KR101824553B1 - 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 - Google Patents

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 대기 중에 있어서 액체를 공급하면서 시공을 행할 때에 액체의 공급이 정지되었을 경우에, 레이저광이 대기 중에서 전송되어 시공 대상면에 도달하지 않는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
이러한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 피처리 부재의 표면에 액체를 공급하여, 액체를 개재해서 펄스 형상의 레이저광을 조사하여, 표면 처리를 행하는 레이저 가공 장치로서, 광학창을 통하여, 피처리 부재의 표면에 액체를 통과해서 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구와, 광학창의 외측 표면을 지나는 유로를 통하여 피처리 부재의 표면에 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 구비하고, 광학창의 레이저광 출사면은, 광학창의 레이저광 출사면에 액체가 접하는 경우는 레이저를 투과하고, 광학창의 레이저광 출사면에 액체가 접하지 않는 경우는 레이저광을 반사하도록 구성되어 있다.

Description

레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법{LASER PROCESSING APPARATUS AND LASER PROCESSING METHOD}
본 발명은, 레이저(laser) 가공 장치 및 레이저 가공 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 원자력 플랜트(plant)에 있어서는, 정기 점검 시에 자동 기기를 리액터 내에 설치해 리액터 내 기기에 액세스(access)하여, 각종 보전 공법이 실시되고 있다. 그 중에서도 용접부에 잔류해 있는 인장 응력에 기인한 SCC(Stress Corrosion Cracking) 대책으로서, 그 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 기술로서 레이저 피닝(laser peening)이 있다.
레이저 피닝의 원리에 대하여 설명한다. 펄스(pulse) 폭 수 나노(nano)초(ns) 정도의 레이저광을 집광 렌즈(lens)로 직경 1㎜ 정도의 스폿(spot)에 집광해서 피처리 부재에 조사하면, 피처리 부재의 표면이 에너지(energy)를 흡수해서 플라스마(plasma)화된다. 플라스마의 주위가 레이저광의 파장에 대해서 투명한 액체나 도료에 의해 덮여 있을 경우, 플라스마의 팽창이 방해받아 플라스마의 내부 압력은 수 기가 파스칼(㎬) 정도에 달해 피처리 부재에 충격을 가한다. 그때에 강력한 충격파가 발생하여 재료 내부에 전파되어 소성 변형을 야기해서 잔류 응력을 압축 상태로 바꾼다.
레이저 피닝은, 샷 피닝(shot peening)이나 워터젯 피닝(waterjet peening) 등의 다른 피닝 기술에 비하면, 효과가 재료 강도에 그다지 의존하지 않고 피처리 부재의 표면으로부터 1㎜ 정도의 판 두께의 내부까지 미친다. 또한, 가공 시의 반력이 없어 가공 장치의 소형화가 용이하며 협애부(狹隘部)에의 가공성이 우수하다. 이 때문에, 예를 들면 관내(管內) 직경이 작은 대상물에 대해서 시공 가능한 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법이 개발되어 있다. 이러한 것으로서 일본국 특허 공보(일본국 특개2005-31319호 공보(이하, 특허문헌 1이라 함))가 있다.
종래의 배관 내에의 레이저 가공 장치에서는, 시공 대상 부위가 수중 환경 하에 있는 것이 바람직하지만, 대기(大氣) 중에서의 시공이 부득이해지는 경우가 있다. 예를 들면, 대상물이 매우 커 수조에 담그는 등을 할 수 없는 바와 같은 경우, 대기 중에서 시공 대상에 물 등의 액체를 공급하면서 레이저광을 조사한다. 그러나, 어떠한 장해로 액체의 공급이 정지되거나 공급량이 저하된 경우는 레이저광이 대기 중에서 전반(傳搬)되어 시공 대상에 조사될 가능성이 있다. 레이저광이 대기 중에서 전반될 경우, 수중에서 전반될 경우에 비해서 초점 거리가 변화된다. 이 경우, 레이저광이 수속되어 시공 대상부에 조사되어 버리는 것도 생각할 수 있다. 집속된 레이저광은 에너지 밀도가 높기 때문에, 최악의 경우 시공 대상부에 손상을 주게 되는 것도 생각할 수 있다.
