JP2020196019A - 切断システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切断システムおよび方法において、切断対象物の切断作業における作業効率の向上を図る。【解決手段】門型クレーン１１と、門型クレーン１１に移動自在に装着される第１ロボットアーム１２および第２ロボットアーム１３と、第１ロボットアーム１２の先端部に支持される切断対象物把持装置１５と、第２ロボットアーム１３の先端部に支持されるレーザ切断装置１６と、レーザ切断装置１６から切断対象物把持装置１５が把持した切断対象物Ａまでの距離を計測する計測装置２０と、計測装置２０の計測結果に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置１８とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、建築物などを解体するときに構造物を切断するための切断システムおよび方法に関するものである。

建築物を解体するとき、建築物を構成する柱、梁、壁、天井などの構造物を切断する必要がある。この場合、構造物を切断する装置として、例えば、レーザ光を用いた切断装置が適用される。なお、構造物の解体方法としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特許第５７９４５３４号公報

レーザ切断装置により構造物を切断する場合、レーザ切断装置から出射されるレーザ光の焦点を切断する構造物の切断面に合わせる必要がある。ところが、構造物の種類に応じて、レーザ切断装置から構造物の切断面までの距離が変動する場合、レーザ切断装置を移動して位置調整する必要があり、切断作業の作業効率がよくないという課題がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、切断対象物の切断作業における作業効率の向上を図る切断システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の切断システムは、走行体と、前記走行体に移動自在に装着される第１ロボットアームおよび第２ロボットアームと、前記第１ロボットアームの先端部に支持される切断対象物把持装置と、前記第２ロボットアームの先端部に支持されるレーザ切断装置と、前記レーザ切断装置から前記切断対象物把持装置が把持した切断対象物までの距離を計測する計測装置と、前記計測装置の計測結果に基づいて前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置と、を備えることを特徴とする。

そのため、計測装置がレーザ切断装置から切断対象物までの距離を計測し、焦点位置調整装置がレーザ切断装置から切断対象物までの距離に基づいてレーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整し、レーザ切断装置が切断対象物に向けてレーザ光を出射することで、切断対象物を効率良く切断することができる。その結果、切断対象物の位置に合わせてレーザ切断装置を移動する必要がなく、切断対象物の切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

本発明の切断システムでは、前記走行体に移動自在に装着される第３ロボットアームと、前記第３ロボットアームの先端部に支持されて前記レーザ切断装置から出射されて前記切断対象物を通過したレーザ光を受け止めるレーザ受け部材とを備えることを特徴とする。

そのため、レーザ切断装置が切断対象物に向けてレーザ光を出射し、レーザ受け部材が切断対象物を通過したレーザ光を受け止めることから、レーザ光が外部に照射されることかせなく、作業の安全性を向上することができる。

本発明の切断システムでは、前記レーザ切断装置と前記切断対象物把持装置と前記レーザ受け部材を撮影可能なカメラが設けられることを特徴とする。

そのため、カメラがレーザ切断装置と切断対象物把持装置とレーザ受け部材を撮影可能であることから、作業者は、カメラの撮影画像を見ながら、各ロボットアームを作動したり、切断対象物の切断作業を確認したりすることができる。

本発明の切断システムでは、前記カメラの撮影画像に応じて前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームと前記第３ロボットアームの少なくともいずれか一つを作動して前記レーザ切断装置と前記切断対象物と前記レーザ受け部材の位置関係を調整する切断位置調整装置を有することを特徴とする。

そのため、切断位置調整装置がロボットアームを作動してレーザ切断装置と切断対象物とレーザ受け部材の位置関係を調整することから、切断対象物に対してレーザ切断装置とレーザ受け部材を最適な位置に位置決めすることができる。

本発明の切断システムでは、前記焦点位置調整装置は、前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を１ｍから４０ｍの範囲で調整可能であることを特徴とする。

そのため、レーザ切断装置と切断対象物が離間していても、レーザ光の焦点位置を適正に調整することで、切断対象物を適正に切断することができる。

本発明の切断システムでは、前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の前方位置にレーザ光を遮断する難燃性の遮断部材が配置されることを特徴とする。

そのため、レーザ切断装置がレーザ光を出射したとき、レーザ光が切断対象物から逸れても、レーザ光が難燃性の遮断部材に遮断されることとなり、作業の安全性を向上することができる。

本発明の切断システムでは、前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の前方位置に前記遮断部材が配置されていないときに前記レーザ切断装置の作動を停止する安全装置が設けられることを特徴とする。

そのため、安全装置は、レーザ光の前方位置に遮断部材が配置されていないときにレーザ切断装置の作動を停止することから、レーザ光が切断対象物から逸れても、レーザ光が外部に照射されることがなく、作業の安全性を向上することができる。

