JP5375476B2 - Method for estimating compressive stress value, compressive stress value estimating apparatus, and laser processing apparatus - Google Patents

Method for estimating compressive stress value, compressive stress value estimating apparatus, and laser processing apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an estimation method of a compression stress value, a compression stress value estimator, and a laser processing apparatus for correctly estimating the magnitude of compression stress applied to a member to be processed having an opening such as a common rail. <P>SOLUTION: This method estimates the compression stress applied to the member to be processed in laser peening processing for irradiating the member to be processed having an opening a pulse laser beams, and applying the compression stress to the member to be processed, and includes: a step of obtaining a measurement result of an emission quantity of light generated by irradiating a peripheral portion of the opening in the member to be processed with a plurality of the pulse laser beams; a step of calculating the emission intensity of light generated in the vicinity of both ends of a diameter of the opening based on the measurement result of the emission quantity; and a step of referring to a database preset so as to indicate a correlation between the emission intensity and the compression stress, and estimating the magnitude of the applied compression stress based on the calculated emission intensity. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、レーザピーニング処理する際の圧縮応力値の推定方法、圧縮応力値推定装置およびレーザ加工装置に関し、特に、コモンレール等の構造を有する部材のレーザピーニング処理に好適な技術である。   The present invention relates to a compressive stress value estimation method, a compressive stress value estimation apparatus, and a laser processing apparatus when performing a laser peening process, and is particularly a technique suitable for a laser peening process for a member having a structure such as a common rail.

コモンレールは、ディーゼルエンジンの蓄圧式燃料噴射システムにおいて燃料の軽油を圧送するポンプとインジェクターとの間に位置し、軽油を蓄圧するパイプ状の部品である。コモンレールのパイプ状の部分(以下、レール穴と称する。)は、軽油を蓄圧する役割を有しており、パイプ状の部分に設けられた開口部(以下、分岐穴と称する。)を通って、パイプ内に蓄えられた軽油が各インジェクターに圧送される。ここで、エンジンの作動に伴い、軽油が周期的に圧送され、コモンレール内の軽油の圧力は、周期的に変動することとなる。この際、コモンレールのレール穴および分岐穴には、周期的に周方向の引張応力に変動が生じる。ここで、分岐穴の開口周辺部の中でも、特に、分岐穴のレール穴の長手方向に平行となる直径の両端近傍では、パイプ状の部分および開口部の引張応力が合成されるため、他の部分よりも大きな引張応力が発生し、内圧の変動により疲労破壊しやすいという問題がある。内圧の変動に対する疲労強度(内圧疲労強度)を向上させれば、燃料の高圧噴射が可能となり、排気ガスのクリーン化や燃費の向上につながるため、疲労強度の向上が希求されている。   The common rail is a pipe-like component that is positioned between a pump that pumps light oil of fuel and an injector in a pressure accumulation fuel injection system of a diesel engine, and that accumulates light oil. A pipe-shaped portion of the common rail (hereinafter referred to as a rail hole) has a role of accumulating light oil, and passes through an opening (hereinafter referred to as a branch hole) provided in the pipe-shaped portion. The light oil stored in the pipe is pumped to each injector. Here, with the operation of the engine, the light oil is periodically pumped, and the pressure of the light oil in the common rail fluctuates periodically. In this case, the circumferential tensile stress varies periodically in the rail hole and the branch hole of the common rail. Here, in the vicinity of the opening of the branch hole, particularly in the vicinity of both ends of the diameter parallel to the longitudinal direction of the rail hole of the branch hole, the tensile stress of the pipe-like part and the opening is combined, There is a problem that a tensile stress larger than that of the portion is generated and fatigue fracture is easily caused by fluctuations in internal pressure. If the fatigue strength against internal pressure fluctuation (internal pressure fatigue strength) is improved, high-pressure injection of fuel becomes possible, leading to cleaner exhaust gas and improved fuel consumption. Therefore, there is a demand for improved fatigue strength.

従来、このような疲労強度の向上に向けたアプローチとしては、一般的に高強度の鋼材を用いることでコモンレールの疲労強度を高める方法が採られているが、素材の高強度化による成形性や加工性の低下、高性能化に伴うコストの増大といった問題が発生している。そこで、疲労強度が問題となる部位にのみ局部的に圧縮応力を付与することで、部品全体の疲労強度を向上させる方法が検討されている。近年開発が進められているレーザピーニング処理は、金属物体の表面に液体等の透明媒質を置いた状態で、その表面へ高いピークパワー密度を持つパルスレーザビームを照射し、発生するプラズマの膨張反力を利用して、金属物体の表面近傍に非接触処理で残留圧縮応力を付与する技術であり、例えば以下の特許文献1にその方法が開示されている。レーザビームは、コモンレールのレール穴内面、分岐穴内面といった狭隘部へも伝送可能であり、レーザピーニングはコモンレールの分岐穴開口部近傍へ高い圧縮応力を付与するための現状唯一の方法である。そこで、以下の特許文献2に開示されたように、レーザピーニングをコモンレールへ適用するにあたり、分岐穴の、レール穴の長手方向に平行となる直径の両端近傍における分岐穴の周方向の圧縮応力を高める方法が検討されている。   Conventionally, as an approach for improving the fatigue strength, a method of increasing the fatigue strength of the common rail by using a high-strength steel material is generally employed. There are problems such as a decrease in workability and an increase in cost due to higher performance. Therefore, a method for improving the fatigue strength of the entire component by locally applying a compressive stress only to a portion where the fatigue strength is a problem has been studied. The laser peening process, which has been developed in recent years, irradiates the surface of a metal object with a pulsed laser beam having a high peak power density while placing a transparent medium such as a liquid on the surface of the metal object. This is a technique of applying residual compressive stress to the vicinity of the surface of a metal object by non-contact processing using force. For example, the method is disclosed in Patent Document 1 below. The laser beam can be transmitted to narrow portions such as the inner surface of the rail hole and the inner surface of the branch hole of the common rail, and laser peening is the only method for applying high compressive stress in the vicinity of the opening of the branch hole of the common rail. Therefore, as disclosed in Patent Document 2 below, when applying laser peening to a common rail, the circumferential compressive stress of the branch hole in the vicinity of both ends of the diameter parallel to the longitudinal direction of the rail hole is determined. A way to increase is being considered.

以上のコモンレールの分岐穴開口部へのレーザピーニング処理においては、圧縮応力が所望の値まで付与されているかどうかを判定する予測技術が重要となる。そこで、レール穴の内面にある分岐穴の開口周辺部に付与された圧縮応力を非破壊で推定する技術が求められている。一般的な機械部品に対しては、例えば、X線残留応力測定技術を用いて処理域の圧縮応力を直接的に測定することが行われている。しかしながら、コモンレールにおいては、レール穴の内面にあたる部分を測定しなければならず、X線を入射させると同時に回折してきたX線を検出する事は不可能である。   In the laser peening process to the branch hole opening of the common rail described above, a prediction technique for determining whether or not the compressive stress is applied to a desired value is important. Therefore, there is a demand for a technique for estimating the compressive stress applied to the periphery of the opening of the branch hole on the inner surface of the rail hole in a nondestructive manner. For general mechanical parts, for example, the compressive stress in the processing area is directly measured using an X-ray residual stress measurement technique. However, in the common rail, it is necessary to measure the portion corresponding to the inner surface of the rail hole, and it is impossible to detect the diffracted X-ray at the same time as the X-ray is incident.

他方、圧縮応力値の推定に対しては、加工中の何らかの情報をリアルタイムに測定することで圧縮応力値を推定するというアプローチがある。レーザピーニング処理におけるリアルタイムの品質予測については、以下の方法が知られている。   On the other hand, for the estimation of the compressive stress value, there is an approach of estimating the compressive stress value by measuring some information during processing in real time. The following methods are known for real-time quality prediction in the laser peening process.

例えば以下の特許文献3には、原子炉圧力容器にある細管内面へのレーザピーニング処理において、細管の内面に可視光レーザを照射して超高圧が発生した際に生じる超音波またはレーザ光が照射された部分から発生した赤外線を検出し、検出された超音波や赤外線を、予め測定された超音波や赤外線と表面改質の状態との関係を表すデータと比較することで、レーザ照射による表面改質の作業状態の監視をする方法が開示されている。   For example, in Patent Document 3 below, in the laser peening process on the inner surface of the thin tube in the reactor pressure vessel, the inner surface of the thin tube is irradiated with an ultrasonic wave or laser light generated when an ultrahigh pressure is generated by irradiating the visible light laser. By detecting the infrared rays generated from the detected part, and comparing the detected ultrasonic waves and infrared rays with data representing the relationship between the ultrasonic waves and infrared rays measured in advance and the surface modification state, the surface by laser irradiation A method for monitoring the working conditions of reforming is disclosed.

また、レーザ光が照射された部分から発生するプラズマからのスペクトル光強度を解析する方法も開示されている。例えば以下の特許文献4には、ガスタービンの動翼などの対象物に対するレーザピーニング処理において、プラズマの持続時間にわたり短時間で瞬間的スペクトル光強度を測定および記録し、記録したスペクトルの経時データからプラズマ温度を解析し、予めデータとして取っておいたプラズマ温度と疲労試験結果との相関から品質を予測する方法が開示されている。また以下の特許文献5には、スペクトル光強度の一部分である線スペクトルの形状をもとに、レーザピーニング処理が適切に動作しているかを判定する方法が開示されている。さらに以下の特許文献6には、ピーニング処理において品質不良の原因となる事象に対応した線スペクトルの強度変化を測定することで、品質不良の発見だけでなく、その原因までを含めて決定する方法が開示されている。   Also disclosed is a method for analyzing the intensity of spectral light from plasma generated from a portion irradiated with laser light. For example, in Patent Document 4 below, in a laser peening process for an object such as a moving blade of a gas turbine, the instantaneous spectral light intensity is measured and recorded in a short time over the duration of the plasma, and the time-lapse data of the recorded spectrum is used. A method for predicting quality from a correlation between a plasma temperature analyzed in advance and data obtained as data in advance and a fatigue test result is disclosed. Patent Document 5 below discloses a method for determining whether or not the laser peening process is operating properly based on the shape of a line spectrum that is a part of the spectrum light intensity. Furthermore, the following Patent Document 6 discloses a method for determining not only the quality defect but also its cause by measuring the intensity change of the line spectrum corresponding to the event causing the quality defect in the peening process. Is disclosed.

特許第3373638号公報Japanese Patent No. 3373638 特開2006−322446号公報JP 2006-322446 A 特開平11−285868号公報JP-A-11-285868 特開2001−124697号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-124697 特開2006−82222号公報JP 2006-82222 A 特開2007−155743号公報JP 2007-155743 A

コモンレールのような開口部を有する被処理部材の分岐穴開口部へのレーザピーニング処理においては、以下の2点が特徴的である。   The following two points are characteristic in the laser peening process to the branch hole opening of the member to be processed having an opening such as a common rail.

第1に形状である。強化したい部位は、分岐穴のレール穴の長手方向に平行となる直径の両端近傍であり、レーザ処理域は、分岐穴という、レール穴から材料が欠落した領域を含むことになる。また、分岐穴の開口周辺部には、応力集中を緩和することでコモンレールの疲労強度を高めるために電解研磨が施されており、レーザ処理域は、分岐穴に落ち込んでゆく傾斜面を含むことになる。以上から、分岐穴開口部のレーザ処理域は、連続的につながった平面や曲面ではなく、分岐穴という切り欠きと、分岐穴につながる傾斜面とを含む。従って、レーザ処理域がこのような切り欠きおよび傾斜面を含む特殊な領域であることを踏まえた品質予測手法が希求されている。   First is the shape. The part to be strengthened is in the vicinity of both ends of the diameter parallel to the longitudinal direction of the rail hole of the branch hole, and the laser processing region includes a region called a branch hole where material is missing from the rail hole. In addition, the periphery of the opening of the branch hole is subjected to electrolytic polishing in order to increase the fatigue strength of the common rail by reducing the stress concentration, and the laser processing area includes an inclined surface that falls into the branch hole. become. From the above, the laser processing area of the opening of the branch hole includes not only a continuously connected plane or curved surface but a notch called a branch hole and an inclined surface connected to the branch hole. Therefore, a quality prediction method based on the fact that the laser processing area is a special area including such a notch and an inclined surface is desired.

第2に、望ましい圧縮応力分布についても特徴的である。
圧縮応力を付与したい領域は、直径の両端に位置する各々1mm程度の非常に限定された領域である。かつ、圧縮応力は、分岐穴の周方向という特定の方向である。従って、このような局所性や方向性を踏まえた品質予測手法が希求されている。
Second, the desirable compressive stress distribution is also characteristic.
The region to which the compressive stress is to be applied is a very limited region of about 1 mm 2 located at both ends of the diameter. And compressive stress is a specific direction called the peripheral direction of a branch hole. Therefore, a quality prediction method based on such locality and directionality is desired.

特許文献3〜6にて開示された品質予測方法は、いずれも切り欠き等のない連続的につながった面へのレーザピーニング処理を前提としており、上記のような特徴を持つ、コモンレールの分岐穴開口部に対して圧縮応力が付与されたかどうかを判定するには、用いることができなかった。例えば、上述の形状という観点からは、通常の連続的につながった面への処理を前提とした判定ルールに則っていると、レーザビームの照射スポットが分岐穴と重なるパルスレーザビームに対してはプラズマの発光量が不十分となるため、処理自体は正常であっても不良と判定してしまうことになる。また、圧縮応力分布の観点からも、特許文献3〜6にて開示された品質予測方法は、いずれもパルスレーザビームの一発一発の照射毎の加工品質の良否を判定するという技術思想であり、多数のパルスレーザビームの照射が重畳された結果として生ずる圧縮応力を予測するには不十分であった。   The quality prediction methods disclosed in Patent Documents 3 to 6 are all premised on laser peening processing on continuously connected surfaces without notches and the like. It could not be used to determine whether compressive stress was applied to the opening. For example, from the viewpoint of the above-mentioned shape, according to the determination rule based on the premise of processing on a normal continuous surface, for a pulse laser beam in which the irradiation spot of the laser beam overlaps the branch hole, Since the amount of light emission of plasma becomes insufficient, even if the process itself is normal, it is determined to be defective. Also, from the viewpoint of compressive stress distribution, the quality prediction methods disclosed in Patent Documents 3 to 6 are all based on the technical idea of determining the quality of processing quality for each one-shot irradiation of a pulse laser beam. In other words, it was insufficient to predict the compressive stress generated as a result of the superposition of irradiation with a large number of pulsed laser beams.

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コモンレールのような開口部等の構造を有する被処理部材に対して、レーザピーニング処理により付与された圧縮応力の大きさを、より正確に推定することが可能な、圧縮応力値の推定方法、圧縮応力値推定装置およびレーザ加工装置を提供することにある。   Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is given by a laser peening process to a member to be processed having a structure such as an opening such as a common rail. It is an object of the present invention to provide a compressive stress value estimation method, a compressive stress value estimation device, and a laser processing device capable of more accurately estimating the magnitude of the compressive stress.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、開口部を有する被処理部材に対してパルスレーザビームを照射し、当該被処理部材に対して圧縮応力を付与するレーザピーニング処理において、前記被処理部材に付与された圧縮応力を推定する方法であって、前記被処理部材の開口周辺部に複数のパルスレーザビームを照射されることで発生した光の時間波形データである発光量の測定結果を取得するステップと、前記開口部の直径の両端近傍で発生した前記光の発光量のピーク値または時間積分値である発光強度を、前記発光量の測定結果に基づいて算出するステップと、発光強度と圧縮応力との相関を示す予め設定したデータベースを参照し、算出した前記発光強度に基づいて、付与された圧縮応力の大きさを推定するステップと、を含み、前記発光強度を算出するステップでは、前記発光量の測定結果の中から、前記開口部の直径の端部を中心とした領域内における発光の発光量を特定し、当該領域内について発光強度の総和を算出する圧縮応力値の推定方法が提供される。
In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, in a laser peening process in which a processing member having an opening is irradiated with a pulsed laser beam and compressive stress is applied to the processing member. A method for estimating a compressive stress applied to a member to be processed, which is a light emission amount that is time waveform data of light generated by irradiating a plurality of pulse laser beams to the periphery of the opening of the member to be processed calculating on the basis of acquiring the measurement results, the emission intensity is the peak value or the time integral value of the emission amount of the light generated near the ends of the diameter of the opening, the light emission amount of the measurement results And estimating a magnitude of the applied compressive stress based on the calculated light emission intensity with reference to a preset database indicating the correlation between the light emission intensity and the compressive stress , Only contains, in the step of calculating the emission intensity from among the light emission amount of the measurement results to identify the amount of light emission of emission at around the end of the diameter of the opening area, the area A method for estimating the compressive stress value for calculating the sum of the emission intensities is provided.

