测量激光扫描速度的测量方法
【专利摘要】提供了一种测量激光扫描速度的测量方法。激光束加工设备(1)包括镜子(7,8)，并且通过照射激光(PL)来处理工件。通过操作镜子(7,8)来照射激光(PL)。该测量方法包括：利用激光束加工设备(1)通过激光(PL)测量工件的处理声音。另外，所述测量方法包括：利用激光束加工设备(1)通过分析所测量的处理声音的频率来计算激光(PL)的扫描速度。
【专利说明】
测量激光扫描速度的测量方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种关于测量激光扫描速度的方法的技术。
【背景技术】
[0002]近年来，烫印(hot stamp)材料已经更加广泛地被应用。在烫印材料中，通过进行加热成型将氧化物膜形成在钢板的表面上。由于氧化膜是降低涂料附着力的因素，因此有必要去除表面上的氧化膜。作为去除形成在烫印材料表面上的氧化膜的方法，使用脉冲激光的表面处理技术是公知的。在使用脉冲激光的表面处理技术中，处理条件的决定因素包括每个脉冲的激光能量、激光的振荡频率和激光扫描速度。
[0003]利用激光的处理技术的检查设备包括，例如，如下所述的公开号62-114786( JP62-114786 A)的日本专利申请中所描述的设备，其是公知的。在JP62-114786 A中所描述的检查设备检测处理期间的声音，以检查处理状态。在这样的设备中，由于头扫描速度和头移动速度是相同的，所以通过检测头移动速度可以容易地检测激光扫描速度。
[0004]同时，作为激光束加工设备，在如下所述的公开号为2012-256062( JP2012-256062A)的日本专利申请中描述了一种设备，其具有激光照射头不移动的结构。在JP 2012-256062 A中公开的激光束加工设备中，由于镜子在照射头的内部进行操作，因此执行激光扫描而不移动照射头本身。
【发明内容】
[0005]在使用JP 2012-256062 A中公开的一种激光束加工设备的情况下，由于照射头不移动，所以难以测量激光扫描速度。
[0006]本发明提供了一种测量方法，其能够测量以下激光束加工设备中的激光扫描速度:该激光束加工设备被构造成使得通过镜子的操作来执行激光扫描。
[0007]本发明的一个方面是用于测量激光束加工设备的激光扫描速度的测量方法。激光束加工设备包括镜子，并且被配置为通过照射激光来处理工件。通过操作镜子来照射激光。该测量方法包括:利用激光束加工设备，通过激光来测量工件的处理声音。另外，所述测量方法包括:利用激光束加工设备通过分析所测量的处理声音的频率来计算激光扫描速度。
[0008]在上述的方面中，可以通过使用被构造为通过操作镜子以激光进行扫描的激光束加工设备来测量激光扫描速度。
[0009]在上述的方面中，激光束加工设备可以被配置为基于多普勒效应引起的处理声音的频移量来计算激光扫描速度。
[0010]在上述的方面中，激光束加工设备可以被配置为执行对处理声音的平均处理。该处理声音的频率被分析。
[0011]在上述的方面中，通过使用被构造为通过操作镜子以激光进行扫描的激光束加工设备，激光扫描速度被高精度地测量。
【附图说明】
[0012]下面，将参照附图，对本发明示例性实施例的特征、优点、以及技术上和工业上的意义进行描述，图中相同的标号表示相同的元件，其中:
[0013]图1示出了根据本发明实施例的实现了用于测量激光扫描速度的方法的激光束加工设备的整体结构的示意图；
[0014]图2A示出了根据本发明实施例的用于测量激光扫描速度的方法中测量处理声音的状态的示意透视图，以及图2B示出了根据本发明实施例的用于测量激光扫描速度的方法中测量处理声音的状态的侧视示意图；
[0015]图3是表示脉冲激光的照射状态(每个脉冲的激光的重叠状态)的示意图；
[0016]图4A是示出了根据本发明实施例的用于测量激光扫描速度的方法中的处理声音测量结果的视图中的、示出了处理声音的频率分析结果的示意图；图4B是示出了根据本发明实施例的测量激光扫描速度的方法中的处理声音测量结果的视图中的、示出了在平均处理之后的结果的视图；以及
[0017]图5是示出了激光束加工设备(其中照射头被移动的类型)的示意图。
【具体实施方式】