本発明の切断システムは、走行体と、前記走行体に昇降自在に支持される昇降台と、前記昇降台に支持される切断対象物把持装置と、前記昇降台に支持されるレーザ切断装置と、前記レーザ切断装置から前記切断対象物把持装置が把持した切断対象物までの距離を計測する計測装置と、前記計測装置の計測結果に基づいて前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置と、を備えることを特徴とする。

そのため、計測装置がレーザ切断装置から切断対象物までの距離を計測し、焦点位置調整装置がレーザ切断装置から切断対象物までの距離に基づいてレーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整し、レーザ切断装置が切断対象物に向けてレーザ光を出射することで、切断対象物を効率良く切断することができる。その結果、切断対象物の位置に合わせてレーザ切断装置を移動する必要がなく、切断対象物の切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

本発明の切断方法は、走行体と、前記走行体に支持される切断対象物把持装置と、前記走行体に支持されてレーザ光の焦点位置を調整可能なレーザ切断装置と、を備える切断システムにおいて、前記レーザ切断装置から前記切断対象物把持装置が把持した切断対象物までの距離を計測する工程と、前記レーザ切断装置から切断対象物までの距離に基づいて前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整する工程と、前記レーザ切断装置からレーザ光を出射して前記切断対象物を切断する工程と、を有することを特徴とする。

そのため、切断対象物の位置に合わせてレーザ切断装置を移動する必要がなく、切断対象物の切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

本発明の切断システムおよび方法によれば、切断対象物の切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

図１は、第１実施形態の切断システムを表す概略構成図である。 図２は、第１実施形態の切断システムを表す概略斜視図である。 図３は、クレーン装置を表す正面図である。 図４は、クレーン装置を表す図３のIV−IV断面図である。 図５は、レーザヘッドの構成を表す模式図である。 図６は、レーザヘッドにおける焦点位置変更光学系を説明するための模式図である。 図７は、構造物の切断作業を表す概略図である。 図８は、レーザヘッドにおける焦点位置変更方法を説明するための概略図である。 図９は、第２実施形態の切断システムを表す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の切断システムを表す概略構成図である。

第１実施形態において、図１に示すように、切断システム１０は、門型クレーン（走行体）１１と、第１ロボットアーム１２および第２ロボットアーム１３および第３ロボットアーム１４と、切断対象物把持装置１５と、レーザ切断装置１６と、レーザ受け部材１７と、焦点位置調整装置１８と、カメラ１９と、計測装置２０と、操作装置２１と、モニタ２２と、制御装置２３とを備える。第１ロボットアーム１２と第２ロボットアーム１３と第３ロボットアーム１４は、それぞれ駆動部２４，２５，２６を有する。また、切断システム１０は、排気装置２７と、冷却装置２８と、散水装置２９とを備える。

図２は、第１実施形態の切断システムを表す概略斜視図、図３は、クレーン装置を表す正面図、図４は、クレーン装置を表す図３のIV−IV断面図である。

図２から図４に示すように、門型クレーン１１は、架台３１の両側に脚部３２が固定され、両側の脚部３２の下部にそれぞれ走行装置３３が装着されている。各走行装置３３は、地面Ｇに敷設された一対のガイドレール３４に沿って移動可能である。また、架台３１は、上部に作業者が歩行するための点検歩道３５が設けられている。

門型クレーン１１にて、架台３１は、その上部に水平方向であるＸ方向に沿ってガーダ３６が移動可能に設けられる。ガーダ３６は、その上部にＸ方向に所定間隔を空けて３個のトロリ３７，３８，３９が配置される。３個のトロリ３７，３８，３９は、水平方向であるＹ方向に沿って移動可能である。ここで、Ｘ方向とＹ方向は、水平方向に沿うと共に互いに直交する方向である。そして、トロリ３７に第１ロボットアーム１２が装着され、トロリ３８に第２ロボットアーム１３が装着され、トロリ３９に第３ロボットアーム１４が装着される。

各ロボットアーム１２，１３，１４は、ほぼ同様の構成をなす。各ロボットアーム１２，１３，１４は、基端部がトロリ３７，３８，３９に固定され、先端部が鉛直方向であるＺ方向の下方に延出する。ここで、Ｚ方向とは、Ｘ方向およびＹ方向に直交する鉛直方向である。各ロボットアーム１２，１３，１４は、テレスコピック構造を有して駆動部２４，２５，２６（図１参照）によりＺ方向に移動可能である。また、各ロボットアーム１２，１３，１４は、多軸関節構造を有し、駆動部２４，２５，２６（図１参照）によりＸ方向およびＹ方向およびＺ方向に移動可能である。