前記発光強度を算出するステップでは、前記発光量の測定結果の中から、前記開口部の直径の端部を中心とした楕円形状の領域内における発光の発光量を特定し、当該領域内について発光強度の総和を算出することが好ましい。   In the step of calculating the light emission intensity, the light emission amount of light emission in an elliptical region centering on an end of the diameter of the opening is specified from the measurement result of the light emission amount, and light emission is performed in the region. It is preferable to calculate the sum of the intensities.

前記開口部は、前記被処理部材の長手方向に沿って複数設けられており、前記楕円形状の領域の長軸方向を、前記被処理部材の長手方向に対して直交する方向とすることが好ましい。   A plurality of the openings are provided along the longitudinal direction of the member to be processed, and the major axis direction of the elliptical region is preferably a direction orthogonal to the longitudinal direction of the member to be processed. .

前記発光強度を算出するステップでは、前記領域内に含まれる発光強度のそれぞれに対し、前記開口部の直径の端部からの距離に応じた重み付け係数を積算して、発光強度の総和を算出してもよい。   In the step of calculating the light emission intensity, a weighting coefficient corresponding to a distance from an end of the diameter of the opening is added to each of the light emission intensities included in the region to calculate a total light emission intensity. May be.

前記重み付け係数は、前記開口部の直径の端部からの距離を変数とするガウス分布から得られる値であってもよい。   The weighting coefficient may be a value obtained from a Gaussian distribution having a distance from an end of the diameter of the opening as a variable.

前記発光強度を算出するステップと前記圧縮応力の大きさを推定するステップとの間に、発光強度の分布に基づいて前記開口部の中心位置を特定し、当該中心位置の特定結果に基づいて前記パルスレーザビームが照射された位置を表す情報を補正するステップを更に含んでもよい。   Between the step of calculating the light emission intensity and the step of estimating the magnitude of the compressive stress, the center position of the opening is specified based on the distribution of the light emission intensity, and the center position is determined based on the determination result of the center position. The method may further include a step of correcting information indicating a position irradiated with the pulse laser beam.

前記パルスレーザビームが照射された位置を表す情報を補正するステップでは、前記発光強度の分布において発光強度の最小値を与える位置を、前記開口部の中心位置と特定してもよい。   In the step of correcting the information indicating the position irradiated with the pulse laser beam, the position giving the minimum value of the emission intensity in the emission intensity distribution may be specified as the center position of the opening.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、開口部を有する被処理部材に対してパルスレーザビームを照射し、当該被処理部材に対して圧縮応力を付与するレーザピーニング処理において、前記被処理部材に付与された圧縮応力を推定する圧縮応力値推定装置であって、前記被処理部材の開口周辺部に複数のパルスレーザビームが照射されることで発生した光の時間波形データである発光量に関する測定データを取得する測定データ取得部と、前記発光量に関する測定データに基づいて、当該発光量から発光量のピーク値または時間積分値である発光強度を算出する強度算出部と、前記開口部の直径の両端近傍で発生した光の発光強度の総和を、前記強度算出部により算出された発光強度に基づいて算出する総和算出部と、発光強度と圧縮応力との相関を示す予め設定したデータベースを参照し、前記総和算出部により算出された発光強度の総和に基づいて、付与された圧縮応力の大きさを推定する応力値推定部と、前記パルスレーザビームの照射位置を表すデータである座標データを取得する座標データ取得部と、を備え、前記総和算出部は、前記座標データに基づいて、前記開口部の直径の両端近傍で発生した光の発光強度の総和を算出する圧縮応力値推定装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to another aspect of the present invention, a laser that irradiates a member to be processed having an opening with a pulsed laser beam and applies compressive stress to the member to be processed. In a peening process, a compressive stress value estimation device for estimating a compressive stress applied to a member to be processed, the light generated by irradiating a plurality of pulsed laser beams around the opening of the member to be processed A measurement data acquisition unit that acquires measurement data related to the light emission amount that is time waveform data, and an intensity that calculates a light emission intensity that is a peak value or a time integral value of the light emission amount based on the measurement data related to the light emission amount A calculation unit, and a total calculation unit for calculating a sum of light emission intensities of light generated near both ends of the diameter of the opening based on the light emission intensity calculated by the intensity calculation unit; A stress value estimation unit that estimates a magnitude of the applied compressive stress based on a total sum of the emission intensities calculated by the total calculation unit with reference to a preset database showing a correlation between the emission intensity and the compression stress; A coordinate data acquisition unit that acquires coordinate data that is data representing the irradiation position of the pulse laser beam, and the sum total calculation unit is generated near both ends of the diameter of the opening based on the coordinate data There is provided a compressive stress value estimation device for calculating the sum of the emission intensity of the emitted light .

前記総和算出部は、前記開口部の直径の端部を中心とした領域内における発光強度の総和を算出してもよい。   The total calculation unit may calculate a total sum of light emission intensities in a region centered on an end of the diameter of the opening.

前記総和算出部は、前記開口部の直径の端部を中心とした楕円形状の領域内における発光強度の総和を算出することが好ましい。   It is preferable that the sum total calculation unit calculates a sum of light emission intensities in an elliptical region centered on an end of the diameter of the opening.

前記開口部は、前記被処理部材の長手方向に沿って複数設けられており、前記総和算出部は、前記楕円形状の領域の長軸方向を、前記被処理部材の長手方向に対して直交する方向とすることが好ましい。   A plurality of the openings are provided along the longitudinal direction of the member to be processed, and the sum total calculation unit orthogonally intersects the longitudinal direction of the elliptical region with the longitudinal direction of the member to be processed. The direction is preferred.

前記総和算出部は、前記領域内に含まれる発光強度のそれぞれに対し、前記開口部の直径の端部からの距離に応じた重み付け係数を積算して、発光強度の総和を算出してもよい。   The sum total calculation unit may calculate a sum of the light emission intensities by adding a weighting coefficient corresponding to a distance from an end of the diameter of the opening to each of the light emission intensities included in the region. .

前記総和算出部は、前記重み付け係数として、前記開口部の直径の端部からの距離を変数とするガウス分布から得られる値を使用してもよい。   The sum total calculation unit may use a value obtained from a Gaussian distribution with a distance from an end of the diameter of the opening as a variable as the weighting coefficient.

前記圧縮応力値推定装置は、前記強度算出部が算出した発光強度の分布に基づいて、前記開口部の中心位置を特定し、当該中心位置の特定結果に基づいて前記パルスレーザビームが照射された位置を表す座標データを補正する位置補正部を更に備えてもよい。   The compressive stress value estimation device identifies the center position of the opening based on the emission intensity distribution calculated by the intensity calculation unit, and the pulse laser beam is irradiated based on the identification result of the center position. You may further provide the position correction | amendment part which correct | amends the coordinate data showing a position.

前記位置補正部は、前記発光強度の分布において発光強度の最小値を与える位置を、前記開口部の中心位置と特定してもよい。   The position correction unit may specify a position that gives a minimum value of emission intensity in the emission intensity distribution as a center position of the opening.

また、上記課題を解決するために、本発明の更に別の観点によれば、開口部を有する被処理部材に対してパルスレーザビームを照射し、当該被処理部材に対して圧縮応力を付与するレーザピーニング処理を実行可能なレーザ加工装置であって、前記被処理部材に対して所定波長のパルスレーザビームを照射するレーザビーム発振器と、前記被処理部材の開口周辺部に複数のパルスレーザビームを照射するとともに、当該パルスレーザビームの照射によって発生した光を集光する照射ヘッドと、前記パルスレーザビームの照射によって発生した光を検出する検出素子と、を備えるレーザ照射装置と、上述の圧縮応力値推定装置と、を備えるレーザ加工装置が提供される。   In order to solve the above-described problem, according to still another aspect of the present invention, a member to be processed having an opening is irradiated with a pulse laser beam to apply a compressive stress to the member to be processed. A laser processing apparatus capable of performing a laser peening process, wherein a laser beam oscillator that irradiates the target member with a pulse laser beam having a predetermined wavelength, and a plurality of pulse laser beams around an opening of the target member A laser irradiation apparatus comprising: an irradiation head that irradiates and collects light generated by irradiation of the pulse laser beam; and a detection element that detects light generated by irradiation of the pulse laser beam; and the compression stress described above A laser processing apparatus comprising a value estimation device is provided.

以上説明したように本発明によれば、多数のパルスレーザビームの照射によって生じた発光の発光強度をより正確に算出することで、コモンレールのような開口部等の複雑な構造を有する被処理部材に対して付与された圧縮応力の大きさを正確に推定することが可能となる。これにより、レーザピーニング処理の品質判定をより正確に行うことが可能となり、レーザピーニング処理の信頼性を高めることができる。   As described above, according to the present invention, a member to be processed having a complicated structure such as an opening such as a common rail can be calculated more accurately by calculating the emission intensity of light emitted by irradiation with a number of pulsed laser beams. It is possible to accurately estimate the magnitude of the compressive stress applied to. Thereby, the quality determination of the laser peening process can be performed more accurately, and the reliability of the laser peening process can be improved.

コモンレールについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a common rail. コモンレールについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a common rail. コモンレールについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a common rail. 本発明の第1の実施形態に係るレーザ加工装置について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the laser processing apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 照射ヘッドについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an irradiation head. 照射ヘッドについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating an irradiation head. レーザの照射方法について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the irradiation method of a laser. 同実施形態に係る照射位置制御装置の構成について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the irradiation position control apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る圧縮応力値推定装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the compressive-stress value estimation apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る圧縮応力値推定装置が取得するデータについて説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the data which the compressive-stress value estimation apparatus which concerns on the same embodiment acquires. プラズマに起因する発光について説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the light emission resulting from a plasma. 発光強度の総和の算出に用いる範囲を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the range used for calculation of the sum total of emitted light intensity. 発光強度の総和の算出に用いる範囲を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the range used for calculation of the sum total of emitted light intensity. 応力値の異方性について説明するためのグラフ図である。It is a graph for demonstrating the anisotropy of a stress value. 同実施形態に係る圧縮応力値の推定方法を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating the estimation method of the compressive stress value which concerns on the same embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る圧縮応力値推定装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the compressive-stress value estimation apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態に係る圧縮応力値の推定方法を説明するための流れ図である。It is a flowchart for demonstrating the estimation method of the compressive stress value which concerns on the same embodiment. 本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the hardware constitutions of the compressive-stress value estimation apparatus which concerns on embodiment of this invention. 実施例1における発光強度の総和と周方向応力との関係を示したグラフ図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the total light emission intensity and the circumferential stress in Example 1. 実施例2における発光強度の総和と周方向応力との関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the total light emission intensity and the circumferential stress in Example 2. 実施例3における発光強度の総和と周方向応力との関係を示したグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the total emission intensity and the circumferential stress in Example 3.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

なお、以下では、開口部を有する被処理部材の一例として、コモンレールを例にとって詳細に説明する。   Hereinafter, a common rail will be described in detail as an example of a member to be processed having an opening.

(コモンレールについて)
まず、本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置および圧縮応力値の推定方法を説明するに先立ち、図1〜図3を参照しながら、被処理部材であるコモンレールについて簡単に説明する。図1〜図3は、コモンレールについて説明するための説明図である。
(About common rail)
First, prior to describing a compressive stress value estimation apparatus and a compressive stress value estimation method according to an embodiment of the present invention, a common rail that is a member to be processed will be briefly described with reference to FIGS. 1-3 is explanatory drawing for demonstrating a common rail.

例えば図1(a)および図1(b)に示したように、コモンレール1は、パイプ状の筒壁部2と、筒壁部2の長手方向に沿って設けられる複数の分岐管3と、を備える。図1(c)は、図1(a)に示したコモンレール1を、A−A切断線に沿って切断した断面図である。図1(c)に示したように、筒壁部2の内部には、当該筒壁部2の長手方向に沿って、レール穴4が形成されている。このレール穴4が、コモンレール1の主なるパイプであり、軽油を蓄圧する役割を有する。   For example, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the common rail 1 includes a pipe-shaped cylindrical wall portion 2 and a plurality of branch pipes 3 provided along the longitudinal direction of the cylindrical wall portion 2. Is provided. FIG.1 (c) is sectional drawing which cut | disconnected the common rail 1 shown to Fig.1 (a) along the AA cut line. As shown in FIG. 1C, a rail hole 4 is formed inside the cylindrical wall portion 2 along the longitudinal direction of the cylindrical wall portion 2. This rail hole 4 is a main pipe of the common rail 1 and has a role of accumulating light oil.

また、図1(c)に示したように、レール穴4には、垂直に開口する分岐穴5が複数個配設されている。この分岐穴5を介して、レール穴4に蓄えられている軽油は、分岐管3へと圧送される。レール穴4の内径dは、10mm程度であり、分岐穴5の内径dは、1mm程度である。エンジンの作動に伴い軽油が周期的に圧送され、コモンレール1内の軽油の圧力が周期的に変動するため、コモンレール1の素材としては、引張強度が600MPa程度以上の鋼材を用いることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 1C, the rail hole 4 is provided with a plurality of branch holes 5 that open vertically. The light oil stored in the rail hole 4 is pumped to the branch pipe 3 through the branch hole 5. Inside diameter d 1 of the rail hole 4 is about 10 mm, an inner diameter d 2 of the branch hole 5 is about 1 mm. Since light oil is periodically pumped with the operation of the engine and the pressure of the light oil in the common rail 1 varies periodically, it is preferable to use a steel material having a tensile strength of about 600 MPa or more as the material of the common rail 1.

先に説明したように、レール穴4および分岐穴5には、周期的に周方向の引張応力に変動が生じる。図2は、分岐穴5の開口周辺部である分岐穴5とレール穴4の内面との境界周辺部を拡大して示している。分岐穴5の開口周辺部の中でも、特に、分岐穴5のレール穴4の長手方向に平行となる直径の両端近傍6では、レール穴4および分岐穴5の引張応力が合成されるため、他の部分よりも大きな引張応力が発生する。その結果、この直径の両端近傍6は、内圧の変動が大きくなり、疲労破壊が生じやすい。そこで、このような部分の疲労強度を向上させるために、例えば、レール穴4の軸方向と分岐穴5の軸方向とを含む面を切断面とする断面図である図3に示したように、レール穴4の内壁7と、分岐穴5の内壁8との接続部分に対して電解研磨を行って傾斜面を形成し、開口周辺部の応力集中を緩和することが従来からなされている。   As described above, the rail hole 4 and the branch hole 5 periodically vary in the tensile stress in the circumferential direction. FIG. 2 shows an enlarged peripheral portion of the boundary between the branch hole 5 and the inner surface of the rail hole 4, which is an opening peripheral portion of the branch hole 5. Among the peripheral portions of the opening of the branch hole 5, the tensile stress of the rail hole 4 and the branch hole 5 is synthesized especially in the vicinity 6 at both ends of the diameter parallel to the longitudinal direction of the rail hole 4 of the branch hole 5. A tensile stress larger than that of the portion is generated. As a result, in the vicinity 6 at both ends of the diameter, the fluctuation of the internal pressure becomes large and fatigue failure is likely to occur. Therefore, in order to improve the fatigue strength of such a portion, for example, as shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view with a plane including the axial direction of the rail hole 4 and the axial direction of the branch hole 5 as a cut surface. Conventionally, electrolytic polishing is performed on the connecting portion between the inner wall 7 of the rail hole 4 and the inner wall 8 of the branch hole 5 to form an inclined surface, thereby reducing the stress concentration around the opening.

レーザピーニング処理を用いて分岐穴5の周方向に圧縮応力を付与する際に、レーザ処理がなされる領域(以下、レーザ処理域と称する。)は、図3の領域9に示したような傾斜面を含む領域である。この領域では、電解研磨による傾斜面が形成されているため、照射されるレーザによる影響は傾斜面に応じて変化することとなり、平坦な面に対してレーザピーニング処理を行う場合に比べて、レーザピーニング処理の品質判定が困難となる。   When compressive stress is applied in the circumferential direction of the branch hole 5 using the laser peening process, an area where the laser process is performed (hereinafter referred to as a laser process area) is inclined as shown in the area 9 of FIG. It is an area including a surface. In this region, an inclined surface is formed by electropolishing, so the influence of the irradiated laser changes according to the inclined surface, and the laser peening process is performed compared to the case where the laser peening process is performed on a flat surface. It becomes difficult to determine the quality of the peening process.

そこで、本発明の実施形態では、以下で説明するような圧縮応力値の推定方法を用いることにより、コモンレールのような開口部を有する複雑な形状の部材に対してレーザピーニング処理を行った場合であっても、レーザピーニング処理の品質判定を正確に行うことが可能となる。   Therefore, in the embodiment of the present invention, a laser peening process is performed on a member having a complicated shape having an opening such as a common rail by using a compressive stress value estimation method as described below. Even if it exists, it becomes possible to perform the quality determination of a laser peening process correctly.