[0018]接着，对本发明的实施方式进行说明。首先，利用图1和图5对激光束加工设备的整体结构进行说明，其中，根据本发明实施例的测量激光扫描速度的方法被应用于该设备。如图1所示，激光束加工设备I是用于通过照射脉冲激光PL来处理工件10的设备，并且被构造成包括扫描器2，光纤3，光接收元件(功率计)4以及麦克风5。扫描器2(所谓的电流扫描器(galvano scanner))包括多个镜子6，7，8，并且其中的镜子7，8(所谓的电流镜(galvanomirror))被构造成能够绕彼此不同的轴旋转。扫描器2被构造成随着镜子7，8被操作而利用脉冲激光的PL进行扫描。简而言之，激光束加工设备I被构造成使得利用从扫描器2照射的脉冲激光PL来执行扫描，而不移动扫描器2本身。
[0019]同时，图5示出了本发明未被应用于其的激光束加工设备的整体结构。如图5所示，激光束加工设备21是照射脉冲激光PL的设备，并且通过包括照射头22，光纤23，光接收元件(功率计)24，镜子25等等来构造。该激光束加工设备21被构造成通过从前向后和从一侧向另一侧移动照射头22本身，来利用脉冲激光PL进行扫描。因此，具有上述结构的激光束加工设备21中，脉冲激光PL的扫描速度可以通过观察照射头22的移动而容易地测量。
[0020]根据本发明实施例的测量激光扫描速度的方法使得可以在使用以下类型的激光束加工设备I的情况下测量脉冲激光PL的扫描速度:在该激光束加工设备I中，通过镜子7，8的操作利用脉冲激光PL进行扫描，而不是在使用以下类型的激光束加工设备21的情况下测量的脉冲激光PL的扫描速度:在该激光束加工设备21中，照射头22被移动。
[0021]参考图1至图4，对激光束加工设备I的操作进行说明。如图1所示，构成扫描器2的镜子6是半反射镜(half mirror)。脉冲激光PL，其由激光源(未示出)产生并通过光纤3入射，透射通过镜子6，被镜子7，8反射，并且被照射在工件10上，工件10上脉冲激光PL的照射位置根据镜子7，8的操作被改变，并且该脉冲激光PL沿Z字形(zigzag)扫描线进行扫描，如图2A和图2B所示。
[0022]如图1所示，照射在工件10上的脉冲激光PL的反射光RL被镜子8，7，6反射，并且入射到光接收元件4上。
[0023 ]随着脉冲激光PL被照射，工件10的表面层(例如，氧化膜)被去除，如图2A和图2B所示。脉冲激光PL被照射以便绘制Z字形扫描线，该Z字形扫描线在垂直于表面层处理方向X的方向Y上摆动。
[0024]麦克风5被布置为使得麦克风5的轴线方向M与方向Y平行，该方向Y是脉冲激光PL的扫描线的摆动方向。麦克风5被构造成:通过将脉冲激光PL的照射位置(处理位置)往复运动，而受到多普勒效应影响最为显著。
[0025]如图3所示，对于一个脉冲的照射，脉冲激光PL通过被以设定的强度照射到照射范围A而执行处理，并由此给予照射范围A指定的能量。然后，在下一个脉冲的照射中，照射位置被移动，然后指定的能量被给予下一个照射范围A。
[0026]接下来，使用图4A和图4B来说明通过使用激光束加工设备I对处理声音的测量的实验结果。在该实验中，纳秒脉冲激光被用于激光源中，并且工件10的表面上的氧化膜(其为烫印材料)在20°C室温的状态下被去除。然后，处理声音被麦克风5测量。在纳秒脉冲激光的振荡频率(处理频率)被设定为15.0KHz的状态下进行该测量，脉冲激光PL的扫描速度被设定为9m/s，并且麦克风5是固定的(零速度)。
[0027]然后，在这个实验中，可以证实基于频率分析结果计算出的扫描速度与实际扫描速度高精度地相符。因此，可以证实，基于处理声音测量对扫描速度的计算是有效的。
[0028]通过使用八^ =汽￥-￥0)/(￥-￥1)，其中声速为￥，振荡频率为1观察者移动速度为V0，声源移动速度为Vl，可以计算所测量的处理声音在多普勒效应中的频率偏移量△ f。在该实验中，声速V被校正(利用欧拉级数(Euler’ S 861^68))为￥ = 331.5+0.61:(1::室温)。优选地，根据作为测量条件的大气压，酌情采用用于声速V的适当的校正公式。
[0029]在实验条件下，从利用上述数字公式的计算中获得的数学频移量Af是0.4kHz，因此，估计所测量的处理声音的频移后频率(下文中称为移位频率)是14.6kHz和15.4kHz。