第１ロボットアーム１２は、先端部に切断対象物把持装置１５が装着される。第２ロボットアーム１３は、先端部にレーザ切断装置１６が装着される。第３ロボットアーム１４は、先端部にレーザ受け部材１７が装着される。切断対象物把持装置１５は、切断対象物Ａを把持するためのロボットハンドである。レーザ切断装置１６は、レーザ光を出射して切断対象物Ａに照射することで、この切断対象物Ａを切断するものである。レーザ切断装置１６は、焦点位置調整装置１８が設けられる。焦点位置調整装置１８は、後述するが、レーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離に応じて、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光の焦点位置を調整するものである。レーザ受け部材１７は、レーザ切断装置１６から出射されて切断対象物Ａを通過したレーザ光を受け止めるものである。

カメラ１９は、門型クレーン１１の架台３１や脚部３２などに装着される。カメラ１９は、切断対象物把持装置１５とレーザ切断装置１６とレーザ受け部材１７を撮影可能である。例えば、カメラ１９の撮影画像に応じて第１ロボットアーム１２と第２ロボットアーム１３と第３ロボットアーム１４の少なくともいずれか一つを作動することで、ロボットアーム１２，１３，１４を作動し、切断対象物把持装置１５とレーザ切断装置１６とレーザ受け部材１７の位置関係を調整する。この場合、レーザ切断装置１６と切断対象物Ａとレーザ受け部材１７が一直線に配置されるように調整する。

計測装置２０は、レーザ切断装置１６に装着される。計測装置２０は、レーザ切断装置１６から切断対象物把持装置１５が把持した切断対象物Ａまでの距離を計測する。計測装置２０としては、レーザ計測器、超音波計測器、照準器などを用いればよい。また、レーザ切断装置１６を兼用し、出力を調整することでレーザ計測器として使用してもよい。

操作装置２１は、作業者が制御装置２３に対して各種の指令を出力する。モニタ２２は、カメラ１９が撮影した画像を表示する。作業者は、モニタ２２に表示されたカメラ１９の撮影画像に基づいて第１ロボットアーム１２の駆動部２４および切断対象物把持装置１５を作動するための指令値を操作装置２１により入力する。すると、制御装置２３は、第１ロボットアーム１２および切断対象物把持装置１５を作動制御し、切断対象物把持装置１５により地面Ｇにある切断対象物Ａを把持させる。また、作業者は、門型クレーン１１、その他のロボットアーム１３，１４の駆動部２５，２６、排気装置２７、冷却装置２８、散水装置２９などを作動するための指令値を操作装置２１により入力する。

排気装置２７は、門型クレーン１１に設けられる。排気装置２７は、レーザ切断装置１６が出射したレーザ光により切断対象物Ａが溶融切断されるときに発生するヒュームや粉じんを吸引して外部に排出する。冷却装置２８は、門型クレーン１１に設けられる。冷却装置２８は、レーザ切断装置１６が出射したレーザ光を受け取って加熱したレーザ受け部材１７に冷却水を供給して冷却する。切断対象物Ａの下方の地面Ｇに耐熱板３０が設置されている。散水装置２９は、門型クレーン１１に設けられる。散水装置２９は、レーザ切断装置１６が出射したレーザ光により切断対象物Ａが溶融切断されるときに耐熱板３０上の落下した溶融物に冷却水を散水して冷却する。

制御装置２３は、カメラ１９の撮影画像、計測装置２０の計測結果、操作装置２１からの指令値が入力される。制御装置２３は、入力したカメラ１９の撮影画像、計測装置２０の計測結果、操作装置２１からの指令値に基づいて、門型クレーン１１、各ロボットアーム１２，１３，１４の駆動部２４，２５，２６、排気装置２７、冷却装置２８、散水装置２９を作動制御し、モニタ２２にカメラ１９の撮影画像を表示する。このとき、制御装置２３は、計測装置２０の計測結果に基づいて焦点位置調整装置１８を制御する。そして、制御装置２３は、カメラ１９の撮影画像に基づいて各ロボットアーム１２，１３，１４の駆動部２４，２５，２６を作動制御する本発明の切断位置調整装置として機能する。

ここで、レーザ切断装置１６および焦点位置調整装置１８について説明する。図５は、レーザヘッドの構成を表す模式図、図６は、レーザヘッドにおける焦点位置変更光学系を説明するための模式図である。

図５及び図６に示すように、レーザ切断装置１６は、レーザ発信器（図示略）と、光ファイバ４１と、レーザヘッド４２とを有する。レーザ発振器は、レーザ光Ｌを発振するためのものである。レーザ光Ｌは、強度分布が中心で大きく、周辺で確率分布的に小さくなるシングルモードと、これ以外のマルチモードがある。第１実施形態にて、レーザ発振器は、コストに優れたマルチモードのレーザ光Ｌを発振するものを用いるが、マルチモードのレーザ光Ｌを発振するものに限られるものではなく、シングルモードのレーザ光を発振するものであってもよい。