(第1の実施形態)
<レーザ加工装置について>
続いて、図4を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る圧縮応力値推定装置を含み、コモンレール1に対してレーザピーニング処理を実施することが可能なレーザ加工装置の一例について説明する。図4は、本実施形態に係るレーザ加工装置10の構成を説明するための説明図である。
(First embodiment)
<About laser processing equipment>
Subsequently, an example of a laser processing apparatus that includes the compressive stress value estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention and can perform laser peening processing on the common rail 1 will be described with reference to FIG. To do. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment.

本実施形態に係るレーザ加工装置10は、例えば図4に示したように、レーザ照射装置100と、圧縮応力値推定装置200と、照射位置制御装置300と、給水ポンプ400と、を主に備える。   The laser processing apparatus 10 according to the present embodiment mainly includes a laser irradiation apparatus 100, a compression stress value estimation apparatus 200, an irradiation position control apparatus 300, and a water supply pump 400, for example, as shown in FIG. .

[レーザ照射装置について]
レーザ照射装置100は、パルスレーザビームLを、処理対象物であるコモンレール1まで伝送し、コモンレール1の処理するべき所望の箇所に、パルスレーザビームLを照射する装置である。このレーザ照射装置100は、レーザビーム発振器101と、パルスレーザビームLを伝送する光学系と、パルスレーザビームLを照射する照射ヘッド111と、照射ヘッドの位置を制御する回転駆動装置113および平行駆動装置115と、を主に備える。
[About laser irradiation equipment]
The laser irradiation apparatus 100 is an apparatus that transmits a pulsed laser beam L to a common rail 1 that is an object to be processed, and irradiates a desired portion of the common rail 1 to be processed with the pulsed laser beam L. The laser irradiation apparatus 100 includes a laser beam oscillator 101, an optical system that transmits a pulse laser beam L, an irradiation head 111 that irradiates the pulse laser beam L, a rotation driving device 113 that controls the position of the irradiation head, and parallel driving. The apparatus 115 is mainly provided.

レーザビーム発振器101は、レーザピーニング処理に用いられる所定波長のパルスレーザビームLを発振する装置である。レーザピーニング処理は、後述のように水の存在下で行われるため、レーザビームの所定波長は、水中透過性の良いものが好ましい。このようなレーザビームとして、例えば、Nd:YAGレーザの第二高調波(波長532nm)、または、Nd:YVOレーザの第二高調波(波長532nm)を挙げることができる。パルスレーザビームのピークパワー密度は、処理中のプラズマの圧力、ひいては処理後の圧縮応力のレベルを定める重要なパラメータであり、10〜1000TW/m程度が適した範囲である。その他のパラメータの典型的な範囲として、パルスエネルギーは1mJ〜10J程度であり、パルス時間幅は100ps〜100ns程度である。 The laser beam oscillator 101 is a device that oscillates a pulsed laser beam L having a predetermined wavelength used for laser peening processing. Since the laser peening process is performed in the presence of water as will be described later, it is preferable that the predetermined wavelength of the laser beam has good underwater permeability. As such a laser beam, for example, the second harmonic (wavelength 532 nm) of an Nd: YAG laser or the second harmonic (wavelength 532 nm) of an Nd: YVO 4 laser can be cited. The peak power density of the pulsed laser beam is an important parameter that determines the pressure of plasma during processing, and hence the level of compressive stress after processing, and a suitable range is about 10 to 1000 TW / m 2 . As a typical range of other parameters, the pulse energy is about 1 mJ to 10 J, and the pulse time width is about 100 ps to 100 ns.

レーザビーム発振器101から発振されたパルスレーザビームLは、集光レンズ103により集光され、結合口105を通って光ファイバ107に伝送される。この光ファイバ107は、支持棒109の内部を通って後述する照射ヘッド111に接続されている。パルスレーザビームLは、光ファイバ109中を進み、照射ヘッド111に伝送される。   The pulsed laser beam L oscillated from the laser beam oscillator 101 is collected by the condenser lens 103 and transmitted to the optical fiber 107 through the coupling port 105. The optical fiber 107 passes through the inside of the support rod 109 and is connected to an irradiation head 111 described later. The pulse laser beam L travels through the optical fiber 109 and is transmitted to the irradiation head 111.

照射ヘッド111は、図4に示したように、コモンレール1のレール穴4に挿入され、照射ヘッド111から射出したパルスレーザビームLが、レール穴4の一部である分岐穴開口部周辺に照射される。   As shown in FIG. 4, the irradiation head 111 is inserted into the rail hole 4 of the common rail 1, and the pulse laser beam L emitted from the irradiation head 111 irradiates the periphery of the branch hole opening that is a part of the rail hole 4. Is done.

ここで、照射ヘッド111が一端に接続されている支持棒109は、回転駆動装置113に接続され、回転駆動装置113は、光学実験台や生産ライン等の上に載置された平行駆動装置115上に載置されている。これらの駆動装置によって支持棒109(ひいては照射ヘッド111)の位置を制御することが可能であり、照射ヘッド111は、レール穴4の内部で、レール穴の長手方向への平行移動と、支持棒109を回転軸とした回転運動とが可能となっている。レーザピーニング処理の対象となる分岐穴5は複数存在するが、これら複数の分岐穴5が存在する位置への照射ヘッド111の移動は、平行駆動装置115によって行われる。   Here, the support rod 109, to which the irradiation head 111 is connected at one end, is connected to a rotation driving device 113, and the rotation driving device 113 is a parallel driving device 115 placed on an optical test bench or a production line. It is placed on top. The position of the support rod 109 (and thus the irradiation head 111) can be controlled by these driving devices. The irradiation head 111 translates in the longitudinal direction of the rail hole inside the rail hole 4 and supports the support rod. Rotational motion with 109 as the rotation axis is possible. There are a plurality of branch holes 5 to be subjected to the laser peening process, and the irradiation head 111 is moved to a position where the plurality of branch holes 5 are present by the parallel drive device 115.

図5Aおよび図5Bは、照射ヘッド111の構成を説明するための説明図である。照射ヘッド111は、中空の部材からなるケースを有し、その内部に、光ファイバ107を伝送されてきたパルスレーザビームLが出射されるファイバ端部131と、集光用レンズ133と、ミラー135とが取り付けられている。ミラー135は、円柱を斜めに切断した形状であり、いわゆるロッド型のミラーとなっている。このミラー135は、ミラー台座137に接着されている。ファイバ端部131から出射されたパルスレーザビームLは、集光レンズ133で屈曲された後、ミラー135によって反射され、集光点Fに至る。ここで、集光点Fにおけるレーザスポットの形状は、任意の形状であってよいが、光ファイバ107の端部の形状が射影されるため、ほぼ円形であることが多い。   5A and 5B are explanatory views for explaining the configuration of the irradiation head 111. FIG. The irradiation head 111 has a case made of a hollow member, in which a fiber end 131 from which the pulse laser beam L transmitted through the optical fiber 107 is emitted, a condensing lens 133, and a mirror 135 are provided. And are attached. The mirror 135 has a shape obtained by obliquely cutting a cylinder, and is a so-called rod-type mirror. The mirror 135 is bonded to the mirror base 137. The pulse laser beam L emitted from the fiber end 131 is bent by the condenser lens 133, then reflected by the mirror 135, and reaches the condensing point F. Here, the shape of the laser spot at the condensing point F may be any shape, but since the shape of the end of the optical fiber 107 is projected, it is often substantially circular.

なお、集光点Fの近傍には、給水パイプ401を通って給水ポンプ400により供給される水によって水流が生じており、集光レンズ133のミラー135側には、水が存在することとなる。そのため、集光レンズ133は、十分な屈曲を得るために水と比べて屈折率が高い材質を用いて形成されることが好ましい。同時に、集光レンズ133は、高いピークパワー密度を持つパルスレーザビームLに耐久性を持った材質が好ましい。このような特性を有するレンズ素材の一例として、例えば、サファイアを挙げることができる。   In the vicinity of the condensing point F, a water flow is generated by the water supplied by the water supply pump 400 through the water supply pipe 401, and water exists on the mirror 135 side of the condensing lens 133. . Therefore, the condenser lens 133 is preferably formed using a material having a higher refractive index than water in order to obtain sufficient bending. At the same time, the condensing lens 133 is preferably made of a material having durability against the pulsed laser beam L having a high peak power density. An example of a lens material having such characteristics is sapphire.

また、集光点Fでは、パルスレーザビームLが照射されることでコモンレール1から金属微粒子が発生するが、集光点Fの近傍には、先に説明したように水流が生じているため、発生した金属微粒子によってミラー135が汚染されることを防止することができる。   Further, at the condensing point F, metal particles are generated from the common rail 1 by being irradiated with the pulse laser beam L. However, as described above, a water flow is generated in the vicinity of the condensing point F. It is possible to prevent the mirror 135 from being contaminated by the generated metal fine particles.

なお、照射ヘッド111は、図5Aに示したような集光レンズ133とミラー135とを組み合わせたものに限定されるわけではなく、図5Bに示したように、コリメートレンズ139と放物面ミラー141とを組み合わせたものであってもよい。   The irradiation head 111 is not limited to the combination of the condenser lens 133 and the mirror 135 as shown in FIG. 5A, but as shown in FIG. 5B, the collimator lens 139 and the parabolic mirror. 141 may be combined.

レーザピーニング処理は、分岐穴5が設けられた開口周辺部に対して、パルスレーザビームLのレーザビーム照射スポットを重畳させながら走査することで行う。レーザピーニング処理では、以下のメカニズムによって、レーザの照射表面近傍に残留圧縮応力を付与することができる。まず、高いピークパワー密度をもつパルスレーザビームの照射により、プラズマが発生する。ここで照射表面の近傍に水等の透明媒体が存在するため、プラズマの膨張が抑えられ、プラズマの圧力が高められる。高圧となったプラズマの反力によって、レーザ照射スポットの表面近傍に塑性変形を与え、この表面近傍に残留圧縮応力を付与することができる。   The laser peening process is performed by scanning the laser beam irradiation spot of the pulsed laser beam L on the periphery of the opening provided with the branch hole 5 while superimposing the spot. In the laser peening process, residual compressive stress can be applied to the vicinity of the laser irradiation surface by the following mechanism. First, plasma is generated by irradiation with a pulsed laser beam having a high peak power density. Here, since a transparent medium such as water exists in the vicinity of the irradiated surface, the expansion of the plasma is suppressed and the pressure of the plasma is increased. Due to the reaction force of the high-pressure plasma, plastic deformation can be applied in the vicinity of the surface of the laser irradiation spot, and residual compressive stress can be applied in the vicinity of this surface.

レーザビーム照射スポットの位置の移動は、後述する照射位置制御装置300によって制御された平行駆動装置115および回転駆動装置113により、照射ヘッド111全体をレール穴4の内部で移動させることで実現される。   The movement of the position of the laser beam irradiation spot is realized by moving the entire irradiation head 111 inside the rail hole 4 by a parallel driving device 115 and a rotation driving device 113 controlled by an irradiation position control device 300 described later. .

開口周辺部のレール穴4の長手方向(すなわち、レール穴4の軸方向)に平行となる直径の両端近傍6におけるレール穴周方向の圧縮応力を高めるためには、例えば図6に示すように、レール穴4の軸方向に平行な方向にレーザビームの照射部分(以下、ビームスポットとも称する。)を走査し、このビームスポットの走査をレール穴4の周方向に位置をずらしながら複数回行う方法を用いることが好ましい。この際、同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値(以下、平均重畳回数と称する。)は、2回以上とすることが好ましい(例えば特許文献2を参照のこと)。   In order to increase the compressive stress in the circumferential direction of the rail hole in the vicinity 6 at both ends of the diameter parallel to the longitudinal direction of the rail hole 4 around the opening (that is, the axial direction of the rail hole 4), for example, as shown in FIG. The laser beam irradiated portion (hereinafter also referred to as a beam spot) is scanned in a direction parallel to the axial direction of the rail hole 4, and this beam spot is scanned a plurality of times while shifting the position in the circumferential direction of the rail hole 4. The method is preferably used. At this time, the average value of the number of times of irradiation with the pulse laser beam with respect to the same point (hereinafter referred to as the average number of times of superimposition) is preferably set to 2 times or more (see, for example, Patent Document 2).

ここで、パルスレーザビームの平均重畳回数とは、ビームスポットの面積がSであり、N回のパルスレーザビームの照射によって面積Sの領域を重畳照射した際における、同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値であり、(S×N)/Sで定義される。平均重畳回数を2回以上とすることで、表面の残留圧縮応力に異方性を生じさせることが可能となり、分岐穴5の周方向の圧縮応力を選択的に強化することができる。 Here, the average number of times of superposition of the pulse laser beam means that the area of the beam spot is S 0 , and the pulse laser beam with respect to the same point when the region of the area S 1 is superimposed and irradiated by N times of irradiation with the pulse laser beam. Is the average value of the number of irradiations, and is defined by (S 0 × N) / S 1 . By setting the average number of superposition times to 2 or more, anisotropy can be generated in the residual compressive stress on the surface, and the compressive stress in the circumferential direction of the branch hole 5 can be selectively strengthened.

パルスレーザビームの集光点F(すなわち、レーザピーニング処理の加工点でもある。)近傍に生じるプラズマにより、この集光点近傍では、光が発生する。発生した光は、レーザピーニング処理用のレーザビームと異なる波長の光も含んでおり、当該レーザビームとちょうど反対向きの経路をたどり、光ファイバの端部131より入射した光ファイバ107を通じて、光ファイバの結合口105まで戻る。結合口105より射出した光は、レンズ103を経て、レーザビームの波長だけを透過するミラー117により反射する。このミラー117は干渉ミラーで構成してもよい。反射した光(以下では戻り光とも記す。)は、光路上に設けられた発光検出素子119に伝送される。これにより、集光点近傍で発生した光の一定部分である戻り光の発光量が、発光検出素子119にて検出されることとなる。   Light is generated in the vicinity of the condensing point by the plasma generated in the vicinity of the condensing point F of the pulse laser beam (that is, the processing point of the laser peening process). The generated light also includes light having a wavelength different from that of the laser beam for laser peening processing, follows a path in the opposite direction to the laser beam, and passes through the optical fiber 107 incident from the end portion 131 of the optical fiber. The connection port 105 is returned to. The light emitted from the coupling port 105 passes through the lens 103 and is reflected by the mirror 117 that transmits only the wavelength of the laser beam. The mirror 117 may be an interference mirror. The reflected light (hereinafter also referred to as return light) is transmitted to the light emission detecting element 119 provided on the optical path. As a result, the light emission detection element 119 detects the light emission amount of the return light, which is a fixed portion of the light generated in the vicinity of the condensing point.

後述する圧縮応力値推定装置200は、発光検出素子119にて検出された光の発光量を利用して、後述する方法により、被処理部材に付与された圧縮応力値を推定する。   The compressive stress value estimation apparatus 200 described later uses the light emission amount detected by the light emission detection element 119 to estimate the compressive stress value applied to the member to be processed by a method described later.

なお、プラズマの温度は瞬時的ではあるが数千Kにも到達することから、プラズマからの発光の主たるスペクトルは可視光帯〜近赤外波長域に属し、通常の可視光帯用の光ファイバ107を容易に通過することができる。また、発光検出素子119として、例えばフォトダイオードを用いることができる。また、必要に応じて、発光検出素子119の前に光学フィルター121を設置することができる。光学フィルター119として、例えば、レーザピーニング処理用のレーザビームの集光点からの反射光や迷光を遮断するためのレーザ光カットフィルターや、可視光帯全体の光量を調整するための減衰フィルター等を設置することが可能である。また、例えば、鉄イオンの発光スペクトルの一つである440nmを中心としたバンドパスフィルターを用いることで、素材である鋼材の主成分である鉄イオンの発光を抽出することも可能である。さらに、以上のフィルターを適宜組み合わせて用いることも可能である。   Since the temperature of the plasma reaches several thousand K although it is instantaneous, the main spectrum of light emission from the plasma belongs to the visible light band to the near infrared wavelength region, and an optical fiber for a normal visible light band. 107 can be easily passed. For example, a photodiode can be used as the light emission detection element 119. Moreover, the optical filter 121 can be installed in front of the light emission detection element 119 as needed. As the optical filter 119, for example, a laser light cut filter for blocking reflected light or stray light from a condensing point of a laser beam for laser peening processing, an attenuation filter for adjusting the amount of light in the entire visible light band, or the like. It is possible to install. Further, for example, by using a bandpass filter centered at 440 nm, which is one of the emission spectra of iron ions, it is also possible to extract the emission of iron ions that are the main component of the steel material. Furthermore, the above filters can be used in appropriate combination.

