激光加工装置、激光加工方法以及距离测定方法与流程

本发明的实施方式涉及激光加工装置、激光加工方法以及距离测定方法。

背景技术：

在原子能发电站等要求较高安全性的发电厂中，在定期检修时，使用自动设备进入炉内设备等人难以进入的设备，进行检查、表面改性、修补这样的各种维护施工。在这其中，作为对于由残留于焊接部的拉伸应力引起的scc(stresscorrosioncracking：应力腐蚀开裂)的对策，开发有能够有效地防止scc产生的激光冲击强化(laserpeening)方法以及装置。

图48是表示激光冲击强化的原理的示意图。当通过聚光部12将脉冲宽度为数ns程度的激光11a聚光成直径为1mm程度的点而照射至被加工部件1时，被加工部件1的表面吸收能量而等离子化。在等离子体4的周围被相对于激光的波长为透明的液体6覆盖的情况下，等离子体4的膨胀被妨碍而等离子体4的内部压力达到数gpa程度，对被加工部件1施加冲击。此时，在被加工部件1以及液体6产生强力的冲击波7。冲击波7向被加工部件1的内部传播而引起塑性变形，将加工点2的区域中的残留应力改变成压缩状态。

激光冲击强化与喷丸冲击强化、水射流冲击强化、超声波冲击强化等这样的其他冲击强化技术相比，加工硬化的材料强度依存性较小，能够影响到被加工部件1的离表面1mm程度的板厚方向的内部。并且，由于没有加工时的反力，因此容易实现加工装置的小型化，对狭窄部的加工性优异。例如，开发有即便对于管内径较小的对象物也能够进行施工的激光加工装置以及激光加工方法。

一般情况下，激光冲击强化为了得到等离子应力封闭效果，需要将被加工部件1设置在液体6中或者实施涂装。因此，施工环境的限定、工序的繁琐化等成为问题，但也开发有即便在气体环境中也能够进行激光冲击强化那样的技术。该技术为，朝被加工部件1喷射水流，并使激光在其中传送，由此实现光路和加工点的局部水密化，有可能大幅度扩大激光冲击强化的应用范围。

专利文献1：日本特许第4697699号公报

专利文献2：日本特开2005-300182号公报

专利文献3：日本特许第4868729号公报

为了通过激光冲击强化获得充分的应力改善效果，为了在将激光11a照射至被加工部件1时使其产生所需要的能量的冲击波7，为了确保照射表面的能量的密度，需要将点径控制为某个大小的范围，以使点径不会变得过大。这是在液体中进行的情况下、涂装的情况下以及水流喷射的情况下共通的事项。

激光11a的点径依存于从设置于激光照射头的聚光部12到被加工部件1为止的距离而变化。因而，需要对该距离进行控制以使其成为规定的值。为此，需要准确地计测激光11a所照射的位置即被加工部件1的表面与作为基准的位置(例如，聚光部、光学头端面或者喷嘴前端等)之间的距离。

作为距离的计测，例如提案有如下技术：通过声音传感器来计测在加工点产生的冲击波，由此根据以从激光光源得到的触发为起点、以冲击波到达的时间为终点时的时间幅度，计算加工点与声音传感器之间的距离。

但是，该技术是以至少从加工点到声音传感器之间充满连续的液体的情况为前提的技术。在与水流并用的激光冲击强化中，将存在于液体中的加工点作为声音源，冲击波沿着在液体中传播、通过气液界面而从液体中透过至气体中并在气体中传播而到达声音传感器这样的路径。

除了在液体中和气体中音速较大不同之外，在水流中在加工点产生的液膜的厚度变动，因此该变动成为距离测定误差。并且，在由水流产生的液体飞沫附着于声音传感器的情况下，有时其体现为测定距离误差。并且，作为一般的计测技术能够列举激光测距仪、摄像机的立体视等，但由于水飞沫而光学通路被遮挡或者变形，因此实质上不能够进行计测。如此，在与水流并用的激光冲击强化的情况下，通过简单的冲击波的时间计测、光学手段，无法测定加工点与声音传感器之间的距离。

技术实现要素：

因此，本发明的实施方式的目的在于，例如，即便在与水流并用的激光冲击强化中，也能够稳定地进行加工点与基准位置之间的距离的测定。

为了实现上述目的，本实施方式的激光加工装置的特征在于，具备：激光光源，发出激光；聚光部，将上述激光聚光至作为表面硬化处理的对象的被加工部件；水流传送部，朝上述被加工部件的加工表面供给水流；声音传感器，相对于上述水流传送部以及上述聚光部中的至少任一方设置在规定的相对位置，并接收来自上述加工表面的声音；时间幅度取得部，取得从作为基准的定时至上述声音传感器接收到声音为止的测定时间幅度；以及距离计算部，基于上述测定时间幅度，计算从上述水流传送部以及上述聚光部中的至少任一方至上述加工表面为止的距离。

并且，本实施方式的激光加工方法的特征在于，具有：基准测定步骤，取得从对已知的基准距离通过激光照射装置进行激光照射起至接收到通过该激光照射而产生的声音为止的基准测定时间幅度；照射步骤，将施工对象的多个施工对象部位中的任一个设定为照射对象部位而通过上述激光照射装置进行上述激光照射，并且取得从该激光照射起至接收到通过该激光照射而产生的上述声音为止的测定时间幅度；以及距离计算步骤，基于上述基准距离以及在上述照射步骤中取得的测定时间幅度与上述基准测定时间幅度之差，计算上述激光照射装置与上述照射对象部位之间的距离。

并且，本实施方式的距离测定方法的特征在于，具有：基准测定步骤，时间幅度取得部对于已知的基准距离取得基准测定时间幅度；照射步骤，通过激光照射装置进行激光照射，上述时间幅度取得部取得测定时间幅度；以及距离计算步骤，基于上述基准距离以及在上述照射步骤中取得的测定时间幅度与上述基准测定时间幅度之差，计算上述激光照射装置与上述激光照射的照射点之间的距离。