また、レーザ発振器は、切断対象物Ａやレーザヘッド４２から切断対象物Ａ（焦点位置）までの距離により任意のものが選択される。具体的には、切断対象物Ａの種別、レーザヘッド４２から切断対象物Ａまでの距離により、発振するレーザ光Ｌの波長、最大出力、パルス幅、発振モード（連続波、パルス波の別）など好適なものが選択される。

制御装置２３（図１参照）は、レーザ発振器を統括的に制御するためのもので、選択されたレーザ発振器において、波長、出力、パルス幅、発振モードなどを調整可能な範囲で制御する。光ファイバ４１は、レーザ発振器から発振されたレーザ光Ｌを伝播するためのものであり、レーザ発振器から発振されたレーザ光Ｌをレーザヘッド４２に伝播する。レーザヘッド４２は、光ファイバ４１を通って伝播されたレーザ光Ｌを鋼材やコンクリートなどの切断対象物Ａに集光させるためのものである。

レーザヘッド４２は、円筒状に形成され、内部に焦点位置調整装置１８が設けられる。焦点位置調整装置１８は、レーザヘッド４２から出射されたレーザ光Ｌの焦点位置を任意に変更するものである。焦点位置調整装置１８は、集光レンズ（群）５１と、第１レンズ（群）５２と、第２レンズ（群）５３で構成される。

集光レンズ５１は、レーザヘッド４２の出射側に固定されるレンズであって、レーザヘッド４２から出射されるレーザ光Ｌを集光する。集光レンズ５１は、光軸がレーザヘッド４２の中心を通る軸線上に位置するように固定される。集光レンズ５１は、メニスカスレンズ５１ａと両凸レンズ５１ｂとが組み合わせて構成される。メニスカスレンズ５１ａと両凸レンズ５１ｂとでは、メニスカスレンズ５１ａがレーザ光Ｌの入射側に配置され、両凸レンズ５１ｂがレーザ光Ｌの出射側に配置される。メニスカスレンズ５１ａは、凸側が両凸レンズ５１ｂに対向し、メニスカスレンズ５１ａには凹側からレーザ光Ｌが入射する。両凸レンズ５１ｂは、曲率半径が大きい側がメニスカスレンズ５１ａに対向し、両凸レンズ５１ｂには曲率半径が大きい側からレーザ光Ｌが入射する。

第１レンズ５２は、レーザヘッド４２の入射側に固定されるレンズであって、光ファイバ４１から出射されたレーザ光Ｌを受け入れる。第１レンズ５２は、集光レンズ５１と同様に、光軸がレーザヘッド４２の中心を通る軸線上に位置するように固定される。第１レンズ５２は、収差の低減を目的として、二枚の平凸レンズ５２ａ，５２ｂを組み合わせて構成される。レーザ光Ｌの入射側となる平凸レンズ５２ａは、凸側が出射側となる平凸レンズ５２ｂに対向する。これにより、レーザ光Ｌの入射側となる平凸レンズ５２ａには平側からレーザ光Ｌが入射する。また、レーザ光Ｌの出射側となる平凸レンズ５２ｂは、凸側が入射側となる平凸レンズ５２ａに対向する。これにより、レーザ光Ｌの出射側となる平凸レンズ５２ｂには凸側からレーザ光Ｌが入射する。

第２レンズ５３は、集光レンズ５１と第１レンズ５２との間を移動可能なレンズであって、第１レンズ５２と共に集光レンズ５１の焦点位置を変更するものである。第２レンズ５３は、移動モジュール６０により光軸がレーザヘッド４２の中心を通る軸線上を移動する。第２レンズ５３は、メニスカスレンズ５３ａと両凹レンズ５３ｂを組み合わせて構成される。メニスカスレンズ５３ａと両凹レンズ５３ｂとでは、メニスカスレンズ５３ａがレーザ光Ｌの入射側に配置され、両凹レンズ５３ｂがレーザ光Ｌの出射側に配置される。メニスカスレンズ５３ａは、凸側が両凹レンズ５３ｂに対向し、メニスカスレンズ５３ａには凹側からレーザ光Ｌが入射する。両凹レンズ５３ｂは、曲率半径が小さい側がメニスカスレンズ５３ａに対向し、両凹レンズ５３ｂには曲率半径が小さい側からレーザ光Ｌが入射する。

第２レンズ５３は、移動モジュール６０に内蔵され、光軸がレーザヘッド４２の中心を通る軸線上を移動する。移動モジュール６０は、溝付固定内筒６１、レンズホルダ６２、溝付外筒６３により構成される。溝付固定内筒６１は、レーザヘッド４２に内蔵された円筒状のガイド部材であって、その中心を通る軸線はレーザヘッド４２の中心を通る軸線と一致する。溝付固定内筒６１には、その中心を通る軸線を対称軸とする一対の案内溝６１ａが設けられる。案内溝６１ａは、溝付固定内筒６１の中心を通る軸線と平行をなす。

