CN116323084A - 激光加工方法和激光加工装置 - Google Patents

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CN116323084A CN202180065217.9A CN202180065217A CN116323084A CN 116323084 A CN116323084 A CN 116323084A CN 202180065217 A CN202180065217 A CN 202180065217A CN 116323084 A CN116323084 A CN 116323084A
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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激光加工方法。该激光加工方法具备：加工步骤，一边增大每单位面积的激光的强度的移动平均值，一边对对象区域扫描激光的照射光斑。

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
在专利文献1中记载有如下的激光加工方法：通过在对象物的表面形成吸收激光的吸收材料层，并且对吸收材料层照射激光，来向对象物赋予压缩残余应力。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：加工步骤，一边增大每单位面积的激光的强度的移动平均值，一边对对象区域扫描激光的照射光斑。
在该激光加工方法中，通过对对象物的表面中的对象区域扫描激光的照射光斑，来沿着对象区域向对象物赋予压缩残余应力。以实验方式确认了存在以下倾向：在激光的照射光斑的扫描中，如果将每单位面积的激光的强度设为恒定，则扫描激光的照射光斑的区域在对象区域中越增加，越难以赋予压缩残留应力。因此，一边增大每单位面积的激光的强度的移动平均值，一边对对象区域扫描激光的照射光斑。由此，与将每单位面积的激光的强度设为恒定的情况相比，抑制向对象物赋予的压缩残余应力降低。由此，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，可以是：在加工步骤中，通过实施使激光的照射光斑分别沿着在第一方向上延伸且在与第一方向垂直的第二方向上排列的多条线移动的处理，来对对象区域扫描激光的照射光斑，在加工步骤中，通过按多条线中的至少一条线增大每单位面积的激光的强度，来增大激光的强度的移动平均值。由此，能够简便且容易地实施激光的照射光斑的扫描以及每单位面积的激光的强度的控制。
在本公开的一方面的激光加工方法中，在加工步骤中，作为上述处理，可以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，能够对对象区域高效地扫描激光的照射光斑。
在本公开的一方面的激光加工方法中，在加工步骤中，可以通过沿着与对象区域交叉的方向移动激光的聚光斑的位置，来增大激光的强度的移动平均值。由此，即使不调整激光的输出，也能够增大每单位面积的激光的强度的移动平均值。
在本公开的一方面的激光加工方法中，可以是：还包括准备步骤，一边使每单位面积的激光的强度恒定，一边对样品的表面中的样品区域扫描激光的照射光斑，获得沿着样品表面向样品赋予的压缩残余应力，在加工步骤中，基于向样品赋予的压缩残余应力，增大每单位面积的激光的强度的移动平均值。由此，能够更可靠地抑制向对象物赋予的压缩残余应力不均匀。
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；和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，使得一边使每单位面积的激光的强度的移动平均值变大，一边对对象区域扫描激光的照射光斑。
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赋予的对象物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是一实施方式的激光的截面图。
图3是一实施方式的激光加工方法的流程图。
图4是用于说明一实施方式的激光加工方法的样品的俯视图。
图5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6是表示通过一实施方式的激光加工方法照射的激光的照射光斑的直径的图。
图7是表示通过实施例1和实施例2的激光加工方法照射的激光的强度的图。
图8是表示通过比较例的激光加工方法向对象物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1和实施例2的激光加工方法向对象物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、实施例1和实施例2的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力的图。