본 발명은, 상기한 종래의 사정에 대처해서 이루어진 것이며, 대기 중에서 액체를 공급하면서 시공을 행할 때에 액체의 공급이 정지되었을 경우에, 레이저광이 대기 중에서 전송되어 시공 대상면에 도달하지 않는 레이저 가공 장치 및 레이저 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 레이저 가공 장치의 일 태양은, 피처리 부재의 표면에 액체를 공급하여, 상기 액체를 개재해서 펄스 형상의 레이저광을 조사하여, 표면 처리를 행하는 레이저 가공 장치로서, 광학창을 통하여, 상기 피처리 부재의 표면에 상기 액체를 통과해서 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구와, 상기 광학창의 외측 표면을 지나는 유로를 통하여 상기 피처리 부재의 표면에 상기 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 구비하고, 상기 광학창의 레이저광 출사면은, 상기 광학창의 레이저광 출사면에 상기 액체가 접하는 경우는 상기 레이저를 투과시키고, 상기 광학창의 레이저광 출사면에 상기 액체가 접하지 않는 경우는 상기 레이저광을 반사하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 레이저 가공 방법의 일 태양은, 기체 분위기 중에 설치된 피처리 부재의 표면에 액체를 공급하여, 상기 액체를 개재해서 펄스 형상의 레이저광을 조사하여, 표면 처리를 행하는 레이저 가공 방법으로서, 광학창을 통하여, 상기 피처리 부재의 표면에 상기 액체를 통과해서 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구와, 상기 광학창의 외측 표면을 지나는 유로를 통하여 상기 피처리 부재의 표면에 상기 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 배설(配設)하고, 상기 광학창의 외측에, 상기 액체 공급 기구로부터 상기 액체가 공급되고 있는 경우는 상기 피처리 부재의 표면에 상기 레이저광이 조사되는 제 1 광로로, 상기 액체 공급 기구로부터의 상기 액체의 공급이 정지된 경우는 상기 피처리 부재의 표면에 상기 레이저광이 조사되지 않는 제 2 광로로, 상기 액체와 상기 기체 분위기의 굴절률의 차이에 의하여 광로를 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 대기 중에서 액체를 공급하면서 시공을 행할 때에 액체의 공급이 정지되었을 경우에, 레이저광이 시공 대상부에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 2는 제 1 실시형태의 레이저 가공 장치에 있어서의 액체 공급이 정지한 상태를 나타내는 도면.
도 3은 제 2 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 4는 제 3 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 5는 제 4 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 6은 제 5 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 7은 제 6 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 8은 제 7 실시형태의 레이저 가공 장치의 요부 개략 구성을 나타내는 도면.
도 9는 구동 기구의 예의 개략 구성을 나타내는 도면.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)의 요부 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 가공 장치(100)는 배관(11) 등의 내부에 삽입되며, 배관(11)의 내면에 가공을 실시하기 위한 레이저 조사 헤드(head)(101)를 구비하고 있다.
레이저 조사 헤드(101)는 통 형상으로 형성되어 있으며, 그 내부에 레이저광(13)을 공간 전송하기 위한 광로(30)가 형성되어 있다. 이 광로(30) 내에는, 집광 렌즈(15), 미러(mirror)(17) 등의 광학 부품이 배설되어 있다. 이렇게, 본 실시형태에서는, 레이저광(13)을 공간 전송하는 구성으로 되어 있으며, 이것에 의하여, 파이버 전송(fiber transmission)을 행하는 구성의 경우보다도 레이저광(13)의 초점 거리를 길게 취할 수 있다.