[圧縮応力値推定装置について]
続いて、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200について説明する。
本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200は、レーザ照射装置100の発光検出素子119から取得した発光量に関する測定データを取得して、レーザピーニング処理の被処理部材であるコモンレールに付与された圧縮応力値の大きさを推定する装置である。
[Compression stress estimation device]
Subsequently, the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment will be described.
The compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment acquires measurement data related to the light emission amount acquired from the light emission detection element 119 of the laser irradiation apparatus 100, and compresses applied to a common rail that is a member to be processed for laser peening processing. It is an apparatus for estimating the magnitude of the stress value.

また、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200は、圧縮応力値の推定を行う際に、後述する照射位置制御装置300から取得した、レーザ照射を行った位置(レーザ照射位置)を表す座標データを取得して、圧縮応力値の推定処理に利用する。   In addition, the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment, when estimating the compressive stress value, is a coordinate that represents a position (laser irradiation position) obtained by laser irradiation acquired from an irradiation position control apparatus 300 described later. Data is acquired and used for the estimation process of the compressive stress value.

なお、この圧縮応力値推定装置200については、以下で改めて詳細に説明する。   The compressive stress value estimation apparatus 200 will be described in detail later again.

[照射位置制御装置について]
続いて、本実施形態に係る照射位置制御装置300について説明する。
本実施形態に係る照射位置制御装置300は、照射ヘッド111が接続されている支持棒109を、その軸を回転軸として回転させる回転駆動装置113、および、支持棒109を、その軸方向すなわちレール穴4の奥行き方向に平行移動させる平行駆動装置115の駆動制御を行い、レーザピーニング処理に用いられるパルスレーザビームの照射位置を制御する装置である。以下では、この照射位置制御装置300について、図7を参照しながら説明する。図7は、本実施形態に係る照射位置制御装置300の構成について説明するためのブロック図である。
[Irradiation position control device]
Then, the irradiation position control apparatus 300 which concerns on this embodiment is demonstrated.
The irradiation position control device 300 according to this embodiment includes a rotation driving device 113 that rotates a support rod 109 to which the irradiation head 111 is connected as a rotation axis, and a support rod 109 in the axial direction, that is, a rail. This is a device for controlling the irradiation position of a pulsed laser beam used for laser peening by performing drive control of a parallel drive device 115 that translates in the depth direction of the hole 4. Below, this irradiation position control apparatus 300 is demonstrated, referring FIG. FIG. 7 is a block diagram for explaining the configuration of the irradiation position control apparatus 300 according to the present embodiment.

本実施形態に係る照射位置制御装置300は、例えば図7に一例を示したように、駆動制御部301と、座標データ取得部303と、座標データ送信部305と、記憶部307と、を主に備える。   The irradiation position control apparatus 300 according to the present embodiment includes, as shown in FIG. 7, for example, a drive control unit 301, a coordinate data acquisition unit 303, a coordinate data transmission unit 305, and a storage unit 307. Prepare for.

駆動制御部301は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、通信装置等により実現される。駆動制御部301は、レーザ加工装置10のユーザにより指定された駆動制御パターンや、後述する記憶部307等に予め登録されている駆動制御パターン等に基づいて、回転駆動装置113および平行駆動装置115の駆動制御を行う。これにより、本実施形態に係るレーザ加工装置10では、レーザビーム発振器101から射出されるパルスレーザビームLの被処理部材への照射位置を制御することができる。   The drive control unit 301 is realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a communication device, and the like. The drive control unit 301 is based on a drive control pattern designated by the user of the laser processing apparatus 10, a drive control pattern registered in advance in the storage unit 307 or the like, which will be described later, and the like. The drive control is performed. Thereby, in the laser processing apparatus 10 which concerns on this embodiment, the irradiation position to the to-be-processed member of the pulsed laser beam L inject | emitted from the laser beam oscillator 101 can be controlled.

座標データ取得部303は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。座標データ取得部303は、回転駆動装置113から、支持棒109(ひいては照射ヘッド111)の回転量を表す座標データを取得する。また、座標データ取得部303は、平行駆動装置115から、支持棒109(ひいては照射ヘッド111)の平行移動量を表す座標データを取得する。これらの座標データの取得にあたって、座標データ取得部303は、レーザビーム発振器101からレーザビームの照射タイミングに関する制御信号を取得し、パルスレーザビームが照射されるタイミングと、これらの座標データを取得するタイミングとの同期を取ることが好ましい。パルスレーザビームの照射タイミングと同期を取ることで、座標データ取得部303は、照射された全てのパルスレーザビームについて、その照射位置を明らかにすることが可能となる。なお、回転量を表す座標データや平行移動量を表す座標データは、上記の構成以外に、別途ロータリーエンコーダやレーザ距離計等の位置センサを、別途設置して照射ヘッド111の位置等を測定して座標データ取得部303に入力するようにしてもよい。   The coordinate data acquisition unit 303 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The coordinate data acquisition unit 303 acquires coordinate data representing the rotation amount of the support rod 109 (and thus the irradiation head 111) from the rotation driving device 113. In addition, the coordinate data acquisition unit 303 acquires coordinate data representing the amount of parallel movement of the support rod 109 (and thus the irradiation head 111) from the parallel drive device 115. In acquiring these coordinate data, the coordinate data acquisition unit 303 acquires a control signal related to the irradiation timing of the laser beam from the laser beam oscillator 101, the timing at which the pulse laser beam is irradiated, and the timing at which these coordinate data are acquired. It is preferable to synchronize with. By synchronizing with the irradiation timing of the pulse laser beam, the coordinate data acquisition unit 303 can clarify the irradiation position of all the irradiated pulse laser beams. In addition to the above configuration, coordinate data representing the rotation amount and coordinate data representing the amount of parallel movement are separately provided with a position sensor such as a rotary encoder or a laser distance meter, and the position of the irradiation head 111 is measured. The coordinate data acquisition unit 303 may be input.

座標データ取得部303は、取得したこれら2種類の座標データを、後述する座標データ送信部305に伝送する。また、座標データ取得部303は、取得した座標データを、後述する記憶部307に格納してもよい。   The coordinate data acquisition unit 303 transmits the acquired two types of coordinate data to a coordinate data transmission unit 305 described later. In addition, the coordinate data acquisition unit 303 may store the acquired coordinate data in the storage unit 307 described later.

座標データ送信部305は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。座標データ送信部305は、座標データ取得部303から伝送された、パルスレーザビームの照射位置を表す座標データを、圧縮応力値推定装置200に送信する。圧縮応力値推定装置200への座標データの送信は、座標データ取得部303から座標データが伝送される毎に行うことが好ましい。これにより、圧縮応力値推定装置200は、観測された発光の発光量に関する測定データと、この発光の原因となったパルスレーザビームとの対応関係を容易に把握することできる。   The coordinate data transmission unit 305 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The coordinate data transmission unit 305 transmits the coordinate data representing the irradiation position of the pulse laser beam transmitted from the coordinate data acquisition unit 303 to the compression stress value estimation apparatus 200. It is preferable to transmit the coordinate data to the compressive stress value estimation apparatus 200 every time coordinate data is transmitted from the coordinate data acquisition unit 303. Thereby, the compressive stress value estimation apparatus 200 can easily grasp the correspondence relationship between the measurement data relating to the observed light emission amount and the pulse laser beam causing the light emission.

記憶部307は、照射位置制御装置300が備える記憶装置の一例である。
記憶部307には、例えば、回転駆動装置113および平行駆動装置115の駆動制御パターンが格納される。また、記憶部307には、本実施形態に係る照射位置制御装置300が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース等が、適宜記録される。この記憶部307は、駆動制御部301、座標データ取得部303、座標データ送信部305等が、自由に読み書きを行うことが可能である。
The storage unit 307 is an example of a storage device included in the irradiation position control device 300.
The storage unit 307 stores, for example, drive control patterns for the rotary drive device 113 and the parallel drive device 115. Further, in the storage unit 307, the irradiation position control device 300 according to the present embodiment stores various parameters, the progress of processing, or various databases that need to be stored when performing some processing, or various databases, Recorded as appropriate. The storage unit 307 can be freely read and written by the drive control unit 301, the coordinate data acquisition unit 303, the coordinate data transmission unit 305, and the like.

以上、本実施形態に係る照射位置制御装置300の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the function of the irradiation position control apparatus 300 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. In addition, the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る照射位置制御装置の各機能は、実現するためのコンピュータプログラム等を作製し、パーソナルコンピュータやPLC(Programmable Logic Contoller)等に実装するか、または、シーケンサーにより実現することが可能である。また、このようなコンピュータプログラム等が格納された、コンピュータ等で読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。   In addition, each function of the irradiation position control apparatus according to the present embodiment as described above is produced by creating a computer program or the like to be realized and mounted on a personal computer, PLC (Programmable Logic Controller) or the like, or by a sequencer It is possible to realize. A computer-readable recording medium storing such a computer program or the like can also be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.

<圧縮応力値推定装置の構成について>
続いて、図8を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る圧縮応力値推定装置の構成について、詳細に説明する。図8は、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置の構成を説明するためのブロック図である。
<Configuration of compressive stress value estimation device>
Next, the configuration of the compressive stress value estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 8 is a block diagram for explaining the configuration of the compressive stress value estimation apparatus according to the present embodiment.

本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200は、例えば図8に示したように、測定データ取得部201と、座標データ取得部203と、強度算出部205と、総和算出部207と、応力値推定部209と、記憶部211と、を主に備える。   The compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment includes, for example, a measurement data acquisition unit 201, a coordinate data acquisition unit 203, an intensity calculation unit 205, a total calculation unit 207, a stress value, as illustrated in FIG. An estimation unit 209 and a storage unit 211 are mainly provided.

測定データ取得部201は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。測定データ取得部201は、レーザ照射装置100の発光検出素子119から、コモンレールの開口周辺部に複数のパルスレーザビームが照射されることで発生した光の発光量に関する測定データを取得する。測定データ取得部201は、発光量に関する測定データを、発光検出素子119からリアルタイムに取得することが好ましい。測定データ取得部201は、取得した測定データを、後述する強度算出部205に出力する。また、測定データ取得部201は、取得した測定データを、後述する記憶部211に一時的に記録してもよい。   The measurement data acquisition unit 201 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The measurement data acquisition unit 201 acquires measurement data regarding the light emission amount of light generated by irradiating a plurality of pulsed laser beams to the periphery of the common rail opening from the light emission detection element 119 of the laser irradiation apparatus 100. It is preferable that the measurement data acquisition unit 201 acquires measurement data regarding the light emission amount from the light emission detection element 119 in real time. The measurement data acquisition unit 201 outputs the acquired measurement data to the intensity calculation unit 205 described later. The measurement data acquisition unit 201 may temporarily record the acquired measurement data in the storage unit 211 described later.

なお、測定データ取得部201が測定データを一時的に記憶部211に記録する際には、後述する座標データ取得部203により記憶部211に記録された照射位置を表す座標データと対応関係が明らかとなるように、測定データを記録することが好ましい。   When the measurement data acquisition unit 201 temporarily records the measurement data in the storage unit 211, the correspondence relationship with the coordinate data representing the irradiation position recorded in the storage unit 211 by the coordinate data acquisition unit 203 described later is clear. It is preferable to record the measurement data so that

座標データ取得部203は、例えば、CPU、ROM、RAM、通信装置等により実現される。座標データ取得部203は、照射位置制御装置300から送信されたパルスレーザビームの照射位置を表す座標データを取得する。座標データ取得部203は、取得したパルスレーザビームの照射位置を表す座標データを、後述する記憶部211に記録する。   The coordinate data acquisition unit 203 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, a communication device, and the like. The coordinate data acquisition unit 203 acquires coordinate data representing the irradiation position of the pulse laser beam transmitted from the irradiation position control device 300. The coordinate data acquisition unit 203 records coordinate data representing the acquired irradiation position of the pulse laser beam in the storage unit 211 described later.

照射位置制御装置300から入力される座標データは、例えば図9に示したように、照射ヘッド111の平行移動量に関する座標データrと、照射ヘッド111の回転量に関する座標データθとを含む。この2種類の座標データを用いることで、パルスレーザビームが照射された位置を表すことが可能となる。例えば図9に示したように、平行移動量に関する座標データrは、レール穴4の端部を基準(r=0)とした相対的な値として表されるデータであり、回転量に関する座標データθは、鉛直方向を基準(θ=0)とした相対的な値として表されるデータである。座標データ取得部203は、これらの座標データを取得したままの値で記憶部211に記録してもよい。また、座標データ取得部203は、取得した2種類のデータにより表される照射位置を、被処理部材であるコモンレール1の形状を示す上で利用されている座標系に変換した上で、記憶部211に記録してもよい。   The coordinate data input from the irradiation position control device 300 includes, for example, coordinate data r regarding the parallel movement amount of the irradiation head 111 and coordinate data θ regarding the rotation amount of the irradiation head 111, as shown in FIG. By using these two types of coordinate data, the position irradiated with the pulse laser beam can be expressed. For example, as shown in FIG. 9, the coordinate data r regarding the parallel movement amount is data expressed as a relative value with the end of the rail hole 4 as a reference (r = 0), and the coordinate data regarding the rotation amount. θ is data expressed as a relative value with the vertical direction as a reference (θ = 0). The coordinate data acquisition unit 203 may record these coordinate data in the storage unit 211 as values obtained. In addition, the coordinate data acquisition unit 203 converts the irradiation position represented by the two types of acquired data into a coordinate system used to indicate the shape of the common rail 1 that is a member to be processed, and then stores the storage unit. 211 may be recorded.

強度算出部205は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。強度算出部205は、測定データ取得部201から伝送された発光量に関する測定データに基づいて、レーザピーニング処理により発生した光の発光強度を算出する。   The intensity calculation unit 205 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The intensity calculation unit 205 calculates the light emission intensity of the light generated by the laser peening process based on the measurement data related to the light emission amount transmitted from the measurement data acquisition unit 201.

本実施形態に係るレーザ照射装置100では、所定のパルス幅(例えば、100ps〜100ns程度)のパルスレーザビームが、所定のパルス間隔(例えば、10ms程度)で射出され、コモンレールの開口周辺部に照射される。その結果、開口周辺部では、照射されたパルスレーザビームによりプラズマが発生し、このプラズマにより可視光帯に属する光が発生する。プラズマの持続時間はパルスレーザビームのパルス幅に比べて長く、例えば1μs程度であるため、発光検出素子119で検出される発光量に関する測定データは、例えば図10に示したような波形からなるデータとなる。   In the laser irradiation apparatus 100 according to the present embodiment, a pulse laser beam having a predetermined pulse width (for example, about 100 ps to 100 ns) is emitted at a predetermined pulse interval (for example, about 10 ms), and irradiated to the peripheral portion of the common rail opening. Is done. As a result, plasma is generated by the irradiated pulse laser beam in the periphery of the opening, and light belonging to the visible light band is generated by the plasma. Since the duration of the plasma is longer than the pulse width of the pulse laser beam, for example, about 1 μs, the measurement data relating to the light emission amount detected by the light emission detecting element 119 is, for example, data having a waveform as shown in FIG. It becomes.

強度算出部205は、測定データ取得部201から入力された測定データを参照して、図10に示したような時間波形データのピーク値(Imax)を、該当する発光の発光強度としてもよい。また、強度算出部205は、時間波形データのピーク値ではなく、時間波形データの時間積分(図10で斜線で示した部分の面積)を、該当する発光の発光強度としてもよい。 The intensity calculation unit 205 may refer to the measurement data input from the measurement data acquisition unit 201 and use the peak value (I max ) of the time waveform data as illustrated in FIG. 10 as the emission intensity of the corresponding light emission. . Further, the intensity calculation unit 205 may use the time integral of the time waveform data (the area of the hatched portion in FIG. 10) as the emission intensity of the corresponding light emission instead of the peak value of the time waveform data.

強度算出部205は、発光強度の算出が終了すると、算出した発光強度を記憶部211に記録する。この際、強度算出部205は、例えば図9に示したように、座標データ取得部203により記憶部211に記録された照射位置を表す座標データと対応関係が明らかとなるように紐付けて、発光強度に関するデータを記録することが好ましい。   When the calculation of the light emission intensity is completed, the intensity calculation unit 205 records the calculated light emission intensity in the storage unit 211. At this time, for example, as shown in FIG. 9, the intensity calculation unit 205 associates the coordinate data representing the irradiation position recorded in the storage unit 211 by the coordinate data acquisition unit 203 so as to clarify the correspondence, It is preferable to record data relating to the emission intensity.

このようにして、後述する記憶部211には、1つの分岐穴5の開口周辺部への処理において照射された全てのパルスレーザビームの照射位置と、この照射位置に対応する発光強度値とからなるデータセットが格納されることとなる。   In this way, the storage unit 211 to be described later includes the irradiation positions of all the pulse laser beams irradiated in the processing to the peripheral portion of the opening of one branch hole 5 and the emission intensity values corresponding to the irradiation positions. Will be stored.

