BR102015024421A2

BR102015024421A2 - método de medição para medir velocidade de varredura a laser

Info

Publication number: BR102015024421A2
Application number: BR102015024421A
Authority: BR
Inventors: Daisuke Asami; Kazuyuki OGUSU; Ko Nakamura; Kohei Hisada
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2016-04-19
Also published as: KR20180004051A; EP3002567B1; CN105891531A; US10267905B2; EP3002567A1; JP2016064433A; KR102082824B1; CN105891531B; JP6079739B2; BR102015024421B1; KR20160036499A; US20160091600A1

Abstract

método de medição para medir velocidade de varredura a laser. a presente invenção refere-se a um método de medição para medir velocidade de varredura a laser para um aparelho de usinagem por feixe de laser (1). o aparelho de usinagem por feixe de laser (1) inclui um espelho (7,8) e processa uma peça irradiando-se laser (pl). o laser (pl) é irradiado operando-se o espelho (7,8). o método de medição inclui medir o som de processamento da peça pelo laser (pl) com o uso do aparelho de usinagem por feixe de laser (1). adicionalmente, o método de medição inclui calcular a velocidade de varredura do laser (pl) analisando-se uma frequência do som de processamento medido com o uso do aparelho de usinagem por feixe de laser (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE MEDIÇÃO PARA MEDIR VELOCIDADE DE VARREDURA A LASER".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

1. CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se a uma tecnologia relacionada a um método para medir velocidade de varredura a laser.

2. DESCRIÇÃO DE TÉCNICA RELACIONADA

[0002] Nos últimos anos, um material de estampagem a quente tem sido aplicado de modo mais amplo. Em um material de estampagem a quente, um filme de óxido é formado em uma superfície de uma chapa de aço executando-se conformação a quente. Visto que um filme de óxido é um fator para deterioração da adesão de tinta, é necessário remover um filme de óxido em uma superfície. Como um método para remover um filme de óxido formado em uma superfície de um material de estampagem a quente, uma tecnologia de tratamento de superfície que usa laser pulsado é conhecida. Na tecnologia de tratamento de superfície que usa laser pulsado, fatores para decidir as condições de processamento incluem uma quantidade de energia de laser por pulso, uma frequência de oscilação de laser e uma velocidade de varredura a laser.

[0003] O equipamento de inspeção que é usado para uma tecnologia de processamento que usa um laser inclui, por exemplo, o que é descrito na Publicação de Pedido de Patente n2 JP 62-114786 (JP 62-114786 A) declarada abaixo, a qual é conhecida publicamente. O equipamento de inspeção descrito no documento n2 JP 62-114786 A detecta som durante o processamento para examinar um estado de processamento. Em tal equipamento, visto que a velocidade de varredura de cabeça e a velocidade de movimento de cabeça são iguais, a velocidade de varredura a laser é detectada facilmente detectando-se a velocidade de movimento de cabeça.

[0004] Enquanto isso, como um aparelho de usinagem por feixe de laser, há o descrito na Publicação de Pedido de Patente n2 JP 2012-256062 (JP 2012-256062 A) declarada abaixo, que tem uma estrutura na qual uma cabeça de irradiação de laser não é deslocada. No aparelho de usinagem por feixe de laser descrito no documento n2 JP 2012-256062 A, visto que um espelho opera dentro da cabeça de irradiação, a varredura a laser é executada sem deslocar a própria cabeça de irradiação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] Em um caso em que um tipo do aparelho de usinagem por feixe de laser descrito no documento n2 JP 2012-256062 A é usado, devido ao fato de a cabeça de irradiação não ser deslocada, é difícil medir a velocidade de varredura a laser.

[0006] A invenção fornece um método de medição que permite a medição de velocidade de varredura a laser em um aparelho de usinagem por feixe de laser estruturado de modo que a varredura a laser seja executada por uma operação de um espelho.

[0007] Um aspecto da invenção é um método de medição para medir velocidade de varredura a laser para um aparelho de usinagem por feixe de laser. O aparelho de usinagem por feixe de laser inclui um espelho e é configurado para processar uma peça irradiando-se laser. O laser é irradiado operando-se o espelho. O método de medição inclui medir o som de processamento da peça pelo laser com o uso do aparelho de usinagem por feixe de laser. Adicionalmente, o método de medição inclui calcular a velocidade de varredura a laser analisando-se uma frequência do som de processamento medido com o uso do aparelho de usinagem por feixe de laser.

[0008] No aspecto mencionado acima, a velocidade de varredura a laser pode ser medida usando-se o aparelho de usinagem por feixe de laser que é estruturado para realizar varredura com laser operando-se o espelho.

