JP2016101596A - Laser irradiation device and surface treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザ照射装置及び表面処理方法に関し、特に液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したものに関する。 The present invention relates to a laser irradiation apparatus and a surface treatment method, and more particularly to an apparatus for improving a processing capability when performing surface treatment by irradiating an irradiation object in a liquid with a laser.
例えば原子力プラントの内部においては、冷却水中に溶融した原子炉燃料が冷却されて固まった燃料デブリ等の異物が、圧力容器の壁面等に付着することが知られている。
このように水中で物体の表面に付着した燃料デブリに対して、高出力レーザの集光照射を行うことによって破砕し、回収することにより、プラント内の除染を行うことが提案されている。
For example, in a nuclear power plant, it is known that foreign matters such as fuel debris that is solidified by cooling a reactor fuel melted in cooling water adheres to the wall surface of a pressure vessel.
It has been proposed to decontaminate the plant by crushing and collecting the fuel debris adhering to the surface of the object in water by focusing and irradiating it with high-power laser.
また、レーザを水中の照射対象物に照射することに関する従来技術として、例えば特許文献1には、水中で直接被加工物を加工し、金属ヒューム、加工屑等の異物を除去、回収する水中レーザ加工装置が記載されている。
引用文献1に記載された技術は、レーザビームが通過する筒状のノズル内に周囲から水を導入するとともに、加工箇所の周囲を覆った吸引カバー内の水を吸引することによって、異物の回収を行うものである。
Further, as a conventional technique for irradiating a laser irradiation target with water, for example, Patent Document 1 discloses an underwater laser that directly processes a workpiece in water and removes and collects foreign matters such as metal fume and processing waste. A processing device is described.
The technique described in the cited document 1 collects foreign matter by introducing water from the inside into a cylindrical nozzle through which a laser beam passes and sucking water in a suction cover that covers the periphery of the processing location. Is to do.
しかし、特許文献1に記載された技術においては、レーザビームが通過する筒状の部材内が水で満たされており、レーザビームが比較的長距離にわたって水中を伝搬することとなり、エネルギの損失が大きくなってしまう。
また、異物が水中に流出して、集光レンズと照射対象物との間の水中に漂った場合、水中を浮遊する異物によってもレーザビームの照射対象物への到達が妨げられ、エネルギ到達率(出射したエネルギのうち照射対象物に到達する割合)が低下してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することである。
However, in the technique described in Patent Document 1, the cylindrical member through which the laser beam passes is filled with water, and the laser beam propagates in water over a relatively long distance, resulting in energy loss. It gets bigger.
In addition, when a foreign object flows out into the water and drifts in the water between the condenser lens and the irradiation target, the foreign object floating in the water also prevents the laser beam from reaching the irradiation target, resulting in an energy arrival rate. (Proportion of reaching the irradiation object in the emitted energy) decreases.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus and a surface treatment method with improved processing capability when performing surface treatment by irradiating an irradiation target in a liquid with a laser. .
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する照射用光学系を備えるレーザ照射装置であって、前記照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられ前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段と、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられ前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入する液体吸入手段とを備えることを特徴とするレーザ照射装置である。
これによれば、ハウジング内への液体の侵入を防止することによって、レーザ光は最対物側光学素子を通過するまでは液体中を通ることがないため、液体中のレーザ光の伝搬距離を最低限としてエネルギの損失を抑制し、エネルギ到達率を高めて照射対象物に高いエネルギを与えることが可能となり、処理能力を向上することができる。
また、最対物側光学素子の照射対象物側(液体と接する側)の面部に液体流を形成することによって、照射対象物から剥離して液体中に浮遊する異物等が最対物側光学素子の表面に付着することを防止して光学的性能の低下を抑制するとともに、最対物側光学素子と照射対象物間の異物を除去してエネルギ到達率を改善することによって、処理能力をさらに向上することができる。
さらに、この液体流を吸入し回収することによって、異物が液体中に拡散することを防止し、異物を適切に回収処理することができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention according to claim 1 is a laser irradiation apparatus including an irradiation optical system for converging a laser beam emitted from a laser oscillator and irradiating an irradiation target disposed in a liquid, wherein the irradiation optical system includes: In the state where the surface portion on the irradiation object side in the most objective optical element arranged adjacent to the irradiation object is arranged in the liquid, the laser light is irradiated, and the most objective optical element The surface portion opposite to the irradiation object side and the other optical elements are housed in a housing in which the liquid is substantially prevented from entering, and are provided in the vicinity of the outer peripheral edge of the most objective optical element. A liquid ejecting means for ejecting a liquid flow substantially along the surface portion on the object side, and an opposite side of the outer peripheral edge of the most objective optical element with the central portion of the most objective optical element sandwiched between the liquid ejecting means Provided on the side A laser irradiation apparatus comprising: a liquid suction means for sucking the liquid stream flowing substantially along the surface of the irradiated object side of the objective side optical element.
