激光喷丸装置的控制方法与流程

本发明涉及一种激光喷丸装置的控制方法，更为详细地涉及一种激光喷丸装置的控制方法，其不仅可以准确且稳定地完成针对管形状的嘴内面的喷丸作业，还可以完成针对不均匀的焊接部及焊接部的周围的喷丸作业。

背景技术：

由于激光束具有较高的能量密度和连续(coherence)特性，因此在很多领域被广泛使用。在核能发电站的核反应堆中，激光应用技术也作为检查、预防性维修、维修等的手段适用。

例如，有激光堆焊(laserbuild-upwelding)或激光喷丸(laserpeening)等，所述激光堆焊对构造物等的裂痕进行整修，所述激光喷丸防止核反应堆内构造物等的应力腐蚀开裂。

激光喷丸是利用nd、yag(钕、冶金)激光的预防性维修技术。激光喷丸是一种通过镜头等将激光光线聚集并照射至材料的表面从而产生等离子，通过等离子的冲击波将残余应力植入材料的方法。虽然如果具备材料、环境、应力三个条件就会发生应力腐蚀开裂，但是通过激光喷丸可将引张应力状态或较低的压缩应力变成较高的压缩应力状态，从而可防止木材或焊接部发生应力腐蚀开裂。

激光喷丸装置根据传送激光光线的方法可分为将镜子(mirror)配置于中空的导光管内部从而传送光线的装置和利用光导纤维传送光线的装置。核反应堆的激光喷丸装置的一个例子在韩国专利公开2012-0048692号上有公开。

就普通的激光喷丸装置而言，由于激光束照射的部分和加工面垂直，因此激光束沿着和加工面垂直方向照射。在加工面上产生的等离子有可能会给激光喷丸装置造成损伤，或者因为等离子激光束可能会被切断。

另一方面，就根据现有技术的激光喷丸装置而言，针对不均匀的焊接部及焊接部的周边，作业人员必须直接指定激光作业磁头(head)的作业路径。另外，由于凭借人力对焊接部的形状和大小进行衡量从而指定作业磁头的作业路径，因而在喷丸作业上消耗较多的时间，并且作业的准确性降低，无法完成有效的喷丸作业。

因此，迫切需要一种技术能够解决现有技术所致的问题。

【先行技术文献】

【专利文献】

韩国登记专利第10-1401902号(2014年05月25日登记)

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光喷丸装置的控制方法，其不仅可以准确且稳定地执行针对管形状嘴的内面的喷丸作业，还可以执行针对不均匀的焊接部及焊接部的周围的喷丸作业。

用于实现所述目的的根据本发明的一个侧面的激光喷丸装置的控制方法，所述激光喷丸装置包括生成激光束的激光振荡器、将所述激光束向作业部位照射的作业磁头、将所述激光振荡器的激光束向所述作业磁头传送的操纵器及三维扫描装置，所述激光喷丸装置的控制方法可包括：a)三维扫描步骤，其利用所述三维扫描装置对激光喷丸对象面进行扫描从而获得激光喷丸对象面的轮廓(profile)；b)过滤步骤，其在过滤(filtering)所述获得的轮廓后获得所需的作业区域的信息；c)作业路径计算步骤，其以所述获得的轮廓和作业区域的信息为基础计算最佳的激光喷丸作业路径；以及d)驱动控制步骤，其根据所述计算的作业路径对所述激光喷丸装置进行驱动。

在本发明的一个实施例中，所述过滤步骤可包括：从所述激光喷丸对象面的轮廓提取所述激光喷丸对象面的三维表面数据的步骤；从所述激光喷丸对象面的轮廓提取焊接部的三维表面数据的步骤；以及从所述激光喷丸对象面的轮廓提取所述焊接部的周围的三维表面数据的步骤。

