激光照射装置及激光照射方法
专利名称：激光照射装置及激光照射方法
技术领域：
本发明涉及激光照射装置及激光照射方法。
背景技术：
关于向配管形状的材料表面照射激光来进行加工的技术，例如已知有这样的装置，该装置具备照射装置，具有光纤收纳筒和镜收纳筒，其中，该光纤收纳筒收纳有从脉冲激光光源导出激光并将该激光从激光射出部射出的光纤；该镜收纳筒被设置在该光纤收纳筒的前端部，在内部收纳有从所述激光射出部隔开规定距离而配置的具有非球面形状反射面的反射镜，并且在周面设置有用于将反射激光照射到照射点的激光照射窗；输液单元，向激光的照射点输送清洗用液体；以及移动装置，使所述照射装置在轴线方向上移动。·根据该装置，通过非球面反射镜将从光纤射出的激光反射并聚光后照射到施工面，所以无需在照射装置中内置用于将激光聚光的聚光透镜，能够相应地减小照射装置的外径。此外，在照射装置的同心上配置非球面镜收纳筒和光纤收纳筒，由旋转驱动装置使镜收纳筒以螺旋状旋转，从而对管内表面进行激光加工。在上述装置中，为了使照射装置以螺旋状移动来进行激光加工，必须使被照射对象部位与非球面镜的位置保持恒定。此外，如果不将照射装置与被加工对象物之间的缝隙设置成与激光的焦距相对应，是不能够进行加工的。如果较小地设置上述缝隙也能进行加工，但是存在照射装置与被加工对象物内表面干涉而产生故障的危险性。另一方面，若较大地设置缝隙，则旋转时因振动等的影响而成为焦点误差容许范围外，可能无法进行加工。
发明内容
本发明的实施方式是鉴于上述的现有情况而做出的，其目的在于提供一种激光照射装置及激光照射方法，不会导致与被加工对象物内表面产生干涉的可能性增大，将与被加工对象部之间的距离保持为恒定的同时实施激光加工。本发明的实施方式所涉及的激光照射装置的一方式，其特征在于，具备激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出；聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光；筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部；流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出；定位机构,配设于所述框体,通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动。
本发明的实施方式所涉及的激光照射方法的一方式，使用激光照射装置，所述激光照射装置具备激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出；聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光；筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部；流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出；定位机构，配设于所述框体，通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动，所述激光照射方法的特征在于，使用所述激光照射装置，在使从所述流体供给机构供给的流体从所述框体的开口部喷出而形成了沿着所述流体引导机构的流体的流动的状态下，向所述被加工物照射激光。
图IA和图IB是示意性地表示第一实施方式的激光照射装置的结构的图。图2是表示激光反射/聚光机构的其他例子的结构的图。图3是用于说明对管内表面进行激光照射的施工方法的图。图4是示意性地表示第二实施方式的激光照射装置的结构的图。图5是示意性地表示第三实施方式的激光照射装置的结构的图。图6是表示低压涡轮机叶片的结构的图。图7是用于说明对低压涡轮机叶片的销孔进行激光照射的施工方法的图。图8A和图8B是用于说明对PWR的炉内仪表安装筒进行激光照射的施工方法的图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的激光照射装置及激光照射方法的实施方式。图1A、1B示意性地示出了本发明的一实施方式的激光照射装置及激光照射方法的实施方式的要部概要结构，图IA示出了从侧面侧观察时的结构，图IB示出了从下表面侧观察时的结构。如图1A、1B所示，与未图示的激光振荡器连接的作为激光传输机构的光纤14的前端部，与形成为筒状(本实施方式中为圆筒状)的框体12连接。此外，在框体12上连接有管状的流体供给机构13的前端，该流体供给机构13与未图示的流体供给源连接。在框体12内收纳并保持有作为激光反射/聚光机构的非球面镜11。在框体12的一个面上形成有开口 18。此外，在框体12的形成有开口 18的面的外侧部分，在比开口 18靠前端侧(图1A/1B中左侧)的位置配设有定位机构19，在比开口 18靠后端侧(图1A/1B中右侧)的位置配设有流体引导机构17。流体引导机构17以使从开口 18喷出的流体15 (图中用箭头表示。)在框体12与被加工物之间沿着框体12的轴向进行流动的方式进行引导，在框体12与被加工物之间产生喷吸作用(ejector effect)。在本实施方式中，流体引导机构17由沿着框体12的轴向(长边方向)形成的槽构成。但是，流体引导机构17不限于槽，只要能够引导流体15的流动而产生喷吸作用即可。例如，也可以由沿着框体12的轴向平行地形成的多个坝等构成。
在上述结构的激光照射装置中，从未图示的激光振荡器照射出的激光51由光纤14进行传输。而且，从光纤14端部的激光射出部照射出的激光51在非球面镜11上被反射、聚光，经过开口 18照射到被加工物16的表面。如上所述，作为激光传输机构，通常使用光纤14，从光纤端部(激光射出部)照射的激光51的扩散角(spread angle)是由所使用的光纤14的种类规定的。例如,在使用了材质为石英且芯径为φ _0 Lnim]的光纤14的情况下,通常数值孔径NA(Numerical Aperture)为0.2左右。根据从该光纤端面照射的激光51的数值孔径NA，来决定从作为激光反射/聚光机构的非球面镜11的大小、从光纤端部(激光射出部)至非球面镜11的距离、从非球面镜11至被加工物16的被加工面的距离。作为激光反射/聚光机构，优选如上所述那样使用非球面镜11。但是，如图2所示，也可以是将激光聚光机构(透镜等)41和激光反射机构(反射镜等)42进行组合而成的结构。在使用非球面镜11的情况下，作为材质，优选使用铜等金属、石英和BK7等玻璃，等 等，通过在非球面镜11的表面上设置用于将特定激光反射的反射膜，能够减轻激光对非球面镜11的损伤，能够延长寿命。此外，作为激光聚光机构41，能够使用石英、BK7等玻璃制聚光透镜。此外，作为激光反射机构42，优选使用铜等金属制反射镜、石英和BK7等玻璃制反射镜。此外，通过根据需要而在聚光透镜设置使特定波长的激光透射的防反射膜，从而能够防止反射光对光纤的损伤。此外，反射镜通过使用具有用于将特定波长的激光反射的反射膜的反射镜，能够减轻对镜主体的损伤，能够延长反射镜的寿命。