According to this, by preventing the liquid from entering the housing, the laser light does not pass through the liquid until it passes through the most objective optical element, so that the propagation distance of the laser light in the liquid is minimized. As a limit, energy loss can be suppressed, the energy arrival rate can be increased, and high energy can be given to the irradiation object, and the processing capability can be improved.
In addition, by forming a liquid flow on the surface of the most object side optical element on the irradiation object side (the side in contact with the liquid), foreign substances that are separated from the object and float in the liquid Prevents adhesion to the surface and suppresses degradation of optical performance, and further improves processing capability by removing foreign matter between the most objective side optical element and the irradiation object to improve energy arrival rate be able to.
Furthermore, by sucking and collecting this liquid flow, foreign matter can be prevented from diffusing into the liquid, and the foreign matter can be appropriately collected.
請求項2に係る発明は、前記照射用光学系は、前記レーザ光の入射側光軸に対して出射側光軸を所定の角度偏向させる偏向光学系と、前記偏向光学系を前記入射側光軸回りに回転駆動する回転駆動手段とを有することを特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、連続発振(CW)型のレーザ発振器を用いた場合であっても、照射対象物の一点に高いエネルギが連続して照射されることを防止し、適切に照射対象物を走査することができる。
According to a second aspect of the present invention, the irradiation optical system includes: a deflection optical system that deflects an emission side optical axis by a predetermined angle with respect to an incident side optical axis of the laser beam; The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising: a rotation driving unit that rotates around an axis.
According to this, even when a continuous wave (CW) type laser oscillator is used, it is possible to prevent high energy from being continuously irradiated to one point of the irradiation target and appropriately scan the irradiation target. can do.
請求項3に係る発明は、前記液体吸入手段は、前記レーザ光を前記照射対象物に照射した際に形成される浮遊物を前記液体流とともに吸入することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、浮遊物を確実に回収し、有害物質等が液体中に拡散することを防止できる。
The invention according to claim 3 is characterized in that the liquid suction means sucks suspended matter formed when the irradiation target is irradiated with the laser light together with the liquid flow. 2. The laser irradiation apparatus according to 2.
According to this, it is possible to reliably collect suspended matters and prevent toxic substances from diffusing into the liquid.
請求項4に係る発明は、前記液体吸入手段の吸入量を、前記液体吐出手段の吐出量に対して同量以上としたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、浮遊物の回収能力をより高めることができる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the suction amount of the liquid suction means is equal to or larger than the discharge amount of the liquid discharge means. It is a laser irradiation apparatus as described in above.
According to this, the collection | recovery capability of a floating substance can be improved more.
請求項5に係る発明は、前記最対物側光学素子が前記ハウジングの本体部から着脱可能であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、最対物側光学素子に異物の付着や焼損等の劣化が生じた場合に、最対物側光学素子のみを交換することによって、安価に性能を回復することができる。
The invention according to claim 5 is the laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the most objective optical element is detachable from a main body of the housing. is there.
According to this, when the foreign object adheres to the most objective optical element or deterioration such as burnout occurs, the performance can be restored at low cost by replacing only the most objective optical element.
請求項6に係る発明は、前記最対物側光学素子は実質的に平板状に形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、他の光学素子に対して交換頻度が高い最対物側光学素子を安価に構成することによって、ランニングコストを低下させることができる。
The invention according to claim 6 is the laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the most objective-side optical element is formed in a substantially flat plate shape.
According to this, the running cost can be reduced by configuring the most objective side optical element having a high replacement frequency with respect to other optical elements at a low cost.
請求項7に係る発明は、前記最対物側光学素子は、レーザ光を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成することを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、最対物側光学素子を通過する時点では未だ光線が収束していないため、最対物側光学素子の一部にレーザ光線のエネルギが集中して最対物側光学素子が焼損することを防止できる。
The invention according to claim 7 is characterized in that the most objective side optical element constitutes a part of a condensing optical system for condensing the laser beam at a predetermined focal point. A laser irradiation apparatus according to claim 1.
According to this, since the light beam has not yet converged when passing through the most objective side optical element, the energy of the laser beam is concentrated on a part of the most object side optical element and the most object side optical element is burned out. Can be prevented.