另外，所述过滤步骤还可包括作业区域数据获得步骤，对所述焊接部及焊接部的周围的三维表面数据进行相互融合从而获得作业区域的数据。

在本发明的一个实施例中，所述作业路径计算步骤可包括：路径简单化步骤,通过一条直线或曲线对有关所述作业区域的全体路径进行处理；路径导出步骤，对可以从处理的路径的一端部至他端部行进的许多情况的路径进行导出；以及路径选择步骤，对导出的许多路径中移动距离最短的路径进行选择。

在本发明的一个实施例中，所述驱动控制步骤可包括：作业磁头控制步骤，在激光喷丸作业进行时为了保持一定的焦点距离及入射角度。对所述激光喷丸装置的作业磁头进行控制。

另外，所述驱动控制步骤还可包括：位置变更控制步骤，对所述作业磁头的第一主体部、第二主体部、水平移动部、第三主体部及激光束照射嘴的旋转角度乃至位置变更距离进行控制。

在本发明的一个实施例中，所述驱动控制步骤可包括：周边装置控制步骤，对所述激光振荡器、操纵器、作业磁头及三维扫描装置的驱动进行控制。

另外，所述激光喷丸装置的控制方法还可包括：监控步骤，利用监控装置对所述激光喷丸装置的运用状态进行监控。

另外，所述监控步骤可包括：紧急停止步骤，通过所述监控装置在所述作业磁头的驱动无法正确执行时使所述激光喷丸装置停止。

另外，所述监控步骤可包括：实时错误修正步骤，通过所述监控装置在所述作业磁头的驱动无法正确执行时对所述激光喷丸装置的错误进行实时修正。

如上所述，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法包括：三维扫描步骤、过滤步骤、作业路径计算步骤及驱动控制步骤，因此，不仅可以准确且稳定地执行针对管形状嘴的内面的喷丸作业，还可以执行针对不均匀的焊接部及焊接部的周围的喷丸作业。

另外，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法包括：提取激光喷丸对象面的三维表面数据的步骤、提取焊接部的三维表面数据的步骤及提取焊接部的周围的三维表面数据的步骤，因此，可以提取有关不均匀的作业部位的准确的三维表面数据。

另外，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法包括：路径简单化步骤、路径导出步骤及路径选择步骤，因此，可以导出最优化的激光喷丸作业路径及作业图案数据。

另外，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法可以以最优化的激光喷丸作业路径及作业图案数据为基础对作业磁头和周边装置的驱动进行有效控制，因而可以最大化激光喷丸作业的效率。

另外，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法包括：监控步骤、紧急停止步骤及实时错误修正步骤，因此，使用者可以轻松地监控激光喷丸装置的正确操作，并可以实时地执行紧急停止或错误修正作业，结果可以使激光喷丸作业的效率最大化。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施例的激光喷丸装置的控制方法的流程图。

图2是更为详细地示出图1所示的过滤步骤的流程图。

图3是更为详细地示出图1所示的作业路径计算步骤的流程图。

图4是更为详细地示出图1所示的控制驱动步骤的流程图。

图5是更为详细地示出图1所示的监控步骤的流程图。

图6是示出根据本发明的一个实施例的激光喷丸装置的立体图。

图7是示出图6所示的作业磁头的立体图。

图8是示出根据本发明又另一个实施例的激光喷丸装置的作业磁头的立体图。

图9是示出图8所示的作业磁头插入嘴的内部进行运用的样态的正面透视图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。在此之前，不能将本说明书及权利要求书中所使用的术语或词语限定为一般的或词典上的意义进行解释，而应该解释为符合本发明的技术思想的意义或概念。

在本说明书全文中，当记载某部件位于其他部件之“上”时，其不但包括某种部件相连于其他部件的情况，而且包括在两部件之间存在另外的其他部件的情况。在本说明书全文中，记载某部件“包括”某构成要素时，只要是没有特别相反的记载，其意味着并非将其他构成要素排除在外，而是还可包括其他构成要素。