総和算出部207は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。総和算出部207は、被処理部材に設けられた開口部の直径の両端近傍で発生した光の発光強度の総和を、強度算出部205により算出された発光強度に基づいて算出する。この発光強度の総和の算出処理は、ある1つの分岐穴5の開口周辺部へのレーザピーニング処理が終了した時点で行われる。   The sum total calculation unit 207 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The sum total calculation unit 207 calculates the total sum of the light emission intensities generated near both ends of the diameter of the opening provided in the member to be processed based on the light emission intensity calculated by the intensity calculation unit 205. The calculation process of the total sum of the emission intensities is performed when the laser peening process to the opening peripheral part of a certain branch hole 5 is completed.

コモンレール1に対するレーザピーニング処理では、分岐穴開口周辺部のレール穴軸方向に平行となる直径の両端が、強化対象点となる。以下では、分岐穴5のレール穴4の軸方向に直交する直径の両端を、それぞれA点、B点と称することとする。総和算出部207は、強化対象点であるA点およびB点近傍の所定の範囲に照射されたパルスレーザビームに対する発光強度Iの総和を、以下の式1に基づいて算出する。   In the laser peening process for the common rail 1, both ends of the diameter parallel to the axial direction of the rail hole around the opening of the branch hole are points to be strengthened. Hereinafter, both ends of the diameter orthogonal to the axial direction of the rail hole 4 of the branch hole 5 are referred to as point A and point B, respectively. The sum total calculation unit 207 calculates the total sum of the emission intensities I with respect to the pulse laser beam irradiated to a predetermined range in the vicinity of the points A and B, which are points to be strengthened, based on the following Equation 1.

Figure 0005375476
・・・(式1)
Figure 0005375476
... (Formula 1)

なお、上記式1において、Sは、A点近傍の所定の範囲における発光強度Iの総和であり、Sは、B点近傍の所定の範囲における発光強度Iの総和である。また、Rは、発光強度Iの総和を算出する際に考慮すべきA点近傍の領域を表し、Rは、発光強度Iの総和を算出する際に考慮すべきB点近傍の領域を表す。 In the above formula 1, S A is the sum of the emission intensity I in a predetermined range near the point A, and S B is the sum of the emission intensity I in a predetermined range near the point B. R A represents a region in the vicinity of the point A to be considered when calculating the sum of the emission intensity I, and R B represents a region in the vicinity of the point B to be considered when calculating the sum of the emission intensity I. Represent.

ここで、上記式1における総和を考慮する範囲RおよびRについて説明する。
レーザピーニング処理においては、1つのパルスレーザビームによって、そのパルスレーザビームの照射スポットの範囲だけでなく、周辺部にまで圧縮応力付与の影響が及ぶ。圧縮応力付与の影響が及ぶ範囲は略円形であり、照射スポットの中心から、所定の半径以内にある領域となる。
Here will be described the range R A and R B considers the sum in the above equation 1.
In the laser peening process, a single pulsed laser beam affects not only the range of the irradiation spot of the pulsed laser beam but also the peripheral portion to apply compressive stress. The range affected by the application of compressive stress is substantially circular, and is a region within a predetermined radius from the center of the irradiation spot.

圧縮応力の強化対象点であるA点、B点の圧縮応力値は、それぞれの点の周辺に照射される1つ1つのパルスレーザビームによる圧縮応力付与効果が重畳された結果として生ずる。よって、A点、B点の圧縮応力に相関のある総和S、Sを算出するために、考慮すべき領域R、Rは、例えば図11に示したように、1つ1つのパルスレーザビームの照射によってA点、B点の圧縮応力値に影響が及ぶ範囲、すなわち、A点、B点を中心として、半径U以内の領域とすることが好ましい。半径Uの大きさは、パルスレーザビームの照射条件等にも依存するが、A点、B点を中心として、ビームスポットの直径の2倍程度とすればよいことが多い。 The compressive stress values at points A and B, which are points to be strengthened by compressive stress, are generated as a result of superimposing compressive stress applying effects by the individual pulse laser beams irradiated around the respective points. Therefore, in order to calculate the sums S A and S B correlated with the compressive stresses at the points A and B , the regions R A and R B to be considered are, for example, as shown in FIG. A range in which the compressive stress values at the points A and B are affected by the irradiation of the pulse laser beam, that is, a region within the radius U centering on the points A and B is preferable. The size of the radius U depends on the irradiation condition of the pulse laser beam and the like, but it is often sufficient that the radius U is about twice the diameter of the beam spot with the points A and B as the center.

総和算出部207は、まず、記憶部211に格納されている照射位置と発光強度とからなるデータセットを参照して、着目している強化対象点から半径U以内に含まれる照射位置を特定する。その後、総和算出部207は、半径U以内に含まれる照射位置に対応する発光強度Iの大きさをデータセットから取得し、上記式1に基づいて発光強度Iの総和を算出する。   First, the sum total calculation unit 207 refers to a data set composed of irradiation positions and light emission intensities stored in the storage unit 211, and specifies irradiation positions included within the radius U from the target point to be strengthened. . Thereafter, the sum total calculation unit 207 obtains the magnitude of the emission intensity I corresponding to the irradiation position included within the radius U from the data set, and calculates the total sum of the emission intensity I based on the above formula 1.

なお、図11に示した例では、考慮すべき領域は、半径がUである円形状であったが、図12に示したように半径Uを非等方とし、考慮すべき領域を略楕円形状とすると更に好ましい。より詳細には、総和算出部207は、例えば図12に示したように、レール穴4の軸方向に平行な方向の半径Uと、レール穴4の周方向に平行な方向の半径Uとを異なる大きさとし、略楕円形状の領域を考慮することが更に好ましい。以下、楕円形状の領域を考慮することがより好ましい理由を説明する。 In the example shown in FIG. 11, the area to be considered is a circular shape having a radius U, but the radius U is anisotropic as shown in FIG. The shape is more preferable. More specifically, for example, as illustrated in FIG. 12, the sum total calculation unit 207 includes a radius U Z in a direction parallel to the axial direction of the rail hole 4 and a radius U R in a direction parallel to the circumferential direction of the rail hole 4. It is more preferable to consider a region having a substantially elliptical shape. Hereinafter, the reason why it is more preferable to consider the elliptical region will be described.

強化対象点であるA点、B点において、圧縮応力を強化すべき方向は、レール穴4の周方向である。一方で、1つ1つのパルスレーザビームによって圧縮応力の影響が及ぶ範囲は、完全に等方的ではなく、方向性がある。以下に、例を示しながら、圧縮応力の影響が及ぶ範囲の方向性について説明する。   At points A and B, which are points to be strengthened, the direction in which the compressive stress is to be strengthened is the circumferential direction of the rail hole 4. On the other hand, the range in which the compressive stress is affected by each pulsed laser beam is not completely isotropic and has directionality. Below, the directionality of the range in which the influence of compressive stress reaches is demonstrated, showing an example.

図13は、コモンレールの作製に用いられる鋼材を用いて平板を作製し、1つだけのパルスレーザビームを平板に照射した際の応力付与特性を示したグラフ図である。この例では、レーザビームとして、水中透過性の高いNd:YAGレーザの2倍波(波長532nm)を用い、パルスエネルギーは100mJ、パルスの時間幅は10ns、レーザビームのスポット径は0.6mm、パルスの繰り返し周波数は100Hzとした。上記平板に対して、かかるレーザビーム照射条件のパルスを1つ照射し、照射した領域の周辺にできる応力分布を、X線残留応力測定装置を用いて測定した。なお、図13では、レーザビームスポットの径方向の応力をσで表し、レーザビームスポットの周方向の応力をσθで表している。 FIG. 13 is a graph showing stress application characteristics when a flat plate is manufactured using a steel material used for manufacturing the common rail and only one pulse laser beam is irradiated to the flat plate. In this example, the laser beam is a double wave (wavelength 532 nm) of an Nd: YAG laser with high water permeability, the pulse energy is 100 mJ, the pulse time width is 10 ns, the laser beam spot diameter is 0.6 mm, The pulse repetition frequency was 100 Hz. The flat plate was irradiated with one pulse of such laser beam irradiation conditions, and the stress distribution generated around the irradiated region was measured using an X-ray residual stress measurement apparatus. In FIG. 13, the radial stress of the laser beam spot is represented by σ r , and the circumferential stress of the laser beam spot is represented by σ θ .

図13から明らかなように、レーザビームのスポット径0.6mmよりも広い領域に圧縮応力が付与されていることがわかる。圧縮応力の影響は、径方向σでは1.5mm程度にまで及んでおり、周方向σθでは1.0mm程度にまで及んでいる。 As is apparent from FIG. 13, it can be seen that compressive stress is applied to a region wider than the spot diameter of the laser beam of 0.6 mm. The influence of the compressive stress reaches about 1.5 mm in the radial direction σ r , and reaches about 1.0 mm in the circumferential direction σ θ .

この結果からも明らかなように、圧縮応力の影響は、周方向よりも径方向の方がより遠方まで及ぶ。以上を踏まえると、図12において、A点およびB点における周方向の圧縮応力に相関がある総和を得るために、総和算出部207は、U>Uとすることがより好ましい。 As is clear from this result, the influence of the compressive stress extends farther in the radial direction than in the circumferential direction. Based on the above, in FIG. 12, in order to obtain a sum having a correlation with the compressive stress in the circumferential direction at the points A and B, the sum calculation unit 207 preferably satisfies U R > U Z.

なお、上記式1は、総和を算出する際に考慮すべき領域中に含まれる全ての照射位置を、互いに等価に扱って総和を算出するものであるが、総和算出部207は、考慮すべき領域中に含まれる照射位置について、強化対象点に近い位置に照射されたものほどより大きな寄与を与えるものとして、総和を算出してもよい。すなわち、上記式1の代わりに以下に示す式2を用いて、重み付け係数を積算しながら発光強度の総和を算出してもよい。   Note that the above formula 1 calculates the sum by treating all irradiation positions included in the region to be considered when calculating the sum equivalently, but the sum calculation unit 207 should consider As for the irradiation positions included in the region, the sum may be calculated assuming that the irradiation position closer to the point to be enhanced gives a greater contribution. That is, instead of the above formula 1, the following formula 2 may be used to calculate the total light emission intensity while accumulating the weighting coefficients.

Figure 0005375476
・・・(式2)
Figure 0005375476
... (Formula 2)

なお、上記式2において、wが重み付け係数である。この重み付け係数は、例えば図13に示したような応力分布の形状の広がりの大きさを反映したものであれば、任意のものを利用可能である。総和算出部207は、重み付け係数として、例えば、開口部の直径の端部からの距離を変数とするガウス分布やローレンツ分布から得られる値を用いることができる。 In the above formula 2, w n is a weighting factor. Any weighting factor can be used as long as it reflects the extent of the shape of the stress distribution as shown in FIG. 13, for example. The sum calculation unit 207 can use, for example, a value obtained from a Gaussian distribution or a Lorentz distribution with the distance from the end of the diameter of the opening as a variable as the weighting coefficient.

重み付け係数を用いて発光強度の総和を算出することで、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置は、圧縮応力の付与に関与する発光強度の大きさを、より正確に算出することができる。その結果、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置は、付与された圧縮応力の大きさを、より正確に推定することが可能となる。   By calculating the total light emission intensity using the weighting coefficient, the compressive stress value estimation apparatus according to the present embodiment can calculate the magnitude of the light emission intensity involved in the application of compressive stress more accurately. As a result, the compressive stress value estimation apparatus according to the present embodiment can more accurately estimate the magnitude of the applied compressive stress.

総和算出部207は、上記式1または上記式2を用いて算出した発光強度の総和を、後述する応力値推定部209に入力する。   The sum total calculation unit 207 inputs the sum of the light emission intensities calculated using the above formula 1 or the above formula 2 to the stress value estimation unit 209 described later.

応力値推定部209は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。応力値推定部209は、発光強度と圧縮応力との相関を示すデータベースを参照し、総和算出部207により算出された発光強度の総和に基づいて、付与された圧縮応力の大きさを推定する。より詳細には、応力値推定部209は、ある1つの分岐穴の開口周辺部について、総和算出部207から強化対象点であるA点およびB点での発光強度の総和SおよびSが伝送されると、取得した総和SおよびSを予め登録されている応力値推定データベースの内容と比較して、付与された圧縮応力値σおよびσの大きさを推定する。 The stress value estimation unit 209 is realized by a CPU, a ROM, a RAM, and the like, for example. The stress value estimation unit 209 refers to a database indicating the correlation between the light emission intensity and the compression stress, and estimates the magnitude of the applied compressive stress based on the total light emission intensity calculated by the sum calculation unit 207. More specifically, the stress value estimation unit 209 determines that the sum S A and S B of the emission intensities at the points A and B, which are points to be strengthened, from the sum total calculation unit 207 for the periphery of the opening of a certain branch hole. When transmitted, the acquired sums S A and S B are compared with the contents of the stress value estimation database registered in advance to estimate the magnitudes of the applied compressive stress values σ A and σ B.

ここで、応力値推定部209による応力値の推定処理について説明するに先立ち、応力値の推定に用いられる応力値推定データベースについて、説明する。   Here, prior to describing the stress value estimation processing by the stress value estimation unit 209, a stress value estimation database used for stress value estimation will be described.

この応力値推定データベースを作成するには、予め、実際のコモンレールに対して、レーザピーニング処理に用いるのと同じ装置(すなわち、本実施形態に係るレーザ加工装置10)を用いてレーザピーニング処理を行い、コモンレールの複数の分岐穴に対して圧縮応力を付与する。この際、圧縮応力推定装置200は、先に説明した方法で発光量を測定し、各分岐穴近傍のA点、B点に対するS、Sを算出しておく。次に、実際にレーザピーニング処理されたコモンレールを切断分割し、X線残留応力測定装置を用いて、各分岐穴のA点、B点近傍に付与された圧縮応力値σ、σの大きさを測定する。以上の測定データから、発光量の総和S、Sと圧縮応力σ、σとの相関関係を表す回帰線を得る。 In order to create this stress value estimation database, a laser peening process is performed on an actual common rail in advance using the same apparatus used for the laser peening process (that is, the laser processing apparatus 10 according to the present embodiment). Then, compressive stress is applied to the plurality of branch holes of the common rail. At this time, the compressive stress estimation apparatus 200 measures the light emission amount by the method described above, and calculates S A and S B for points A and B near each branch hole. Next, the common rail actually laser-peened is cut and divided, and the X-ray residual stress measurement device is used to increase the compressive stress values σ A and σ B applied to the points A and B near each branch hole. Measure the thickness. From the above measurement data, a regression line representing the correlation between the total light emission amounts S A and S B and the compressive stresses σ A and σ B is obtained.

圧縮応力推定装置200は、このようにして予め作成された応力値推定データベースを、後述する記憶部211等に記録して設定しておく。   The compressive stress estimation apparatus 200 records and sets the stress value estimation database created in advance in this manner in the storage unit 211 and the like which will be described later.

実際のコモンレールに対するレーザピーニング処理においては、応力値推定部209は、総和算出部207から伝送された発光強度の総和S、Sと、以上のようにして予め作成され記憶部211に記録されているデータベースに基づいて、実際に付与された応力値σ、σの大きさを推定する。 In the actual laser peening process for the common rail, the stress value estimation unit 209 is created in advance as described above and recorded in the storage unit 211 as the sum S A and S B of the emission intensity transmitted from the sum calculation unit 207. The magnitudes of the actually applied stress values σ A and σ B are estimated based on the stored database.

応力値推定部209は、圧縮応力値σ、σの大きさの推定結果が得られると、得られた推定結果を、圧縮応力値推定装置200に設けられたディスプレイ等の表示部(図示せず。)に表示させる。これにより、圧縮応力値推定装置200の使用者(ひいては、レーザ加工装置10の使用者)は、コモンレールの製造現場において、非破壊でレーザピーニング処理によって付与された応力値の大きさを推定することができる。 When the stress value estimation unit 209 obtains the estimation results of the magnitudes of the compressive stress values σ A and σ B , the stress value estimation unit 209 displays the obtained estimation results on a display unit such as a display (see FIG. (Not shown). Thereby, the user of the compressive stress value estimation apparatus 200 (and hence the user of the laser processing apparatus 10) estimates the magnitude of the stress value imparted by the non-destructive laser peening process at the manufacturing site of the common rail. Can do.

再び図8に戻って、本実施形態に係る記憶部211について詳細に説明する。
記憶部211は、発光強度と圧縮応力との相関を示すデータベースが格納される。また、記憶部211には、実施したレーザピーニング処理に関する様々な履歴情報など、各種の履歴情報が記録されていてもよい。さらに、記憶部211には、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベース等が、適宜記録される。この記憶部211は、測定データ取得部201、座標データ取得部203、強度算出部205、総和算出部207、応力値推定部209等が、自由に読み書きを行うことが可能である。
Returning to FIG. 8 again, the storage unit 211 according to the present embodiment will be described in detail.
The storage unit 211 stores a database indicating the correlation between the emission intensity and the compressive stress. In the storage unit 211, various history information such as various history information regarding the laser peening processing performed may be recorded. Furthermore, in the storage unit 211, various parameters, processes in progress, or various databases that need to be saved when the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment performs some processing, or various databases are stored. Are recorded as appropriate. The storage unit 211 can be freely read and written by the measurement data acquisition unit 201, the coordinate data acquisition unit 203, the intensity calculation unit 205, the total calculation unit 207, the stress value estimation unit 209, and the like.

