激光加工裝置和激光加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光加工裝置和激光加工方法。
【背景技術】
[0002]例如，在核電站中，在定期檢查時將自動機器設置在爐內對爐內機器進行訪問，實施了各種安保方法。其中作為針對由焊接部中殘留的拉伸應力引起的SCC(StressCorros1n Cracking:應力腐蝕開裂)的對策，能有效防止其發生的技術有激光噴丸。
[0003]說明激光噴丸的原理。將脈沖寬度為幾納秒(ns)程度的激光用聚光透鏡聚光成直徑為Imm程度的點而照射到被處理構件，則被處理構件的表面吸收能量而等離子體化。在等離子體的周圍被相對于激光的波長透明的液體、涂料覆蓋的情況下，等離子體的膨脹被阻礙而等離子體的內部壓力達到幾千兆帕斯卡(GPa)程度，會對被處理構件施加沖擊。此時會產生強力的沖擊波，在材料內部傳播而引起塑性變形，由殘留應力變為壓縮狀態。
[0004]激光噴丸與強力噴丸(shot peening)、噴水噴丸(water jet peening)等其它噴丸技術相比，效果不大依賴于材料強度地從被處理構件的表面影響到1_程度的板厚的內部。另外，加工時無反作用力，容易使加工裝置小型化，對狹窄部的加工性良好。因此，開發出了例如能對管內徑小的對象物進行施工的激光加工裝置和激光加工方法。這種技術有日本的專利公報(特開2005-31319號公報(以下稱為專利文獻I))。
[0005]發明要解決的問題
[0006]在現有的對配管內進行激光加工的裝置中，希望施工對象部位處于水中環境下，但是有時候不得不在空氣中進行施工。例如，在對象物非常大而無法沉入水槽等的情況下，會在空氣中對施工對象供給水等液體并且激光。但是，在由于某種障礙而導致液體的供給停止或者供給量降低的情況下，激光有可能在空氣中傳播，照射到施工對象。在激光在空氣中傳播的情況下，與在水中傳播的情況相比焦距發生變化。在這種情況下，認為激光發生收斂而照射到施工對象部。聚集的激光的能量密度高，因此認為最糟糕的情況下有可能對施工對象部造成損傷。
【發明內容】
[0007]本發明是為了應對上述現有情況而完成的，因此其目的在于提供一種激光加工裝置和激光加工方法，在空氣中供給液體且進行施工時當液體供給停止的情況下使得激光不會在空氣中傳播而到達施工對象面。
[0008]用于解決課題的手段
[0009]在本發明的激光加工裝置的一個實施方式中，是對被處理構件的表面供給液體，經由上述液體照射脈沖狀的激光進行表面處理的激光加工裝置，其特征在于，具備:激光照射機構，經由光學窗口并穿過上述液體地對上述被處理構件的表面照射上述激光；以及液體供給機構，經由通過上述光學窗口的外側表面的流路對上述被處理構件的表面供給上述液體，上述光學窗口的激光出射面構成為，在上述光學窗口的激光出射面與上述液體接觸的情況下使上述激光透射，在上述光學窗口的激光出射面不與上述液體接觸的情況下使上述激光反射。
[0010]在本發明的激光加工方法的一個實施方式中，是對設于氣體環境中的被處理構件的表面供給液體，經由上述液體照射脈沖狀的激光進行表面處理的激光加工方法，其特征在于，配設有:激光照射機構，經由光學窗口并穿過上述液體地對上述被處理構件的表面照射上述激光；以及液體供給機構，經由通過上述光學窗口的外側表面的流路對上述被處理構件的表面供給上述液體，在上述光學窗口的外側，利用上述液體與上述氣體環境的折射率的不同來切換光路，在從上述液體供給機構供給上述液體的情況下切換為對上述被處理構件的表面照射上述激光的第I光路，在來自上述液體供給機構的上述液體的供給停止的情況下切換為不對上述被處理構件的表面照射上述激光的第2光路。
[0011]發明效果
[0012]根據本發明，在空氣中供給液體且進行施工時液體的供給停止的情況下，能防止激光到達施工對象部。
【附圖說明】
[0013]圖1是示出本發明的第I實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0014]圖2是示出第I實施方式的激光加工裝置的停止了液體供給的狀態的圖
[0015]圖3是示出第2實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0016]圖4是示出第3實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0017]圖5是示出第4實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0018]圖6是示出第5實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0019]圖7是示出第6實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0020]圖8是示出第7實施方式的激光加工裝置的主要部位概要構成的圖。