請求項8に係る発明は、前記最対物側光学素子と前記照射対象物との間隔が所定の範囲内となるように前記照射用光学系を前記照射対象物に対して相対移動させ、前記レーザ光によって前記照射対象物の表面を走査させる照射用光学系駆動手段を備えることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、処理を自動化して作業者の省力化を図ることができる。
このような照射用光学系駆動手段として、例えば、XYステージ等の単軸ステージや、ロボットアーム等の多軸ステージを用いることができる。
According to an eighth aspect of the present invention, the irradiation optical system is moved relative to the irradiation object so that an interval between the most objective optical element and the irradiation object is within a predetermined range, and the laser The laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 7, further comprising irradiation optical system driving means for scanning the surface of the irradiation object with light.
According to this, the processing can be automated to save the labor of the worker.
As such an irradiation optical system driving means, for example, a single-axis stage such as an XY stage or a multi-axis stage such as a robot arm can be used.
請求項9に係る発明は、前記照射用光学系駆動手段は、前記最対物側光学素子と前記照射対象物との間隔が10mm以下となるように前記照射用光学系を前記照射対象物に対して相対移動させることを特徴とする請求項8に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、レーザ光線が液体中を伝播する距離を小さくしてエネルギのロスを抑制することができる。
The invention according to claim 9 is characterized in that the irradiation optical system driving means sets the irradiation optical system to the irradiation object so that a distance between the most objective optical element and the irradiation object is 10 mm or less. The laser irradiation apparatus according to claim 8, wherein the laser irradiation apparatus is relatively moved.
According to this, the distance which a laser beam propagates in the liquid can be made small, and the loss of energy can be suppressed.
請求項10に係る発明は、レーザ発振器が発するレーザ光を収束させて液体中に配置された照射対象物に照射する表面処理方法であって、前記レーザ光を前記照射対象物に照射する照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられた液体吐出手段から前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出するとともに、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられた液体吸入手段から前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入している状態で前記照射対象物への前記レーザ光への照射を行うことを特徴とする表面処理方法である。
これによれば、上述したレーザ照射装置の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
The invention according to
According to this, substantially the same effect as that of the laser irradiation apparatus described above can be obtained.
以上説明したように、本発明によれば、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a laser irradiation apparatus and a surface treatment method that have improved processing capability when performing surface treatment by irradiating an irradiation object in a liquid with laser. .
本発明は、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供する課題を、最も照射対象物側に配置される最対物側光学素子以外の光学素子を気密構造のハウジング内に収容するとともに、最対物側光学素子の照射対象物側の面部に沿って液体流を発生させ、デブリ等の付着を防止しつつ回収することによって解決した。 In the present invention, the problem of providing a laser irradiation apparatus and a surface treatment method with improved processing capability when performing surface treatment by irradiating a laser on an irradiation object in a liquid is arranged on the irradiation object side most. The optical elements other than the most objective side optical element are accommodated in an airtight housing and a liquid flow is generated along the surface of the irradiation side of the most objective side optical element to prevent adhesion of debris and the like. Resolved by collecting.
以下、本発明を適用したレーザ照射装置及び表面処理方法の実施例について説明する。
本実施例のレーザ照射装置及び表面処理方法は、例えば、原子力プラント内部の壁面等に付着した燃料デブリ等を破砕して回収する除染処理に好適なものであるが、用途はこれに限定されない。
Embodiments of a laser irradiation apparatus and a surface treatment method to which the present invention is applied will be described below.
Although the laser irradiation apparatus and the surface treatment method of the present embodiment are suitable for decontamination processing that crushes and collects fuel debris and the like attached to the inner wall surface of a nuclear power plant, for example, the application is not limited thereto. .
図1は、実施例のレーザ照射装置におけるヘッドの外観図である。
レーザ照射装置は、図示しないレーザ発振器、ファイバF、及び、ヘッド10を有して構成されている。
レーザ発振器は、励起源、レーザ媒質、光共振器等を有して構成された光源である。
レーザ発振器は、連続発振(CW)型及びパルス発振型の何れでもよく、例えばアークランプ、フラッシュランプなどを使用することができる。
また、使用する光源に応じて励起電流などを加えて駆動するための駆動手段を備えてもよい。
レーザ媒質は、固体レーザ(ルビーレーザ、YAGレーザ等)や半導体レーザ(レーザダイオード)を採用することが好ましい。
特に固体レーザとして、ファイバーレーザを使用することが好ましい。
なお、レーザ媒質は特に限定されるものではなく、そのほか、気体レーザ(CO2レーザ、エキシマレーザ等)、液体レーザ(色素レーザ)などを利用してもよい。
FIG. 1 is an external view of a head in the laser irradiation apparatus of the embodiment.
The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator (not shown), a fiber F, and a
The laser oscillator is a light source that includes an excitation source, a laser medium, an optical resonator, and the like.
The laser oscillator may be either a continuous wave (CW) type or a pulsed type. For example, an arc lamp, a flash lamp, or the like can be used.
