JP3093794B2 - パルス状光および光学的フィードバックを用いる融除によるコーティング除去方法およびシステム - Google Patents

パルス状光および光学的フィードバックを用いる融除によるコーティング除去方法およびシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、材料除去プロセスおよびシステムに関し、
特に閃光ランプあるいは等価のパルス状高エネルギ光源
（レーザの如き）からのパルス状光を用いて除去される
べき材料を融除し、また融除される表面からの光フィー
ドバックを用いて適切量の材料が除去された時を決定す
る材料除去プロセスおよびシステムに関する。
（背景技術） 物質コーティングは、工業製品に基く我々の社会にお
いて重要な役割を演じる。コーティングは、腐食防止、
断熱、遮蔽ならびに外観の向上、および識別の手助けを
提供する。
橋梁、航空機、自動車および船舶の如き多くの工業製
品の使用寿命において、塗装コーティングは種々の理由
から除去および更新を必要とする。例えば、航空機にお
ける塗料の改装は定期的な保守項目である。商業的航空
会社は、自社の航空機を略々４ないし５年の使用で再塗
装を行う。米合衆国の軍隊は、３年あるいはそれ以下の
使用後に航空機の再塗装を行う。大型船舶あるいは橋梁
の外表面のコーティングは、腐食の防止あるいは阻止の
ために周期的な改装を必要とする。
航空機の表面からの塗料の除去は、特別な問題をもた
らす。このような表面は、大きく、不規則な形状を呈
し、かつ比較的デリケートである。航空機の表面が典型
的に軽量アルミニウムまたは有機材料を基材とする複合
材料であるので、このような表面および下側の基板は、
構造的一体性を損ない得る塗料除去作業の間に特に破損
を受け易い。
多くの異なる方法が塗装コーティングの除去のため用
いられてきた。１つの種類である「粒子媒体ブラスト
（PMB）」法は、剥離されるべき表面に、BB、プラスチ
ック媒体、鋼鉄ショット、小麦スターチおよび（また
は）砂の如き粒子を衝突させることを含む。しかし、塗
料の如き硬化したコーティングを除去するにはそれ自体
充分にエネルギを有するPMB法は、注意深く管理されな
ければ、航空機や自動車において見出される如きデリケ
ートな表面を損傷するおそれがある。例えば、衝突粒子
は１つの場所にあまりにも長く滞留すると、衝突された
表面があばた状となるかあるいは応力硬化を生じる。こ
のことは、あばた（pitting）あるいは応力硬化が航空
機のその部分における負荷を変化させ得るため、航空機
の表面に関して特に重大である。PMB法はまた、航空機
の表面板間にしばしば見出されるパテ継目を損なうこと
がある。
当技術においては、塗料層を化学的に分解するために
塗装面に化学的合成物を塗布することにより、露出され
る表面から塗料を剥離することもまた公知である。しか
し、このような合成物は、人間の健康に対して危害を与
え、通常は有毒であり、またしばしば生物分解し得な
い。とりわけ、これらの種類の化合物は、重大な環境問
題を生じる故に、処理が困難でありかつ高価につく。
機械的塗料除去技術もまた当技術において周知であ
る。例えば、米国特許第4,836,858号「超音波の助けに
よる塗料除去法（Ultrasonic Assisted Paint Remov
al Method）」は、剥離される表面と接触状態に置かれ
た超音波往復運動エッジを使用する手に持つ道具を開示
している。不都合にも、この道具の使用は、労働集約的
であって、その有効な使用は人間の作業者の習熟に依存
する。更に、この道具の制御は、１つの場所に長すぎる
道具の滞留があるならば、航空機の表面が損傷を受ける
おそれがある故に、航空機に用いられる時には問題とな
る。
放射エネルギ塗料除去技術もまた、当技術において公
知である。１つのこのようなシステムは、レーザおよび
ビデオ・フレーム・グラバー（video frame grabbe
r）をビデオ制御塗料除去システムに用い、このシステ
ムではビデオ・カメラが剥離される表面のイメージを電
子データ信号へ変換する間、塗料を融除する（ablate）
ためレーザ出力を用いて表面から塗料が剥離される。こ
のデータ信号は、レーザ出力を制御するために使用され
る。プロセッサが、データ信号をメモリーに記憶された
諸パラメータと比較して、充分な塗料が剥離されつつあ
る表面から除去されたかどうかを判定する。不充分な量
の塗料が除去されたならば、表面はレーザで照射され続
ける。照射された領域が充分に剥離されるならば、プロ
セッサは別の領域を融除するようレーザを指向する。融
除、および適切量の塗料が除去されたかを調べる「検
査」の基本的試みが健全であっても、ビデオ・カメラを
用いる検査の実施は非常にデータ集約的であり、大量の
データをリアルタイムに生成し収集して分析することを
必要とする。このため、ビデオ制御塗料除去システムの
リアルタイム制御は非常に困難である。従って、必要と
されるものは、融除除去プロセスが広範囲なデータの取
扱いおよび処理要件なしにリアルタイムで容易に制御で
きるシステムおよび方法である。
塗料または他のコーティングを除去することと関連す
る問題は、コーティングが置かれた基本的な基板材料が
非金属である時に複雑となる。例えば、複合構造の使用
は、益々一般的になっている。このような構造は、典型
的には、例えば繊維強化エポキシあるいは他の熱硬化性
あるいは熱可塑性複合材から作られる。多くの航空機お
よび自動車は、表面構造に対してプラスチック複合材を
広範囲に採用している。このような構造は、化粧、識別
および偽装を含む様々な理由のために塗装されている。
しかし、このような塗装された表面は、これらが曝され
る気象の作用および機械的作用力の下で劣化し、このた
め除去および更新を必要とする。不都合なことには、手
作業のサンドペーパー掛け以外に、このような複合材の
表面から塗料を除去するための適当な方法がない。塗料
の除去のためそれ自体充分にエネルギを有するPMBおよ
び機械的研磨法もまた、複合材を損傷するに充分に強力
である。同様に、塗料の除去のため化学的合成物の使用
は、このような化学的薬品が複合材ならびに塗料を侵す
傾向を有する故に満足し得る解決法ではない。従って、
下側の基板の複合材の一体性と妥協することなく複合基
板材から塗料あるいは他のコーティング材を安全かつ有
効に除去するための手段に対する緊急の技術的必要があ
る。
米国特許第4,588,885号において、２つの放射エネル
ギ供給源を用いる、基板からの塗料などの除去のための
方法および装置が開示されている。パルス状レーザは、
第１の放射エネルギ供給源として用いられ、基板から除
去されるべき表面部分、例えば塗料を気化させる大きな
強さの放射エネルギを発生する。石英ハロゲン・ランプ
が、第２の放射エネルギ供給源として用いられる。この
石英ハロゲン・ランプは、所与のスペクトル範囲を持
ち、レーザ・パルス間において基板を検査するために用
いられる。ハロゲン・ランプから反射された光は、電子
信号へ変換される。このような電子信号は、前に記憶さ
れた電子信号と比較される。その時の電子信号と記憶さ
れた電子信号との間に実質的な相違が存在する時、大き
な強さのレーザからの衝突が停止する。
種々の理由から、大きな表面から塗料または他のコー
ティングを除去すための公知の塗料除去手法は、完全に
満足し得ることを証するものではなかった。このため、
特に航空機や自動車において見出される如き大きくかつ
しばしばデリケートな表面からの塗料の除去は、未だに
満足に解決されなかった問題である。
（発明の概要） 本発明は、上記および他の必要に応える塗料または類
似のコーティングを除去するためのシステムおよび方法
を有効に提供する。
本発明の１つの特質によれば、融除法により基板から
コーティングを除去するためにパルス状光源が用いられ
る。本出願の目的のため、融除（ablation）とは、材料
によるエネルギの吸収の結果として生じる材料の迅速な
分解および蒸発であり、材料の表面から放射する圧力波
の発生と関連している。本発明の融除プロセスにより除
去される材料の量は、材料が除去されつつある特定の場
所において基板から反射される光の色の強さを測定する
光検出器システムを用いて制御される。大部分の塗料お
よび他のコーティングは、例えば、最上コートおよびプ
ライマ下側コート（primer undercoat）間、あるいは
