CN116194241A - 激光加工方法和激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种激光加工方法是通过向对象物的表面中的对象区域照射激光，沿着对象区域向对象物赋予压缩残余应力的方法。该激光加工方法具备：第一步骤，在对象区域中，将激光的被照射区域朝向第一侧扩展；和第二步骤，在对象区域中，将激光的被照射区域朝向与第一侧不同的第二侧扩展。

Description

激光加工方法和激光加工装置

技术领域

本公开涉及激光加工方法和激光加工装置。

背景技术

已知记载有通过向材料层照射激光，来向对象物赋予压缩残余应力的激光加工方法。在专利文献1所记载的激光加工方法中，为了向对象物赋予均匀的压缩残余应力，以吸收材料层的厚度成为规定的厚度的方式形成吸收材料层。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平8-112681号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，如专利文献1所记载的激光加工方法那样，仅通过以吸收材料层的厚度成为规定的厚度的方式形成吸收材料层，难以沿着对象物的表面的对象区域向对象物赋予均匀的压缩残余应力。

本公开的目的在于，提供一种能够抑制沿着对象物的表面的对象区域向对象物赋予的压缩残余应力不均匀的激光加工方法和激光加工装置。

用于解决课题的手段

本公开的一方面的激光加工方法是通过向对象物的表面中的对象区域照射激光，沿着对象区域向对象物赋予压缩残余应力的激光加工方法，包括：第一步骤，在对象区域中，将激光的被照射区域朝向第一侧扩展；以及第二步骤，在对象区域中，将激光的被照射区域朝向与第一侧不同的第二侧扩展。

在该激光加工方法中，在第一步骤中，将激光的被照射区域朝向第一侧扩展，在第二步骤中，将激光的被照射区域朝向与第一侧不同的第二侧扩展。由此，通过第一步骤向对象物赋予的压缩残余应力朝向第一侧降低，通过第二步骤向对象物赋予的压缩残余应力朝向与第一侧不同的第二侧降低。因此，例如，与在第一步骤中将激光的被照射区域朝向第一侧扩展，在第二步骤中将激光的被照射区域朝向第一侧扩展的情况相比，通过第一步骤和第二步骤向对象物赋予的压缩残余应力的不均匀被抑制。因此，根据该激光加工方法，能够抑制沿着对象物的表面中的对象区域向对象物赋予的压缩残余应力不均匀。

在本公开的一方面的激光加工方法中，第一侧和第二侧可以是在第一方向上相互相对的侧。由此，能够更可靠地抑制通过第一步骤和第二步骤向对象物赋予的压缩残余应力不均匀。

在本公开的一方面的激光加工方法中，可以是：在第一步骤中，通过从第二侧向第一侧依次实施使激光的照射光斑分别沿着在与第一方向垂直的第二方向上延伸且在第一方向上排列的多条线移动的第一处理，来将激光的被照射区域朝向第一侧扩展，在第二步骤中，通过从第一侧向第二侧依次实施使激光的照射光斑分别沿着在第二方向上延伸且在第一方向上排列的多条线移动的第二处理，来将激光的被照射区域朝向第二侧扩展。由此，能够在第一步骤中将激光的被照射区域朝向第一侧可靠且容易地扩展，能够在第二步骤中将激光的被照射区域朝向与第一侧不同的第二侧可靠且容易地扩展。

在本公开的一方面的激光加工方法中，可以是：在第一步骤中，作为第一处理，交替地实施使激光的照射光斑从第二方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光的照射光斑从第二方向上的另一侧向一侧移动的处理，在第二步骤中，作为第二处理，交替地实施使激光的照射光斑从第二方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光的照射光斑从第二方向上的另一侧向一侧移动的处理。由此，能够在第一步骤中将激光的被照射区域朝向第一侧高效地扩展，能够在第二步骤中将激光的被照射区域朝向与第一侧不同的第二侧高效地扩展。

本公开的一方面的激光加工方法可以是：还包括：第三步骤，在对象区域中将激光的被照射区域朝向第三侧扩展；以及第四步骤，在对象区域中将激光的被照射区域朝向与第三侧不同的第四侧扩展，第三侧和第四侧是在与第一方向垂直的第二方向上相互相对的侧。由此，能够更可靠地抑制沿着对象物的表面中的对象区域向对象物赋予的压缩残余应力不均匀。

在本公开的一方面的激光加工方法中，可以是：在第三步骤中，通过从第四侧向第三侧依次实施使激光的照射光斑分别沿着在第一方向上延伸且在第二方向上排列的多条线移动的第三处理，来将激光的被照射区域朝向第三侧扩展，在第四步骤中，通过从第三侧向第四侧依次实施使激光的照射光斑分别沿着在第一方向上延伸且在第二方向上排列的多条线移动的第四处理，来将激光的被照射区域朝向第四侧扩展。由此，能够在第三步骤中将激光的被照射区域朝向第三侧可靠且容易地扩展，能够在第四步骤中将激光的被照射区域朝向与第三侧不同的第四侧可靠且容易地扩展。

在本公开的一方面的激光加工方法中，可以是：在第三步骤中，作为第三处理，交替地实施使激光的照射光斑从第一方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光的照射光斑从第一方向上的另一侧向一侧移动的处理，在第四步骤中，作为第四处理，交替地实施使激光的照射光斑从第一方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光的照射光斑从第一方向上的另一侧向一侧移动的处理。由此，能够在第三步骤中将激光的被照射区域朝向第三侧高效地扩展，能够在第四步骤中将激光的被照射区域朝向与第三侧不同的第四侧高效地扩展。

