JP7247074B2 - LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、施工対象の表面にレーザ光を照射して性能改善を図るレーザピーニング施工技術に関する。 An embodiment of the present invention relates to a laser peening technique for improving performance by irradiating a surface of an object to be treated with a laser beam.

材料の表面は、疲労破壊や応力腐食割れなどが発生する起点になり易い。このため、 圧縮残留応力を材料の表面近傍へ付与して、き裂の発生、進展を抑制することで、材料の耐疲労破壊性、耐応力腐食割れ性を向上することができる。 The surface of the material tends to be a starting point for fatigue fracture, stress corrosion cracking, and the like. Therefore, by applying compressive residual stress to the vicinity of the surface of the material to suppress crack initiation and propagation, it is possible to improve fatigue fracture resistance and stress corrosion cracking resistance of the material.

レーザピーニングは、施工対象の表面に圧縮残留応力を付与する技術である。施工対象にパルスレーザを照射してプラズマを発生、膨張させる。この膨張の力学的反作用により施工対象の表面近傍が圧縮され、応力が残留する。レーザピーニングでは、レーザ光のエネルギー、照射面積などの施工条件を調節することで、残留応力の大きさや、付与される深さを制御できる。 Laser peening is a technique that imparts compressive residual stress to the surface of the object to be processed. A plasma is generated and expanded by irradiating the object with a pulsed laser. Due to the mechanical reaction of this expansion, the vicinity of the surface of the construction target is compressed, and stress remains. In laser peening, the magnitude of residual stress and the depth to which it is applied can be controlled by adjusting the working conditions such as the energy of the laser beam and the irradiation area.

特許第5375476号公報Japanese Patent No. 5375476

レーザピーニングによって所望の残留応力を得るのは容易ではない。まず、レーザピーニングの適切な施工条件は、ノウハウであり、経験に基づいて設定せざるを得ないことも多い。さらに、施工対象(の形状)や周囲環境によっては、施工部に照射されるレーザ光のエネルギーや照射面積が不安定化することもある。この場合、施工によって所望の残留応力が得られない可能性がある。 It is not easy to obtain the desired residual stress by laser peening. First, the appropriate working conditions for laser peening are know-how, and often have to be set based on experience. Furthermore, depending on (the shape of) the object to be worked on and the surrounding environment, the energy of the laser beam irradiated to the working part and the irradiation area may become unstable. In this case, the desired residual stress may not be obtained by construction.

施工部に所望の残留応力が付与され施工品質が確保されていることの確認は、例えば逐次研磨を併用したX線応力測定法や穿孔法によって、施工後に残留応力を測定してなされる。しかし、実製品や狭隘部など、施工後に残留応力の測定を行うことが困難な場合がある。 Confirmation that the desired residual stress is imparted to the construction part and that the construction quality is ensured is made by measuring the residual stress after construction, for example, by an X-ray stress measurement method or a perforation method combined with sequential polishing. However, there are cases where it is difficult to measure residual stress after construction, such as in actual products and narrow spaces.

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、施工後に残留応力を実測すること無く、品質確保の確認がとれるレーザピーニング施工技術を提供することを目的とする。 The embodiments of the present invention have been made in consideration of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a laser peening technique capable of confirming quality assurance without actually measuring residual stress after construction.

実施形態に係るレーザピーニング施工装置において、パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得する画像取得部と、前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測する計測部と、を備え、前記撮影画像は、前記パルスレーザの照射軸に対して斜め方向から撮影したものであるか、もしくは断続的に照射された前記パルスレーザにより形成された複数の前記照射痕の前記形状データと第1基準値との第1偏差を算出する第1算出部と、前記第1偏差が第1閾値未満か否かを判定する第1判定部と、を備えるか、もしくは前記照射痕の形状データと前記施工対象に付与される残留応力との関係を表すデータベースと、前記撮影画像から計測した前記照射痕の形状データ及び前記データベースに基づいて残留応力を推定する推定部と、を備える。
In the laser peening apparatus according to the embodiment, an image acquisition unit that acquires a photographed image of an irradiation mark formed on an irradiation surface when peening a target to be processed by irradiating a pulse laser, and a photographed image of the irradiation mark from the photographed image. a measurement unit for measuring shape data, wherein the captured image is captured from an oblique direction with respect to the irradiation axis of the pulsed laser, or is formed by the pulsed laser that is intermittently irradiated. a first calculator that calculates a first deviation between the shape data of the plurality of irradiation marks and a first reference value; and a first determination unit that determines whether the first deviation is less than a first threshold. Alternatively, a database representing the relationship between the shape data of the irradiation mark and the residual stress imparted to the construction object, and the residual stress is estimated based on the shape data of the irradiation mark measured from the photographed image and the database. and an estimating unit .

本発明の実施形態により、施工後に残留応力を実測すること無く、品質確保の確認がとれるレーザピーニング施工技術が提供される。 According to the embodiment of the present invention, a laser peening technique is provided that enables confirmation of quality assurance without actually measuring residual stress after construction.

本発明の第1実施形態に係るレーザピーニング施工装置の構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram of the laser peening apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係るレーザピーニング施工装置の変形例の構成図。The block diagram of the modification of the laser peening apparatus which concerns on 1st Embodiment. (A)光学式のカメラによる照射痕の撮影画像、(B)レーザスキャン式のカメラによる同一の照射痕の撮影画像。(A) A photographed image of an irradiation mark by an optical camera, (B) A photographed image of the same irradiation mark by a laser scanning camera. レーザスポットの縦断面の拡大図。The enlarged view of the longitudinal section of a laser spot. (A)(B)レーザスポットの位置に対する照射痕深さを示すグラフ。(A) and (B) are graphs showing irradiation mark depths with respect to laser spot positions. 第1実施形態に係るレーザピーニング施工方法及びレーザピーニング施工プログラムのフローチャート。4 is a flow chart of a laser peening method and a laser peening program according to the first embodiment; 第2実施形態に係るレーザピーニング施工装置の部分構成図。The partial block diagram of the laser peening apparatus which concerns on 2nd Embodiment. Alloy600の施工対象にレーザピーニングしたときの照射痕深さDとレーザ強度Φとの関係を示すグラフ。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the irradiation mark depth D and the laser intensity Φ when laser peening is performed on an alloy 600 object. SUS316Lの施工対象にレーザピーニングしたときの衝撃圧Pとレーザ強度Φとの関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between impact pressure P and laser intensity Φ when laser peening is performed on a SUS316L object. (A)(B)レーザスポットの位置に対する残留応力を示すグラフ。(A) and (B) Graphs showing residual stress versus laser spot position. 第2実施形態に係るレーザピーニング施工方法及びレーザピーニング施工プログラムのフローチャート。Flowcharts of a laser peening construction method and a laser peening construction program according to a second embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1は本発明の第1実施形態に係るレーザピーニング施工装置10Aの構成図である。図1に示すようにレーザピーニング施工装置10A(10)は、レーザ照射部20、監視部30A(30)、駆動部23、レーザ走査部18、カメラ11及び表示部12から構成されている。このうちレーザ照射部20は、レーザ発振器21及び集光光学系22を備えている。
(First embodiment)
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a laser peening apparatus 10A according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the laser peening apparatus 10A (10) comprises a laser irradiation section 20, a monitoring section 30A (30), a driving section 23, a laser scanning section 18, a camera 11 and a display section 12. Among them, the laser irradiation unit 20 includes a laser oscillator 21 and a condensing optical system 22 .

