JP2015054344A - レーザ照射システム - Google Patents

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、レーザ照射装置１１と、識別装置１２と、を備えている。識別装置１２は、レーダ装置３１と、撮像装置３２と、処理部３３と、を備えている。処理部３３は、レーダ装置３１により検出された物体の情報（例えば、距離および速度など）と撮像装置３２により検出された物体の情報（例えば、サイズおよび形状など）とを統合的に用いて、照射対象の速度および形状などからなる識別情報を生成し、生成した識別情報を出力する。レーザ照射装置１１の制御部２４は、識別装置１２から出力された照射対象の識別情報を用いて照射対象に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握したレーザ出力を実現させるように、照射光学系２３から出力されるレーザ光の照射出力および照射時間などを制御する。【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。

特開２０１０−１２７８１８号公報

しかしながら、照射対象の種別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、レーザ照射手段と、照射対象の識別情報を用いて前記照射対象に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握した前記レーザ出力に応じて前記レーザ照射手段による前記照射対象に対するレーザ照射を制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする。

実施形態のレーザ照射システムの構成図である。 実施形態の第１変形例のレーザ照射システムの構成図である。 実施形態の第２変形例のレーザ照射システムの構成図である。 実施形態の第３変形例のレーザ照射システムの構成図である。 実施形態の第４変形例のレーザ照射システムの構成図である。

以下、実施形態の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、識別装置１２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、結晶、セラミック、石英ファイバ、フッ化物ファイバなどにイッテリビウムやネオジウムなどの希土類を添加し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、後述する識別装置１２から出力される照射対象の識別情報を用いて照射対象に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握したレーザ出力を実現させるように、照射光学系２３から出力されるレーザ光の照射出力および照射時間などを制御する。

識別装置１２は、レーダ装置３１と、撮像装置３２と、処理部３３と、を備えている。
レーダ装置３１は、予め設定された検出対象領域に電磁波の送信波を送信し、送信波が物体によって反射されることで生じた反射波を受信する。レーダ装置３１は、送信波および反射波に応じた検知信号、例えば、レーダ装置３１から物体までの距離、ドップラー効果による物体のレーダ装置３１に対する相対的な速度、物体の位置または方位などに係る検知信号を生成し、生成した検知信号を処理部３３に出力する。
また、レーダ装置３１は、予め設定された検出対象領域を複数の角度領域に分割し、各角度領域を走査するようにして、電磁波のレーダ電波を送信してもよい。この場合、レーダ装置３１は、送信波および反射波に応じた検知信号として、物体における反射波の反射点の位置および数に応じた物体のサイズおよび形状に係る検知信号を生成可能である。

撮像装置３２は、赤外線カメラなどのカメラを備え、予め設定された撮像対象領域を撮像する。撮像装置３２は、カメラを用いた撮像によって得られた画像に所定の画像処理を行なうことによって画像データを生成し、生成した画像データを処理部３３に出力する。
処理部３３は、レーダ装置３１から出力された検知信号と、撮像装置３２から出力された画像データと、を用いて、レーザ照射装置１１によるレーザ照射の照射対象を検知する。処理部３３は、撮像装置３２から出力された画像データに所定の認識処理を行なうことによって、画像データ上の物体を認識する。より詳細には、処理部３３は、物体のサイズおよび形状を認識することによって物体の属性を認識し、物体の種別などを識別可能である。また、処理部３３は、撮像装置３２のカメラがステレオカメラなどであれば、認識した物体まで距離と物体の位置または方位となどを算出可能である。さらに、処理部３３は、認識した物体の位置の時系列変化によって物体の速度を算出可能である。

処理部３３は、レーダ装置３１により検出された物体の情報（例えば、距離および速度など）と撮像装置３２により検出された物体の情報（例えば、サイズおよび形状など）とを統合的に用いて、照射対象の速度および形状などからなる識別情報を生成し、生成した識別情報を出力する。