图11是表示通过比较例、实施例1和实施例2的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力的表。
图12是表示通过比较例的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力和校正系数(Z)的图。
图13是表示通过实施例1和实施例2的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力的实验值和计算值的图。
图14是表示变形例1的样品照射强度和对象物照射强度的图。
图15是用于说明变形例2的激光加工方法的对象物的俯视图。
图16是用于说明变形例3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通过使激光L的聚光斑CS相对于对象区域11三维(X方向、Y方向和Z方向)移动，来使激光L的照射光斑S在对象区域11二维(X方向和Y方向)移动。聚光斑CS是在激光L中每单位面积的激光L的强度最大的区域。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。例如，如图2的(a)所示，在使聚光斑CS位于对象区域11上的情况下，聚光斑CS成为照射光斑S。在这种情况下，照射光斑S的直径成为最小，在照射光斑S中，每单位面积的激光L的强度成为最大。如图2的(b)所示，聚光斑CS越从对象区域11上沿着Z方向移动，照射光斑S的直径越大，在照射光斑S中，每单位面积的激光L的强度越小。
图1所示的照射部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，使激光L的聚光斑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，使激光L的聚光斑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，使激光L的聚光斑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以使激光L的聚光斑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，使得激光L的聚光斑CS相对于对象区域11以规定的轨迹三维移动(换言之，激光L的照射光斑S在对象区域11以规定的轨迹二维移动)。通过使聚光斑CS相对于对象区域11以规定的轨迹三维移动，照射光斑S在对象区域11以规定的轨迹二维移动，在照射光斑S中，每单位面积的激光L的强度增减。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、存储以及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]
关于在上述激光加工装置1中实施的激光加工方法，沿着图3所示的流程图进行说明。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，来沿着对象区域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。在本实施方式的激光加工方法中，实施以下所述的准备步骤和加工步骤。
首先，准备样品20(参照图4)，将样品20设置于激光加工装置1(图3所示的步骤S01)。即，以样品20的表面20a(参照图4)与Z方向正交的方式，将样品20固定于支承部2。当将样品20设置于激光加工装置1时，由控制部4设定样品区域21(参照图4)以及激光L的照射条件等。在本实施方式中，样品20是由与对象物10相同的材料构成且具有与对象物10相同的形状的部件。样品区域21是具有与对象区域11相同的形状的区域。在本实施方式中，如图4所示，将X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方向上相互对置的侧。此外，将Y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方向上相互对置的侧。作为一例，样品区域21是具有在X方向上对置的两边以及在Y方向上对置的两边的矩形状的区域。
接着，在样品区域21形成有保护层P且在该保护层P的表面形成有封闭层C的状态下，控制部4控制照射部3，使得一边使每单位面积的激光L的强度恒定，一边对样品20的表面的样品区域21扫描激光L的照射光斑S(图3所示的步骤S02，准备步骤)。具体而言，如图4所示，通过在样品区域21中，实施使激光L的照射光斑S分别沿着在Y方向(第一方向)上延伸并且在X方向(与第一方向垂直的第二方向)上排列的多条线L1移动的第一处理，来对样品区域21扫描激光L的照射光斑S。在本实施方式中，作为第一处理，交替地实施使激光L的照射光斑S从第三侧向第四侧(从第一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从第四侧向第三侧(从第一方向上的另一侧向一侧)移动的处理。另外，相邻的线L1的间隔为X方向上的激光L的照射光斑S的宽度的1/2左右。