광로(30)의 종단부에는 광학창을 구성하는 프리즘(prism)(16)이 배설되어 있으며, 이 프리즘(16)을 개재해서 시공 개소(14)에 레이저광(13)을 조사하게 되어 있다. 또한, 레이저 조사 헤드(101)에는 물 등의 액체(12)를 공급하기 위한 액체 공급 배관(18)이 접속되어 있다. 레이저 조사 헤드(101) 내에는 액체 공급 배관(18)으로부터 공급된 액체(12)를 유통시키기 위한 유로(31)가 형성되어 있다. 이 유로(31)는, 액체(12)가 프리즘(16)의 외측면 및 그 근방을 통과한 후, 배관(11)의 시공 개소(14)의 근방에 공급되도록 구성되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 액체(12)와 프리즘(16)의 굴절률(index of refraction)은 근사(近似)한 값으로 되어 있고, 액체(12)와 프리즘(16)의 굴절률 차는 공기(기체 분위기)와 프리즘(16)의 굴절률의 차보다도 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 프리즘(16)의 외측에 액체(12)가 흐르고 있는 상태에서는, 미러(17)에서 반사되어 프리즘(16) 내로 입사된 레이저광(13)이 그대로 대략 직진해 시공 개소(14)에 조사되게 되어 있다(제 1 광로).
한편, 도 2에 나타내는 바와 같이, 액체 공급 배관(18)으로부터의 액체(12)의 공급이 정지되어, 프리즘(16)의 외측에 액체(12)가 흐르고 있지 않은 상태에서는, 프리즘(16)의 외측이 액체(12)가 아닌 공기(기체 분위기)가 존재하는 상태로 된다. 그리고, 프리즘(16)과 공기(기체 분위기)는 그 굴절률의 차가 크기 때문에, 미러(17)에서 반사되어 프리즘(16) 내로 입사된 레이저광(13)이, 프리즘(16)과 공기(기체 분위기)의 경계에서 반사되어, 시공 개소(14)에 조사되지 않게 되어 있다(제 2 광로). 본 실시형태에서는, 레이저 조사 헤드(101) 내에 빔 덤프(beam dump)(19)가 배설되어 있으며, 프리즘(16)과 공기(기체 분위기)의 경계에서 반사된 레이저광(13)이 이 빔 덤프(19)에 입사되도록 구성되어 있다.
상기 구성의 레이저 가공 장치(100)에서는, 액체 공급 배관(18)으로부터 액체(12)가 공급되고 있는 경우에는, 레이저광(13)이 액체(12)를 개재해서 시공 개소(14)에 조사되어 레이저 피닝 처리가 실행된다. 그리고, 어떠한 원인으로 액체 공급 배관(18)으로부터의 액체(12)의 공급이 정지되었을 경우에는, 시공 개소(14)에 레이저광(13)이 조사되지 않고 레이저광(13)은 빔 덤프(19)에 입사된다. 따라서, 액체(12)가 존재하지 않게 되는 것에 의하여 기체 중을 통과해 원하지 않게 집광된 상태로 된 레이저광(13)이 시공 개소(14)에 조사되어 시공 개소(14)가 손상되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또한, 상기 구성의 레이저 가공 장치(100)에서는, 레이저광(13)을 공간 전송하는 구성으로 되어 있으므로, 파이버 전송을 행하는 구성의 경우보다도 레이저광(13)의 초점 거리를 길게 취할 수 있다. 이것에 의하여, 광학 부품을 시공 개소(14)로부터 떨어진 위치에 배치할 수 있어, 시공 개소(14)에서 생기는 플라스마의 충격파 등으로 광학 부품이 파손되는 것을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 레이저 가공 장치(100)에 따르면, 대기 중에서 액체(12)를 공급하면서 시공을 행할 때에 액체(12)의 공급이 정지된 경우여도, 시공 대상면에 손상을 줄 가능성을 저감할 수 있으며 안전하게 양호한 가공을 행할 수 있다. 이하, 제2∼7 실시형태에 대하여 설명하지만, 이들 제2∼7 실시형태에 대해서도, 상기한 제 1 실시형태와 같은 작용, 효과를 나타낼 수 있다.
