JP2008520439A - イメージリレーを用いたアクティブビーム供給システム - Google Patents
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- C21D10/00—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation
- C21D10/005—Modifying the physical properties by methods other than heat treatment or deformation by laser shock processing
Abstract
Description
レーザピーニングには、(CO2レーザとは異なり)正方形ビームを使用することが望ましく、各関節継手での面外の反射があるとある程度のビーム回転が生ずる。これは多関節アームに入る前の正方形ビームを適切に回転させることによって補うことができるが、アームの各部分の正確な方向が分かっている必要がある。所定の角度で処理対象部分にビームを供給するためのアームの位置は複数あるため、7つの回転継手の夫々が正確に符号化されている必要がある。
ピーニングビームの伝送に必要な口径を有するアームは、典型的には、例えばレーザピーニングに用いる場合、3mmのスポットの位置決めにおいて1mmの誤差まで対応可能な1mradの指向精度を有する。
標準的な7関節アームには入力と出力の間に7つのミラー反射が必要であるが、それによってビーム供給中に光学的損失が生じ、システムの効率が低下する。
多関節アームの長さは一定であるため、工作物に対してアームを柔軟に配置できない。最大の供給長も、管状アーム部の重さと機械的な固さ、及び、各継手におけるベアリング負荷によって制限される。
一般に、多関節アームはかなりの柔軟性を持つように設計されており、所定の処理スポットに対して複数の指関節構成が可能であるよう設計されている。しかし、アームを許可されていない経路へ無理やり通したり、プロセスロボットと衝突させたりすることによって、アームにダメージを与える可能性もある。このため、処理対象部品の移動プロセスと共に複雑なロボット経路の開発が今なお必要とされている。
Claims (34)
- レーザエネルギのソースからレーザエネルギを供給する装置であって、
前記レーザエネルギのソースの出力から前記レーザエネルギを受光するよう配置された入力光学装置、前記入力光学装置に対して調節可能な入射角を有するジンバルに搭載された伝送ミラー、前記伝送ミラーに対して調節可能な入射角を有するジンバルに搭載された受光ミラーを備えるロボット搭載光学組立品、及び、前記レーザエネルギをターゲット像平面に向ける出力光学装置を備え、前記ソースの出力イメージを前記ターゲット像平面へリレーするリレーイメージングシステムと、
前記伝送ミラー、前記ロボット搭載光学組立品、前記レーザエネルギを前記ロボット搭載光学組立品を介してターゲット工作物の表面のターゲット位置に向ける前記受光ミラーを設定するコントローラを備え、
前記ターゲット像平面は、前記表面のターゲット位置の前後の距離範囲内にあることを特徴とする装置。 - 前記ターゲット像平面は、前記表面の前記ターゲット位置の前後約1mの範囲内に位置決めされていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギの照射は、前記受光ミラーから前記出力光学装置を介して前記ターゲット工作物の表面までの基本的に一直線で長さが可変の光学経路をたどることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギの照射は、前記伝送ミラーから前記受光ミラーまでの基本的に一直線な区間と、前記受光ミラーから前記出力光学装置を介して前記ターゲット工作物の表面までの基本的に一直線な区間とを含む光学経路をたどることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギの照射は、前記伝送ミラーから前記受光ミラーまでの基本的に一直線な区間と、前記受光ミラーから前記出力光学装置を介して前記ターゲット工作物の表面までの基本的に一直線な区間とを含む光学経路をたどり、
前記レーザエネルギは、第1パルス及び第2パルスを前記工作物の表面に供給するために、第1ビーム経路及び第2ビーム経路に向けられ、
前記第1ビーム経路及び前記第2ビーム経路は、前記伝送ミラーにおける入射ビーム線と反射ビーム線、及び、前記受光ミラーにおける入射ビーム線と反射ビーム線を有し、
前記コントローラは、前記伝送ミラー及び前記受光ミラーを調節して、前記伝送ミラーにおける前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面の方向と、前記受光ミラーにおける前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面の方向を制御し、前記ロボット搭載光学組立品を調節して、前記第1ビーム経路及び前記第2ビーム経路を前記ターゲット工作物の表面の各位置に向けることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記伝送ミラーと前記受光ミラーは、前記レーザエネルギが伝播する約1m以上の、長さが可変の自由空気で隔てられていることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記伝送ミラーと前記受光ミラーは、前記レーザエネルギが伝播する長さが可変の自由空気で隔てられており、前記第1パルス及び前記第2パルスは夫々断面を有し、
空気中を伝播させるために前記第1パルス及び前記第2パルスの断面を拡大する光学装置を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記第1パルス及び前記第2パルスは夫々断面を有し、
前記第1パルス及び前記第2パルスの前記断面を回転させる光学装置を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 第1パルス及び第2パルスを前記工作物の表面に供給するために、前記レーザエネルギは第1ビーム経路及び第2ビーム経路に向けられ、
前記第1ビーム経路及び前記第2ビーム経路は、前記伝送ミラーにおける入射ビーム線及び反射ビーム線と、前記受光ミラーにおける入射ビーム線及び反射ビーム線を有し、
前記伝送ミラーにおける前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面と、前記受光ミラーにおける前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面との間の角度に従って、前記第1パルス及び前記第2パルスの断面を回転させる制御可能な光学装置を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記光学組立品に隣接する前記工作物を保持するために調節された回転式台を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記工作物は略回転対称な断面を有し、