接着，获得沿着样品20的表面20a向样品20赋予的压缩残余应力(图3所示的步骤S03，准备步骤)。在本实施方式中，作业者利用X射线残余应力测量装置测量向样品20赋予的压缩残余应力，输入到输入接收部43。
接着，获得校正系数(Z)(步骤S04)。该“校正系数(Z)”是表示压缩残余应力的赋予容易度的系数。在本实施方式中，处理部41基于向样品20赋予的压缩残余应力，获得校正系数(Z)。具体而言，将向样品20赋予的压缩残余应力除以最初在扫描照射光斑S的区域赋予样品20的压缩残余应力，计算校正系数(Z)。
接着，获得能够向样品20赋予恒定的压缩残余应力的每单位面积的激光L的强度(步骤S05)。另外，在以下的说明中，将“能够向样品20赋予恒定的压缩残余应力的每单位面积的激光L的强度”称为“样品照射强度”。在本实施方式中，处理部41获得样品照射强度。处理部41通过以下的导出过程导出样品照射强度。
在样品20产生的塑性形变的量(以下，称为塑性形变量)与照射到样品20的激光L的脉冲宽度以及样品20中产生的冲击波压力成比例，因此满足下述的数学式(1)的关系。
[数学式1]
Lp∝πp×P (I)
数学式(1)中的Lp是样品20中产生的塑性形变量(μm)。πp是照射到样品20的激光L的脉冲宽度(ns)。P是样品20中产生的冲击波压力(GPa)。
压缩残余应力与塑性翘曲量(将塑性形变量除以部件的形变前的长度而得到的值)相关。因此，向样品20赋予的压缩残余应力和样品20的塑性形变量可以由下述的数学式(2)的关系表示。
[数学式2]
σ∝Lp (2)
数学式(2)中的σ是向样品20赋予的压缩残余应力(MPa)。
在将封闭层C设为水的情况下，样品20中产生的冲击波压力满足向样品20照射的激光L的强度和下述的数学式(3)的关系。
[数学式3]
Figure BDA0004141088150000071
数学式(3)中的I是每单位面积的激光L的强度(GW/cm2)。
这里，关于有效冲击波压力，可以用下述的数学式(4)的关系表示。该“有效冲击波压力”是考虑了校正系数(Z)的冲击波压力。
[数学式4]
P1＝P·Z (4)
数学式(4)中的P1是有效冲击波压力(GPa)，Z是校正系数(Z)。
根据以上的数学式(1)、数学式(2)、数学式(3)和数学式(4)，通过根据校正系数(Z)调整每单位面积的激光L的强度，能够使向样品20赋予的压缩残余应力恒定。即，基于校正系数(Z)导出样品照射强度。在本实施方式中，基于以上的导出过程，处理部41获得样品照射强度。
接着，获得能够向对象物10赋予恒定的压缩残余应力的每单位面积的激光L的强度(步骤S06)。另外，在以下的说明中，将“能够向对象物10赋予恒定的压缩残余应力的每单位面积的激光L的强度”称为“对象物照射强度”。具体而言，处理部41将样品照射强度转换为对象物照射强度而获得。在本实施方式中，样品区域21是具有与对象区域11相同的形状的区域。因此，处理部41通过将应用样品照射强度的区域变换为等倍，来获得对象物照射强度。处理部41所获得的对象物照射强度被存储于存储部42。
接着，准备对象物10，将对象物10设置于激光加工装置1(步骤S07)。即，如图1所示，以对象物10的表面10a与Z方向正交的方式将对象物10固定于支承部2。当将对象物10设置于激光加工装置1时，由控制部4设定对象区域11以及激光L的照射条件等。在本实施方式中，如图5所示，将X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方向上相互对置的侧。此外，将Y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方向上相互对置的侧。作为一例，对象区域11是具有在X方向上对置的两边以及在Y方向上对置的两边的矩形状的区域。
接着，在对象区域11形成有保护层P(参照图1)且在该保护层P的表面形成有封闭层C(参照图1)的状态下，控制部4控制照射部3，使得基于向样品20赋予的压缩残余应力，一边增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值，一边对对象区域11扫描激光L的照射光斑S(图3所示的步骤S08，加工步骤)。该“移动平均值”是在扫描激光L的照射光斑S的规定范围内，将每单位面积的激光L的强度进行平均而得到的值。在本实施方式中，基于对象物照射强度，一边增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值，一边对对象区域11扫描激光L的照射光斑S。具体而言，如图5所示，在对象区域11中，实施使激光L的照射光斑S分别沿着在Y方向(第一方向)上延伸且在X方向(与第一方向垂直的第二方向)上排列的多条线L1移动的第二处理。控制部4通过基于对象物照射强度，按每1条线L1增大每单位面积的激光L的强度，来增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值。具体而言，通过按每1条线L1使激光L的聚光斑CS的位置沿着Z方向(与对象区域11交叉的方向)以接近对象区域11的方式移动，来增大每单位面积的激光L的强度。