作为激光反射/聚光机构的非球面镜11，配设在框体12内，由框体12进行保持。此外，作为激光传输机构的光纤14，被配设并保持在管状的流体供给机构13的内部。但是，也可以采用将光纤14也保持在框体12内部的结构。作为框体12，优选形成为圆筒状的形状，但也可以是纺锤形状、多边形形状等。此外，关于框体12的大小，在被加工物16为管状且对其内表面进行加工的情况下，只要是能进入到管内的大小即可。如图IA及图IB所示，从开口 18，除了照射出激光51之外，还喷出由流体供给机构13供给的流体15。流体15在流体供给机构13的内部从图1A、1B中的右侧朝向框体12流动，撞击非球面镜11，从而流动方向改变为图IA中的朝下，从开口 18喷出。从开口 18喷出的流体15向框体12的外部扩散，流体15的流动被流体引导机构17引导，在框体12与被加工物16之间沿着框体12的长边方向(轴向)流动。这样，流体15在框体12与被加工物16之间流动，从而在框体12和被加工物16之间相对于周围产生压力差，通过喷吸作用，框体12被向加工物16吸附。而且，在框体12的前端侧配设的定位机构19成为与被加工物16抵接的状态，框体12与被加工物16之间的距离、也就是说非球面镜11与被加工物16之间的距离保持恒定。另外，作为流体15,在进行激光喷丸(Laser peening)的情况下,优选使用水等液体，在进行激光焊接的情况下，优选使用Ar、N2等不活泼气体，在进行激光切割的情况下，优选使用氧、空气等助燃性气体。在构成为利用喷吸作用将框体12向被加工物16吸附的情况下，为了能够使流体供给机构13追随框体12的移动，优选流体供给机构13由具有柔性的材料、例如聚合物、工程塑料、硬质橡胶、玻璃等构成且能够弯曲。具体地讲，可以举出聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树月旨、AES树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、聚缩醛、PTFE (聚四氟乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、硬橡胶、浮法玻璃、熔凝石英等，但不限于此，只要是能够追随由喷吸作用引起的框体12的移动的材质、且加工成管状时在内侧能够流动有流体15的材质即可。图3示出了使用本实施方式的激光照射装置，在由管状部件构成的被加工物16的内表面实施激光喷丸的例子。在激光喷丸的情况下，如图3所示，从开口 18照射激光51，并且作为流体15，从开口 18喷出水。作为实施例，使用管的内径为(pl0.0[mm]、而框体12的外径为(p9.0[mm]的激光照射装置进行了实验。在该情况下，以I. 5 12. 0[l/min]的流量从框体12的开口 18喷出水，从而通过喷吸作用将由框体12等构成的激光照射装置向被加工物16的内表面吸附，能够将被加工物16的内表面与框体12 (非球面镜11)之间的距离保持恒定。
此外，确认出在管的内径为(pl5.0[mm]、框体12的外径为φ14.5[mm]的情况下，从框体12的开口 18以4. 5 16. 0[l/min]的流量喷出水，从而能够通过喷吸作用实现吸附。这样，根据被施工对象物的形状、大小来变更激光照射装置的框体12的形状和大小、以及从开口 18喷出的流体15的流量，从而能够通过喷吸作用来对激光照射装置的框体12进行定位。在从框体12的开口 18与水流一起将激光51向被加工物16照射的情况下，激光51是光，不会产生反作用力，所以在喷吸作用下框体12被向被加工物16吸附。由此，不会受重力的影响地在上下左右的哪个姿势下都能够与被加工物16保持恒定的距离的同时进行激光喷丸等施工。另外，在图3所示的例子中，说明了对管状部件的内表面进行激光照射的情况，然而被施工对象物不限于管状，也可以是平板状。在对平板状的被施工对象物进行激光照射的情况下，只要处于能够通过喷吸作用进行吸附的位置关系，框体12也能够被向被加工物16吸附，框体12与被加工物16之间的距离保持恒定。另外，在上述说明中，说明了实施激光喷丸的情况，但是通过作为光源使用YAG激光器或纤维激光器并在例如以下条件下进行加工，能够用于激光焊接。激光振荡器YAG激光振荡器或纤维激光振荡器激光输出2.0[kW]光斑直径φ().2[ηιηι]施工速度1·O [m/min]流体氮、気流量30[l/min]例如，在对内径30 [mm]、板厚3 [mm]的不锈钢制管进行焊接的情况下，在上述条件下进行激光照射，一边以流量30[l/min]流入Ar气体，一边使激光照射装置沿圆周方向旋转进行焊接，从而能够从管内表面进行穿透型焊接(keyhole welding)。在该情况下，由于是为了得到喷吸作用所需的流体15的流量，所以能够将激光照射装置的框体12与被加工物16之间的距离保持恒定，进行了良好的激光焊接。在此，若使作为激光传输机构的光纤14的端面的位置从作为激光反射/聚光机构的非球面镜11逐渐离开，则从穿透型焊接变化为热传导型的焊缝(welding bead)形状。这样，通过具有使光纤14的端面位置进行移动来变更与非球面镜11之间的距离的机构，能够得到所需的焊缝形状。
此外，通过使用在如上所述的焊接中使用的激光振荡器并在例如如下条件下实施加工，还能够进行激光切割。
激光振荡器YAG激光振荡器或纤维激光振荡器
激光输出2.0[kW]光斑直径(p0.3[mm]
施工速度1·O [m/min]流体空气流量50[l/min]激光切割是通过利用流体(辅气)将以激光作为热源而局部熔融的金属吹散来实现的。作为如上所述的辅气，通过使用压缩空气，从而利用氧加快被施工物的熔融，通过其他的氮等的压力将熔融金属吹散，就能够有效地进行切割。在管内表面的切割中，只要沿着管的圆周方向进行移动，则能够一边通过喷吸作用使激光照射装置的框体12追随管内表面一边进行管切割。此外，如果作为流体使用氮，则能够以不使切割面氧化的方式进行切割。此外，通过使用氮气进行激光焊接或激光切割，从而通过激光照射而熔融的金属与氮反应，形成氮化物。例如，如果对Ti合金的表面以形成热传导型熔融池的模式进行激光焊接，则在冷却过程中，在表面形成有TiN层、TiAlN层。通过在表面形成氮化物层，从而表层的耐腐蚀性提高，根据应用的部件能够得到延长寿命的效果。除此之外，在Al合金的情况下会形成A1N，如果作为流体使用氧或空气，则还能够形成Al2O3层。接着，参照图4，说明第二实施方式。另外，对与图1A、1B所示的激光照射装置对应的部分赋予相同的附图标记，省略重复的说明。在第二实施方式的激光照射装置中，在框体12的与其开口 18对置的位置上配设有用于将流体15朝向外部喷出的喷出口 20。在这样构成的第二实施方式的激光照射装置中，构成激光照射头的框体12被配置在管状的被加工物16内，在对该被加工物16内表面进行激光照射时，从流体供给机构13供给到框体12的流体15，从开口 18喷出并且也从喷出口 20喷出。从开口 18喷出的流体15被引导机构17引导，在框体12与被加工物16之间沿着框体12的长边方向(轴向)流动。由此，在框体12和被加工物16之间的区域与周围的区域之间产生压力差，通过喷吸作用，框体12被向被加工物16吸附。而且，在框体12的前端侧配设的定位机构19处于与被加工物16抵接的状态。除此之外，通过从喷出口 20向被加工物16的内壁喷出的流体15，作用将框体12向开口 18侧(图4中下侧)推压的推压力。通过该推压力和由上述喷吸作用产生的吸引力，框体12与被加工物16之间的距离、也就是说非球面镜11与被加工物16之间的距离被更稳定地保持恒定。另外，通过对喷出口 20的大小、框体12与被加工物16之间的距离、流体15的流量进行调节，能够进行稳定的定位。接着，参照图5，说明第三实施方式。另外，对与图1A、1B所示的激光照射装置对应的部分赋予相同的附图标记，省略重复说明。如图5所示，在第三实施方式的激光照射装置中，流体供给机构13具备第一流体供给机构31、第二流体供给机构32、以及将它们连结的连结机构33。连结机构33可弯曲，由波纹构造或橡胶等具有伸缩性的材质的管状部件构成。