发明的效果

根据本实施方式，例如，即便在与水流并用的激光冲击强化中，也能够稳定地进行加工点与基准位置之间的距离的测定。

附图说明

图1是表示第一实施方式的激光加工装置的构成的框图。

图2是表示第一实施方式的激光加工装置的水流传送部周围的构成的示意性纵截面图。

图3是表示第一实施方式的激光加工装置的包含聚光距离调整部在内的构成的示意性纵截面图。

图4是表示第一实施方式的激光加工装置的包含移动驱动部在内的构成的示意性纵截面图。

图5是表示第一实施方式的激光加工装置的包含移动驱动部的变形例在内的构成的示意性纵截面图。

图6是表示第一实施方式的激光加工装置的声音传感器的接收波形图像的波形图。

图7是说明时间幅度运算的基准点的设定的示意性图表，图7a表示不优选的例子，图7b表示优选的例子。

图8是说明第一实施方式的激光加工装置中的冲击波的传播时间的计算的示意性图表。

图9是说明第一实施方式的激光加工装置中的冲击波的传播时间的计算的示意图。

图10是表示第一实施方式的激光加工方法的工序的框图。

图11是表示与被加工部件的加工点之间的距离变化了的情况的、表示声音传感器的接收波形图像的波形图，图11a是变化前的信号，图11b是变化后的信号。

图12是表示第二实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。

图13是表示第三实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。

图14是用于说明第三实施方式的激光加工装置进行的施工距离的测定的示意性纵截面图。

图15是表示第四实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。

图16是表示第四实施方式的激光加工装置的变形例的构成的示意性纵截面图。

图17是表示在第五实施方式的激光加工装置中声音传感器具有被实施了润湿性较低的表面处理的声音检测部的情况下的构成的示意图，图17a是俯视图，图17b是主视图。

图18是表示在第五实施方式的激光加工装置中声音传感器具有在外表面实施了润湿性较高的表面处理的声音检测部的情况下的构成的示意图，图18a是俯视图，图18b是主视图。

图19是表示在第五实施方式的激光加工装置中声音传感器具有在外表面作为整体形成有凸部的几何学形状的声音检测部的构成的示意图，图19a是俯视图，图19b是主视图。

图20是表示在第五实施方式的激光加工装置中声音传感器具有在外表面形成有包含多个凸部的几何学形状的声音检测部的构成的示意图，图20a是俯视图，图20b是主视图。

图21是表示在第五实施方式的激光加工装置中声音传感器具有在外表面作为整体形成有凹部的几何学形状的声音检测部的构成的示意图，图21a是俯视图，图21b是主视图。

图22是表示在第五实施方式的激光加工装置中声音传感器具有在外表面形成有多个凹部的几何学形状的声音检测部的构成的示意图，图22a是俯视图，图22b是主视图。

图23是表示第六实施方式的激光加工装置的构成的框图。

图24是表示第六实施方式的激光加工装置的声音传感器的构成的纵截面图。

图25是说明第六实施方式的激光加工装置的效果的图表。

图26是表示第七实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。

图27是说明第七实施方式的激光加工装置中的声音传感器的安装状态的第一变形例的纵截面图。

图28是说明第七实施方式的激光加工装置中的声音传感器的安装状态的第二变形例的纵截面图。

图29是说明第七实施方式的激光加工装置中的声音的第一传递路径的纵截面图。

图30是说明第七实施方式的激光加工装置中的声音的第二传递路径的纵截面图。

图31是表示第七实施方式的激光加工装置的声音传感器的接收波形图像的波形图。

图32是表示使声音引导件成为以水平方向为轴的圆柱形状的情况下的设置状态的图33的xxxii-xxxii线的向视纵截面图。

图33是表示使声音引导件成为圆筒形状的情况下的设置状态的横截面图。

图34是表示使声音引导件成为平板形状的情况下的设置状态的图35的xxxiv-xxxiv线的向视纵截面图。

图35是表示使声音引导件成为平板形状的情况下的设置状态的横截面图。

图36是表示使声音引导件成为锥形状的情况下的设置状态的图37的xxxvi-xxxvi线的向视纵截面图。

图37是表示使声音引导件成为锥形状的情况下的设置状态的横截面图。

图38是表示使声音引导件成为圆锥形状的情况下的设置状态的图39的xxxviii-xxxviii线的向视纵截面图。

图39是表示使声音引导件成为圆锥形状的情况下的设置状态的横截面图。

图40是表示使声音引导件成为旋转半椭圆体形状的情况下的设置状态的图41的xl-xl线的向视纵截面图。

图41是表示使声音引导件成为旋转半椭圆体形状的情况下的设置状态的横截面图。

图42是表示使用了倾斜的声音传感器的情况下的设置状态的图43的xlii-xlii线的向视纵截面图。

图43是表示使用了倾斜的声音传感器的情况下的设置状态的横截面图。

图44是表示第八实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。

图45是表示第八实施方式的激光加工装置的变形例的构成的示意性纵截面图。

图46是表示第八实施方式的激光加工装置的整流件的构成的示意性立体图。

图47是表示第八实施方式的激光加工装置的其他变形例的构成的示意性纵截面图。

图48是表示现有的激光冲击强化的原理的说明图。

符号的说明

1：被加工部件；2：加工点；4：等离子体；5：水流传送部；5a：水流；5b：水；5c：喷嘴；6：液体；8a：壳体；8b：前面板；8c：电极；8d：压电振子；8f：电极；10：声音传感器；10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g：声音检测部；11：激光光源；11a：激光；12：聚光部；13：光检测部；15a、15b：声音传感器；21：水流源；26：声音信号传送部；30：运算部；31：时间幅度取得部；32：距离计算部；40：控制部；50：聚光距离调整部；60：水飞沫附着防止部；61：保护罩；62：鼓风机；70：覆水影响缓和部；80：外部环境影响缓和部；80a：机械振动抑制部；80b：声音噪声降低部；80c：电气噪声降低部；90：移动驱动部；91：约束部；92：臂；93：关节；95：动力部；100：激光加工装置(激光照射装置)；101a、101b、101c、101d、101e、101f：声音引导件；121：缓冲层；122：射出层；123：锥状部；124：软管；124a：软管汇合部；125：气水分离窗；125a：压板；125b：o型环；126：整流件；126a：整流筒；126b：整流板。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式的激光加工装置、激光加工方法以及距离测定方法进行说明。此处，对于彼此相同或者类似的部分赋予共通的符号而省略重复说明。