上部コートおよびコーティングが置かれる基板間の色に
より差異を生じ得る故に、前記光検出器システムは、最
上コートが除去されプライマ下側コートのみが残る時
を、あるいは全ての上部コートが除去され基板面のみが
残る時をリアルタイムに容易に確認することができる。
このような決定の直後、即ち、プライマ下側コートのみ
が残ること、あるいは基板面がちょうど露出されたこと
の決定直後に、適当な制御信号が発生され、これがパル
ス状光源による基板の別の領域の照射を生じる結果とな
る。
本発明の別の特質によれば、光検出システムと組合わ
せたパルス状光源が、作業面上の全てのコーティングを
予め定めた（prescribed）色まで組織的に除去するよう
に、制御された方法で作業面を横切って走査される。こ
のような予め定めた色は、予め定めた下側コート、例え
ばプライマ・コートの色、あるいは基板の色であること
が望ましい。ある用途においては、光検出システムによ
り生じるフィードバックもまた、品質管理の目的のため
剥離作業面の特性を示すために用いることができる。更
に、当該光検出システムは、走査動作を制御するため位
置情報がロボット・コントローラにより使用される作業
面における位置情報を検出することができる。
本発明のコーティング除去システムは、閃光ランプま
たはレーザの如き融除除去装置と、単一の走査ヘッド内
に収容された光検出回路とを含む。閃光ランプあるいは
閃光チューブは、光エネルギが伝送される透明チューブ
内に典型的に含まれるプラズマに電流を通すことにより
電気エネルギを光エネルギへ変換する気体充填装置であ
る。走査ヘッドと結合された適切な制御回路と位置決め
装置とが、この走査ヘッドを、除去されるべきコーティ
ングがある作業面上方の所要の場所に位置決めして、融
除装置と光検出回路とを動作させるのに必要とされる所
要制御信号を発生する。光検出回路からの出力信号は、
フィードバック信号として用いられて融除装置を制御し
かつ位置決めする回路へ光フィードバックを与えること
により、作業面を損傷することなく作業面から所要のコ
ーティングを有効かつ安全に除去する速度および表面の
入射強さで、走査ヘッドが作業面を横切って有効に走査
させられることを可能にすることが望ましい。
本発明の光検出回路は、少なくとも１つのフォトダイ
オード・アレイを含む。各アレイのフォトダイオード
は、所要の色、例えば原色の１つあるいは他の選択され
た色を表わす予め定めた波長あるいは波長の帯域を検出
するように、光学的に濾波される。各アレイのフォトダ
イオードは、作業面から反射された光エネルギを監視す
るように配置されている。典型的には、フォトダイオー
ド・アレイは、これらアレイが融除装置により生成され
た主要光パルスの後エッジ部分と関連する光エネルギを
検出あるいは集めることを許容する時点のみにオンにゲ
ートされる。あるいはまた、走査ヘッド内の２次即ち補
助光源は、充分な視認光で作業面を適切に照射してアレ
イにおけるフォトダイオードによる検出のため適当な反
射光源を提供するため、融除サイクル内の適切な時点に
おいてパルス・オン（pulse ON）される。
各アレイの反射光を検出するとこれに応答してフォト
ダイオードにより生じた電気信号が、ディジタル・セン
サ・データへ変換され、かつセンサ・コントローラにお
けるディジタル回路により処理される。融除装置からの
光出力の並行監視は、フォトダイオード・アレイからの
光情報を正規化するための基礎を提供する。正規化され
たセンサ・データは、この時一時的に記憶されて、予め
定めたコーティングが作業面から一旦除去されると、こ
の作業面の所要の色を表わす恒久的に記憶された基準デ
ータと比較される。この比較の結果が、遠隔コンピュー
タにより制御されたコントローラへ送られるフィードバ
ック信号に対する基礎を形作る。即ち、、異なるコーテ
ィング層ならびに基板が異なる色と反射された光の強さ
とにより特徴付けられるため、フィードバック信号は、
コーティングの除去プロセスのリアルタイム制御のため
の方法を与え、連続するコーティング層の選択的な除去
を可能にする。従って、フィードバック信号は、融除プ
ロセスを所望の方法で制御するために遠隔コンピュータ
により制御されたコントローラによって操作される。更
に、光検出器アレイで使用されるフォトダイオードの特
定パターンの関数として、１つ以上の光検出器アレイか
らの出力信号が、処理されるべき構造体における照射面
の全幅からの光情報を許容する。走査速度がゼロである
時光源により照射される領域は、「フットプリント（fo
otprint）」と呼ばれる。この「フットプリント」から
反射された光情報は、好都合なことに、コーティングの
異常、例えば、塗料の後の重ねコートにより隠された航
空機の被殻上の修理パッチに対するシステムの増加した
空間解像度および感度を提供する。更に、このような空
間的容量（capability）は、予め定めた方位、例えば作
業面上方の水平位置に走査ヘッドを維持する際に、ロボ
ット・コントローラ、あるいは遠隔コンピュータにより
制御されたコントローラにより制御される等価の位置決
め装置を補佐する手段を提供する。
本発明の更に別の特質によれば、照射される領域の付
近の構造体の温度を制限するための適当な冷却手段もま
た走査ヘッド内に含まれる。このような冷却手段は、典
型的には、粒子流、例えばCO2ペレットの噴流を材料が
融除された領域へ指向させるためのノズル、ならびに融
除プロセスと関連するあらゆる消費される粒子、気体お
よび蒸気を除去するための適当な真空システムを含んで
いる。好都合にも、この粒子流はまた融除された表面を
洗浄する。
本発明は、その一実施態様によれば、ある構造体から
材料を除去するための方法としての特徴を有する。この
方法は、（１）材料層を融除するのに充分な強さを持つ
放射エネルギで、基板上に材料の少なくとも１つの層が
形成された構造体の目標領域を照射するステップと、
（２）目標領域からの反射された放射エネルギを監視し
て、融除されつつある材料層の色とは異なる予め定めた
色の存在を検出するステップと、（３）ステップ（２）
で検出された色の関数としてステップ（１）における放
射エネルギによる目標領域の照射を制御するステップと
を含んでいる。
別の実施例によれば、本発明は、構造体からある材料
層を除去するためのシステムとしての特徴を有する。こ
のようなシステムは、（ａ）材料層を融除するのに充分
な強さを持つ放射エネルギで、材料の少なくとも１つの
層が基板上に形成された構造体の目標領域を照射する照
射手段と、（ｂ）前記照射手段により融除される材料層
の色と異なる予め定めた色の存在について、目標領域か
らの反射された放射エネルギを監視する監視手段と、
（ｃ）前記監視手段により検出された色の関数として、
前記照射手段からの放射エネルギにより目標領域の照射
を制御するフィードバック手段とを含んでいる。予め定
めた色は更に、光検出手段の使用によって検出される。
このような光検出手段は、予め定めた波長を持つ反射さ
れた放射エネルギを検出し、この場合予め定めた波長は
予め定めた色の特性を示す。望ましい実施態様において
は、このような光検出手段は、（ａ）反射された放射エ
ネルギを複数の光チャンネルに分割する手段と、（ｂ）
この複数のチャンネルの各々における反射された放射エ
ネルギが各波長を含むかどうか検出する第１の検出手段
と、（ｃ）各光チャンネルで検出された各波長を分析し
て、予め定めた色が反射された放射エネルギに存在する
かどうか確認する処理手段とを含む。
本発明の更に別の実施態様は、構造体の表面を検査す
るため有効な光検出装置としての特徴を有する。このよ
うな光検出装置は、（ａ）パルス状放射エネルギにより
構造体の表面の目標領域を照射するための照射手段と、
（ｂ）予め定めた色の存在について目標領域からの反射
された放射エネルギを監視する監視手段とを含む。
このように、本発明の特徴は、融除プロセスと関連し
て光検出フィードバック・システムを用いてコーティン
グが選択的に除去されるコーティング除去システムおよ
び方法を提供することである。
本発明の別の特徴は、光検出システムがコーティング
が除去される作業面の色を確認して、かかる色の決定を
コーティングが充分に除去されたかどうかの識別子とし
て使用するコーティング除去システムおよび方法を提供
することである。
本発明の別の特徴は、複合材の如き破損し易い基板に
