光接收元件(功率計)4以及麥克風5。掃描器2(所謂的電流掃描器(galvano scanner))包括多個鏡子6，7，8，并且其中的鏡子7，8(所謂的電流鏡(galvanomirror))被構造成能夠繞彼此不同的軸旋轉。掃描器2被構造成隨著鏡子7，8被操作而利用脈沖激光的PL進行掃描。簡而言之，激光束加工設備I被構造成使得利用從掃描器2照射的脈沖激光PL來執行掃描，而不移動掃描器2本身。
[0019]同時，圖5示出了本發明未被應用于其的激光束加工設備的整體結構。如圖5所示，激光束加工設備21是照射脈沖激光PL的設備，并且通過包括照射頭22，光纖23，光接收元件(功率計)24，鏡子25等等來構造。該激光束加工設備21被構造成通過從前向后和從一側向另一側移動照射頭22本身，來利用脈沖激光PL進行掃描。因此，具有上述結構的激光束加工設備21中，脈沖激光PL的掃描速度可以通過觀察照射頭22的移動而容易地測量。
[0020]根據本發明實施例的測量激光掃描速度的方法使得可以在使用以下類型的激光束加工設備I的情況下測量脈沖激光PL的掃描速度:在該激光束加工設備I中，通過鏡子7，8的操作利用脈沖激光PL進行掃描，而不是在使用以下類型的激光束加工設備21的情況下測量的脈沖激光PL的掃描速度:在該激光束加工設備21中，照射頭22被移動。
[0021]參考圖1至圖4，對激光束加工設備I的操作進行說明。如圖1所示，構成掃描器2的鏡子6是半反射鏡(half mirror)。脈沖激光PL，其由激光源(未示出)產生并通過光纖3入射，透射通過鏡子6，被鏡子7，8反射，并且被照射在工件10上，工件10上脈沖激光PL的照射位置根據鏡子7，8的操作被改變，并且該脈沖激光PL沿Z字形(zigzag)掃描線進行掃描，如圖2A和圖2B所示。
[0022]如圖1所示，照射在工件10上的脈沖激光PL的反射光RL被鏡子8，7，6反射，并且入射到光接收元件4上。
[0023 ]隨著脈沖激光PL被照射，工件10的表面層(例如，氧化膜)被去除，如圖2A和圖2B所示。脈沖激光PL被照射以便繪制Z字形掃描線，該Z字形掃描線在垂直于表面層處理方向X的方向Y上擺動。
[0024]麥克風5被布置為使得麥克風5的軸線方向M與方向Y平行，該方向Y是脈沖激光PL的掃描線的擺動方向。麥克風5被構造成:通過將脈沖激光PL的照射位置(處理位置)往復運動，而受到多普勒效應影響最為顯著。
[0025]如圖3所示，對于一個脈沖的照射，脈沖激光PL通過被以設定的強度照射到照射范圍A而執行處理，并由此給予照射范圍A指定的能量。然后，在下一個脈沖的照射中，照射位置被移動，然后指定的能量被給予下一個照射范圍A。
[0026]接下來，使用圖4A和圖4B來說明通過使用激光束加工設備I對處理聲音的測量的實驗結果。在該實驗中，納秒脈沖激光被用于激光源中，并且工件10的表面上的氧化膜(其為燙印材料)在20°C室溫的狀態下被去除。然后，處理聲音被麥克風5測量。在納秒脈沖激光的振蕩頻率(處理頻率)被設定為15.0KHz的狀態下進行該測量，脈沖激光PL的掃描速度被設定為9m/s，并且麥克風5是固定的(零速度)。
[0027]然后，在這個實驗中，可以證實基于頻率分析結果計算出的掃描速度與實際掃描速度高精度地相符。因此，可以證實，基于處理聲音測量對掃描速度的計算是有效的。
[0028]通過使用八^ =汽￥-￥0)/(￥-￥1)，其中聲速為￥，振蕩頻率為1觀察者移動速度為V0，聲源移動速度為Vl，可以計算所測量的處理聲音在多普勒效應中的頻率偏移量△ f。在該實驗中，聲速V被校正(利用歐拉級數(Euler’ S 861^68))為￥ = 331.5+0.61:(1::室溫)。優選地，根據作為測量條件的大氣壓，酌情采用用于聲速V的適當的校正公式。
[0029]在實驗條件下，從利用上述數字公式的計算中獲得的數學頻移量Af是0.4kHz，因此，估計所測量的處理聲音的頻移后頻率(下文中稱為移位頻率)是14.6kHz和15.4kHz。