レンズホルダ６２は、第２レンズ５３を保持するためのものであり、円筒状に形成される。レンズホルダ６２は、溝付固定内筒６１に摺動可能に嵌め込まれ、その中心を通る軸線は溝付固定内筒６１の中心を通る軸線と一致する。これによりレンズホルダ６２の中心を通る軸線はレーザヘッド４２の中心を通る軸線とも一致する。また、レンズホルダ６２の外周には、その中心を通る軸線を対称軸とする一対のガイドピン６２ａが設けられる。ガイドピン６２ａは、溝付固定内筒６１に設けられた案内溝６１ａに挿通され、レンズホルダ６２は、溝付固定内筒６１の中心を通る軸線方向に沿ってガイドされる。

レンズホルダ６２は、第２レンズ５３が嵌め込まれ、Ｏリング（図示略）によりシールされる。第２レンズ５３の中心を通る光軸は、レンズホルダ６２の中心を通る軸線と一致する。これにより、第２レンズ５３の中心を通る光軸は、溝付固定内筒６１の中心を通る軸線およびレーザヘッド４２の中心を通る軸線と一致し、集光レンズ５１の光軸および第１レンズ５２の光軸とも一致する。

溝付外筒６３は、第２レンズ５３をレーザ光Ｌの光軸方向に沿って移動させるためのもので、溝付固定内筒６１が嵌る円筒状に形成されている。溝付外筒６３は、溝付固定内筒６１の外周に対して回転可能、且つ、レーザ光Ｌの光軸方向に移動不能に取付けられる。溝付外筒６３は、中心を通る軸線を対称軸とする一対の作動溝６３ａが設けられる。作動溝６３ａは、螺旋状に形成され、一対のガイドピン６２ａがそれぞれ挿通される。これにより、レンズホルダ６２に設けられた一対のガイドピン６２ａは、溝付固定内筒６１に設けられた案内溝６１ａ、溝付外筒６３に設けられた作動溝６３ａに拘束され、溝付外筒６３を回転させると、一対のガイドピン６２ａが拘束されたレンズホルダ６２をレーザ光Ｌの光軸方向に沿って移動する。これにより、第２レンズ５３がレーザ光Ｌの光軸方向に沿って移動する。

例えば、溝付外筒６３を時計回り方向に回転させると、第２レンズ５３が集光レンズ５１に近づき、集光レンズ５１から出射されるレーザ光Ｌの焦点位置が奥側に遠ざかる。一方、溝付外筒６３を反時計回り方向に回転させると、第２レンズ５３が第１レンズ５２に近づき、集光レンズ５１から出射されるレーザ光Ｌの焦点位置が手前側に近づく。

溝付外筒６３は、手動操作することにより、時計回り方向または反時計回り方向に回転させるものとしてもよいが、溝付外筒６３を回転させるモータなどの駆動源を設け、制御装置２３からの指令により回転させるものとしてもよい。

焦点位置調整装置１８は、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を１ｍから４０ｍの範囲で調整可能である。

以下、第１実施形態の切断システムによる切断方法について具体的に説明する。図７は、構造物の切断作業を表す概略図、図８は、レーザヘッドにおける焦点位置変更方法を説明するための概略図である。

第１実施形態の切断方法は、レーザ切断装置１６から切断対象物把持装置１５が把持した切断対象物Ａまでの距離を計測する工程と、レーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整する工程と、レーザ切断装置１６からレーザ光Ｌを出射して切断対象物Ａを切断する工程とを有する。

具体的に説明すると、図７及び図８に示すように、事前に、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの前方位置にレーザ光を遮断する難燃性の遮断部材７１，７２を配置する。この遮断部材７１，７２は、門型クレーン１１の周囲および上方を被覆することが好ましい。このとき、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの前方位置に遮断部材７１，７２が配置されていないとき、制御装置（安全装置）２３は、レーザ切断装置１６の作動を停止するようにすることが好ましい。遮断部材７１，７２の検出は、カメラ１９や図示しないセンサにより行う。

まず、門型クレーン１１を所定の位置に移動し、第１ロボットアーム１２を移動して切断対象物把持装置１５により地面Ｇに横たわる切断対象物Ａを把持する。次に、第２ロボットアーム１３を移動してレーザ切断装置１６を所定の位置に移動すると共に、第３ロボットアーム１４を移動してレーザ受け部材１７を所定の位置に移動する。この場合、レーザ切断装置１６と切断対象物Ａとレーザ受け部材１７が一直線上に並ぶように、第１ロボットアーム１２と第２ロボットアーム１３と第３ロボットアーム１４を作動する。また、レーザ切断装置１６が切断対象物Ａに対して下方側からレーザ光Ｌを照射できるように、レーザ切断装置１６と切断対象物Ａとレーザ受け部材１７を位置決めする。