另外，在本实施方式中，作为第二处理，交替地实施使激光L的照射光斑S从第三侧向第四侧(从第一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从第四侧向第三侧(从第一方向上的另一侧向一侧)移动的处理。
如上所述，通过实施准备步骤和加工步骤，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10的方法。
[作用和效果]
在上述激光加工方法中，一边增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值，一边对对象区域11扫描激光L的照射光斑S。由此，与将每单位面积的激光L的强度设为恒定的情况相比，抑制向对象物10赋予的压缩残余应力降低。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，在加工步骤中，通过实施使激光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移动的第二处理，来对对象区域11扫描激光L的照射光斑S，在加工步骤中，通过按多条线L1中的每1条线L1，增大每单位面积的激光L的强度，来增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值。由此，能够简便且容易地实施激光L的照射光斑S的扫描以及每单位面积的激光L的强度的控制。
在上述激光加工方法中，在加工步骤中，作为上述第二处理，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，能够对对象区域11高效地扫描激光L的照射光斑S。
在上述激光加工方法中，在加工步骤中，通过沿着Z方向使激光L的聚光斑CS的位置移动，增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值。由此，即使不调整激光L的输出，也能够增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值。以下证实该作用和效果。
如图6所示，获得了聚光斑CS的Z方向位置与照射光斑S的直径的相关关系。根据该相关关系，照射光斑S的直径通过以聚光斑CS的Z方向位置为变量的一次函数来近似。在激光L的输出恒定的情况下，每单位面积的激光L的强度与照射光斑S的直径的2次方成反比例，因此证实了通过使激光L的聚光斑CS的位置沿着Z方向移动，能够增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值。
在上述激光加工方法中，实施如下的准备步骤：一边使每单位面积的激光L的强度恒定，一边对样品20的表面中的样品区域21扫描激光L的照射光斑S，获得沿着样品20的表面20a向样品20赋予的压缩残余应力。在加工步骤中，基于向样品20赋予的压缩残余应力，增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值。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。
根据上述激光加工装置1，与上述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]
接下来，对比较例、实施例1和实施例2的激光加工方法进行说明。通过比较例、实施例1和实施例2的激光加工方法照射的激光的照射条件如下。
激光的条件
波长：1064nm
脉冲能量：42mJ
脉冲宽度：39.4ns(高斯)
聚光尺寸：
Figure BDA0004141088150000111
强度：1.5～3.8GW/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
在比较例的激光加工方法中，实施一边使每单位面积的激光的强度的移动平均值恒定，一边对对象区域扫描激光的照射光斑的步骤(准备步骤)4次。在实施例1和实施例2的激光加工方法中，实施一边增大每单位面积的激光的强度的移动平均值，一边对对象区域11扫描激光的照射光斑的步骤(加工步骤)4次。另外，在实施例1和实施例2的激光加工方法中，每单位面积的激光的强度通过使聚光斑沿着Z方向移动来进行调整。
通过比较例的激光加工方法照射的激光以每单位面积的激光的强度维持3.8GW/cm2的方式进行调整。通过实施例1的激光加工方法照射的激光如图7的(a)所示，以每单位面积的激光的强度为3.0GW/cm2至3.8GW/cm2的方式进行调整。通过实施例2的激光加工方法照射的激光如图7的(b)所示，以每单位面积的激光的强度为1.5GW/cm2至3.8GW/cm2的方式进行调整。
利用X射线残余应力测量装置测量通过比较例、实施例1和实施例2的激光加工方法向对象物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所述。
压缩残余应力的二维分布的测量条件
X射线尺寸：
Figure BDA0004141088150000121
范围：5.0×2.5mm
间隔：0.25mm
管球：Co
