沿锐角对待处理表面进行辐射的激光表面处理方法和激光表面处理设备

摘要

根据本发明的激光表面处理方法是用于对具有不规则形状的工件(2)的表面进行处理的激光表面处理方法，辐射激光束(11)使得工件(2)的被置于相对于激光(11)形成锐角的方向上的表面成为未处理平面，并且用激光(11)进行扫描，使得工件(2)的被置于相对于激光(11)形成锐角的方向上的表面成为未处理平面。

说明书

技术领域

本发明涉及激光表面处理方法和激光表面处理设备。

背景技术

日本专利申请公布号2008-114252(JP2008-114252A)描述了一种 从吸入口将激光加工中造成的散射物吸出以防止散射物附着至加工目标 对象的技术。

然而，在JP2008-114252A中描述的技术中，在对具有不规则形状的 加工目标对象进行表面处理的情况下，在某些情况下无法使吸入口靠近加 工目标对象的加工区域周围，并且无法将激光垂直地辐射至加工目标对象 的表面。鉴于此，在JP2008-114252A中描述的技术中，存在以下可能性： 散射物无法被充分吸出，并且散射物碰撞加工目标对象的已加工区域，以 便被附着至该区域。也就是说，在JP2008-114252A中描述的技术具有这 样的可能性：无法成功地对工件(加工目标对象)进行表面处理。

发明内容

本发明是考虑到上述问题而得以完成的，并且提供了一种激光表面处 理方法和一种激光表面处理设备，上述二者均能够通过辐射激光进行扫描 来成功地对工件进行表面处理而不会留下任何散射物附着至工件的表面， 使得工件(加工目标对象)的被置于相对于激光形成锐角的方向上的表面 成为未处理平面。

根据本发明的一个方面的激光表面处理方法是用于对具有不规则形 状的工件的表面进行处理的激光表面处理方法，并且该激光表面处理方法 包括以下步骤：辐射激光，使得工件的被置于相对于激光形成锐角的方向 上的表面成为未处理平面；以及用激光进行扫描，使得工件的被置于相对 于激光形成锐角的方向上的表面成为未处理平面。这使得能够成功地对工 件进行表面处理而不会留下散射物附着至工件的表面。

激光表面处理方法还可以包括以下步骤：计算在激光与工件的表面之 间形成的角，使得可以基于该角的计算结果来用激光进行扫描。

激光表面处理方法可以按顺序进行表面处理，其中将工件的表面划分 成彼此相邻的第一处理区域和第二处理区域，并且可以限定第一处理区域 的形状和第二处理区域的形状，使得在将激光辐射至第二处理区域相对于 已经经受表面处理的第一处理区域的边界周围时，在激光与第一处理区域 之间形成的角为直角或钝角。

可以基于工件相对于辐射激光的扫描器的速度来限定第一处理区域 的形状和第二处理区域的形状，工件移动使得第一处理区域的表面处理开 始位置与第二处理区域的表面处理开始位置达到相同位置。

可以将由火印材料形成的部件的表面作为工件的表面进行处理。

根据本发明的一个方面的激光表面处理设备是一种对具有不规则形 状的工件的表面进行处理的激光表面处理设备，并且该激光表面处理设备 包括：扫描器，该扫描器辐射激光；以及控制部，该控制部对辐射进行控 制以及用激光进行扫描，使得工件的被置于相对于激光形成锐角的方向上 的表面成为未处理平面。这使得能够成功地对工件进行表面处理而不会留 下散射物附着至工件的表面。

控制部可以计算在激光与工件的表面之间形成的角，并且基于该角的 计算结果来对使用激光的扫描进行控制。

激光表面处理设备包括控制部，该控制部可以按顺序进行表面处理， 其中将工件的表面划分成彼此相邻的第一处理区域和第二处理区域，并且 该控制部可以限定第一处理区域的形状和第二处理区域的形状，使得在将 激光辐射至相对于第二处理区域已经经受表面处理的第一处理区域的边 界周围时，在激光与第一处理区域之间形成的角为直角或钝角。

控制部可以基于工件相对于辐射激光的扫描器的速度来限定第一处 理区域的形状和第二处理区域的形状，工件移动使得第一处理区域的表面 处理开始位置与第二处理区域的表面处理开始位置达到相同位置。

可以将由火印材料形成的部件的表面作为工件的表面进行处理。

根据本发明，可以提供一种激光表面处理方法和一种激光表面处理设 备，上述二者均能够通过辐射激光进行扫描来成功地对工件进行表面处理 而不会留下散射物附着至工件的表面，使得工件(加工目标对象)的被置 于相对于激光形成锐角的方向上的表面成为未处理平面。