流体15如图中箭头所示那样进行流动，因此通过喷吸作用在框体12与被加工物16之间产生吸附力。另一方面，作为构成流体供给机构13的部件，在使用如不锈钢管这样具有刚性的材料的情况下，有时会产生不能满足所需规格的例如如下的情形框体12的移动不能充分地追随吸附力的情形，或者即使框体12被吸附，框体12与被加工物16也不平行，从而不能获得激光加工姿势的情形。于是，在第三实施方式中，流体供给机构13构成为具备第一流体供给机构31、第二流体供给机构32、将它们连结的可弯曲的连结机构33。由此，即使在第一流体供给机构31、第二流体供给机构32采用如不锈钢管那样刚性较高的材料构成的情况下，也能够通过连结机构33弯曲，与由喷吸作用得到的吸附力相对应地保持框体12与被加工物16成水平的姿势。接着，参照图6、7，说明在具有叉型嵌入部的低压涡轮机叶片及盘的销孔内实施激光喷丸的情况。图6是表示具有叉型嵌入部的低压涡轮机叶片的结构的图。具有叉型嵌入 部的低压涡轮机叶片61是被插入到盘62的叉子中而用63进行固定的构造。关于材质，作为低压涡轮机叶片61，例如可以举出12Cr钢、钛合金，作为盘62的材料，可以举出3. 5%NiCrMoV钢，作为销63的材料，可以举出5CrMoV钢。作为销63与销孔的公差，优选为销径的O. 2 O. 6%，但不限于此。低压涡轮机叶片61在运转中在轴向上受到离心力。因此，在应力集中较高的低压涡轮机叶片61与盘62结合的结合部，必须采用相对于起动停止所伴随的低循环疲劳、高平均应力和腐蚀环境下的高循环疲劳而言具有足够强度的构造。图7示意性地示出了使用激光照射装置对低压涡轮机叶片61的销孔表面进行激光喷丸施工的情况的结构的图。从激光振荡器101照射出的激光51在激光调节机构102中被调节成可入射传输到光纤的状态，经由聚光透镜103、反射镜104入射到作为激光传输机构的光纤14。入射到光纤14内的激光51被在框体12内固定的作为激光反射/聚光机构的非球面镜11反射并聚光，照射到低压涡轮机叶片61的销孔表面。作为激光振荡器101，能够良好地使用巨脉冲YAG激光振荡器，只要是能够产生在照射了脉冲激光时产生等离子的能量的激光振荡器即可，也可以使用其他激光振荡器。在内部固定有非球面镜11并具有开口 18的框体12，经由流体供给机构13连结到轴向移动机构112和旋转机构111。此外，在流体供给机构13上连接有输液机构110。通过使用旋转机构111及轴向移动机构112使框体12旋转及移动，使得从非球面镜11向销孔内表面照射的激光51能够照射到销孔内表面的所需区域。上述激光照射时，从输液机构110供给到流体供给机构13的流体15经由框体12的开口 18朝向销孔内表面喷出。喷出到销孔内表面的流体15被框体12所设置的流体引导机构17引导而沿着框体12的长边方向(轴向)流动。通过该流体15的流动，框体12受到喷吸作用而被向销孔内表面吸附。因此，通过将流体15的流量保持恒定，能够将框体12(非球面镜11)与销孔内表面之间的距离保持恒定。在激光51对销孔内表面进行扫描照射的情况下，例如通过同时驱动移动机构112和旋转机构111，能够以描绘螺旋状轨道的方式向销孔内表面照射激光51。此外，只对轴向移动机构112或旋转机构111中的任一个驱动机构进行驱动，照射激光51，施工了所需的一定距离、例如销孔叉长度量、或销孔一周量之后，驱动另一个驱动机构，使激光51的照射位置移动一定距离，通过反复进行同样的动作，能够对销孔内表面扫描照射激光51。作为从输液机构110送出的流体15使用水，从而能够ー边对销孔内的激光照射位置的附近进行清洗ー边照射激光51。此外，作为从输液机构110送出的流体15，例如通过使用碱离子水、氨水这样的碱性液体，能够防止在涡轮机动叶片61、盘62上生锈。若作为用于将从激光振荡器101射出的激光51反射后入射到光纤14的反射镜104，使用对表面实施了将激光反射的涂层的反射镜，则能够将从激光振荡器101射出的激光51的能量的大部分入射到光纤14。但是，改变涂层的种类，例如通过使用实施了使激光51透射百分之几的涂层的反射镜，能够对入射到光纤14的激光51的能量进行调节。例如，在激光51的输出为100[mJ/脉冲]的情况下，若使用实施了 99%被反射且1%被透射的涂层的反射镜104，则向光纤14入射99 [mj/脉冲]，I [mj/脉冲]透射。入射到光纤14内的激光51在光纤14内传播而从射出端射出，而实际上由于在光纤14的入射端面有反射，所以不会100%被传播。例如，已知在石英制的光纤14的情况下，在端面上约3. 5%被反射。如上所述，在有意识地对反射镜104实施了使百分之几的激光透 射那样的涂层的情况下，在光纤14的端面产生反射的激光51的一部分从反射镜104透射而射到背面。在此，通过构成为从光纤14、反射镜104穿过来的激光51经由聚光透镜113被取入到图像数据收集机构114，能够观察从光纤14的端面反射来出的激光的状态。作为图像数据收集机构114，可以使用CCD摄像机等能够得到影像信息的装置。并且，若使用光栅ICCD摄像机，则能够通过时间分解功能得到加上了激光51在光纤14内部传播的时间的图像数据，从而还能够确认在光纤14的射出端的状态。若活用这种功能，则能够实时地得到与激光照射中的光纤14和激光51的状况有关的信息，能够确认装置的健全性。如上所述，通过使用激光照射装置对具有叉型嵌入部的低压涡轮机叶片销孔内表面进行激光喷丸，能够设置成从表层对深度方向赋予了 O. I [mm] 2. 0[mm]左右的压缩残留应カ的状态，运转时对销孔内表面施加的拉伸残留应カ得到抑制，能够抑制应カ腐蚀断裂的产生。接着，參照图8A、8B来说明通过激光照射装置对PWR (pressurized waterreactor :压水反应堆)设备的炉内仪表安装筒(BMI Bottom Mounted Instruments)的内表面实施激光喷丸的情況。图8A示意性地示出了具有配管形状、以将PWR设备的炉底部72贯穿的方式配设的炉内仪表安装筒(BMI :Bottom Mounted Instruments) 71的结构的图。在对这种炉内仪表安装筒71的内表面实施激光喷丸的情况下，如图8B所示，将在内部收纳有非球面镜11的框体(照射头)12配置在炉内仪表安装筒71内。