JP2021085836A - レーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザの照射状態を精度よく診断可能なレーザ照射状態診断方法等を提供する。【解決手段】レーザ照射状態診断方法を、照射対象物Ｏの表面を照射箇所ＢＳが走査するようレーザビームＲを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度や周波数帯域分布などの特徴に基づいて、照射対象物の表面に存在する付着物の剥離状態等を判別する構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、照射対象物の表面にレーザを照射する際の照射状態を診断する方法、プログラム、装置、及び、照射状態の診断機能を有するレーザ照射装置に関するものである。

レーザ光を用いた表面処理に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、レーザ光を照射対象物に照射する照射ヘッドに、レーザ光を所定の偏角だけ偏向させるウェッジプリズムを設け、このウェッジプリズムを回転させながらレーザ光を照射することによって、照射箇所が照射対象物の表面を旋回しながら走査し、照射対象物の表面に付着した旧塗膜や異物等が除去（クリーニング）されることが記載されている。

また、特許文献２には、ピアッシング加工を行うレーザ加工装置において、加工ヘッド近傍に設けたマイクにより加工ガスを供給することで発生する加工音を検出し、穴が貫通しているか否かにより周波数特性が異なることを利用して、ピアッシング完了を判定することが記載されている。

特開２００２− ８９０３３号公報 特開平 ６−２７７８６２号公報

特許文献１に記載した照射対象物の表面の付着物をレーザビームで照射して剥離させるいわゆるレーザクリーニングにおいて、例えば鋼製構造物の除錆における除錆度の確認は、もっぱら目視により行われている。
しかし、目視による確認では作業者の主観的な判断に依存することになり、作業者間の個人差を排することは困難である。
特許文献２には、ピアッシング（穴開け）加工における穴の貫通時の加工ガスによる加工音の変化に基づいてピアッシング加工の結果を検出することが記載されているが、照射対象物自体には例えば貫通穴が開くなどの顕著な形状変化が生じないレーザクリーリング等においては、この技術を適用することはできない。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、レーザの照射状態を精度よく診断可能なレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置を提供することである。

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、照射対象物の表面を照射箇所が走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、前記音響情報の特徴に基づいて、前記照射対象物の表面に存在する付着物の剥離状態を判別することを特徴とするレーザ照射状態診断方法である。
これによれば、照射対象物の表面から付着物が剥離される際に発生する特有の音の特徴に基づいて、レーザビームの照射による付着物の剥離量などの剥離状態を判別し、例えば剥離処理が終了して剥離が生じなくなった場合に、これを精度よく判別することができる。
このような診断は、作業現場においてリアルタイムで行うことができ、直ちに施工条件に反映させることができる。また、記録した音響情報を用いて、別途ラボなどで解析を行うことも可能である。（後述する他の診断も同様である）

請求項２に係る発明は、前記音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記剥離状態を判別することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射状態診断方法である。
請求項３に係る発明は、前記特定の周波数帯域は、前記付着物が前記レーザビームからの入熱で破砕される際に発生する音の周波数を含むことを特徴とする請求項２に記載のレーザ照射状態診断方法である。
請求項４に係る発明は、前記音響情報における周波数帯域分布の特徴に基づいて、前記剥離状態を判別することを特徴とする請求項１に記載のレーザ照射状態診断方法である。
これらの各発明によれば、上述した効果を確実に得ることができる。

請求項５に係る発明は、前記音響情報の特徴に基づいて、前記レーザビームのフォーカス状態を判別す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状態診断方法である。
請求項６に係る発明は、照射対象物の表面を照射箇所が走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、前記音響情報の特徴に基づいて、前記レーザビームのフォーカス状態を判別することを特徴とするレーザ照射状態診断方法である。
レーザビームの焦点位置が照射対象物の表面と近接したフォーカス状態と、フォーカス状態に対して焦点位置が照射対象物の表面から相対的に離間したデフォーカス状態とでは、照射対象物の表面における付着物の剥離状態が変化することにより、付着物の剥離により発生する音の音圧や周波数などの特徴が変化する。
これらの発明によれば、取得した音響情報の特徴に基づいて、フォーカス状態、デフォーカス状態を判別することができる。

請求項７に係る発明は、前記音響情報を前記レーザビームの焦点位置が前記照射対象物の表面に近接した状態で取得した基準音響情報と比較して、前記フォーカス状態を判別することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザ照射状態診断方法である。
請求項８に係る発明は、前記音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記フォーカス状態を判別することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザ照射状態診断方法である。
これらの各発明によれば、フォーカス状態に応じた音響情報の特徴を適切に抽出することができる。