対する損傷の危険を低減するコーティング除去システム
および方法を提供することである。
本発明の更に別の特徴は、単一の走査ヘッドにおい
て、（１）構造体の作業面から材料コーティングを除去
するための閃光ランプの如き放射エネルギ融除手段と、
（２）所望のコーティングが作業面から剥離された時を
光学的に検出するための光検出手段と、（３）構造体の
温度を制限して、剥離された作業面からの融除材料の残
渣を除去する冷却および洗浄手段とを含むコーティング
除去システムおよび方法を提供することである。好都合
なことには、このような走査ヘッドは、光検出手段によ
り検出されるフィードバック信号の関数として作業面を
横切って走査させられ得る。
本発明の別の特徴は、構造体の基板面またはコーティ
ング層の存在または状態を示す出力信号を発生する光検
出システムを提供することである。このような光検出器
出力信号は、作業面の色の表示を提供し、この表示は好
都合にも種々の目的のために用いることができる。光検
出システムが例えばコーティング除去システムの一部と
して使用される時は、このような出力信号は、下記の目
的の１つ以上の目的のためフィードバック信号として使
用することができる。即ち、（１）コーティング除去プ
ロセスの制御、即ち、剥離される面または層の露出を制
限すること、これにより作業面またはコーティング層に
対する損傷を防止すること、（２）融除システムを作業
面上のトポロジー的な指標に対する作業面上の所望の場
所上に位置決めして配向する、例えば水準出し（leve
l）を行うこと、（３）例えば、ある条件が満たされる
時にのみ融除装置をターンオンすることにより、および
（または）融除装置により生じた放射エネルギの出力パ
ワーを制御することにより、融除装置の安全かつ有効な
動作を可能にすること、（４）融除装置の走査速度を制
御する遠隔コントローラへリアルタイム・フィードバッ
クを提供すること、あるいは（５）構造体を冷却して洗
浄するため使用される粒子流の使用による作業面上の結
露および（または）凝結の形成を監視すること、であ
る。光検出システムがコーティング除去システムの一部
として直接使用されない時は、あるいは当該システムが
コーティング除去システムの一部として用いられている
時は、光検出システムからの出力信号はまた、例えば、
品質管理あるいは表面の異常の検出の目的のため作業面
の先に剥離された部分を監視するために使用することも
できる。
（図面の簡単な説明） 本発明の上記および他の特質、特徴および利点につい
ては、以降の図面に関して示される更に特定的な以降の
記述から更に明らかになるであろう。
図１は、本発明により構成されるコーティング除去シ
ステムの主な構成要素を略図的に示すブロック図、 図２は、図１に示されたコーティング除去システムと
共に使用される走査ヘッドの概略図、 図３は、光検出回路のブロック図、 図４は、本発明による光検出回路の動作のため使用さ
れる１つのタイミングの構成を示す波形タイミング図、 図５は、光検出回路を動作させるための別のタイミン
グの構成を示す波形タイミング図、 図６は、光検出器アレイの一実施例の概略図、 図７は、本発明の光検出器アレイの別の実施例の概略
図、および 図８は、基板からコーティングを除去する図１に示さ
れたシステムにより使用される基本的方法を示すフロー
チャートである。
各図面および以降の記述において、類似の参照番号が
類似の構成要素を示すために用いられる。
（実施例） 以降の記述は、本発明を実施するために現在考えられ
る最良の形態についての記述である。この記述は、限定
する意図においてなされるべきものではなく、本発明の
一般的原理を記述する目的のためになされるものであ
る。本発明の範囲は、請求の範囲に関して決定されるべ
きである。
本発明は、基板表面から１つ以上のコーティングを除
去するために融除技術を特定の光検出技術と組合わせる
ものである。異なるタイプの検出システムと組合わされ
る放射エネルギ、例えば閃光ランプを用いる融除技術、
ならびに非融除コーティング除去機構と組合わされる複
数の光検出器アレイを用いる光検出技術は、出願人によ
り出願された他の特許出願の主題である。
まず図１において、本発明により構成されるコーティ
ング除去システム11の主要な構成要素を略図的に示すブ
ロック図が示される。システム11は、基板28を損傷する
ことなく基板28からコーティング24および（または）26
を都合よく除去する。（注：以下本文においては、コー
ティングされた基板28は、「作業面」または「構造体」
22と呼ぶ。）更に、システム11は、基板22の表面に跨る
光エネルギ18および粒子流30の走査速度を調整（coordi
nate）しかつ制御するディジタル制御プロセッサ200を
含む。作業面22の表面の光特性を検出する光検出回路10
0により与えられるフィードバックを用いて制御が行わ
れる。
図１において、データ・プロセッサ200（IBM ATまた
はATの互換パーソナル・コンピュータ、あるいは相当品
でよい）は、粒子流供給源６を使用可能状態にする出力
信号５と、真空システムを使用可能状態にする出力信号
７と、（当業者には周知の形式のものである）光制御回
路13を制御する出力制御信号12と、ロボット・コントロ
ーラ204へ経路および速度命令を与える出力信号202とを
発生する。粒子流供給源６は更に、ノズル32に結合さ
れ、このノズル32が、加工片22の表面に跨って、以下に
更に詳細に述べるように、粒子流30を指向させるよう構
成されている。同様に、真空システム37が排気ノズル36
と結合され、この排気ノズル36が、融除光源14および
（または）消費された粒子流により生じる光エネルギ18
によって融除される材料残渣45を受取るように配置され
ている。光制御回路13は、融除光源14の出力の繰返し数
およびパルス幅を確立する制御信号15を生じる。本発明
のある実施例においては、光制御回路13もまた、図５に
関して以下に更に詳細に述べるように、コーティング除
去サイクル中の所望の期間だけ補助光29をオンにする別
の制御信号17を生じる。
ノズル32、融除光源14、（使用される時）補助光源2
9、および排気ノズル36が全て、矢印21により示される
ようにロボット位置決め装置19により制御されるよう
に、作業面22上方で運動するための走査ヘッド組立体10
内に収容される。走査ヘッド組立体10の内部の諸要素に
対する電気的、光学的および他の結合が、適当な可撓性
ケーブル配線31によって行われ、これにより、粒子流供
給源６、光制御回路13および真空システム37の如き要素
に対する制御回路が走査ヘッド組立体10から離れた位置
で静止状態にさせられながら、要素が内部に収容された
走査ヘッド組立体の運動を都合よく容易にする。
コーティング除去プロセスの制御を可能にするシステ
ム11へフィードバック信号を与えるために、光検出回路
100が、作業面22から反射された放射エネルギ27を監視
することにより、作業面22における光条件を検出する。
光検出回路100は光信号27を受取り、これから制御プロ
セッサ200へ送られる電気フィードバック信号194を生じ
る。制御プロセッサ200は、このフィードバック信号194
を処理して、これら信号を複合出力信号202へ変換す
る。ロボット・コントローラ204は、信号202を、ロボッ
ト位置決め装置19の経路および速度を指令する制御信号
即ち命令信号206へ変換する。このような命令信号206
は、予め定めたパターンに従って構造体22の表面に跨っ
て融除エネルギ源14および粒子流30を有効に走査するよ
うに、走査ヘッド組立体を作業面22に跨って運動させる
べくロボット位置決め装置19に指令する。ロボット・コ
ントローラ204の経路は、当業者には周知の手法に従っ
て、データ・プロセッサ200により実行される処理ルー
チンを生じる適切な経路によって決定される。
図１に示されるように、光検出回路100は、走査ヘッ
ド組立体10の内部に配置されあるいはこれに取付けられ
ることが望ましく、光検出回路100の出力信号194が適当
な可撓性電気的ケーブルを介して遠く離れて配置された
制御プロセッサ200に接続される。
次に図２において、コーティング除去システム11と共
に使用される走査ヘッド組立体10の概略図が示される。
図２に示されるように、光エネルギ源14と反射器16とを
備える走査ヘッド組立体10は、構造体22の表面から予め