[0030]图4A示出了当工件10被脉冲激光PL处理时，由麦克风5测量的处理声音S的频率分析的结果。根据图4A，当处理声音S的声压变为指定值Z或更大时频率被确定为移位频率时，可以读取该移位频率是14.6kHz和15.4kHz。在这种情况下，移位频率的平均值是15.0kHz，这个值和纳秒脉冲激光的振荡频率f相符。
[0031]如上所述，根据图4A中所示的实验结果可以证实，实验结果与计算结果和实验条件高精度地相符。简而言之，可以证实，基于频移量Af的计算公式，利用处理声音S的测量结果，高精度地计算脉冲激光PL的扫描速度。
[0032]在上述实施例中，处理声音S的声压超过指定值Z时的频率被确定为移位频率。然而，处理声音S的频率分析结果可以被平均，且声压的峰值出现时的频率可以被使用。图4B示出了当工件10被脉冲激光PL处理时，使用麦克风5测量的处理声音S的频率分析的结果，以及该频率分析的平均处理的结果。
[0033]根据图4B，根据计算处理声音S的声压的峰值一般与14.6kHz和15.4kHz相符，14.6kHz和15.4kHz是移位频率。这意味着，也可以不仅基于由麦克风5测量的处理声音S的频率分析，而且基于平均处理的结果，根据用于频移量△ F的计算公式高精度地计算脉冲激光PL的扫描速度。
[0034]简而言之，根据本发明实施例的测量激光扫描速度的方法是在以下情况下测量激光扫描速度的方法:在该情况下，随着脉冲激光PL被照射到具有执行激光扫描的镜子7，8的激光束加工设备I中，工件10被处理。该方法是通过脉冲激光PL测量工件10的处理声音S，并通过执行对所测量的处理声音S的频率分析来计算脉冲激光PL的扫描速度V1.
[0035]利用这种结构，可以在使用激光束加工设备I的情况下，测量脉冲激光PL的扫描速度VI，该激光束加工设备I具有照射头不移动的结构，并且，通过操作镜子7，8利用脉冲激光PL进行扫描。
[0036]在根据本发明实施例的测量激光扫描速度的方法中，基于处理声音S在多普勒效应中的频移量A F来计算脉冲激光的扫描速度V。此外，在计算脉冲激光的扫描速度Vl中，频率被分析的处理声音S被平均的。根据该结构，可以高精度地测量脉冲激光PL的扫描速度Vl0
[0037]在根据本发明实施例的测量激光扫描速度的方法中，处理声音S被测量，然后计算扫描速度VI。然而，通过使用多普勒效应，也可以通过检测工件中产生的振动，或通过检测处理期间生成的反射光，而不是处理声音，来计算扫描速度VI。在使用振动的情况下，使用关于振动通过物质传播的计算公式。另外，在使用光的情况下，使用关于光的多普勒效应的计算公式。
[0038]实施例示出了用于测量脉冲激光PL的扫描速度的方法的示例。然而，当使用不是脉冲激光的激光时，也可以以根据本发明的测量方法来测量扫描速度。
【主权项】
1.一种测量方法，用于测量激光束加工设备(I)的激光扫描速度，所述激光束加工设备(I)包括镜子(7，8)，并且被配置为通过照射激光(PL)来处理工件，通过操作所述镜子(7，8)来照射所述激光(PL)，所述测量方法的特征在于包括: 利用所述激光束加工设备(I)，通过所述激光(PL)来测量所述工件的处理声音；以及利用所述激光束加工设备(I)，通过分析所测量的处理声音的频率来计算所述激光(PL)的扫描速度。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于:所述激光束加工设备(I)被配置为基于多普勒效应引起的所述处理声音的频移量来计算所述激光(PL)的扫描速度。3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于:所述激光束加工设备(I)被配置为执行对所述处理声音的平均处理，所述处理声音的频率被分析。
【文档编号】G01P3/36GK105891531SQ201510590749
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年9月16日
【发明人】久田幸平, 浅见大辅, 中村亘, 尾楠和幸
【申请人】丰田自动车株式会社