도 3에 제 2 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(200)의 요부 개략 구성을 나타낸다. 이 제 2 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(200)는 레이저 조사 헤드(201)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 헤드(201)는, 제 1 실시형태에 있어서의 레이저 조사 헤드(101)의 빔 덤프(19)를, 레이저광(13)의 에너지를 측정하기 위한 에너지 계측 기구(20)로 치환한 것이다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
상기 에너지 계측 기구(20)로서는, 예를 들면 파워미터(power meter)나 포토다이오드(photo diode)를 이용할 수 있다. 이렇게, 시공 시 이외에 에너지 계측 기구(20)에 도광된 레이저광(13)의 출력을 계측하는 것에 의해, 광학계의 건전성이나 시공 시의 시공 개소(가공점)(14)에 있어서의 레이저광(13)의 출력을 산출할 수 있다.
또한, 에너지 계측 기구(20)로서, 레이저광(13)의 조사 위치를 계측하는 것이 가능한 센서(sensor)를 이용하면, 레이저광(13)의 조사 위치를 계측하여 피드백함(feedback)으로써 레이저광(13)의 광축의 차이(different)를 보정하는 것도 가능하다.
도 4에 제 3 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(300)의 요부 개략 구성을 나타낸다. 이 제 3 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(300)는 레이저 조사 헤드(301)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 헤드(301)는, 제 1 실시형태에 있어서의 광로(30)의 종단부에 배설된 광학창을 구성하는 프리즘(16)을 원추 형상의 광학 부품(21)으로 치환한 것이다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
원추 형상의 광학 부품(21)은 레이저광(13)의 진행 방향을 따라 점차 직경이 작아지는 원추 형상으로 구성되어 있으며, 프리즘(16)의 경우와 마찬가지로 액체(12)와 근사한 굴절률로 되어 있다. 따라서, 액체(12)와 원추 형상의 광학 부품(21)의 굴절률의 차는 공기(기체 분위기)와 원추 형상의 광학 부품(21)의 굴절률의 차보다도 작게 설정되어 있다. 이 때문에, 원추 형상의 광학 부품(21)의 외측에 액체 공급 배관(18)으로부터의 액체(12)가 흐르고 있는 상태에서는, 미러(17)에서 반사되어 원추 형상의 광학 부품(21) 내로 입사된 레이저광(13)이 그대로 대략 직진해 시공 개소(14)에 조사되게 되어 있다. 이때, 원추 형상이기 때문에 레이저광(13)의 확산을 억제할 수 있다. 또한, 원추 형상을 노즐 내에 설치하면 분출하는 수류(水流)가 안정되기 쉬워지는 작용이 있기 때문에, 분출하는 액체의 확산을 억제해 장거리로 안정된 분류(噴流)를 형성할 수 있다.
한편, 액체 공급 배관(18)으로부터의 액체(12)의 공급이 정지되어, 원추 형상의 광학 부품(21)의 외측에 액체(12)가 흐르고 있지 않은 상태에서는, 원추 형상의 광학 부품(21)의 외측이 액체(12)가 아닌 공기(기체 분위기)가 존재하는 상태로 된다. 그리고, 원추 형상의 광학 부품(21)과 공기(기체 분위기)는 그 굴절률의 차가 크기 때문에, 미러(17)에서 반사되어 원추 형상의 광학 부품(21) 내로 입사된 레이저광(13)이, 원추 형상의 광학 부품(21)과 공기(기체 분위기)의 경계에서 반사되어, 시공 개소(14)에 조사되지 않고 광학 부품(21)의 둘레 방향으로 확산해서, 레이저광이 레이저 조사 헤드(301)의 내벽면에 조사되게 되어 있다. 레이저광이 분산되므로, 레이저 조사 헤드(301)의 내벽면에 조사되었을 때의 에너지 밀도가 낮아 빔 덤프를 특별히 설치하지 않아도 되게 된다. 이때, 레이저광(13)의 출사면에 원추 선단이 포함되면 확산의 효과가 높아지지만, 적어도 원추면을 포함하고 있으면 확산의 효과는 얻어진다.