定めた離隔距離「ｄ」においてロボット位置決め装置13
によって支持されている。コーティングの融除のための
最適の離隔距離「ｄ」は、融除エネルギ源14により出力
される放射エネルギ18に含まれる出力パワー量の関数で
ある。一般に、供給源14が作業面22に対して近く配置さ
れるほど、基板28を覆う上部コーティング24および（ま
たは）26の融除のためにはより多くのパワーを要する。
しかし、過剰な融除パワーが送られることを防止するよ
う注意を払わねばならず、さもなければ所要以上のコー
ティングが融除されることがある。融除パワーは、光源
14により生じる光18の繰り返えし周波数およびパルス幅
を調整することにより制御することができるが、構造体
22の表面に入力する光エネルギ18の強さは、離隔距離
「ｄ」を単に制御することにより制御されることが望ま
しい。最初に、光源14の公称出力パワー・レベルに対す
る適切な距離「ｄ」が経験的に決定される。例えば、前
掲した出願人の係属中の米国特許出願に記載のように、
融除エネルギ源が閃光ランプであり、またこのような閃
光ランプが、約１乃至10ジュール/cm2の構造体表面での
入射強さを提供し、かつ約1000乃至2400マイクロ秒（μ
秒）の範囲を有するパルス幅と４乃至5Hzの繰返し率と
を有する場合、また更に約0.10乃至0.20mm（４乃至８ミ
ル）の公称厚さを持つ塗料コーティングがアルミニウム
基板に重畳する場合、所期の離隔距離「ｄ」は１乃至3c
m程度である。
ロボット位置決め装置19は、融除エネルギ源14および
粒子流30がそれぞれ基板28の表面上に形成されたコーテ
ィングを走査してこれに衝突するよう指向されるよう
に、構造体22の表面上で制御された走査速度で予め定め
た経路に沿って組立体10を移動させるように制御され
る。光源14からの放射エネルギ（光）18が、放射エネル
ギ18への直接的な露出領域において除去されるべきコー
ティングを融除する。粒子流30が、光18により与えられ
る熱の形態における融除光エネルギの結果として構造体
22の温度上昇を制限する。ロボット位置決め装置19は、
米国ミネソタ州ShoreviewのCIMCORP Precision Syste
ms社製のCIMROC4000ロボット・コントローラとして実現
される。走査速度は、前掲の米国特許出願において更に
詳細に記載される如く、上下の限度により制限される関
数により出力信号194と関数的に関連している。このよ
うな関数は、特定用途に従って増減することができる。
基板28の表面から除去される材料、および粒子流30が構
造体22に衝突した後の消費された粒子流30は、ハウジン
グ12に取付けられたノズル25を介して真空システム37に
より制御される。
粒子流30は、気体、液体あるいは固体の粒子、または
粒子の組合わせを提供する粒子流供給源６により提供さ
れる。例えば、粒子流供給源６は、粒子流30が気体であ
れば気体タンクであり、あるいは米国オハイオ州Lovela
ndのCold Jet社から市販される形式の二酸化炭素ペレ
ット供給源であり得る。粒子流30を形成する粒子は、ダ
クト34を介してノズル32へ供給される。
図１および図２に示されるように、システム11は、下
部層26、例えばプライマ塗料コートを残しながら、基板
28から上部層24を除去するように構成されている。この
ような除去は、システム11が、基板28の表面を露出され
るよう残しながら層24および26の両方を除去するように
容易に構成することができるため、単なる例示である。
システム11が適切な層が融除により除去された時を決定
する機構が、特定の色に対して表面22から反射される光
27を監視する。このような監視は、無論、除去される層
26と残る層24との間、あるいは除去される層24、26と基
板面との間に、区別できる色の差が存在することを前提
とする。このような前提は、略々常に真である。反射光
27が光検出回路100へ指向される。監視される反射光
は、図４に関して以下に更に詳細に述べるように、融除
する光パルス18の後エッジか、あるいは、図５に関して
以下に更に詳細に述べるように、補助光源29から得られ
る光のいずれかである。
反射光27の光源の如何に拘わらず、残る層または表面
の色を特徴付ける反射光は特定の波長、あるいは波長の
帯域の存在について光検出回路100により監視される。
このような特徴的な波長の検出と同時に、制御プロセッ
サ200が、充分な材料が入射する光エネルギ18のその時
の場所で除去されてしまったことを知るように、信号19
4を介して通知される。このように、特性的な波長が検
出された場所においてこれ以上の材料が除去されないこ
とを保証するため、制御プロセッサ200は、走査ヘッド1
0を新たな場所へ移動させ、走査速度を調整し、そして
（または）光源14の出力パワーを調整するように、直ち
に必要な制御信号を生じる。
図２に示される如き望ましい実施例において、光源14
が水冷されたハウジング12内に配置されている。水その
他の適当な冷媒が、パーツ44および46を介してハウジン
グ12から入出する。粒子流30がおおよその角度θで表面
22で指向されていることが、さもなければ蓄積するおそ
れがある塵および他の異物のない清潔な状態にハウジン
グ12のレンズ・カバー20を保持することを都合よく助け
る。この角度θは、典型的に、５乃至60゜の範囲にある
が、本文に述べた如き融除に対して重要ではない。
光伝導性回路100により検出された反射光27は、入射
する融除光源18によって衝突される同じ領域の直後から
受取られるべきである。ある実施例においては、広い
「フットプリント」にわたり表面22の状態即ち条件を監
視するために、反射されるフットプリント領域、即ち反
射光27が受取られる領域が実際にやや大きくかつ照射さ
れるフットプリントの背後にあることが望ましい。この
照射されたフットプリントは、入射光18が指向される領
域である故に、「目標領域」と呼ばれる。有効な情報を
提供するこのような広い領域の監視のためには、特性的
な波長の存在のみならず特徴的な波長が生じた被監視領
域内の特定の狭いエリアまたは領域をも検出できるよう
に、光検出回路100が空間的分布の分解能を有すること
が必要である。このような空間的分解能は、図６および
図７に関して以下に更に詳細に述べるように、光検出器
アレイ内の適当なパターンで配置される複数の光検出器
を用いることにより提供されることが望ましい。
望ましい融除光源14は、適当なハウジング内に収容さ
れた水冷された閃光ランプである。このようなハウジン
グ内で使用される適当な閃光ランプは、米国カルフォル
ニア州San DiegoのMaxwell Laboratories社から入手
可能である。
光検出回路100については、次に述べることにする。
構造体22の表面の光学的特性を検出することが、光検出
回路100の機能である。その最も単純な形態において
は、光検出回路100は単に、特定の特性的な波長を検出
するように選定された単一のフォトダイオードを含む。
波長の選択は、特定のフォトダイオード／レンズ／フィ
ルタの組合わせ（市販される構成要素）を選定すること
によるか、あるいは広帯域フォトダイオードを選定して
取外し自在あるいは交換自在のフィルタをフォトダイオ
ードに至る光路に手で設置することによって行われる。
このように、特性的な波長の光信号のみが、フィルタを
うまく通過して、フォトダイオードによって検出され
る。他の全ての光信号はこのフィルタによって阻止され
る。このため、プライマ・コートが例えば青であること
が既知であり、かつプライマ・コートが残ることが要求
されるならば、青フィルタをフォトダイオードの前方に
配置してフォトダイオードが青い光のみを検出するよう
にする。その後のコーティング除去作業が、全ての層を
基板まで除去されることを要求し、かつ基板が例えば黄
色であるならば、青フィルタを取外して、黄フィルタ、
即ち、黄色の光のみが通過することを許容する１つのフ
ィルタかフィルタの組合わせと交換することができる。
１つのフォトダイオードを光検出回路100として使用
することは、分析されるべき反射光の制限された分解能
をのみ提供し、検出される空間的分布データの如き別の
情報は提供しない。従って、２つ以上のフォトダイオー
ドを用いること、また適当に処理されたディジタル光出
力信号194がこのような全てのフォトダイオードから発