（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。
例えば図１に示すように、複数の異なる照射対象Ｔ１，Ｔ２が存在する場合、識別装置１２は、各照射対象Ｔ１，Ｔ２の速度および形状などからなる識別情報を生成する。
レーザ照射装置１１の制御部２４は、識別装置１２から出力された各照射対象Ｔ１，Ｔ２の識別情報を用いて、各照射対象Ｔ１，Ｔ２に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握したレーザ出力を実現させるように、照射光学系２３から出力されるレーザ光の照射出力および照射時間などを制御する。

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、制御部２４は照射対象の識別情報を用いて照射対象に対するレーザ照射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。

（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、レーザ照射システム１０は複数の識別装置１２，…，１２を備えてもよい。
この第１変形例において、複数の識別装置１２，…，１２は互いに異なる検出領域で照射対象を識別可能である。レーザ照射装置１１の制御部２４は、複数の識別装置１２，…，１２から出力された識別情報を用いて照射対象に対するレーザ照射を制御する。
この第１変形例によれば、１つの識別装置１２のみを備える場合に比べて、複数の照射対象を同時に識別することができるとともに、照射対象を検出可能な検出領域を適宜に拡大することができ、照射対象を的確に検出することができる。

（第２変形例）
なお、上述した実施形態では、例えば図３に示す第２変形例のレーザ照射システム１０のように、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。
この第２変形例のレーザ照射システム１０は、複数のレーザ照射装置１１，…，１１と、識別装置１２と、制御装置１３と、を備えている。この第２変形例のレーザ照射装置１１において、上述した実施形態と異なる点は、制御部２４が省略されている点である。

制御装置１３は、識別装置１２から出力される照射対象の識別情報を用いて照射対象に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握したレーザ出力を実現させるように、複数のレーザ照射装置１１，…，１１を制御する。制御装置１３は、照射対象の識別情報を用いて把握したレーザ出力に応じて複数のレーザ照射装置１１，…，１１のうちから照射対象に対するレーザ照射に用いる１つ以上のレーザ照射装置１１を選択し、選択したレーザ照射装置１１による照射対象に対するレーザ照射を制御する。制御装置１３は、例えば、複数のレーザ照射装置１１，…，１１の適正出力（例えば、定格出力や最も効率がよい出力など）の和が照射対象の識別情報を用いて把握したレーザ出力に等しくなるようにして、レーザ照射に用いる複数のレーザ照射装置１１，…，１１を選択する。

制御装置１３は、１つの照射対象に必要なレーザ出力が１つのレーザ照射装置１１の適正出力を下回る場合には、１つの照射対象に対して１つのレーザ照射装置１１のみからレーザ照射を実行可能である。
制御装置１３は、１つの照射対象に必要なレーザ出力が１つのレーザ照射装置１１の適正出力を下回る場合には、複数の照射対象に対してそれぞれ別個のレーザ照射装置１１から同時にレーザ照射を実行可能である。
制御装置１３は、１つの照射対象に必要なレーザ出力が１つのレーザ照射装置１１の適正出力を上回る場合には、１つの照射対象に対して複数のレーザ照射装置１１，…，１１から同時にレーザ照射を実行可能である。

例えば図３に示すように、複数の異なる照射対象Ｔ１，Ｔ２が存在する場合、識別装置１２は、各照射対象Ｔ１，Ｔ２の速度および形状などからなる識別情報を生成する。
制御装置１３は、識別装置１２から出力された各照射対象Ｔ１，Ｔ２の識別情報を用いて、各照射対象Ｔ１，Ｔ２に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握する。制御装置１３は、把握したレーザ出力を実現させるように複数のレーザ照射装置１１，…，１１のうちから各照射対象Ｔ１，Ｔ２に対するレーザ照射に用いる１つ以上のレーザ照射装置１１を選択する。制御装置１３は、選択したレーザ照射装置１１による各照射対象Ｔ１，Ｔ２に対するレーザ光の照射出力および照射時間などを制御する。