本公开的一方面的激光加工装置是通过向对象物的表面中的对象区域照射激光，沿着对象区域向对象物赋予压缩残余应力的激光加工装置，包括：支承对象物的支承部；向对象区域照射激光的照射部；以及控制支承部和照射部中的至少一个的动作的控制部，控制部控制支承部和照射部中的至少一个的动作，使得在对象区域中激光的被照射区域朝向第一侧扩展，控制支承部和照射部中的至少一个的动作，使得在对象区域中激光的被照射区域朝向与第一侧不同的第二侧扩展。

根据该激光加工装置，与上述的激光加工方法同样地，能够抑制沿着对象物的表面中的对象区域向对象物赋予的压缩残余应力不均匀。

发明效果

根据本公开，能够提供一种能够抑制沿着对象物的表面中的对象区域向对象物赋予的压缩残余应力不均匀的激光加工方法和激光加工装置。

附图说明

图1是一实施方式的激光加工装置的构成图。

图2是用于说明一实施方式的激光加工方法的对象物的俯视图。

图3是用于说明一实施方式的激光加工方法的对象物的俯视图。

图4是用于说明比较例1和比较例2的激光加工方法的对象物的俯视图。

图5是用于说明比较例3和比较例4的激光加工方法的对象物的俯视图。

图6是表示通过比较例1和比较例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布的图像。

图7是表示通过比较例3和比较例4的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布的图像。

图8是表示通过比较例5和实施例1的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布的图像。

图9是表示通过实施例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布的图像。

图10是表示通过比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的分布的图。

图11是表示通过比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的数值的表。

图12是用于说明变形例1的激光加工方法的对象物的俯视图。

图13是用于说明变形例2的激光加工方法的对象物的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。另外，在各图中，对相同或相当的部分赋予相同的符号，省略重复的说明。

[激光加工装置]

如图1所示，激光加工装置1具备支承部2、照射部3和控制部4。激光加工装置1是通过向对象物10的表面10a中的对象区域11照射激光L，沿着对象区域11向对象物10赋予压缩残余应力的装置。即，激光加工装置1是向对象物10的表面10a中的对象区域11实施激光喷丸加工的装置。在以下的说明中，将相互正交的三个方向分别称为X方向、Y方向和Z方向。在本实施方式中，Z方向是第一水平方向，X方向是与第一水平方向垂直的第二水平方向，Y方向是铅垂方向。

支承部2以对象物10的表面10a与Z方向正交的方式支承对象物10。支承部2例如包括夹持对象物10的夹具、机械臂等。对象物10例如是由铜、铝、铁、钛等金属材料构成的板状的部件。在实施激光喷丸加工时，在对象区域11形成有保护层P。在保护层P的表面形成有封闭层C。保护层P是为了保护对象区域11免受因激光L的照射产生的热而吸收该热的层。保护层P例如是金属或树脂层。封闭层C是为了向对象物10施加因激光L的照射产生的等离子体的冲击而将该等离子体封闭起来的层。封闭层C例如是以覆盖保护层P的方式供给的水。

照射部3向由支承部2支承的对象物10的表面10a中的对象区域11照射激光L。照射部3使激光L的照射光斑S相对于对象区域11二维移动。激光L的照射光斑S是对象区域11中的激光L的照射区域。在本实施方式中，使激光L的聚光斑CS位于对象区域11上。即，在本实施方式中，激光L的聚光斑CS成为激光L的照射光斑S。

照射部3具有光源31、光轴调整部32、光轴调整透镜33、X轴可动反射镜34、Y轴可动反射镜35和物镜36。光源31射出激光L。光源31例如是通过脉冲振荡方式射出激光L的半导体激光器。光轴调整部32支承光轴调整透镜33。光轴调整部32通过使光轴调整透镜33沿着Z方向移动，使聚光斑CS沿着Z方向移动。X轴可动反射镜34通过调整反射激光L的反射镜面的倾斜度，使聚光斑CS沿着X方向移动。Y轴可动反射镜35通过调整反射激光L的反射镜面的倾斜度，使聚光斑CS沿着Y方向移动。X轴可动反射镜34和Y轴可动反射镜35分别例如是电流反射镜。物镜36以聚光斑CS位于与Z方向垂直的平面上的方式，对激光L的聚光斑CS的位置进行光学校正。物镜36例如是f-θ透镜。

控制部4控制照射部3的动作，使得照射光斑S在对象区域11上以规定的轨迹移动。控制部4例如具有处理部41、存储部42和输入接收部43。处理部41构成为包括处理器、存储器、存储和通信设备等的计算机装置。在处理部41中，处理器执行读入到存储器等中的软件(程序)，控制存储器和存储中的数据的读出及写入、以及通信设备的通信。存储部42是硬盘等，存储各种数据。输入接收部43是从操作者接收各种数据的输入的接口部。在本实施方式中，输入接收部43构成GUI(Graphical User Interface：图形用户接口)。

[激光加工方法]