生されることが望ましい。例えば、ディジタル加重和平
均（WSAV）信号を、アレイにおける個々のフォトダイオ
ードからの全ての出力信号から発生することもできる。
このような機能を達成する１つの形式の光検出回路100
のブロック図が図３に示される。図３に示されるよう
に、表面22からの反射光27が光ファイバ束25で受取られ
る。入力信号を光信号として受取る利点は、電磁干渉
（ノイズ）が受信する信号の品質に影響を及ぼすことの
ないようにすることである。図３に示されるように、光
検出回路100の心臓部はプロセッサ148である。このよう
なプロセッサ148は、適度のクロック速度、例えば５乃
至10MHzで動作し得る適当なマイクロプロセッサ回路を
用いて実現される。例えば、プロセッサ148は、Intel社
の8x51FB埋設（imbedded）プロセッサを用いて実現され
る。マイクロプロセッサ148に接続されているのは、従
来のランダム・アクセス・メモリー（RAM）151と、従来
の読出し専用メモリー（ROM）150と、アナログ／ディジ
タル（A/D）・コンバータ152と、アナログ多重化回路
（MUX）144とである。入来する光信号は、３つのデータ
・チャンネルへ分けられる。各チャンネルは、特定の特
性的な波長、または特性的な波長の帯域を選択するよう
に設計される。例えば、チャンネルは、色即ち、赤と青
と黄の特性を示す波長を受信して処理するようにそれぞ
れ設計される。このように、光検出システム100は、電
磁スペクトルの光部分全体の選択された部分から、ある
いはその全てから光エネルギを受信して分析することが
できる。
各データ・チャンネルで受取られた光データは、濾波
されて、フォトダイオード・アレイ106、118または130
に含まれるフォトダイオードにより連続的に監視され、
プロセッサ148から得た適当なクロックあるいはシフト
信号の受信に応答して一時的に記憶される。以下におい
て更に詳細に説明するように、アレイ中の各フォトダイ
オードは、規定された領域から受取った光、または反射
フットプリント、即ち反射光27が受取られる監視領域の
「ピクセル」を表わす。フォトダイオード・アレイに一
時的に保持されたデータは、次にプロセッサ148の制御
下で、MUX144およびA/Dコンバータ152を含む適当なチャ
ンネルを介してプロセッサ148へシリアルに転送され
る。プロセッサ148は、このデータを予め定めた方法で
処理する。例えば、プロセッサは、光18のサンプル光エ
ネルギ18′から得た対応する正規化信号により、各デー
タ・チャンネルにおいて受取った信号を分割する。サン
プル光信号18′は、レンズ23aおよび光ファイバ束25aを
経て光検出回路100へ与えられる。光ファイバ束25aは、
図２に示されるように、ハウジング12を貫通し得る。光
エネルギ18′は、濾波されて、フォトダイオード回路15
6、158、180へ与えられ、また各々が入射光の強さの変
動とは独立的であるように、受信信号の振幅を正規化す
るために使用される。
図３に示されるように、各光データ・チャンネルは、
反射フットプリントから受取られる特性的な波長の光を
除く全ての光を減衰する光フィルタ102iを含む。望まし
くは、反射フットプリントの少なくとも一部が、粒子流
30により衝突される基板22上の領域のどこか背後に位置
される（locate）ことが望ましい。フィルタ102iは、所
望の波長用として多くのベンダから市販されている。フ
ィルタ102iを通過する光は、フォトダイオード・アレイ
106、118または130で受取られて一時的に保持される。
一例として、前記フォトダイオード・アレイは、（１×
ｎ）のフォトダイオード・アレイでよい。ここでｎは正
の整数、例えば1024である。フォトダイオード・アレイ
は、フィルタ102iを経て送られた受信光104を受取っ
て、当該受信光104を、受取った光の強さと対応する振
幅を持ち かつプロセッサ148により発生された適当な
クロック信号143により制御される一連の電気パルス108
へ変換する。クロック信号143のレートは、例えば、２
乃至25Hzの範囲にわたる。電気パルス108は、増幅器11
0、122または134において増幅される。追跡／ホールド
回路114、126または138が、信号112、124または136を受
取って、並列割込みタイマー（PIT）142からホールド信
号142aを受取るとこれに応答して電気的パルス列112、1
24または136の平均ピーク・パルス振幅と対応するDCア
ナログ信号116、128または140を生じる。
アナログ信号116、128、140は、信号線145においてMU
X144を経てフラッシュA/Dコンバータ152に接続される。
MUX144の制御は、プロセッサ148により生じる信号147に
よって行われる。このため、A/Dコンバータ152は、入力
信号としてプロセッサ148へ送られる信号116、128また
は140と対応するディジタル・データ・ストリーム154を
生じる。RAM151と接続されたプロセッサ148が、このよ
うにRAM151で受取られたディジタル化光データを記憶す
る。ROM150は、プロセッサ148の動作を制御する適当な
動作プログラムを記憶している。
光検出回路100はまた、複数の融除光源基準チャンネ
ルをも含む。このような各サンプル・チャンネルは光検
出回路156、168および180を含み、各々が入力として表
面22へ指向される光エネルギ18のサンプル18′を受取
る。各サンプル・チャンネルは更に、所望の波長あるい
は波長の帯域を除く全てを濾波する適当な光フィルタ10
21、1022あるいは1033を含んでいる。光検出回路156、1
68および180は、フォトダイオード・アレイ106、118お
よび130と同様に機能して、フィルタ1021、1022または1
023を介して送られた光を、当該送られた光の強さと対
応する振幅を有する一連の電気パルスへ変換する。電気
パルス158は、増幅器160、172または184へ与えられる。
結果として生じる増幅されたパルス列は、PIT142からホ
ールド信号142bを受取るとこれに応答して、増幅された
パルス列のピーク・パルス振幅を表わすDCアナログ出力
信号166、178および190を生成する追跡／ホールド回路1
64、176または180へ指向される。各サンプル・チャンネ
ルに対してこのように生成された信号は、MUX144へ与え
られる。
フォトダイオード156、168および180、およびそれら
の関連するフィルタ1021、1022および1023はそれぞれ、
サンプル光信号18′を受取る。このように、各サンプル
された光データ・チャンネルを介してMUX144へ指向され
た信号は、反射光27を光検出回路14へ与えるため使用さ
れる光源のサンプルと対応する。光信号18′のこのよう
なサンプルは、入射光源の強さの変動が信号116、128お
よび140の適当な出力制御信号194への処理に悪影響を及
ぼさないように、フォトダイオード・アレイ106、118お
よび130を介して検出される光を正規化するため使用さ
れる。
また図３にも示されるように、加算増幅器181は、各
サンプル・チャンネル増幅器160、172および184の出力
を加算する。結果として得る加算出力信号は、信号線18
3で閾値検出器185の一方の入力へ送られる。閾値検出器
185の他方の入力は、プロセッサ148により決定され信号
線186を介してディジタル／アナログ（D/A）・コンバー
タ回路187へ送られるディジタル基準信号189の関数とし
て、このD/Aコンバータ回路187により生成される基準電
圧である。信号189は、サンプル・ウインドウ中にのみ
提供される。従って、閾値検出器185は、このようなサ
ンプル・ウインドウ中にのみ加算出力信号183と対応さ
せることができる基準電圧を受取る。加算出力信号183
がサンプル・ウインドウ中に閾値基準電圧を越えるなら
ば、これはサンプル・ウインドウ中に入射光が存在する
場合にのみ生じるが、閾値検出器185の出力は、ハイと
なり、プロセッサ148に対する割込み信号として機能し
て、このプロセッサをデータ・サンプル・モードへエン
ターする。
データ・サンプル・モードにおいては、プロセッサ14
8は、光入力チャンネルを介してフォトダイオード・ア
レイ106、118および132から光データをシリアルに受取
り、このようなデータをプロセッサ148により発生され
