JP2015062914A - レーザ照射システムおよび脆弱部位検知システム - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ照射の効率を向上させる。【解決手段】レーザ照射システム１０は、照射対象に少なくとも第１モードおよび第２モードを含む複数モードのレーザ光を照射可能なレーザ照射装置１１と、レーザ照射装置１１により第１モードのレーザ光が照射された照射対象の状態を検出する計測装置１２と、を備えている。レーザ照射システム１０は、計測装置１２により検出された照射対象の状態に基づいて照射対象の脆弱部位を検知する脆弱部位検知部４１と、レーザ照射装置１１による複数モードのレーザ光の照射を制御し、脆弱部位検知部４１により検知された脆弱部位に第２モードのレーザ光を照射させる照射制御部４２と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、レーザ照射システムおよび脆弱部位検知システムに関する。
従来、１台のレーザ照射装置により照射対象にレーザ光を照射して切断等のレーザ加工を行う技術が知られている。
しかしながら、照射対象によってはレーザ照射装置の出力が過大となる場合があり、レーザ光の照射効率が低下する虞がある。
本実施形態のレーザ照射システムは、照射対象に少なくとも第１モードおよび第２モードを含む複数モードのレーザ光を照射可能なレーザ照射手段と、前記レーザ照射手段により前記第１モードのレーザ光が照射された前記照射対象の状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段により検出された前記照射対象の状態に基づいて前記照射対象の脆弱部位を検知する検知手段と、前記レーザ照射手段による前記複数モードのレーザ光の照射を制御し、前記検知手段により検知された前記脆弱部位に前記第２モードのレーザ光を照射させる制御手段と、を備える、ことを特徴とする。
以下、実施形態の脆弱部位検知システムを備えるレーザ照射システムについて添付図面を参照しながら説明する。
（レーザ照射システムの構成）
本実施形態のレーザ照射システム１０は、図１に示すように、レーザ照射装置１１と、計測装置１２と、処理装置１３と、を備えている。
本実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、レーザ光による照射対象の切断または穴あけなどの各種のレーザ加工に用いることができる。また、本実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、地上に設置可能であるとともに、各種のプラットホーム（例えば、航空機、船、および車両など）に搭載可能である。
（レーザ照射システムの構成）
本実施形態のレーザ照射システム１０は、図１に示すように、レーザ照射装置１１と、計測装置１２と、処理装置１３と、を備えている。
本実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、レーザ光による照射対象の切断または穴あけなどの各種のレーザ加工に用いることができる。また、本実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、地上に設置可能であるとともに、各種のプラットホーム（例えば、航空機、船、および車両など）に搭載可能である。
レーザ照射装置１１は、例えば、誘導放出を起こす媒質としてフッ化重水素またはヨウ素などを用いた化学レーザ装置、あるいはＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶）などを用いた固体レーザ装置などの各種のレーザ装置である。
レーザ照射装置１１は、レーザ発振器２１と、変調器２２と、照射光学系２３と、制御部２４と、を備えている。
レーザ照射装置１１は、レーザ発振器２１と、変調器２２と、照射光学系２３と、制御部２４と、を備えている。
レーザ発振器２１は、レーザ光源（図示略）から射出されたレーザ光を、誘導放出を起こす媒質を備える共振器（図示略）に照射することによって、連続波のレーザ光を発振する。
変調器２２は、レーザ発振器２１から出力された連続波のレーザ光をパルス波のレーザ光に変換可能である。
照射光学系２３は、大気ゆらぎの補償などの光学補償を行ない、レーザ光を照射対象に照射する。