在图1中图示了示出根据本发明的一个实施例的激光喷丸装置的控制方法的流程图，在图2至图5中图示了更为详细地示出图1所示的各个步骤的流程图。

另外，在图6至图9中图示了示出根据本发明的一个实施例的激光喷丸装置的图。

如果参照上述附图，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法s100是对图6至图9中所示的激光喷丸装置100进行使用及控制的方法。

首先，参照图6至图9对有关根据本实施例的激光喷丸装置100的构成进行说明。

如图6及图7所示，根据本实施例的激光喷丸装置100可包括：激光振荡器110、操纵器(manipulator)120、作业磁头130、三维扫描装置140及控制部150。

具体地，激光振荡器110可生成激光束并通过操纵器120将其传送至作业磁头。

操纵器120以延长一定长度的形式安装于激光振荡器110的一侧部，一端部安装有作业磁头130，并可将从激光振荡器110接收的激光束传送至作业磁头130。

作业磁头130通过两个以上的旋转构造以可旋转一定角度的形式安装于操纵器120的一端部，并可将从操纵器120接收的激光束照射至作业部位。

三维扫描装置140安装于作业磁头130，对焊接部及焊接部的周围进行三维扫描从而可计算作业磁头130的作业路径数据局作业图案数据。

另外，控制部150安装于激光喷丸装置100内部，从三维扫描装置140接收作业路径数据及作业图案数据，从而可对作业磁头130的驱动进行控制。

如图1所示，根据本实施例的激光喷丸装置的控制方法s100可包括：三维扫描步骤s110、过滤步骤s120、作业路径计算步骤s130、控制驱动步骤s140及监控步骤s150。

具体地，三维扫描步骤s110是利用三维扫描装置100对激光喷丸对象面进行扫描从而获得激光喷丸对象面的轮廓(profile)的步骤。

在三维扫描步骤s110中，可利用图7所示的三维扫描装置140对激光喷丸对象物进行扫描。

完成三维扫描步骤s110后，可通过过滤步骤s120对获得的轮廓数据进行加工。

具体地，过滤步骤s120作为对获得的轮廓进行过滤(filtering)后对所需的作业区域的信息进行获取的步骤，可包括如下步骤：从激光喷丸对象面的轮廓提取激光喷丸对象面的三维表面数据s121；从激光喷丸对象面的轮廓提取有关焊接部的三维表面数据s122；以及从激光喷丸对象面的轮廓提取有关焊接部的周围的三维表面数据s123。另外，过滤步骤s120可包括作业区域数据获得步骤s124，对有关所述焊接部及焊接部的周围的三维表面数据进行相互融合从而获得有关作业区域的数据。

因此，根据本发明的激光喷丸装置的控制方法s100包括如下步骤：提取激光喷丸对象面的三维表面数据s121；提取有关焊接部的三维表面数据s122；提取有关焊接部的周围的三维表面数据；以及获得作业区域数据s124，因此，可提取不均匀的作业部位的准确的三维表面数据。

过滤步骤s120作为提取用于作业路径计算步骤s130的数据的步骤，完成过滤步骤s120后执行作业路径计算步骤s130。

作业路径计算步骤s130作为以获得的轮廓和作业区域的信息为基础计算最佳的激光喷丸作业路径的步骤，其构成可包括如下：路径简单化步骤s131,通过一条直线或曲线对作业区域的全体路径进行处理；路径导出步骤s132，对可以从处理的路径的一端部至他端部行进的许多情况的路径进行导出；以及路径选择步骤s133，其对导出的许多路径中移动距离最短的路径进行选择。

在所述提到的路径导出步骤s132中可导出许多情况的路径，并且可设定基准方向，从而对许多情况的路径进行导出。例如，可将方向设定为从左侧到右侧或从上部到下部方向。另外，圆形或椭圆形路径的情况，可按照顺时针或逆时针方向导出路径。