るリセット信号198aの受取りと同時に記憶する。また、
データ・サンプル・モード中に、サンプル光データが、
サンプル・チャンネルを介してフォトダイオード156、1
68および180から受取られる。並列割込みタイマー（PI
T）142が、例えば、フォトダイオード・アレイ106およ
びフォトダイオード156を含む第１の入力チャンネルか
ら生じるデータが一緒に読出されるように、プロセッサ
148により読出されてホールド信号142aによりRAM151に
記憶される特定のデータ・ストリームのタイミングを制
御する。PIT142は、同様に、プロセッサ148が、フォト
ダイオード・アレイ118およびフォトダイオード180を含
む第２の入力チャンネルからデータを、かつフォトダイ
オード・アレイ118およびフォトダイオード168を含む第
３の入力チャンネルからデータを読出す時を制御する。
ROM150に記憶され、プロセッサ148において実行され
る処理ルーチンは、光14の出力の強さの変動に対するフ
ォトダイオード・アレイの出力を正規化するため、プロ
セッサ148をして、信号190により除される信号140、信
号178により除される信号128、および信号166により除
される信号116の商を決定させる。信号166、178および1
90は、各データ・サンプル・サイクル毎に１回だけ、例
えば、もしフォトダイオード・アレイ106、118および13
0がそれぞれ例えば100個のダイオードを持つならば、10
0のクロック信号143毎に１回サンプルされる必要があ
る。このような正規化は、光検出回路100が光源14の出
力が時間と共に劣化するので、構造体22の表面の光学的
特性を評価することを許容する。
プロセッサ148は、出力信号194を発生し、この信号19
4を制御プロセッサ200へ伝送する。必要に応じて、この
ような信号は、光ファイバ伝送ケーブルにおいて信号の
伝送を光学的に行わせるために適当な変換回路を用いて
光信号へ変換することができ、これにより信号を電磁ノ
イズに対してはるかに不感応にする。このように変換さ
れると、信号を制御プロセッサ200により使用するため
に適する電気信号に再変換するために、適当な光受信回
路が伝送線の他端部において使用される。このような目
的に適する光ファイバ送信機および受信機は、例えば、
Litton社の光ファイバ・トランシーバのモデルEO3675−
２を用いて実現することができる。
一例として、信号194の値Ｓは、下式に従ってプロセ
ッサ148により決定することができる。即ち、 但し、ｉはフォトダイオード・アレイにおける特定のフ
ォトダイオードを表わし、ｍはフォトダイオード・アレ
イ106、118および130におけるフォトダイオードの数を
表わす。
プロセッサ200は、プロセッサ200に記憶されたルック
・アップ・テーブルに対するアドレスを発生するため、
フィードバック信号として光検出回路100から受取る信
号に含まれる情報を用いる。ルック・アップ・テーブル
は、使用される特定のアドレスと対応する走査速度を含
む。このため、アドレス指定されると、ルック・アップ
・テーブルのアドレス指定されたセルの内容が検索され
て、一部はロボット・コントローラ204へ送られる信号2
02を含む適当な走査速度制御信号へ変換される。
制御信号202は、「経路」制御命令をも含む複合制御
信号を含んでいる。このため、複合信号202は、ロボッ
ト・コントローラ204に対して経路命令と速度制御命令
の双方を提供する。従って、ロボット・コントローラ20
4は、ロボット位置決め装置19の動作を指令する指令信
号206を発生する。当該位置決め装置19は、米国ミネソ
タ州ShoreviewのCIMCORP Precision Systems社製のCI
MROC 4000ロボット・コントローラを用いて実現され得
る。適当なロボット・コントローラは、典型的には、商
業的なロボット位置決め装置のベンダーによって販売さ
れるロボット・システムの一部として含まれる。
このように、要約すれば、ロボット位置決め装置13の
目的は、構造体22の表面が光検出回路100により決定さ
れる構造体22の表面の光特性に依存する走査速度で予め
定めた経路において融除エネルギ源14によって与えられ
る光エネルギ18と粒子流30とで走査されるように、走査
ヘッド10を位置決めすることである。走査速度は、表面
22が熱に変換される過剰光エネルギを吸収する結果とし
て構造体22の基板28が損傷されないように制御される。
構造体22内の温度勾配は、層24および（または）26が
層26または基板28を露出するため除去される間、基板28
の損傷を防止するように制御される。この目的を達成す
るため２つの方法が用いられる。第１の方法において
は、走査ヘッドが表面22を横切って運動させられる速度
が、適切な走査速度、離隔距離「ｄ」、粒子流30の質量
流速および温度を決定することにより制御される。この
方法については、出願人の前掲の米国特許出願に記載さ
れている。第２の方法においては、走査ヘッドは、小さ
な離散距離において表面22を横切って増分的に運動させ
られる。また、融除光パルスのデューティ・サイクル
は、基板における過剰温度を防止するように制御され
る。この増分的な方法については、図８に関して以下に
更に記述される。
次に図４において、本発明に従って光検出回路を動作
させるために使用される１つのタイミングの構成を示す
波形タイミング図が示される。図４に示されるように、
融除光パルス220が、時点T1で始まるように発生され
る。このような光パルスは、融除光源14から放出され
る。融除光パルス220の後エッジ（trailing edge）の
間、即ち、パルス220の開始後の時間T2秒に、割込み信
号185aがサンプル・パルス222により表わされる如くコ
ンパレータ185によって発生される。例えば、光パルス2
20が1000マイクロ秒の近似的な持続時間を有するなら
ば、時間T2は、800乃至900マイクロ秒の範囲内にある。
このような割込み信号185aは、光検出回路100をそのデ
ータ・サンプル・モードに置く先に述べたサンプル・ウ
インドウを規定する。更に、融除光パルスが依然として
存在する間にサンプル・ウインドウが生じる故に、光パ
ルス220からの光は、表面22の色を調べるために使用さ
れる反射光27の供給源を提供するため使用される。融除
除去サイクルは、融除パルス220間の時間T4を含む。こ
のような時間T4は、必要なパワー出力を提供する適切な
値となるように選定されるが、典型的には、０乃至1000
Hz間の融除パルス・レートと対応する約10乃至5000マイ
クロ秒の範囲にわたる。ここで0Hzのパルス・レートは
単一のパルスと対応する。
光源14がパルス状の光を発生するための気体を充填し
た閃光ランプである用途においては、データ・サンプル
・モードは、閃光ランプにより発生された光エネルギが
例えば図４に示された振幅220aと対応するレベルにおい
て、最小であるかあるいはその付近である期間と対応し
得る。周知のように、閃光ランプの出力は、閃光ランプ
がシマー「simmer）」電流によって付勢される時に最小
となる。この「シマー」電流は、閃光ランプの管内に保
有される気体を電離化状態に保持するのに充分な電流レ
ベルである。シマー電流で付勢される時でも、典型的な
閃光ランプは、依然として処理されている構造体の表面
を照射するのに充分な光エネルギを生じる。本発明の或
る用途では、閃光ランプがシマー電流により付勢される
時、データ・サンプル・モードが閃光ランプのパルス期
間における或る間隔と対応することが望ましい。このよ
うな間隔は、先に述べたように、適切なサンプル・ウイ
ンドウを選定することにより確立されることになる。
図５において、補助光源29が用いられる時に光検出回
路100を動作させるための代替的なタイミングの構成を
示す波形タイミング図が示される。図５に示されるよう
に、融除パルス220が融除期間T4により規定される適切
なレートで発生される。制御パルス226がローに行って
しまった後のある時間に、制御プロセッサ200からの信
号12の受信に応答して、補助光29が光制御回路13により
提供される制御パルス17によってパルス・オンされる。
制御プロセッサ200は、光検出回路100により提供される
信号194の値に基くこのような信号12を発生する。補助
光がオンである間、割込み信号185aと対応する光検出器