[0009] No aspecto acima, o aparelho de usinagem por feixe de laser pode ser configurado para calcular a velocidade de varredura a laser com base em uma quantidade de desvio de frequência do som de processamento causada por um efeito Doppler.

[0010] No aspecto supracitado, o aparelho de usinagem por feixe de laser pode ser configurado para executar um processamento de cálculo de média do som de processamento. A frequência do som de processamento é analisada.

[0011] No aspecto supracitado, a velocidade de varredura a laser é medida com muita exatidão usando-se o aparelho de usinagem por feixe de laser que é estruturado para realizar varredura com laser ope-rando-se o espelho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] As características, vantagens e importância técnica e industrial de modalidades exemplificadoras da invenção serão descritas abaixo com referência aos desenhos em anexo, nos quais números similares denotam elementos similares, e em que: [0013] A Figura 1 é uma vista esquemática que mostra uma estrutura completa de um aparelho de usinagem por feixe de laser que realiza um método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com uma modalidade da invenção;

[0014] A Figura 2A é uma vista em perspectiva esquemática que mostra um estado de medição de som de processamento do método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção e a Figura 2B é uma vista esquemática lateral que mostra um estado de medição de som de processamento do método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção;

[0015] A Figura 3 é uma vista que mostra um estado de irradiação de laser pulsado (um estado de sobreposição de laser por pulso);

[0016] A Figura 4A é uma vista que mostra um resultado de análise de frequência do som de processamento, de vistas que mostram resultados de medição de som de processamento do método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção, e a Figura 4B é uma vista que mostra um resultado após o processamento de cálculo de média, das vistas que mostram resultados de medição de som de processamento do método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção; e [0017] A Figura 5 é uma vista esquemática que mostra um aparelho de usinagem por feixe de laser (um tipo no qual uma cabeça de irradiação é deslocada).

DESCRIÇÃO DETALHADA DE MODALIDADES

[0018] Em seguida, uma modalidade da invenção é explicada. Em primeiro lugar, uma estrutura completa de um aparelho de usinagem por feixe de laser, na qual um método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção é aplicado, é explicada com o uso da Figura 1 e da Figura 5. Conforme mostrado na Figura 1, um aparelho de usinagem por feixe de laser 1 é um aparelho para processar uma peça 10 irradiando-se laser pulsado PL e é estruturado incluindo-se um dispositivo de varredura 2, uma fibra óptica 3, um elemento receptor de luz (medidor de potência) 4 e um microfone 5. O dispositivo de varredura 2 (um assim chamado dispositivo de varredura galvanométrico) inclui uma pluralidade de espelhos 6, 7, 8, e, dentre os mesmos, os espelhos 7, 8 (assim chamados espelhos gal-vanométricos) são estruturados para terem a capacidade de girar ao redor de eixos geométricos diferentes entre si. O dispositivo de varredura 2 é estruturado para realizar varredura com laser pulsado PL con- forme os espelhos 7, 8 são operados. Em resumo, o aparelho de usi-nagem por feixe de laser 1 é estruturado de modo que execute varredura com o laser pulsado PL irradiado do dispositivo de varredura 2 sem deslocar o próprio dispositivo de varredura 2.

[0019] Enquanto isso, a Figura 5 mostra uma estrutura completa de um aparelho de usinagem por feixe de laser ao qual a invenção não é aplicada. Conforme mostrado na Figura 5, um aparelho de usinagem por feixe de laser 21 é um aparelho que irradia laser pulsado PL e é estruturado incluindo-se uma cabeça de irradiação 22, uma fibra óptica 23, um elemento receptor de luz (medidor de potência) 24, um espelho 25 e assim por diante. O aparelho de usinagem por feixe de laser 21 é estruturado para executar varredura com o laser pulsado PL deslocando-se a própria cabeça de irradiação 22 da parte frontal para a parte posterior e de um lado para o outro lado. Portanto, no aparelho de usinagem por feixe de laser 21 que tem a estrutura mencionada acima, a velocidade de varredura do laser pulsado PL é medida facilmente observando-se o deslocamento da cabeça de irradiação 22.

[0020] O método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção possibilita medir a velocidade de varredura de laser pulsado PL em um caso em que um tipo do aparelho de usinagem por feixe de laser 1 é usado, no qual a varredura é executada com laser pulsado PL operando-se os espelhos 7, 8, não em um caso em que um tipo do aparelho de usinagem por feixe de laser 21 é usado, no qual a cabeça de irradiação 22 é deslocada.