对在上述激光加工装置1中实施的激光加工方法进行说明。该激光加工方法是通过向对象物10的表面10a中的对象区域11照射激光L，沿着对象区域11向对象物10赋予压缩残余应力的方法。即，该激光加工方法是向对象物10的表面10a中的对象区域11实施激光喷丸加工的方法。在本实施方式中，通过控制部4控制照射部3，实施以下所述的第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤。此外，作为一例，在第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤中，激光L的输出、照射光斑S的面积以及形状是恒定的。

首先，准备对象物10。在本实施方式中，在激光加工装置1中，对象物10由支承部2支承，对象区域11、激光L的照射条件等由控制部4设定。在本实施方式中，如图2的(a)所示，将X方向(第一方向)上的一侧设为第一侧，将X方向上的另一侧设为第二侧。即，第一侧和第二侧是在X方向上相互相对的侧。此外，将Y方向(与第一方向垂直的第二方向)上的一侧设为第三侧，将Y方向上的另一侧设为第四侧。即，第三侧和第四侧是在Y方向上相互相对的侧。作为一例，对象区域11是具有在X方向上相互相对的两边以及在Y方向上相互相对的两边的矩形状的区域。

接着，在对象区域11中，将激光L的被照射区域12朝向第一侧扩展(第一步骤)，将被照射区域12扩展到对象区域11的整体。具体而言，在对象区域11中，通过从第二侧向第一侧依次实施使照射光斑S分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上等间隔地排列的多条线L1移动的第一处理，来将被照射区域12朝向第一侧扩展。在本实施方式中，作为第一处理，交替地实施使照射光斑S从第三侧向第四侧(从第二方向上的一侧向另一侧)移动的处理以及使照射光斑S从第四侧向第三侧(从第二方向上的另一侧向一侧)移动的处理。另外，相邻的线L1的间隔是X方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右。

接着，如图2的(b)所示，在对象区域11中，将激光L的被照射区域12朝向第二侧扩展(第二步骤)，将被照射区域12扩展到对象区域11的整体(即，以与在第一步骤中扩展到对象区域11的整体的被照射区域12重叠的方式，再次将被照射区域12扩展到对象区域11的整体)。具体而言，在对象区域11中，通过从第一侧向第二侧依次实施使照射光斑S分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上等间隔地排列的多条线L2移动的第二处理，来将被照射区域12朝向第二侧扩展。在本实施方式中，作为第二处理，交替地实施使照射光斑S从第三侧向第四侧移动的处理以及使照射光斑S从第四侧向第三侧移动的处理。另外，相邻的线L2的间隔是X方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右。在本实施方式中，各线L2与各线L1一致。

接着，如图3的(a)所示，在对象区域11中将激光L的被照射区域12朝向第三侧扩展(第三步骤)，将被照射区域12扩展到对象区域11的整体(即，以与分别在第一步骤和第二步骤中扩展到对象区域11的整体的被照射区域12重叠的方式，再次将被照射区域12扩展到对象区域11的整体)。具体而言，在对象区域11中，通过从第四侧向第三侧依次实施使照射光斑S分别沿着在X方向上延伸且在Y方向上等间隔地排列的多条线L3移动的第三处理，来将被照射区域12朝向第三侧扩展。在本实施方式中，作为第三处理，交替地实施使照射光斑S从第二侧向第一侧(从第一方向上的一侧向另一侧)移动的处理以及使照射光斑S从第一侧向第二侧(从第一方向上的另一侧向一侧)移动的处理。另外，相邻的线L3的间隔是Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右。

接着，如图3的(b)所示，在对象区域11中，将激光L的被照射区域12朝向第四侧扩展(第四步骤)，将被照射区域12扩展到对象区域11的整体(即，以与分别在第一步骤、第二步骤和第三步骤中扩展到对象区域11的整体的被照射区域12重叠的方式，再次将被照射区域12扩展到对象区域11的整体)。具体而言，在对象区域11中，通过从第三侧向第四侧依次实施使照射光斑S分别沿着在X方向上延伸且在Y方向上等间隔地排列的多条线L4移动的第四处理，来将被照射区域12朝向第四侧扩展。在本实施方式中，作为第四处理，交替地实施使照射光斑S从第二侧向第一侧移动的处理以及使照射光斑S从第一侧向第二侧移动的处理。另外，相邻的线L4的间隔是Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右。在本实施方式中，各线L4与各线L3一致。

如以上那样，通过实施第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤，沿着对象区域11向对象物10赋予压缩残余应力。即，上述激光加工方法是制造沿着对象区域11赋予了压缩残余应力的对象物的方法。另外，在上述激光加工方法中，只要以“在第一步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”、“在第二步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”、“在第三步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”和“在第四步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”在对象区域11中相互重叠的方式实施激光L的照射即可。换言之，在上述激光加工方法中，以“在第一步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”、“在第二步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”、“在第三步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”和“在第四步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”相互重叠的方式实施了激光L的照射的区域是对象区域11。

[作用和效果]

在上述激光加工方法中，在第一步骤中，将激光L的被照射区域12朝向第一侧扩展，在第二步骤中，将激光L的被照射区域12朝向第二侧扩展。由此，通过第一步骤向对象物10赋予的压缩残余应力朝向第一侧降低，通过第二步骤向对象物10赋予的压缩残余应力朝向第二侧降低。此外，在第三步骤中，将激光L的被照射区域12朝向第三侧扩展，在第四步骤中，将激光L的被照射区域12朝向第四侧扩展。由此，通过第三步骤向对象物10赋予的压缩残余应力朝向第三侧降低，通过第四步骤向对象物10赋予的压缩残余应力朝向第四侧降低。因此，例如，与分别在第一步骤、第二步骤、第三步骤和第四步骤中将激光L的被照射区域12朝向第一侧扩展的情况相比，抑制了向对象物10赋予的压缩残余应力的不均匀。因此，根据上述激光加工方法，能够抑制沿着对象物10的表面10a中的对象区域11向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。