レーザ発振器21は、レーザピーニングのためのパルスレーザ16を発振する。このパルスレーザ16の波長及びパルス幅は、適宜選択することができる。例えば、Nd:YAGレーザを用いて、波長1064nm、あるいは532nm、パルス幅が数ns~数十nsのパルスレーザを発生できる。そして、レーザ発振器21で発振されるパルスレーザ16の出力強度等の照射条件は、駆動部23で調整される。 A laser oscillator 21 oscillates a pulse laser 16 for laser peening. The wavelength and pulse width of this pulse laser 16 can be selected as appropriate. For example, a Nd:YAG laser can be used to generate a pulse laser with a wavelength of 1064 nm or 532 nm and a pulse width of several nanoseconds to several tens of nanoseconds. Irradiation conditions such as the output intensity of the pulse laser 16 oscillated by the laser oscillator 21 are adjusted by the drive unit 23 .

集光光学系22は、レーザ発振器21で発振されたパルスレーザ16を、施工対象17にスポット状に照射するものである。集光光学系22は、レーザ発振器21が出力したパルスレーザ16を45°方向に反射させるミラー25,26と、このパルスレーザ16を収束させる収束レンズ27と、この収束レンズ27を施工対象17に対して相対変位させレーザスポット19の大きさを可変するレンズ変位部28と、を有している。レンズ変位部28により、収束レンズ27と施工対象17との間隔が調節されることで、レーザスポット19の大きさ(照射面積)が変更される。 The condensing optical system 22 irradiates the pulse laser 16 oscillated by the laser oscillator 21 to the object 17 to be worked in a spot shape. The condensing optical system 22 includes mirrors 25 and 26 that reflect the pulse laser 16 output from the laser oscillator 21 in the direction of 45°, a converging lens 27 that converges the pulse laser 16, and the converging lens 27 on the object 17 to be worked. and a lens displacement unit 28 that changes the size of the laser spot 19 by relatively displacing it. The size (irradiation area) of the laser spot 19 is changed by adjusting the distance between the converging lens 27 and the object 17 to be processed by the lens displacement section 28 .

レーザ走査部18は、レーザ照射部20と施工対象17とを、照射軸13に交わる方向に相対移動させる駆動機構である。なおレーザ照射部20と施工対象17との相対移動とは、施工対象17を固定してレーザ照射部20を移動させる場合、レーザ照射部20を固定して施工対象17を移動させる場合がある。そして、レーザスポット19を施工対象17にスキャン(走査)したときのショット間隔は、レーザ発振器21の周波数及び走査速度から決定される。 The laser scanning unit 18 is a drive mechanism that relatively moves the laser irradiation unit 20 and the construction target 17 in a direction intersecting the irradiation axis 13 . The relative movement between the laser irradiating unit 20 and the object 17 to be worked may be the case where the object 17 to be worked is fixed and the object 17 to be worked is moved, or the object 17 to be worked is moved while the laser irradiating unit 20 is fixed. The shot interval when the laser spot 19 scans (scans) the object 17 to be worked is determined from the frequency and scanning speed of the laser oscillator 21 .

カメラ11は、パルスレーザ16を照射して形成される照射痕14の撮影画像41を撮影するものである。図1においてカメラ11は、撮影画像41を、パルスレーザ16の照射軸13に対して斜め方向から撮影している。なおカメラ11の配置は特に限定されることはなく、図2に示すように、撮影画像41を、パルスレーザ16を反射させるハーフミラー26を介して照射軸13に略一致する方向から撮影してもよい。また、施工対象17が狭隘部等に存在し作業者による直接観察が困難な場合は、カメラ11に小型ミラーやファイバースコープ等を設け、これらを介して照射痕14を撮影することができる。 The camera 11 captures a captured image 41 of the irradiation mark 14 formed by irradiating the pulse laser 16 . In FIG. 1 , the camera 11 captures a captured image 41 from an oblique direction with respect to the irradiation axis 13 of the pulse laser 16 . Note that the arrangement of the camera 11 is not particularly limited, and as shown in FIG. good too. In addition, when the construction target 17 exists in a narrow space or the like and it is difficult for the operator to directly observe it, the camera 11 is provided with a small mirror, a fiberscope, or the like, and the irradiation mark 14 can be photographed through these.

監視部30Aは、パルスレーザ16を照射して施工対象17をピーニングした際に照射面15に形成される照射痕14(図4)の撮影画像41(図3)を取得する画像取得部31と、撮影画像41から照射痕14の形状データ38を計測する計測部32と、を備えている。照射痕14の撮影画像41及び形状データ38は、表示部12に表示させることができる。 The monitoring unit 30A has an image acquiring unit 31 that acquires a photographed image 41 (FIG. 3) of the irradiation mark 14 (FIG. 4) formed on the irradiated surface 15 when the object 17 to be worked is peened by irradiating the pulse laser 16. , and a measuring unit 32 for measuring the shape data 38 of the irradiation mark 14 from the photographed image 41 . The captured image 41 and the shape data 38 of the irradiation mark 14 can be displayed on the display unit 12 .

図3(A)は光学式のカメラ11による照射痕の撮影画像であり、図3(B)はレーザスキャン式のカメラ11による同一の照射痕の撮影画像である。このカメラ11は、例えば、CCDカメラやレーザや光干渉を活用した3Dスキャナを用いることができる。照射痕14の形状の撮影には、パルスレーザ16の波長を含まない波長帯の光を撮影することが好ましい。このために、カメラ11が、パルスレーザ16の波長の光を遮断するフィルタを備えることができる。 FIG. 3A is an image of an irradiation mark taken by the optical camera 11, and FIG. 3B is an image of the same irradiation mark taken by the laser scanning camera 11. FIG. For this camera 11, for example, a CCD camera, a laser, or a 3D scanner utilizing optical interference can be used. For photographing the shape of the irradiation marks 14, it is preferable to photograph light in a wavelength band that does not include the wavelength of the pulse laser 16. FIG. For this purpose, the camera 11 can be equipped with a filter that blocks light at the wavelength of the pulsed laser 16 .

