本發(fā)明的實施方式涉及激光噴丸加工裝置以及激光噴丸加工方法。

背景技術：

激光噴丸加工通過在由液體覆蓋的狀態(tài)下對被加工物的被加工面聚光照射激光束而進行。如果對由液體覆蓋的被加工物的被加工面聚光照射激光束，則能夠將因激光束的照射而產生的等離子體封入液體中。其結果，沖擊波的壓力被施加給被加工面。由此，能夠使在被加工物內部所產生的壓縮應力作為殘余應力而殘留(例如參照專利文獻1以及專利文獻2)。

在激光噴丸加工中，抑制液體中的氣泡的產生較為重要。這是因為到達被加工面的激光束的能量會因氣泡而衰減。因此，提出了在用于供給激光噴丸用的液體的配管上設置用于從液體將氣泡去除的閥的技術。另外，還提出了通過控制液體的流速以及流量而抑制因空穴作用產生氣泡。

專利文獻1：日本特開2008-238260號公報

專利文獻2：日本特開2006-137998號公報

然而，如果對被加工物的被加工面照射激光束，則在激光束的照射點處產生氣泡。即，在激光噴丸加工的施工點處產生氣泡。其結果，存在如下問題，即，由氣泡將激光束的光路遮擋，激光束的能量會衰減。即，存在如下問題，即，因在激光束的照射點處所產生的氣泡而無法以嚴格設定的激光束的能量來進行激光噴丸加工。

技術實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于在激光噴丸加工中能夠減弱因氣泡而引起的激光束的能量的衰減。

本發(fā)明的實施方式所涉及的激光噴丸加工裝置具有激光振蕩器、噴嘴以及傾斜機構。激光振蕩器使激光振蕩。噴嘴朝向被加工物的被加工面一邊噴射液體、一邊將所述激光聚光而進行照射。傾斜機構以使得所述液體的噴射方向和所述被加工面的法線方向成為不同的方向的方式，使所述噴嘴以及所述被加工物中的至少一者傾斜，由此，對于因所述液體和所述被加工面的碰撞以及所述激光向所述被加工面照射所引起的沖擊中的至少一者而產生的氣泡，使該氣泡連同所述液體一起在與所述被加工面相對于所述液體的噴射方向的傾斜方向相對應的方向上流動。

另外，本發(fā)明的實施方式所涉及的激光噴丸加工方法具有：使激光振蕩的步驟；通過朝向被加工物的被加工面一邊噴射液體、一邊將所述激光聚光而進行照射，從而制造成品或者半成品的步驟；以及以使得所述液體的噴射方向和所述被加工面的法線方向成為不同的方向的方式，使所述噴嘴以及所述被加工物中的至少一者傾斜，由此，對于因所述液體和所述被加工面的碰撞以及所述激光向所述被加工面照射所引起的沖擊中的至少一者而產生的氣泡，使該氣泡連同所述液體一起在與所述被加工面相對于所述液體的噴射方向的傾斜方向相對應的方向上流動的步驟。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的第1實施方式所涉及的激光噴丸加工裝置的結構圖。

圖2是表示當前的激光噴丸加工方法的圖。

圖3是本發(fā)明的第2實施方式所涉及的激光噴丸加工裝置的結構圖。

標號的說明

1、1a激光噴丸加工裝置

2激光振蕩器

3噴嘴

4液體供給系統(tǒng)

5移動機構

6傾斜機構

6a機械臂

6b控制裝置

7聚光透鏡

8光學元件

9液體槽

11容器

12泵

13配管

14開閉閥

20旋轉軸

21氣缸機構

22工作臺

23工作臺

24高度調節(jié)機構

w被加工物

l液體

t夾具

具體實施方式

參照附圖對本發(fā)明的實施方式所涉及的激光噴丸加工裝置以及激光噴丸加工方法進行說明。

(第1實施方式)

(結構以及功能)