如图8所示，通过比较例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成为从最初扫描激光的一侧(X＝1.0mm侧)向最后扫描激光的一侧(X＝4.0mm侧)降低的分布。由此，以实验方式确认了存在以下倾向：当将每单位面积的激光的强度设为恒定时，扫描激光的照射光斑的区域在对象区域中越增加(即，扫描激光的照射光斑的区域在对象区域中越密集)，越难以赋予压缩残留应力。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9的(a)所示，与通过比较例的激光加工方法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的(b)所示，与通过比较例的激光加工方法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，但与通过实施例1的激光加工方法的压缩残余应力的二维分布相比，成为不均匀扩大了的分布。另外，在图8、图9、图9的(a)和图9的(b)中，压缩残余应力用负值表示。
图10是表示通过比较例、实施例1和实施例2的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力的图。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，与比较例的激光加工方法的值相比，实施例1和实施例2的激光加工方法的值小，与实施例2的激光加工方法的值相比，实施例1的激光加工方法的值小。另外，在图10中，压缩残余应力用负值表示(在后述的图11、图12的(a)、图13的(a)和图13的(b)中也是同样的)。
图11是表示通过比较例、实施例1和实施例2的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力的表。在图11中，“最大值”是指沿着图8、图9的(a)和图9的(b)各自所示的对象区域(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从平均值偏离的比例。如图11所示，关于“偏差”以及“偏差/|平均值|”，与比较例的激光加工方法的值相比，实施例1和实施例2的激光加工方法的值小，与实施例2的激光加工方法的值相比，实施例1的激光加工方法的值小。即，在实施例2中沿着对象区域赋予的压缩残余应力比在比较例中沿着对象区域赋予的压缩残余应力均匀。此外，在实施例1中沿着对象区域赋予的压缩残余应力也比在实施例2中沿着对象区域赋予的压缩残余应力均匀。
根据以上的结果，证实了存在如下倾向：当将每单位面积的激光的强度设为恒定时，扫描激光的照射光斑的区域在对象区域中越增加，越难以赋予压缩残留应力。此外，通过一边增大每单位面积的激光的强度的移动平均值，一边对对象区域扫描激光的照射光斑，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。
图12的(a)是表示通过比较例的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力的图。在比较例的激光加工方法中，一边使激光的强度恒定，一边对对象物的表面的对象区域扫描激光的照射光斑。如果将该“在比较例的激光加工方法中使用的对象物”作为“在上述实施方式的激光加工方法的步骤S02中使用的样品”，则图12的(a)是表示一边使每单位面积的激光的强度恒定，一边对样品的表面中的样品区域扫描激光的照射光斑，沿着样品的表面向样品赋予的压缩残余应力的图。
如图12的(a)所示，靠近最初扫描激光的区域(X＝1mm的区域)的、在样品区域中赋予了压缩残余应力的区域越是稀疏的状态，越容易赋予压缩残余应力。靠近最后扫描激光的区域(X＝4mm的区域)的、在样品区域中赋予了压缩残余应力的区域越是密集的状态，越难以赋予压缩残余应力。图12的(b)是表示基于向该样品赋予的压缩残余应力而求出的校正系数(Z)的图。如图12的(b)所示，校正系数(Z)是将沿着样品的表面向样品赋予的压缩残余应力除以在最初扫描激光的区域中向样品赋予的压缩残余应力而求出的。
向对象物赋予的压缩残余应力的理论值计算为基于校正系数(Z)和每单位面积的激光的强度的计算值(以下，称为计算值)。图13的(a)的实验值表示通过实施例1的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力。图13的(a)的计算值表示基于通过实施例1的激光加工方法照射到对象物的激光的强度(参照图7的(a))的计算值。如图13的(a)所示，确认了向对象物赋予的压缩残余应力与压缩残余应力的计算值在实施例1中定性地一致。图13的(b)的实验值表示通过实施例2的激光加工方法向对象物赋予的压缩残余应力。图13的(b)的计算值表示基于通过实施例2的激光加工方法照射到对象物的激光的强度(参照图7的(b))的计算值。如图13的(b)所示，确认了向对象物赋予的压缩残余应力与压缩残余应力的计算值在实施例2中定性地一致。
[变形例]