図4はレーザスポット19の縦断面の拡大図である。パルス幅5~10nsec程度のパルスレーザ16は、直径2aが1mm程度のスポット19に集光され施工対象17の照射面15に照射される。すると、この施工対象17の表面がエネルギーを吸収してプラズマを発生する。このプラズマの周囲が水等の、パルスレーザ16に対し透明な液体(図示略)で覆われている場合、プラズマの膨張が妨げられて内部圧力が数GPa程度に達し、施工対象17に衝撃を加える。その際に強力な衝撃波が発生し、施工対象17を内部伝播しつつ塑性変形させ、圧縮の残留応力が付与される。 FIG. 4 is an enlarged view of a longitudinal section of the laser spot 19. FIG. A pulsed laser 16 having a pulse width of about 5 to 10 nsec is condensed into a spot 19 having a diameter 2a of about 1 mm and irradiated onto an irradiation surface 15 of a work object 17 . Then, the surface of this construction target 17 absorbs energy and generates plasma. When this plasma is surrounded by a liquid (not shown) transparent to the pulse laser 16 , such as water, the expansion of the plasma is hindered and the internal pressure reaches several GPa, and the object 17 is impacted. Add. At that time, a strong shock wave is generated, which plastically deforms the work object 17 while propagating inside, and compressive residual stress is applied.

さらに、施工対象17の照射面15のレーザアブレーションされた箇所には、金属原子がプラズマとなって蒸発した後に、照射痕14が形成される。計測部32は、撮影画像(図3)を画像処理して、照射痕14の深さD及び開口の大きさ(半径a又は面積)を形状データ38として計測する。 Furthermore, irradiation traces 14 are formed on the laser-ablated portions of the irradiation surface 15 of the object 17 after the metal atoms become plasma and evaporate. The measurement unit 32 performs image processing on the captured image ( FIG. 3 ) and measures the depth D of the irradiation mark 14 and the size (radius a or area) of the opening as shape data 38 .

なお、同一の照射痕14に対し、パルスレーザ16の照射が複数回なされている場合は、計測された照射痕深さを照射回数で除算し、1回パルス照射当たりの照射痕深さDを採用することが好ましい。さらに、照射痕14の開口の大きさ(半径a)について、照射痕14の一部を被せながらレーザ照射する場合、照射痕14の形状を円や楕円などで近似し、照射痕の開口の大きさ(半径a)を決定することが望ましい。またこれら照射痕の深さDや開口の大きさは、複数の計測値から得られる平均値や中央値を採用してもよい。 When the same irradiation mark 14 is irradiated with the pulse laser 16 a plurality of times, the measured irradiation mark depth is divided by the number of times of irradiation, and the irradiation mark depth D per one pulse irradiation is calculated. It is preferable to adopt Furthermore, regarding the size (radius a) of the opening of the irradiation mark 14, when laser irradiation is performed while covering a part of the irradiation mark 14, the shape of the irradiation mark 14 is approximated by a circle or an ellipse, and the size of the opening of the irradiation mark is determined. It is desirable to determine the depth (radius a). For the depth D of the irradiation mark and the size of the aperture, an average value or a median value obtained from a plurality of measured values may be used.

撮影画像41や形状データ38は、パルスレーザ16が断続的にスキャン照射される毎に、逐次的に図示略の記憶部にデータメモリされる。この記憶部にデータメモリされた撮影画像41や形状データ38は、後述する算出部33(33a,33b)や判定部34(34a,34b)における演算に用いられる。 The photographed image 41 and the shape data 38 are sequentially stored in a storage unit (not shown) each time the pulse laser 16 intermittently scans and irradiates. The photographed image 41 and the shape data 38 stored in the data memory in this storage section are used for calculation in the calculation section 33 (33a, 33b) and the determination section 34 (34a, 34b), which will be described later.

第1算出部33aは、断続的に照射されたパルスレーザ16により形成された複数の照射痕14の形状データ38と第1基準値36a(36)との第1偏差39a(39)を算出するものである。ここで第1基準値36aとは、予め設定された設定値であったりレーザピーニングの施工開始直後に形成された照射痕14の形状データ38であったり、直前の照射痕14の形状データ38であったり、複数の形状データ38から得られる平均値や中央値であったりする。 The first calculator 33a calculates a first deviation 39a (39) between the shape data 38 of the plurality of irradiation marks 14 formed by the intermittently irradiated pulse laser 16 and the first reference value 36a (36). It is. Here, the first reference value 36a is a set value set in advance, shape data 38 of the irradiation mark 14 formed immediately after the start of laser peening, or shape data 38 of the irradiation mark 14 immediately before. Alternatively, it may be an average value or a median value obtained from a plurality of shape data 38 .

第1判定部34aは、第1算出部33aから出力された第1偏差39aが第1閾値37a未満か否かを判定するものである。なお閾値37は、予め設定された設定値であって、偏差39が閾値37を超えない場合は、レーザピーニング施工は、正常に進捗していることを示す。そして、偏差39が閾値37を超える場合は、レーザピーニング施工は、異常又は不安定であることを示し、この場合、オペレータに対し警告を発したりインターロックを発動して施工を緊急停止したりする。 The first determination section 34a determines whether or not the first deviation 39a output from the first calculation section 33a is less than the first threshold value 37a. The threshold value 37 is a set value set in advance, and when the deviation 39 does not exceed the threshold value 37, it indicates that the laser peening is progressing normally. If the deviation 39 exceeds the threshold 37, it indicates that the laser peening process is abnormal or unstable. In this case, an operator is warned or an interlock is activated to stop the process. .

図5(A)(B)は、レーザスポット19の位置に対する照射痕深さDを示すグラフである。このグラフは、照射痕深さDの時間的な変化を表している。そしてこのグラフは、レーザピーニング施工中又はその終了後、表示部12に表示される。ここで図5(A)は、基準値36を0.5μmとしたとき、レーザピーニング施工が正常に進捗していることを示している。一方において図5(B)は、レーザピーニング施工の進捗が異常であることを示している。 FIGS. 5A and 5B are graphs showing the irradiation mark depth D with respect to the position of the laser spot 19. FIG. This graph represents temporal changes in the depth D of the irradiation mark. This graph is displayed on the display unit 12 during or after laser peening. Here, FIG. 5A shows that laser peening is progressing normally when the reference value 36 is 0.5 μm. On the other hand, FIG. 5B shows that the laser peening progress is abnormal.

なおレーザピーニングにより生じる施工対象17の表面近傍の残留応力は、後述するように照射痕14の形状データ38(特に、深さD)と相関性を有する。このため、施工中の照射痕14の撮影画像41及び形状データ38を追跡していくことで、レーザピーニング施工の適否を判定することができる。そして、形状データ38を経時的にグラフ表示等することで、オペレータが施工の健全性を容易に判断できる。 Note that the residual stress in the vicinity of the surface of the object 17 to be processed caused by laser peening has a correlation with the shape data 38 (in particular, the depth D) of the irradiation marks 14, as will be described later. Therefore, by tracing the photographed image 41 and the shape data 38 of the irradiation mark 14 under construction, it is possible to determine whether the laser peening construction is appropriate. By displaying the shape data 38 over time in a graph or the like, the operator can easily judge the soundness of construction.