圖1是本發(fā)明的第1實施方式所涉及的激光噴丸加工裝置的結構圖。

激光噴丸加工裝置1是通過向金屬等被加工物w的被加工面一邊噴射水等任意液體l、一邊照射激光束而實施激光噴丸加工的裝置。激光噴丸加工是通過在使液體l附著于被加工物w的被加工面的狀態(tài)下聚光照射激光束而對被加工物w的被加工面施加沖擊波的壓力的加工。如果進行激光噴丸加工，則能夠利用沖擊波的壓力對被加工物w的被加工面施加壓縮殘余應力作為反作用力。如果使壓縮殘余應力施加于被加工物w的被加工面，則能夠利用所形成的壓縮殘余應力而抑制在被加工面的表面產生龜裂。由此，能夠提高被加工物w的疲勞特性。

如圖1舉例所示，激光噴丸加工裝置1能夠由激光振蕩器2、噴嘴3、液體供給系統(tǒng)4、移動機構5以及傾斜機構6構成。

激光振蕩器2是使激光振蕩、并將振蕩的激光朝向噴嘴3照射的裝置。在激光振蕩器2與噴嘴3之間能夠設置噪聲濾波器等所需的光學系統(tǒng)。

噴嘴3構成為一邊朝向被加工物w的被加工面噴射激光噴丸加工用的液體l、一邊將激光聚光而對被加工面進行照射。噴嘴3能夠利用聚光透鏡7、光學元件8以及液體槽9而構成。

聚光透鏡7是用于使從激光振蕩器2射出的激光射入并聚光的光學元件。因此，聚光透鏡7配置為在用于將從激光振蕩器2射出的激光遮擋的筒狀構造體的內部處于激光的光軸上。

在噴嘴3處，除了聚光透鏡7以外，還能夠設置用于使從聚光透鏡7透過的激光的行進方向改變而對被加工物w的被加工面照射激光的光學元件8。如果設置有使激光的行進方向改變的光學元件8，則能夠朝向所需的方向照射激光。

在圖示的例子中，將光軸呈直角地彎曲的棱鏡設置作為光學元件8。棱鏡是由具有與光的入射側以及出射側的折射率不同的折射率的玻璃、水晶等透明的介質構成的多面體。當然，可以取代棱鏡而使用反射鏡?；蛘呖梢岳霉饫w改變激光的行進方向。

液體槽9是用于對被加工物w的激光噴丸加工用的液體l臨時進行貯存并噴射的容器。在液體槽9設置有液體l的供給口和噴射口，能夠將從供給口供給的液體l從噴射口朝向被加工物w的被加工面噴射。

另外，在液體槽9設置有入射窗，經由光學元件8而從入射窗透過的激光在與液體l的噴射方向相同的方向上射出。即，液體l的噴射口兼用作激光的出口，激光從液體l的噴射口朝向被加工物w的被加工面照射。

因此，激光的光軸和液體l的噴射方向大致相同。即，噴嘴3構成為，將液體l的噴射方向和激光的照射方向設為相同的方向而對液體l進行噴射、且照射激光。因此，液體槽9的入射窗和噴射口配置為處于激光的光軸上。

另外，通過設置棱鏡等光學元件8，能夠使液體l的噴射方向以及激光的照射方向形成為朝向鉛直下方而對液體l進行噴射、且照射激光。在該情況下，能夠在液壓的基礎上還利用重力而進行液體l的噴射。

優(yōu)選液體l的噴射口的尺寸設為比激光束的直徑大的尺寸。這是因為，液體l的液體流的直徑比激光束的直徑大，激光從液體l中透過而對被加工物w的被加工面進行照射。即，優(yōu)選激光從由液體l的液體流形成的液柱內透過。

液體供給系統(tǒng)4是將激光噴丸加工用的液體l供給至噴嘴3的液體槽9的系統(tǒng)。液體供給系統(tǒng)4能夠由對激光噴丸加工用的液體l進行貯存的容器11、泵12以及配管13構成。在配管13能夠根據(jù)需要而設置開閉閥14。