而且，将通过光纤14传输的激光在非球面镜11反射进行聚光后，照射到炉内仪表安装筒71的内表面。此外，将通过流体供给机构13供给到框体12内的水等流体15从框体12所配设的开ロ 18喷出。在框体12与炉内仪表安装筒71的内表面之间喷出的流体15被框体12所设置的流体引导机构17引导，沿着框体12的长边方向(轴向)流动。通过该流体15的流动，框体12受到喷吸作用，被向炉内仪表安装筒71的内表面吸附。因此，通过使流体15的流量保持恒定，能够将框体12 (非球面镜11)与炉内仪表安装筒71的内表面之间的距离保持恒定。根据上述说明的实施方式，能够提供ー种激光照射装置及激光照射方法，以不导致与被加工对象物内表面产生干涉的可能性增大的方式，保持与被加工对象部之间的距离恒定的同时实施激光加工。以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式作为例子来提示，并未意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明 的主要精神的范围内能够进行各种省略、置換和变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主g，并且包含于权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
权利要求
1.一种激光照射装置，其特征在于，具备 激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出； 聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光； 筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部； 流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出； 定位机构，配设于所述框体，通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及 流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动。
2.根据权利要求I所述的激光照射装置，其特征在于， 所述流体引导机构由配设于所述框体的槽构成，或者由在所述框体上隔开间隔平行地配设的多个坝构成。
3.根据权利要求I或2所述的激光照射装置，其特征在于， 在所述框体的与所述开口部对置的一侧配设有用于喷出由所述流体供给机构供给的流体的喷出口。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 所述激光传输机构能够改变所述激光射出部相对于所述聚光机构的位置。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 所述流体供给机构构成为经由可弯曲的管状体来供给流体。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 所述流体供给机构具有 第一环状部件，内部流通有流体； 第二环状部件，内部流通有流体；以及 连结机构，对所述第一环状部件和所述第二环状部件进行连结。
7.根据权利要求I 6中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 具有被配设在所述激光传输机构附近，用于对经由所述激光传输机构传输的反射光进行监视的机构。
8.一种激光照射方法，使用激光照射装置， 所述激光照射装置具备 激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出； 聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光； 筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部； 流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出； 定位机构，配设于所述框体，通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动， 所述激光照射方法的特征在于， 使用所述激光照射装置，在使从所述流体供给机构供给的流体从所述框体的开口部喷出而形成了沿着所述流体引导机构的流体的流动的状态下，向所述被加工物照射激光。
9.根据权利要求8所述的激光照射方法，其特征在于， 所述流体引导机构由配设于所述框体的槽构成，或者由在所述框体上隔开间隔平行地配设的多个坝构成。
10.根据权利要求8或9所述的激光照射方法，其特征在于， 在所述框体的与所述开口部对置的一侧配设有用于喷出由所述流体供给机构供给的流体的喷出口。·
11.根据权利要求8 10中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 所述激光传输机构能够改变所述激光射出部相对于所述聚光机构的位置。
12.根据权利要求8 11中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 所述流体供给机构构成为经由可弯曲的管状体来供给流体。
13.根据权利要求8 12中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 所述流体供给机构具有 第一环状部件，内部流通有流体； 第二环状部件，内部流通有流体；以及 连结机构，对所述第一环状部件和所述第二环状部件进行连结。
14.根据权利要求8 13中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 具有被配设在所述激光传输机构附近，用于对经由所述激光传输机构传输的反射光进行监视的机构。
全文摘要
本发明提供激光照射装置及激光照射方法，不会导致与被加工对象物内表面产生干涉的可能性增大，保持与被加工对象部之间的距离恒定的同时实施激光加工。本发明的激光照射装置具备激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出；聚光机构，将激光聚光；筒状的框体，将聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将激光照射出的开口部；流体供给机构，将流体供给到框体内，并使该流体从开口部喷出；定位机构，配设于框体，通过与被加工物抵接，能够将聚光机构与被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从开口喷出的流体在框体与被加工物之间沿着框体的轴向流动。
文档编号B23K26/02GK102837127SQ201210205710
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年6月22日