なお、それぞれの照射痕深さDのデータに対応する照射痕14の撮影画像41を、表示部12に並列表示することができる。これによりオペレータは、施工中あるいは施工後に、断続的に形成された照射痕14の形状変化を評価することができる。なお、レーザピーニング開始後、数パルス分のレーザを照射するまでは判定対象外とすることが好ましい。動作開始直後の照射痕14は多少の不安定性を有することがあるためである。 The photographed images 41 of the irradiation marks 14 corresponding to the data of the respective irradiation mark depths D can be displayed in parallel on the display unit 12 . Thereby, the operator can evaluate the shape change of the irradiation mark 14 formed intermittently during or after the construction. In addition, it is preferable that the judgment is not performed until several pulses of the laser are irradiated after the start of laser peening. This is because the irradiation mark 14 immediately after the start of operation may have some instability.

なお撮影した照射痕14の撮影画像41を施工中リアルタイムでオペレータが確認する場合、オペレータが肉眼ですべての照射痕14を視認することは困難である。しかし、不適切な施工により、照射痕14の形状が不安定に変化した状態が連続する場合は、オペレータは異常に気付き、施工が不適切であることを認識できる。 When the operator confirms the shot image 41 of the photographed irradiation marks 14 in real time during construction, it is difficult for the operator to visually recognize all the irradiation marks 14 with the naked eye. However, if the shape of the irradiation mark 14 continues to change unstably due to inappropriate construction, the operator will notice the abnormality and recognize that the construction is inappropriate.

なお、ここでは照射痕14の形状データ38として、照射痕深さDを判定対象としたが、開口の大きさ(半径、面積)、もしくは両方を判定対象としてもよい。また偏差39の絶対値をとって閾値37の判定をするか、偏差39に付いている正符号又は負符号を加味して閾値37の判定をするか、もしくは閾値37に上限及び下限のいずれか又は両方(範囲)を設定することについては、任意である。 Here, as the shape data 38 of the irradiation mark 14, the irradiation mark depth D is used as the determination target, but the size of the opening (radius, area) or both may be used as the determination target. Either the absolute value of the deviation 39 is taken to determine the threshold value 37, or the threshold value 37 is determined by taking into account the plus or minus sign attached to the deviation 39, or the threshold value 37 has either an upper limit or a lower limit. Or setting both (range) is arbitrary.

さらに監視部30Aに調整部35を設け、偏差39が小さくなるようにパルスレーザ16の照射条件を、駆動部23において調整させることができる。照射痕の深さDが小さく観測された場合は、スポット19におけるレーザ強度(W/mm2)が大きくなるように駆動部23に指令を与える。具体的には、レーザ発振器21を調節してパルスレーザ16のエネルギーを上げるか、レンズ変位部28を変位させてレーザスポット19をさらに小さく収束させるか、レーザ走査部18の走査速度を落として単位面積当たりのレーザスポット19の数を増加させるといったことが考えられる。 Further, an adjustment unit 35 is provided in the monitoring unit 30A, and the irradiation conditions of the pulse laser 16 can be adjusted by the driving unit 23 so that the deviation 39 becomes small. When the depth D of the irradiation mark is observed to be small, a command is given to the drive unit 23 so that the laser intensity (W/mm 2 ) at the spot 19 is increased. Specifically, the laser oscillator 21 is adjusted to increase the energy of the pulse laser 16, the lens displacement unit 28 is displaced to further converge the laser spot 19, or the scanning speed of the laser scanning unit 18 is reduced to reduce the unit One possibility is to increase the number of laser spots 19 per area.

このように調整部35が設けられることで、施工中に照射痕14の形状データ38に変化が生じても、駆動部23の施工条件をリアルタイムに変更することができる。これにより、施工中に照射痕14の形状データ38を常に基準値36に保つことができ、レーザピーニング施工の品質を向上させることができる。なお、照射条件を変更しても照射痕14の形状が基準値36に復帰しない場合(例えば、所定の回数の条件変更を行った場合や、ハードウェアの制約等で条件変更が不可能となった場合)は、インターロックを発動して施工を中止してもよい。 By providing the adjustment unit 35 in this way, even if the shape data 38 of the irradiation mark 14 changes during construction, the construction conditions of the driving unit 23 can be changed in real time. As a result, the shape data 38 of the irradiation mark 14 can always be kept at the reference value 36 during construction, and the quality of laser peening construction can be improved. If the shape of the irradiation mark 14 does not return to the reference value 36 even if the irradiation conditions are changed (for example, if the conditions are changed a predetermined number of times, or if the conditions cannot be changed due to hardware restrictions, etc.) case), the interlock may be activated to stop construction.

また、照射痕14の形状が基準から外れていた施工分について、施工を自動でやり直すこととしてもよい。また、照射痕14の形状が基準を外れた回数に対する許容値を設定しておき、この許容値を超えない場合は施工を継続する設定としてもよい。許容値としては、例えば照射痕14の形状が連続で基準を外れた回数の上限値や、あるパルスレーザの照射回数における照射痕14の形状が基準を外れた回数の上限値等を用いることができる。 In addition, it is possible to automatically redo the construction for the construction portion in which the shape of the irradiation mark 14 is out of the standard. Alternatively, a permissible value may be set for the number of times the shape of the irradiation mark 14 deviates from the standard, and construction may be continued if the permissible value is not exceeded. As the allowable value, for example, the upper limit of the number of times the shape of the irradiation mark 14 continuously deviates from the standard, or the upper limit of the number of times the shape of the irradiation mark 14 deviates from the standard in the number of times of irradiation with a certain pulse laser, etc. can be used. can.

図6のフローチャートを参照して第1実施形態に係るレーザピーニング施工方法及びレーザピーニング施工プログラムの説明を行う(適宜、図1、図2参照)。まずレーザピーニングの施工を開始するにあたり、パルスレーザ16の照射条件の初期条件を決定する(S11)。 A laser peening method and a laser peening program according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 6 (see FIGS. 1 and 2 as needed). First, at the start of laser peening, the initial irradiation conditions of the pulse laser 16 are determined (S11).

パルスレーザ16を照射して施工対象17をピーニングした際に照射面15に形成される照射痕14の撮影画像41を取得する(S12)。なおこの撮影画像41は、パルスレーザ16の照射軸13に対して斜め方向から撮影したり(図1)、ハーフミラー26を介して照射軸13に略一致する方向から撮影したり(図2)することができる。 A photographed image 41 of the irradiation mark 14 formed on the irradiated surface 15 when the object 17 to be worked is peened by irradiating the pulse laser 16 is acquired (S12). The photographed image 41 may be photographed from a direction oblique to the irradiation axis 13 of the pulse laser 16 (FIG. 1), or may be photographed from a direction substantially coinciding with the irradiation axis 13 via the half mirror 26 (FIG. 2). can do.