制御部２４は、後述する処理装置１３から出力される制御信号に応じて、少なくとも第１モードおよび第２モードを含む複数モードのうちの何れかのモードのレーザ光を照射光学系２３から出力させるように、照射出力および照射時間などを制御する。なお、第１モードのレーザ光は、後述する計測装置１２により照射対象の状態が検出される場合に出力される。また、第２モードのレーザ光は、後述する処理装置１３により検出された照射対象の脆弱部位がレーザ加工される場合に出力される。第１モードのレーザ光は、例えば、コリメート光または非回折光であって、照射対象のレーザ加工に用いられる第２モードのレーザ光の出力に比べて、より小さな出力を有するように設定されている。
変調器２２は、レーザ発振器２１から出力された連続波のレーザ光をパルス波のレーザ光に変換可能である。
照射光学系２３は、大気ゆらぎの補償などの光学補償を行ない、レーザ光を照射対象に照射する。
制御部２４は、後述する処理装置１３から出力される制御信号に応じて、少なくとも第１モードおよび第２モードを含む複数モードのうちの何れかのモードのレーザ光を照射光学系２３から出力させるように、照射出力および照射時間などを制御する。なお、第１モードのレーザ光は、後述する計測装置１２により照射対象の状態が検出される場合に出力される。また、第２モードのレーザ光は、後述する処理装置１３により検出された照射対象の脆弱部位がレーザ加工される場合に出力される。第１モードのレーザ光は、例えば、コリメート光または非回折光であって、照射対象のレーザ加工に用いられる第２モードのレーザ光の出力に比べて、より小さな出力を有するように設定されている。
計測装置１２は、反射状態検出部３１と、温度上昇検出部３２と、材質分析部３３と、を備えている。
反射状態検出部３１は、例えばカメラなどの光検出器を備えている。反射状態検出部３１は、レーザ照射装置１１から照射対象に照射された第１モードのレーザ光が照射対象の表面で反射された反射光を検出することにより、照射対象の表面上の所定形状の有無を検出する。なお、所定形状は、例えば、照射されたレーザ光の吸収が平坦面などに比べて促進される形状であって、凹部、欠陥、および亀裂などである。例えば、反射状態検出部３１は、レーザ照射装置１１によって照射対象の表面上を走査するように第１モードのレーザ光が照射されているときの照射対象の表面上の所定の凹部に起因する反射光の変化（例えば、強度や周波数特性の変化など）を示すデータを記憶している。反射状態検出部３１は、反射状態検出部３１により検出された反射光の変化と、予め記憶している反射光の変化を示すデータとを比較することによって、照射対象の表面上に所定の凹部が存在するか否かを判定する。
反射状態検出部３１は、例えばカメラなどの光検出器を備えている。反射状態検出部３１は、レーザ照射装置１１から照射対象に照射された第１モードのレーザ光が照射対象の表面で反射された反射光を検出することにより、照射対象の表面上の所定形状の有無を検出する。なお、所定形状は、例えば、照射されたレーザ光の吸収が平坦面などに比べて促進される形状であって、凹部、欠陥、および亀裂などである。例えば、反射状態検出部３１は、レーザ照射装置１１によって照射対象の表面上を走査するように第１モードのレーザ光が照射されているときの照射対象の表面上の所定の凹部に起因する反射光の変化（例えば、強度や周波数特性の変化など）を示すデータを記憶している。反射状態検出部３１は、反射状態検出部３１により検出された反射光の変化と、予め記憶している反射光の変化を示すデータとを比較することによって、照射対象の表面上に所定の凹部が存在するか否かを判定する。
温度上昇検出部３２は、例えば第１モードのレーザ光の波長を感度帯域としない赤外線カメラなどの赤外線検出器を備えている。温度上昇検出部３２は、レーザ照射装置１１から照射対象に照射された第１モードのレーザ光に起因して照射対象の表面から放射される赤外線を検出することにより、照射対象の表面温度を検出する。例えば、温度上昇検出部３２は、第１モードのレーザ光の照射に起因する照射対象の表面温度の上昇度合い（例えば、単位時間当たりの上昇温度など）を検出する。
材質分析部３３は、例えば分光器および光検出器などを備えている。材質分析部３３は、レーザ照射装置１１から照射対象に照射された第１モードのレーザ光に起因して照射対象の表面から放出される電磁波を検出することにより、照射対象の材質を検出する。例えば、材質分析部３３は、第１モードのレーザ光の照射に起因して照射対象の表面上に誘起されたレーザプラズマの発光のスペクトルを分析することによって、照射対象の材質を分析する。
処理装置１３は、脆弱部位検知部４１と、照射制御部４２と、を備えている。
脆弱部位検知部４１は、計測装置１２により検出された照射対象の状態に基づいて照射対象の脆弱部位を検知する。なお、脆弱部位とは、レーザ光によるレーザ加工が容易な部位である。例えば、脆弱部位検知部４１は、反射状態検出部３１により検出された照射対象の表面上の所定形状が存在する部位を脆弱部位であると検知する。例えば、脆弱部位検知部４１は、温度上昇検出部３２により検出された第１モードのレーザ光の照射に起因する照射対象の表面温度の上昇度合いが所定度合い以上の部位を脆弱部位であると検知する。例えば、脆弱部位検知部４１は、材質分析部３３により分析された照射対象の材質のうちレーザ光の吸収率が所定値以上の材質から成る部位を脆弱部位であると検知する。
