激光加工装置和激光加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光加工装置和激光加工方法。
【背景技术】
[0002]例如，在核电站中，在定期检查时将自动机器设置在炉内对炉内机器进行访问，实施了各种安保方法。其中作为针对由焊接部中残留的拉伸应力引起的SCC(StressCorros1n Cracking:应力腐蚀开裂)的对策，能有效防止其发生的技术有激光喷丸。
[0003]说明激光喷丸的原理。将脉冲宽度为几纳秒(ns)程度的激光用聚光透镜聚光成直径为Imm程度的点而照射到被处理构件，则被处理构件的表面吸收能量而等离子体化。在等离子体的周围被相对于激光的波长透明的液体、涂料覆盖的情况下，等离子体的膨胀被阻碍而等离子体的内部压力达到几千兆帕斯卡(GPa)程度，会对被处理构件施加冲击。此时会产生强力的冲击波，在材料内部传播而引起塑性变形，由残留应力变为压缩状态。
[0004]激光喷丸与强力喷丸(shot peening)、喷水喷丸(water jet peening)等其它喷丸技术相比，效果不大依赖于材料强度地从被处理构件的表面影响到1_程度的板厚的内部。另外，加工时无反作用力，容易使加工装置小型化，对狭窄部的加工性良好。因此，开发出了例如能对管内径小的对象物进行施工的激光加工装置和激光加工方法。这种技术有日本的专利公报(特开2005-31319号公报(以下称为专利文献I))。
[0005]发明要解决的问题
[0006]在现有的对配管内进行激光加工的装置中，希望施工对象部位处于水中环境下，但是有时候不得不在空气中进行施工。例如，在对象物非常大而无法沉入水槽等的情况下，会在空气中对施工对象供给水等液体并且激光。但是，在由于某种障碍而导致液体的供给停止或者供给量降低的情况下，激光有可能在空气中传播，照射到施工对象。在激光在空气中传播的情况下，与在水中传播的情况相比焦距发生变化。在这种情况下，认为激光发生收敛而照射到施工对象部。聚集的激光的能量密度高，因此认为最糟糕的情况下有可能对施工对象部造成损伤。
【发明内容】
[0007]本发明是为了应对上述现有情况而完成的，因此其目的在于提供一种激光加工装置和激光加工方法，在空气中供给液体且进行施工时当液体供给停止的情况下使得激光不会在空气中传播而到达施工对象面。
[0008]用于解决课题的手段
[0009]在本发明的激光加工装置的一个实施方式中，是对被处理构件的表面供给液体，经由上述液体照射脉冲状的激光进行表面处理的激光加工装置，其特征在于，具备:激光照射机构，经由光学窗口并穿过上述液体地对上述被处理构件的表面照射上述激光；以及液体供给机构，经由通过上述光学窗口的外侧表面的流路对上述被处理构件的表面供给上述液体，上述光学窗口的激光出射面构成为，在上述光学窗口的激光出射面与上述液体接触的情况下使上述激光透射，在上述光学窗口的激光出射面不与上述液体接触的情况下使上述激光反射。
[0010]在本发明的激光加工方法的一个实施方式中，是对设于气体环境中的被处理构件的表面供给液体，经由上述液体照射脉冲状的激光进行表面处理的激光加工方法，其特征在于，配设有:激光照射机构，经由光学窗口并穿过上述液体地对上述被处理构件的表面照射上述激光；以及液体供给机构，经由通过上述光学窗口的外侧表面的流路对上述被处理构件的表面供给上述液体，在上述光学窗口的外侧，利用上述液体与上述气体环境的折射率的不同来切换光路，在从上述液体供给机构供给上述液体的情况下切换为对上述被处理构件的表面照射上述激光的第I光路，在来自上述液体供给机构的上述液体的供给停止的情况下切换为不对上述被处理构件的表面照射上述激光的第2光路。
[0011]发明效果
[0012]根据本发明，在空气中供给液体且进行施工时液体的供给停止的情况下，能防止激光到达施工对象部。
【附图说明】
[0013]图1是示出本发明的第I实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0014]图2是示出第I实施方式的激光加工装置的停止了液体供给的状态的图
[0015]图3是示出第2实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0016]图4是示出第3实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0017]图5是示出第4实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0018]图6是示出第5实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0019]图7是示出第6实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0020]图8是示出第7实施方式的激光加工装置的主要部位概要构成的图。
[0021 ] 图9是示出驱动机构的例的概要构成的图。