撮影画像41から照射痕14の形状データ38を計測する(S13)。これら照射痕14の撮影画像41及び形状データ38は、表示部12に任意表示させることができる。断続的に照射されたパルスレーザ16により形成された複数の照射痕14の形状データ38と第1基準値36aとの第1偏差39aを算出する(S14)。なおこの第1基準値36aは、予め定められた設定値としたり過去に形成された照射痕14の記憶された形状データ38としたり記憶された複数の形状データ38の平均値や中央値としたりすることができる。 The shape data 38 of the irradiation mark 14 is measured from the photographed image 41 (S13). The photographed image 41 and the shape data 38 of the irradiation marks 14 can be arbitrarily displayed on the display unit 12 . A first deviation 39a between the shape data 38 of the plurality of irradiation marks 14 formed by the pulse laser 16 intermittently irradiated and the first reference value 36a is calculated (S14). The first reference value 36a may be a predetermined set value, stored shape data 38 of the irradiation mark 14 formed in the past, or an average value or median value of a plurality of stored shape data 38. can do.

第1偏差39aが第1閾値37a未満か否かを判定する(S15)。未満であると判断された場合は(S15 Yes)、第1偏差39aが小さくなるようにパルスレーザ16の照射条件が調整され(S16)、次のレーザスポット19にパルスレーザ16が照射され(S17 No)、(S12)に戻りこのサイクルが繰り返される。そして施工対象17へのピーニング施工が終了したところで(S17 Yes)、一連のフローが終了する(END)。 It is determined whether or not the first deviation 39a is less than the first threshold value 37a (S15). If it is determined to be less than (S15 Yes), the irradiation conditions of the pulse laser 16 are adjusted so that the first deviation 39a becomes smaller (S16), and the next laser spot 19 is irradiated with the pulse laser 16 (S17 No), the process returns to (S12) and this cycle is repeated. Then, when the peening construction to the construction target 17 is completed (S17 Yes), a series of the flow ends (END).

一方において、第1偏差39aが第1閾値37aを超えたと判定された場合は(S15No)、警告を表示してオペレータに認識させたうえでフローを継続するか(S18a,S16)もしくはインターロックを発動してピーニング施工を強制終了させる(S18b,END)。 On the other hand, when it is determined that the first deviation 39a exceeds the first threshold value 37a (S15No), a warning is displayed to make the operator aware of it, and then the flow is continued (S18a, S16) or the interlock is activated. It is activated to forcibly terminate the peening operation (S18b, END).

なおパルスレーザ16の照射条件の調整工程(S16)は任意であり、省略される場合もある。また上述のフローの説明は、ピーニング施工で照射痕14が形成される毎にその形状データ38を逐次的に判定していたが、ピーニング施工を全て終了してから形成された照射痕14の形状データ38をまとめて判定するようにしてもよい。 Note that the step of adjusting the irradiation conditions of the pulse laser 16 (S16) is optional and may be omitted. In the above description of the flow, the shape data 38 was sequentially determined each time the irradiation mark 14 was formed by peening. Data 38 may be collectively determined.

(第2実施形態)
次に図7から図11を参照して本発明における第2実施形態について説明する。図7は第2実施形態に係るレーザピーニング施工装置10Cの部分構成図である。図示を部分的に省略しているが第2実施形態のレーザピーニング施工装置10Cは、図1の第1実施形態と同様の構成を持ち、レーザ照射部(図示略)、監視部30B(30)、駆動部(図示略)、レーザ走査部18、カメラ11及び表示部12から構成されている。なお以下において、図7において図1と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 11. FIG. FIG. 7 is a partial configuration diagram of a laser peening apparatus 10C according to the second embodiment. Although partially omitted from the drawing, the laser peening apparatus 10C of the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. , a driving unit (not shown), a laser scanning unit 18, a camera 11, and a display unit 12. FIG. In the following, in FIG. 7, parts having configurations or functions common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations are omitted.

図7に示すようにレーザピーニング施工装置の監視部30Bは、照射痕14(図4)の撮影画像41(図3)を取得する画像取得部31と、撮影画像41から照射痕14の形状データ38を計測する計測部32と、照射痕14の形状データ38と施工対象17に付与される残留応力46との関係を表すデータベース42と、撮影画像41から計測した照射痕の形状データ38及びデータベース42に基づいて残留応力46を推定する推定部45と、を備えている。照射痕14の撮影画像41及び残留応力46は、表示部12に表示させることができる。 As shown in FIG. 7, the monitoring unit 30B of the laser peening apparatus includes an image acquisition unit 31 that acquires a photographed image 41 (FIG. 3) of the irradiation mark 14 (FIG. 4), and shape data of the irradiation mark 14 from the photographed image 41. 38, a database 42 representing the relationship between the shape data 38 of the irradiation mark 14 and the residual stress 46 imparted to the construction target 17, and the shape data 38 of the irradiation mark measured from the photographed image 41 and the database. and an estimation unit 45 for estimating the residual stress 46 based on 42 . The photographed image 41 of the irradiation mark 14 and the residual stress 46 can be displayed on the display unit 12 .

第2算出部33bは、推定部45が推定した残留応力46と第2基準値36b(36)との第2偏差39b(39)を算出するものである。ここで第2基準値36aは、予め設定された設定値であったり、レーザピーニングの施工開始直後に形成された照射痕14の残留応力46であったり、直前の照射痕14の残留応力46であったり、複数の残留応力46から得られる平均値や中央値であったりする。第2判定部34bは、第2算出部33bから出力された第2偏差39bが第2閾値37b未満か否かを判定するものである。 The second calculator 33b calculates a second deviation 39b (39) between the residual stress 46 estimated by the estimator 45 and the second reference value 36b (36). Here, the second reference value 36a is a preset value, the residual stress 46 of the irradiation marks 14 formed immediately after the start of laser peening, or the residual stress 46 of the irradiation marks 14 immediately before. Alternatively, it may be an average or median value obtained from a plurality of residual stresses 46 . The second determination section 34b determines whether or not the second deviation 39b output from the second calculation section 33b is less than the second threshold value 37b.

データベース42は、照射痕14の形状データ38と付与される残留応力46との関係を、様々な材質の施工対象17に対し実験又はシミュレーションにより明らかにし、記憶部(図示略)に蓄積されている。そして、推定部45に形状データ38が入力されると、このデータベース42に基づき対応する残留応力46が一意的に推定されるようになっている。 The database 42 clarifies the relationship between the shape data 38 of the irradiation mark 14 and the residual stress 46 applied to the object 17 made of various materials through experiments or simulations, and stores the relationship in a storage unit (not shown). . When the shape data 38 are input to the estimator 45, the corresponding residual stress 46 is uniquely estimated based on the database 42. FIG.

図8は、Alloy600の施工対象17にレーザピーニングしたときの照射痕深さDとレーザ強度Φとの関係を示すグラフである。このように照射痕深さDとレーザ強度Φとは1対1の関係にあることが判る。つまり、計測部32で計測された形状データ38のうち照射痕深さDからパルスレーザ16のレーザ強度Φを知得することができる。 FIG. 8 is a graph showing the relationship between the irradiation mark depth D and the laser intensity Φ when laser peening is performed on the object 17 to which Alloy 600 is applied. Thus, it can be seen that there is a one-to-one relationship between the irradiation mark depth D and the laser intensity Φ. That is, the laser intensity Φ of the pulse laser 16 can be obtained from the irradiation mark depth D in the shape data 38 measured by the measuring unit 32 .