附图说明

下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技 术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的要素，并且在附图中：

图1是示出根据实施方式1的激光表面处理设备及其工件的视图；

图2是描述根据实施方式1的激光表面处理方法的视图；

图3是描述根据实施方式1的激光表面处理方法的截面图；

图4是描述根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法 的视图；

图5是描述根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法 的截面图；

图6是示出通过根据实施方式1的激光表面处理方法而得到的结果以 及通过根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法而得到 的结果的平面图；

图7是描述根据实施方式1的激光表面处理方法的修改后的实施方式 的视图；

图8是描述根据实施方式2的第一激光表面处理方法的视图；

图9是描述根据实施方式2的第二激光表面处理方法的视图；

图10是描述根据在设想到实施方式2之前的构思的第一激光表面处 理方法的视图；

图11是描述根据在设想到实施方式2之前的构思的第二激光表面处 理方法的视图；

图12是示出通过图8、图9、图10、图11中的激光表面处理方法而 得到的结果的平面图；

图13是描述根据实施方式3的第一激光表面处理方法的视图；

图14是描述根据实施方式3的第二激光表面处理方法的视图；以及

图15是描述根据在设想到实施方式3之前的构思的激光表面处理方 法的视图。

具体实施方式

以下参照附图描述了应用本发明的具体实施方式。然而，本发明并不 限于以下实施方式。此外，出于使描述清晰的目的，将以下的描述和附图 适当地简化。

<实施方式1>图1是示出根据实施方式1的激光表面处理设备1及 其工件2的视图。根据本实施方式的激光表面处理设备1辐射激光来进行 扫描，使得工件(加工目标对象)的被置于相对于激光形成锐角的方向上 的表面成为未处理平面，由此使得能够成功地对工件进行表面处理而不会 留下散射物附着至工件的表面。以下更具体地描述了激光表面处理设备 1。

图1中所示的激光表面处理设备1包括：向工件2的表面辐射激光 11的扫描器10；以及控制扫描器10的控制部(未示出)。控制部对例如 来自扫描器10的激光11的辐射方向以及来自扫描器10的激光11的扫描 路径3进行控制。此外，控制部计算在激光11与工件2的表面之间形成 的角，并且基于该角的计算结果来控制来自扫描器10的激光11的扫描路 径3。例如，控制部计算在激光11与工件2的表面之间形成的角，并且 基于计算的结果来朝向由此形成的角成为锐角或直角的方向而一点一点 地移动激光11。

工件2是例如通过加热钢板而形成的火印材料，并且在其表面上形成 有氧化膜。激光表面处理设备1通过向作为工件2的火印材料的表面辐射 激光11进行扫描来去除氧化膜。

另外，工件2被应用于例如车辆的部件(摇杆等)，并且因此，工件 2具有适合车辆的不规则形状(三维形状)。鉴于此，在某些情况下激光 表面处理设备1无法将激光11垂直地辐射至工件2的表面。在此情况下， 通过激光11去除的氧化膜的散射物碰撞工件2的被置于相对于激光11的 锐角方向上的那个表面，以便被附着至该表面。注意，至于相对于激光 11的钝角方向，散射物飞散但不会在工件2处打出火花。由于这个缘故， 即使散射物沿着相对于激光11的钝角方向落在工件2上，散射物也不会 附着至工件2。

以下参照图2和图3来描述根据实施方式1的激光表面处理方法。图 2是描述根据实施方式1的激光表面处理方法的视图。图3是描述根据实 施方式1的激光表面处理方法的截面图。

在图2和图3的示例中，激光表面处理设备1辐射激光11，使得工 件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的表面成为未处理平面。 此外，激光表面处理设备1通过设置扫描路径3来用激光11进行扫描， 使得工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的表面成为未处理 平面。

更具体地，在图2和图3的示例中，激光表面处理设备1以如下方式 对工件2进行表面处理：当沿与激光11成直角的两个方向(纸平面的前 后方向)以给定幅度在工件2的表面上用激光11进行扫描时，激光表面 处理设备1沿相对于激光11形成锐角的一个方向(沿纸平面的右上方向) 在工件2的表面上一点一点地移动激光11。如上面所描述的那样，此时， 设置于激光表面处理设备1中的控制部计算在激光11与工件2的表面之 间形成的角，并且基于该角的计算结果来用激光11进行扫描。