以上、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the function of the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. In addition, the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る圧縮応力値推定装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。   A computer program for realizing each function of the compression stress value estimation apparatus according to the present embodiment as described above can be produced and installed in a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.

<圧縮応力値の推定方法について>
続いて、図14を参照しながら、圧縮応力値推定装置200が実施する応力値の推定方法について、詳細に説明する。図14は、本実施形態に係る圧縮応力値の推定方法を説明するための流れ図である。
<About the estimation method of compressive stress value>
Next, a stress value estimation method performed by the compressive stress value estimation apparatus 200 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 14 is a flowchart for explaining the compressive stress value estimation method according to the present embodiment.

まず、圧縮応力値推定装置200の測定データ取得部201は、発光検出素子119から、コモンレール等の被処理部材に対して照射されたパルスレーザビームにより発生した発光の発光量に関する測定データを取得する(ステップS101)。測定データ取得部201は、取得した測定データを、強度算出部205に伝送する。   First, the measurement data acquisition unit 201 of the compressive stress value estimation apparatus 200 acquires measurement data related to the amount of light emission generated by the pulsed laser beam applied to the processing target member such as the common rail, from the light emission detection element 119. (Step S101). The measurement data acquisition unit 201 transmits the acquired measurement data to the intensity calculation unit 205.

続いて、強度算出部205は、測定データ取得部201から伝送された発光量の測定データに基づいて、パルスレーザビームにより発生した発光の発光強度を算出する(ステップS103)。強度算出部205は、算出した発光強度を、総和算出部207に伝送する。   Subsequently, the intensity calculation unit 205 calculates the light emission intensity of the light emitted by the pulse laser beam based on the measurement data of the light emission amount transmitted from the measurement data acquisition unit 201 (step S103). The intensity calculation unit 205 transmits the calculated light emission intensity to the total calculation unit 207.

他方、圧縮応力値推定装置200の座標データ取得部203は、照射位置制御装置300から伝送された、パルスレーザビームの照射位置を表す座標データを取得し、総和算出部207に伝送する。総和算出部207は、強度算出部205から伝送された発光強度と、座標データ取得部203から伝送された座標データとに基づいて、強化対象点の周囲の所定の領域における発光強度の総和を算出する(ステップS105)。総和算出部207は、算出した発光強度の総和を、応力値推定部209に伝送する。   On the other hand, the coordinate data acquisition unit 203 of the compressive stress value estimation apparatus 200 acquires coordinate data representing the irradiation position of the pulse laser beam transmitted from the irradiation position control apparatus 300 and transmits the coordinate data to the total calculation unit 207. The sum calculation unit 207 calculates the sum of the emission intensities in a predetermined region around the point to be strengthened based on the emission intensity transmitted from the intensity calculation unit 205 and the coordinate data transmitted from the coordinate data acquisition unit 203. (Step S105). The sum total calculation unit 207 transmits the calculated sum of the emission intensity to the stress value estimation unit 209.

続いて、応力値推定部209は、伝送された発光強度の総和と、記憶部211に格納された発光強度と圧縮応力との相関を示すデータベースと、に基づいて、強化対象点に付与された圧縮応力値の大きさを推定する(ステップS107)。   Subsequently, the stress value estimation unit 209 is assigned to the reinforcement target point based on the total sum of the transmitted light emission intensities and the database indicating the correlation between the light emission intensity and the compressive stress stored in the storage unit 211. The magnitude of the compressive stress value is estimated (step S107).

分岐穴という切り欠き部と、この切り欠き部につながる傾斜面とを含む分岐穴の開口周辺部では、1つ1つのパルスレーザビームが照射された場合に、各パルスレーザビームによる発光量は変動することとなる。しかしながら、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200が実施する圧縮応力値の推定方法では、分岐穴の開口周辺部という強化対象点の周囲に所定の領域を設定し、この領域内の発光強度の総和を算出することにより、強化対象点の近傍に局所的に付与される圧縮応力の周方向成分を、精度よく推定することが可能となる。   At the periphery of the opening of the branch hole including the notch called the branch hole and the inclined surface connected to the notch, the amount of light emitted by each pulse laser beam fluctuates when each pulse laser beam is irradiated. Will be. However, in the compressive stress value estimating method performed by the compressive stress value estimating apparatus 200 according to the present embodiment, a predetermined region is set around the point to be strengthened, that is, the opening peripheral portion of the branch hole, and the emission intensity in this region is set. It is possible to accurately estimate the circumferential component of the compressive stress that is locally applied in the vicinity of the point to be strengthened.

(第2の実施形態)
以下で説明する本発明の第2の実施形態に係る圧縮応力値推定装置200では、1つの分岐穴5の開口周辺部へのレーザピーニング処理が終了した時点で、発光量の演算過程に先立ち、分岐穴5の中心位置を予測する。各分岐穴5へのレーザピーニング処理においては、照射ヘッド111を回転駆動装置113および平行駆動装置115により分岐穴5の位置にまで動かすことで、パルスレーザビームの照射を行う。しかし、この支持棒109を介した外部からの駆動による照射位置設定の精度には限界があり、例えば基準となる分岐穴5の中心位置の設定座標の精度は、0.1mm程度ずれることがある。これにより、回転駆動装置113および平行駆動装置115の座標に基づいてデータセットとして記録される各パルスレーザビームの照射位置は、真の分岐穴の位置を基準としてみたときの位置から、0.1mm程度ずれることになる。
(Second Embodiment)
In the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention described below, at the time when the laser peening process to the opening peripheral portion of one branch hole 5 is completed, prior to the process of calculating the light emission amount, The center position of the branch hole 5 is predicted. In the laser peening process to each branch hole 5, the irradiation head 111 is moved to the position of the branch hole 5 by the rotation driving device 113 and the parallel driving device 115, thereby irradiating the pulse laser beam. However, there is a limit to the accuracy of irradiation position setting by driving from the outside via the support rod 109. For example, the accuracy of the set coordinates of the center position of the reference branch hole 5 may be shifted by about 0.1 mm. . Thereby, the irradiation position of each pulse laser beam recorded as a data set based on the coordinates of the rotation driving device 113 and the parallel driving device 115 is 0.1 mm from the position when the position of the true branch hole is taken as a reference. It will deviate to some extent.

そこで、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200では、以下で説明するようなパルスレーザビームの照射位置を補正する位置補正部を設けることで、かかる位置ズレによる精度の低下を防止する。   Therefore, in the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment, a position correction unit that corrects the irradiation position of the pulse laser beam as described below is provided, thereby preventing a decrease in accuracy due to such positional deviation.

<圧縮応力値推定装置の構成について>
以下では、図15を参照しながら、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200の構成について、詳細に説明する。図15は、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200の構成を説明するためのブロック図である。
<Configuration of compressive stress value estimation device>
Below, the structure of the compressive-stress value estimation apparatus 200 which concerns on this embodiment is demonstrated in detail, referring FIG. FIG. 15 is a block diagram for explaining the configuration of the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment.

本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200は、例えば図15に示したように、測定データ取得部201と、座標データ取得部203と、強度算出部205と、総和算出部207と、応力値推定部209と、記憶部211と、位置補正部251と、を主に備える。   For example, as shown in FIG. 15, the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment includes a measurement data acquisition unit 201, a coordinate data acquisition unit 203, an intensity calculation unit 205, a sum calculation unit 207, and a stress value. It mainly includes an estimation unit 209, a storage unit 211, and a position correction unit 251.

本実施形態に係る測定データ取得部201、応力値推定部209および記憶部211については、本発明の第1の実施形態に係る各処理部と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。そのため、以下では、各処理部について、詳細な説明は省略する。   The measurement data acquisition unit 201, the stress value estimation unit 209, and the storage unit 211 according to the present embodiment have the same configuration as each processing unit according to the first embodiment of the present invention and have the same effects. It is. Therefore, in the following, detailed description of each processing unit is omitted.

本実施形態に係る座標データ取得部203は、取得した座標データを位置補正部251に伝送する以外は、本発明の第1の実施形態に係る座標データ取得部203と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。そのため、以下では、座標データ取得部203について、詳細な説明は省略する。   The coordinate data acquisition unit 203 according to the present embodiment has the same configuration as the coordinate data acquisition unit 203 according to the first embodiment of the present invention, except that the acquired coordinate data is transmitted to the position correction unit 251. The same effect is produced. Therefore, in the following, detailed description of the coordinate data acquisition unit 203 is omitted.

本実施形態に係る総和算出部207は、後述する位置補正部251から伝送された補正後の座標データと、強度算出部205から伝送された発光強度とに基づいて、発光強度の総和を算出する以外は、本発明の第1の実施形態に係る総和算出部207と同様の構成を有し、同様の効果を奏するものである。そのため、以下では、総和算出部207について、詳細な説明は省略する。   The sum total calculation unit 207 according to the present embodiment calculates the total light emission intensity based on the corrected coordinate data transmitted from the position correction unit 251 described later and the light emission intensity transmitted from the intensity calculation unit 205. Other than that, the configuration is the same as that of the sum total calculation unit 207 according to the first embodiment of the present invention, and the same effects are achieved. Therefore, in the following, detailed description of the sum calculation unit 207 is omitted.

位置補正部251は、例えば、CPU、ROM、RAM等により実現される。位置補正部251は、強度算出部205が算出した発光強度の分布に基づいて、分岐穴5の中心位置を特定し、当該中心位置の特定結果に基づいて、パルスレーザビームが照射された位置を表す座標データを補正する。   The position correction unit 251 is realized by, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The position correction unit 251 identifies the center position of the branch hole 5 based on the emission intensity distribution calculated by the intensity calculation unit 205, and determines the position irradiated with the pulse laser beam based on the identification result of the center position. Correct the coordinate data to be represented.

より詳細には、位置補正部251は、各パルスレーザビームに対する発光量が分岐穴5の中心で最も弱くなることを利用して、分岐穴近傍に照射される複数のパルスレーザビームに対する発光量の分布から、分岐穴の中心位置座標を予測する。   More specifically, the position correction unit 251 uses the fact that the light emission amount for each pulse laser beam is the weakest at the center of the branch hole 5, and thereby the light emission amount for a plurality of pulse laser beams irradiated near the branch hole. The center position coordinates of the branch hole are predicted from the distribution.

そのため、位置補正部251は、まず、強度算出部205から取得した発光強度と、座標データ取得部203から取得した座標データに基づいて、複数のパルスレーザビームの照射位置の互いの位置関係を考慮しながら、発光強度の分布を算出する。続いて、位置補正部251は、算出した発光強度の分布を参照して、発光強度の最小値を与える座標を特定する。位置補正部251は、特定した座標データから、真の分岐穴の中心位置とのズレ量を算出し、算出したズレ量に基づいて、座標データ取得部203から取得した座標データ全てを補正する。その後、位置補正部251は、補正後の座標データを、発光強度の応和とともに、総和算出部207に伝送する。   Therefore, the position correction unit 251 first considers the positional relationship between the irradiation positions of a plurality of pulse laser beams based on the emission intensity acquired from the intensity calculation unit 205 and the coordinate data acquired from the coordinate data acquisition unit 203. Then, the distribution of emission intensity is calculated. Subsequently, the position correction unit 251 refers to the calculated emission intensity distribution and specifies coordinates that give the minimum value of the emission intensity. The position correction unit 251 calculates the amount of deviation from the center position of the true branch hole from the specified coordinate data, and corrects all the coordinate data acquired from the coordinate data acquisition unit 203 based on the calculated amount of deviation. Thereafter, the position correction unit 251 transmits the corrected coordinate data to the total calculation unit 207 together with the light emission intensity.

本実施形態に係る総和算出部207は、位置補正部251が補正した座標データを用いて発光強度の総和を算出することで、算出する発光強度の総和SおよびSの精度向上を図ることが可能となる。これにより、本実施形態に係る応力値推定部209は、精度が向上した発光強度の総和SおよびSを用いて、圧縮応力値σ、σの推定精度を向上させることができる。 The sum total calculation unit 207 according to the present embodiment calculates the sum of the light emission intensities using the coordinate data corrected by the position correction unit 251, thereby improving the accuracy of the calculated sums S A and S B of the light emission intensities. Is possible. Accordingly, the stress value estimation unit 209 according to the present embodiment can improve the estimation accuracy of the compressive stress values σ A and σ B by using the total sum S A and S B of the emission intensity with improved accuracy.

以上、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、CPU等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the function of the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member or circuit, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. In addition, the CPU or the like may perform all functions of each component. Therefore, it is possible to appropriately change the configuration to be used according to the technical level at the time of carrying out the present embodiment.

なお、上述のような本実施形態に係る圧縮応力値推定装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。   A computer program for realizing each function of the compression stress value estimation apparatus according to the present embodiment as described above can be produced and installed in a personal computer or the like. In addition, a computer-readable recording medium storing such a computer program can be provided. The recording medium is, for example, a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a flash memory, or the like. Further, the above computer program may be distributed via a network, for example, without using a recording medium.

<圧縮応力値の推定方法について>
続いて、図16を参照しながら、本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200が実施する圧縮応力値の推定方法について、詳細に説明する。図16は、本実施形態に係る圧縮応力値の推定方法を説明するための流れ図である。
<About the estimation method of compressive stress value>
Next, a compression stress value estimation method performed by the compression stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 16 is a flowchart for explaining the compressive stress value estimation method according to this embodiment.

まず、圧縮応力値推定装置200の測定データ取得部201は、発光検出素子119から、コモンレール等の被処理部材に対して照射されたパルスレーザビームにより発生した発光の発光量に関する測定データを取得する(ステップS101)。測定データ取得部201は、取得した測定データを、強度算出部205に伝送する。   First, the measurement data acquisition unit 201 of the compressive stress value estimation apparatus 200 acquires measurement data related to the amount of light emission generated by the pulsed laser beam applied to the processing target member such as the common rail, from the light emission detection element 119. (Step S101). The measurement data acquisition unit 201 transmits the acquired measurement data to the intensity calculation unit 205.

続いて、強度算出部205は、測定データ取得部201から伝送された発光量の測定データに基づいて、パルスレーザビームにより発生した発光の発光強度を算出する(ステップS103)。強度算出部205は、算出した発光強度を、位置補正部251に伝送する。   Subsequently, the intensity calculation unit 205 calculates the light emission intensity of the light emitted by the pulse laser beam based on the measurement data of the light emission amount transmitted from the measurement data acquisition unit 201 (step S103). The intensity calculation unit 205 transmits the calculated light emission intensity to the position correction unit 251.

他方、圧縮応力値推定装置200の座標データ取得部203は、照射位置制御装置300から伝送された、パルスレーザビームの照射位置を表す座標データを取得し、位置補正部251に伝送する。位置補正部251は、強度算出部205から伝送された発光強度と、座標データ取得部203から伝送された座標データとに基づいて、複数のパルスレーザビームの照射位置の互いの位置関係を考慮しながら、発光強度の分布を算出し、発光強度の最小値を与える座標を特定する。位置補正部251は、特定した座標データから、真の分岐穴の中心位置とのズレ量を算出し、算出したズレ量に基づいて、座標データ取得部203から取得した座標データ全てを補正する(ステップS151)。   On the other hand, the coordinate data acquisition unit 203 of the compressive stress value estimation apparatus 200 acquires coordinate data representing the irradiation position of the pulse laser beam transmitted from the irradiation position control apparatus 300 and transmits the coordinate data to the position correction unit 251. The position correction unit 251 considers the positional relationship between the irradiation positions of the plurality of pulse laser beams based on the emission intensity transmitted from the intensity calculation unit 205 and the coordinate data transmitted from the coordinate data acquisition unit 203. Accordingly, the distribution of the emission intensity is calculated, and the coordinates giving the minimum value of the emission intensity are specified. The position correction unit 251 calculates the amount of deviation from the center position of the true branch hole from the specified coordinate data, and corrects all the coordinate data acquired from the coordinate data acquisition unit 203 based on the calculated amount of deviation ( Step S151).

位置補正部251は、座標データの補正が終了すると、補正後の座標データと発光強度の総和とを、総和算出部207に伝送する。総和算出部207は、伝送された発光強度および補正後の座標データに基づいて、強化対象点の周囲の所定の領域における発光強度の総和を算出する(ステップS105)。総和算出部207は、算出した発光強度の総和を、応力値推定部209に伝送する。   When the correction of the coordinate data is completed, the position correction unit 251 transmits the corrected coordinate data and the total light emission intensity to the total calculation unit 207. Based on the transmitted light emission intensity and the corrected coordinate data, the sum total calculation unit 207 calculates the total light emission intensity in a predetermined region around the reinforcement target point (step S105). The sum total calculation unit 207 transmits the calculated sum of the emission intensity to the stress value estimation unit 209.