配管13形成容器11與液體槽9之間的液體l的流路。泵12以及開閉閥14設置于配管13上。因此，如果使泵12工作，則能夠將容器11內的液體l供給至液體槽9。另外，通過開閉閥14的開閉而能夠對液壓進行調整。因此，開閉閥14承擔作為對朝向被加工物w的被加工面噴射的液體l的壓力進行控制的壓力控制機構的作用。

移動機構5是使噴嘴3以及被加工物w中的至少一者相對于另一者滑動的裝置。即，移動機構5具有使噴嘴3相對于被加工物w而相對地移動的功能。移動機構5例如能夠由如下3軸滑動機構構成，即，該3軸滑動機構能夠使噴嘴3在相互正交的x軸、y軸以及z軸這3個軸的方向上進行平行移動。當然，也可以利用傾斜機構、旋轉機構構成移動機構5。通過移動機構5的驅動而能夠改變施工點、且能夠連續(xù)地進行激光噴丸加工。

傾斜機構6是以使得激光噴丸加工用的液體l的噴射方向和被加工物w的被加工面的法線方向成為不同的方向的方式，使被加工物w傾斜的裝置。即，傾斜機構6是如下裝置，即，以使得激光的焦點處于被加工物w的被加工面上的激光噴丸加工位置的方式，將激光噴丸加工位置與噴嘴3之間的距離保持為恒定，且以使得液體l不向被加工物w的被加工面垂直地噴射的方式，使被加工物w傾斜。

如果進行激光噴丸加工，則因液體l和被加工面的碰撞、對被加工物w的被加工面照射激光所引起的沖擊而從被照射了激光的被加工面產生氣泡。如果氣泡滯留于激光噴丸加工用的液體l中，則激光的光路被遮擋而有可能導致激光的散射或衰減。因此，為了在激光噴丸加工中對被加工面施加足夠的沖擊波的壓力，從激光噴丸加工用的液體l中將氣泡去除較為重要。

根據(jù)觀察激光噴丸加工的結果能夠判明，存在因激光的照射而產生的氣泡滯留于液體l的液體流淤滯的淤液中的趨勢。因此，如果使激光的照射區(qū)域中的淤液減少，則能夠避免氣泡在局部滯留于激光的照射區(qū)域。

圖2是表示因當前的激光噴丸加工法而產生的淤液的情形的圖。

如圖2所示，如果激光噴丸加工用的液體l向被加工物w的被加工面垂直地噴射，則在激光針對被加工面的照射點周圍產生液體l的淤液。因此，因激光的照射而產生的氣泡會滯留于照射點周圍。其結果，激光的光路被氣泡遮擋而導致激光的散射或衰減。

因此，如圖1舉例所示，利用傾斜機構6使被加工物w傾斜，由此能夠避免在液體l中產生的淤液集中于激光的照射區(qū)域附近。即，如果使被加工物w傾斜，則液體l朝向斜下方流動。即，形成液體l的液體流。其結果，能夠降低液體l中的淤液的產生量。另外，假設產生淤液，淤液也會沿著液體l的液體流而從激光的照射區(qū)域朝向斜下方流動。其結果，對于因液體l和被加工面的碰撞以及激光朝被加工物w的被加工面照射所引起的沖擊而產生的氣泡，能夠使其和液體l一起向斜下方流動而不會滯留于淤液中。

此外，在圖1所示的例子中，液體l的噴射方向以及激光的照射方向朝向鉛直下方，但根據(jù)被加工物w的構造，可以將液體l的噴射方向以及激光的照射方向設為與鉛直下方不同的方向。即使在該情況下，只要利用傾斜機構6以使得液體l的噴射方向和被加工物w的被加工面的法線方向成為不同的方向的方式使被加工物w傾斜，也能夠使液體l在與被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜方向相應的特定的方向上流動。因此，能夠使因激光噴丸加工而產生的氣泡連同液體l一起在與被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜方向相應的方向上流動。