さらに図9は、SUS316Lの施工対象17にレーザピーニングしたときの衝撃圧Pとレーザ強度Φとの関係を示すグラフである。図9の式(1)に示されるように、衝撃圧Pはレーザ強度Φの1/2乗に比例し、パルスレーザ16が1パルス照射された施工対象17に加わる衝撃圧Pの大きさは、レーザ強度Φと1対1の関係にあることが判る。ここで式(1)の定数Aは、施工対象17に固有の材料定数である。つまり、計測した照射痕深さDから知得されたレーザ強度Φに基づいて、施工対象17に付与される衝撃圧Pを知得することができる。 Furthermore, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the impact pressure P and the laser intensity Φ when laser peening is performed on the object 17 of SUS316L. As shown in equation (1) in FIG. 9, the impact pressure P is proportional to the power of 1/2 of the laser intensity Φ, and the magnitude of the impact pressure P applied to the object 17 irradiated with one pulse of the pulse laser 16 is , has a one-to-one relationship with the laser intensity Φ. The constant A of Formula (1) is a material constant intrinsic|native to the construction object 17 here. That is, based on the laser intensity Φ obtained from the measured irradiation mark depth D, the impact pressure P applied to the object 17 to be worked can be obtained.

図9の式(2)は、レーザピーニングにより施工対象17の深さ方向に付与される圧力分布σ(z)を導いた式である。一般に、レーザピーニングのように材料表面に衝撃を付与する場合、Hertzの弾性接触論に基づいて、施工対象17の内部に発生する圧力分布σ(z)は、衝撃圧Pの大きさと材料とスポット19の大きさとに関係する。なお式(2)においてスポット19の大きさは仮想円の半径aとして表している。 Formula (2) in FIG. 9 is a formula for deriving the pressure distribution σ(z) applied in the depth direction of the object 17 to be processed by laser peening. In general, when an impact is applied to a material surface as in laser peening, the pressure distribution σ(z) generated inside the object 17 to be processed depends on the magnitude of the impact pressure P, the material, and the spot, based on Hertz's theory of elastic contact. 19 and related to the size of Note that in equation (2), the size of the spot 19 is expressed as the radius a of the virtual circle.

このように、計測した照射痕深さDから知得された衝撃圧Pとスポット19の大きさとに基づいて、パルスレーザ16が1パルス照射された施工対象17に加えられる深さ方向zの圧力分布σ(z)が知得される。そして、この深さ方向の圧力分布σ(z)に基づいて、施工対象17に形成される圧縮の残留応力が推定される。なお、付与した圧力分布σ(z)から形成される圧縮残留応力は、数値解析により施工対象17の材質に対し一意的に得られるものであり、周知なため説明を省略する。 In this way, based on the impact pressure P and the size of the spot 19 obtained from the measured irradiation mark depth D, the pressure in the depth direction z is applied to the object 17 irradiated with one pulse of the pulse laser 16. A distribution σ(z) is known. Based on this pressure distribution σ(z) in the depth direction, the compressive residual stress formed in the object 17 to be worked is estimated. Note that the compressive residual stress formed from the applied pressure distribution σ(z) is uniquely obtained for the material of the construction target 17 by numerical analysis, and is well known, so description thereof will be omitted.

データベース42の作成に際し、照射痕14の形状データ38に関連付ける残留応力46を得る方法は、上述した関係式に基づく方法に限定されず種々の方法が採用される。例えば、施工対象17とは別の同一の材質に照射痕14を形成し、逐次研磨を組み合わせたX線応力測定法や穿孔法などにより残留応力46を計測する方法等がある。 When creating the database 42, the method of obtaining the residual stress 46 associated with the shape data 38 of the irradiation mark 14 is not limited to the method based on the above-described relational expression, and various methods are employed. For example, there is a method of forming irradiation traces 14 on the same material different from the object 17 and measuring the residual stress 46 by an X-ray stress measurement method combining sequential polishing or a perforation method.

図10(A)(B)はレーザスポット19の位置に対する残留応力46を示すグラフである。このグラフは、付与される残留応力46の時間的な変化を表している。そしてこのグラフは、レーザピーニング施工中又はその終了後、表示部12に表示される。ここで図10(A)は、基準値36を-500MPaとしたとき、レーザピーニング施工が正常に進捗していることを示している。一方において図10(B)は、レーザピーニング施工の進捗が異常であることを示している。 10A and 10B are graphs showing the residual stress 46 with respect to the position of the laser spot 19. FIG. This graph represents temporal changes in the applied residual stress 46 . This graph is displayed on the display unit 12 during or after laser peening. Here, FIG. 10(A) shows that laser peening is progressing normally when the reference value 36 is -500 MPa. On the other hand, FIG. 10B shows that the laser peening progress is abnormal.

さらに監視部30Bに調整部35を設け、偏差39が小さくなるようにパルスレーザ16の照射条件を調整することができる。残留応力46が小さく観測された場合は、スポット19におけるレーザ強度(W/mm2)が大きくなるように駆動部23に指令を与える。このように調整部35が設けられることで、施工中に残留応力46に変化が生じても、駆動部23の施工条件をリアルタイムに変更することができる。 Further, an adjustment unit 35 can be provided in the monitoring unit 30B to adjust the irradiation conditions of the pulse laser 16 so that the deviation 39 becomes small. When the residual stress 46 is observed to be small, the driver 23 is instructed to increase the laser intensity (W/mm 2 ) at the spot 19 . By providing the adjustment unit 35 in this way, even if the residual stress 46 changes during construction, the construction conditions of the driving unit 23 can be changed in real time.

これにより、施工中に残留応力46を常に基準値36に保つことができ、レーザピーニング施工の品質を向上させることができる。なお、施工条件を変更しても残留応力46が基準値36に復帰しない場合(例えば、所定の回数の条件変更を行った場合や、ハードウェアの制約等で条件変更が不可能となった場合)は、インターロックを発動して施工を中止してもよい。 As a result, the residual stress 46 can always be kept at the reference value 36 during construction, and the quality of the laser peening construction can be improved. In addition, if the residual stress 46 does not return to the reference value 36 even if the construction conditions are changed (for example, if the conditions are changed a predetermined number of times, or if the conditions cannot be changed due to hardware restrictions, etc. ) may activate an interlock to stop construction.

図11のフローチャートを参照して第2実施形態に係るレーザピーニング施工方法及びレーザピーニング施工プログラムの説明を行う(適宜、図7参照)。まずレーザピーニングの施工を開始するにあたり、照射痕14の形状データ38と施工対象17に付与される残留応力46との関係を表すデータベース42を生成する(S21)。さらにパルスレーザ16の照射条件の初期条件を決定する(S22)。 A laser peening method and a laser peening program according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. 11 (see FIG. 7 as needed). First, at the start of laser peening, a database 42 representing the relationship between the shape data 38 of the irradiation mark 14 and the residual stress 46 imparted to the object 17 to be treated is generated (S21). Further, the initial conditions for the irradiation conditions of the pulse laser 16 are determined (S22).