ここで、計測装置２０がレーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離を計測し、焦点位置調整装置１８がレーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整する、すなわち、計測装置２０は、レーザ切断装置１６におけるレーザ光の出射位置から切断対象物Ａの表面Ａａまでの距離Ｌ１を計測する。焦点位置調整装置１８は、切断対象物Ａの表面Ａａにレーザ切断装置１６の焦点Ｐが位置するようにレーザ切断装置１６を調整する。このとき、計測装置２０は、レーザ切断装置１６におけるレーザ光の出射位置からレーザ受け部材１７の表面までの距離Ｌ２を計測し、レーザ受け部材１７が所定の位置に位置するようにその位置を調整する。

焦点位置調整装置１８によりレーザ切断装置１６の焦点Ｐが調整されると、制御装置２３は、レーザ切断装置１６を作動し、切断対象物Ａに向けてレーザ光Ｌを出射する。すると、切断対象物Ａの表面Ａａに向けてレーザ光Ｌが照射され、切断対象物Ａが切断される。このとき、切断対象物Ａに対して下方からレーザ光Ｌが照射されるため、切断対象物Ａは、レーザ光Ｌの照射部が溶融して溶融物が落下することで、切断対象物Ａに対して連続してレーザ光Ｌを照射できる。そして、レーザ受け部材１７は、切断対象物Ａを通過したレーザ光Ｌを受け止める。

図２に示すように、排気装置２７は、レーザ切断装置１６のレーザ光Ｌにより切断対象物Ａが溶融切断されるとき、発生するヒュームや粉じんを吸引して外部に排出する。冷却装置２８は、レーザ切断装置１６が出射したレーザ光を受け取って加熱したレーザ受け部材１７に冷却水を供給して冷却する。散水装置２９は、レーザ切断装置１６のレーザ光により切断対象物Ａが溶融切断されるとき、耐熱板３０上の落下した溶融物に冷却水を散水して冷却する。

このように第１実施形態の切断システムは、門型クレーン１１と、門型クレーン１１に移動自在に装着される第１ロボットアーム１２および第２ロボットアーム１３と、第１ロボットアーム１２の先端部に支持される切断対象物把持装置１５と、第２ロボットアーム１３の先端部に支持されるレーザ切断装置１６と、レーザ切断装置１６から切断対象物把持装置１５が把持した切断対象物Ａまでの距離を計測する計測装置２０と、計測装置２０の計測結果に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置１８とを備える。

そのため、門型クレーン１１の第１ロボットアーム１２および第２ロボットアーム１３を移動し、切断対象物把持装置１５が切断対象物Ａを把持し、切断対象物把持装置１５とレーザ切断装置１６とを位置決めする。そして、計測装置２０がレーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離を計測し、焦点位置調整装置１８がレーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整し、レーザ切断装置１６が切断対象物Ａに向けてレーザ光Ｌを出射することで、切断対象物Ａを効率良く切断することができる。その結果、切断対象物Ａの位置に合わせてレーザ切断装置１６を移動する必要がなく、切断対象物Ａの切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

第１実施形態の切断システムでは、門型クレーン１１に移動自在に装着される第３ロボットアーム１４と、第３ロボットアーム１４の先端部に支持されてレーザ切断装置１６から出射されて切断対象物Ａを通過したレーザ光Ｌを受け止めるレーザ受け部材１７とを設ける。そのため、レーザ切断装置１６が切断対象物Ａに向けてレーザ光Ｌを出射し、レーザ受け部材１７が切断対象物Ａを通過したレーザ光を受け止めることから、レーザ光Ｌが外部に照射されることかせなく、作業の安全性を向上することができる。

第１実施形態の切断システムでは、レーザ切断装置１６と切断対象物把持装置１５とレーザ受け部材１７を撮影可能なカメラ１９を設ける。そのため、作業者は、カメラ１９の撮影画像を見ながら、各ロボットアーム１２，１３，１４を作動したり、切断対象物Ａの切断作業を確認したりすることができる。

第１実施形態の切断システムでは、カメラ１９の撮影画像に応じて第１ロボットアーム１２と第２ロボットアーム１３と第３ロボットアーム１４の少なくともいずれか一つを作動してレーザ切断装置１６と切断対象物Ａとレーザ受け部材１７の位置関係を調整する制御装置（切断位置調整装置）２３を設ける。そのため、切断対象物Ａに対してレーザ切断装置１６とレーザ受け部材１７を最適な位置に位置決めすることができる。