도 5에 제 4 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(400)의 요부 개략 구성을 나타낸다. 이 제 4 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(400)는 레이저 조사 헤드(401)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 헤드(401)는, 제 1 실시형태에 있어서의 미러(17)를 삭제하고, 미러(17)와 광로(30)의 종단부에 배설된 광학창의 작용을 1개의 프리즘(16)에 의하여 행하도록 구성한 것이다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
상기 구성의 레이저 가공 장치(400)에서는, 제 1 실시형태에 비해서 광학 부품의 수를 삭감할 수 있어 광학계를 간소화할 수 있다. 또한, 이것에 의하여 도광(導光) 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다.
도 6에 제 5 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(500)의 요부 개략 구성을 나타낸다. 이 제 5 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(500)는 레이저 조사 헤드(501)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 헤드(501)는, 제 1 실시형태에 있어서의 미러(17)를 삭제하고, 미러(17)와 광로(30)의 종단부에 배설된 광학창의 작용을 1개의 프리즘(16)에 의하여 행하도록 구성되어 있다. 이것과 함께, 프리즘(16)의 레이저광(13)을 시공 개소(14)측을 향해서 반사하는 반사면의 외측에 접해서 제 2 프리즘(22)을 배설하고, 도 6 중 제 2 프리즘(22)의 위쪽에 위치하도록, 샘플링 레이저광 에너지(sampling laser beam energy) 계측 기구(23)를 배치한 구성으로 되어 있다.
또한, 프리즘(16) 또는 제 2 프리즘(22)의 적어도 어느 한쪽에는, 이들 사이에 개재되도록 코팅(coating)막이 형성되어 있어, 레이저광(13) 중의 일부(예를 들면, 수 퍼센트)가 코팅막을 통과해서 제 2 프리즘(22) 내로 들어가, 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구(23)에 도광되게 되어 있다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
상기 구성의 레이저 가공 장치(500)에서는, 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구(23)에 의하여 항상 레이저광(13)의 출력을 계측할 수 있으며, 시공 중 이외에 있어서는, 에너지 계측 기구(20)에 의해서도 레이저광(13)의 출력을 계측할 수 있다. 따라서, 미시공 시에 에너지 계측 기구(20)와 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구(23)에 의해 에너지 계측을 행해서 이 결과를 기록해 두고, 시공 시에 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구(23)로 에너지 계측을 행하는 것에 의해, 시공 시에 있어서의 시공 개소(14)의 레이저광(13)의 에너지를 간접적으로 계측하는 것이 가능하다.
또한, 에너지 계측 기구(20)에서는 레이저광의 출사면의 영향도 받은 레이저광의 에너지가 계측되지만, 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구(23)는 레이저광의 반사면까지의 영향을 받은 레이저광의 에너지를 계측할 수 있다. 이것에 의해, 광학계의 부품의 열화 등에 의하여 레이저광의 에너지가 변화했을 경우에, 프리즘(16)의 레이저광의 출사면에 의한 영향인지, 그 이전의 광학 부품에 의한 영향인지, 혹은 양쪽에 의한 영향인지를 판단할 수 있다.
도 7에 제 6 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(600)의 요부 개략 구성을 나타낸다. 이 제 6 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(600)는 레이저 조사 헤드(601)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 헤드(601)는, 제 1 실시형태에 있어서의 미러(17)를 삭제하고, 레이저광(13)의 일부를 투과시키는 샘플링 미러(24)와 함과 함께, 샘플링 미러(24)를 투과한 레이저광(13)의 일부를 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구(23)에 의하여 계측하는 구성으로 되어 있다.