在上述激光加工方法中，第一侧和第二侧是在X方向上相互相对的侧，第三侧和第四侧是在Y方向上相互相对的侧。由此，能够更可靠地抑制向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。

在上述激光加工方法中，在第一步骤中，通过从第二侧向第一侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上排列的多条线L1移动的第一处理，来将激光L的被照射区域12朝向第一侧扩展。由此，在第一步骤中，能够可靠且容易地将激光L的被照射区域12朝向第一侧扩展。在上述激光加工方法中，在第二步骤中，通过从第一侧向第二侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上排列的多条线L2移动的第二处理，来将激光L的被照射区域12朝向第二侧扩展。由此，在第二步骤中，能够可靠且容易地将激光L的被照射区域12朝向与第一侧不同的第二侧扩展。

在上述激光加工方法中，在第一步骤中，作为第一处理，交替地实施使激光L的照射光斑S从Y方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光L的照射光斑S从Y方向上的另一侧向一侧移动的处理。由此，在第一步骤中，能够将激光L的被照射区域12朝向第一侧高效地扩展。在上述激光加工方法中，在第二步骤中，作为第二处理，交替地实施使激光L的照射光斑S从Y方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光L的照射光斑S从Y方向上的另一侧向一侧移动的处理。由此，在第二步骤中，能够将激光L的被照射区域12朝向与第一侧不同的第二侧高效地扩展。

在上述激光加工方法中，在第三步骤中，通过从第四侧向第三侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着在X方向上延伸且在Y方向上排列的多条线L3移动的第三处理，来将激光L的被照射区域12朝向第三侧扩展。由此，在第三步骤中，能够可靠且容易地将激光L的被照射区域12朝向第三侧扩展。在上述激光加工方法中，在第四步骤中，通过从第三侧向第四侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着在X方向上延伸且在Y方向上排列的多条线L4移动的第四处理，来将激光L的被照射区域12朝向第四侧扩展。由此，在第四步骤中，能够可靠且容易地将激光L的被照射区域12朝向与第三侧不同的第四侧扩展。

在上述激光加工方法中，在第三步骤中，作为第三处理，交替地实施使激光L的照射光斑S从X方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光L的照射光斑S从X方向上的另一侧向一侧移动的处理。由此，在第三步骤中，能够将激光L的被照射区域12朝向第三侧高效地扩展。在上述激光加工方法中，在第四步骤中，作为第四处理，交替地实施使激光L的照射光斑S从X方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使激光L的照射光斑S从X方向上的另一侧向一侧移动的处理。由此，在第四步骤中，能够将激光L的被照射区域12朝向与第三侧不同的第四侧高效地扩展。

根据上述激光加工装置1，与上述的激光加工方法同样地，能够抑制沿着对象物10的表面10a中的对象区域11向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。

[比较例和实施例]

首先，对比较例1、比较例2、比较例3和比较例4的激光加工方法进行说明。比较例1、比较例2、比较例3和比较例4的激光加工方法中的激光的照射条件如下。

激光的照射条件

波长：1053nm

脉冲能量：300mJ

脉冲宽度：10ns(矩形)

聚光尺寸：约0.8×0.8mm

强度：4.7GW/cm²

重复频率：2Hz

对象物的条件

材质：铝合金(A2024)

形状：49×49mm

厚度：3mm

对象区域：2×10mm

保护层：树脂带(厚度：100μm以下)

封闭层：流水

在比较例1的激光加工方法中，如图4的(a)所示，在对象区域中，从X方向上的一侧向另一侧依次实施使激光的照射光斑分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上排列的6条线(虚线所示的线)移动的处理，将激光的被照射区域从X方向上的一侧朝向另一侧扩展(激光照射步骤)。在比较例1的激光加工方法中，实施了4次激光照射步骤。在图4的(a)中，赋予各线的编号表示使激光的照射光斑沿着线移动的顺序，赋予各行的箭头表示使激光的照射光斑沿着线移动的朝向。

在比较例2的激光加工方法中，如图4的(b)所示，在对象区域中，按以下顺序实施使激光的照射光斑分别沿着在Y方向上延伸且在X方向排列的6条线(虚线所示的线)移动的处理。即，以从X方向上的一侧起第一条线、从该一侧起第六条线、从该一侧起第二条线、从该一侧起第五条线、从该一侧起第三条线、从该一侧起第四条线的顺序实施了该处理。在比较例2的激光加工方法中，实施了4次该处理。在图4的(b)中，赋予各线的编号表示使激光的照射光斑沿着线移动的顺序，赋予各行的箭头表示使激光的照射光斑沿着线移动的朝向。