請求項９に係る発明は、前記レーザビームの焦点位置を前記照射対象物に対して変位させた際の前記音響情報の変化に基づいて前記フォーカス状態を判別することを特徴とする請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法である。
これによれば、フォーカス状態を得られる照射ヘッドの位置を確実に検出し、施工品質を確保することができる。

請求項１０に係る発明は、前記レーザビームは前記照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するよう前記照射対象物に対して相対変位し、前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別することを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法である。
請求項１１に係る発明は、照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別することを特徴とするレーザ照射状態診断方法である。
照射対象物の表面を、照射箇所が所定のパターンに沿って走査する場合、レーザビームを出射する照射ヘッドが照射対象物に対して傾斜すると、パターン上における照射箇所の位置に応じてフォーカス状態が変化することになり、走査周期（例えば、照射箇所が旋回する場合には旋回の周期。ガルバノスキャナ等により往復する場合には往復の周期。）と同一の周期を有する周期的な音響情報の変化が生じる。
これらの発明によれば、音響情報の周期的な変化に基づいて照射ヘッドの傾斜状態を判別することにより、例えば照射ヘッドの位置や姿勢を検出する専用のセンサ等を設けることなく、簡単な構成により適切に照射ヘッドの傾斜を検出することができる。

請求項１２に係る発明は、前記レーザビームの照射条件を所定の周期で変化させながら前記音響情報を取得するとともに、前記周期に同期する信号を抽出することを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法である。
これによれば、所定の周期に同期する信号のみを抽出することが可能であり、Ｓ／Ｎ比を改善するなど信号の品質を改善し、より精度よくレーザ照射状態を診断することができる。

請求項１３に係る発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法を、音響情報を取得する音響情報取得部を備えるコンピュータに実行させるレーザ照射状態診断プログラムである。
これによれば、上記各レーザ照射状態診断方法の発明の効果と同様の効果を得ることができる。
なお、本明細書、請求の範囲等において、コンピュータは、いわゆる通常のラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータのほか、例えば照射ヘッド、操作盤などの照射装置の一部に組み込まれたものや、タブレット、スマートフォンなどの各種携帯端末機器などの他の機器に内蔵されたものも含むものとする。例えば、本発明のプログラムは、汎用の携帯端末機器にダウンロードなどにより提供されるアプリケーションプログラムとして利用することも可能である。

請求項１４に係る発明は、レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう照射する際の前記照射箇所近傍の音響情報を取得する音響情報取得部と、前記音響情報の特徴に基づいて、前記照射対象物の表面に存在する付着物の剥離状態を判別する剥離状態判別部とを備えることを特徴とするレーザ照射状態診断装置である。
請求項１５に係る発明は、前記音響信号における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記剥離状態を判別する剥離状態判別部を備えることを特徴とする請求項１４に記載のレーザ照射状態診断装置である。
請求項１６に係る発明は、前記特定の周波数帯域は、前記付着物が前記レーザビームからの入熱で破砕される際に発生する音の周波数を含むことを特徴とする請求項１５に記載のレーザ照射状態診断装置である。
請求項１７に係る発明は、前記剥離状態判別部は、前記音響情報における周波数帯域分布の特徴に基づいて、前記剥離状態を判別することを特徴とする請求項１４に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これらの各発明によれば、上述した請求項１乃至請求項４に係る発明と同様の効果を得ることができる。

請求項１８に係る発明は、前記剥離状態判別部が前記付着物の剥離状態の沈静化を判別した場合にユーザに報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１４から請求項１７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、照射対象物の表面の付着物の剥離処理が終了したことをユーザに報知し、適切な処置を促すことができる。なお、本明細書、請求の範囲において、剥離状態の鎮静化とは、照射対象物からの付着物の剥離量が低減した状態を意味するものとする。

請求項１９に係る発明は、前記音響情報の特徴に基づいて前記レーザビームのフォーカス状態を判別するフォーカス状態判別部を備えることを特徴とする請求項１４から請求項１８までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
請求項２０に係る発明は、レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう照射する際の前記照射箇所近傍の音響情報を取得する音響情報取得部と、前記音響情報の特徴に基づいて前記レーザビームのフォーカス状態を判別するフォーカス状態判別部とを備えることを特徴とするレーザ照射状態診断装置である。
請求項２１に係る発明は、前記フォーカス状態判別部は、前記レーザビームの焦点位置が前記照射対象物の表面に近接した状態で取得した基準音響情報と比較して、前記レーザビームのフォーカス状態を判別することを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のレーザ照射状態診断装置である。
請求項２２に係る発明は、前記フォーカス状態判別部は、前記音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記フォーカス状態を判別することを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のレーザ照射状態診断装置である。
請求項２３に係る発明は、前記フォーカス状態判別部は、前記レーザビームの焦点位置を前記照射対象物に対して変位させた際の前記音響情報の変化に基づいて前記フォーカス状態を判別することを特徴とする請求項１９から請求項２２までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これらの各発明によれば、上述した請求項５乃至請求項９と同様の効果を得ることができる。
請求項２４に係る発明は、前記フォーカス状態判別部がデフォーカス状態を判別した場合にユーザに報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、デフォーカス状態が発生した場合に迅速にユーザに対して是正を促すことにより、施工品質を向上することができる。

