JP6059182B2 - レーザー照射装置、レーザー照射システム及び塗膜又は付着物除去方法 - Google Patents
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Description
第1の実施形態のレーザー照射装置は、構造物の表面20上の塗膜を除去し、その除去物を飛散させることなく回収する小型軽量の携帯式のレーザーヘッドを含むレーザー照射装置である。
第2の実施形態では、光学系に、光軸回りに回転可能なウェッジプリズムとそれを回転させる駆動手段を使用し、レーザー光を先の拡がった円錐状(側面表面)に照射する。表面においてレーザー光の照射点の連続する軌跡は、光軸と表面との交点を中心とし、そのウェッジプリズムの偏向量を半径r1とする円C1となる。以下、照射点を駆動機構になどにより走査可能な光学系を走査光学系ともいう。
Py=rcosωt
さらに、例えば、作業者がレーザーヘッドを、X軸に対して角度φを有するベクトルの方向へ一定の速さVで移動させると、時刻tにおける照射点の軌跡(Px,Py)は、以下の式で表わされる。
Py=rcosωt+Vtsinφ
特に、レーザーヘッドを水平方向(X軸方向)に動かす場合、以下のとおりとなる。
Py=rcosωt
また、同図は、光軸Lと表面20とが略垂直であって、表面20が平坦であり、照射点Pの軌跡が略円状となる場合である。レーザーヘッドを表面の法線に対して傾けて保持した場合(すなわち、光軸Lと表面20とが略垂直でない場合)は、照射点Pの軌跡は楕円(略楕円状の形状を含む)となる。
前述した第2の実施形態では、走査光学系に一つのウェッジプリズムを用いた。これに対し、第3の実施形態では、走査光学系に、光軸回りに回転可能なウェッジプリズムと、偏向手段とを用いて、レーザー光を先の拡がった円錐体状(一部中空としてもよい)のように照射する。偏向手段は、ミラーなどの反射性光学素子でもよいが、ウェッジプリズムなどの透過性光学素子を採用することが好ましい。以下、偏向手段としてウェッジプリズムを用いる場合について説明する。表面上のレーザー光の照射点の連続する軌跡は、一つ目のウェッジプリズム(第1ウェッジプリズム)の偏向量を半径とする第1の円の円周上の動点を中心として、二つ目のウェッジプリズム(第2ウェッジプリズム)の偏向量を半径とする第2の円が連続して転がる形状となる。光軸を表面に対して固定したまま、一定の時間、レーザー光の照射点を走査し続けると、その連続する軌跡は、実質的に円環又は円の面とみなすことができ、ほぼ均一なレーザー照射が可能となる。
以下、第4の実施形態として、レーザーヘッドの先端部に取付けられる交換式のアタッチメントの例について説明する。本アタッチメントは、変形可能な継手部を有し、角度が変更可能なミラーを有する。これによって、表面の法線に対して任意の角度で、レーザーヘッドの筺体を表面に当接することが可能となる。このため、十分な作業空間が確保できない入り組んだ作業場所や、ボルトなどの突起物の周り及び突起物自体の側面の塗膜を除去する用途に適している。
以下、第1乃至第4の実施形態のレーザーヘッドにおいて、センサ群ほかを設けた例について説明する。
図14は、第6の実施形態のレーザー照射システムの全体構成を示す概略図である。レーザー照射システムは、ネットワークを通じて、作業場所に配置されたレーザー照射装置と遠隔地に置かれたサーバとを相互に接続し、レーザー照射装置によって取得された塗膜状態の情報などに基づいて、レーザー照射条件を設定し、構造物表面の状態に応じた効率的な塗膜作業を実現するものである。
本実施形態では、レーザー光の円状走査の他の一例を説明するものであり、集束するレーザー光を円形の軌跡となるように偏向した後に、光軸方向に再度偏向させることで、レーザー光の光路が光軸で交差するように照射する態様である。
本発明の一態様では、配管内部の付着物を除去する場合の変形例を説明する。本例では、平面の被処理表面に対してレーザー光を円状に照射するのではなく、配管内部の内径に合わせてレーザー光を円状に照射するものである。本例は特に原子炉の二次冷却用配管内の放射性物質を含む付着物を除去する用途に適する。
本実施形態では、交換式光学ユニットを含むレーザーヘッドについて説明する。図19(A)は、第9の実施形態のレーザーヘッドにおける交換式光学ユニットを含む走査光学系(連結時)の概略構成図であり、図19(B)は交換式光学ユニットを取外したとき(分離時)の概略構成図である。本実施形態のレーザーヘッドの走査光学系は、少なくとも集束又は偏向する光学部材を含む交換式光学ユニット190と、少なくとも駆動手段49を含む本体部分191とを連結して構成されて(図19(A)参照)、交換式光学ユニット190は、レーザーヘッドの本体部分191から簡易な操作で脱着可能に構成され(図19(B)参照)、レーザー光の照射条件を簡単に変更することができる。