[第一实施方式]

图1是表示第一实施方式的激光加工装置的构成的框图。激光加工装置(激光照射装置)100对空气气氛等气体气氛中的被加工部件1照射激光而实施表面硬化处理。将在作为施工对象的被加工部件1上确定的多个施工对象部位中的任一个选定为照射对象部位，而分别进行激光照射。激光加工装置(激光照射装置)100具有激光光源11、水流源21、水流传送部5、运算部30、控制部40、声音传感器10、聚光距离调整部50(图3)、以及移动驱动部90(图4、图5)。在水流传送部5安装有用于使朝被加工部件1照射的激光11a收束的聚光部12。

激光光源11发出激光。此处，作为激光，例如能够列举nd：yag激光、co2激光、er：yag激光、钛蓝宝石激光、金绿宝石激光、红宝石激光、光纤激光、色素(染料)激光以及受激准分子激光等，对于除此以外的激光光源，只要能够对被加工部件赋予所需要的能量，则也可以是其他激光。激光光源11可以是产生连续波或者产生脉冲波的任一种方式。并且，也可以从多台激光光源朝被加工部件1的同一部位供给激光。

聚光部12使激光朝被加工部件1的加工表面上的加工点2聚光。聚光部12例如可以是单独的凸透镜、两个以上的凸透镜或者与其他透镜的组合。并且，凸透镜可以是平凸透镜、双凸透镜或者非球面透镜。或者，作为其他透镜，可以是平凹透镜、双凹透镜、圆柱透镜等。或者，聚光部12也可以使用凹面镜。

作为将激光传送至聚光部12的机构，能够考虑基于反射镜、透镜的空间传送、基于光纤的光纤传送、或者其组合等。为了实现激光的轮廓均匀化，也可以使用均化器、孔径等。并且，为了进行强度调整，也可以使用λ/2波长板、起偏振镜、分光器、半透半反镜等。并且，以上所述的各个光学系统要素也可以进行根据激光的波长而使反射率、透射率变化的涂层。

水流源21为，在朝被加工部件1照射激光11a的期间，供给用于形成水流的水，该水流用于在被加工部件1的表面产生局部的液体中环境。水流源21例如可以是从水压源经由导通截止阀的方式。或者，也可以是通过基于活塞的供给源使活塞移动的方式。

水流传送部5为筒状，上游侧连接于水流源21，出口侧开放。水流传送部5不卷入气泡地将水流引导至被加工部件1，朝被加工部件1喷射液体。并且，在水流传送部5安装有聚光部12，但聚光部12安装在离出口为规定距离以上的上游侧，以便不受水流传送部5的出口处的水流的影响。

此处所使用的液体，能够使用具有在空气中不点燃、且不妨碍激光的传播的特性的液体，例如能够使用纯水、城市供水、硼酸水等水溶液。此时，由于对于全波长为透明的液体有限，因此需要考虑液体与激光的波长之间的匹配性即透射率的高度来分别进行选择。即便衰减率高到一定程度，只要是在传送了规定距离之后仍能够得到足够强度的组合，则也能够使用。并且，通过使水流的周围成为非活性气体气氛，由此还能够使用在空气中具有点燃性的液体、例如醇类、油类等。

此处，作为代表例，假设使气氛为空气、液体为一般的城市供水的情况。此处，表示激光与水流为同轴的情况，但只要能够在被加工部件1的加工点2得到局部的水膜，则水流和激光也可以不同轴。此处，加工点2是指在被加工部件1的表面上在每次激光照射时成为加工对象的部分。

声音传感器10构成为，以与水流传送部5之间的相对位置关系成为恒定的方式，例如固定于水流传送部5，能够将在被加工部件1的加工点2产生的冲击波检测为声波(声音)。声音传感器10被安装为接受并检测声波的部分即声音检测部10a朝向被加工部件1侧的方向。声音传感器10的输出被输入至运算部30。

声音传感器10是使用了一般的压电元件的空中超声波计测用的探头。但是，并不限定于此。例如，如果是防水扬声器、朝膜面照射激光的振动计等、能够接收想要测定的冲击波的波段的传感器，则能够作为声音传感器10使用。另外，在能够将相对于水流传送部5的相对位置设定于预先确定的规定位置的情况下，也能够将声音传感器10固定于水流传送部5以外的部件。

运算部30具有时间幅度取得部31以及距离计算部32。

时间幅度取得部31取得从某个基准时刻ti至在被加工部件1的加工点2产生的冲击波到达声音传感器10的时刻te为止的时间幅度tw。时间幅度取得部31具有将从声音传感器10得到的模拟信号数字化的机构，在一般情况下，可以是被称作数字示波器的计测器、组装有ad转换器的个人计算机、或者和与其类似的专用装置连接的个人计算机、以及这些的组合。时间幅度取得部31还能够与激发出激光11a的激光光源11、产生形成水流所需要的水压的水流源21连接，对彼此的信号进行交换。