또한, 광학창으로서의 프리즘(16)의 방향을 변경하여, 액체(12)의 공급이 정지되었을 경우, 레이저광(13)이 도 7 중 위쪽을 향해서 반사되도록 하여, 프리즘(16)의 위쪽에 배설된 에너지 계측 기구(20)로 입사되는 구성으로 되어 있다. 또한, 액체(12)를 도 7 중 아래쪽으로부터 공급하도록 유로(32)가 형성되어 있다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
상기 구성의 레이저 가공 장치(600)에서는, 제 5 실시형태와 마찬가지의 효과를 나타냄과 함께, 레이저광(13)의 발진기 등이 배설되는 아래쪽으로부터 액체(12)를 공급하는 구성으로 되어 있으므로, 보다 간편하게 액체(12)를 공급할 수 있다.
도 8에 제 7 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(700)의 요부 개략 구성을 나타낸다. 이 제 7 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(700)는 레이저 조사 헤드(701)를 구비하고 있다. 이 레이저 조사 헤드(701)는, 제 1 실시형태에 있어서의 미러(17)를 삭제하고, 미러(17)와 광로(30)의 종단부에 배설된 광학창의 작용을 1개의 펜타 프리즘(penta prism)(25)에 의하여 행하도록 구성되어 있다.
또한, 펜타 프리즘(25)은 시공 개소(14)에 대해서 비스듬히 레이저광(13)을 조사하는 구성으로 되어 있으며, 액체(12)는 제 6 실시형태와 마찬가지로, 도 8 중 아래쪽으로부터 공급하도록 유로(32)가 형성되어 있다. 그리고, 액체(12)의 공급이 정지되었을 경우, 펜타 프리즘(25)과 외측의 기체 분위기의 경계에서 반사된 레이저광(13)이, 도 8 중 펜타 프리즘(25)의 우측에 인접해서 배설된 에너지 계측 기구(20)로 입사되는 구성으로 되어 있다. 또한, 다른 구성은 제 1 실시형태에 따른 레이저 가공 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
상기 구성의 레이저 가공 장치(700)에서는, 펜타 프리즘(25)에 의하여 시공 개소(14)에 대해서 비스듬히 레이저광(13)을 조사하는 구성으로 되어 있다. 따라서, 시공 개소(14)에서 발생하는 플라스마의 충격 및 열에 의해, 광학창인 펜타 프리즘(25)이 손상을 받는 위험성을 저감할 수 있다. 또한, 제 6 실시형태와 마찬가지로, 레이저광(13)의 발진기 등이 배설되는 아래쪽으로부터 액체(12)를 공급하는 구성으로 되어 있으므로, 보다 간편하게 액체(12)를 공급할 수 있다.
도 9에 상술한 제1∼7 실시형태에 있어서의 레이저 조사 헤드(101, 201, 301, 401, 501, 601, 701)를 구동시키기 위한 구동 기구의 일례를, 레이저 조사 헤드(101)를 구동시키는 경우를 예로 해서 나타낸다. 이 구동 기구는, 기대(110)와, 이 기대(110) 상에 배치되며, 외통(111)과 내통(112)을 구비한 상하동 기구를 구비하고 있다. 도 9 중 화살표로 나타내는 바와 같이, 내통(112)은 외통(111)에 대해서 상하동 가능하게 되어 있으며, 이들 외통(111)과 내통(112)은 기대(110)에 대해서 회전 가능하게 되어 있다. 이것에 의하여, 레이저 조사 헤드(101)가 배관(11) 내에서 상하동 및 회전하여 배관(11) 내에 가공을 실시하게 되어 있다. 또한, 레이저 발진기(113) 등은 기대(110) 상에 배치되어 있다.