請求項２５に係る発明は、前記レーザビームは前記照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するよう前記照射対象物に対して相対変位し、前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別する傾斜状態判別部を備えることを特徴とする請求項１４から請求項２４までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
請求項２６に係る発明は、照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得する音響情報取得部と、前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別する傾斜状態判別部とを備えることを特徴とするレーザ照射状態診断装置である。
これらの発明によれば、上述した請求項１０，１１に係る発明と同様の効果を得ることができる。

請求項２７に係る発明は、前記音響情報取得部は、前記レーザビームの照射条件を所定の周期で変化させながら前記音響情報を取得するとともに、前記周期に同期する信号を抽出することを特徴とする請求項１４から請求項２６までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、上述した請求項１２に係る発明と同様の効果を得ることができる。

請求項２８に係る発明は、前記音響情報取得部は、前記レーザビームを出射する照射ヘッドに設けられた集音装置を有することを特徴とする請求項１４から請求項２７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、照射ヘッドに集音装置を設けることにより、照射ヘッドとは別体に設けられる集音装置の設置、撤去などの取り扱いが不要となり、工程を簡素化することができる。
また、集音装置を、確実に照射箇所近傍を指向した状態で保持することができる。

請求項２９に係る発明は、前記集音装置は複数設けられ、前記音響情報取得部は、複数の前記集音装置の出力に基づいて前記音響情報を生成することを特徴とする請求項２８に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、複数の集音装置の出力を処理して音響情報を生成することにより、信号の品質を向上し、照射状態の診断精度を向上することができる。例えば、各集音装置の出力の平均を用いることにより、照射箇所近傍への指向性を強めることができる。

請求項３０に係る発明は、前記音響情報取得部は、前記照射ヘッドから離間した箇所に設置される集音装置を有することを特徴とする請求項１４から請求項２７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、照射ヘッド自体が駆動装置（例えばモータ等のアクチュエータや、ベアリング等）などから発生する騒音の影響を集音装置が受けにくく、照射状態の診断精度を向上することができる。

請求項３１に係る発明は、前記音響情報取得部は、前記照射対象物に取り付けられる集音装置を有することを特徴とする請求項１４から請求項２７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置である。
これによれば、音響情報を照射対象物からの固体伝搬により取得することにより、周囲の環境のノイズ等の影響を集音装置が受けにくく、照射状態の診断精度を向上することができる。

請求項３２に係る発明は、レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう出射する照射ヘッドと、請求項１４から請求項３１までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置とを備えるレーザ照射装置である。
これによれば、請求項１４から請求項３１までの各発明と同様の効果を得ることができる。

請求項３３に係る発明は、前記照射ヘッドは、前記レーザビームの光路を変化させる可動光学系を駆動する駆動装置を有し、前記音響情報に基づいて前記駆動装置の異常を判別する異常判別部を備えることを特徴とする請求項３２に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、集音装置が取得する音響情報を用いることにより、他に専用のセンサ等を設けることなく簡素な構成によりレーザ照射状態及び駆動装置の異常をともに判別することができる。

請求項３４に係る発明は、前記照射ヘッドは、前記レーザビームの光路を変化させる可動光学系を駆動する駆動装置を有し、前記音響情報に基づいて前記駆動装置の駆動速度を検出する速度検出部を備えることを特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、集音装置が取得する音響情報を用いることにより、他に専用のセンサ等を設けることなく簡素な構成によりレーザ照射状態及び駆動装置の駆動速度をともに判別することができる。