サンプル・パルス230が発生され、これが光検出回路を
データ・サンプル・モードに有効に設定する。このモー
ドでは、光検出回路が反射光27を調べて、表面22の特性
を決定する。このため、図５に示された方法に対して示
されるように、融除プロセスは、表面材料を融除して充
分な材料が除去されたかどうか調べることを含む。
図６は、本発明は光検出回路100と共に使用される光
検出器アレイ106、118および130の一実施例の概略図を
示す。図６に示されるように、反射光27は、光信号を３
つの光経路に分けるため、例えば当技術において周知で
ありかつ入手可能な１×３光スプリッタにより分割され
ることが望ましい。各光路は、この光路内で走行する光
27を、図６においてフィルタF1、F2およびF3とも呼ばれ
る各フィルタ1021、1022および1023を通るように指向さ
せる。各フィルタは、融除されている表面22において検
出される予め定めた色の特性的な波長または波長帯域の
みを通すように選定される。各フィルタを通過する光
は、次にｍ×ｎのフォトダイオード・アレイ106、118ま
たは130に当たるように集束される。ここでｍおよびｎ
は整数である。ｍ×ｎのフォトダイオード・アレイをこ
のように使用することは、融除されている材料の表面22
から反射される光の相対的な空間的位置、ならびにその
色特性を検出することができるという利点を提供する。
例えば、もし、反射フットプリントが検出器106の全表
面積を覆うように光学的に集束され、またこのような反
射フットプリントが照射されたフットプリントより大き
ければ、領域221は、フィルタF1を通過する波長で測定
される如き融除領域を表わす検出器106の表面上に現れ
るが、検出器106の表面上の領域221の周部の回りの領域
は非融除領域を表わすことになる。換言すれば、フォト
ダイオード・アレイ106の表面を構成する個々のフォト
ダイオード要素の一部が通過した波長の光を受取り、他
の要素は受取らない。このように、アレイ106は、アレ
イ106が受取るようにされた特定の波長で示される如く
融除されている材料の表面22の粗いピクセル単位（pixe
l−by−pixel）の分解能を提供することができる。この
ような情報が他のアレイ118および130と組合わされる
時、入射光18により調べられている表面22の特性につい
て非常に多くの情報が取得できる。
当業者には理解されるように、フォトダイオード・ア
レイが図６に記載されたように使用される時は、アレイ
・データを処理しかつ分析するために、図３に関して先
に述べたものとはやや異なるデータ処理方式が用いられ
る。しかし、このような処理方式は、当技術においては
周知であり、またイメージ形成用途においてCCDアレイ
の如き大型のダイオード・アレイから得たデータを処理
するために広く使用されている。
図６に示される如きアレイによれば、本発明は、単な
る融除式コーティング除去システム以上のものを提供す
る。これは、光検出回路100が、例えば品質管理または
損傷管理の目的のため、表面の特性および品質を調べる
ためコーティング除去システムとは独立的に使用するこ
とができる故である。このように、光検出システムとし
て使用される時、要求される全ては、補助ランプ29また
は他の非融除形光源をパルス・オンし、かつこの光を検
査すべき表面から光検出回路100へ反射されるように前
記表面へ指向することである。次に、光検出回路100
は、先に述べた方法で受取られる反射光を処理して調べ
られている表面の特性（色）を決定する。更に、融除形
コーティング除去システムの一部として使用される時、
各アレイの個々のダイオードにより提供される付加的な
空間的分布情報が、コーティング除去プロセスの有効性
の更に完全な「画像」を提供し、かつ更に制御プロセッ
サ200が適切な走査経路を更によく規定することを助け
る。更にまた、このような付加的な空間的分布データ
は、制御プロセッサ200が構造体22の走査される表面に
対して走査ヘッド10の水準出し、あるいは他の配向を行
うことを可能にする。
図７は、本発明の光検出器アレイの代替的なかつ簡素
化された実施例の概略図を示す。図７に示されるよう
に、単一のｍ×ｎ検出器106′を利用して、反射光27を
受取る。適切なレンズ組立体が、この光27を交換可能フ
ィルタ組立体102′を経てアレイ106′の表面に向けて集
束される。交換可能フィルタ組立体102′は、本発明の
融除プロセスを用いて１つ以上のオーバーコートが除去
された後に残すべき特定の既知の表面の特性を示してい
るかかるこれらの波長を通過するように選定される。図
７に示された検出器アレイの簡素化された実施例は、例
えば、全てが同じ色のプライマ・コートを持つ大量の航
空機または自動車から塗料をプライマ・コートまで除去
するために融除形除去プロセスが用いられている時に使
用することができる。フィルタ組立体102′により検出
できる異なる色のアンダーコートまたは基板表面までコ
ーティングを融除する必要が生じるならば、このフィル
タ組立体102′は、このような異なる色を検出すること
ができる別のフィルタ組立体で単に置換される。
次に図８において、基板からコーティングを融除によ
り除去するため本発明により用いられる１つの方法を示
すフローチャートが示される。図８に示されるように、
ブロック302で示される当該方法の最初のステップは、
プロセスを開始させるために使用される初期パラメータ
の設定を含む。このような初期パラメータは、例えば、
走査ヘッドを位置決めするための開始場所の座標、走査
経路、初期離隔距離「ｄ」、初期融除パルス・エネルギ
（振幅およびパルス幅）、および初期融除パルスのデュ
ーティ・サイクル（周波数）を含む。これら初期パラメ
ータはまた、指標制御変数「ｉ」を０の如き開始値へ設
定することを含む。
初期パラメータが一旦設定されると、走査ヘッドは予
め定めた制御経路Liの開始場所へ移動される（ブロック
304）。この位置へ一旦移動すると、プロセッサ148（図
４）内のタイミング回路が、融除パルスを発生する時間
であるかどうか判定する（ブロック306）。融除パルス
は、例えば４乃至5Hzで発生され得る。融除パルスを発
生する時間である時、前に設定されたパラメータにより
制御されるパルス幅および振幅を持つかかるパルスが発
生される（ブロック308）。融除パルスが発生された
後、融除されている領域を照射するために用いられる入
射光が、使用される各光チャンネルに対して加算される
（ブロック310）。先に述べたように、１つの実施例で
は、このような入射光は融除パルスの後エッジ（図４）
から導出される。別の実施例においては、このような入
射光は、適切な時間にパルス・オンされる補助光から導
出される（図５）。いずれにしても、ブロック313で決
定される反射光をサンプルする時間であるならば、ブロ
ック310で行われる入射光の和が予め定めた閾値より大
きいかについて判定がなされる（ブロック314）。もし
大きくなければ、これは、有効な情報を提供するのに充
分な振幅の反射光が存在しないことを意味する。従っ
て、反射光は監視されず、プロセスの制御はブロック30
6へ戻って、次の融除パルスの発生を待機する。入射光
の和が予め定めた閾値より大きければ（ブロック31
4）、光検出回路100のデータ収集モードが開始される
（ブロック316）。
データ収集モードが一旦開始されると、各チャンネル
からの反射光が受取られてディジタル・データとして記
憶される（ブロック318）。これが行われる時、このよ
うなデータが正規化されるべきかについて判定が行われ
る（ブロック320）。もしそうであれば、正規化プロセ
スが実施される（ブロック322、324）。次に、各チャン
ネルからのデータが分析されて、このデータが予め定め
た色を表わす予め定めた波長λの特性を呈するかを判定
する。もし特性を呈さなければ、融除パラメータが必要
に応じて調整され（ブロック330）、次の融除パルスが
発生される（ブロック306、308）。もし特性を呈するな
らば、走査経路が完了したかについて判定が行われる
（ブロック332）。もし完了してなければ、指標が増分
され（ブロック334）、走査ヘッドが次の走査経路場所L
iへ移動され（ブロック304）、プロセスが反復する。も
し走査経路が完了したならば、即ち、指示された走査経
路に沿った全ての場所が融除されたならば、プロセスは
停止される。