距离计算部32基于时间幅度取得部31测定出的传播时间，计算加工点2与声音传感器10之间的距离。此处，将激光加工装置(激光照射装置)100的代表部位、例如水流传送部5的前端与作为目的的加工点2之间的距离，称为施工距离，并用施工距离do表示。并且，将加工点2与声音传感器10的声音检测部10a之间的距离，称为传播距离，并用传播距离dp表示。此外，将聚光部12与加工点2之间的距离，称为聚光距离，并用聚光距离df表示。通过测定或者计算传播距离dp、聚光距离df，能够得到激光照射装置即激光加工装置100与加工点2之间的距离(施工距离do)。

控制部40与激光光源11、水流源21、水流传送部5、运算部30、聚光距离调整部50(参照图3)以及移动驱动部90(参照图4)进行信号的收发，并取得上述各部相互之间的协调，但激光光源11、水流源21、运算部30、聚光距离调整部50以及移动驱动部90也能够分别单独地调整输出等设定值、导通/截止(on/off)。

图2是表示水流传送部周围的构成的示意性纵截面图。被加工部件1处于水流传送部5的铅垂上方，水流5a朝向铅垂上方。另外，在实施方式中表示被加工部件1处于水流传送部5的铅垂上方的情况，但并不限定于此。即，被加工部件1也可以处于水流传送部5的横向，或者也可以处于铅垂下方。

在从水流传送部5朝向被加工部件1的水流5a中，激光11a也朝向相同方向。激光11a通过设置在水流传送部5中的聚光部12而朝向被加工部件1收束。为了使加工点2的激光11a的照射密度成为规定值以上，需要使聚光部12的位置与加工点2之间的聚光距离df满足f-△f<df<f+△f这样的条件、即成为规定的范围内。其中，f是焦距，△f是规定的宽度。另外，为了将聚光部12配置到适当的位置，聚光距离df构成为能够通过后述的聚光距离调整部50进行调整。

因此，需要对方聚光距离df本身、或者能够计算出聚光距离df的距离进行测定。声音传感器10检测在激光11a到达加工点2时产生的冲击波。

图3是表示包含聚光距离调整部在内的构成的示意性纵截面图。聚光距离调整部5调整聚光部12在光轴方向上的位置。为了将聚光部12与被加工部件1之间的距离维持为适当的范围，而构成为能够使用聚光距离调整部5进行调整。此时，可以根据预先测定的被加工部件1的形状和聚光部12的位置关系来预测调整距离，也可以对实测的传播距离dp、聚光距离df的结果进行反馈而逐次进行调整，以便分别成为最佳距离。

图4是表示包含移动驱动部在内的构成的示意性纵截面图。移动驱动部90具有约束部91、臂92、关节93以及动力部95。动力部95被从外部固定支承。关节93通过动力部95来改变角度。因此，臂92的方向变化，在通过约束部91结合的水流传送部5上安装的聚光部12以及声音传感器10移动。结果，水流传送部5、声音传感器10以及聚光部12与被加工部件1之间的间隔变化。

并且，移动驱动部90为了在被加工部件1的加工表面上依次移动，而与加工点2的位置相匹配，使水流传送部5以及安装于该水流传送部5的聚光部12、声音传感器10等移动。

图5是表示移动驱动部的变形例的构成的示意性纵截面图。在该变形例的情况下，移动驱动部90的动力部95被固定于被加工部件1。在本变形例的情况下，也是通过移动驱动部90使水流传送部5以及声音传感器10与被加工部件1之间的间隔、以及与加工点2的移动相对应的位置变化。另外，在动力上，也可以是通过人力利用移动驱动部90来调整水流传送部5以及声音传感器10与被加工部件1之间的间隔的机构。

接着，对如以上那样构成的本实施方式的激光加工装置100的作用进行说明。

照射至被加工部件1的加工点2的激光11a，引起消融现象、即在产生等离子的同时被加工部件1的表面的构成物质被爆炸性地释放的现象。结果，产生将加工点2作为声音源的冲击波。该冲击波通过作用于加工点2而对加工点2赋予压缩应力。

所产生的冲击波首先在液体中传播。并且，从液体中通过气液界面而透过至气体中，并在气体中传播，如果到达声音传感器10则由声音传感器10接收。

图6是表示声音传感器的接收波形图像的波形图。横轴为时间，按照每个激发周期将其开始点设为0。纵轴是声音传感器作为接收波形而捕捉到的电压值。图中的ti是成为时间幅度的基准的定时。

图7是说明时间幅度运算的基准点的设定的示意性图表，图7a表示不优选的例子，图7b表示优选的例子。图7的横轴是时间整体的流动，纵轴与图6同样是电压值。多条虚线表示各个发送的开始定时。并且，由实线表示的ti表示基准的定时。在图7a中，由虚线表示的定时与由实线表示的ti的定时之间的关系并不恒定。在图7b中，由虚线表示的定时与由实线表示的ti的定时之间的关系恒定，基准的定时ti优选是满足这样的条件的信号。

例如，如果是10hz的激光，则在一个周期即100ms中至少存在一次ti的定时，如果将激光激发时刻设为0ms，则ti在0ms以上且小于100ms之间选择，并且优选成为确定的值。作为用于得到ti的信号的信号源，能够使用来自激光光源11的q开关定时、根据激光11a的脉冲重复频率推断的设定信号等。

图6的te为冲击波的到达时刻。作为该时刻的决定方法，例如能够使用采用信号强度超过某个阈值的时刻的阈值判定、采用某个波形的峰值时刻的峰值判定、采用与零点相交的时刻的零交叉法、取得与成为基准的波形之间的相互相关的方法等。在图6中表示使用了峰值判定的情况。

时间幅度tw是从时刻te减去时刻ti而得到的时间幅度。例如，当使ti与激光的发光定时一致时，所得到的tw大致表示从激光作用于加工点起至冲击波到达声音传感器10为止的时间。即，成为冲击波的传播时间。此处，发光定时例如能够使用向激光光源11发出指令信号的定时等。