另外，在路径选择步骤s133中选择的路径，可选择导出的许多路径中最短的路径，所述最短的路径可包括用一笔画出的所有路径。

因此，根据本实施例的激光喷丸装置的控制方法s100，其包括：路径简单化步骤s131、路径导出步骤s132及路径选择步骤s133，从而可导出最优化的激光喷丸作业路径及作业图案数据。

控制驱动步骤s140作为根据计算的作业路径对激光喷丸装置100进行驱动的步骤，其可包括：作业磁头控制步骤s141、位置变更控制步骤s142及周边装置控制步骤s143。

具体地，作业磁头控制步骤s141是在进行激光喷丸作业时为了保持一定的焦点距离及入射角度，对激光喷丸装置100的作业磁头130进行控制的步骤。驱动控制步骤s140是对作业磁头130的第一主体部131、第二主体部132、水平移动部134、第三主体部133及激光束照射嘴(nozzle)135的旋转角度乃至位置变更距离进行控制的步骤。另外，周边装置控制步骤s143是对激光振荡器110、操纵器120、作业磁头130及三维扫描装置140的驱动进行控制的步骤。

根据本实施例的激光喷丸装置的控制方法s100可通过利用激光喷丸装置100执行有效的激光喷丸作业，所述激光喷丸装置100可沿多个方向对激光束照射方向进行设定。

执行针对管状型嘴的激光喷丸作业时，可利用图8及图9所示的管形状的作业磁头130。此时，图8及图9所示的管形状的作业磁头130可与图7所示的激光束照射嘴135交替使用。所述情况下，如图9所示，作业磁头130可插入嘴的内部使用。

监控步骤s150作为利用监控装置160对激光喷丸装置100的使用状态进行监控的步骤，可包括紧急停止步骤s151及实时错误修正步骤s152。

具体地，紧急停止步骤s151是通过监控装置160在作业磁头130的驱动无法正确执行时使激光喷丸装置100停止的步骤。另外，实时错误修正步骤s152是通过监控装置160在作业磁头130的驱动无法正确执行时对激光喷丸装置100的错误进行实时修正的步骤。

因此，根据本实施例的激光喷丸装置的控制方法s100包括监控步骤s150、紧急停止步骤s151及实时错误修正步骤s152，从而使用者可轻松地对激光喷丸装置的正确操作进行监控，并且可实时地执行紧急停止或错误修正作业，其结果使激光喷丸作业的效率最大化。

在上述本发明的详细说明中仅对根据其的特殊实施例进行了叙述。但是应该理解为本发明并非限定为详细说明中所提到的特殊形态，反而应该理解为包括由所附的权利要求所定义的涵盖在本发明的精神和范围内所有变形物、等同物及代替物的形态。

换句话说，本发明不限定于上述特定的实施例及说明，只要是不脱离权利要求书所要求的本发明的要旨，如果是在本发明所属技术领域具备通常知识的技术人员，任何人均可进行多种变形，与之相同的变形在本发明的保护范围之内。

标号说明

s100,激光喷丸装置的控制方法

s110,三维扫描步骤

s120,过滤步骤

s121,提取激光喷丸对象面的三维表面数据的步骤

s122,提取焊接部的三维表面数据的步骤

s123,提取焊接部的周围的三维表面数据的步骤

s124,作业区域数据获得步骤

s130,作业路径计算步骤

s131,路径简单化步骤

s132,路径导出步骤

s133,路径选择步骤

s140,驱动控制步骤

s141,作业磁头控制步骤

s142,位置变更控制步骤

s143,周边装置控制步骤

s150,监控步骤

s151,紧急停止步骤

s152,实时错误修正步骤

100,激光喷丸装置

110,激光振荡器

120,操纵器

121,上下长度变更部

130,作业磁头

131,第一主体部

132,第二主体部

133,第三主体部

134,水平移动部

135,激光束照射嘴

136,长度延长部

137,激光束照射喷部

140,三维扫描装置

150,控制部

160,监控装置