図８においてこのように示され、走査ヘッドは所望の
走査経路に沿って増分的に移動され、この場所において
所望の層を融除することが要求される場合にのみ、走査
ヘッドが走査経路に沿った指定場所に位置決めされる。
要求される融除は、単一の融除パルスあるいは多数の融
除パルスを要求し、この層が除去されたかどうかの判定
は、予め定めた色の存在について融除された場所からの
反射光を分析することにより行われる。
図８には、粒子流30に対する制御は含まれない。粒子
流30が融除による除去プロセス中の全ての時点において
使用可能状態にし得ることが考えられる。もしそうであ
れば、かつ粒子流がCO2ペレットまたは低温気体からな
るならば、融除サイトの付近に結露あるいは凝結が生じ
得る。光検出回路100は、監視機能を実施する間、この
ような結露または凝結が形成したかどうか確認し、もし
そうであれば、適切な調整を実施するため、例えば、粒
子流を適切な時間だけオフにするため、適切な制御信号
が発生される。
本文に開示された本発明について特定の実施態様およ
びその用途により記述したが、当業者には、本発明の範
囲から逸脱することなく、多くの変更および修正が可能
であろう。
フロントページの続き (72)発明者 フーガーワーフ，ジョン・デーヴィッド アメリカ合衆国カリフォルニア州92129, サン・ディエゴ，ハイカーヒル・ロード 9528 (56)参考文献 特開 平４−129222（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−173711（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−111335（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42 H01L 21/302,21/306 H05K 3/08

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板（28）から材料層（24、26）を除去す
    るシステム（11）において、 前記材料層（24、26）を融除するのに充分な強さを有す
    る放射エネルギ（18）のパルスを発生する閃光ランプ
    （14）と、 前記材料層（24、26）を融除する目的のため、前記放射
    エネルギ（18）の一連の前記パルスを用いて前記構造体
    上の目標領域を照射するように、前記閃光ランプ（14）
    を制御する制御回路（13）と、 前記放射エネルギのパルスにより融除される材料層の既
    知の色の強さと異なる予め定めた色の強さの存在につい
    て、前記目標領域から反射される前記閃光ランプ（14）
    からの放射エネルギ（27）を監視する光検出回路（10
    0）と、 前記光検出回路（100）により検出される色の強さの関
    数としての、前記閃光ランプ（14）からの放射エネルギ
    （18）のパルスにより前記目標領域が照射されるよう
    に、前記制御回路（13）を制御するフィードバック手段
    （200、204、19）と を備える基板から材料層を除去するシステム。
  2. 【請求項２】前記光検出回路（100）が、前記目標領域
    から反射される前記閃光ランプ（14）からの放射エネル
    ギ（27）内の予め定めた波長を検出する第１のセットの
    フォトダイオード・アレイ（106、118、130）を含み、
    前記予め定めた波長が前記予め定めた色の強さの特性を
    示す請求項１記載のシステム。
  3. 【請求項３】前記光検出回路が、各々が前記目標領域か
    ら反射される前記閃光ランプ（14）の放射エネルギ（2
    7）の一部を受取るよう構成された複数の光チャンネル
    を備え、 前記第１のセットのフォトダイオード・アレイ（106、1
    18、130）が、前記複数の光チャンネルの各々における
    反射された放射エネルギ（27）がそれぞれの波長を含む
    かどうかを検出するため前記複数の光チャンネル内に配
    置されており、 前記光検出回路が、各光チャンネルにおいて検出された
    各波長を分析して、前記予め定めた色の強さが前記反射
    された反射エネルギに存在するかどうかを確認するプロ
    セッサ（148） を含む請求項２記載のシステム。
  4. 【請求項４】前記光検出回路（100）が、前記閃光ラン
    プ（14）から前記目標領域に当たる入射放射エネルギ
    （18′）の強さを検出する第２のセットのフォトダイオ
    ード・アレイ（156、168、186）を更に含み、前記プロ
    セッサ（148）が、前記入射放射エネルギの強さの変動
    により生じる検出された反射放射エネルギの強さの変動
    を除去するために、前記第２のセットのフォトダイオー
    ド・アレイにより検出される検出された入射放射エネル
    ギ（18′）の関数として、前記第１のセットのフォトダ
    イオード・アレイにより検出される検出された反射放射
    エネルギ（27）を更に正規化する請求項３記載のシステ
    ム。
  5. 【請求項５】前記フィードバック手段（200）により制
    御される粒子流供給源（６）であって、前記融除された
    材料に粒子流（30）を衝突させて前記基板（38）を洗浄
    するために、前記目標領域に標定されたノズル（32）を
    介して前記粒子流（30）を運ぶための粒子流供給源
    （６）を更に含む請求項１記載のシステム。
  6. 【請求項６】構造体22から材料を選択的に除去する方法
    において、 （ａ）前記材料層を融除するのに充分な強さを有する一
    連の放射エネルギのパルス（18）を閃光ランプ（14）を
    用いて発生することにより、基板（28）上に形成された
    少なくとも１つの材料層（24または26）を有する構造体
    の目標領域を照射するステップと、 （ｂ）融除される前記材料層の既知の色の強さとは異な
    る予め定めた色の強さの存在を検出するため、前記目標
    領域から反射される前記閃光ランプ（14）からの放射エ
    ネルギ（27）を監視するステップと、 （ｃ）ステップ（ｂ）において検出された色の強さの関
    数として、ステップ（ａ）における前記放射エネルギに
    よる目標領域の照射を制御するステップと を備える構造体から材料を選択的に除去する方法。
  7. 【請求項７】前記複数の光チャンネルにおける前記閃光
    ランプ（14）から反射された放射エネルギ（27）を検出
    するステップと、 前記複数の光チャンネルの各々における前記検出された
    反射放射エネルギ（27）がそれぞれの波長を含むかどう
    かを判定するステップと、 各光チャンネルにおいて検出されたそれぞれの波長を分
    析して、前記予め定めた色の強さが反射された放射エネ
    ルギに存在するかどうかを確認するステップと を更に含む請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】前記目標領域に当たる前記閃光ランプ（1
    4）からの入射放射エネルギ（18′）の強さを検出する
    ステップと、 前記入射放射エネルギの強さの変動により生じる検出さ
    れた反射放射エネルギの強さの変動を除去するため、前
    記検出された入射放射エネルギの関数として前記複数の
    チャンネルの各々において前記閃光ランプ（14）からの
    検出された反射放射エネルギ（27）を正規化するステッ
    プと を更に含む請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】前記閃光ランプ（14）からの反射された放
    射エネルギ（27）を監視するステップが、前記閃光ラン
    プ（14）により発生された入射放射エネルギ（18）のパ
    ルスの後エッジを監視するステップを含む請求項８記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】前記目標領域に粒子流（30）を衝突させ
    ることを更に含む請求項９記載の方法。
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