脆弱部位検知部４１は、計測装置１２により検出された照射対象の状態に基づいて照射対象の脆弱部位を検知する。なお、脆弱部位とは、レーザ光によるレーザ加工が容易な部位である。例えば、脆弱部位検知部４１は、反射状態検出部３１により検出された照射対象の表面上の所定形状が存在する部位を脆弱部位であると検知する。例えば、脆弱部位検知部４１は、温度上昇検出部３２により検出された第１モードのレーザ光の照射に起因する照射対象の表面温度の上昇度合いが所定度合い以上の部位を脆弱部位であると検知する。例えば、脆弱部位検知部４１は、材質分析部３３により分析された照射対象の材質のうちレーザ光の吸収率が所定値以上の材質から成る部位を脆弱部位であると検知する。
照射制御部４２は、レーザ照射装置１１による複数モードのレーザ光の照射を制御する。例えば、照射制御部４２は、計測装置１２により照射対象の状態が検出される場合には、レーザ照射装置１１から照射対象に第１モードのレーザ光を照射させる。また、照射制御部４２は、脆弱部位検知部４１により照射対象の脆弱部位が検知された場合には、この脆弱部位に対する所定のレーザ加工に必要とされるレーザ出力を把握する。そして、把握したレーザ出力を有する第２モードのレーザ光をレーザ照射装置１１から照射対象の脆弱部位に照射させる。
なお、本実施形態のレーザ照射システム１０において、脆弱部位検知システム１０ａは、レーザ照射装置１１のうち第１モードのレーザ光を照射する機能に係る部分と、計測装置１２と、処理装置１３の脆弱部位検知部４１と、処理装置１３の照射制御部４２のうち第１モードのレーザ光の照射を制御する部分と、を備えて構成されている。
（レーザ照射システムの動作）
本実施形態のレーザ照射システム１０は上記構成を備えており、次に、このレーザ照射システム１０の動作について説明する。
本実施形態のレーザ照射システム１０は上記構成を備えており、次に、このレーザ照射システム１０の動作について説明する。
例えば図１に示すように、種別などが不明な照射対象Ｔが存在する場合、先ず、処理装置１３の照射制御部４２は、レーザ照射装置１１から照射対象Ｔに第１モードのレーザ光を照射させる。
次に、計測装置１２は、例えば、照射対象からの反射光の変化、照射対象Ｔの表面温度、および照射対象Ｔの表面から放出される電磁波などによって、第１モードのレーザ光が照射された照射対象Ｔの状態を検出する。
次に、脆弱部位検知部４１は、計測装置１２によって検出された照射対象Ｔの状態に基づいて照射対象Ｔの脆弱部位を検知する。
次に、照射制御部４２は、脆弱部位検知部４１により検知された脆弱部位にレーザ照射装置１１から第２モードのレーザ光を照射させて、レーザ加工を行なう。
次に、計測装置１２は、例えば、照射対象からの反射光の変化、照射対象Ｔの表面温度、および照射対象Ｔの表面から放出される電磁波などによって、第１モードのレーザ光が照射された照射対象Ｔの状態を検出する。
次に、脆弱部位検知部４１は、計測装置１２によって検出された照射対象Ｔの状態に基づいて照射対象Ｔの脆弱部位を検知する。
次に、照射制御部４２は、脆弱部位検知部４１により検知された脆弱部位にレーザ照射装置１１から第２モードのレーザ光を照射させて、レーザ加工を行なう。
上述したように、本実施形態によるレーザ照射システム１０によれば、種別などが不明な照射対象であっても脆弱部位を検知して、脆弱部位に対するレーザ加工に必要なレーザ出力を把握するので、レーザ光の出力が過大となることを防止し、照射効率およびレーザ照射装置１１の運転効率を向上させることができる。
また、本実施形態による脆弱部位検知システム１０ａによれば、レーザ加工に用いられる第２モードのレーザ光に比べてより低い出力の第１モードのレーザ光を用いて脆弱部位を検知するので、電力消費が嵩むことを防止することができる。さらに、第１モードのレーザ光はコリメート光または非回折光なので、照射対象までの距離が長い場合であっても精度良く脆弱部位を検知可能であり、照射対象が移動する場合であっても早期に検知を完了することができる。
また、本実施形態による脆弱部位検知システム１０ａによれば、レーザ加工に用いられる第２モードのレーザ光に比べてより低い出力の第１モードのレーザ光を用いて脆弱部位を検知するので、電力消費が嵩むことを防止することができる。さらに、第１モードのレーザ光はコリメート光または非回折光なので、照射対象までの距離が長い場合であっても精度良く脆弱部位を検知可能であり、照射対象が移動する場合であっても早期に検知を完了することができる。