在比较例3的激光加工方法中，如图5的(a)所示，在对象区域中，按以下顺序实施使激光的照射光斑分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上排列的6条线(虚线所示的线)移动的处理。即，以从X方向上的一侧起第三条线、从该一侧起第四条线、从该一侧起第二条线、从该一侧起第五条线、从该一侧起第一条线、从该一侧起第六条线的顺序实施了该处理。在比较例3的激光加工方法中，实施了4次该处理。在图5的(a)中，赋予各线的编号表示使激光的照射光斑沿着线移动的顺序，赋予各线的箭头表示使激光的照射光斑沿着线移动的朝向。

在比较例4的激光加工方法中，如图5的(b)所示，在对象区域中，按以下顺序实施使激光的照射光斑分别沿着在Y方向上延伸且在X方向上排列的6条线(虚线所示的线)移动的处理。即，以从X方向上的一侧起第一条线、从该一侧起第六条线、从该一侧起第三条线、从该一侧起第五条线、从该一侧起第二条线、从该一侧起第四条线的顺序实施了该处理。在比较例4的激光加工方法中，实施了4次该处理。在图5的(b)中，赋予各线的编号表示使激光的照射光斑沿着线移动的顺序，赋予各线的箭头表示使激光的照射光斑沿着线移动的朝向。

利用X射线残余应力测量装置测量通过比较例1、比较例2、比较例3和比较例4的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布。压缩残余应力的二维分布的测量条件如下。

压缩残余应力的二维分布的测量条件

X射线尺寸：φ0.5mm

测量范围：3×4mm

间隔：0.25mm

管球：Co

通过比较例1的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布如图6的(a)所示，成为从X方向上的一侧朝向另一侧降低的分布。另外，在图6的(a)中，压缩残余应力用负值表示(在后述的图6的(b)、图7的(a)和图7的(b)中也是同样的)。

通过比较例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布如图6的(b)所示，在对象区域中的X方向上的一侧的一半区域中，成为从X方向上的一侧朝向另一侧降低的分布。另一方面，该二维分布在对象区域中的X方向上的另一侧的一半区域中，成为从X方向上的另一侧朝向一侧降低的分布。

通过比较例3的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布如图7的(a)所示，在对象区域中的X方向上的一侧的一半区域中，成为从X方向上的另一侧朝向一侧降低的分布。另一方面，该二维分布在对象区域中的X方向上的另一侧的一半区域中，成为从X方向上的一侧朝向另一侧降低的分布。

通过比较例4的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布如图7的(b)所示，在对象区域中的X方向上的一侧的一半区域中，成为从X方向上的一侧朝向另一侧降低的分布。另一方面，该二维分布在对象区域中的X方向上的另一侧的一半区域中，成为从X方向上的另一侧朝向一侧降低的分布。

根据以上的结果，证实了向对象物赋予的压缩残余应力在对象区域中朝向激光的被照射区域扩展的一侧降低。此外，证实了向对象物赋予的压缩残余应力的分布即使在对象区域中激光的被照射区域从稀疏的状态随机地扩展到密集的状态，也发生不均匀。

接着，对比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法进行说明。比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法中的激光的照射条件如下。

激光的照射条件

波长：1064nm

脉冲能量：42mJ

脉冲宽度：39.4ns(高斯)

聚光尺寸：φ0.19mm

强度：3.8GW/cm²

重复频率：300Hz

对象物的条件

材质：铝合金(A2024)

形状：49×49mm

厚度：3mm

对象区域：3×3mm

保护层：铝带(厚度：100μm以下)

封闭层：流水

在比较例5的激光加工方法中，实施了4次在对象区域中将激光的被照射区域从X方向上的一侧朝向另一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第一步骤的步骤)。

在实施例1的激光加工方法中，交替地各实施2次在对象区域中将激光的被照射区域从X方向上的一侧朝向另一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第一步骤的步骤)、以及在对象区域中将激光的被照射区域从X方向上的另一侧朝向一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第二步骤的步骤)。

在实施例2的激光加工方法中，按以下顺序各实施1次这些步骤：在对象区域中将激光的被照射区域从X方向上的一侧朝向另一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第一步骤的步骤)、在对象区域中将激光的被照射区域从X方向上的另一侧朝向一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第二步骤的步骤)、在对象区域中将激光的被照射区域从Y方向上的一侧朝向另一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第三步骤的步骤)、以及在对象区域中将激光的被照射区域从Y方向上的另一侧朝向一侧扩展的步骤(相当于上述实施方式的激光加工方法中的第四步骤的步骤)。

利用X射线残余应力测量装置测量通过比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的二维分布。压缩残余应力的二维分布的测量条件如下。

压缩残余应力的二维分布的测量条件

X射线尺寸：φ0.5mm

测量范围：5.0×2.5mm

间隔：0.25mm

管球：Co

通过比较例5的激光加工方法沿着对象区域赋予的压缩残余应力的二维分布如图8的(a)所示，成为从X方向上的一侧向另一侧降低的分布。通过实施例1的激光加工方法沿着对象区域赋予的压缩残余应力的二维分布如图8的(b)所示，与比较例5的激光加工方法得到的压缩残余应力的二维分布相比，成为抑制了不均匀的分布。通过实施例2的激光加工方法沿着对象区域赋予的压缩残余应力的二维分布如图9所示，与实施例1的激光加工方法得到的压缩残余应力的二维分布相比，成为抑制了不均匀的分布。另外，在图8的(a)、图8的(b)和图9中，压缩残余应力用负值表示。