由此，通过激光11去除的氧化膜的散射物5仅碰撞工件2的未处理 平面(工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那个表面)，以 便附着至未处理平面，并且散射物5不碰撞工件2的经处理平面4(工件 2的被置于相对于激光11形成钝角的方向上的那个表面)，并且不会附着 至经处理平面4。附着至工件2的未处理平面的散射物5不久在某个时刻 经受通过激光11进行的表面处理。作为结果，根据本实施方式的激光表 面处理方法能够成功地对工件2进行表面处理，而不会留下任何散射物5 附着至工件2的表面。

(根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法)接下来 将参照图4和图5来描述根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面 处理方法，其中图4和图5作为相对于图2和图3的比较示例。图4是描 述根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法的视图。图5 是描述根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法的截面 图。

在图4和图5的示例中，激光表面处理设备1以如下方式对工件2 进行表面处理：当沿与激光11成直角的两个方向(纸平面的前后方向) 以给定幅度在工件2的表面上用激光11进行扫描时，激光表面处理设备 1沿相对于激光11形成钝角的方向(沿纸平面的左下方向)在工件2的 表面上一点一点地移动激光11。

因此，通过激光11去除的氧化膜的散射物5碰撞工件2的经处理平 面4(工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那个表面)，以 便附着至经处理平面4。此后，附着至工件2的经处理平面4的散射物5 不经受通过激光11进行的表面处理。作为结果，根据在设想到本发明之 前的构思的激光表面处理方法无法去除附着至工件2的表面的散射物5， 使得无法成功地对工件2进行表面处理。

图6是示出通过根据实施方式1的激光表面处理方法而得到的结果 (左)和通过根据在设想到实施方式1之前的构思的激光表面处理方法而 得到的结果(右)的平面图。从图6中发现，与通过根据在设想到实施方 式1之前的构思的激光表面处理方法而得到的结果相比较，通过根据实施 方式1的激光表面处理方法而得到的结果呈现出极好的结果而无任何不 均匀性。

(根据实施方式1的激光表面处理方法的修改后的实施方式)图7 是示出根据实施方式1的激光表面处理方法的修改后的实施方式的视图。

在图7的示例中，激光表面处理设备1以如下方式对工件2进行表面 处理：当沿相对于激光11形成直角的一个方向(沿纸平面的向后方向) 在工件2的表面上一点一点地移动激光11的辐射开始位置时，激光表面 处理设备1沿相对于激光11形成锐角的一个方向(纸平面的右上方向) 以给定宽度在工件2的表面上用激光11重复地进行扫描。

由此，通过激光11去除的氧化膜的散射物5仅碰撞工件2的未处理 平面(工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那个表面)，以 便附着至未处理平面，并且散射物5不碰撞工件2的经处理平面4(工件 2的被置于相对于激光11形成直角的方向上的那个表面)，并且不会附着 至经处理平面4。附着至工件2的未处理平面的散射物5不久在某个时刻 经受通过激光11进行的表面处理。作为结果，根据本实施方式的激光表 面处理方法的修改后的实施方式能够成功地对工件2进行表面处理，而不 会留下任何散射物5附着至工件2的表面。

这样，根据本实施方式的激光表面处理设备1及其控制方法通过辐射 激光11来进行扫描，使得工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向 上的表面成为未处理平面，由此使得能够成功地对工件2进行表面处理， 而不会留下任何散射物5附着至工件2的表面。

<实施方式2>本实施方式涉及其中激光表面处理设备1对具有凹的 R形状的工件2的表面进行处理的情况。更具体地，本实施方式涉及其中 激光表面处理设备1对以下工件2的表面进行处理的情况，该工件2具有 平面A1、平面A2以及在平面A1、A2彼此相交的R形拐角处的R部。

(根据实施方式2的第一激光表面处理方法)图8是描述根据实施方 式2的第一激光表面处理方法的视图。

最初，激光表面处理设备1以如下方式对工件2的R部的一部分和 平面A1进行表面处理：当从穿过R部的中心周围的轴线B1起沿与激光 11成直角的两个方向(纸平面的前后方向)以给定幅度在工件2的表面 上用激光11进行扫描时，激光表面处理设备1沿相对于激光11形成锐角 的一个方向朝向平面A1(沿纸平面的向上方向)在工件2的表面上一点 一点地移动激光11。

然后，激光表面处理设备1以如下方式对工件2的R部的剩余部分 和平面A2进行表面处理：当从穿过R部的中心周围的轴线B1起沿与激 光11成直角的两个方向(纸平面的前后方向)以给定幅度在工件2的表 面上用激光11进行扫描时，激光表面处理设备1沿相对于激光11形成锐 角的一个方向朝向平面A2(沿纸平面的向右方向)在工件2的表面上一 点一点地移动激光11。