傾斜機構6例如能夠由如下部件構成：機械臂6a，其能夠在被加工物w的被加工面上維持激光的焦點，且能夠對被加工物w的被加工面相對于激光噴丸加工用的液體l的噴射方向的傾斜角度進行可變控制；以及控制裝置6b，其對機械臂6a進行控制。機械臂6a能夠利用所需數(shù)量的旋轉機構以及伸縮機構而構成。為了能夠調節(jié)2個方向上的傾斜角度，可以利用多個旋轉機構構成機械臂6a。另一方面，對機械臂6a進行控制的控制裝置6b可以由計算機等的電子電路構成。

在圖1所示的例子中，將被加工物w安裝于夾具t，利用機械臂6a對夾具t進行保持。當然也可以直接利用機械臂6a對被加工物w進行保持。即，能夠由對被加工物w或者用于安裝被加工物w的夾具t進行保持的機械臂6a構成傾斜機構6。

另外，并不局限于機械臂6a，還可以由起倒機構構成傾斜機構6，其中，該起倒機構具備能夠使被加工物w或者用于安裝被加工物w的夾具t傾斜的旋轉軸。在該情況下，具備用于對起倒機構進行控制的控制裝置。

另外，被加工物w的被加工面并不局限于平面。例如，如果被加工物w是飛機的部件，則有時還在被加工面存在凹凸、或者被加工面為曲面。因此，如果通過移動機構5的驅動而一邊使噴嘴3和被加工物w的相對位置改變、一邊進行激光噴丸加工，則有時液體l的噴射方向與被加工面的法線方向所成的角度會發(fā)生變化。因此，基于表示被加工面的形狀的3維信息，能夠以在噴嘴3以及被加工物w的至少一者的滑動中使得被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜角度恒定或者處于規(guī)定的范圍內的方式使被加工物w傾斜。

在一邊使被加工物w的被加工面的傾斜角度發(fā)生變化、一邊進行激光噴丸加工的情況下，只要被加工物w的旋轉軸與激光噴丸加工位置不重疊，則為了在被加工物w的被加工面上維持激光的焦點，在被加工物w的旋轉移動的基礎上還需要平行移動。例如，如圖1所示，如果處于利用機械臂6a使被加工物w的傾斜角度發(fā)生變化的情況下，則需要使被加工物w進行相對于鉛直方向的平行移動。因此，為了能夠使被加工物w進行平行移動，可以在機械臂6a上設置多個旋轉軸、或者設置由氣缸機構等構成的伸縮機構。

另外，可以與被加工物w的旋轉移動聯(lián)動地利用移動機構5使噴嘴3進行平行移動。在該情況下，還能夠基于表示被加工面的形狀的3維信息，利用控制裝置6b對移動機構5進行控制。因此，可以說移動機構5也作為傾斜機構6的一部分而起作用。

表示被加工面的形狀的3維信息能夠預先保存于控制裝置6b所具備的存儲裝置中。而且，通過由控制裝置6b參照被加工面的3維信息而對機械臂6a的控制，能夠將被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜角度維持為恒定或者處于規(guī)定的范圍內。另外，通過參照被加工面的3維信息，能夠利用控制裝置6b對機械臂6a以及移動機構5中的至少一者進行控制以使得激光的焦點處于被加工面上。

因液體l和被加工面的碰撞而產生的液體l的淤液的量還會因液體l的液壓而變化。因此，利用作為對液體l的壓力進行控制的壓力控制機構的開閉閥14能夠對液體l的壓力進行控制以減少淤液。即，通過對開閉閥14的開度進行調節(jié)，能夠降低淤液的產生量。能夠通過試驗并根據(jù)經驗而求出用于減少淤液的適當?shù)拈_閉閥14的開度。

此外，如果能夠對液體l的液壓進行控制，則能夠將除了開閉閥14以外的裝置用作壓力控制機構。在該情況下，也能夠利用壓力控制機構對液體l的液壓進行控制以降低淤液的產生量。

如上，在激光噴丸加工裝置1中，通過對液體l的液壓以及被加工面的傾斜角度進行調節(jié)，能夠避免淤液中的氣泡滯留于激光的照射區(qū)域附近。

(動作以及作用)

