JP7247074B2 - LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM - Google Patents
LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM Download PDFInfo
- Publication number
- JP7247074B2 JP7247074B2 JP2019190572A JP2019190572A JP7247074B2 JP 7247074 B2 JP7247074 B2 JP 7247074B2 JP 2019190572 A JP2019190572 A JP 2019190572A JP 2019190572 A JP2019190572 A JP 2019190572A JP 7247074 B2 JP7247074 B2 JP 7247074B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- irradiation
- laser
- shape data
- photographed image
- irradiation mark
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
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.
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.
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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...
Claims (11)
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 .
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 .
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.
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.
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.
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.
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.
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 .
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 .
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 .
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019190572A JP7247074B2 (en) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019190572A JP7247074B2 (en) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021065890A JP2021065890A (en) | 2021-04-30 |
JP7247074B2 true JP7247074B2 (en) | 2023-03-28 |
Family
ID=75638029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019190572A Active JP7247074B2 (en) | 2019-10-17 | 2019-10-17 | LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7247074B2 (en) |
Citations (3)
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)
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 |
-
2019
- 2019-10-17 JP JP2019190572A patent/JP7247074B2/en active Active
Patent Citations (3)
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021065890A (en) | 2021-04-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11327011B2 (en) | Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials | |
CN108778606B (en) | Thermal crack detection during laser welding | |
JP2017535435A (en) | Method and apparatus for joining workpieces at an overlap abutment | |
WO2018136622A1 (en) | Methods and systems for coherent imaging and feedback control for modification of materials | |
WO2014170868A1 (en) | System for and method of performing laser shock peening on a target with a fluid flow path sandwiched between a transparent to laser light solid medium and the target | |
JP2017535435A5 (en) | ||
CN107283045A (en) | Possess the laser processing device and laser processing in early stage machining control portion | |
JP2005023930A (en) | Airfoil portion qualifying system and its method | |
WO2016179621A4 (en) | Method for engraving, marking and/or inscribing a workpiece using a laser plotter, and laser plotter herefor | |
JP2006315031A (en) | Apparatus and method for laser beam machining | |
US10338561B2 (en) | Data generating device that generates drawing data representing index pattern to be drawn on workpiece by laser beam for measuring deformation of workpiece | |
JP7247074B2 (en) | LASER PEENING APPARATUS, METHOD AND PROGRAM | |
CN109640858B (en) | Laser Assisted Machining (LAM) of non-monolithic composite bone materials | |
JP2023171479A (en) | Machine learning method used for laser processing system, simulation device, laser processing system, and program | |
JP7118903B2 (en) | Laser peening device and laser peening method | |
JP2021183351A (en) | Laser peening application device and laser peening method | |
WO2016136945A1 (en) | Laser processing device, control program for laser processing device, and control method | |
JP7114518B2 (en) | LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD | |
WO2015136948A1 (en) | Laser processing method | |
JP2015221918A (en) | Laser peening apparatus | |
MX2020013372A (en) | Laser treatment method. | |
JP7117556B2 (en) | LASER WELDING APPARATUS AND LASER WELDING METHOD | |
US20240082950A1 (en) | Laser processing device and automatic correction method for focal point position of laser light | |
JP6760050B2 (en) | Laser processing equipment | |
JP2021133385A (en) | Laser peening construction method and laser peening construction system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220222 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221130 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20221213 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230123 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230214 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230315 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7247074 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |