本發(fā)明涉及一種激光噴丸裝置的控制方法，更為詳細(xì)地涉及一種激光噴丸裝置的控制方法，其不僅可以準(zhǔn)確且穩(wěn)定地完成針對(duì)管形狀的嘴內(nèi)面的噴丸作業(yè)，還可以完成針對(duì)不均勻的焊接部及焊接部的周?chē)膰娡枳鳂I(yè)。

背景技術(shù)：

由于激光束具有較高的能量密度和連續(xù)(coherence)特性，因此在很多領(lǐng)域被廣泛使用。在核能發(fā)電站的核反應(yīng)堆中，激光應(yīng)用技術(shù)也作為檢查、預(yù)防性維修、維修等的手段適用。

例如，有激光堆焊(laserbuild-upwelding)或激光噴丸(laserpeening)等，所述激光堆焊對(duì)構(gòu)造物等的裂痕進(jìn)行整修，所述激光噴丸防止核反應(yīng)堆內(nèi)構(gòu)造物等的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

激光噴丸是利用nd、yag(釹、冶金)激光的預(yù)防性維修技術(shù)。激光噴丸是一種通過(guò)鏡頭等將激光光線聚集并照射至材料的表面從而產(chǎn)生等離子，通過(guò)等離子的沖擊波將殘余應(yīng)力植入材料的方法。雖然如果具備材料、環(huán)境、應(yīng)力三個(gè)條件就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，但是通過(guò)激光噴丸可將引張應(yīng)力狀態(tài)或較低的壓縮應(yīng)力變成較高的壓縮應(yīng)力狀態(tài)，從而可防止木材或焊接部發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

激光噴丸裝置根據(jù)傳送激光光線的方法可分為將鏡子(mirror)配置于中空的導(dǎo)光管內(nèi)部從而傳送光線的裝置和利用光導(dǎo)纖維傳送光線的裝置。核反應(yīng)堆的激光噴丸裝置的一個(gè)例子在韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2012-0048692號(hào)上有公開(kāi)。

就普通的激光噴丸裝置而言，由于激光束照射的部分和加工面垂直，因此激光束沿著和加工面垂直方向照射。在加工面上產(chǎn)生的等離子有可能會(huì)給激光噴丸裝置造成損傷，或者因?yàn)榈入x子激光束可能會(huì)被切斷。

另一方面，就根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的激光噴丸裝置而言，針對(duì)不均勻的焊接部及焊接部的周邊，作業(yè)人員必須直接指定激光作業(yè)磁頭(head)的作業(yè)路徑。另外，由于憑借人力對(duì)焊接部的形狀和大小進(jìn)行衡量從而指定作業(yè)磁頭的作業(yè)路徑，因而在噴丸作業(yè)上消耗較多的時(shí)間，并且作業(yè)的準(zhǔn)確性降低，無(wú)法完成有效的噴丸作業(yè)。

因此，迫切需要一種技術(shù)能夠解決現(xiàn)有技術(shù)所致的問(wèn)題。

【先行技術(shù)文獻(xiàn)】

【專(zhuān)利文獻(xiàn)】

韓國(guó)登記專(zhuān)利第10-1401902號(hào)(2014年05月25日登記)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種激光噴丸裝置的控制方法，其不僅可以準(zhǔn)確且穩(wěn)定地執(zhí)行針對(duì)管形狀嘴的內(nèi)面的噴丸作業(yè)，還可以執(zhí)行針對(duì)不均勻的焊接部及焊接部的周?chē)膰娡枳鳂I(yè)。

用于實(shí)現(xiàn)所述目的的根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面的激光噴丸裝置的控制方法，所述激光噴丸裝置包括生成激光束的激光振蕩器、將所述激光束向作業(yè)部位照射的作業(yè)磁頭、將所述激光振蕩器的激光束向所述作業(yè)磁頭傳送的操縱器及三維掃描裝置，所述激光噴丸裝置的控制方法可包括：a)三維掃描步驟，其利用所述三維掃描裝置對(duì)激光噴丸對(duì)象面進(jìn)行掃描從而獲得激光噴丸對(duì)象面的輪廓(profile)；b)過(guò)濾步驟，其在過(guò)濾(filtering)所述獲得的輪廓后獲得所需的作業(yè)區(qū)域的信息；c)作業(yè)路徑計(jì)算步驟，其以所述獲得的輪廓和作業(yè)區(qū)域的信息為基礎(chǔ)計(jì)算最佳的激光噴丸作業(yè)路徑；以及d)驅(qū)動(dòng)控制步驟，其根據(jù)所述計(jì)算的作業(yè)路徑對(duì)所述激光噴丸裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述過(guò)濾步驟可包括：從所述激光噴丸對(duì)象面的輪廓提取所述激光噴丸對(duì)象面的三維表面數(shù)據(jù)的步驟；從所述激光噴丸對(duì)象面的輪廓提取焊接部的三維表面數(shù)據(jù)的步驟；以及從所述激光噴丸對(duì)象面的輪廓提取所述焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)的步驟。

另外，所述過(guò)濾步驟還可包括作業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)獲得步驟，對(duì)所述焊接部及焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)進(jìn)行相互融合從而獲得作業(yè)區(qū)域的數(shù)據(jù)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述作業(yè)路徑計(jì)算步驟可包括：路徑簡(jiǎn)單化步驟,通過(guò)一條直線或曲線對(duì)有關(guān)所述作業(yè)區(qū)域的全體路徑進(jìn)行處理；路徑導(dǎo)出步驟，對(duì)可以從處理的路徑的一端部至他端部行進(jìn)的許多情況的路徑進(jìn)行導(dǎo)出；以及路徑選擇步驟，對(duì)導(dǎo)出的許多路徑中移動(dòng)距離最短的路徑進(jìn)行選擇。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)控制步驟可包括：作業(yè)磁頭控制步驟，在激光噴丸作業(yè)進(jìn)行時(shí)為了保持一定的焦點(diǎn)距離及入射角度。對(duì)所述激光噴丸裝置的作業(yè)磁頭進(jìn)行控制。

另外，所述驅(qū)動(dòng)控制步驟還可包括：位置變更控制步驟，對(duì)所述作業(yè)磁頭的第一主體部、第二主體部、水平移動(dòng)部、第三主體部及激光束照射嘴的旋轉(zhuǎn)角度乃至位置變更距離進(jìn)行控制。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)控制步驟可包括：周邊裝置控制步驟，對(duì)所述激光振蕩器、操縱器、作業(yè)磁頭及三維掃描裝置的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。

另外，所述激光噴丸裝置的控制方法還可包括：監(jiān)控步驟，利用監(jiān)控裝置對(duì)所述激光噴丸裝置的運(yùn)用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

另外，所述監(jiān)控步驟可包括：緊急停止步驟，通過(guò)所述監(jiān)控裝置在所述作業(yè)磁頭的驅(qū)動(dòng)無(wú)法正確執(zhí)行時(shí)使所述激光噴丸裝置停止。

另外，所述監(jiān)控步驟可包括：實(shí)時(shí)錯(cuò)誤修正步驟，通過(guò)所述監(jiān)控裝置在所述作業(yè)磁頭的驅(qū)動(dòng)無(wú)法正確執(zhí)行時(shí)對(duì)所述激光噴丸裝置的錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法包括：三維掃描步驟、過(guò)濾步驟、作業(yè)路徑計(jì)算步驟及驅(qū)動(dòng)控制步驟，因此，不僅可以準(zhǔn)確且穩(wěn)定地執(zhí)行針對(duì)管形狀嘴的內(nèi)面的噴丸作業(yè)，還可以執(zhí)行針對(duì)不均勻的焊接部及焊接部的周?chē)膰娡枳鳂I(yè)。

另外，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法包括：提取激光噴丸對(duì)象面的三維表面數(shù)據(jù)的步驟、提取焊接部的三維表面數(shù)據(jù)的步驟及提取焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)的步驟，因此，可以提取有關(guān)不均勻的作業(yè)部位的準(zhǔn)確的三維表面數(shù)據(jù)。

另外，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法包括：路徑簡(jiǎn)單化步驟、路徑導(dǎo)出步驟及路徑選擇步驟，因此，可以導(dǎo)出最優(yōu)化的激光噴丸作業(yè)路徑及作業(yè)圖案數(shù)據(jù)。

另外，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法可以以最優(yōu)化的激光噴丸作業(yè)路徑及作業(yè)圖案數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)作業(yè)磁頭和周邊裝置的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行有效控制，因而可以最大化激光噴丸作業(yè)的效率。

另外，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法包括：監(jiān)控步驟、緊急停止步驟及實(shí)時(shí)錯(cuò)誤修正步驟，因此，使用者可以輕松地監(jiān)控激光噴丸裝置的正確操作，并可以實(shí)時(shí)地執(zhí)行緊急停止或錯(cuò)誤修正作業(yè)，結(jié)果可以使激光噴丸作業(yè)的效率最大化。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光噴丸裝置的控制方法的流程圖。

圖2是更為詳細(xì)地示出圖1所示的過(guò)濾步驟的流程圖。

圖3是更為詳細(xì)地示出圖1所示的作業(yè)路徑計(jì)算步驟的流程圖。

圖4是更為詳細(xì)地示出圖1所示的控制驅(qū)動(dòng)步驟的流程圖。

圖5是更為詳細(xì)地示出圖1所示的監(jiān)控步驟的流程圖。

圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光噴丸裝置的立體圖。

圖7是示出圖6所示的作業(yè)磁頭的立體圖。

圖8是示出根據(jù)本發(fā)明又另一個(gè)實(shí)施例的激光噴丸裝置的作業(yè)磁頭的立體圖。

圖9是示出圖8所示的作業(yè)磁頭插入嘴的內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)用的樣態(tài)的正面透視圖。

具體實(shí)施方式

以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在此之前，不能將本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)或詞語(yǔ)限定為一般的或詞典上的意義進(jìn)行解釋?zhuān)鴳?yīng)該解釋為符合本發(fā)明的技術(shù)思想的意義或概念。

在本說(shuō)明書(shū)全文中，當(dāng)記載某部件位于其他部件之“上”時(shí)，其不但包括某種部件相連于其他部件的情況，而且包括在兩部件之間存在另外的其他部件的情況。在本說(shuō)明書(shū)全文中，記載某部件“包括”某構(gòu)成要素時(shí)，只要是沒(méi)有特別相反的記載，其意味著并非將其他構(gòu)成要素排除在外，而是還可包括其他構(gòu)成要素。

在圖1中圖示了示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光噴丸裝置的控制方法的流程圖，在圖2至圖5中圖示了更為詳細(xì)地示出圖1所示的各個(gè)步驟的流程圖。

另外，在圖6至圖9中圖示了示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的激光噴丸裝置的圖。

如果參照上述附圖，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法s100是對(duì)圖6至圖9中所示的激光噴丸裝置100進(jìn)行使用及控制的方法。

首先，參照?qǐng)D6至圖9對(duì)有關(guān)根據(jù)本實(shí)施例的激光噴丸裝置100的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明。

如圖6及圖7所示，根據(jù)本實(shí)施例的激光噴丸裝置100可包括：激光振蕩器110、操縱器(manipulator)120、作業(yè)磁頭130、三維掃描裝置140及控制部150。

具體地，激光振蕩器110可生成激光束并通過(guò)操縱器120將其傳送至作業(yè)磁頭。

操縱器120以延長(zhǎng)一定長(zhǎng)度的形式安裝于激光振蕩器110的一側(cè)部，一端部安裝有作業(yè)磁頭130，并可將從激光振蕩器110接收的激光束傳送至作業(yè)磁頭130。

作業(yè)磁頭130通過(guò)兩個(gè)以上的旋轉(zhuǎn)構(gòu)造以可旋轉(zhuǎn)一定角度的形式安裝于操縱器120的一端部，并可將從操縱器120接收的激光束照射至作業(yè)部位。

三維掃描裝置140安裝于作業(yè)磁頭130，對(duì)焊接部及焊接部的周?chē)M(jìn)行三維掃描從而可計(jì)算作業(yè)磁頭130的作業(yè)路徑數(shù)據(jù)局作業(yè)圖案數(shù)據(jù)。

另外，控制部150安裝于激光噴丸裝置100內(nèi)部，從三維掃描裝置140接收作業(yè)路徑數(shù)據(jù)及作業(yè)圖案數(shù)據(jù)，從而可對(duì)作業(yè)磁頭130的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制。

如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施例的激光噴丸裝置的控制方法s100可包括：三維掃描步驟s110、過(guò)濾步驟s120、作業(yè)路徑計(jì)算步驟s130、控制驅(qū)動(dòng)步驟s140及監(jiān)控步驟s150。

具體地，三維掃描步驟s110是利用三維掃描裝置100對(duì)激光噴丸對(duì)象面進(jìn)行掃描從而獲得激光噴丸對(duì)象面的輪廓(profile)的步驟。

在三維掃描步驟s110中，可利用圖7所示的三維掃描裝置140對(duì)激光噴丸對(duì)象物進(jìn)行掃描。

完成三維掃描步驟s110后，可通過(guò)過(guò)濾步驟s120對(duì)獲得的輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。

具體地，過(guò)濾步驟s120作為對(duì)獲得的輪廓進(jìn)行過(guò)濾(filtering)后對(duì)所需的作業(yè)區(qū)域的信息進(jìn)行獲取的步驟，可包括如下步驟：從激光噴丸對(duì)象面的輪廓提取激光噴丸對(duì)象面的三維表面數(shù)據(jù)s121；從激光噴丸對(duì)象面的輪廓提取有關(guān)焊接部的三維表面數(shù)據(jù)s122；以及從激光噴丸對(duì)象面的輪廓提取有關(guān)焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)s123。另外，過(guò)濾步驟s120可包括作業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)獲得步驟s124，對(duì)有關(guān)所述焊接部及焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)進(jìn)行相互融合從而獲得有關(guān)作業(yè)區(qū)域的數(shù)據(jù)。

因此，根據(jù)本發(fā)明的激光噴丸裝置的控制方法s100包括如下步驟：提取激光噴丸對(duì)象面的三維表面數(shù)據(jù)s121；提取有關(guān)焊接部的三維表面數(shù)據(jù)s122；提取有關(guān)焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)；以及獲得作業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)s124，因此，可提取不均勻的作業(yè)部位的準(zhǔn)確的三維表面數(shù)據(jù)。

過(guò)濾步驟s120作為提取用于作業(yè)路徑計(jì)算步驟s130的數(shù)據(jù)的步驟，完成過(guò)濾步驟s120后執(zhí)行作業(yè)路徑計(jì)算步驟s130。

作業(yè)路徑計(jì)算步驟s130作為以獲得的輪廓和作業(yè)區(qū)域的信息為基礎(chǔ)計(jì)算最佳的激光噴丸作業(yè)路徑的步驟，其構(gòu)成可包括如下：路徑簡(jiǎn)單化步驟s131,通過(guò)一條直線或曲線對(duì)作業(yè)區(qū)域的全體路徑進(jìn)行處理；路徑導(dǎo)出步驟s132，對(duì)可以從處理的路徑的一端部至他端部行進(jìn)的許多情況的路徑進(jìn)行導(dǎo)出；以及路徑選擇步驟s133，其對(duì)導(dǎo)出的許多路徑中移動(dòng)距離最短的路徑進(jìn)行選擇。

在所述提到的路徑導(dǎo)出步驟s132中可導(dǎo)出許多情況的路徑，并且可設(shè)定基準(zhǔn)方向，從而對(duì)許多情況的路徑進(jìn)行導(dǎo)出。例如，可將方向設(shè)定為從左側(cè)到右側(cè)或從上部到下部方向。另外，圓形或橢圓形路徑的情況，可按照順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较驅(qū)С雎窂健?/p>

另外，在路徑選擇步驟s133中選擇的路徑，可選擇導(dǎo)出的許多路徑中最短的路徑，所述最短的路徑可包括用一筆畫(huà)出的所有路徑。

因此，根據(jù)本實(shí)施例的激光噴丸裝置的控制方法s100，其包括：路徑簡(jiǎn)單化步驟s131、路徑導(dǎo)出步驟s132及路徑選擇步驟s133，從而可導(dǎo)出最優(yōu)化的激光噴丸作業(yè)路徑及作業(yè)圖案數(shù)據(jù)。

控制驅(qū)動(dòng)步驟s140作為根據(jù)計(jì)算的作業(yè)路徑對(duì)激光噴丸裝置100進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的步驟，其可包括：作業(yè)磁頭控制步驟s141、位置變更控制步驟s142及周邊裝置控制步驟s143。

具體地，作業(yè)磁頭控制步驟s141是在進(jìn)行激光噴丸作業(yè)時(shí)為了保持一定的焦點(diǎn)距離及入射角度，對(duì)激光噴丸裝置100的作業(yè)磁頭130進(jìn)行控制的步驟。驅(qū)動(dòng)控制步驟s140是對(duì)作業(yè)磁頭130的第一主體部131、第二主體部132、水平移動(dòng)部134、第三主體部133及激光束照射嘴(nozzle)135的旋轉(zhuǎn)角度乃至位置變更距離進(jìn)行控制的步驟。另外，周邊裝置控制步驟s143是對(duì)激光振蕩器110、操縱器120、作業(yè)磁頭130及三維掃描裝置140的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制的步驟。