下面，對利用激光噴丸加工裝置1的激光噴丸加工方法進行說明。

首先，經由夾具t而將被加工物w固定于機械臂6a?；蛘撸瑢⒈患庸の飛直接固定于機械臂6a。然后，以使得從噴嘴3照射的激光的焦點處于被加工物w的被加工面上的激光噴丸加工的開始位置的方式，通過移動機構5的驅動而進行被加工物w的定位。并且，通過控制裝置6b的控制而驅動機械臂6a，使得被加工物w的被加工面的法線方向相對于從噴嘴3噴射的液體l的噴射方向以及從噴嘴3照射的激光的照射方向以規(guī)定的角度傾斜。

然后，激光振蕩器2使激光振蕩。即，從激光振蕩器2射出激光。射出的激光經由任意的光學系統(tǒng)而射入至噴嘴3內的聚光透鏡7。射入至聚光透鏡7的激光聚光、且從聚光透鏡7透過。從聚光透鏡7透過的激光射入至光學元件8。射入至光學元件8的激光的行進方向在光學元件8中改變?yōu)槌蜚U直下方而射出。

另一方面，液體供給系統(tǒng)4的泵12工作，通過配管13將容器11內的激光噴丸加工用的液體l供給至液體槽9內。其結果，從在液體槽9的下方形成的開口部朝向被加工物w的被加工面噴射液體l。因此，從光學元件8射出的激光從液體l的內部透過而朝向被加工物w的被加工面聚光照射。即，噴嘴3朝向被加工物w的被加工面一邊噴射液體l、一邊將激光聚光而進行照射。

因此，在被加工物w的被加工面產生等離子體。由此，沖擊波的壓力施加于被加工物w的被加工面。這樣，能夠通過殘余應力而使被加工面的強度增加。

此時，被加工物w以使得液體l的噴射方向和被加工面的法線方向成為不同的方向的方式傾斜。因此，對被加工面噴射的液體l朝向被加工面和液體l的噴射方向所成的角度最大的方向順著被加工面而流動。其結果，降低了液體l中的淤液點的產生量。另外，即使因被加工面和液體l的碰撞而產生局部的淤液，淤液也隨著液體l的液體流而迅速地從激光的照射區(qū)域流動。因此，因液體l和被加工面的碰撞以及由激光引起的沖擊而產生的氣泡也能夠與液體l一起在與被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜方向相應的方向上流動。

因此，激光被照射至被加工物w的被加工面而未被大量的氣泡遮擋。即，具有足夠的能量密度的激光被照射至被加工物w的被加工面。其結果，能夠可靠地提高被加工面的強度。

在被加工物w的被加工面較大的情況下，通過移動機構5的驅動而能夠一邊使被加工物w相對地移動、一邊按順序進行激光噴丸加工。而且，如果針對全部被加工面的激光噴丸加工結束，則能夠獲得加工品。即，能夠制造實施了激光噴丸加工后的成品或半成品。

此外，在被加工物w并非為平面的情況下，能夠追隨被加工物w的移動而對被加工面的傾斜角度進行可變控制。在該情況下，控制裝置6b基于表示被加工面的形狀的3維信息對機械臂6a進行控制，以使得被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜角度恒定或者處于規(guī)定的范圍內。由此，能夠將被加工面相對于液體l的噴射方向的傾斜角度維持為恒定或者處于規(guī)定的范圍內，能夠避免因激光噴丸加工而產生的氣泡滯留于激光的照射區(qū)域。

另外，能夠對液體l的壓力進行控制以使成為氣泡滯留的主要原因的淤液減少。能夠通過對開閉閥14的開度進行調節(jié)而控制液體l的壓力。

即，如上的激光噴丸加工裝置1以及激光噴丸加工方法著眼于因激光噴丸加工而產生的氣泡滯留于激光噴丸加工用的液體l的淤液中的性質，能夠使被加工物w的被加工面的法線方向相對于從噴嘴3噴射的液體l的噴射方向以及激光的照射方向傾斜，以便降低激光噴丸加工位置附近的淤液的產生量。

(效果)