第１実施形態の切断システムでは、焦点位置調整装置１８は、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を１ｍから４０ｍの範囲で調整可能である。そのため、レーザ切断装置１６と切断対象物Ａが離間していても、レーザ光Ｌの焦点位置を適正に調整することで、切断対象物Ａを適正に切断することができる。

第１実施形態の切断システムでは、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの前方位置にレーザ光Ｌを遮断する難燃性の遮断部材７１，７２を配置する。そのため、レーザ切断装置１６がレーザ光Ｌを出射したとき、レーザ光Ｌが切断対象物Ａから逸れても、レーザ光Ｌが難燃性の遮断部材７１，７２に遮断されることとなり、作業の安全性を向上することができる。

第１実施形態の切断システムでは、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの前方位置に遮断部材７１，７２が配置されていないときにレーザ切断装置の作動を停止する制御装置（安全装置）を設ける。そのため、レーザ光Ｌが切断対象物Ａから逸れても、レーザ光Ｌが外部に照射されることがなく、作業の安全性を向上することができる。

第１実施形態の切断方法は、レーザ切断装置１６から切断対象物把持装置１５が把持した切断対象物Ａまでの距離を計測する工程と、レーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整する工程と、レーザ切断装置１６からレーザ光Ｌを出射して切断対象物Ａを切断する工程とを有する。そのため、切断対象物Ａの位置に合わせてレーザ切断装置１６を移動する必要がなく、切断対象物Ａの切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

［第２実施形態］
図９は、第２実施形態の切断システムを表す概略図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図９に示すように、切断システム８０は、クローラクレーン（走行体）８１と、昇降台８２と、切断対象物把持装置１５と、レーザ切断装置１６と、レーザ受け部材１７と、焦点位置調整装置１８と、カメラ１９と、計測装置２０と、操作装置２１と、モニタ２２と、制御装置２３（いずれも図１参照）とを備える。また、切断システム８０は、排気装置２７と、冷却装置２８と、散水装置２９とを備える。

クローラクレーン８１は、本体９１の下部にクローラ９２を有し、地面Ｇ上を移動可能である。クローラクレーン８１は、所定長さのブーム９３を有し、基端部が本体９１に起倒可能に支持され、先端部にシーブ９４が装着されている。ワイヤロープ９５は、一端部が本体９１のウインチ（図示略）に巻き取られ、先端部がシーブ９４を介して垂下し、フック９６が装着されている。

昇降台８２は、支持台１０１に複数の連結部材１０２を介して吊台１０３が連結されて構成され、吊台１０３に連結部１０４が設けられている。クローラクレーン８１は、ワイヤロープ９５のフック９６が連結部１０４に連結することで、昇降台８２を吊り下げ支持する。そのため、クローラクレーン８１が地面Ｇ上を移動することで、昇降台８２を水平方向に移動することができ、ブーム９３を起倒したり、ワイヤロープ９５を上下に移動したりすることで、昇降台８２を鉛直方向に移動することができる。

昇降台８２は、アーム１０５を介して切断対象物把持装置１５が装着される。昇降台８２は、レーザ切断装置１６が搭載される。また、上述したクローラクレーン８１と同様のクローラクレーン（図示略）が配置され、ワイヤロープ１１１のフック１１２にレーザ受け部材１７の連結部１１３が連結されている。切断対象物把持装置１５は、切断対象物Ｂを把持するためのロボットハンドである。レーザ切断装置１６は、レーザ光を出射して切断対象物Ｂに照射することで、この切断対象物Ｂを切断するものである。レーザ切断装置１６は、焦点位置調整装置１８が設けられる。焦点位置調整装置１８は、レーザ切断装置１６から切断対象物Ｂまでの距離に応じて、レーザ切断装置１６が出射するレーザ光の焦点位置を調整するものである。レーザ受け部材１７は、レーザ切断装置１６から出射されて切断対象物Ａを通過したレーザ光を受け止めるものである。

このように第２実施形態の切断システムは、クローラクレーン８１と、クローラクレーン８１に昇降自在に支持される昇降台８２と、昇降台８２に支持される切断対象物把持装置１５と、昇降台８２に支持されるレーザ切断装置１６と、レーザ切断装置１６から切断対象物把持装置１５が把持した切断対象物こまでの距離を計測する計測装置２０と、計測装置２０の計測結果に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光の焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置１８とを備える。