图8是说明冲击波的传播时间的计算的示意性图表。并且，图9是说明冲击波的传播时间的计算的示意图。此处，以下说明ti为激光的发光定时的情况。

如图8所示，时间幅度tw是冲击波在液体中传播的时间tl与冲击波进入气体中而在气体中传播的时间tg的合计。根据经验可以认为，声音传感器10有意地检测为冲击波的信号，主体是从加工点2发出、以最短时间在液体中通过之后在气体中传播的冲击波。即，在图9中，从加工点2发出的冲击波即由于冲击而产生的声波，在传播了水柱的半径r的距离之后，在气体中传播距离l，并到达声音传感器10。可以认为该时间呈现为图9的传播时间。

因而，液体中的传播时间tl能够通过下式(1)得到。其中，vl是声波在液体中的传播速度。

tl＝r/vl……(1)

结果，tg通过下式(2)求出，传播距离dp能够通过式(3)计算。其中，vg是气体中的声波的传播速度。

tg＝tw-tl……(2)

dp＝l+r＝tg·vg+r……(3)

由于声音传感器10与水流传送部5以及聚光部12等之间的相对的位置关系已知，因此如果如此得知传播距离dp，则能够计算加工点2与聚光部12之间的距离即聚光距离df、或者加工点2与激光加工装置100的代表部位之间的距离即施工距离do。

图10是表示第一实施方式的激光加工方法的工序的框图。

将加工点2与激光加工装置100之间的位置关系为已知的情况下的传播距离dp设为基准距离。另外，基准距离也可以不是传播距离dp，而是与聚光距离df或者施工距离do有关的距离。首先，对于该基准距离，取得基准测定时间幅度(步骤s01)。接着，朝被加工部件1的照射对象部位即加工点2照射激光11a(步骤s02)。取得每次激光照射时所产生的冲击波的传播时间，计算传播距离dp(步骤s03)。

接着，根据传播距离dp计算判定对象的聚光距离df以及施工距离do，并判定聚光距离df是否处于适当的范围(步骤s04)。在未判定为聚光距离df处于适当的范围的情况下(步骤s04：否)，使用聚光距离调整部50修正聚光距离df(步骤s05)，在此基础上，反复进行步骤s02以后的步骤。在判定为处于适当的范围的情况下(步骤s04：是)，判定为对于照射对象部位即加工点2完成了施工(施工完毕)。然后，判定是否对被加工部件1设定的多个施工对象部位的所有部位都施工完毕(步骤s06)。在判定为施工完毕的情况下(步骤s06：是)，结束激光加工。

在判定为未施工完毕的情况下(步骤s06：否)，将对被加工部件1设定的多个施工对象部位中的未判定为施工完毕的部位中的任一个设定为照射对象部位，即、将加工点2移动至未施工完毕的部位(步骤s07)，在此基础上，反复进行步骤s02以后的步骤。

图11是表示与被加工部件的加工点之间的距离变化了的情况的、表示声音传感器的接收波形图像的波形图，图11a是变化前的信号，图11b是变化后的信号。通过使加工点2移动，例如可以考虑激光加工装置100与被加工部件1的加工点2之间的距离、即施工距离do变大的情况。

在该情况下，与成为基准的图11a的情况下的基准时间幅度twi相比，冲击波到达声音传感器10的到达时间延迟dtw、即传播时间增加了dtw。即便施工距离变化，水柱的半径r也几乎不变，因此传播时间的增加量dtw几乎可以视为是由纯粹的气体中距离的变化引起的时间变化量。因而，将dtw与气体中的声波的传播速度vg相乘而得到的值，成为传播距离的增加量dd，通过将基准距离dpo与增加量dd相加的(dpo+dd)来计算传播距离dp。

另外，优选构成为，水柱的半径r的偏差能够控制成，小于要求出的传播距离dp、聚光距离df以及施工距离do的测定分辨率。具体而言，通过抑制水流源21的脉动、抑制在到达水流传送部5的路径中产生回旋流等来降低偏差。

如以上那样，在本实施方式的激光加工装置进行的与水流并用的激光冲击强化中，能够稳定地测定加工点与基准位置之间的距离。

[第二实施方式]

图12是表示第二实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。本实施方式是第一实施方式的变形。本实施方式的激光加工装置100具有光检测部13。

即便是恒定周期的重复，激光的激发有时也存在数μs程度的起伏(jitter)、即摆动、紊乱。通过使用光检测器13来检测实际的发光定时，并将其检测信号的定时作为ti，由此能够提高传播距离dp进而聚光距离df的测定的精度。

[第三实施方式]

图13是表示第三实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。本实施方式是第一实施方式的变形。本实施方式的激光加工装置100具有两个声音传感器15a、15b。另外，声音传感器的数量也可以是三个以上。

图14是用于说明施工距离的测定的示意性纵截面图。现在，从加工点2发出冲击波，并到达两个声音传感器15a、15b。将根据朝声音传感器15a的传播时间计算的加工点2与声音传感器15a的接收部分之间的距离设为d1。由此能够推断出：加工点2存在于离声音传感器15a的接收部分为半径d1的球面上。同样，将根据朝声音传感器15b的传播时间计算的加工点2与声音传感器15b的接收部分之间的距离设为d2。由此能够推断出：加工点2存在于离声音传感器15b的接收部分为半径d2的球面上。

结果，推断出加工点2存在于离声音传感器15a的接收部分为半径d1的球面、与离声音传感器15b的接收部分为半径d2的球面的交线上。该交线上存在无数个点，但能够将该交线与被加工部件1的表面相切的点推断为加工点2。在交线与被加工部件1的表面不处于相切的状态而分离的情况下，能够将最接近的点推断为加工点2。或者，在交线与被加工部件1的表面交叉的情况下，能够将交线贯通被加工部件1的两个点的中间点推断为加工点2。