根據(jù)本實(shí)施例的激光噴丸裝置的控制方法s100可通過(guò)利用激光噴丸裝置100執(zhí)行有效的激光噴丸作業(yè)，所述激光噴丸裝置100可沿多個(gè)方向?qū)す馐丈浞较蜻M(jìn)行設(shè)定。

執(zhí)行針對(duì)管狀型嘴的激光噴丸作業(yè)時(shí)，可利用圖8及圖9所示的管形狀的作業(yè)磁頭130。此時(shí)，圖8及圖9所示的管形狀的作業(yè)磁頭130可與圖7所示的激光束照射嘴135交替使用。所述情況下，如圖9所示，作業(yè)磁頭130可插入嘴的內(nèi)部使用。

監(jiān)控步驟s150作為利用監(jiān)控裝置160對(duì)激光噴丸裝置100的使用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的步驟，可包括緊急停止步驟s151及實(shí)時(shí)錯(cuò)誤修正步驟s152。

具體地，緊急停止步驟s151是通過(guò)監(jiān)控裝置160在作業(yè)磁頭130的驅(qū)動(dòng)無(wú)法正確執(zhí)行時(shí)使激光噴丸裝置100停止的步驟。另外，實(shí)時(shí)錯(cuò)誤修正步驟s152是通過(guò)監(jiān)控裝置160在作業(yè)磁頭130的驅(qū)動(dòng)無(wú)法正確執(zhí)行時(shí)對(duì)激光噴丸裝置100的錯(cuò)誤進(jìn)行實(shí)時(shí)修正的步驟。

因此，根據(jù)本實(shí)施例的激光噴丸裝置的控制方法s100包括監(jiān)控步驟s150、緊急停止步驟s151及實(shí)時(shí)錯(cuò)誤修正步驟s152，從而使用者可輕松地對(duì)激光噴丸裝置的正確操作進(jìn)行監(jiān)控，并且可實(shí)時(shí)地執(zhí)行緊急停止或錯(cuò)誤修正作業(yè)，其結(jié)果使激光噴丸作業(yè)的效率最大化。

在上述本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明中僅對(duì)根據(jù)其的特殊實(shí)施例進(jìn)行了敘述。但是應(yīng)該理解為本發(fā)明并非限定為詳細(xì)說(shuō)明中所提到的特殊形態(tài)，反而應(yīng)該理解為包括由所附的權(quán)利要求所定義的涵蓋在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)所有變形物、等同物及代替物的形態(tài)。

換句話說(shuō)，本發(fā)明不限定于上述特定的實(shí)施例及說(shuō)明，只要是不脫離權(quán)利要求書(shū)所要求的本發(fā)明的要旨，如果是在本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域具備通常知識(shí)的技術(shù)人員，任何人均可進(jìn)行多種變形，與之相同的變形在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

s100,激光噴丸裝置的控制方法

s110,三維掃描步驟

s120,過(guò)濾步驟

s121,提取激光噴丸對(duì)象面的三維表面數(shù)據(jù)的步驟

s122,提取焊接部的三維表面數(shù)據(jù)的步驟

s123,提取焊接部的周?chē)娜S表面數(shù)據(jù)的步驟

s124,作業(yè)區(qū)域數(shù)據(jù)獲得步驟

s130,作業(yè)路徑計(jì)算步驟

s131,路徑簡(jiǎn)單化步驟

s132,路徑導(dǎo)出步驟

s133,路徑選擇步驟

s140,驅(qū)動(dòng)控制步驟

s141,作業(yè)磁頭控制步驟

s142,位置變更控制步驟

s143,周邊裝置控制步驟

s150,監(jiān)控步驟

s151,緊急停止步驟

s152,實(shí)時(shí)錯(cuò)誤修正步驟

100,激光噴丸裝置

110,激光振蕩器

120,操縱器

121,上下長(zhǎng)度變更部

130,作業(yè)磁頭

131,第一主體部

132,第二主體部

133,第三主體部

134,水平移動(dòng)部

135,激光束照射嘴

136,長(zhǎng)度延長(zhǎng)部

137,激光束照射噴部

140,三維掃描裝置

150,控制部

160,監(jiān)控裝置