[0021] Operações do aparelho de usinagem por feixe de laser 1 são explicadas com referência à Figura 1 até à Figura 4. Conforme mostrado na Figura 1, o espelho 6 que estrutura o dispositivo de varredura 2 é um meio espelho. O laser pulsado PL, que é gerado a partir de uma fonte de laser (não mostrada) e é incidente através da fibra óptica 3, transmite através do espelho 6, é refletido pelos espelhos 7, 8 e é irradiado na peça 10. Uma posição de irradiação do laser pulsado PL na peça 10 é alterada dependendo das operações dos espelhos 7, 8 e o laser pulsado PL é varrido ao longo de uma linha de varredura em ziguezague, conforme mostrado na Figura 2A e na Figura 2B.

[0022] Conforme mostrado na Figura 1, a luz refletida RL do laser pulsado PL irradiado na peça 10 é refletida pelos espelhos 8, 7, 6 e é incidente no elemento receptor de luz 4.

[0023] Conforme o laser pulsado PL é irradiado, uma camada superficial (por exemplo, um filme de óxido) da peça 10 é removida conforme mostrado na Figura 2A e na Figura 2B. O laser pulsado PL é irradiado de modo que desenhe a linha de varredura em ziguezague que oscila na direção Y perpendicular à direção de processamento de camada superficial X.

[0024] O microfone 5 é disposto de modo que uma direção de eixo geométrico M do microfone 5 seja paralela à direção Y, que é uma direção de oscilação da linha de varredura do laser pulsado PL. O microfone 5 é estruturado de modo que seja afetado pelo efeito Doppler mais consideravelmente reciprocando-se a posição de irradiação (posição de processamento) do laser pulsado PL.

[0025] Conforme mostrado na Figura 3, o laser pulsado PL executa processamento ao ser irradiado a uma intensidade definida em uma amplitude de irradiação A para irradiação de um pulso e, com isso, dá à amplitude de irradiação A uma dada energia. Então, na irradiação do próximo pulso, a posição de irradiação é desviada e, então, uma dada energia é dada à amplitude de irradiação A seguinte.

[0026] Em seguida, resultados experimentais de medição de som de processamento usando-se o aparelho de usinagem por feixe de laser 1 são explicados usando-se a Figura 4A e a Figura 4B. Nesse experimento, um laser pulsado em nanossegundo foi usado em uma fonte de laser e um filme de óxido em uma superfície da peça 10, que é um material de estampagem a quente, foi removido em um estado à temperatura ambiente de 20 °C. O som de processamento, então, foi medido pelo microfone 5. A medição foi executada em um estado no qual a frequência de oscilação (frequência de processamento) do laser pulsado em nanossegundo foi definida em 15,0 kHz, a velocidade de varredura do laser pulsado PL foi definida em 9 m/s e o microfone 5 foi fixado (velocidade nula).

[0027] Então, nesse experimento, foi confirmado que a velocidade de varredura calculada com base no resultado de análise de frequência coincidia com a velocidade real de varredura com muita exatidão. Assim, foi confirmado que o cálculo de velocidade de varredura com base na medição de som de processamento foi eficaz.

[0028] É possível calcular uma quantidade de desvio de frequência Aí de som de processamento medido no efeito Doppler usando-se Af = f (V - V0)/(V - V1), em que a velocidade do som é V, a frequência de oscilação é f, a velocidade de movimento de um observador é V0 e a velocidade de movimento de uma fonte de som é V1. Nesse experimento, a velocidade do som V foi corrigida (com a série de Euler) para V = 331,5 + 0,6t (t: temperatura ambiente). É preferível que uma fórmula de correção adequada para a velocidade do som V seja empregada conforme seja apropriado de acordo com uma atmosfera conforme a condição de medição.

[0029] Nas condições de experimento, a quantidade de desvio de frequência matemática Aí obtida por cálculo com o uso da fórmula numérica declarada acima é de 0,4 kHz e, assim, é estimado que as frequências após desvio de frequência do som de processamento medido (doravante no presente documento, referida como frequência de desvio) são 14,6 kHz e 15,4 kHz.

[0030] A Figura 4A mostra um resultado de análise de frequência do som de processamento S que é medido pelo microfone 5 quando a peça 10 é processada pelo laser pulsado PL. De acordo com a Figura 4A, quando a frequência, na qual a pressão de som do som de processamento S se torna um valor dado Z ou maior, é determinada como uma frequência de desvio, é possível ler que as frequências de desvio são 14,6 kHz e 15,4 kHz. Nesse caso, um valor médio das frequências de desvio é de 15,0 kHz e esse valor coincide com a frequência de oscilação f do laser pulsado em nanossegundo.