続いて、応力値推定部209は、伝送された発光強度の総和と、記憶部211に格納された発光強度と圧縮応力との相関を示すデータベースと、に基づいて、強化対象点に付与された圧縮応力値の大きさを推定する(ステップS107)。   Subsequently, the stress value estimation unit 209 is assigned to the reinforcement target point based on the total sum of the transmitted light emission intensities and the database indicating the correlation between the light emission intensity and the compressive stress stored in the storage unit 211. The magnitude of the compressive stress value is estimated (step S107).

本実施形態に係る圧縮応力値推定装置200が実施する応力値の推定方法では、発光強度の分布に基づいて正確な分岐穴5の中心位置を特定することで、発光強度の総和をより正確に算出することが可能となる。これにより、本実施形態に係る応力値の推定方法では、強化対象点の近傍に局所的に付与される圧縮応力の周方向成分を、より精度よく推定することが可能となる。   In the stress value estimation method performed by the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the present embodiment, the accurate center position of the branch hole 5 is specified based on the emission intensity distribution, whereby the sum of the emission intensity is more accurately determined. It is possible to calculate. Thereby, in the stress value estimation method according to the present embodiment, it is possible to more accurately estimate the circumferential component of the compressive stress locally applied in the vicinity of the point to be strengthened.

(ハードウェア構成について)
次に、図17を参照しながら、本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置200のハードウェア構成について、詳細に説明する。図17は、本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置200のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
(About hardware configuration)
Next, a hardware configuration of the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 17 is a block diagram for explaining a hardware configuration of the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the embodiment of the present invention.

圧縮応力値推定装置200は、主に、CPU901と、ROM903と、RAM905と、を備える。また、圧縮応力値推定装置200は、更に、バス907と、入力装置909と、出力装置911と、ストレージ装置913と、ドライブ915と、接続ポート917と、通信装置919とを備える。   The compressive stress value estimation apparatus 200 mainly includes a CPU 901, a ROM 903, and a RAM 905. The compressive stress value estimation device 200 further includes a bus 907, an input device 909, an output device 911, a storage device 913, a drive 915, a connection port 917, and a communication device 919.

CPU901は、演算処理装置および制御装置として機能し、ROM903、RAM905、ストレージ装置913、またはリムーバブル記録媒体921に記録された各種プログラムに従って、圧縮応力値推定装置200内の動作全般またはその一部を制御する。ROM903は、CPU901が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。RAM905は、CPU901の実行において使用するプログラムや、その実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。これらはCPUバス等の内部バスにより構成されるバス907により相互に接続されている。   The CPU 901 functions as an arithmetic processing unit and a control unit, and controls all or a part of the operation in the compression stress value estimation device 200 according to various programs recorded in the ROM 903, the RAM 905, the storage device 913, or the removable recording medium 921. To do. The ROM 903 stores programs used by the CPU 901, calculation parameters, and the like. The RAM 905 primarily stores programs used in the execution of the CPU 901, parameters that change as appropriate during the execution, and the like. These are connected to each other by a bus 907 constituted by an internal bus such as a CPU bus.

バス907は、ブリッジを介して、PCI(Peripheral Component Interconnect/Interface)バスなどの外部バスに接続されている。   The bus 907 is connected to an external bus such as a PCI (Peripheral Component Interconnect / Interface) bus via a bridge.

入力装置909は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置909は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段(いわゆる、リモコン)であってもよいし、圧縮応力値推定装置200の操作に対応したPDA等の外部接続機器923であってもよい。さらに、入力装置909は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、CPU901に出力する入力制御回路などから構成されている。圧縮応力値推定装置200のユーザは、この入力装置909を操作することにより、圧縮応力値推定装置200に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。   The input device 909 is an operation unit operated by the user, such as a mouse, a keyboard, a touch panel, a button, a switch, and a lever. The input device 909 may be, for example, remote control means (so-called remote control) using infrared rays or other radio waves, or an external connection device 923 such as a PDA corresponding to the operation of the compressive stress value estimation device 200. It may be. Furthermore, the input device 909 includes, for example, an input control circuit that generates an input signal based on information input by a user using the operation unit and outputs the input signal to the CPU 901. A user of the compressive stress value estimating apparatus 200 can input various data and instruct a processing operation to the compressive stress value estimating apparatus 200 by operating the input device 909.

出力装置911は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、CRTディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ELディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置911は、例えば、圧縮応力値推定装置200が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、圧縮応力値推定装置200が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。   The output device 911 is configured by a device that can notify the user of the acquired information visually or audibly. Examples of such devices include CRT display devices, liquid crystal display devices, plasma display devices, EL display devices and display devices such as lamps, audio output devices such as speakers and headphones, printer devices, mobile phones, and facsimiles. The output device 911 outputs results obtained by various processes performed by the compressive stress value estimation device 200, for example. Specifically, the display device displays the results obtained by the various processes performed by the compressive stress value estimation device 200 as text or an image. On the other hand, the audio output device converts an audio signal composed of reproduced audio data, acoustic data, and the like into an analog signal and outputs the analog signal.

ストレージ装置913は、圧縮応力値推定装置200の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置913は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置913は、CPU901が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種のデータなどを格納する。   The storage device 913 is a data storage device configured as an example of a storage unit of the compressive stress value estimation device 200. The storage device 913 includes, for example, a magnetic storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage device, an optical storage device, or a magneto-optical storage device. The storage device 913 stores programs executed by the CPU 901, various data, various data acquired from the outside, and the like.

ドライブ915は、記録媒体用リーダライタであり、圧縮応力値推定装置200に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録されている情報を読み出して、RAM905に出力する。また、ドライブ915は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体921に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体921は、例えば、CDメディア、DVDメディア、Blu−rayメディア等である。また、リムーバブル記録媒体921は、コンパクトフラッシュ(登録商標)(CompactFlash:CF)、フラッシュメモリ、または、SDメモリカード(Secure Digital memory card)等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体921は、例えば、非接触型ICチップを搭載したICカード(Integrated Circuit card)または電子機器等であってもよい。   The drive 915 is a recording medium reader / writer, and is built in or externally attached to the compressive stress value estimation apparatus 200. The drive 915 reads information recorded on a removable recording medium 921 such as a mounted magnetic disk, optical disk, magneto-optical disk, or semiconductor memory, and outputs the information to the RAM 905. The drive 915 can also write a record on a removable recording medium 921 such as a magnetic disk, an optical disk, a magneto-optical disk, or a semiconductor memory. The removable recording medium 921 is, for example, a CD medium, a DVD medium, a Blu-ray medium, or the like. The removable recording medium 921 may be a CompactFlash (registered trademark) (CompactFlash: CF), a flash memory, an SD memory card (Secure Digital memory card), or the like. Further, the removable recording medium 921 may be, for example, an IC card (Integrated Circuit card) on which a non-contact IC chip is mounted, an electronic device, or the like.

接続ポート917は、機器を圧縮応力値推定装置200に直接接続するためのポートである。接続ポート917の一例として、USB(Universal Serial Bus)ポート、IEEE1394ポート、SCSI(Small Computer System Interface)ポート、RS−232Cポート等がある。この接続ポート917に外部接続機器923を接続することで、圧縮応力値推定装置200は、外部接続機器923から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器923に各種のデータを提供したりする。   The connection port 917 is a port for directly connecting a device to the compressive stress value estimation apparatus 200. Examples of the connection port 917 include a USB (Universal Serial Bus) port, an IEEE 1394 port, a SCSI (Small Computer System Interface) port, and an RS-232C port. By connecting the external connection device 923 to the connection port 917, the compressive stress value estimation apparatus 200 acquires various data directly from the external connection device 923 or provides various data to the external connection device 923. .

通信装置919は、例えば、通信網925に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置919は、例えば、有線または無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)、またはWUSB(Wireless USB)用の通信カード等である。また、通信装置919は、光通信用のルータ、ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置919は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばTCP/IP等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置919に接続される通信網925は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内LAN、赤外線通信、ラジオ波通信または衛星通信等であってもよい。   The communication device 919 is a communication interface configured with, for example, a communication device for connecting to the communication network 925. The communication device 919 is, for example, a communication card for wired or wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or WUSB (Wireless USB). The communication device 919 may be a router for optical communication, a router for ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line), or a modem for various communication. The communication device 919 can transmit and receive signals and the like according to a predetermined protocol such as TCP / IP, for example, with the Internet and other communication devices. The communication network 925 connected to the communication device 919 is configured by a wired or wireless network, and may be, for example, the Internet, a home LAN, infrared communication, radio wave communication, satellite communication, or the like. .

以上、本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置200の機能を実現可能なハードウェア構成の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用するハードウェア構成を変更することが可能である。   Heretofore, an example of the hardware configuration capable of realizing the function of the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the embodiment of the present invention has been shown. Each component described above may be configured using a general-purpose member, or may be configured by hardware specialized for the function of each component. Therefore, it is possible to change the hardware configuration to be used as appropriate according to the technical level at the time of carrying out this embodiment.

なお、本発明の実施形態に係る照射位置制御装置300のハードウェア構成は、本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置200のハードウェア構成と同様であり、同様の効果を奏するものであるため、説明は省略する。   The hardware configuration of the irradiation position control device 300 according to the embodiment of the present invention is the same as the hardware configuration of the compression stress value estimation device 200 according to the embodiment of the present invention, and has the same effects. Therefore, explanation is omitted.

(実施例)
続いて、本発明の効果を検証するために、発光量の総和SおよびSと、圧縮応力値σおよびσの相関を調査した結果について、詳細に説明する。
(Example)
Next, in order to verify the effect of the present invention, the results of investigating the correlation between the total light emission amounts S A and S B and the compressive stress values σ A and σ B will be described in detail.

まず、図1に示したコモンレール1の5個ある分岐穴開口周辺部に対して、図4に示した本発明の実施形態に係る圧縮応力値推定装置200を含むレーザ加工装置10を用いて、レーザピーニング処理を行った。コモンレール1は、引張強度600MPa級の鋼材を用いて製造したものを使用した。レール穴4の内径dは10mmであり、分岐穴5の内径dは1mmであった。また、分岐穴5の開口周辺部の応力集中を緩和するために、図3に示すような電解研磨を施した。 First, using the laser processing apparatus 10 including the compressive stress value estimation apparatus 200 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 4 with respect to the periphery of the five branch hole openings of the common rail 1 shown in FIG. Laser peening treatment was performed. The common rail 1 was manufactured using a steel material having a tensile strength of 600 MPa. Inside diameter d 1 of the rail hole 4 is 10 mm, the inner diameter d 2 of the branch hole 5 was 1 mm. Further, in order to alleviate the stress concentration around the opening of the branch hole 5, electrolytic polishing as shown in FIG. 3 was performed.

レーザビームとしては、水中透過性の高いNd:YAGレーザの2倍波(波長532nm)を用い、パルスエネルギーは100mJとし、パルスの時間幅は10nsとした。レーザビームのスポット径は0.6mmであり、パルスの繰り返し周波数は、100Hzとした。   As a laser beam, a double wave (wavelength 532 nm) of an Nd: YAG laser having high permeability in water was used, the pulse energy was 100 mJ, and the pulse width was 10 ns. The spot diameter of the laser beam was 0.6 mm, and the pulse repetition frequency was 100 Hz.

レーザピーニング処理は、分岐穴5の中心位置を中心として、4mm角の領域に対して行った。分岐穴開口周辺部のA点、B点近傍における分岐穴周方向の圧縮応力を高めるために、図6に示すようにレール穴4の軸方向に対して平行な方向にビームスポットを走査し、ビームスポットの走査をレール穴4の周方向に位置をずらしながら複数回行う方法で、処理を行った。同一点に対するパルスレーザビームの照射回数の平均値は、25回とした。   The laser peening process was performed on a 4 mm square region with the center position of the branch hole 5 as the center. In order to increase the compressive stress in the circumferential direction of the branch hole in the vicinity of the point A and the point B near the branch hole opening, the beam spot is scanned in a direction parallel to the axial direction of the rail hole 4 as shown in FIG. The processing was performed by scanning the beam spot a plurality of times while shifting the position in the circumferential direction of the rail hole 4. The average value of the number of times of irradiation with the pulse laser beam for the same point was 25 times.

また、発光検出素子119としてフォトダイオードを用い、このフォトダイオードにより処理中の各パルスレーザビームの照射に対する発光量を計測および記録した。また、光学フィルター121として、加工用のレーザビームの加工点からの反射光や迷光を遮断するためのレーザ光カットフィルターを用いた。発光量から発光強度への換算は、図10に示す発光の時間波形を、各レーザパルスについて時間積分することで行った。1つの分岐穴に対する処理が終了した後に、以下の実施例1〜実施例3に示したように、上述した複数の方法により総和を算出する演算を行った。   Further, a photodiode was used as the light emission detecting element 119, and the amount of light emission with respect to irradiation of each pulse laser beam being processed was measured and recorded by this photodiode. Further, as the optical filter 121, a laser light cut filter for blocking reflected light and stray light from the processing point of the processing laser beam was used. Conversion from the light emission amount to the light emission intensity was performed by time-integrating the time waveform of light emission shown in FIG. 10 for each laser pulse. After the processing for one branch hole was completed, as shown in Examples 1 to 3 below, an operation for calculating the sum by the above-described plurality of methods was performed.

さらに、以下の実施例1〜実施例3では、各分岐穴近傍のA点およびB点の分岐穴周方向応力σおよびσを測定した。A点およびB点における応力測定は、分岐穴5を含む一部分を切り出し、X線残留応力測定装置を用いて測定した。この切り出し加工においては、レーザピーニング処理により付与された残留応力が変化しないように、分岐穴5のレール穴4側の開口部から離れた位置で切断した。切り出した大きさは、レール穴4の軸方向の長さが40mmであり、分岐穴5の軸に垂直でレール穴4の軸を含む平面で切断した。X線応力測定におけるビーム径は、0.1mmとした。 Further, in Examples 1 to 3 below, branch hole circumferential stresses σ A and σ B at points A and B near each branch hole were measured. For the stress measurement at the points A and B, a part including the branch hole 5 was cut out and measured using an X-ray residual stress measuring apparatus. In this cutting process, cutting was performed at a position away from the opening on the rail hole 4 side of the branch hole 5 so that the residual stress applied by the laser peening process did not change. The cut-out size was such that the length of the rail hole 4 in the axial direction was 40 mm, and the rail hole 4 was cut by a plane perpendicular to the axis of the branch hole 5 and including the axis of the rail hole 4. The beam diameter in the X-ray stress measurement was 0.1 mm.

以上のようにして得られた発光強度の総和SおよびSと、残留応力σおよびσの関係をグラフ上にプロットし、2次曲線で近似した回帰線からのばらつきにより、推定精度を評価した。以下、各実施例における演算方法の詳細について、説明する。 The relationship between the sum S A and S B of the luminescence intensity obtained as described above and the residual stresses σ A and σ B is plotted on a graph, and the estimation accuracy is determined by the variation from the regression line approximated by a quadratic curve. Evaluated. Hereinafter, details of the calculation method in each embodiment will be described.

<実施例1>
実施例1では、強化対象点であるA点およびB点の近傍の所定の範囲に照射されるパルスレーザビームについて、対応する発光強度Iの総和を上記式1に基づいて算出する方法で、発光強度の総和SおよびSを算出した。総和を考慮する範囲は、上述した1つのパルスレーザビームで生ずる応力分布を踏まえて、図12の斜線部で示すように、A点およびB点を中心として長径U=1.5mm、短径U=1.0mmとする楕円形状とした。
<Example 1>
In the first embodiment, light emission is performed by calculating the sum of the corresponding emission intensities I based on Equation 1 above for a pulse laser beam irradiated to a predetermined range in the vicinity of points A and B, which are points to be enhanced. The sum of the strengths S A and S B was calculated. The range in which the total is taken into consideration is based on the stress distribution generated by one pulse laser beam as described above, as shown by the hatched portion in FIG. 12, the major axis U R = 1.5 mm around the point A and the point B, and the minor axis An elliptical shape with U Z = 1.0 mm was adopted.

結果を図18に示す。図18では、1本のコモンレールに対して5個の分岐穴があり、それぞれの穴の両側にあるA点、B点に対するデータを示しており、データ数は計10点となっている。図18から明らかなように、発光強度の総和Sと付与された応力値σとの間には正の相関が見られること、および、発光強度の総和Sを算出することで、付与された応力値σが推定可能であること、が判る。実際に付与された応力値と、回帰線の値から予想される応力との差の平均値を以下の式3に基づき算出したところ、47MPaであった。   The results are shown in FIG. In FIG. 18, there are five branch holes for one common rail, data for points A and B on both sides of each hole is shown, and the total number of data is 10. As is clear from FIG. 18, a positive correlation is found between the sum S of the emission intensity and the applied stress value σ, and the applied stress is calculated by calculating the sum S of the emission intensity. It can be seen that the value σ can be estimated. It was 47 MPa when the average value of the difference between the stress value actually applied and the stress expected from the value of the regression line was calculated based on the following Equation 3.