Moreover, you may provide the drive means for adding an excitation current etc. and driving according to the light source to be used.
The laser medium is preferably a solid laser (ruby laser, YAG laser, etc.) or a semiconductor laser (laser diode).
In particular, it is preferable to use a fiber laser as the solid-state laser.
The laser medium is not particularly limited, and a gas laser (CO2 laser, excimer laser, etc.), a liquid laser (dye laser), or the like may be used.
ファイバFは、レーザ発振器が発生したレーザ光を、ヘッド10のレーザ照射ユニット100に伝送するものである。
ファイバFは、コアの周囲をクラッドで被覆した光ファイバの周囲に、補強用、保護用の被覆を形成して構成されている。
ファイバFは、ヘッド10による照射対象物の走査を妨げないよう可撓性を有している。
The fiber F transmits the laser beam generated by the laser oscillator to the
The fiber F is configured by forming a reinforcing coating and a protective coating around an optical fiber in which a core is coated with a clad.
The fiber F has flexibility so as not to prevent the
ヘッド10は、照射対象物と隣接して配置され、レーザ発振器が発生しファイバFによって伝達されたレーザ光を照射対象物に対して照射するものである。
ヘッド10は、レーザ照射ユニット100(図2参照)、照射ユニットハウジング200、筒状ハウジング300、キャップ400等を有して構成されている。
The
The
図3は、レーザ照射ユニット100の構成を模式的に示す図である。
図3に示すように、レーザ照射ユニット100は、ファイバ接続部110、集光光学系120、偏向光学系130等を有して構成されている。
ファイバ接続部110は、ファイバFのヘッド10側の端部が接続され、伝達されてきたレーザ光を集光光学系120に案内するものである。
FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of the
As shown in FIG. 3, the
The
集光光学系120は、ファイバFから入射されたレーザ光を、所定の焦点FPにおいて収束させるよう集光するものである。
The condensing
偏向光学系130は、集光光学系120から出たレーザ光を、所定の偏角だけ屈曲させるものである。
偏向光学系130は、例えば、ウェッジプリズムを有して構成されている。
偏向光学系130は、例えば電動モータやエアモータ等の駆動用動力源131によって、集光光学系120の光軸と実質的に平行に配置された回転軸回りに、所定の回転速度で回転駆動される。
The deflection
For example, the deflection
The deflection
図4は、実施例のレーザ照射装置におけるビームの挙動を示す模式図である。
上述した構成によって、レーザ照射ユニット100から射出されるビームBは、集光光学系120の光軸が通過する偏向光学系130の中央部を頂点とし、偏向光学系130の偏角を半頂角とする円錐の側面に沿って、周方向に旋回する挙動を示す。
このとき、ビームBの焦点FPは、集光光学系120の光軸を中心とし、この光軸と直交する平面に沿った円周上を旋回することになる。
ヘッド10を処理対象面に対して、集光光学系120の光軸が処理対称面と直交しかつ焦点FPが処理対象面上となるように保持すると、ビームBの焦点FPは、円周上を旋回しながら処理対象面を走査する。
このような構成とすることによって、CWレーザを用いた場合であっても、同一箇所に連続的にレーザ光が照射されることを防止できる。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the behavior of the beam in the laser irradiation apparatus of the example.
With the above-described configuration, the beam B emitted from the
At this time, the focal point FP of the beam B is centered on the optical axis of the condensing
When the
By adopting such a configuration, even when a CW laser is used, it is possible to prevent the laser beam from being continuously irradiated to the same portion.
照射ユニットハウジング200は、レーザ照射ユニット100を収容する筐体である。
照射ユニットハウジング200は、実質的に円筒状に形成され、レーザ照射ユニット100はその内径側に収容されている。
照射ユニットハウジング200は、例えば、樹脂系材料をインジェクション成型することによって形成され、一例として中心軸を含む平面を境に二分割構成となっている。
照射ユニットハウジング200の外径側には、照射ユニットハウジング200の固定、支持に用いられるブラケット210が形成されている。
The
The
The
A
筒状ハウジング300は、照射ユニットハウジング200におけるレーザ照射ユニット100の出射側の端部から照射対象物側へ突出して形成され、ビームBが内部を通過する部材である。
筒状ハウジング300は、例えば樹脂系材料をインジェクション成型することによって、照射ユニットハウジング200と実質的に同心となる円筒状に形成されている。
キャップ400は、筒状ハウジング300の照射対象物側の端部に設けられ、保護ガラス323等を保持する部材である。
照射ユニットハウジング200及び筒状ハウジング300は、実質的に水密に形成され、液体中で処理を行う際にも液体が内部に侵入しないようシールされている。
The
The
The
The
以下、筒状ハウジング300、キャップ400等の構成についてより詳細に説明する。
図5は、ヘッド10の部分断面斜視図である。
図6は、ヘッド10の照射対象物側の端部近傍における部分断面斜視図である。
図7は、筒状ハウジングの四面図である。
図7(a)は、筒状ハウジング300を照射対象物側から中心軸に沿って見た外観図である。
図7(b)は、図7(a)のb−b部矢視図である。
図7(c)は、図7(d)のc−c部矢視図である。
図7(d)は、図7(c)のd−d部矢視断面図である。
Hereinafter, the configuration of the
FIG. 5 is a partial cross-sectional perspective view of the
FIG. 6 is a partial cross-sectional perspective view in the vicinity of the end of the
FIG. 7 is a four-side view of the cylindrical housing.