图10是表示通过比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的分布的图。在图10中，“X方向位置”是指X方向上的位置，“Y方向平均残余应力”是指各X方向位置处的“向沿着Y方向的部分赋予的压缩残余应力的平均值”。如图10所示，关于对象区域中的Y方向平均残余应力，当着眼于最大值与最小值之差时，关于该差，与比较例5的激光加工方法得到的值相比，实施例1的激光加工方法得到的值小，与实施例1的激光加工方法得到的值相比，实施例2的激光加工方法得到的值小。另外，在图10中，压缩残余应力用负值表示(在后述的图11中也是同样的)。

图11是表示通过比较例5、实施例1和实施例2的激光加工方法赋予的压缩残余应力的数值的表。在图11中，“最大值”是指沿着图8的(a)、图8的(b)和图9分别所示的对象区域(3×3mm的虚线框内)赋予的压缩残余应力的最小值，“最小值”是指沿着该对象区域赋予的压缩残余应力的最大值，“平均值”是指沿着该对象区域赋予的压缩残余应力的平均值。“偏差”是指沿着该对象区域赋予的压缩残余应力的值从平均值偏离的大小，“偏差/|平均值|”是指沿着该对象区域赋予的压缩残余应力的值从平均值偏离的比例。如图11所示，关于“偏差”和“偏差/|平均值|”，与比较例5的激光加工方法得到的值相比，实施例1的激光加工方法得到的值小，与实施例1的激光加工方法的值相比，实施例2的激光加工方法得到的值小。即，在实施例1中沿着对象区域赋予的压缩残余应力与在比较例5中沿着对象区域赋予的压缩残余应力相比均匀。此外，在实施例2中沿着对象区域赋予的压缩残余应力与在实施例1中沿着对象区域赋予的压缩残余应力相比均匀。

[变形例]

本公开并不限于上述的实施方式和实施例。对变形例1的激光加工方法进行说明。在变形例1的激光加工方法中，如图12的(a)所示，在对象区域11中将激光L的被照射区域12朝向外侧(第一侧)扩展(第一步骤)，如图12的(b)所示，在对象区域11中将激光L的被照射区域12朝向内侧(第二侧)扩展(第二步骤)。具体而言，在第一步骤中，如图12的(a)所示，将激光L的照射光斑S沿着涡旋状的线从对象区域11的中心移动到对象区域11的外缘。在第二步骤中，如图12的(b)所示，将激光L的照射光斑S沿着涡旋状的线从对象区域11的外缘移动到对象区域11的中心。另外，也可以使激光L的照射光斑S分别沿着在对象区域11中以嵌套状排列的环状的线移动。作为一例，通过从内侧的环状的线朝向外侧的环状的线依次实施使照射光斑S分别沿着多条环状的线移动的处理，来在对象区域11中将激光L的被照射区域12朝向外侧扩展(第一步骤)。接着，通过从外侧的环状的线朝向内侧的环状的线依次实施将照射光斑S沿着多条环状的线移动的处理，来在对象区域11中将激光L的被照射区域12朝向内侧扩展(第二步骤)。在该变形例1的激光加工方法中，按第一步骤、第二步骤的顺序实施各个步骤，但也可以按第二步骤、第一步骤的顺序实施各个步骤。

对变形例2的激光加工方法进行说明。在变形例2的激光加工方法中，将对象区域11分割为多个区域，分别在多个区域实施上述实施方式的激光加工方法。例如，如图13所示，将对象区域11分割成沿着X方向和Y方向排列成两行两列的4个区域。通过分别在该4个区域中并行地实施上述实施方式的激光加工方法，即使在对象区域11较宽的情况下，也能够缩短沿着对象区域11向对象物10赋予压缩残余应力的时间。

在上述实施方式的激光加工装置1中，控制部4控制照射部3的动作，使得照射光斑S在对象区域11上以规定的轨迹移动，但控制部4只要控制支承部2和照射部3中的至少一个的动作即可。例如，控制部4可以控制支承部2的动作，使得照射光斑S在对象区域11上以规定的轨迹移动。或者，控制部4可以控制支承部2的动作和照射部3的动作，使得照射光斑S在对象区域11上以规定的轨迹移动。

在上述实施方式的激光加工方法中，在第一步骤和第二步骤中，交替地实施使照射光斑S从第三侧向第四侧移动的处理或者使照射光斑S从第四侧向第三侧移动的处理，但在第一步骤和第二步骤中，可以连续地实施使照射光斑S从第三侧向第四侧移动的处理或者使照射光斑S从第四侧向第三侧移动的处理。

在上述实施方式的激光加工方法中，在第三步骤和第四步骤中，交替地实施使照射光斑S从第一侧向第二侧移动的处理或者使照射光斑S从第二侧向第一侧移动的处理，但在第三步骤和第四步骤中，可以连续地实施使照射光斑S从第二侧向第一侧移动的处理或者使照射光斑S从第一侧向第二侧移动的处理。

在上述实施方式的激光加工方法中，各线L2与各线L1一致，但只要多条线L2在Y方向上延伸且在X方向上排列，各线L2可以不与各线L1一致。同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，各线L4与各线L3一致，但只要多条线L4在X方向上延伸且在Y方向上排列，各线L4也可以不与各线L3一致。

在上述实施方式的激光加工方法中，多条线L1等间隔地排列，但多条线L1也可以不等间隔地排列。同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，多条线L2等间隔地排列，但多条线L2也可以不等间隔地排列。同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，多条线L3等间隔地排列，但多条线L3也可以不等间隔地排列。同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，多条线L4等间隔地排列，但多条线L4也可以不等间隔地排列。