本公开并不限定于上述的实施方式和实施例。在上述实施方式的激光加工方法中，样品20是由与对象物10相同的材料构成的部件，但也可以是由与对象物10不同的材料构成的部件。样品20是具有与对象物10相同的形状的部件，但也可以是具有与对象物10不同的形状的部件。此外，样品区域21是具有与对象区域11相同的形状的区域，但也可以是具有与对象区域11不同的形状的区域。在这种情况下，处理部41将样品照射强度变换为对象物照射强度而获得。
对对象区域11比样品区域21大的情况下的变形例1进行说明。通过实施例1的激光加工方法照射的激光如图14的(a)所示，每单位面积的激光的强度从3.0GW/cm2增大至3.8GW/cm2。如果将实施例1的激光加工方法中使用的对象物10作为样品，则上述每单位面积的激光的强度是样品照射强度。图14的(b)是作为变形例1对该样品照射强度进行变换而获得的对象物照射强度。如图14的(a)和(b)所示，通过将应用样品照射强度的3mm的区域(X＝1.0mm～4.0mm，参照图14的(a))变换为9mm的区域(X＝1.0mm～10.0mm，参照图14的(b))，来获得对象物照射强度。
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，如图15所示，从对象区域11的中心到对象区域11的外缘(即，从对象区域11的内侧朝向外侧)，一边增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值，一边使激光L的照射光斑S沿着涡旋状的线L1移动，对对象区域11扫描激光L的照射光斑S。在这种情况下，优选的是，每当照射光斑S沿着涡旋状的线L1的移动进行1周时，切换激光L的强度。即，在图15中，优选每当照射光斑S的X方向上的位置与开始地点的X方向上的位置一致，并且照射光斑S的Y方向上的位置与开始地点的Y方向上的位置相比位于负侧时，切换激光L的强度。另外，也可以使激光L的照射光斑S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，可以通过从内侧的环状的线朝向外侧的环状的线(即，从对象区域11的内侧朝向外侧)依次实施使照射光斑S分别沿着多个环状的线移动的处理，来对对象区域11扫描激光L的照射光斑S。在这种情况下，优选在激光L的照射光斑S移动规定的环状的线期间固定激光L的强度，每当移动到大小不同的环状的线时切换强度。即，优选的是，通过照射光斑S沿规定的环状的线每移动1周，增大每单位面积的激光L的强度，来增大移动平均值。在该变形例2的激光加工方法中，使激光L的照射光斑S从对象区域11的内侧朝向外侧移动而扫描激光L的照射光斑S，但也可以使激光L的照射光斑S从对象区域11的外侧朝向内侧移动而扫描激光L的照射光斑S。
对变形例3的激光加工方法进行说明。在变形例3的激光加工方法中，将对象区域11分割为多个区域，在多个区域的各个区域中实施上述实施方式的激光加工方法。例如，如图16所示，将对象区域11分割为沿着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赋予压缩残留应力的时间。
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，使得激光L的聚光斑CS相对于对象区域11以规定的轨迹三维移动(换言之，激光L的照射光斑S在对象区域11中以规定的轨迹二维移动)，但控制部4只要控制支承部2和照射部3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，使得激光L的聚光斑CS相对于对象区域11以规定的轨迹三维移动。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，使得激光L的聚光斑CS相对于对象区域11以规定的轨迹三维移动。
此外，在上述实施方式的激光加工装置1中，在加工步骤中，通过沿着与对象区域11交叉的Z方向使激光L的聚光斑CS的位置移动，来增大每单位面积的激光L的强度，但也可以通过增大照射部3射出的激光L的输出，来增大每单位面积的激光L的强度。
在上述实施方式的激光加工方法中，在加工步骤中，交替地实施使激光L的照射光斑S从第三侧向第四侧移动的处理以及使激光L的照射光斑S从第四侧向第三侧移动的处理，但也可以连续地实施使激光L的照射光斑S从第三侧向第四侧移动的处理或者使激光L的照射光斑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，在加工步骤中，按每1条线L1增大每单位面积的激光L的强度，但也可以按每多条线L1增大每单位面积的激光L的强度。
在上述实施方式的激光加工方法中，相邻的线L1的间隔排列为X方向上的激光L的照射光斑S的宽度的1/2左右，但该间隔也可以是等间隔。在相邻的线L1的间隔为等间隔的情况下，优选是在上述实施方式的激光加工方法中照射光斑S的宽度最小(即，聚光斑CS的位置在Z方向上最靠近对象区域11的情况下的照射光斑S的宽度)的情况下的1/2。在这种情况下，相邻的线L1之间通过照射光斑S可靠地扫描2次以上。此外，相邻的线L1的间隔也可以是在上述实施方式的激光加工方法中照射光斑S的宽度最大(即，聚光斑CS的位置在Z方向上距对象区域11最远的情况下的照射光斑S的宽度)的情况下的1/2。在这种情况下，在多条线L1中，由于相邻的线L1的间隔稀疏，因此能够缩短激光加工方法整体的加工时间。