Fig.7 (a) is the external view which looked at the
FIG.7 (b) is a bb part arrow directional view of Fig.7 (a).
FIG.7 (c) is a cc part arrow directional view of FIG.7 (d).
FIG. 7D is a sectional view taken along the line dd in FIG. 7C.
筒状ハウジング300は、本体部310及び先端部320を有する。
先端部320は、照射対象物側の端部近傍の一部に形成され、本体部310は先端部320よりも照射ユニットハウジング200側(先端部320以外の実質全部)に形成されている。
The
The
本体部310には、吐出流路311、吸入流路312、吐出側ポンプ接続部313、吸入側ポンプ接続部314、ハウジング接続部315、ブラケット316等を有して構成されている。
The
吐出流路311は、図示しないポンプの吐出口から供給される液体を、後述するキャップ400の吐出流路440に導入するものである。
吸入流路312は、後述するキャップ400の吸入流路450から導入される液体を、図示しないポンプの吸入口へ導入するものである。
吐出流路311、吸入流路312は、筒状ハウジング300の中心軸を挟んで対向して配置されている。
The
The
The
図7(a)に示すように、吐出流路311、吸入流路312は、本体部310における外周面と内周面との間の領域を、本体部310の周方向に所定の幅にわたって形成された空洞部とすることによって、本体部310と一体的に形成されている。
吐出流路311、吸入流路312は、筒状ハウジング300の中心軸方向から見たときに、実質的に円弧状に延在する断面形状を有する。
吸入流路312の流路断面積は、吐出流路311に対して大きく設定されている。
具体的には、吸入流路312は、筒状ハウジング300の中心軸回りにおける範囲(中心角)が、吐出流路311に対して広く(大きく)設定されている。
As shown in FIG. 7A, the
The
The flow passage cross-sectional area of the
Specifically, the
吐出側ポンプ接続部313は、可撓性を有するホース等を介して図示しないポンプの吐出口と接続され、ポンプが吐出する液体を吐出流路311に供給する管路である。
吐出側ポンプ接続部313は、本体部310の照射ユニットハウジング200側の端部近傍における外周面から突出して形成されている。
The discharge-side
The discharge-side
吸入側ポンプ接続部314は、可撓性を有するホース等を介して図示しないポンプの吸入口と接続され、吸入流路312から導入される液体をポンプへ供給する管路である。
吸入側ポンプ接続部314は、本体部310の照射ユニットハウジング200側の端部近傍における外周面から突出して形成されている。
吸入側ポンプ接続部314は、筒状ハウジング300の中心軸に対して吐出側ポンプ接続部313と実質的に軸対象となるように配置、形成されている。
The suction-side
The suction-side
The suction side
ハウジング接続部315は、本体部310の照射ユニットハウジング200側の端部に形成され、本体部310に対して外径が段状に縮小して形成されている。
ハウジング接続部315は、照射ユニットハウジング200の照射対象物O側の端部開口に嵌合する。
ブラケット316は、筒状ハウジング300の支持、固定等に用いられる部分であって、本体部310の外周面から突き出して形成されている。
The
The
The
先端部320は、キャップ400が被せられる部分であって、本体部310に対して外径が段状に小さく形成されている。
先端部320の突端部には、筒状ハウジング300の中心軸と同心の円形の開口321が形成されている。
開口321の周囲には、先端部320の端面を段状に凹ませて形成された凹部322が形成されている。
凹部322には、保護ガラス323が着脱可能に挿入される。
The
A
Around the
A
保護ガラス323は、透明の平板ガラスによって形成された円盤状の部材であって、入射されるビームBを実質的に偏向させることなく透過させるものである。
保護ガラス323は、筒状ハウジング300からキャップ400を取り外すことによって、筒状ハウジング300から着脱可能となっている。
保護ガラス323は、装置の使用によって、異物の付着や焼損等の劣化が生じた場合に交換される。
The
The
The
凹部322の外周縁部には、照射対象物と対向する面部を凹ませて形成され、円周状に延在する溝部324が形成されている。
溝部324には、ゴム系の弾性材料によって形成されたOリング325が嵌め込まれている。
Oリング325は、保護ガラス323の外周縁部をシールし、筒状ハウジング300の内部へ液体等が浸入することを防止するものである。
On the outer peripheral edge of the
An O-
The O-
キャップ400は、筒状ハウジング300の先端部320に被せられる部材である。
図8は、キャップの四面図である。
図8(a)は、キャップ400を径方向から見た透視図である。
図8(b)は、図8(a)のb−b部矢視図である。
図8(c)は、図8(b)のc−c部矢視図(照射対象物側から見た図)である。
図8(d)は、図8(b)のd−d部矢視図(照射ユニット側から見た図)である。
図9は、キャップの透視斜視図である。
キャップ400は、保護ガラス323の照射対象物側の面部を押圧し、保護ガラス323を保持するとともに、保護ガラス323を介してOリング325に与圧を与えるものである。
The
FIG. 8 is a four-sided view of the cap.