請求項３５に係る発明は、前記音響情報から予め設定された特徴を有する特定音声を認識する音声認識部を備え、前記音声認識部が前記特定音声を認識した場合に、出射される前記レーザビームの照射条件を変更し、又は、前記レーザビームの出射を停止することを特徴とする請求項３２から請求項３４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、例えば危険な状態など、レーザビームの出射を継続すべきではないことを示す特定音声の検出に応じて、出射を停止することにより、安全性、利便性を向上することができる。
請求項３６に係る発明は、前記特定音声は、作業者の周囲又は照射対象物の被照射領域の外側に配置される発音体が発生する音声であることを特徴とする請求項３５に記載のレーザ照射装置である。
例えば、特定の周波数や発音パターン（音の断続、周波数変化等）を有する特定音声を出力するスピーカ、ブザーなどの発音体を、作業者の周囲に配置（作業者が携帯することを含む）することにより、誤って作業者へ照射することを防止できる。ここでいう作業者は、照射ヘッドを操作する者に限らず、作業エリアに存在するすべての人を含むものとする。
また、照射対象物の周囲にこのような発音体を配置することにより、誤って照射対象物以外の物体等に照射されることを防止できる。
また、作業者が例えばホイッスルを吹鳴するなど特定音声を発生させることにより、直接照射装置を操作しなくても緊急停止を行うことが可能となる。
請求項３７に係る発明は、前記特定音声は、作業者の肉声であることを特徴とする請求項３５に記載のレーザ照射装置である。
これによれば、例えば、作業者の叫び声や、危険を示す言葉（例えば、「危ない」など）を認識した場合に、照射装置を緊急停止することが可能となる。

請求項３８に係る発明は、レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう出射する照射ヘッドと、請求項１４から請求項１８までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置とを備えるレーザ照射装置であって、前記剥離状態判別部が前記付着物の剥離状態の沈静化を判別した場合に、出射される前記レーザビームの照射条件を変更し、又は、前記レーザビームの出射を停止す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、照射対象物の表面の付着物の剥離処理が終了に応じて、自動的にレーザビームの強度を低下、あるいは、レーザビームの出射を停止することにより、利便性を向上するとともに、過度の照射により照射対象物にダメージを与えることを防止できる。

以上説明したように、本発明によれば、レーザの照射状態を精度よく診断可能なレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置を提供することができる。

本発明を適用したレーザ照射状態診断方法、及び、レーザ照射装置の第１実施形態における照射ヘッドの断面図である。 第１実施形態のレーザ照射装置におけるシステム構成を模式的に示すブロック図である。 第１実施形態のレーザ照射装置におけるレーザ照射時の音響情報の周波数スペクトルの一例を示す図である。 第１実施形態のレーザ照射装置において錆除去施工をする場合の周波数帯域毎の音響情報の強度推移の一例を示す図である。 第１実施形態のレーザ照射装置におけるレーザ照射時の音響情報のフォーカス、デフォーカスに応じたスペクトログラムの一例を示す図である。 第１実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの傾斜時、非傾斜時における周波数領域で表現した音響情報の一例を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を適用したレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置の第１実施形態について説明する。
第１実施形態のレーザ照射状態診断方法を実行する第１実施形態のレーザ照射装置は、レーザ発振器からファイバを介して供給されるレーザ光のビームを照射対象物Ｏに照射し、照射箇所（ビームスポットＢＳ）が照射対象物Ｏの表面を円弧上の走査パターンに沿って走査することによって、錆の除去、旧塗膜の剥離や付着した異物除去等の各種クリーニング処理を行う照射ヘッド１を備えている。
照射対象物Ｏは、一例として、一般鋼、ステンレス鋼、アルミニウム系合金などの金属製の構造物等であるが、特に限定されない。
クリーニング処理は、照射対象物Ｏの表面で照射箇所（ビームスポットＢＳ）を、例えば直径１０ｍｍ程度あるいはそれ以上の比較的大径の円弧に沿って旋回させて走査し、照射対象物Ｏの表面に付着した錆、旧塗膜（剥離すべき塗膜）、酸化皮膜等の各種皮膜、ダスト、煤等をクリーニングするレーザ加工（表面処理）である。
図１は、第１実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの断面図である。

照射ヘッド１は、図示しないファイバを介し、レーザ発振器１１０（図２参照）から伝達される連続波（ＣＷ）のレーザビームＲを、照射対象物Ｏに照射するものである。
照射ヘッド１は、例えば、作業者が手持ちして作業を行うことが可能なハンディタイプのものであるが、所定のパスに沿って照射ヘッド１を移動可能なロボットに取り付けて用いることも可能である。

照射ヘッド１は、フォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０、回転筒４０、モータ５０、モータホルダ６０、保護ガラスホルダ７０、ハウジング８０、ダクト９０等を備えている。

フォーカスレンズ１０は、レーザ発振器１１０からファイバを経由して照射ヘッド１に伝達されたレーザビームＲが、図示しないコリメートレンズを通過した後に入射される光学素子である。
コリメートレンズは、ファイバの端部から出射されたレーザ光を、実質的に平行なビームにする（コリメートする）光学素子である。
フォーカスレンズ１０は、コリメートレンズが出射するレーザビームＲを、所定の焦点位置において集光（合焦）させる光学素子である。
フォーカスレンズ１０として、例えば、正のパワーを有する凸レンズを用いることができる。