在上述实施方式的激光加工方法中，相邻的线L1的间隔是X方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右，但也可以大于X方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，在相邻的线L1之间可以存在不照射2次激光L的区域。另外，相邻的线L1的间隔优选小于X方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L1之间照射2次以上的激光L。进一步地，相邻的线L1的间隔优选是X方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L1之间不重复地照射2次激光L。在这种情况下，能够朝向第一侧扩展均匀地照射了激光L的被照射区域12。

同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，相邻的线L2的间隔是X方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右，但也可以大于X方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，在相邻的线L2之间可以存在不照射2次激光L的区域。另外，相邻的线L2的间隔优选小于X方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L2之间照射2次以上的激光L。进一步地，相邻的线L2的间隔优选是X方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L2之间不重复地照射2次激光L。在这种情况下，能够朝向第二侧扩展均匀地照射了激光L的被照射区域12。

同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，相邻的线L3的间隔是Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右，但也可以大于Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，在相邻的线L3之间可以存在不照射2次激光L的区域。另外，相邻的线L3的间隔优选小于Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L3之间照射2次以上的激光L。进一步地，相邻的线L3的间隔优选是Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L3之间不重复地照射2次激光L。在这种情况下，能够朝向第三侧扩展均匀地照射了激光L的被照射区域12。

同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，相邻的线L4的间隔是Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2左右，但也可以大于Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，在相邻的线L4之间可以存在不照射2次激光L的区域。另外，相邻的线L4的间隔优选小于Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L4之间照射2次以上的激光L。进一步地，相邻的线L4的间隔优选是Y方向上的照射光斑S的宽度的1/2。即，优选在相邻的线L4之间不重复地照射2次激光L。在这种情况下，能够朝向第四侧扩展均匀地照射了激光L的被照射区域12。

在上述实施方式的激光加工方法中，从第二侧向第一侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着多条线L1移动的第一处理，但也可以不依次实施。例如，可以跳过多条线L1中的一部分线从第二侧向第一侧实施第一处理，也可以在第一处理之后实施使激光L的照射光斑S沿着跳过的一部分线移动的处理。同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，从第一侧向第二侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着多条线L2移动的第二处理，但也可以不依次实施。例如，可以跳过多条线L2中的一部分线从第一侧向第二侧实施第二处理，也可以在第二处理之后实施使激光L的照射光斑S沿着跳过的一部分线移动的处理。

在上述实施方式的激光加工方法中，从第四侧向第三侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着多条线L3移动的第三处理，但也可以不依次实施。例如，可以跳过多条线L3中的一部分线从第四侧向第三侧实施第三处理，也可以在第三处理之后实施使激光L的照射光斑S沿着跳过的一部分线移动的处理。同样地，在上述实施方式的激光加工方法中，从第三侧向第四侧依次实施使激光L的照射光斑S分别沿着多条线L4移动的第四处理，但也可以不依次实施。例如，可以跳过多条线L4中的一部分线从第三侧向第四侧实施第四处理，也可以在第四处理之后实施使激光L的照射光斑S沿着跳过的一部分线移动的处理。

在上述实施方式的激光加工方法中，按第一步骤、第二步骤、第三步骤、第四步骤的顺序实施各个步骤，但实施各个步骤的顺序可以前后调整。具体而言，可以按第一步骤、第三步骤、第二步骤、第四步骤的顺序实施各个步骤。或者，可以按第一步骤、第三步骤、第四步骤、第二步骤的顺序实施各个步骤。

在上述实施方式的激光加工方法中，实施了第三步骤和第四步骤，但实施至少第一步骤和第二步骤即可。由于在这种情况下，也能够将激光L的被照射区域12朝向相互不同的2侧扩展，因此能够抑制沿着对象区域11向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。另外，在仅实施第一步骤和第二步骤的情况下，只要以“在第一步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”和“在第二步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”在对象区域11中相互重叠的方式实施激光L的照射即可。换言之，在仅实施第一步骤和第二步骤的情况下，以“在第一步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”和“在第二步骤中扩展的被照射区域12的至少一部分”相互重叠的方式实施了激光L的照射的区域是对象区域11。

在上述实施方式的激光加工方法中，第一侧和第二侧是在X方向上相互相对的侧，但第一侧和第二侧只要是在规定的方向上相互相对的侧即可。进一步地，第一侧和第二侧只要是相互不同的侧即可。如果第一侧和第二侧是相互不同的侧，则与在第二步骤中将激光L的被照射区域12朝向第一侧扩展的情况相比，能够抑制通过第一步骤和第二步骤向对象物10赋予的压缩残余应力的不均匀。另外，在用具有相同大小的矢量分别表示第一侧和第二侧的情况下，表示第一侧的矢量(即，朝向第一侧的矢量)与表示第二侧的矢量(即，朝向第二侧的矢量)所成的角度优选大于90度且为180度以下。即，表示第一侧的矢量和表示第二侧的矢量优选具有在规定的方向上相互相对的矢量分量。在这种情况下，在该规定的方向上，能够抑制沿着对象区域11向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。作为参考，表示第一侧的矢量和表示第二侧的矢量所成的角度为180度的情况是第一侧和第二侧是相互相对的侧的情况。