（第１変形例）
なお、上述した実施形態では、例えば図２に示す第１変形例のレーザ照射システム１０のように、レーザ照射装置１１および計測装置１２の組み合わせを１組の検出システム５０として、互いに異なる位置に配置された複数組の検出システム５０を備えてもよい。
この第１変形例において、処理装置１３の脆弱部位検知部４１は、複数組の検出システム５０の各々により検出された照射対象の状態に基づいて、例えば、最も脆弱な脆弱部位、最も精度の良い脆弱部位、最も信頼性が高い脆弱部位などを検知可能である。照射制御部４２は、脆弱部位検知部４１により検知された脆弱部位に、複数組の検出システム５０の少なくとも何れかのレーザ照射装置１１により第２モードのレーザ光を照射させる。
なお、上述した実施形態では、例えば図２に示す第１変形例のレーザ照射システム１０のように、レーザ照射装置１１および計測装置１２の組み合わせを１組の検出システム５０として、互いに異なる位置に配置された複数組の検出システム５０を備えてもよい。
この第１変形例において、処理装置１３の脆弱部位検知部４１は、複数組の検出システム５０の各々により検出された照射対象の状態に基づいて、例えば、最も脆弱な脆弱部位、最も精度の良い脆弱部位、最も信頼性が高い脆弱部位などを検知可能である。照射制御部４２は、脆弱部位検知部４１により検知された脆弱部位に、複数組の検出システム５０の少なくとも何れかのレーザ照射装置１１により第２モードのレーザ光を照射させる。
この第１変形例によれば、照射対象にレーザ光を最も照射し易い位置の検出システム５０または第１モードのレーザ光の照射に起因する照射対象の状態を最も精度良く検出可能な位置の検出システム５０などを選択することによって、脆弱部位を精度良く検知することができる。また、複数組の検出システム５０の各々により検出された照射対象の状態に基づいて最も脆弱な脆弱部位を検知することにより、脆弱部位に対するレーザ加工の照射効率およびレーザ照射装置１１の運転効率を、より一層、向上させることができる。
なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、上述した実施形態において、レーザ照射システム１０は、１つのレーザ照射装置１１から出力が異なる第１モードのレーザ光と第２モードのレーザ光とを出力させるとしたが、これに限定されない。例えば、レーザ照射システム１０は、複数のレーザ照射装置１１，…，１１を備えてもよい。この場合、照射制御部４２は、複数のレーザ照射装置１１，…，１１のうちから同時にレーザ光を照射するレーザ照射装置１１の数を変化させることによって、出力が異なる第１モードのレーザ光と第２モードのレーザ光とを切り替えて出力させることができる。
例えば、上述した実施形態において、脆弱部位検知部４１は、計測装置１２により検出された照射対象の状態に基づいて照射対象の脆弱部位を検知するとしたが、例えば脆弱部位を所望の精度で検知することが困難な場合などにおいて、レーザ光によるレーザ加工が容易ではない強靭部位を検知し、検知した強靭部位以外の部位を脆弱部位としてもよい。この場合、照射制御部４２は、脆弱部位検知部４１により検知された照射対象の強靭部位以外の部位に第２モードのレーザ光をレーザ照射装置１１から照射させることによって、レーザ加工を行なう。
例えば、上述した実施形態において、レーザ照射システム１０は、各種のプラットホーム（例えば、航空機、船、および車両など）に搭載可能であることに限定されず、移動可能に構成されてもよい。
１０ レーザ照射システム
１１ レーザ照射装置
１２ 計測装置
１３ 処理装置
３１ 反射状態検出部
３２ 温度上昇検出部
３３ 材質分析部
４１ 脆弱部位検知部
４２ 照射制御部
１１ レーザ照射装置
１２ 計測装置
１３ 処理装置
３１ 反射状態検出部
３２ 温度上昇検出部
３３ 材質分析部
４１ 脆弱部位検知部
４２ 照射制御部
Claims (6)
- 照射対象に少なくとも第１モードおよび第２モードを含む複数モードのレーザ光を照射可能なレーザ照射手段と、
前記レーザ照射手段により前記第１モードのレーザ光が照射された前記照射対象の状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段により検出された前記照射対象の状態に基づいて前記照射対象の脆弱部位を検知する検知手段と、
前記レーザ照射手段による前記複数モードのレーザ光の照射を制御し、前記検知手段により検知された前記脆弱部位に前記第２モードのレーザ光を照射させる制御手段と、
を備える、
ことを特徴とするレーザ照射システム。 - 前記状態検出手段は、前記第１モードのレーザ光が前記照射対象で反射された反射光によって前記照射対象の表面上の凹部の有無を検出し、