パルスレーザ16を照射して施工対象17をピーニングした際に照射面15に形成される照射痕14の撮影画像41を取得する(S23)。なおこの撮影画像41は、パルスレーザ16の照射軸13に対して斜め方向から撮影したり(図1)、ハーフミラー26を介して照射軸13に略一致する方向から撮影したり(図2)することができる。 A photographed image 41 of the irradiation mark 14 formed on the irradiation surface 15 when the object 17 to be processed is peened by irradiating the pulse laser 16 is acquired (S23). The photographed image 41 may be photographed from a direction oblique to the irradiation axis 13 of the pulse laser 16 (FIG. 1), or may be photographed from a direction substantially coinciding with the irradiation axis 13 via the half mirror 26 (FIG. 2). can do.

撮影画像41から照射痕14の形状データ38を計測する(S24)。そして計測した照射痕14の形状データ38及びデータベース42に基づいて残留応力46を推定する(S25)。これら照射痕14の撮影画像41及び残留応力46は、表示部12に任意表示させることができる。 The shape data 38 of the irradiation mark 14 is measured from the photographed image 41 (S24). Then, the residual stress 46 is estimated based on the shape data 38 of the measured irradiation mark 14 and the database 42 (S25). The photographed image 41 of the irradiation mark 14 and the residual stress 46 can be arbitrarily displayed on the display unit 12 .

断続的に照射されたパルスレーザ16により形成された複数の照射痕14の残留応力46と第2基準値36bとの第2偏差39bを算出する(S26)。なおこの第2基準値36bは、予め定められた設定値としたり過去に形成された照射痕14の記憶された残留応力46としたり記憶された複数の残留応力46の平均値や中央値としたりすることができる。 A second deviation 39b between the residual stress 46 of the plurality of irradiation marks 14 formed by the pulse laser 16 intermittently irradiated and the second reference value 36b is calculated (S26). The second reference value 36b may be a predetermined set value, the stored residual stress 46 of the irradiation mark 14 formed in the past, or the average value or median value of a plurality of stored residual stresses 46. can do.

第2偏差39bが第2閾値37b未満か否かを判定する(S27)。未満であると判断された場合は(S27 Yes)、第2偏差39bが小さくなるようにパルスレーザ16の照射条件が調整され(S28)、次のレーザスポット19にパルスレーザ16が照射され(S29 No)、(S23)に戻りこのサイクルが繰り返される。そして施工対象17へのピーニング施工が終了したところで(S29 Yes)、一連のフローが終了する(END)。 It is determined whether or not the second deviation 39b is less than the second threshold value 37b (S27). If it is determined to be less than (S27 Yes), the irradiation conditions of the pulse laser 16 are adjusted so that the second deviation 39b becomes smaller (S28), and the next laser spot 19 is irradiated with the pulse laser 16 (S29 No), the process returns to (S23) and this cycle is repeated. Then, when the peening construction to the construction target 17 is completed (S29 Yes), a series of the flow ends (END).

一方において、第2偏差39bが第2閾値37bを超えたと判定された場合は(S27No)、警告を表示してオペレータに認識させたうえでフローを継続するか(S30a,S28)もしくはインターロックを発動してピーニング施工を強制終了させる(S30b,END)。 On the other hand, if it is determined that the second deviation 39b exceeds the second threshold value 37b (S27No), display a warning to make the operator aware of it, and then continue the flow (S30a, S28) or interlock. It is activated to forcibly terminate the peening operation (S30b, END).

なおパルスレーザ16の照射条件の調整工程(S28)は任意であり、省略される場合もある。また上述のフローの説明は、ピーニング施工で照射痕14が形成される毎にその残留応力46を逐次的に判定していたが、ピーニング施工を全て終了してから形成された照射痕14の残留応力46をまとめて判定するようにしてもよい。 The step of adjusting the irradiation conditions of the pulse laser 16 (S28) is optional and may be omitted. Further, in the above description of the flow, the residual stress 46 was sequentially determined each time the irradiation mark 14 was formed in the peening process. You may make it determine the stress 46 collectively.

以上述べた少なくともひとつの実施形態のレーザピーニング施工装置によれば、照射痕の撮影画像から照射痕の形状データを計測することにより、施工後に残留応力を実測すること無く品質確保の確認をとることが可能となる。 According to the laser peening apparatus of at least one embodiment described above, by measuring the shape data of the irradiation mark from the photographed image of the irradiation mark, it is possible to confirm the quality assurance without actually measuring the residual stress after the construction. becomes possible.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、レーザピーニング施工装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、レーザピーニング施工プログラムにより動作させることが可能である。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and spirit of the invention, as well as the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof. Also, the constituent elements of the laser peening apparatus can be realized by a computer processor and can be operated by a laser peening program.

10(10A,10B,10C)…レーザピーニング施工装置、11…カメラ、12…表示部、13…照射軸、14…照射痕、15…照射面、16…パルスレーザ、17…施工対象、18…レーザ走査部、19…レーザスポット、20…レーザ照射部、21…レーザ発振器、22…集光光学系、23…駆動部、25…ミラー、26…ハーフミラー、27…収束レンズ、28…レンズ変位部、30(30A,30B)…監視部、31…画像取得部、32…計測部、33(33a,33b)…算出部、33a…第1算出部、33b…第2算出部、34(34a,34b)…判定部、34a…第1判定部、34b…第2判定部、35…調整部、36(36a,36b)…基準値、36a…第1基準値、36b…第2基準値、37(37a,37b)…閾値、37a…第1閾値、37b…第2閾値、38…形状データ、39(39a,39b)…偏差、39a…第1偏差、39b…第2偏差、41…撮影画像、42…データベース、45…推定部、46…残留応力。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 (10A, 10B, 10C)... Laser peening apparatus, 11... Camera, 12... Display part, 13... Irradiation axis, 14... Irradiation mark, 15... Irradiation surface, 16... Pulse laser, 17... Construction object, 18... Laser scanning unit 19 Laser spot 20 Laser irradiation unit 21 Laser oscillator 22 Condensing optical system 23 Driving unit 25 Mirror 26 Half mirror 27 Converging lens 28 Lens displacement Unit 30 (30A, 30B) Monitoring unit 31 Image acquiring unit 32 Measuring unit 33 (33a, 33b) Calculating unit 33a First calculating unit 33b Second calculating unit 34 (34a) , 34b)... determination unit 34a... first determination unit 34b... second determination unit 35... adjustment unit 36 (36a, 36b)... reference value 36a... first reference value 36b... second reference value, 37 (37a, 37b)... Threshold, 37a... First threshold, 37b... Second threshold, 38... Shape data, 39 (39a, 39b)... Deviation, 39a... First deviation, 39b... Second deviation, 41... Shooting Image, 42... Database, 45... Estimation part, 46... Residual stress.