이상, 본 발명의 몇가지 실시형태를 설명했지만 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규인 실시형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
100 : 레이저 용접 장치 101 : 레이저 조사 헤드
11 : 배관 12 : 액체
13 : 레이저광 14 : 시공 개소
15 : 집광 렌즈 16 : 프리즘
17 : 미러 18 : 액체 공급 배관
19 : 빔 덤프 30 : 광로
31 : 유로

Claims (6)

  1. 피처리 부재의 표면에 액체를 공급하여, 상기 액체를 개재해서 펄스 형상의 레이저광을 조사하여, 표면 처리를 행하는 레이저 가공 장치로서,
    광학창을 통하여, 상기 피처리 부재의 표면에, 상기 액체를 통과해서 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구와,
    상기 광학창의 외측 표면을 지나는 유로(流路)를 통하여 상기 피처리 부재의 표면에 상기 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 구비하고,
    상기 광학창의 레이저광 출사면은, 상기 광학창의 레이저광 출사면에 상기 액체가 접하는 경우는 상기 레이저를 투과시키고, 상기 광학창의 레이저광 출사면에 상기 액체가 접하지 않는 경우는 상기 레이저광을 반사하도록 구성되고,
    상기 광학창의 레이저광 출사면에서 반사된 상기 레이저광이 도광(導光)되는 빔 덤프(beam dump)를 구비하고,
    상기 빔 덤프는, 시공 시 이외에 상기 레이저광의 에너지 및 조사 위치를 계측하는 에너지 계측 기구를 포함하고,
    상기 에너지 계측 기구에 의해 상기 레이저광의 조사 위치를 계측하여 피드백함으로써 상기 레이저광의 광축의 차이를 보정하고,
    상기 광학창의 레이저광 출사면보다도 상기 레이저광의 광로의 상류에 배치되며, 상기 레이저광의 일부를 샘플링하는 샘플링 기구와,
    상기 샘플링 기구에 의하여 샘플링된 상기 레이저광의 에너지를 시공 시 및 시공 시 이외에 계측하는 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학창이 원추 형상의 광학 부품이며, 상기 레이저광의 출사면이 상기 원추 형상의 광학 부품의 원추면을 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저 가공 장치.
  6. 기체 분위기 중에 설치된 피처리 부재의 표면에 액체를 공급하여, 상기 액체를 개재해서 펄스 형상의 레이저광을 조사하여, 표면 처리를 행하는 레이저 가공 방법으로서,
    광학창을 통하여, 상기 피처리 부재의 표면에, 상기 액체를 통과해서 상기 레이저광을 조사하는 레이저 조사 기구와, 상기 광학창의 외측 표면을 지나는 유로를 통하여 상기 피처리 부재의 표면에 상기 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 배설(配設)하고,
    상기 광학창의 외측에, 상기 액체 공급 기구로부터 상기 액체가 공급되고 있는 경우는 상기 피처리 부재의 표면에 상기 레이저광이 조사되는 제 1 광로로, 상기 액체 공급 기구로부터의 상기 액체의 공급이 정지된 경우는 상기 피처리 부재의 표면에 상기 레이저광이 조사되지 않는 제 2 광로로, 상기 액체와 상기 기체 분위기의 굴절률의 차이에 의하여 광로를 전환하고,
    시공 시 이외에 상기 제 2 광로로 전환된 레이저광의 에너지 및 조사 위치를, 에너지 계측 기구에 의해 계측하고,
    상기 에너지 계측 기구에 의해 상기 레이저광의 조사 위치를 계측하여 피드백함으로써 상기 레이저광의 광축의 차이를 보정하고,
    상기 광학창의 레이저광 출사면보다도 상기 레이저광의 광로의 상류에 배치되는 샘플링 기구에 의해 상기 레이저광의 일부를 샘플링하고,
    상기 샘플링 기구에 의하여 샘플링된 상기 레이저광의 에너지를, 시공 시 및 시공 시 이외에 샘플링 레이저광 에너지 계측 기구에 의해 계측하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공 방법.
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