前記検知手段は、前記状態検出手段により検出された前記凹部が存在する部位を前記脆弱部位であると検知する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射システム。 - 前記状態検出手段は、前記第１モードのレーザ光の照射に起因して前記照射対象の表面から放射される赤外線によって前記照射対象の表面温度を検出し、
前記検知手段は、前記状態検出手段により検出された前記第１モードのレーザ光の照射に起因する前記表面温度の上昇度合いが所定値以上の部位を前記脆弱部位であると検知する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射システム。 - 前記状態検出手段は、前記第１モードのレーザ光の照射に起因して前記照射対象の表面から放出される電磁波によって前記照射対象の材質を検出し、
前記検知手段は、前記状態検出手段により検出された前記照射対象の材質のうち前記レーザ光の吸収率が所定値以上の材質から成る部位を前記脆弱部位であると検知する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射システム。 - 前記レーザ照射手段および前記状態検出手段の組み合わせを１組の検出システムとして複数組の検出システムを備え、
前記検知手段は、前記複数組の検出システムの各々により検出された前記照射対象の状態に基づいて前記脆弱部位を検知し、
前記制御手段は、前記検知手段により検知された前記脆弱部位に、前記複数組の検出システムの少なくとも何れかの前記レーザ照射手段により前記第２モードのレーザ光を照射させる、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載のレーザ照射システム。 - 照射対象に少なくとも第１モードおよび第２モードを含む複数モードのレーザ光を照射可能なレーザ照射手段と、
前記レーザ照射手段により前記第１モードのレーザ光が照射された前記照射対象の状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段により検出された前記照射対象の状態に基づいて前記照射対象の脆弱部位を検知する検知手段と、
を備える、
ことを特徴とする脆弱部位検知システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013197069A JP2015062914A (ja) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | レーザ照射システムおよび脆弱部位検知システム |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015062914A true JP2015062914A (ja) | 2015-04-09 |
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ID=52831276
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013197069A Pending JP2015062914A (ja) | 2013-09-24 | 2013-09-24 | レーザ照射システムおよび脆弱部位検知システム |
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| JP (1) | JP2015062914A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015139820A (ja) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | レーザー光を用いた溶断・破砕適応制御装置 |
| CN107745188A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-02 | 深圳信息职业技术学院 | 一种皮秒激光加工设备 |
| WO2023062942A1 (ja) | 2021-10-15 | 2023-04-20 | 三菱重工業株式会社 | 脅威対処システム及び記憶媒体 |
-
2013
- 2013-09-24 JP JP2013197069A patent/JP2015062914A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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