在水流5a的角度意外地变化了的情况下，基于通常计算出的传播距离dp对聚光距离df以及施工距离do进行计算时，会得到错误的结果。通过根据使用多个声音传感器测定的结果来求出加工点2的位置，能够在三维空间内计算正确的聚光距离df以及施工距离do。

另外，如果声音传感器10为三个，则在三维空间中仅能够确定出一个交点，能够高精度地确定加工点2的位置。

[第四实施方式]

图15是表示第四实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。本实施方式是第一实施方式的变形。该第四实施方式的激光加工装置100为，声音传感器10具有水飞沫附着防止部60，该水飞沫附着防止部60防止从被加工部件1反射的水飞沫附着到声音传感器10的声音检测部10a。

具体而言，如图15所示那样，水飞沫附着防止部60能够使用保护罩61。保护罩61形成为，在水飞沫向声音传感器10飞来的方向上覆盖声音传感器10的声音检测部10a。

图16是表示第四实施方式的激光加工装置的变形例的构成的示意性纵截面图。在本变形例中，激光加工装置100作为水飞沫附着防止部60而具有鼓风机62。鼓风机62朝向水飞沫向声音传感器10飞来的方向，将飞来的水飞沫吹飞而防止水飞沫附着于声音传感器10的声音检测部10a。

当水飞沫附着于声音传感器10的声音检测部10a而在声音检测部10a的表面产生液体膜时，成为产生时间延迟的原因。并且，如果液体膜的厚度变化，则导致灵敏度的变化。在以上那样的构成的第四实施方式或者其变形的激光加工装置100中，由于防止水飞沫附着于声音检测部10a，因此不会产生由水飞沫导致的灵敏度变化等问题。

[第五实施方式]

本实施方式是第一实施方式的变形。该第五实施方式中的声音传感器10具有覆水影响缓和部70。设置覆水影响缓和部70是为了：防止由水流5a冲击被加工部件1而产生的水飞沫附着于声音传感器10的声音检测部导致的声音传感器10的灵敏度的变化。

以下，表示覆水影响缓和部70的具体例子，但大体地进行区分，存在基于声音检测部的表面状态的处理的情况以及对声音检测部附加特别的几何学形状的情况。另外，也可以使声音检测部的表面状态的处理与特别的几何学形状的附加这两者组合。

图17是表示声音传感器10具有实施了润湿性较低的表面处理的声音检测部10b的情况下的构成的示意图，图17a是俯视图，图17b是主视图。作为润湿性较低的表面处理，例如能够使用在表面涂布疏水性较高的材料(油等)的方法、或者实施疏水性较高的表面图案(荷叶表面等的排列有细小凸部的图案)加工的方法等。因此，声音检测部10b的表面不会被基于水飞沫的水5b覆盖，不会产生灵敏度变化等问题。

图18是表示声音传感器10具有在外表面实施了润湿性较高的表面处理的声音检测部10c的情况下的构成的示意图，图18a是俯视图，图18b是主视图。关于润湿性的提高，例如，能够使用在表面涂布亲水性较高的材料(氧化钛等)的方法、或者实施疏水性较高的表面图案加工或交替地实施疏水性较高和亲水性较高的图案加工等这样的方法。因此，即便基于水飞沫的水5b来到声音检测部10c，由于亲水性涂层而液膜的厚度不会变化，因此声音检测部10c的表面稳定地被水5b覆盖，即便由于产生液膜而产生一些时间延迟，也不会产生灵敏度变化等问题。

图19是表示声音传感器10具有在外表面作为整体形成有凸部的几何学形状的声音检测部10d的构成的示意图，图19a是俯视图，图19b是主视图。声音检测部10d作为整体形成为凸状，由此形成为，即便水飞沫来到声音检测部10d的表面，水5b也不会残留。因此，不会产生灵敏度变化等问题。

图20是表示声音传感器10具有在外表面形成有包含多个凸部的几何学形状的声音检测部10e的构成的示意图，图20a是俯视图，图20b是主视图。声音检测部10e在多个部位形成为凸状，由此即便水飞沫来到声音检测部10e的表面，所残留的水5b也为微量，能够将灵敏度的变化等抑制得较小。

图21是表示声音传感器10具有在外表面作为整体形成有凹部的几何学形状的声音检测部10f的构成的示意图，图21a是俯视图，图21b是主视图。声音检测部10f作为整体形成为凹状，由此水5b稳定地积存在声音检测部10f的表面，因此不会产生灵敏度变化等问题。

图22是表示声音传感器10具有在外表面形成有多个凹部的几何学形状的声音检测部10g的构成的示意图，图22a是俯视图，图22b是主视图。声音检测部10g在多个部位形成为凹状，由此水5b稳定地积存在声音检测部10g的表面，因此不会产生灵敏度变化等问题。

[第六实施方式]

图23是表示第六实施方式的激光加工装置的构成的框图。本实施方式是第一实施方式的变形。本实施方式的激光加工装置的声音传感器10具有外部环境影响缓和部80。作为对声音传感器10的动作产生影响的外部影响，存在机械振动、声音噪声、或者电气噪声等。

外部环境影响缓和部80具有机械振动抑制部80a、声音噪声降低部80b(图24)以及电气噪声降低部80c。

机械振动抑制部80a设置在声音传感器10与安装有声音传感器10的水流传送部5之间。机械振动抑制部80a例如由橡胶等减震材料、或者弹簧等构成。

电气噪声降低部80c是对传送声音传感器10所接收的信号的缆线实施屏蔽处理的部分。另外，除此以外，还能够通过具有使用了稳定化电源等的装置的电源稳定化措施等，来进行电气噪声的降低、抑制。

图24是表示声音传感器的构成的纵截面图。声音传感器10具有：作为声音检测部10a的前面板8b和压电振子8d；前后夹持压电振子8d的电极8c、8f；以及，支承前面板8b并收纳压电振子8d以及电极8c、8f的壳体8a。并且，在声音传感器10中，在压电振子8d以及电极8c、8f与壳体8a之间设置有声音噪声降低部80b。声音噪声降低部80b也可以兼作机械振动抑制部80a而设置在声音传感器10的外部。