この第２変形例によれば、制御装置１３は、照射対象の識別情報を用いて把握したレーザ出力に応じて、複数のレーザ照射装置１１，…，１１のうちからレーザ照射に用いる１つまたは複数のレーザ照射装置１１を選択する。これにより制御装置１３は、照射対象に照射されるレーザ光の出力が過大となることを防止し、照射効率および複数のレーザ照射装置１１，…，１１の運転効率を向上させることができる。
さらに、制御装置１３は、複数の照射対象に対して同時にレーザ照射を実行可能であり、例えば１つのレーザ照射装置１１により複数の照射対象に対して個別に順次レーザ照射を行なう場合に比べて、レーザ光の照射に要する時間を短縮することができ、レーザ照射システム１０全体としての運転効率を向上させることができる。

なお、第２変形例のレーザ照射システム１０において、複数のレーザ照射装置１１，…，１１は、互いに異なる適正出力を有していてもよいし、互いに同一の適正出力（例えば、数十ｋＷなど）を有していてもよい。
また、制御装置１３は、各レーザ照射装置１１による照射対象に対するレーザ照射を各レーザ照射装置１１の適正出力で行なうように制御してもよい。これにより制御装置１３は、レーザ照射システム１０全体としての運転効率を、より一層、向上させることができる。
また、識別装置１２は、複数のレーザ照射装置１１，…，１１の何れか１つに備えられてもよい。

（第３変形例）
なお、上述した実施形態の第２変形例では、例えば図４に示す第３変形例のレーザ照射システム１０のように、レーザ照射システム１０は複数のレーザ照射装置１１，…，１１と複数の識別装置１２，…，１２とを備えてもよい。
この第３変形例によれば、１つの識別装置１２のみを備える場合に比べて、複数の照射対象を同時に識別することができるとともに、照射対象を検出可能な検出領域を適宜に拡大することができ、照射対象を的確に検出することができる。
なお、第３変形例のレーザ照射システム１０において、複数のレーザ照射装置１１，…，１１と複数の識別装置１２，…，１２とは互いに同数であってもよく、各識別装置１２は各レーザ照射装置１１に備えられてもよい。
また、各識別装置１２は、隣り合うレーザ照射装置１１，１１間に配置されてよい。

（第４変形例）
なお、上述した実施形態の第２変形例では、例えば図５に示す第４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が識別装置１２の機能を備えていてもよい。
この第４変形例のレーザ照射システム１０は、複数のレーザ照射装置１１，…，１１と、制御装置１３と、を備えている。この第４変形例のレーザ照射装置１１において、上述した実施形態の第２変形例と異なる点は、撮像装置３２および処理部３３が追加されている点である。つまり、各レーザ照射装置１１は、照射対象の識別と、照射対象の加工のためのレーザ照射と、を実行可能である。

制御装置１３は、複数のレーザ照射装置１１，…，１１の動作履歴などに応じて、照射対象の識別に用いる１つ以上のレーザ照射装置１１と、照射対象の加工のためのレーザ照射に用いる１つ以上のレーザ照射装置１１と、を選択する。制御装置１３は、照射対象の識別に用いるレーザ照射装置１１に対しては、照射光学系２３から出力されるレーザ光の出力を、照射対象の識別に必要とされる所定出力とする。制御装置１３は、予め設定された検出対象領域にレーザ照射装置１１からレーザ光の送信波を送信させ、送信波が物体によって反射されることで生じた反射波をレーザ照射装置１１に受信させる。このため各レーザ照射装置１１は、反射波を受信可能な受信部（図示略）を備えている。この受信部は、送信波および反射波に応じた検知信号、例えば、レーザ照射装置１１から物体までの距離、ドップラー効果による物体のレーザ照射装置１１に対する相対的な速度、物体の位置または方位などに係る検知信号を生成し、生成した検知信号を処理部３３に出力する。