由此，通过激光11去除的氧化膜的散射物5仅碰撞工件2的未处理 平面(工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那个表面)，以 便附着至未处理平面，并且散射物5不碰撞工件2的经处理平面(工件2 的被置于相对于激光11形成钝角的方向上的那个表面)，并且不会附着至 经处理平面。附着至工件2的未处理平面的散射物5不久在某个时刻经受 通过激光11进行的表面处理。作为结果，根据本实施方式的第一激光表 面处理方法能够成功地对工件2进行表面处理，而不会留下任何散射物5 附着至工件2的凹的R形表面。

(根据实施方式2的第二激光表面处理方法)图9是描述根据实施方 式2的第二激光表面处理方法的视图。

最初，激光表面处理设备1以如下方式对工件2的R部的一部分和 平面A1进行表面处理：当(沿纸平面的向后方向)一点一点地移动激光 11的在穿过R部的中心周围的轴线B1上的辐射开始位置时，激光表面处 理设备1沿相对于激光11形成锐角的一个方向朝向平面A1(沿纸平面的 向上方向)以给定宽度在工件2的表面上用激光11重复地进行扫描。

随后，激光表面处理设备1以如下方式对工件2的R部的剩余部分 和平面A2进行表面处理：当(沿纸平面的向后方向)一点一点地移动激 光11的在穿过R部的中心周围的轴线B1上的辐射开始位置时，激光表 面处理设备1沿相对于激光11形成锐角的一个方向朝向平面A2(沿纸平 面的向右方向)以给定宽度在工件2的表面上用激光11重复地进行扫描。

由此，通过激光11去除的氧化膜的散射物5仅碰撞工件2的未处理 平面(工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那个表面)，以 便附着至未处理平面，并且散射物5不碰撞工件2的经处理平面(工件2 的被置于相对于激光11形成直角的方向上的那个表面)，并且不会附着至 经处理平面。附着至工件2的未处理平面的散射物5不久在某个时刻经受 通过激光11进行的表面处理。作为结果，根据本实施方式的第二激光表 面处理方法能够成功地对工件2进行表面处理，而不会留下任何散射物5 附着至工件2的凹的R形表面。

(根据在设想到实施方式2之前的构思的激光表面处理方法)

接下来将参照图10和图11来描述根据在设想到实施方式2之前的构 思的激光表面处理方法，其中图10和图11作为相对于图8和图9的比较 示例。图10是描述根据在设想到实施方式2之前的构思的第一激光表面 处理方法的视图。图11是描述根据在设想到实施方式2之前的构思的第 二激光表面处理方法的视图。

在图10的示例中，激光表面处理设备1以如下方式对工件2进行表 面处理：当从平面A1起沿与激光11成直角的两个方向(纸平面的前后 方向)以给定幅度在工件2的表面上用激光11进行扫描时，激光表面处 理设备1经由R部朝向平面A2一点一点地移动激光11。

因此，在从平面A1到R部的表面处理中，通过激光11去除的氧化 膜的散射物5碰撞工件2的经处理平面(工件2的被置于相对于激光11 形成锐角的方向上的那个表面)，以便附着至经处理平面。作为结果，根 据在设想到实施方式2之前的构思的第一激光表面处理方法无法去除附 着至工件2的表面的散射物5，并且因此无法成功地对工件2进行表面处 理。

在图11的示例中，激光表面处理设备1以如下方式对工件2进行表 面处理：当围绕穿过R部的中心周围的轴线B1朝向平面A1、A2以给定 幅度用激光11进行扫描时，激光表面处理设备1沿相对于激光11成直角 的一个方向(沿纸平面的向后方向)在工件2的表面上一点一点地移动激 光11。

因此，在从平面A1到R部的表面处理中以及在从平面A2到R部的 表面处理中，通过激光11去除的氧化膜的散射物5碰撞工件2的经处理 平面(工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那个表面)，以 便附着至经处理平面。作为结果，根据在设想到实施方式2之前的构思的 第二激光表面处理方法无法去除附着至工件2的表面的散射物5，并且因 此无法成功地对工件2进行表面处理。

图12是示出通过图8、图9、图10、图11中的激光表面处理方法得 到的结果的平面图。从图12中发现，与根据在设想到实施方式2之前的 构思的第一激光表面处理方法和第二激光表面处理方法而得到的结果(从 右侧起的第二视图和最右边的视图)相比较，通过根据实施方式2的第一 激光表面处理方法和第二激光表面处理方法而得到的结果(最左边的视图 和从左侧起的第二个视图)呈现出极好的结果而无不均匀性。