关于声音噪声，存在通过如此在声音传感器的内部或者外部安装消音器、由此将所期望的频率以外的波段截止而使声音传感器的频带窄波段化的方法。

作为噪声的除去，进一步，能够通过在来自声音传感器10的信号电路或者运算部30中对声音信号实施滤波，来降低与冲击波无关的噪声。该滤波存在带通滤波、高通滤波、低通滤波、带阻滤波、加法平均、移动平均等，也可以进行使用了在多点测定的信号的孔径综合(aperturesynthesis)等图像化。

特别是，如上所述，电气噪声必须进行电源的稳定化和称为屏蔽处理的硬件上的对策，但由于噪声本身是不规则的，因此电路、程序上的滤波也是有效的。

图25是说明本实施方式的激光加工装置的效果的图表。横轴是声音的频率，纵轴是声音的强度。由实线表示的冲击波是声音传感器10作为信号而捕捉到的，但包含由虚线表示的声音的噪声(噪音噪声)。

在该情况下，图25的波段a是噪音的中心频带，所接收的信号几乎全部为噪音噪声。另一方面，例如，在频率为波段b的情况下，是接近冲击波的中心频带、且噪音的强度变低的波段。在这种情况下，采取避开噪音的中心频带即波段a、在残留有冲击波的强度的波段b附近使处理对象的波段成为窄波段的方法。由于冲击波本身具有宽波段的特性，因此能够充分进行这样的窄波段化。

通过如以上那样降低噪声，由此声音传感器10接收的信号的精度提高，能够实现时间幅度的评价精度的提高。

[第七实施方式]

图26是表示第七实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。本实施方式是第一实施方式的变形。此处，将从水流传送部5的前端到声音传感器面10a为止的距离设为ds。在本实施方式的激光加工装置中，声音传感器10设置在水流传送部5的内壁面。并且，声音传感器10的传感器面朝向内壁面。但是，声音传感器10的安装状态并不限定于此，例如也可以为之后的图27、图28所示那样的状态。

图27是说明声音传感器的安装状态的第一变形例的纵截面图。声音传感器10使传感器面朝向水流的流动方向而设置。并且，图28是说明声音传感器的安装状态的第二变形例的纵截面图。声音传感器10设置在将水流传送部5的内壁面的一部分切削了的部分，以便确保波导。

图29是说明声音的第一传递路径的纵截面图。并且，图30是说明声音的第二传递路径的纵截面图。向声音传感器10的声音传播路径可以认为是以下路径：如图29所示那样完全在水中传播；以及如图30所示那样在水中传播至水流传送部5，在到达水流传送部之后沿着水流传送部5的内壁作为表面波传播，最终到达声音传感器10。

在完全在水中传播的情况下，从加工点到达声音传感器为止所需要的时间tw全部是tl，传播距离dp通过下式(4)赋予。

dp＝tl×vl……(4)

由于ds是已知的，因此能够通过下式(5)来计算施工距离do。

do＝dp-ds……(5)

在沿着水流传送部内壁作为表面波传播的情况下，tw通过式(6)得到。

tw＝tl+ts……(6)

此处，ts是表面波的传播时间。此处，ts通过式(7)得到。

ts＝ds/vs……(7)

此处，vs是表面波的声速，与ds一起都是已知的。结果，能够通过式(8)求出tl。

tl＝tw-ts……(8)

结果，能够通过式(9)得到施工距离do。

do＝tl/vl(9)

由此，在本实施方式中也能够计算施工距离do。

图31是表示第七实施方式的激光加工装置的声音传感器的接收波形图像的波形图。横轴是按照每个激发周期将其开始点设为0的时间，纵轴是作为接收波形而声音传感器捕捉到的电压值。在发送后，第一冲击波到达，接着第二冲击波到达。

第一冲击波对应于从中途起作为表面波传播的情况，第二冲击波对应于完全在水中传播的情况。在一般情况下，声音的表面波的传播速度大于水中的声音的传播速度，因此第一冲击波先到达。

如前面所述那样，在使用第一冲击波和第二冲击波的任一个的情况下，都能够计算施工距离do，因此可以使用第一冲击波和第二冲击波的任一个。或者，也可以使用二者而对根据二者的结果得到的各个施工距离do例如进行平均。

声音传感器10具有方向性，因此作为用于高灵敏度地检测在水中或者水流传送部5的表面传播的声音的方法，可以考虑调整声音传感器10本身的形状。然而，每当声音传感器10的设置位置、姿态变更时就变更声音传感器10的形状是不现实的。因此，能够在声音传感器10与水流传送部5内的水之间夹设声音引导件，而调整向声音传感器10的声音和传播性。

作为声音引导件的材料，优选加工性良好、在声音传播方面声速接近水中的声速、且密度比金属等低的材料，例如能够使用丙烯。

图32至图43表示使用了声音引导件的情况下的设置状态。

图32是表示使声音引导件成为以水平方向为轴的圆柱形状的情况下的设置状态的、图33的xxxii-xxxii向视纵截面图，图33是横截面图。声音引导件101a成为在水流传送部5的流路截面中范围被除去的形状。在使声音引导件101a成为沿着水流传送部的内壁的圆柱形状的情况下，能够抑制其成为对于水流的外部干扰。

图34是表示使声音引导件成为平板形状的情况下的设置状态的、图35的xxxiv-xxxiv向视纵截面图，图35是横截面图。在使声音引导件101b成为平板形状(圆板形状)的情况下，即便在声音引导件101绕轴旋转了时，也能够维持其外形，能够确保灵敏度的稳定性。

图36是表示使声音引导件成为锥形状的情况下的设置状态的、图37的xxxvi-xxxvi向视纵截面图，图37是横截面图。在使声音引导件101c成为锥形状的情况下，通过使下端面朝向加工点侧，由此能够提高所得到的冲击波的强度。