发明者千田格, 广田圭一, 佐佐木英寿, 上原拓也, 末武智希, 野村光 申请人:株式会社东芝
技术领域：
本发明涉及激光照射装置及激光照射方法。
背景技术：
关于向配管形状的材料表面照射激光来进行加工的技术，例如已知有这样的装置，该装置具备照射装置，具有光纤收纳筒和镜收纳筒，其中，该光纤收纳筒收纳有从脉冲激光光源导出激光并将该激光从激光射出部射出的光纤；该镜收纳筒被设置在该光纤收纳筒的前端部，在内部收纳有从所述激光射出部隔开规定距离而配置的具有非球面形状反射面的反射镜，并且在周面设置有用于将反射激光照射到照射点的激光照射窗；输液单元，向激光的照射点输送清洗用液体；以及移动装置，使所述照射装置在轴线方向上移动。·根据该装置，通过非球面反射镜将从光纤射出的激光反射并聚光后照射到施工面，所以无需在照射装置中内置用于将激光聚光的聚光透镜，能够相应地减小照射装置的外径。此外，在照射装置的同心上配置非球面镜收纳筒和光纤收纳筒，由旋转驱动装置使镜收纳筒以螺旋状旋转，从而对管内表面进行激光加工。在上述装置中，为了使照射装置以螺旋状移动来进行激光加工，必须使被照射对象部位与非球面镜的位置保持恒定。此外，如果不将照射装置与被加工对象物之间的缝隙设置成与激光的焦距相对应，是不能够进行加工的。如果较小地设置上述缝隙也能进行加工，但是存在照射装置与被加工对象物内表面干涉而产生故障的危险性。另一方面，若较大地设置缝隙，则旋转时因振动等的影响而成为焦点误差容许范围外，可能无法进行加工。
发明内容
本发明的实施方式是鉴于上述的现有情况而做出的，其目的在于提供一种激光照射装置及激光照射方法，不会导致与被加工对象物内表面产生干涉的可能性增大，将与被加工对象部之间的距离保持为恒定的同时实施激光加工。本发明的实施方式所涉及的激光照射装置的一方式，其特征在于，具备激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出；聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光；筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部；流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出；定位机构,配设于所述框体,通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动。
本发明的实施方式所涉及的激光照射方法的一方式，使用激光照射装置，所述激光照射装置具备激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出；聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光；筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部；流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出；定位机构，配设于所述框体，通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动，所述激光照射方法的特征在于，使用所述激光照射装置，在使从所述流体供给机构供给的流体从所述框体的开口部喷出而形成了沿着所述流体引导机构的流体的流动的状态下，向所述被加工物照射激光。
图IA和图IB是示意性地表示第一实施方式的激光照射装置的结构的图。图2是表示激光反射/聚光机构的其他例子的结构的图。图3是用于说明对管内表面进行激光照射的施工方法的图。图4是示意性地表示第二实施方式的激光照射装置的结构的图。图5是示意性地表示第三实施方式的激光照射装置的结构的图。图6是表示低压涡轮机叶片的结构的图。图7是用于说明对低压涡轮机叶片的销孔进行激光照射的施工方法的图。图8A和图8B是用于说明对PWR的炉内仪表安装筒进行激光照射的施工方法的图。
具体实施例方式下面，参照
本发明的激光照射装置及激光照射方法的实施方式。图1A、1B示意性地示出了本发明的一实施方式的激光照射装置及激光照射方法的实施方式的要部概要结构，图IA示出了从侧面侧观察时的结构，图IB示出了从下表面侧观察时的结构。如图1A、1B所示，与未图示的激光振荡器连接的作为激光传输机构的光纤14的前端部，与形成为筒状(本实施方式中为圆筒状)的框体12连接。此外，在框体12上连接有管状的流体供给机构13的前端，该流体供给机构13与未图示的流体供给源连接。在框体12内收纳并保持有作为激光反射/聚光机构的非球面镜11。在框体12的一个面上形成有开口 18。此外，在框体12的形成有开口 18的面的外侧部分，在比开口 18靠前端侧(图1A/1B中左侧)的位置配设有定位机构19，在比开口 18靠后端侧(图1A/1B中右侧)的位置配设有流体引导机构17。流体引导机构17以使从开口 18喷出的流体15 (图中用箭头表示。)在框体12与被加工物之间沿着框体12的轴向进行流动的方式进行引导，在框体12与被加工物之间产生喷吸作用(ejector effect)。在本实施方式中，流体引导机构17由沿着框体12的轴向(长边方向)形成的槽构成。但是，流体引导机构17不限于槽，只要能够引导流体15的流动而产生喷吸作用即可。例如，也可以由沿着框体12的轴向平行地形成的多个坝等构成。
在上述结构的激光照射装置中，从未图示的激光振荡器照射出的激光51由光纤14进行传输。而且，从光纤14端部的激光射出部照射出的激光51在非球面镜11上被反射、聚光，经过开口 18照射到被加工物16的表面。如上所述，作为激光传输机构，通常使用光纤14，从光纤端部(激光射出部)照射的激光51的扩散角(spread angle)是由所使用的光纤14的种类规定的。例如,在使用了材质为石英且芯径为φ _0 Lnim]的光纤14的情况下,通常数值孔径NA(Numerical Aperture)为0.2左右。根据从该光纤端面照射的激光51的数值孔径NA，来决定从作为激光反射/聚光机构的非球面镜11的大小、从光纤端部(激光射出部)至非球面镜11的距离、从非球面镜11至被加工物16的被加工面的距离。作为激光反射/聚光机构，优选如上所述那样使用非球面镜11。但是，如图2所示，也可以是将激光聚光机构(透镜等)41和激光反射机构(反射镜等)42进行组合而成的结构。在使用非球面镜11的情况下，作为材质，优选使用铜等金属、石英和BK7等玻璃，等 等，通过在非球面镜11的表面上设置用于将特定激光反射的反射膜，能够减轻激光对非球面镜11的损伤，能够延长寿命。此外，作为激光聚光机构41，能够使用石英、BK7等玻璃制聚光透镜。此外，作为激光反射机构42，优选使用铜等金属制反射镜、石英和BK7等玻璃制反射镜。此外，通过根据需要而在聚光透镜设置使特定波长的激光透射的防反射膜，从而能够防止反射光对光纤的损伤。此外，反射镜通过使用具有用于将特定波长的激光反射的反射膜的反射镜，能够减轻对镜主体的损伤，能够延长反射镜的寿命。作为激光反射/聚光机构的非球面镜11，配设在框体12内，由框体12进行保持。