[0031] Conforme declarado acima, foi confirmado a partir do resultado experimental mostrado na Figura 4A que o resultado experimental coincide com o resultado do cálculo e com as condições de experimento com muita exatidão. Em resumo, foi confirmado que a velocidade de varredura de laser pulsado PL foi calculada com muita exatidão com base na fórmula de cálculo para a quantidade de desvio de frequência Af com o uso do resultado de medição do som de processamento S.

[0032] Na modalidade supracitada, a frequência, na qual a pressão de som do som de processamento S excede o valor dado Z, é determinada como uma frequência de desvio. Entretanto, a média do resultado de análise de frequência do som de processamento S pode ser calculada e uma frequência na qual um pico de pressão de som aparece pode ser usada. A Figura 4B mostra um resultado de análise de frequência do som de processamento S que é medido usando-se o microfone 5 quando a peça 10 é processada pelo laser pulsado PL, e um resultado do processamento de cálculo de média da análise de frequência.

[0033] De acordo com a Figura 4B, picos da pressão de som do som de processamento S coincidem, em geral, com 14,6 kHz e 15,4 kHz, que são frequências de desvio de acordo com cálculo. Isso significa que também é possível calcular a velocidade de varredura de laser pulsado PL com muita exatidão a partir de uma fórmula de cálculo pa- ra uma quantidade de desvio de frequência Af com base não somente na análise de frequência do som de processamento S medido pelo microfone 5, mas também no resultado do processamento de cálculo de média.

[0034] Em resumo, o método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção é um método para medir velocidade de varredura a laser em um caso em que a peça 10 é processada conforme laser pulsado PL é irradiado no aparelho de usinagem por feixe de laser 1 que tem os espelhos 7, 8 que executam varredura a laser. O método é para medir som de processamento S da peça 10 pelo laser pulsado PL e calcular a velocidade de varredura V1 de laser pulsado PL executando-se análise de frequência do som de processamento medido S.

[0035] Com essa estrutura, é possível medir a velocidade de varredura V1 de laser pulsado PL no caso em que o aparelho de usinagem por feixe de laser 1 é usado, que tem uma estrutura na qual uma cabeça de irradiação não se move, e a varredura é executada com laser pulsado PL operando-se os espelhos 7, 8.

[0036] No método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção, a velocidade de varredura V de laser pulsado é calculada com base em uma quantidade de desvio de frequência Af do som de processamento S no efeito Doppler. Adicionalmente, ao calcular a velocidade de varredura V1 de laser pulsado, a média do som de processamento S, cujas frequências são analisadas, é calculada. De acordo com essa estrutura, é possível medir a velocidade de varredura V-ι de laser pulsado PL com muita exatidão.

[0037] No método para medir velocidade de varredura a laser de acordo com a modalidade da invenção, o som de processamento S é medido e, então, a velocidade de varredura V1 é calculada. Entretanto, com o uso do efeito Doppler, também é possível calcular a velocidade de varredura V! detectando-se a vibração gerada em uma peça, ou detectando-se a luz refletida gerada durante o processamento, ao invés do som de processamento. No caso em que se usa vibração, uma fórmula de cálculo relacionada à transmissão de vibração através de uma substância é usada. Também, no caso em que se usa luz, uma fórmula de cálculo relacionada ao efeito Doppler na luz é usada.

[0038] A modalidade mostra o exemplo de um método para medir velocidade de varredura de laser pulsado PL. Entretanto, quando laser, que não é laser pulsado, é usado, também é possível medir a velocidade de varredura no método de medição de acordo com a invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método de medição para medir velocidade de varredura a laser para um aparelho de usinagem por feixe de laser (1), sendo que o aparelho de usinagem por feixe de laser (1) inclui um espelho (7,8) e é configurado para processar uma peça irradiando-se laser (PL), sendo que o laser (PL) é irradiado operando-se o espelho (7,8), sendo que o método de medição é caracterizado pelo fato de que compreende: medir o som de processamento da peça pelo laser (PL) com o uso do aparelho de usinagem por feixe de laser (1); e calcular a velocidade de varredura do laser (PL) analisan-do-se uma frequência do som de processamento medido com o uso do aparelho de usinagem por feixe de laser (1).

2. Método de medição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aparelho de usinagem por feixe de laser (1) é configurado para calcular a velocidade de varredura do laser (PL) com base em uma quantidade de desvio de frequência do som de processamento causada por um efeito Doppler.

3. Método de medição, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o aparelho de usinagem por feixe de laser (1) é configurado para executar o processamento de cálculo de média do som de processamento, em que a frequência do som de processamento é analisada.