Figure 0005375476
・・・(式3)
Figure 0005375476
... (Formula 3)

<実施例2>
実施例2では、総和を考慮する範囲は、図12に示す上述の実施例1の場合と同一である。本実施例では、更に、強化対象点であるA点およびB点の近傍に照射されるパルスレーザビームほどより大きな寄与があるとして、上述した式2に基づく重み付け演算を行った。算出に用いた重み付け係数は、図13に示した応力分布の形状の広がりの大きさを踏まえて、以下の式4で表されるガウス分布から算出した値とした。
<Example 2>
In the second embodiment, the range in which the sum is taken into consideration is the same as in the first embodiment shown in FIG. In the present embodiment, the weighting calculation based on the above-described equation 2 was performed on the assumption that the pulse laser beam irradiated near the points A and B, which are points to be strengthened, has a larger contribution. The weighting coefficient used for the calculation was a value calculated from a Gaussian distribution represented by the following Equation 4 in consideration of the extent of the shape of the stress distribution shown in FIG.

Figure 0005375476
・・・(式4)
Figure 0005375476
... (Formula 4)

ここで、上記式4において、パラメータrは、各パルスレーザビームの照射位置のA点またはB点からの離隔距離である。得られた結果を図19に示す。図19において、データ数が計10点となっているのは、上述の実施例1の場合と同様である。実際に付与された応力値と、回帰線の値から予想される応力との差の平均値を、上記式3に基づき算出したところ、33MPaであった。この結果は、かかる総和の算出方法を用いることで、応力値の推定誤差を、実施例1よりも小さくできることを示している。   Here, in the above equation 4, the parameter r is the separation distance from the point A or B of the irradiation position of each pulse laser beam. The obtained result is shown in FIG. In FIG. 19, the total number of data is 10 as in the case of the first embodiment. It was 33 MPa when the average value of the difference between the stress value actually applied and the stress expected from the value of the regression line was calculated based on the above formula 3. This result shows that the estimation error of the stress value can be made smaller than that in the first embodiment by using such a sum total calculation method.

<実施例3>
実施例3は、総和を考慮する範囲および重み付け演算を用いる点では、実施例2と同様である。実施例3では、さらに、分岐穴近傍に照射される複数のパルスレーザビームに対する発光強度の分布から、分岐穴の中心位置座標を特定し、この特定結果をもとに各パルスレーザビームの照射位置を補正した上で発光強度の総和を算出する方法を用いた。
<Example 3>
The third embodiment is the same as the second embodiment in that a range that takes the summation into account and a weighting operation are used. In the third embodiment, the center position coordinate of the branch hole is specified from the distribution of the emission intensity with respect to the plurality of pulse laser beams irradiated near the branch hole, and the irradiation position of each pulse laser beam is determined based on this specification result. A method of calculating the total emission intensity after correcting the above was used.

分岐穴の中央位置の特定は、分岐穴の内部にスポット径の中心位置が入るパルスレーザビームの照射に対する発光強度の落ち込みを利用して、特定を行った。具体的には、レーザピーニング処理前に分岐穴の中心として設定した点を中心として半径0.5mm以下の領域に照射されるパルスレーザビームの発光強度の空間分布を、下に凸となる2次曲面で近似し、この結果得られる2次曲面の底となる点を分岐穴の中心として再定義した。この分岐穴の中心位置座標の再定義結果を基に、各パルスレーザビームの照射位置座標を補正後、発光強度の総和SおよびSを算出した。 The center position of the branch hole is specified by using a drop in the emission intensity with respect to the irradiation of the pulse laser beam in which the center position of the spot diameter enters the branch hole. Specifically, the spatial distribution of the emission intensity of the pulsed laser beam irradiated to a region having a radius of 0.5 mm or less centered on the point set as the center of the branch hole before the laser peening process is a quadratic convex downward The surface was approximated by a curved surface, and the bottom point of the resulting quadric surface was redefined as the center of the branch hole. Based on the redefinition results of the center position coordinates of the branch holes, the irradiation position coordinates of each pulse laser beam were corrected, and then the total emission intensity S A and S B was calculated.

結果を図20に示す。実際に付与された応力値と、回帰線の値から予想される応力との差の平均値を、上記式3に基づき算出したところ、20MPaであった。この結果は、かかる総和の算出方法を用いることで、応力値の推定誤差を、実施例2よりも更に小さくできることを示している。   The results are shown in FIG. When the average value of the difference between the stress value actually applied and the stress expected from the value of the regression line was calculated based on the above equation 3, it was 20 MPa. This result shows that the estimation error of the stress value can be made smaller than that in the second embodiment by using such a sum calculation method.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 レーザ加工装置
100 レーザ照射装置
200 圧縮応力値推定装置
201 測定データ取得部
203 座標データ取得部
205 強度算出部
207 総和算出部
209 応力値推定部
211 記憶部
251 位置補正部
300 照射位置制御装置
301 駆動制御部
303 座標データ取得部
305 座標データ送信部
400 給水ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser processing apparatus 100 Laser irradiation apparatus 200 Compression stress value estimation apparatus 201 Measurement data acquisition part 203 Coordinate data acquisition part 205 Strength calculation part 207 Sum total calculation part 209 Stress value estimation part 211 Storage part 251 Position correction part 300 Irradiation position control apparatus 301 Drive control unit 303 Coordinate data acquisition unit 305 Coordinate data transmission unit 400 Water supply pump

Claims (16)

開口部を有する被処理部材に対してパルスレーザビームを照射し、当該被処理部材に対して圧縮応力を付与するレーザピーニング処理において、前記被処理部材に付与された圧縮応力を推定する方法であって、
前記被処理部材の開口周辺部に複数のパルスレーザビームを照射されることで発生した光の時間波形データである発光量の測定結果を取得するステップと、
前記開口部の直径の両端近傍で発生した前記光の発光量のピーク値または時間積分値である発光強度を、前記発光量の測定結果に基づいて算出するステップと、
発光強度と圧縮応力との相関を示す予め設定したデータベースを参照し、算出した前記発光強度に基づいて、付与された圧縮応力の大きさを推定するステップと、
を含み、
前記発光強度を算出するステップでは、前記発光量の測定結果の中から、前記開口部の直径の端部を中心とした領域内における発光の発光量を特定し、当該領域内について発光強度の総和を算出する、圧縮応力値の推定方法。
In a laser peening process in which a member to be processed having an opening is irradiated with a pulse laser beam and compressive stress is applied to the member to be processed, the compressive stress applied to the member to be processed is estimated. And
Obtaining a measurement result of a light emission amount, which is time waveform data of light generated by irradiating a plurality of pulse laser beams on the periphery of the opening of the member to be processed;
Calculating, based on the emission intensity is the peak value or the time integral value of the emission amount of the light generated near the ends of the diameter of the opening, the light emission amount of the measurement results,
Referring to a preset database showing the correlation between the luminescence intensity and the compressive stress, and estimating the magnitude of the applied compressive stress based on the calculated luminescence intensity;
Only including,
In the step of calculating the light emission intensity, the light emission amount of light emission in a region centering on an end portion of the diameter of the opening is specified from the measurement result of the light emission amount, and the sum of the light emission intensities in the region. A method for estimating a compressive stress value.
前記発光強度を算出するステップでは、前記発光量の測定結果の中から、前記開口部の直径の端部を中心とした楕円形状の領域内における発光の発光量を特定し、当該領域内について発光強度の総和を算出する、請求項に記載の圧縮応力値の推定方法。 In the step of calculating the light emission intensity, the light emission amount of light emission in an elliptical region centering on an end of the diameter of the opening is specified from the measurement result of the light emission amount, and light emission is performed in the region. calculating the sum of the intensity, the method of estimating the compression stress value of claim 1. 前記開口部は、前記被処理部材の長手方向に沿って複数設けられており、
前記楕円形状の領域の長軸方向は、前記被処理部材の長手方向に対して直交する方向である、請求項に記載の圧縮応力値の推定方法。
A plurality of the openings are provided along the longitudinal direction of the member to be processed.
The method for estimating a compressive stress value according to claim 2 , wherein a major axis direction of the elliptical region is a direction orthogonal to a longitudinal direction of the member to be processed.
前記発光強度を算出するステップでは、前記領域内に含まれる発光強度のそれぞれに対し、前記開口部の直径の端部からの距離に応じた重み付け係数を積算して、発光強度の総和を算出する、請求項に記載の圧縮応力値の推定方法。 In the step of calculating the light emission intensity, the weighting coefficient corresponding to the distance from the end of the diameter of the opening is added to each of the light emission intensities included in the region to calculate the total light emission intensity. The method for estimating a compressive stress value according to claim 1 . 前記重み付け係数は、前記開口部の直径の端部からの距離を変数とするガウス分布から得られる値である、請求項に記載の圧縮応力の推定方法。 The compressive stress value estimation method according to claim 4 , wherein the weighting coefficient is a value obtained from a Gaussian distribution using a distance from an end of the diameter of the opening as a variable. 前記発光強度を算出するステップと前記圧縮応力の大きさを推定するステップとの間に、発光強度の分布に基づいて前記開口部の中心位置を特定し、当該中心位置の特定結果に基づいて前記パルスレーザビームが照射された位置を表す情報を補正するステップを更に含む、請求項1に記載の圧縮応力の推定方法。 Between the step of calculating the light emission intensity and the step of estimating the magnitude of the compressive stress, the center position of the opening is specified based on the distribution of the light emission intensity, and the center position is determined based on the determination result of the center position. The method for estimating a compressive stress value according to claim 1, further comprising a step of correcting information representing a position irradiated with the pulse laser beam. 前記パルスレーザビームが照射された位置を表す情報を補正するステップでは、前記発光強度の分布において発光強度の最小値を与える位置を、前記開口部の中心位置と特定する、請求項に記載の圧縮応力の推定方法。 In the step of correcting the information indicating the position where the pulsed laser beam is irradiated, the position giving the minimum value of the emission intensity in the distribution of the luminous intensity, is specified as the central position of the opening, according to claim 6 Method for estimating the compressive stress value . 開口部を有する被処理部材に対してパルスレーザビームを照射し、当該被処理部材に対して圧縮応力を付与するレーザピーニング処理において、前記被処理部材に付与された圧縮応力を推定する圧縮応力値推定装置であって、
前記被処理部材の開口周辺部に複数のパルスレーザビームが照射されることで発生した光の時間波形データである発光量に関する測定データを取得する測定データ取得部と、
前記発光量に関する測定データに基づいて、当該発光量から発光量のピーク値または時間積分値である発光強度を算出する強度算出部と、
前記開口部の直径の両端近傍で発生した光の発光強度の総和を、前記強度算出部により算出された発光強度に基づいて算出する総和算出部と、
発光強度と圧縮応力との相関を示す予め設定したデータベースを参照し、前記総和算出部により算出された発光強度の総和に基づいて、付与された圧縮応力の大きさを推定する応力値推定部と、
前記パルスレーザビームの照射位置を表すデータである座標データを取得する座標データ取得部と、
を備え
前記総和算出部は、前記座標データに基づいて、前記開口部の直径の両端近傍で発生した光の発光強度の総和を算出する、圧縮応力値推定装置。
In a laser peening process in which a processing member having an opening is irradiated with a pulsed laser beam and compressive stress is applied to the processing target member, a compressive stress value for estimating the compressive stress applied to the processing target member An estimation device,
A measurement data acquisition unit that acquires measurement data related to the amount of light emission, which is time waveform data of light generated by irradiating a plurality of pulsed laser beams to the periphery of the opening of the member to be processed;
Based on the measurement data related to the light emission amount, an intensity calculation unit that calculates a light emission intensity that is a peak value or a time integral value of the light emission amount from the light emission amount ;
A sum total calculation unit for calculating the sum of the emission intensity of light generated near both ends of the diameter of the opening based on the emission intensity calculated by the intensity calculation unit;
A stress value estimation unit that estimates a magnitude of the applied compressive stress based on a total sum of the emission intensities calculated by the total calculation unit with reference to a preset database showing a correlation between the emission intensity and the compression stress; ,
A coordinate data acquisition unit for acquiring coordinate data which is data representing the irradiation position of the pulse laser beam;
Equipped with a,
The said sum total calculation part is a compressive-stress value estimation apparatus which calculates the sum total of the emitted light intensity of the light generate | occur | produced near the both ends of the diameter of the said opening part based on the said coordinate data .
前記総和算出部は、前記開口部の直径の端部を中心とした領域内における発光強度の総和を算出する、請求項に記載の圧縮応力値推定装置。 The compressive stress value estimation apparatus according to claim 8 , wherein the total calculation unit calculates a total sum of light emission intensities in a region centered on an end of a diameter of the opening. 前記総和算出部は、前記開口部の直径の端部を中心とした楕円形状の領域内における発光強度の総和を算出する、請求項に記載の圧縮応力値推定装置。 The compressive stress value estimation apparatus according to claim 9 , wherein the total calculation unit calculates a total sum of light emission intensities in an elliptical region centered on an end of a diameter of the opening. 前記開口部は、前記被処理部材の長手方向に沿って複数設けられており、
前記総和算出部は、前記楕円形状の領域の長軸方向を、前記被処理部材の長手方向に対して直交する方向とする、請求項10に記載の圧縮応力値推定装置。
A plurality of the openings are provided along the longitudinal direction of the member to be processed.
The compressive stress value estimation apparatus according to claim 10 , wherein the total calculation unit sets a major axis direction of the elliptical region as a direction orthogonal to a longitudinal direction of the processing target member.
前記総和算出部は、前記領域内に含まれる発光強度のそれぞれに対し、前記開口部の直径の端部からの距離に応じた重み付け係数を積算して、発光強度の総和を算出する、請求項に記載の圧縮応力値推定装置。 The sum total calculation unit calculates a sum of emission intensities by adding a weighting coefficient corresponding to a distance from an end of a diameter of the opening to each of the emission intensities included in the region. 9. The compressive stress value estimation apparatus according to 9 . 前記総和算出部は、前記重み付け係数として、前記開口部の直径の端部からの距離を変数とするガウス分布から得られる値を使用する、請求項12に記載の圧縮応力値推定装置。 The compressive stress value estimation apparatus according to claim 12 , wherein the total calculation unit uses a value obtained from a Gaussian distribution having a distance from an end of a diameter of the opening as a variable as the weighting coefficient. 前記圧縮応力値推定装置は、前記強度算出部が算出した発光強度の分布に基づいて、前記開口部の中心位置を特定し、当該中心位置の特定結果に基づいて前記パルスレーザビームが照射された位置を表す座標データを補正する位置補正部を更に備える、請求項に記載の圧縮応力値推定装置。 The compressive stress value estimation device identifies the center position of the opening based on the emission intensity distribution calculated by the intensity calculation unit, and the pulse laser beam is irradiated based on the identification result of the center position. The compressive-stress value estimation apparatus of Claim 8 further provided with the position correction part which correct | amends the coordinate data showing a position. 前記位置補正部は、前記発光強度の分布において発光強度の最小値を与える位置を、前記開口部の中心位置と特定する、請求項14に記載の圧縮応力値推定装置。 The compression stress value estimation device according to claim 14 , wherein the position correction unit specifies a position that gives a minimum value of light emission intensity in the light emission intensity distribution as a center position of the opening. 開口部を有する被処理部材に対してパルスレーザビームを照射し、当該被処理部材に対して圧縮応力を付与するレーザピーニング処理を実行可能なレーザ加工装置であって、
前記被処理部材に対して所定波長のパルスレーザビームを照射するレーザビーム発振器と、前記被処理部材の開口周辺部に複数のパルスレーザビームを照射するとともに、当該パルスレーザビームの照射によって発生した光を集光する照射ヘッドと、前記パルスレーザビームの照射によって発生した光を検出する検出素子と、を備えるレーザ照射装置と、
請求項8〜15のいずれか一項に記載の圧縮応力値推定装置と、
を備える、レーザ加工装置。
A laser processing apparatus capable of executing a laser peening process for irradiating a member to be processed having an opening with a pulsed laser beam and applying a compressive stress to the member to be processed,
A laser beam oscillator that irradiates the target member with a pulse laser beam of a predetermined wavelength, and a light generated by irradiating the peripheral portion of the opening of the target member with a plurality of pulse laser beams and the irradiation of the pulse laser beam. A laser irradiation apparatus comprising: an irradiation head that collects light; and a detection element that detects light generated by the irradiation of the pulse laser beam;
The compressive stress value estimation apparatus according to any one of claims 8 to 15 ,
A laser processing apparatus comprising:
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