本発明の一実施例として、以下のとおりレーザーヘッドを設計した。レーザーヘッドは、長さ43cmであり、直径7cmであり、重さ1400gである。第1及び第2のウェッジプリズムを有するレーザーヘッドにおいて、焦点距離を150mm、焦点でのビームスポット径を0.04mm(40μm)に設定した。レーザーヘッドに入力されるレーザー光は、連続発振型であり、平均出力は200W、波長は1070nmである。厚さ30〜50μmの塗膜が形成された平面状の鋼板にアタッチメントを取付けたレーザーヘッドを当接し、当該鋼板の表面にレーザー光を略垂直に照射した。かかるレーザーヘッドを使用して、1時間当たり、8m2の作業効率で塗膜除去の処理が可能であった。
また、本発明の他の実施例として、交換式光学ユニットを採用したレーザーヘッドを設計した。図20は、交換式光学ユニットを採用したレーザーヘッドの実施例の外観図である。図20(A)(B)(C)(D)は、各々、かかるレーザーヘッドの側面図、上面図、先端側から観た斜視図、後端側から観た斜視図である。本レーザーヘッドは、長さ35cm、高さ8.5cm、幅6cmであり、重さ1.6kgである。交換式光学ユニット190は、集光レンズ、ウェッジプレート、保護ガラス(遮蔽部材の一部)を含んでおり、本体部分191に対して脱着可能であり、本体部分191の駆動手段と連結部材を介して駆動力を伝達可能なように接続される。
交換式光学ユニット190は、長さ4cm、高さ8.5cm、幅6cmであり、1個のウェッジプリズムを含む場合、重さは200〜300gである。
2 ファイバ
3 レーザーヘッド
4 走査光学系
5 アタッチメント
7 センサ群
9 吸引源
11 ガス供給源
20 表面
30 レーザー光
31 吸引手段
32 筺体
33 吸引口
34 ガス吹付手段
35 制御部
36 操作部
38 遮蔽部材
100 ビークル
Claims (18)
- レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射するレーザー照射装置からのレーザー照射によって構造物の表面の塗膜を除去する塗膜除去方法であって、
集束させたレーザー光の照射点が前記構造物の表面上を回転させつつ、前記レーザー照射装置と前記構造物の表面との距離を略一定に保持しながら前記レーザー照射装置を前記構造物に対して移動させ、前記レーザー光の照射点を前記構造物の表面上において回転させつつ所定の方向に移動させる
ことを特徴とする塗膜除去方法。 - 前記レーザー照射装置は、前記集束させたレーザー光の照射点が前記構造物の表面上を略一定の半径の略円形の軌跡を辿るよう回転させつつ所定の方向に走査させる
ことを特徴とする請求項1に記載の塗膜除去方法。 - 前記レーザー照射装置は、前記集束させたレーザー光の光軸に対して所定の角度で偏向させる偏向手段を備え、該偏向手段が前記集束させたレーザー光を前記光軸の周りに回転させることにより、前記集束させたレーザー光の照射点が前記構造物の表面上を回転するようにする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の塗膜除去方法。 - 前記構造物の表面上の前記レーザー光の照射点が、5〜200mmの半径の円状の軌跡を描くように、前記レーザー照射装置を前記構造物に対して移動させることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の塗膜除去方法。
- レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射するレーザー照射装置からのレーザー照射によって構造物の表面の塗膜を除去する塗膜除去方法であって、
前記レーザー照射装置は、前記集束させたレーザー光の光軸に対して所定の角度で偏向させる第1の偏向手段と、前記第1の偏向手段により偏向された前記レーザー光を所定の角度で偏向させる第2の偏向手段とを備え、
第2の偏向手段を介した前記レーザー光の照射点は、一定の半径r1の略円形の軌跡の周りを一定の半径r2の略円形の軌跡で辿るよう前記構造物の表面上を回転走査され、かつ、
前記レーザー照射装置と前記構造物の表面との距離を略一定に保持しながら前記レーザー照射装置を前記構造物に対して移動させる
ことを特徴とする塗膜除去方法。 - 前記レーザー照射装置はレーザーヘッドを備え、
該レーザーヘッドには、前記レーザー発振器と、前記レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射する光学系と、前記構造物の表面から生じる除去物から前記光学系を防護する遮蔽部材と、前記遮蔽部材に設けられ、前記構造物の表面に照射される前記レーザー光の光路に開口された射出口が設けられる