此外，作为激光传输机构的光纤14，被配设并保持在管状的流体供给机构13的内部。但是，也可以采用将光纤14也保持在框体12内部的结构。作为框体12，优选形成为圆筒状的形状，但也可以是纺锤形状、多边形形状等。此外，关于框体12的大小，在被加工物16为管状且对其内表面进行加工的情况下，只要是能进入到管内的大小即可。如图IA及图IB所示，从开口 18，除了照射出激光51之外，还喷出由流体供给机构13供给的流体15。流体15在流体供给机构13的内部从图1A、1B中的右侧朝向框体12流动，撞击非球面镜11，从而流动方向改变为图IA中的朝下，从开口 18喷出。从开口 18喷出的流体15向框体12的外部扩散，流体15的流动被流体引导机构17引导，在框体12与被加工物16之间沿着框体12的长边方向(轴向)流动。这样，流体15在框体12与被加工物16之间流动，从而在框体12和被加工物16之间相对于周围产生压力差，通过喷吸作用，框体12被向加工物16吸附。而且，在框体12的前端侧配设的定位机构19成为与被加工物16抵接的状态，框体12与被加工物16之间的距离、也就是说非球面镜11与被加工物16之间的距离保持恒定。另外，作为流体15,在进行激光喷丸(Laser peening)的情况下,优选使用水等液体，在进行激光焊接的情况下，优选使用Ar、N2等不活泼气体，在进行激光切割的情况下，优选使用氧、空气等助燃性气体。在构成为利用喷吸作用将框体12向被加工物16吸附的情况下，为了能够使流体供给机构13追随框体12的移动，优选流体供给机构13由具有柔性的材料、例如聚合物、工程塑料、硬质橡胶、玻璃等构成且能够弯曲。具体地讲，可以举出聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树月旨、AES树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、聚缩醛、PTFE (聚四氟乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)、硬橡胶、浮法玻璃、熔凝石英等，但不限于此，只要是能够追随由喷吸作用引起的框体12的移动的材质、且加工成管状时在内侧能够流动有流体15的材质即可。图3示出了使用本实施方式的激光照射装置，在由管状部件构成的被加工物16的内表面实施激光喷丸的例子。在激光喷丸的情况下，如图3所示，从开口 18照射激光51，并且作为流体15，从开口 18喷出水。作为实施例，使用管的内径为(pl0.0[mm]、而框体12的外径为(p9.0[mm]的激光照射装置进行了实验。在该情况下，以I. 5 12. 0[l/min]的流量从框体12的开口 18喷出水，从而通过喷吸作用将由框体12等构成的激光照射装置向被加工物16的内表面吸附，能够将被加工物16的内表面与框体12 (非球面镜11)之间的距离保持恒定。
此外，确认出在管的内径为(pl5.0[mm]、框体12的外径为φ14.5[mm]的情况下，从框体12的开口 18以4. 5 16. 0[l/min]的流量喷出水，从而能够通过喷吸作用实现吸附。这样，根据被施工对象物的形状、大小来变更激光照射装置的框体12的形状和大小、以及从开口 18喷出的流体15的流量，从而能够通过喷吸作用来对激光照射装置的框体12进行定位。在从框体12的开口 18与水流一起将激光51向被加工物16照射的情况下，激光51是光，不会产生反作用力，所以在喷吸作用下框体12被向被加工物16吸附。由此，不会受重力的影响地在上下左右的哪个姿势下都能够与被加工物16保持恒定的距离的同时进行激光喷丸等施工。另外，在图3所示的例子中，说明了对管状部件的内表面进行激光照射的情况，然而被施工对象物不限于管状，也可以是平板状。在对平板状的被施工对象物进行激光照射的情况下，只要处于能够通过喷吸作用进行吸附的位置关系，框体12也能够被向被加工物16吸附，框体12与被加工物16之间的距离保持恒定。另外，在上述说明中，说明了实施激光喷丸的情况，但是通过作为光源使用YAG激光器或纤维激光器并在例如以下条件下进行加工，能够用于激光焊接。激光振荡器YAG激光振荡器或纤维激光振荡器激光输出2.0[kW]光斑直径φ().2[ηιηι]施工速度1·O [m/min]流体氮、気流量30[l/min]例如，在对内径30 [mm]、板厚3 [mm]的不锈钢制管进行焊接的情况下，在上述条件下进行激光照射，一边以流量30[l/min]流入Ar气体，一边使激光照射装置沿圆周方向旋转进行焊接，从而能够从管内表面进行穿透型焊接(keyhole welding)。在该情况下，由于是为了得到喷吸作用所需的流体15的流量，所以能够将激光照射装置的框体12与被加工物16之间的距离保持恒定，进行了良好的激光焊接。在此，若使作为激光传输机构的光纤14的端面的位置从作为激光反射/聚光机构的非球面镜11逐渐离开，则从穿透型焊接变化为热传导型的焊缝(welding bead)形状。这样，通过具有使光纤14的端面位置进行移动来变更与非球面镜11之间的距离的机构，能够得到所需的焊缝形状。
此外，通过使用在如上所述的焊接中使用的激光振荡器并在例如如下条件下实施加工，还能够进行激光切割。
激光振荡器YAG激光振荡器或纤维激光振荡器
激光输出2.0[kW]光斑直径(p0.3[mm]
施工速度1·O [m/min]流体空气流量50[l/min]激光切割是通过利用流体(辅气)将以激光作为热源而局部熔融的金属吹散来实现的。作为如上所述的辅气，通过使用压缩空气，从而利用氧加快被施工物的熔融，通过其他的氮等的压力将熔融金属吹散，就能够有效地进行切割。在管内表面的切割中，只要沿着管的圆周方向进行移动，则能够一边通过喷吸作用使激光照射装置的框体12追随管内表面一边进行管切割。此外，如果作为流体使用氮，则能够以不使切割面氧化的方式进行切割。此外，通过使用氮气进行激光焊接或激光切割，从而通过激光照射而熔融的金属与氮反应，形成氮化物。例如，如果对Ti合金的表面以形成热传导型熔融池的模式进行激光焊接，则在冷却过程中，在表面形成有TiN层、TiAlN层。通过在表面形成氮化物层，从而表层的耐腐蚀性提高，根据应用的部件能够得到延长寿命的效果。除此之外，在Al合金的情况下会形成A1N，如果作为流体使用氧或空气，则还能够形成Al2O3层。接着，参照图4，说明第二实施方式。另外，对与图1A、1B所示的激光照射装置对应的部分赋予相同的附图标记，省略重复的说明。在第二实施方式的激光照射装置中，在框体12的与其开口 18对置的位置上配设有用于将流体15朝向外部喷出的喷出口 20。在这样构成的第二实施方式的激光照射装置中，构成激光照射头的框体12被配置在管状的被加工物16内，在对该被加工物16内表面进行激光照射时，从流体供给机构13供给到框体12的流体15，从开口 18喷出并且也从喷出口 20喷出。从开口 18喷出的流体15被引导机构17引导，在框体12与被加工物16之间沿着框体12的长边方向(轴向)流动。由此，在框体12和被加工物16之间的区域与周围的区域之间产生压力差，通过喷吸作用，框体12被向被加工物16吸附。而且，在框体12的前端侧配设的定位机构19处于与被加工物16抵接的状态。除此之外，通过从喷出口 20向被加工物16的内壁喷出的流体15，作用将框体12向开口 18侧(图4中下侧)推压的推压力。通过该推压力和由上述喷吸作用产生的吸引力，框体12与被加工物16之间的距离、也就是说非球面镜11与被加工物16之间的距离被更稳定地保持恒定。另外，通过对喷出口 20的大小、框体12与被加工物16之间的距离、流体15的流量进行调节，能够进行稳定的定位。接着，参照图5，说明第三实施方式。另外，对与图1A、1B所示的激光照射装置对应的部分赋予相同的附图标记，省略重复说明。如图5所示，在第三实施方式的激光照射装置中，流体供给机构13具备第一流体供给机构31、第二流体供给机构32、以及将它们连结的连结机构33。连结机构33可弯曲，由波纹构造或橡胶等具有伸缩性的材质的管状部件构成。