そのため、クローラクレーン８１を作動し、切断対象物把持装置１５が切断対象物Ｂを把持し、切断対象物把持装置１５とレーザ切断装置１６とを位置決めする。そして、計測装置２０がレーザ切断装置１６から切断対象物Ｂまでの距離を計測し、焦点位置調整装置１８がレーザ切断装置１６から切断対象物Ａまでの距離に基づいてレーザ切断装置１６が出射するレーザ光Ｌの焦点位置を調整し、レーザ切断装置１６が切断対象物Ｂに向けてレーザ光を出射することで、切断対象物Ｂを効率良く切断することができる。その結果、切断対象物Ｂの位置に合わせてレーザ切断装置１６を移動する必要がなく、切断対象物Ｂの切断作業における作業効率の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、走行体を門型クレーン１１やクローラクレーン８１としたが、この構成に限定されるものではなく、他のクレーンであってもよく、また、クレーンに限らず、走行可能なロボットなどであってもよい。

また、上述した実施形態では、レーザ受け部材１７を移動自在に支持したが、所定の位置に固定してもよい。

また、上述した実施形態にて、切断対象物Ａ，Ｂは、地面Ｇ上に載置されたものであったり、地面Ｇ上に立設されたものであったりしてもよく、本発明の切断システムおよび方法は、どのような形態、形状、寸法の切断対象物であっても切断することができる。

１０，８０ 切断システム
１１ 門型クレーン（走行体）
１２ 第１ロボットアーム
１３ 第２ロボットアーム
１４ 第３ロボットアーム
１５ 切断対象物把持装置
１６ レーザ切断装置
１７ レーザ受け部材
１８ 焦点位置調整装置
１９ カメラ
２０ 計測装置
２１ 操作装置
２２ モニタ
２３ 制御装置
２４，２５，２６ 駆動部
２７ 排気装置
２８ 冷却装置
２９ 散水装置
３０ 耐熱板
３１ 架台
３２ 脚部
３３ 走行装置
３４ ガイドレール
３５ 点検歩道
３６ ガーダ
３７，３８，３９ トロリ
４１ 光ファイバ
４２ レーザヘッド
５１ 集光レンズ
５２ 第１レンズ
５３ 第２レンズ
６０ 移動モジュール
６１ 溝付固定内筒
６２ レンズホルダ
６３ 溝付外筒
８１ クローラクレーン（走行体）
８２ 昇降台
Ａ，Ｂ 切断対象物

Claims (9)

1. 走行体と、
   前記走行体に移動自在に装着される第１ロボットアームおよび第２ロボットアームと、
   前記第１ロボットアームの先端部に支持される切断対象物把持装置と、
   前記第２ロボットアームの先端部に支持されるレーザ切断装置と、
   前記レーザ切断装置から前記切断対象物把持装置が把持した切断対象物までの距離を計測する計測装置と、
   前記計測装置の計測結果に基づいて前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置と、
   を備えることを特徴とする切断システム。
2. 前記走行体に移動自在に装着される第３ロボットアームと、前記第３ロボットアームの先端部に支持されて前記レーザ切断装置から出射されて前記切断対象物を通過したレーザ光を受け止めるレーザ受け部材とを備えることを特徴とする請求項１に記載の切断システム。
3. 前記レーザ切断装置と前記切断対象物把持装置と前記レーザ受け部材を撮影可能なカメラが設けられることを特徴とする請求項２に記載の切断システム。
4. 前記カメラの撮影画像に応じて前記第１ロボットアームと前記第２ロボットアームと前記第３ロボットアームの少なくともいずれか一つを作動して前記レーザ切断装置と前記切断対象物と前記レーザ受け部材の位置関係を調整する切断位置調整装置を有することを特徴とする請求項３に記載の切断システム。
5. 前記焦点位置調整装置は、前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を１ｍから４０ｍの範囲で調整可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の切断システム。
6. 前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の前方位置にレーザ光を遮断する難燃性の遮断部材が配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の切断システム。
7. 前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の前方位置に前記遮断部材が配置されていないときに前記レーザ切断装置の作動を停止する安全装置が設けられることを特徴とする請求項６に記載の切断システム。
8. 走行体と、
   前記走行体に昇降自在に支持される昇降台と、
   前記昇降台に支持される切断対象物把持装置と、
   前記昇降台に支持されるレーザ切断装置と、
   前記レーザ切断装置から前記切断対象物把持装置が把持した切断対象物までの距離を計測する計測装置と、
   前記計測装置の計測結果に基づいて前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整可能な焦点位置調整装置と、
   を備えることを特徴とする切断システム。
9. 走行体と、
   前記走行体に支持される切断対象物把持装置と、
   前記走行体に支持されてレーザ光の焦点位置を調整可能なレーザ切断装置と、
   を備える切断システムにおいて、
   前記レーザ切断装置から前記切断対象物把持装置が把持した切断対象物までの距離を計測する工程と、
   前記レーザ切断装置から切断対象物までの距離に基づいて前記レーザ切断装置が出射するレーザ光の焦点位置を調整する工程と、
   前記レーザ切断装置からレーザ光を出射して前記切断対象物を切断する工程と、
   を有することを特徴とする切断方法。

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