この第４変形例によれば、制御装置１３は、照射対象の識別に用いるレーザ照射装置１１を複数のレーザ照射装置１１，…，１１のうちで適宜に切り替えることができ、照射対象に対するレーザ照射の負荷が各レーザ照射装置１１に集中することを防止し、各レーザ照射装置１１が過熱状態などになることを防止することができる。

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、識別装置１２はレーダ装置３１および撮像装置３２を備えるとしたが、これに限定されず、レーダ装置３１および撮像装置３２のうちの少なくとも何れか１つのみを備えてもよい。
また、例えば、上述した実施形態において、識別情報は照射対象の速度および形状の情報を備えるとしたが、これに限定されず、照射対象の速度および形状のうちの少なくとも何れか１つのみを備えてもよい。

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 識別装置
１３ 制御装置
２１ レーザ発振器
２２ 変調器
２３ 照射光学系
２４ 制御部
３１ レーダ装置
３２ 撮像装置
３３ 処理部

Claims (10)

1. レーザ照射手段と、
   照射対象の識別情報を用いて前記照射対象に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握した前記レーザ出力に応じて前記レーザ照射手段による前記照射対象に対するレーザ照射を制御する制御手段と、
   を備える、
   ことを特徴とするレーザ照射システム。
2. 複数の前記レーザ照射手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記照射対象の識別情報を用いて前記照射対象に対するレーザ照射に必要なレーザ出力を把握し、把握した前記レーザ出力に応じて前記複数のレーザ照射手段のうちから前記照射対象に対するレーザ照射に用いるレーザ照射手段を選択し、選択した前記レーザ照射手段による前記照射対象に対するレーザ照射を制御する、
   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。
3. 前記複数の前記レーザ照射手段は、互いに異なる適正出力を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のレーザ照射システム。
4. 前記制御手段は、
   １つの前記照射対象に必要なレーザ出力が１つの前記レーザ照射手段の適正出力を下回る場合には、１つの前記照射対象に対して１つの前記レーザ照射手段のみからレーザ照射を実行可能であり、
   １つの前記照射対象に必要なレーザ出力が１つの前記レーザ照射手段の適正出力を下回る場合には、複数の前記照射対象に対してそれぞれ別個の前記レーザ照射手段から同時にレーザ照射を実行可能であり、
   １つの前記照射対象に必要なレーザ出力が１つの前記レーザ照射手段の適正出力を上回る場合には、１つの前記照射対象に対して複数の前記レーザ照射手段から同時にレーザ照射を実行可能である、
   ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のレーザ照射システム。
5. 前記照射対象を識別して、前記識別情報を出力する識別手段を備え、
   前記制御手段は、前記識別手段から出力された前記識別情報を取得し、取得した前記識別情報を用いて前記レーザ照射手段による前記照射対象に対するレーザ照射を制御する、
   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。
6. 複数の前記識別手段を備え、
   前記制御手段は、前記複数の前記識別手段から出力された前記識別情報を取得し、取得した前記識別情報を用いて前記レーザ照射手段による前記照射対象に対するレーザ照射を制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のレーザ照射システム。
7. 前記識別手段は、
   前記照射対象の速度を検出する速度検出手段および前記照射対象の形状を検出する形状検出手段のうちの少なくとも何れか１つを備える、
   ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のレーザ照射システム。
8. 前記識別手段は、
   前記照射対象を電磁波により検出するレーダ装置および前記照射対象を撮像する撮像装置のうちの少なくとも何れか１つを備える、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７の何れか１つに記載のレーザ照射システム。
9. 前記識別情報は、前記照射対象の速度および形状のうちの少なくとも何れか１つを備える、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れか１つに記載のレーザ照射システム。
10. 前記レーザ照射手段は、
    レーザ発振器と、照射光学系と、を備える、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９の何れか１つに記載のレーザ照射システム。

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