因此，根據(jù)激光噴丸加工裝置1以及激光噴丸加工方法，能夠降低在激光噴丸加工的施工點附近滯留的液體l的淤液點的量。由此，能夠將在激光噴丸加工的施工點附近因激光噴丸加工而產生的氣泡去除。其結果，能夠減弱因氣泡而引起的激光束的能量的衰減。即，能夠在更優(yōu)選的條件下進行激光噴丸加工。

(第2實施方式)

圖3是本發(fā)明的第2實施方式所涉及的激光噴丸加工裝置的結構圖。

在圖3所示的第2實施方式的激光噴丸加工裝置1a中，能夠利用傾斜機構6對噴嘴3相對于被加工物w的被加工面的傾斜角度進行可變控制這一點與第1實施方式的激光噴丸加工裝置1不同。關于第2實施方式的激光噴丸加工裝置1a的其他結構以及作用，實質上與第1實施方式的激光噴丸加工裝置1并無不同，因此對相同的結構或者相對應的結構標注相同的標號并將說明省略。

第2實施方式的激光噴丸加工裝置1a的傾斜機構6與噴嘴3連結。因此，能夠對噴嘴3相對于被加工物w的被加工面的傾斜角度進行可變控制。例如圖3所示，能夠利用旋轉軸20以及伸縮的多個氣缸機構21而構成傾斜機構6。即，由伸縮的多個氣缸機構21對兼用作移動機構5的一部分的工作臺22的一端的下方進行支撐，利用旋轉軸20將工作臺22的另一端支撐為可旋轉，由此能夠構成能夠對噴嘴3的傾斜角度進行可變控制的傾斜機構6。因此，可以將傾斜機構6作為移動機構5的結構要素。

另一方面，能夠設置高度調節(jié)機構24，該高度調節(jié)機構24用于對用于設置被加工物w的夾具t或者被加工物w的工作臺23的高度進行調節(jié)以使得激光的焦點處于被加工物w的被加工面上的激光噴丸加工位置。能夠利用控制裝置6b對高度調節(jié)機構24進行控制。因此，可以說高度調節(jié)機構24也構成傾斜機構6的一部分，該傾斜機構6以將激光噴丸加工位置與噴嘴3之間的距離保持為恒定、且使得液體l不被相對于被加工物w的被加工面垂直地噴射的方式使被加工物w傾斜。高度調節(jié)機構24能夠利用氣缸機構、滾珠絲杠等構成。當然可以取代對用于設置被加工物w的夾具t的工作臺23的高度進行調節(jié)的方式而利用移動機構5對噴嘴3的高度進行調節(jié)。另外，可以對工作臺23以及噴嘴3這二者的高度進行調節(jié)。

在這樣的第2實施方式的激光噴丸加工裝置1a中，也能夠獲得與第1實施方式的激光噴丸加工裝置1相同的效果。特別是在被加工物w為大型加工物的情況下、被加工物w的重量較大的情況下，無需使被加工物w傾斜，因此無需大規(guī)模的裝置。

相反，在被加工物w為小型加工物的情況下、被加工物w的重量較小的情況下，能夠如第1實施方式那樣通過使被加工物w側傾斜而使得液體l的噴射方向始終朝向鉛直下方。因此，能夠利用重力而對液體l進行噴射。另外，因為無需使噴嘴3以及移動機構5的傾斜，因而無需大規(guī)模的裝置。

(其他實施方式)

以上對特定的實施方式進行了記載，但所記載的實施方式不過是一個例子而已，對發(fā)明的范圍并未進行限定。這里記載的新的方法以及裝置能夠通過各種各樣的其他方式而實現(xiàn)。另外，在這里記載的方法以及裝置的方式中，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內，能夠進行各種各樣的省略、置換以及變更。所附的權利要求書的范圍以及其等同的范圍包含在發(fā)明的范圍以及主旨中，包含這樣的各種各樣的方式以及變形例。

例如，可以對第1實施方式和第2實施方式進行組合。即，可以形成為能夠對噴嘴3以及被加工物w這二者的傾斜角度進行控制。因此，傾斜機構能夠構成為使噴嘴3以及被加工物w中的至少一者傾斜。