[0022]附图标记说明:
[0023]100:激光焊接装置，101:激光照射头，11:配管，12:液体，13:激光，14:施工部位，15:聚光透镜，16:棱镜，17:反射镜，18:液体供给配管，19:束流收集器，30:光路，31:流路。
【具体实施方式】
[0024]以下，参照【附图说明】本发明的实施方式。
[0025]图1是示出本发明的第I实施方式的激光加工装置100的主要部位概要构成的图。如图1所示，激光加工装置100具备激光照射头101，其插入配管11等的内部，用于对配管11的内面实施加工。
[0026]激光照射头101形成为筒状，在其内部形成有用于使激光13进行空间传播的光路30。在该光路30内配设有聚光透镜15、反射镜17等光学部件。这样，在本实施方式中，成为使激光13进行空间传播的构成，由此，与进行光纤传播的构成的情况相比能使激光13的焦距变长。
[0027]在光路30的终端部配设有构成光学窗口的棱镜16，经由该棱镜16对施工部位14照射激光13。另外，激光照射头101连接着用于供给水等液体12的液体供给配管18。在激光照射头101内形成有用于使从液体供给配管18供给的液体12流通的流路31。该流路31构成为在液体12通过棱镜16的外侧面及其附近之后被供给到配管11的施工部位14的附近。
[0028]在本实施方式中，设为液体12和棱镜16的折射率为近似的值，液体12与棱镜16的折射率之差小于空气(气体环境)与棱镜16的折射率之差。因此，在液体12流经棱镜16的外侧的状态下，由反射镜17反射而入射到棱镜16内的激光13原样地大致直行，照射到施工部位14(第I光路)。
[0029]另一方面，如图2所示，在来自液体供给配管18的液体12的供给停止，液体12不流经棱镜16的外侧的状态下，为棱镜16的外侧不存在液体12而是存在空气(气体环境)的状态。并且，棱镜16与空气(气体环境)的折射率之差大，因此由反射镜17反射而入射到棱镜16内的激光13在棱镜16与空气(气体环境)的边界发生反射，不会照射到施工部位14 (第2光路)。在本实施方式中，激光照射头101内配设有束流收集器(beam dump) 19，构成为在棱镜16与空气(气体环境)的边界反射的激光13入射到该束流收集器19。
[0030]在上述构成的激光加工装置100中，在未供给来自液体供给配管18的液体12的情况下，激光13经由液体12照射到施工部位14，执行激光喷丸处理。并且，在由于某种原因来自液体供给配管18的液体12的供给停止的情况下，对施工部位14不会照射激光13，激光13入射到束流收集器19。因此，能可靠地防止由于液体12消失而穿过气体并被不必要地聚光的状态下的激光13照射到施工部位14导致施工部位14损伤。
[0031]另外，在上述构成的激光加工装置100中，是使激光13进行空间传播的构成，因此与进行光纤传播的构成的情况相比能使激光13的焦距变长。由此，能将光学部件配置在远离施工部位14的位置，能抑制在施工部位14产生的等离子体的冲击波等导致光学部件破损。
[0032]如上所述，根据本实施方式的激光加工装置100，在空气中供给液体12并施工时液体12的供给停止的情况下，也能降低对施工对象面造成损伤的可能性，能进行安全良好的加工。以下，说明第2?7实施方式，该第2?7实施方式能实现与上述第I实施方式同样的作用、效果。
[0033]图3示出第2实施方式的激光加工装置200的主要部位概要构成。该第2实施方式的激光加工装置200具备激光照射头201。该激光照射头201将第I实施方式的激光照射头101的束流收集器19替换为用于测定激光13的能量的能量计测机构20。此外，其它构成与第I实施方式的激光加工装置100是同样的，因此对于对应的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
[0034]上述能量计测机构20例如能采用功率表、光电二极管。这样，在施工时以外计测被导入能量计测机构20的激光13的输出，由此能算出光学系统的健全性、施工时的施工部位(加工点)14的激光13的输出。
[0035]另外，能量计测机构20如果使用能对激光13的照射位置进行计测的传感器，则也能通过对激光13的照射位置进行计测、反馈来校正激光13的光轴的偏离。
[0036]图4示出第3实施方式的激光加工装置300的主要部位概要构成。该第3实施方式的激光加工装置300具备激光照射头301。该激光照射头301将配设于第I实施方式的光路30的终端部的构成光学窗口的棱镜16替换为圆锥形状的光学部件21。此外，其它构成与第I实施方式的激光加工装置100是同样的，因此对于对应的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。
[0037]圆锥形状的光学部件21构成为沿着激光13的行进方向直径逐渐变小的圆锥形状，与棱镜16的情况同样，折射率与液体12近似。因此，液体12与圆锥形状的光学部件21的折射率之差设定为小于空气(气体环境)