在上述实施方式的激光加工方法中，第三侧和第四侧是在Y方向上相互相对的一侧，但第三侧和第四侧只要是在规定的方向上相互相对的侧即可。进一步地，第三侧和第四侧只要是相互不同的侧即可。如果第三侧和第四侧是相互不同的侧，则与在第四步骤中将激光L的被照射区域12朝向第三侧扩展的情况相比，能够抑制通过第三步骤和第四步骤向对象物10赋予的压缩残余应力的不均匀。另外，在用具有相同大小的矢量分别表示第三侧和第四侧情况下，表示第三侧的矢量(即，朝向第三侧的矢量)与表示第四侧的矢量(即，朝向第四侧的矢量)所成的角度优选大于90度且为180度以下。即，表示第三侧的矢量和表示第四侧的矢量优选具有在规定的方向上相互相对的矢量分量。在这种情况下，在该规定的方向上，能够抑制沿着对象区域11向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。作为参考，表示第三侧的矢量和表示第四侧的矢量所成的角度为180度的情况是第三侧和第四侧是相互相对的侧的情况。

对象区域11并不限于平面，也可以是曲面。对象区域11并不限于矩形，也可以是圆形等其他形状。线L1、线L2、线L3和线L4并不限于直线，也可以是曲线。

符号说明

1…激光加工装置、2…支承部、3…照射部、4…控制部、10…对象物、10a…表面、11…对象区域、12…被照射区域、L…激光、S…照射光斑、L1、L2、L3、L4…线。

Claims (8)

1.一种激光加工方法，其中，

是通过向对象物的表面中的对象区域照射激光，沿着所述对象区域向所述对象物赋予压缩残余应力的激光加工方法，

具备：

第一步骤，在所述对象区域中，将所述激光的被照射区域朝向第一侧扩展；和

第二步骤，在所述对象区域中，将所述激光的被照射区域朝向与所述第一侧不同的第二侧扩展。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，

所述第一侧和所述第二侧是在第一方向上相互相对的侧。

3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其中，

在所述第一步骤中，通过从所述第二侧向所述第一侧依次实施第一处理，来将所述激光的被照射区域朝向所述第一侧扩展，所述第一处理为：使所述激光的照射光斑沿着在与所述第一方向垂直的第二方向上延伸且在所述第一方向上排列的多条线中的各个移动，

在所述第二步骤中，通过从所述第一侧向所述第二侧依次实施第二处理，来将所述激光的被照射区域朝向所述第二侧扩展，所述第二处理为：使所述激光的照射光斑沿着在所述第二方向上延伸且在所述第一方向上排列的多条线中的各个移动。

4.根据权利要求3所述的激光加工方法，其中，

在所述第一步骤中，作为所述第一处理，交替地实施使所述激光的照射光斑从所述第二方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使所述激光的照射光斑从所述第二方向上的所述另一侧向所述一侧移动的处理，

在所述第二步骤中，作为所述第二处理，交替地实施使所述激光的照射光斑从所述第二方向上的所述一侧向所述另一侧移动的处理以及使所述激光的照射光斑从所述第二方向上的所述另一侧向所述一侧移动的处理。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的激光加工方法，其中，

还具备：

第三步骤，在所述对象区域中，将所述激光的被照射区域朝向第三侧扩展；和

第四步骤，在所述对象区域中，将所述激光的被照射区域朝向与所述第三侧不同的第四侧扩展，

所述第三侧和所述第四侧是在与所述第一方向垂直的第二方向上相互相对的侧。

6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其中，

在所述第三步骤中，通过从所述第四侧向所述第三侧依次实施第三处理，来将所述激光的被照射区域朝向所述第三侧扩展，所述第三处理为：使所述激光的照射光斑沿着在所述第一方向上延伸且在所述第二方向上排列的多条线中的各个移动，

在所述第四步骤中，通过从所述第三侧向所述第四侧依次实施第四处理，来将所述激光的被照射区域朝向所述第四侧扩展，所述第四处理为：使所述激光的照射光斑沿着在所述第一方向上延伸且在所述第二方向上排列的多条线中的各个移动。

7.根据权利要求6所述的激光加工方法，其中，

在所述第三步骤中，作为所述第三处理，交替地实施使所述激光的照射光斑从所述第一方向上的一侧向另一侧移动的处理以及使所述激光的照射光斑从所述第一方向上的所述另一侧向所述一侧移动的处理，

在所述第四步骤中，作为所述第四处理，交替地实施使所述激光的照射光斑从所述第一方向上的所述一侧向所述另一侧移动的处理以及使所述激光的照射光斑从所述第一方向上的所述另一侧向所述一侧移动的处理。

8.一种激光加工装置，其中，

是通过向对象物的表面中的对象区域照射激光，沿着所述对象区域向所述对象物赋予压缩残余应力的激光加工装置，

具备：

支承部，其支承所述对象物；

照射部，其向所述对象区域照射所述激光；和

控制部，其控制所述支承部和所述照射部中的至少一个的动作，

所述控制部：

以在所述对象区域中，所述激光的被照射区域朝向第一侧扩展的方式，控制所述支承部和所述照射部中的至少一个的动作；并且

以在所述对象区域中，所述激光的被照射区域朝向与所述第一侧不同的第二侧扩展的方式，控制所述支承部和所述照射部中的至少一个的动作。

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