FIG. 8A is a perspective view of the
FIG.8 (b) is a bb part arrow directional view of Fig.8 (a).
FIG.8 (c) is the cc part arrow directional view (figure seen from the irradiation target object side) of FIG.8 (b).
FIG.8 (d) is the dd part arrow line view (figure seen from the irradiation unit side) of FIG.8 (b).
FIG. 9 is a perspective view of the cap.
The
キャップ400は、外周面部410、端面部420、曲面部430等を有して構成されている。
外周面部410は、筒状ハウジング300の先端部320の外径側に嵌め込まれる実質的に円筒状の部分である。
外周面部410の外径は、筒状ハウジング300の本体部310の外径と実質的に同径とされている。
外周面部410の内径は、筒状ハウジング300の先端部320の外径と実質的に同径とされている。
外周面部410は、例えばビス等の締結手段によって、筒状ハウジング300の先端部320に固定される。
The
The outer
The outer diameter of the outer
The inner diameter of the outer
The outer
端面部420は、キャップ400における照射対象物側の端部に設けられた平板状の部分である。
端面部420は、円盤状に形成され、筒状ハウジング300の中心軸と実質的に直交する平面に沿って形成されている。
端面部420の中央部には、開口421が形成されている。
開口421は、筒状ハウジング300の中心軸と実質的に同心の円形に形成されている。
開口421は、照射対象物へのビーム照射時に、保護ガラス323から出射されたビームBが通過するとともに、照射によって照射対象物から分離し、液体中を浮遊する異物を吸引する機能を有する。
The
The
An
The
The
曲面部430は、外周面部410の端面部420側の端部と、単面部420の外周縁部との間を接続する部分である。
曲面部430は、キャップ400を径方向に切って見た場合の断面形状が、キャップ400の外側が凸となる円弧状となるように形成されている。
The
The
キャップ400には、さらに、吐出流路440、吸入流路450が形成されている。
吐出流路440は、筒状ハウジング300の吐出流路311から筒状ハウジング300の長手方向に沿って流れてきた液体流を、曲面部430の内面に沿って約90度偏向させ、保護ガラス323の表面に沿った実質的に層流の液体流として吐出するものである。
吐出流路440は、外周面部410、曲面部430、端面部420のキャップ400内側の面部を溝状に凹ませて形成されている。
The
The
The
吸入流路450は、吐出流路440から保護ガラス323の表面部近傍を保護ガラス323の直径方向にほぼ沿って流れた液体流を取り込み、曲面部430の内面に沿って約90度偏向させ、筒状ハウジング300の長手方向に沿った液体流として、筒状ハウジング300の吸入流路312に導入するものである。
吸入流路450は、外周面部410、曲面部430、端面部420のキャップ400内側の面部を溝状に凹ませて形成されている。
吸入流路450は、溝状部の幅を吐出流路440よりも幅広とすることによって、流路断面積を吐出流路450よりも大きくしている。
The
The
The
以下、上述したレーザ照射装置を用いて、水中などの液体中に配置された照射対象物の表面に付着した異物を除去する表面処理方法について説明する。
本実施例において、照射対象物は例えば冷却水中に配置された原子力プラントの構造部材であって、除去対象となる異物は、溶融燃料が冷やされて凝固し付着したいわゆる燃料デブリであるが、本発明の適用対象はこれに限定されない。
Hereinafter, a surface treatment method for removing foreign matters attached to the surface of an irradiation object disposed in a liquid such as water will be described using the laser irradiation apparatus described above.
In this embodiment, the irradiation object is, for example, a structural member of a nuclear power plant disposed in cooling water, and the foreign object to be removed is so-called fuel debris in which the molten fuel is cooled and solidified and adhered. The application object of the invention is not limited to this.