[0021 ] 圖9是示出驅動機構的例的概要構成的圖。
[0022]附圖標記說明:
[0023]100:激光焊接裝置，101:激光照射頭，11:配管，12:液體，13:激光，14:施工部位，15:聚光透鏡，16:棱鏡，17:反射鏡，18:液體供給配管，19:束流收集器，30:光路，31:流路。
【具體實施方式】
[0024]以下，參照【附圖說明】本發明的實施方式。
[0025]圖1是示出本發明的第I實施方式的激光加工裝置100的主要部位概要構成的圖。如圖1所示，激光加工裝置100具備激光照射頭101，其插入配管11等的內部，用于對配管11的內面實施加工。
[0026]激光照射頭101形成為筒狀，在其內部形成有用于使激光13進行空間傳播的光路30。在該光路30內配設有聚光透鏡15、反射鏡17等光學部件。這樣，在本實施方式中，成為使激光13進行空間傳播的構成，由此，與進行光纖傳播的構成的情況相比能使激光13的焦距變長。
[0027]在光路30的終端部配設有構成光學窗口的棱鏡16，經由該棱鏡16對施工部位14照射激光13。另外，激光照射頭101連接著用于供給水等液體12的液體供給配管18。在激光照射頭101內形成有用于使從液體供給配管18供給的液體12流通的流路31。該流路31構成為在液體12通過棱鏡16的外側面及其附近之后被供給到配管11的施工部位14的附近。
[0028]在本實施方式中，設為液體12和棱鏡16的折射率為近似的值，液體12與棱鏡16的折射率之差小于空氣(氣體環境)與棱鏡16的折射率之差。因此，在液體12流經棱鏡16的外側的狀態下，由反射鏡17反射而入射到棱鏡16內的激光13原樣地大致直行，照射到施工部位14(第I光路)。
[0029]另一方面，如圖2所示，在來自液體供給配管18的液體12的供給停止，液體12不流經棱鏡16的外側的狀態下，為棱鏡16的外側不存在液體12而是存在空氣(氣體環境)的狀態。并且，棱鏡16與空氣(氣體環境)的折射率之差大，因此由反射鏡17反射而入射到棱鏡16內的激光13在棱鏡16與空氣(氣體環境)的邊界發生反射，不會照射到施工部位14 (第2光路)。在本實施方式中，激光照射頭101內配設有束流收集器(beam dump) 19，構成為在棱鏡16與空氣(氣體環境)的邊界反射的激光13入射到該束流收集器19。
[0030]在上述構成的激光加工裝置100中，在未供給來自液體供給配管18的液體12的情況下，激光13經由液體12照射到施工部位14，執行激光噴丸處理。并且，在由于某種原因來自液體供給配管18的液體12的供給停止的情況下，對施工部位14不會照射激光13，激光13入射到束流收集器19。因此，能可靠地防止由于液體12消失而穿過氣體并被不必要地聚光的狀態下的激光13照射到施工部位14導致施工部位14損傷。
[0031]另外，在上述構成的激光加工裝置100中，是使激光13進行空間傳播的構成，因此與進行光纖傳播的構成的情況相比能使激光13的焦距變長。由此，能將光學部件配置在遠離施工部位14的位置，能抑制在施工部位14產生的等離子體的沖擊波等導致光學部件破損。
[0032]如上所述，根據本實施方式的激光加工裝置100，在空氣中供給液體12并施工時液體12的供給停止的情況下，也能降低對施工對象面造成損傷的可能性，能進行安全良好的加工。以下，說明第2?7實施方式，該第2?7實施方式能實現與上述第I實施方式同樣的作用、效果。
[0033]圖3示出第2實施方式的激光加工裝置200的主要部位概要構成。該第2實施方式的激光加工裝置200具備激光照射頭201。該激光照射頭201將第I實施方式的激光照射頭101的束流收集器19替換為用于測定激光13的能量的能量計測機構20。此外，其它構成與第I實施方式的激光加工裝置100是同樣的，因此對于對應的部分標注相同的附圖標記，省略重復的說明。
[0034]上述能量計測機構20例如能采用功率表、光電二極管。這樣，在施工時以外計測被導入能量計測機構20的激光13的輸出，由此能算出光學系統的健全性、施工時的施工部位(加工點)14的激光13的輸出。
[0035]另外，能量計測機構20如果使用能對激光13的照射位置進行計測的傳感器，則也能通過對激光13的照射位置進行計測、反饋來校正激光13的光軸的偏離。
[0036]圖4示出第3實施方式的激光加工裝置300的主要部位概要構成。該第3實施方式的激光加工裝置300具備激光照射頭301。該激光照射頭301將配設于第I實施方式的光路30的終端部的構成光學窗口的棱鏡16替換為圓錐形狀的光學部件21。此外，其它構成與第I實施方式的激光加工裝置100是同樣的，因此對于對應的部分標注相同的附圖標記，省略重復的說明。
[0037]圓錐形狀的光學部件21構成為沿著激光13的行進方向直徑逐漸變小的圓錐形狀，與棱鏡16的情況同樣，折射率與液體12近似。因此，液體12與圓錐形狀的光學部件21的折射率之差設定為小于空氣(氣體環境)