图38是表示使声音引导件成为圆锥形状的情况下的设置状态的、图39的xxxviii-xxxviii向视纵截面图，图39是横截面图。在使声音引导件101d成为圆锥形状的情况下，能够得到平面形状的情况下的效果和锥形状的情况下的效果这双方的效果。

图40是表示使声音引导件成为旋转半椭圆体形状的情况下的设置状态的、图41的xl-xl向视纵截面图，图41是横截面图。在使声音引导件101e成为旋转半椭圆体形状的情况下，能够期待与圆锥形状的情况同样的效果。

图42是表示使用了倾斜的声音传感器10的情况下的设置状态的、图43的xlii-xlii向视纵截面图，图43是横截面图。通过使声音传感器10在声音引导件101f中倾斜，由此能够期待灵敏度提高。并且，也可以将该配置与图32至图41的情况分别组合使用。

[第八实施方式]

图44是表示第八实施方式的激光加工装置的构成的示意性纵截面图。并且，图45是表示第八实施方式的激光加工装置的变形例的构成的示意性纵截面图。

本实施方式以及变形例是第一实施方式的变形。在这些实施方式中，朝水流传送部5的供水通过从一个以上的方向流入的管中的水流来进行。例如，当成为从两个方向汇合的构成时，成为图45所示的变形例。此处，管分别具有挠性，例如为软管124。结果，图44以及图45所表示的聚光部12以及水流传送部5能够一体地移动。

在水流传送部5的内部，承受水流的筒状的缓冲层121、和口径比缓冲层121小的筒状的射出层122，经由锥状部123连续地相连，激光在其中传送。

在从两个以上的方向进行供水的情况下，在缓冲层121中，从各个方向流入的软管124内的水流在软管汇合部124a汇合。例如，如图44以及图45所示，在水流传送部5设置喷嘴5c，各个软管124与喷嘴5c连接，并通过未图示的捆扎带进行紧固即可。另外，在图44以及图45中，表示喷嘴5c的安装角度相对于从射出层122的流出方向倾斜大约60度的例子，但也可以是更小的角度即从射出层122的流出方向与喷嘴5c的流入方向更接近的方向。或者，也可以是更大例如90度的情况。

如上所述，供水路径即软管124的根数不需要限定于一根，也可以是两根以上。并且，供水路径即软管124的直径、其内部的流量在各个路径中可以相互一致也可以不一致。

当气体进入从射出层122的前端流出而朝向被加工部件1的水流的内部而水流的直径(水柱的半径r)扩大时，有可能对水流内的激光的透射性产生影响。因此，通过使从射出层122流出的水流不扩大，由此能够增大从射出层122的前端到被加工部件1为止的距离。为了抑制这样的从射出层122的前端流出的水流的直径(水柱的半径r)扩大，可以在缓冲层121内设置整流件126。

整流件126对软管汇合部124a的紊乱的水流进行整流。整流件126还能够起到抑制水与被加工部件1碰撞之后剧烈地飞散的作用。关于整流件126的构成，通过图46进行说明。

在水流传送部5的筒状的缓冲层121的上游侧的端部，设置有供激光透射的圆板状的气水分离窗125，并构成水流传送部5内的水与外部气体之间的边界的一部分。聚光部12设置在气水分离窗125的外侧即外部气体侧，激光在通过聚光部12之后透射气水分离窗125，并进一步通过整流件126而朝加工点2传送。

在气水分离窗125的内侧即水侧设置有o型环125b，在气水分离窗125的外侧即外部气体侧设置有在中央部分形成有开口的压板125a，通过压板125a来压缩o型环125b，由此确保气水分离窗125的水密性。

如图44以及图45所示，声音传感器10设置在水流传送部5的外侧。

图46是表示激光加工装置的整流件的构成的示意性立体图。整流件126具有圆筒状的整流筒126a以及板状的四片整流板126b。整流板126b为，其一边安装于整流筒126a的外表面，并且整流板126b朝整流筒126a的径向外侧扩展并沿轴向延伸。整流板126b比整流筒126a更向上游侧伸出。整流筒126b的内径成为比激光的外径大的内径，以便供激光通过。

图46的双点划线表示的两个圆121a、121b分别是缓冲层121的外缘的一部分，圆121a相对于圆121b的上游侧。通过包含圆121a和圆121b的圆筒状的曲面、整流筒126a以及四片整流板126b，缓冲层121内被分割成整流筒126a内的流路和在其外侧的环状部分通过整流板126b分割的四个流路。另外，整流板126b的片数并不限于四片，也可以是三片、或者也可以是五片以上。

如此，通过形成沿着水流传送部5的轴向分割的流路，能够抑制回旋流等，能够对流路进行整流。

另外，对于整流板126b，以朝整流筒126a的径向外侧扩展并沿轴向延伸的情况为例进行了说明，但只要能够提高整流效果，则也可以相对于径向具有角度地安装，或者也可以相对于轴向具有角度地安装，也可以组合这两者。或者，也可以沿着水流传送部5的内面设置整流叶片。

如以上那样，聚光部12以及水流传送部5能够一体地移动，并且，能够朝加工点2供给被整流后的水流。

图47是表示第八实施方式的激光加工装置的其他变形例的构成的示意性纵截面图。如图47所示，声音传感器10也可以设置在水流传送部5的内侧。如此，在将声音传感器10设置在水流传送部5的内侧的情况下，可以如图47那样设置在整流件46的上游，但为了避免紊流的影响，也有时设置于比缓冲层121靠下游的位置较好。

[其他实施方式]

以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式仅作为例子进行提示，并非意图限定发明的范围。

并且，也可以对各实施方式的特征进行组合。此外，这些实施方式能够以其他各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形也包含于发明的范围或主旨，且同样也包含于技术方案所记载的发明及其等同范围。