レーザ照射装置のヘッド10は、少なくとも筒状ハウジング300の先端部及びキャップ400が水中に配置される。
このとき、筒状ハウジング300の内部における保護ガラス323よりもレーザ照射ユニット100側の領域は、水の浸入が防止され、空気が充填された状態となっている。
ヘッド10は、照射時においては、保護ガラス323の照射対象物側の面部と、照射対称面との間隔が、例えば10mm以下となるように保持される。
このようなヘッド10の保持は、例えば、予め設定された軌跡に沿ってヘッド10を移動させ、照射対象物を走査可能なロボットを用いることができる。
In the
At this time, the region closer to the
At the time of irradiation, the
Such a holding of the
次に、図示しないポンプを用いて、吐出側ポンプ接続部313に水流を供給するとともに、吸入側ポンプ接続部314から水流を吸引する。
このとき、吸入側ポンプ接続部314から吸引される水流の流量は、吐出側ポンプ接続部313に供給される水流の流量と同等か、これよりも多くすることが好ましい。
Next, using a pump (not shown), a water flow is supplied to the discharge side
At this time, it is preferable that the flow rate of the water flow sucked from the suction side
そして、レーザ照射ユニット100から、レーザ光のビームBを照射対象物に対して照射する。
ビームBの焦点FPは、実質的に照射対象物の表面と一致するように調節される。
これによって、照射対象物の表面に付着した燃料デブリは破砕されて照射対象物から剥離し、水中に浮遊する。
水中に浮遊する燃料デブリは、キャップ400の開口421からキャップ400の内側へ吸い込まれ、さらに、吐出流路440から吸入流路450へ向けて保護ガラス323の表面に沿って流れる水流に同伴し、吸入流路450から吸入され、筒状ハウジング300の吸入流路312、吸入側ポンプ接続部314等を介して回収される。
この場合、吸入側ポンプ接続部314からポンプへ至る流路の一部に、フィルタ等の異物回収手段を設けることが好ましい。
Then, the
The focal point FP of the beam B is adjusted so as to substantially coincide with the surface of the irradiation object.
As a result, the fuel debris adhering to the surface of the irradiation object is crushed and separated from the irradiation object, and floats in water.
Fuel debris floating in the water is sucked into the inside of the
In this case, it is preferable to provide a foreign substance collecting means such as a filter in a part of the flow path from the suction side
以上説明したように、本実施例によれば、液体中の照射対象物に対してレーザを照射して表面処理を行う際の処理能力を向上したレーザ照射装置及び表面処理方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a laser irradiation apparatus and a surface treatment method with improved processing capability when performing surface treatment by irradiating an irradiation object in a liquid with laser. it can.
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、レーザ照射装置を構成する各部材の構造、材質、形状、数量、配置等は、上述した実施例に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例においては、最対物側光学素子である保護ガラス323を平板状に形成したが、最対物側光学素子がレーザ光線を所定の焦点に集光させる集光光学系の一部を構成するレンズを兼ねるようにしてもよい。これによれば、レーザ光線がこのレンズを通過する段階では光線は未だ集光していないため、レンズの一点に高エネルギが集中して焼損が生じることを防止できる。
また、実施例では最対物側光学素子と照射対象物との間隔を例えば10mm以下に設定しているが、この間隔も特に限定されない。例えば、液体中でも減衰しにくい波長を有するグリーンレーザを利用する場合には、最対物側光学素子と照射対象物との距離をこれより大きく設定した場合であっても性能の低下を抑制できる。
また、処理対象物は、原子力プラントの燃料デブリに限らず、液体も冷却水に限定されない。
例えば、本発明は、上下水道設備における表面クリーニング(一例として苔落とし等)などに用いることが可能である。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
For example, the structure, material, shape, quantity, arrangement, and the like of each member constituting the laser irradiation apparatus are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
For example, in the embodiment, the
In the embodiment, the distance between the most objective optical element and the irradiation object is set to, for example, 10 mm or less, but this distance is not particularly limited. For example, when a green laser having a wavelength that is difficult to attenuate even in a liquid is used, a decrease in performance can be suppressed even when the distance between the most objective optical element and the irradiation object is set larger than this.
Further, the object to be treated is not limited to fuel debris of a nuclear power plant, and the liquid is not limited to cooling water.
For example, the present invention can be used for surface cleaning (for example, moss removal) in a water and sewage facility.