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の塗膜除去方法。 - 前記レーザー照射装置を前記構造物の表面に対して直線状に移動させることによって前記構造物の表面の塗膜を除去することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の塗膜除去方法。
- 前記構造物の表面が、前記レーザー光の焦点位置よりも前記レーザー照射装置側に5〜25mm近づけ距離を保持することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の塗膜除去方法。
- レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射するレーザー照射装置からのレーザー照射によって構造物の表面の塗膜を除去する塗膜除去装置であって、
前記レーザー照射装置は、集束させたレーザー光の照射点が前記構造物の表面上を回転させつつ、前記レーザー照射装置と前記構造物の表面との距離を略一定に保持しながら前記レーザー照射装置を前記構造物に対して移動させ、前記レーザー光の照射点を前記構造物の表面上において回転させつつ所定の方向に移動させる
ことを特徴とする塗膜除去装置。 - 前記レーザー照射装置は、前記集束させたレーザー光の照射点が前記構造物の表面上を略一定の半径の略円形の軌跡を辿るよう回転させつつ所定の方向に走査させる光学系を備える
ことを特徴とする請求項9に記載の塗膜除去装置。 - 前記光学系は、前記集束させたレーザー光の光軸に対して所定の角度で偏向させる偏向手段を備え、該偏向手段が前記集束させたレーザー光を前記光軸の周りに回転させることにより、前記集束させたレーザー光の照射点が前記構造物の表面上を回転するようにする
ことを特徴とする請求項9又は10に記載の塗膜除去装置。 - 前記構造物の表面上の前記レーザー光の照射点が、5〜200mmの半径の円状の軌跡を描くように、前記レーザー照射装置を前記構造物に対して移動させることを特徴とする請求項9乃至11のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。
- レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射するレーザー照射装置からのレーザー照射によって構造物の表面の塗膜を除去する塗膜除去装置であって、
前記レーザー照射装置は、前記集束させたレーザー光の光軸に対して所定の角度で偏向させる第1の偏向手段と、前記第1の偏向手段により偏向された前記レーザー光を所定の角度で偏向させる第2の偏向手段からなる光学系とを備え、
第2の偏向手段を介した前記レーザー光の照射点は、一定の半径r1の略円形の軌跡の周りを一定の半径r2の略円形の軌跡で辿るよう前記構造物の表面上を回転走査され、かつ、
前記レーザー照射装置と前記構造物の表面との距離を略一定に保持しながら前記レーザー照射装置を前記構造物に対して移動させる
ことを特徴とする塗膜除去装置。 - 前記レーザー照射装置はレーザーヘッドを備え、
該レーザーヘッドには、前記レーザー発振器と、前記レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射する光学系と、前記構造物の表面から生じる除去物から前記光学系を防護する遮蔽部材と、前記遮蔽部材に設けられ、前記構造物の表面に照射される前記レーザー光の光路に開口された射出口が設けられる
ことを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。 - 前記レーザーヘッドには、前記構造物の表面に当接し、前記レーザーヘッドと前記構造物の表面との距離を略一定に保持するアタッチメントが設けられることを特徴とする請求項9乃至14のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。
- 前記アタッチメントは前記構造物の表面側に内壁を有し、前記レーザーヘッドから該内壁に照射された前記レーザー光を前記構造物の表面側に反射させることを特徴とする請求項15に記載の塗膜除去装置。
- 前記レーザー照射装置を前記構造物の表面に対して直線状に移動させることによって前記構造物の表面の塗膜を除去することを特徴とする請求項9乃至16のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。
- 前記レーザー照射装置はレーザーヘッドを備え、
該レーザーヘッドは、前記レーザー発振器と、前記光学系を回転駆動する駆動手段とを収容するヘッド本体と、
前記ヘッド本体と連結可能で、前記光学系の少なくとも一部を収容し、前記光学系から照射される前記レーザー光の射出口を備えた交換式光学ユニットと
を備えることを特徴とする請求項9乃至17のいずれか1項に記載の塗膜除去装置。
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