流体15如图中箭头所示那样进行流动，因此通过喷吸作用在框体12与被加工物16之间产生吸附力。另一方面，作为构成流体供给机构13的部件，在使用如不锈钢管这样具有刚性的材料的情况下，有时会产生不能满足所需规格的例如如下的情形框体12的移动不能充分地追随吸附力的情形，或者即使框体12被吸附，框体12与被加工物16也不平行，从而不能获得激光加工姿势的情形。于是，在第三实施方式中，流体供给机构13构成为具备第一流体供给机构31、第二流体供给机构32、将它们连结的可弯曲的连结机构33。由此，即使在第一流体供给机构31、第二流体供给机构32采用如不锈钢管那样刚性较高的材料构成的情况下，也能够通过连结机构33弯曲，与由喷吸作用得到的吸附力相对应地保持框体12与被加工物16成水平的姿势。接着，参照图6、7，说明在具有叉型嵌入部的低压涡轮机叶片及盘的销孔内实施激光喷丸的情况。图6是表示具有叉型嵌入部的低压涡轮机叶片的结构的图。具有叉型嵌入 部的低压涡轮机叶片61是被插入到盘62的叉子中而用63进行固定的构造。关于材质，作为低压涡轮机叶片61，例如可以举出12Cr钢、钛合金，作为盘62的材料，可以举出3. 5%NiCrMoV钢，作为销63的材料，可以举出5CrMoV钢。作为销63与销孔的公差，优选为销径的O. 2 O. 6%，但不限于此。低压涡轮机叶片61在运转中在轴向上受到离心力。因此，在应力集中较高的低压涡轮机叶片61与盘62结合的结合部，必须采用相对于起动停止所伴随的低循环疲劳、高平均应力和腐蚀环境下的高循环疲劳而言具有足够强度的构造。图7示意性地示出了使用激光照射装置对低压涡轮机叶片61的销孔表面进行激光喷丸施工的情况的结构的图。从激光振荡器101照射出的激光51在激光调节机构102中被调节成可入射传输到光纤的状态，经由聚光透镜103、反射镜104入射到作为激光传输机构的光纤14。入射到光纤14内的激光51被在框体12内固定的作为激光反射/聚光机构的非球面镜11反射并聚光，照射到低压涡轮机叶片61的销孔表面。作为激光振荡器101，能够良好地使用巨脉冲YAG激光振荡器，只要是能够产生在照射了脉冲激光时产生等离子的能量的激光振荡器即可，也可以使用其他激光振荡器。在内部固定有非球面镜11并具有开口 18的框体12，经由流体供给机构13连结到轴向移动机构112和旋转机构111。此外，在流体供给机构13上连接有输液机构110。通过使用旋转机构111及轴向移动机构112使框体12旋转及移动，使得从非球面镜11向销孔内表面照射的激光51能够照射到销孔内表面的所需区域。上述激光照射时，从输液机构110供给到流体供给机构13的流体15经由框体12的开口 18朝向销孔内表面喷出。喷出到销孔内表面的流体15被框体12所设置的流体引导机构17引导而沿着框体12的长边方向(轴向)流动。通过该流体15的流动，框体12受到喷吸作用而被向销孔内表面吸附。因此，通过将流体15的流量保持恒定，能够将框体12(非球面镜11)与销孔内表面之间的距离保持恒定。在激光51对销孔内表面进行扫描照射的情况下，例如通过同时驱动移动机构112和旋转机构111，能够以描绘螺旋状轨道的方式向销孔内表面照射激光51。此外，只对轴向移动机构112或旋转机构111中的任一个驱动机构进行驱动，照射激光51，施工了所需的一定距离、例如销孔叉长度量、或销孔一周量之后，驱动另一个驱动机构，使激光51的照射位置移动一定距离，通过反复进行同样的动作，能够对销孔内表面扫描照射激光51。作为从输液机构110送出的流体15使用水，从而能够ー边对销孔内的激光照射位置的附近进行清洗ー边照射激光51。此外，作为从输液机构110送出的流体15，例如通过使用碱离子水、氨水这样的碱性液体，能够防止在涡轮机动叶片61、盘62上生锈。若作为用于将从激光振荡器101射出的激光51反射后入射到光纤14的反射镜104，使用对表面实施了将激光反射的涂层的反射镜，则能够将从激光振荡器101射出的激光51的能量的大部分入射到光纤14。但是，改变涂层的种类，例如通过使用实施了使激光51透射百分之几的涂层的反射镜，能够对入射到光纤14的激光51的能量进行调节。例如，在激光51的输出为100[mJ/脉冲]的情况下，若使用实施了 99%被反射且1%被透射的涂层的反射镜104，则向光纤14入射99 [mj/脉冲]，I [mj/脉冲]透射。入射到光纤14内的激光51在光纤14内传播而从射出端射出，而实际上由于在光纤14的入射端面有反射，所以不会100%被传播。例如，已知在石英制的光纤14的情况下，在端面上约3. 5%被反射。如上所述，在有意识地对反射镜104实施了使百分之几的激光透 射那样的涂层的情况下，在光纤14的端面产生反射的激光51的一部分从反射镜104透射而射到背面。在此，通过构成为从光纤14、反射镜104穿过来的激光51经由聚光透镜113被取入到图像数据收集机构114，能够观察从光纤14的端面反射来出的激光的状态。作为图像数据收集机构114，可以使用CCD摄像机等能够得到影像信息的装置。并且，若使用光栅ICCD摄像机，则能够通过时间分解功能得到加上了激光51在光纤14内部传播的时间的图像数据，从而还能够确认在光纤14的射出端的状态。若活用这种功能，则能够实时地得到与激光照射中的光纤14和激光51的状况有关的信息，能够确认装置的健全性。如上所述，通过使用激光照射装置对具有叉型嵌入部的低压涡轮机叶片销孔内表面进行激光喷丸，能够设置成从表层对深度方向赋予了 O. I [mm] 2. 0[mm]左右的压缩残留应カ的状态，运转时对销孔内表面施加的拉伸残留应カ得到抑制，能够抑制应カ腐蚀断裂的产生。接着，參照图8A、8B来说明通过激光照射装置对PWR (pressurized waterreactor :压水反应堆)设备的炉内仪表安装筒(BMI Bottom Mounted Instruments)的内表面实施激光喷丸的情況。图8A示意性地示出了具有配管形状、以将PWR设备的炉底部72贯穿的方式配设的炉内仪表安装筒(BMI :Bottom Mounted Instruments) 71的结构的图。在对这种炉内仪表安装筒71的内表面实施激光喷丸的情况下，如图8B所示，将在内部收纳有非球面镜11的框体(照射头)12配置在炉内仪表安装筒71内。