Claims (11)

パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得する画像取得部と、
前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測する計測部と、
断続的に照射された前記パルスレーザにより形成された複数の前記照射痕の前記形状データと第1基準値との第1偏差を算出する第1算出部と、
前記第1偏差が第1閾値未満か否かを判定する第1判定部と、を備えるレーザピーニング施工装置。
an image acquisition unit that acquires a photographed image of an irradiation mark formed on an irradiation surface when a construction target is peened by irradiating a pulse laser;
a measurement unit that measures shape data of the irradiation mark from the captured image;
a first calculator that calculates a first deviation between the shape data of the plurality of irradiation marks formed by the pulsed laser intermittently irradiated and a first reference value;
and a first determination unit that determines whether the first deviation is less than a first threshold value .
パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得する画像取得部と、
前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測する計測部と、
前記照射痕の形状データと前記施工対象に付与される残留応力との関係を表すデータベースと、
前記撮影画像から計測した前記照射痕の形状データ及び前記データベースに基づいて残留応力を推定する推定部と、を備えるレーザピーニング施工装置。
an image acquisition unit that acquires a photographed image of an irradiation mark formed on an irradiation surface when a construction target is peened by irradiating a pulse laser;
a measurement unit that measures shape data of the irradiation mark from the captured image;
a database representing the relationship between the shape data of the irradiation mark and the residual stress imparted to the object to be processed;
and an estimating unit for estimating residual stress based on shape data of the irradiation mark measured from the photographed image and the database .
請求項2に記載のレーザピーニング施工装置において、
前記残留応力と第2基準値との第2偏差を算出する第2算出部と、
前記第2偏差が第2閾値未満か否かを判定する第2判定部と、を備えるレーザピーニング施工装置。
In the laser peening apparatus according to claim 2 ,
a second calculator that calculates a second deviation between the residual stress and a second reference value;
and a second determination unit that determines whether the second deviation is less than a second threshold value.
請求項1に記載のレーザピーニング施工装置において、
前記第1偏差が小さくなるように前記パルスレーザの照射条件を調整する調整部を備えるレーザピーニング施工装置。
In the laser peening apparatus according to claim 1 ,
A laser peening apparatus comprising an adjustment unit that adjusts irradiation conditions of the pulse laser so that the first deviation becomes small.
請求項3に記載のレーザピーニング施工装置において、
前記第2偏差が小さくなるように前記パルスレーザの照射条件を調整する調整部を備えるレーザピーニング施工装置。
In the laser peening apparatus according to claim 3 ,
A laser peening apparatus comprising an adjustment unit that adjusts irradiation conditions of the pulse laser so that the second deviation becomes small.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレーザピーニング施工装置において、
前記撮影画像は、前記パルスレーザの照射軸に対して斜め方向から撮影したものである
レーザピーニング施工装置。
In the laser peening apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
The laser peening apparatus, wherein the photographed image is photographed from an oblique direction with respect to the irradiation axis of the pulse laser.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のレーザピーニング施工装置において、
前記撮影画像は、前記パルスレーザを反射させるハーフミラーを介して照射軸に略一致する方向から撮影したものであるレーザピーニング施工装置。
In the laser peening apparatus according to any one of claims 1 to 5 ,
The laser peening apparatus, wherein the photographed image is photographed from a direction substantially coinciding with the irradiation axis through a half mirror that reflects the pulse laser.
パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得するステップと、
前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測するステップと、
断続的に照射された前記パルスレーザにより形成された複数の前記照射痕の前記形状データと第1基準値との第1偏差を算出するステップと、
前記第1偏差が第1閾値未満か否かを判定するステップと、を含むレーザピーニング施工方法。
a step of obtaining a photographed image of an irradiation mark formed on an irradiation surface when a pulse laser is irradiated to peen a construction target;
a step of measuring shape data of the irradiation mark from the photographed image;
calculating a first deviation between the shape data of the plurality of irradiation marks formed by the intermittently irradiated pulse laser and a first reference value;
and determining whether the first deviation is less than a first threshold .
パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得するステップと、
前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測するステップと、
前記照射痕の形状データと前記施工対象に付与される残留応力との関係を表すデータベースを形成するステップと、
前記撮影画像から計測した前記照射痕の形状データ及び前記データベースに基づいて残留応力を推定するステップと、を含むレーザピーニング施工方法。
a step of obtaining a photographed image of an irradiation mark formed on an irradiation surface when a pulse laser is irradiated to peen a construction target;
a step of measuring shape data of the irradiation mark from the photographed image;
forming a database representing the relationship between the shape data of the irradiation mark and the residual stress imparted to the object to be processed;
and estimating residual stress based on shape data of the irradiation mark measured from the photographed image and the database .
コンピュータに、
パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得するステップ、
前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測するステップ、
断続的に照射された前記パルスレーザにより形成された複数の前記照射痕の前記形状データと第1基準値との第1偏差を算出するステップ、
前記第1偏差が第1閾値未満か否かを判定するステップ、を実行させるレーザピーニング施工プログラム。
to the computer,
Acquiring a photographed image of irradiation marks formed on the irradiated surface when the object to be worked is peened by irradiating the pulse laser;
measuring the shape data of the irradiation mark from the photographed image;
calculating a first deviation between the shape data of the plurality of irradiation marks formed by the intermittently irradiated pulse laser and a first reference value;
A laser peening program for executing a step of determining whether the first deviation is less than a first threshold value .
コンピュータに、
パルスレーザを照射して施工対象をピーニングした際に照射面に形成される照射痕の撮影画像を取得するステップ、
前記撮影画像から前記照射痕の形状データを計測するステップ、
前記照射痕の形状データと前記施工対象に付与される残留応力との関係を表すデータベースを形成するステップ、
前記撮影画像から計測した前記照射痕の形状データ及び前記データベースに基づいて残留応力を推定するステップ、実行させるレーザピーニング施工プログラム。
to the computer,
Acquiring a photographed image of irradiation marks formed on the irradiated surface when the object to be worked is peened by irradiating the pulse laser;
measuring the shape data of the irradiation mark from the photographed image;
forming a database representing the relationship between the shape data of the irradiation mark and the residual stress imparted to the object to be processed;
a step of estimating residual stress based on the shape data of the irradiation mark measured from the photographed image and the database; and a laser peening execution program to be executed.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001124697A (en) 1999-08-03 2001-05-11 General Electric Co <Ge> Monitoring and control method for laser impact peening using successive plasma light special analysis
WO2015107725A1 (en) 2014-01-20 2015-07-23 新東工業株式会社 Surface characteristic examination device and surface characteristic examination method
JP2017131907A (en) 2016-01-26 2017-08-03 株式会社東芝 Laser processing head, laser processing system and laser processing method

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5948293A (en) * 1998-12-03 1999-09-07 General Electric Company Laser shock peening quality assurance by volumetric analysis of laser shock peened dimple

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001124697A (en) 1999-08-03 2001-05-11 General Electric Co <Ge> Monitoring and control method for laser impact peening using successive plasma light special analysis
WO2015107725A1 (en) 2014-01-20 2015-07-23 新東工業株式会社 Surface characteristic examination device and surface characteristic examination method
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