相邻的线L1的间隔也可以不是等间隔。在相邻的线L1的间隔不是等间隔的情况下，优选调整为照射光斑S移动的区域均匀地互相重叠的间隔(即，根据每单位面积的激光L的强度而变化的照射光斑S的宽度的1/2)。在这种情况下，相邻的线L1之间的区域被照射光斑S不重复地扫描2次。在这种情况下，能够对对象区域11均匀地扫描照射光斑S。
在上述实施方式的激光加工方法中，在加工步骤中，按每1条线L1增大每单位面积的激光L的强度，但只要增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值即可。例如，可以连续地增大每单位面积的激光L的强度。或者，即使减小每单位面积的激光L的强度，只要在对对象区域11扫描了激光L的照射光斑S的规定范围内，增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值即可。
在上述实施方式的激光加工方法中，在准备步骤中，作业者利用X射线残余应力测量装置测量向样品20赋予的压缩残余应力，输入到输入接收部43。但是，也可以是，还具备X射线残余应力测量装置的激光加工装置1测量向对象物10赋予的压缩残余应力，获得向样品20赋予的压缩残余应力。在这种情况下，处理部41从X射线残余应力测量装置获得向样品20赋予的压缩残余应力。
在上述实施方式的激光加工方法中，为了1次加工步骤实施1次准备步骤，但也可以为了多次加工步骤而实施1次准备步骤。在这种情况下，在对一个样品20实施了准备步骤之后，可以对多个对象物10实施加工步骤。
在上述实施方式的激光加工方法中，连续地实施了准备步骤和加工步骤，但准备步骤和加工步骤也可以分别实施。在这种情况下，通过使存储部42获得沿着样品20的表面20a向样品20赋予的压缩残余应力或规定的系数，能够在激光加工装置1的制造时实施准备步骤。该“规定的系数”是基于沿着样品20的表面20a向样品20赋予的压缩残余应力而求出的样品照射强度、对象物照射强度或校正系数等的系数。或者，通过预先将规定的系数存储于数据库，由处理部41从数据库获得规定的系数，能够实施准备步骤。
在上述实施方式的激光加工方法中，实施了准备步骤，但实施至少加工步骤即可。在这种情况下，与将每单位面积的激光L的强度设为恒定的情况相比，也能够抑制向对象物10赋予的压缩残余应力不均匀。但是，如果实施准备步骤，则能够基于向样品20赋予的压缩残余应力增大每单位面积的激光L的强度的移动平均值，因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。
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、20…样品、20a…表面、21…样品区域、L…激光、CS…聚光斑、S…照射光斑、L1…线。

Claims (6)

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：加工步骤，一边增大每单位面积的所述激光的强度的移动平均值，一边对所述对象区域扫描所述激光的照射光斑。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其中，
在所述加工步骤中，通过实施使所述激光的照射光斑沿着在第一方向上延伸且在与所述第一方向垂直的第二方向上排列的多条线中的各个移动的处理，来对所述对象区域扫描所述激光的照射光斑，
在所述加工步骤中，通过按所述多条线中的至少一条线，增大每单位面积的所述激光的强度，来增大所述移动平均值。
3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其中，
在所述加工步骤中，作为所述处理，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。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光加工方法，其中，
在所述加工步骤中，通过沿着与所述对象区域交叉的方向移动所述激光的聚光斑的位置，来增大所述移动平均值。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的激光加工方法，其中，
还具备：准备步骤，一边使每单位面积的所述激光的强度恒定，一边对样品的表面中的样品区域扫描所述激光的照射光斑，获得沿着所述样品的表面向所述样品赋予的压缩残余应力，
在所述加工步骤中，基于向所述样品赋予的所述压缩残余应力，增大每单位面积的所述激光的强度的移动平均值。
6.一种激光加工装置，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，以一边使每单位面积的所述激光的强度的移动平均值变大，一边对所述对象区域扫描所述激光的照射光斑的方式，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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