O 照射対象物(処理対象物) 10 ヘッド
F ファイバ
100 レーザ照射ユニット 110 ファイバ接続部
120 集光光学系 130 偏向光学系
131 駆動用動力源
B ビーム FP 焦点
200 照射ユニットハウジング 210 ブラケット
300 筒状ハウジング 310 本体部
311 吐出流路 312 吸入流路
313 吐出側ポンプ接続部 314 吸入側ポンプ接続部
315 ハウジング接続部 316 ブラケット
320 先端部 321 開口
322 凹部 323 保護ガラス
324 溝部 325 Oリング
400 キャップ 410 外周面部
420 端面部 430 曲面部
440 吐出流路 450 吸入流路
O irradiation object (processing object) 10
Claims (10)
前記照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、
前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられ前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出する液体吐出手段と、
前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられ前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入する液体吸入手段と
を備えることを特徴とするレーザ照射装置。 A laser irradiation apparatus including an irradiation optical system for converging a laser beam emitted from a laser oscillator and irradiating an irradiation target disposed in a liquid,
The irradiation optical system irradiates a laser beam in a state where a surface portion on the irradiation object side in the most objective optical element disposed adjacent to the irradiation object is disposed in the liquid, and The surface portion opposite to the irradiation object side of the most objective side optical element and the other optical element are accommodated in a housing in which the liquid is substantially prevented from entering,
Liquid ejecting means for ejecting a liquid flow substantially along the surface portion on the irradiation object side provided near the outer peripheral edge of the most objective optical element;
Near the outer peripheral edge of the most objective optical element, on the opposite side of the liquid ejection means with the center of the most objective optical element sandwiched, the surface of the most objective optical element on the irradiation object side And a liquid suction means for sucking a liquid flow flowing substantially along the line.
を特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装置。 The irradiation optical system includes a deflection optical system that deflects the emission-side optical axis at a predetermined angle with respect to the incident-side optical axis of the laser light, and a rotational drive that rotationally drives the deflection optical system around the incident-side optical axis. The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising: means.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のレーザ照射装置。 3. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the liquid suction unit sucks floating matter formed when the irradiation target is irradiated with the laser light together with the liquid flow.
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 4. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the suction amount of the liquid suction unit is equal to or greater than the discharge amount of the liquid discharge unit. 5.
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the most objective optical element is detachable from a main body of the housing.
を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the most objective optical element is substantially formed in a flat plate shape.
を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 6. The laser irradiation according to claim 1, wherein the most objective-side optical element constitutes a part of a condensing optical system that condenses laser light at a predetermined focal point. apparatus.
を特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のレーザ照射装置。 The irradiation optical system is moved relative to the irradiation target so that the distance between the most objective optical element and the irradiation target falls within a predetermined range, and the surface of the irradiation target is irradiated with the laser light. The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an irradiation optical system driving unit that scans the beam.
を特徴とする請求項8に記載のレーザ照射装置。 The irradiation optical system driving means moves the irradiation optical system relative to the irradiation object so that a distance between the most objective optical element and the irradiation object is 10 mm or less. The laser irradiation apparatus according to claim 8.
前記レーザ光を前記照射対象物に照射する照射用光学系は、前記照射対象物に隣接して配置された最対物側光学素子における前記照射対象物側の面部が前記液体中に配置された状態でレーザ光の照射を行うとともに、前記最対物側光学素子の前記照射対象物側とは反対の面部及び他の光学素子は、前記液体の浸入が実質的に防止されたハウジング内に収容され、
前記最対物側光学素子の外周縁部近傍に設けられた液体吐出手段から前記照射対象物側の面部にほぼ沿って液体流を吐出するとともに、前記最対物側光学素子の外周縁部近傍において前記液体吐出手段に対して前記最対物側光学素子の中央部を挟んだ反対側に設けられた液体吸入手段から前記最対物側光学素子の前記照射対象物側の面部にほぼ沿って流れる液体流を吸入している状態で前記照射対象物への前記レーザ光への照射を行うこと
を特徴とする表面処理方法。 A surface treatment method for converging a laser beam emitted from a laser oscillator and irradiating an irradiation object arranged in a liquid,
The irradiation optical system for irradiating the irradiation object with the laser light is a state in which the surface portion on the irradiation object side in the most objective optical element arranged adjacent to the irradiation object is arranged in the liquid The surface portion opposite to the irradiation object side of the most objective side optical element and the other optical element are accommodated in a housing in which the liquid intrusion is substantially prevented,
A liquid flow is ejected from a liquid ejection means provided in the vicinity of the outer peripheral edge of the most objective side optical element substantially along the surface part on the irradiation object side, and in the vicinity of the outer peripheral edge of the most objective optical element. A liquid flow that flows substantially along a surface portion of the most objective side optical element on the irradiation object side from a liquid suction means provided on the opposite side of the central portion of the most objective side optical element with respect to the liquid ejection means. Irradiating the laser beam to the irradiation object in a state of inhalation.
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