因此，根据本实施方式的激光表面处理设备1及其控制方法通过辐射 激光11进行扫描，使得工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上 的表面成为未处理平面，由此使得能够成功地对工件2进行表面处理，而 不会留下任何散射物5附着至工件2的凹的R形表面。同样情况适用于 对具有突出的R形状或弯曲形状的工件2进行表面处理的情况。

<实施方式3>本实施方式涉及其中激光表面处理设备1将工件2的 表面划分成彼此相邻的多个处理区域并且按顺序进行表面处理的情况。

(根据实施方式3的第一激光表面处理方法)图13是描述根据实施 方式3的第一激光表面处理方法的视图。

最初，激光表面处理设备1限定每单位的处理区域的形状。在图13 的示例中，激光表面处理设备1将每单位的处理区域的形状限定为如下平 行四边形：在该平行四边形中，在纸平面上的右下方的顶点形成锐角。此 外，在图13的示例中，激光表面处理设备1以如下方式对每单位的处理 区域进行表面处理：当沿纸平面的向左和向右方向以给定幅度用激光11 进行扫描时，激光表面处理设备1从纸平面的下侧朝向上侧一点一点地移 动激光11。由此，工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方向上的那 个表面成为未处理平面。

然后，激光表面处理设备1实际上对具有不规则形状的工件2进行表 面处理。在图13的示例中，工件2以预定速度(相对于扫描器10的速度) 移动，使得各个处理区域中的表面处理开始位置达到相同的位置。这使得 能够对多个处理区域连续地进行表面处理。

此处，在图13的示例中，由于工件2(或扫描器10)以预定速度移 动，所以预先限定的处理区域的平行四边形形状实际上改变为矩形形状。 由此，当将激光11辐射至某一处理区域(第二处理区域)相对于其先前 的处理区域(第一处理区域)的边界周围时，在激光11与先前的处理区 域(第一处理区域)之间形成的角成为直角，由此使得能够抑制散射物5 在边界附近附着至工件2。

(根据实施方式3的第二激光表面处理方法)图14是描述根据实施 方式3的第二激光表面处理方法的视图。

最初，激光表面处理设备1限定每单位的处理区域的形状。在图14 的示例中，激光表面处理设备1将每单位的处理区域的形状限定为如下平 行四边形：在该平行四边形中，在纸平面上的右下方的顶点形成的锐角小 于图13的示例的锐角。图14示出的其它配置和操作与在图13的情况下 的配置和操作相同，因此省略其说明。

此处，在图14的示例中，由于工件2(或扫描器10)以预定速度移 动，所以预先限定的处理区域的平行四边形形状实际上改变为以下平行四 边形形状：在该平行四边形中，在纸平面上的右下方的顶点形成适度的锐 角。由此，当将激光11辐射至某一处理区域(第二处理区域)相对于其 先前的处理区域(第一处理区域)的边界周围时，在激光11与先前的处 理区域(第一处理区域)之间形成的角成为钝角，由此使得能够抑制散射 物5在边界附近附着至工件2。

(根据在设想到实施方式3之前的构思的激光表面处理方法)

接下来将参照图15来描述根据在设想到实施方式3之前的构思的激 光表面处理方法，其中图15作为相对于图13和图14的比较示例。图15 是描述根据在设想到实施方式3之前的构思的激光表面处理方法的视图。

最初，激光表面处理设备1限定每单位的处理区域的形状。在图15 的示例中，激光表面处理设备1将每单位的处理区域的形状限定为矩形形 状。图15示出的其它配置和操作与在图13的情况下的配置和操作相同， 所以省略其说明。

此处，在图15的示例中，由于工件2(或扫描器10)以预定速度移 动，所以预先限定的处理区域的矩形形状实际上改变为以下平行四边形形 状：在该平行四边形中，在纸平面上的右下方的顶点形成钝角。因此，当 将激光11辐射至某一处理区域(第二处理区域)相对于其先前的处理区 域(第一处理区域)的边界周围时，在激光11与先前的处理区域(第一 处理区域)之间形成的角成为锐角，由此使得难以抑制散射物5在边界附 近附着至工件2。

因此，根据实施方式1至3的激光表面处理设备1及其控制方法通过 辐射激光11进行扫描，使得工件2的被置于相对于激光11形成锐角的方 向上的表面成为未处理平面，由此使得能够成功地对工件2进行表面处 理，而不会留下任何散射物5附着至工件2的表面。

注意，本发明不限于上述实施方式，并且可以在不脱离本发明的要旨 的范围内进行各种修改。例如，上面的示例性配置可以组合使用。