[0030]圖4A示出了當工件10被脈沖激光PL處理時，由麥克風5測量的處理聲音S的頻率分析的結果。根據圖4A，當處理聲音S的聲壓變為指定值Z或更大時頻率被確定為移位頻率時，可以讀取該移位頻率是14.6kHz和15.4kHz。在這種情況下，移位頻率的平均值是15.0kHz，這個值和納秒脈沖激光的振蕩頻率f相符。
[0031]如上所述，根據圖4A中所示的實驗結果可以證實，實驗結果與計算結果和實驗條件高精度地相符。簡而言之，可以證實，基于頻移量Af的計算公式，利用處理聲音S的測量結果，高精度地計算脈沖激光PL的掃描速度。
[0032]在上述實施例中，處理聲音S的聲壓超過指定值Z時的頻率被確定為移位頻率。然而，處理聲音S的頻率分析結果可以被平均，且聲壓的峰值出現時的頻率可以被使用。圖4B示出了當工件10被脈沖激光PL處理時，使用麥克風5測量的處理聲音S的頻率分析的結果，以及該頻率分析的平均處理的結果。
[0033]根據圖4B，根據計算處理聲音S的聲壓的峰值一般與14.6kHz和15.4kHz相符，14.6kHz和15.4kHz是移位頻率。這意味著，也可以不僅基于由麥克風5測量的處理聲音S的頻率分析，而且基于平均處理的結果，根據用于頻移量△ F的計算公式高精度地計算脈沖激光PL的掃描速度。
[0034]簡而言之，根據本發明實施例的測量激光掃描速度的方法是在以下情況下測量激光掃描速度的方法:在該情況下，隨著脈沖激光PL被照射到具有執行激光掃描的鏡子7，8的激光束加工設備I中，工件10被處理。該方法是通過脈沖激光PL測量工件10的處理聲音S，并通過執行對所測量的處理聲音S的頻率分析來計算脈沖激光PL的掃描速度V1.
[0035]利用這種結構，可以在使用激光束加工設備I的情況下，測量脈沖激光PL的掃描速度VI，該激光束加工設備I具有照射頭不移動的結構，并且，通過操作鏡子7，8利用脈沖激光PL進行掃描。
[0036]在根據本發明實施例的測量激光掃描速度的方法中，基于處理聲音S在多普勒效應中的頻移量A F來計算脈沖激光的掃描速度V。此外，在計算脈沖激光的掃描速度Vl中，頻率被分析的處理聲音S被平均的。根據該結構，可以高精度地測量脈沖激光PL的掃描速度Vl0
[0037]在根據本發明實施例的測量激光掃描速度的方法中，處理聲音S被測量，然后計算掃描速度VI。然而，通過使用多普勒效應，也可以通過檢測工件中產生的振動，或通過檢測處理期間生成的反射光，而不是處理聲音，來計算掃描速度VI。在使用振動的情況下，使用關于振動通過物質傳播的計算公式。另外，在使用光的情況下，使用關于光的多普勒效應的計算公式。
[0038]實施例示出了用于測量脈沖激光PL的掃描速度的方法的示例。然而，當使用不是脈沖激光的激光時，也可以以根據本發明的測量方法來測量掃描速度。
【主權項】
1.一種測量方法，用于測量激光束加工設備(I)的激光掃描速度，所述激光束加工設備(I)包括鏡子(7，8)，并且被配置為通過照射激光(PL)來處理工件，通過操作所述鏡子(7，8)來照射所述激光(PL)，所述測量方法的特征在于包括: 利用所述激光束加工設備(I)，通過所述激光(PL)來測量所述工件的處理聲音；以及利用所述激光束加工設備(I)，通過分析所測量的處理聲音的頻率來計算所述激光(PL)的掃描速度。2.根據權利要求1所述的測量方法，其特征在于:所述激光束加工設備(I)被配置為基于多普勒效應引起的所述處理聲音的頻移量來計算所述激光(PL)的掃描速度。3.根據權利要求2所述的測量方法，其特征在于:所述激光束加工設備(I)被配置為執行對所述處理聲音的平均處理，所述處理聲音的頻率被分析。
【文檔編號】G01P3/36GK105891531SQ201510590749
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年9月16日
【發明人】久田幸平, 淺見大輔, 中村亙, 尾楠和幸
【申請人】豐田自動車株式會社