而且，将通过光纤14传输的激光在非球面镜11反射进行聚光后，照射到炉内仪表安装筒71的内表面。此外，将通过流体供给机构13供给到框体12内的水等流体15从框体12所配设的开ロ 18喷出。在框体12与炉内仪表安装筒71的内表面之间喷出的流体15被框体12所设置的流体引导机构17引导，沿着框体12的长边方向(轴向)流动。通过该流体15的流动，框体12受到喷吸作用，被向炉内仪表安装筒71的内表面吸附。因此，通过使流体15的流量保持恒定，能够将框体12 (非球面镜11)与炉内仪表安装筒71的内表面之间的距离保持恒定。根据上述说明的实施方式，能够提供ー种激光照射装置及激光照射方法，以不导致与被加工对象物内表面产生干涉的可能性增大的方式，保持与被加工对象部之间的距离恒定的同时实施激光加工。以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但是这些实施方式作为例子来提示，并未意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明 的主要精神的范围内能够进行各种省略、置換和变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主g，并且包含于权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
权利要求
1.一种激光照射装置，其特征在于，具备 激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出； 聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光； 筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部； 流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出； 定位机构，配设于所述框体，通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及 流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动。
2.根据权利要求I所述的激光照射装置，其特征在于， 所述流体引导机构由配设于所述框体的槽构成，或者由在所述框体上隔开间隔平行地配设的多个坝构成。
3.根据权利要求I或2所述的激光照射装置，其特征在于， 在所述框体的与所述开口部对置的一侧配设有用于喷出由所述流体供给机构供给的流体的喷出口。
4.根据权利要求I 3中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 所述激光传输机构能够改变所述激光射出部相对于所述聚光机构的位置。
5.根据权利要求I 4中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 所述流体供给机构构成为经由可弯曲的管状体来供给流体。
6.根据权利要求I 5中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 所述流体供给机构具有 第一环状部件，内部流通有流体； 第二环状部件，内部流通有流体；以及 连结机构，对所述第一环状部件和所述第二环状部件进行连结。
7.根据权利要求I 6中任一项所述的激光照射装置，其特征在于， 具有被配设在所述激光传输机构附近，用于对经由所述激光传输机构传输的反射光进行监视的机构。
8.一种激光照射方法，使用激光照射装置， 所述激光照射装置具备 激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出； 聚光机构，对从所述激光射出部射出的激光进行聚光； 筒状的框体，将所述聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将由所述聚光机构聚光后的激光向被加工物照射的开口部； 流体供给机构，将来自流体供给源的流体供给到所述框体内，并使该流体从所述开口部喷出； 定位机构，配设于所述框体，通过该定位机构与所述被加工物抵接，将所述聚光机构与所述被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从所述开口喷出的流体在所述框体与所述被加工物之间沿着所述框体的轴向进行流动， 所述激光照射方法的特征在于， 使用所述激光照射装置，在使从所述流体供给机构供给的流体从所述框体的开口部喷出而形成了沿着所述流体引导机构的流体的流动的状态下，向所述被加工物照射激光。
9.根据权利要求8所述的激光照射方法，其特征在于， 所述流体引导机构由配设于所述框体的槽构成，或者由在所述框体上隔开间隔平行地配设的多个坝构成。
10.根据权利要求8或9所述的激光照射方法，其特征在于， 在所述框体的与所述开口部对置的一侧配设有用于喷出由所述流体供给机构供给的流体的喷出口。·
11.根据权利要求8 10中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 所述激光传输机构能够改变所述激光射出部相对于所述聚光机构的位置。
12.根据权利要求8 11中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 所述流体供给机构构成为经由可弯曲的管状体来供给流体。
13.根据权利要求8 12中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 所述流体供给机构具有 第一环状部件，内部流通有流体； 第二环状部件，内部流通有流体；以及 连结机构，对所述第一环状部件和所述第二环状部件进行连结。
14.根据权利要求8 13中任一项所述的激光照射方法，其特征在于， 具有被配设在所述激光传输机构附近，用于对经由所述激光传输机构传输的反射光进行监视的机构。
全文摘要
本发明提供激光照射装置及激光照射方法，不会导致与被加工对象物内表面产生干涉的可能性增大，保持与被加工对象部之间的距离恒定的同时实施激光加工。本发明的激光照射装置具备激光传输机构，将激光从激光光源导出并从激光射出部射出；聚光机构，将激光聚光；筒状的框体，将聚光机构收纳并保持在内部，具有用于将激光照射出的开口部；流体供给机构，将流体供给到框体内，并使该流体从开口部喷出；定位机构，配设于框体，通过与被加工物抵接，能够将聚光机构与被加工物之间的距离保持恒定；以及流体引导机构，进行引导，以使从开口喷出的流体在框体与被加工物之间沿着框体的轴向流动。
文档编号B23K26/02GK102837127SQ201210205710
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年6月22日
发明者千田格, 广田圭一, 佐佐木英寿, 上原拓也, 末武智希, 野村光 申请人:株式会社东芝
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