前記光学組立品に隣接する前記工作物を保持するために調節された回転式台を備え、前記コントローラは前記回転式台の回転を制御する部品を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。 - 前記レーザエネルギは、パルス当たり約10〜100Jの範囲のエネルギを有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギは、約10〜30n秒の範囲のパルス幅を有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギは、パルス当たり約10〜100Jの範囲のエネルギと、約10〜30n秒の範囲のパルス幅を有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記光学組立品は、診断部品を備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギは、約1.1μm以下の波長、及び、パルス当たり250mJより大きいエネルギを有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギは、約1.1μm以下の波長、及び、パルス当たり10Jより大きいエネルギを有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記レーザエネルギのソースは、マスタオスシレータ/パワーアンプシステムを備えることを特徴とする請求項1に記載の装置。
- レーザエネルギのソースからレーザエネルギを供給する方法であって、
前記レーザエネルギをターゲット表面に向けるようにロボット搭載光学組立品を位置決めする工程と、
前記レーザエネルギのソースの出力から前記レーザエネルギを受光する工程と、前記レーザエネルギを前記ロボット搭載光学組立品上の受光ミラーに向けるために、伝送ミラーにおける前記レーザエネルギの入射角を調節する工程と、前記レーザエネルギをターゲット像平面に向けるために、前記受光ミラーにおける前記レーザエネルギの入射角を調節する工程を含む、前記ソースの出力イメージを前記ターゲット像平面にリレーする工程を備え、
前記ターゲット像平面は、前記ターゲット表面のターゲット位置の前後の距離範囲内にあることを特徴とする方法。 - 前記ターゲット像平面は、前記表面のターゲット位置の前後約1mの範囲内に位置決めされていることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギの照射は、前記受光ミラーから出力光学装置を介して前記ターゲット表面までの基本的に一直線な光学経路をたどることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギの照射は、前記伝送ミラーから前記受光ミラーまでの基本的に一直線な区間と、前記受光ミラーから出力光学装置を介して前記ターゲット表面までの基本的に一直線な区間を含む光学経路をたどることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギの照射は、前記伝送ミラーから前記受光ミラーまでの基本的に一直線な区間と、前記受光ミラーから出力光学装置を介して前記ターゲット工作物の表面までの基本的に一直線な区間を含む光学経路をたどり、
第1パルス及び第2パルスを前記工作物の表面に供給するために、前記レーザエネルギは第1ビーム経路及び第2ビーム経路に向けられ、
前記第1ビーム経路及び前記第2ビーム経路は、前記伝送ミラーにおける入射ビーム線及び反射ビーム線と、前記受光ミラーにおける入射ビーム線及び反射ビーム線を有し、
前記伝送ミラーでの前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面の方向と、前記受光ミラーでの前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面の方向を制御するために、前記伝送ミラー及び前記受光ミラーを調節する工程と、
前記第1ビーム経路及び第2ビーム経路を前記ターゲット工作物の表面の各位置に向けるために、前記ロボット搭載光学組立品を調節する工程を含むことを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記伝送ミラーと前記受光ミラーは、前記レーザエネルギが伝播する約1m以上の、長さが可変の自由空気で隔てられていることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記伝送ミラーと前記受光ミラーは、前記レーザエネルギが伝播する長さが可変の自由空気で隔てられており、前記レーザエネルギは断面を有するパルスを備え、
長さが変更可能な状態で空気中を伝播させるために前記パルスの断面を拡大する工程を備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記レーザエネルギは断面を有するパルスを備え、
前記パルスの断面を回転させる工程を備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記レーザエネルギは、前記ターゲット表面に供給するために第1ビーム経路及び前記第2ビーム経路夫々に向けられた第1パルス及び第2パルスを備え、前記第1ビーム経路及び前記第2ビーム経路は、前記伝送ミラーにおける入射ビーム線及び反射ビーム線と、前記受光ミラーにおける入射ビーム線及び反射ビーム線を有し、
前記伝送ミラーにおける前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面と、前記受光ミラーにおける前記入射ビーム線及び前記反射ビーム線を含む平面との間の角度に従って、前記第1パルス及び前記第2パルスの断面を回転させる工程を備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記ロボット搭載光学組立品に隣接する前記工作物を保持する工程を備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギの第1パルスと第2パルスの間に前記工作物を位置決めする工程を備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギが、パルス当たり約10〜100Jの範囲のエネルギを有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギが、約10〜30n秒の範囲のパルス幅を有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギは、パルス当たり約10〜100Jの範囲のエネルギと、約10〜30n秒の範囲のパルス幅を有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギは、約1.1μm以下の波長、及び、パルス当たり250mJより大きいエネルギを有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記レーザエネルギは、約1.1μm以下の波長、及び、パルス当たり10Jより大きいエネルギを有するレーザパルスを備えることを特徴とする請求項19に記載の方法。
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