なお、レーザビームＲによる照射対象物Ｏの表面における照射箇所であるビームスポットＢＳは、この焦点位置と一致あるいは焦点深度内に含まれる近接状態において（フォーカス状態）、あるいは、焦点位置から離間して（デフォーカス状態）配置される。
焦点深度とは、ビーム径が所定の許容錯乱円の径以下となる光軸方向の範囲を意味する。

ウェッジプリズム２０は、フォーカスレンズ１０が出射するレーザビームＲを、所定の偏角θ（図１参照）だけ偏向させ、入射側と出射側の光軸角度を異ならせる光学素子である。
ウェッジプリズム２０は、入射側の光軸方向と直交する方向における一方の厚さが他方の厚さに対して大きくなるように、連続的に厚さが変化する板状に形成されている。
保護ガラス３０は、ウェッジプリズム２０に対して光軸方向に沿って焦点位置側（照射対象物Ｏ側、ビームスポットＢＳ側）に隣接して配置された平板ガラス等からなる光学素子である。

保護ガラス３０は、照射対象物Ｏ側から飛散する剥離物、スパッタや粉塵等の異物が、ウェッジプリズム２０等の他の光学素子に付着することを防止する保護部材である。
保護ガラス３０は、照射ヘッド１が有する光学系のうち、光軸方向に沿って最も焦点位置側に配置された光学素子であり、後述する空間部Ｓやダクト９０の内部を介して、照射対象物Ｏ側に露出することになる。
フォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０は、例えば光学ガラス等の透明な材料からなる部材の表面に、反射防止や表面保護等を目的としたコーティングを施して構成されている。

回転筒４０は、内径側にフォーカスレンズ１０及びウェッジプリズム２０を保持する円筒状の部材である。
回転筒４０は、フォーカスレンズ１０の光軸、及び、フォーカスレンズ１０に入射するレーザビームＲの光軸（コリメートレンズの光軸）と同心に形成されている。
回転筒４０は、図示しないベアリングにより、ハウジング８０に対して、フォーカスレンズ１０の光軸と一致する回転中心軸回りに回転可能に指示されている。
回転筒４０は、例えばアルミニウム系合金等の金属や、エンジニアリングプラスチック等により形成されている。

モータ５０は、回転筒４０をハウジング８０に対して回転中心軸回りに回転駆動する電動アクチュエータである。
モータ５０は、例えば、回転筒４０と同心に構成され、回転筒４０の外径側に設けられた円環型モータとして構成される。
モータ５０の図示しないステータは、モータホルダ６０を介してハウジング８０に固定されている。
モータ５０の図示しないロータは、回転筒４０に固定されている。
モータ５０は、モータ駆動装置１２０（図２参照）によって、回転筒４０の回転速度が所望の目標回転速度と実質的に一致するように制御される。

回転筒４０の回転中心軸が照射対象物Ｏの照射箇所付近の表面と直交するよう照射ヘッド１の姿勢を維持し、モータ５０が回転筒４０とともにウェッジプリズム２０を回転させることにより、ビームスポットＢＳは、照射対象物Ｏの表面に沿って、回転筒４０の回転中心軸回りに円弧状に旋回走査することになる。
この状態で照射ヘッド１を照射対象物Ｏの表面に沿って並進移動させると、ビームスポットＢＳは、円弧状に旋回しつつ照射対象物Ｏの表面を走査することになる。
これにより、照射対象物Ｏ上の任意の点に着目した場合には、短時間のみレーザビームＲがパルス状に入射し、短時間のうちに急速加熱、急速冷却が順次行われる。
このとき、照射対象物Ｏの表面に形成された旧塗膜、錆、被膜等や、付着した異物などのクリーニング対象物（付着物）は、破砕されて飛散する。

モータホルダ６０は、ハウジング８０の内部において、モータ５０のステータを所定の位置に保持する支持部材である。
モータホルダ６０の本体部は、円筒状に形成され、ハウジング８０の内径側に挿入された状態でハウジング８０に固定されている。
モータホルダ６０の内周面は、モータ５０の外周面と対向して配置され、モータ５０のステータに固定されている。

モータホルダ６０の外周面と内周面との間隔の一部には、パージガスＰＧが通流されるパージガス流路６１が形成されている。
パージガスＰＧは、照射ヘッド１の使用時（照射時）に、後述するダクト９０の内筒９１の内部における保護ガラス３０の照射対象物Ｏ側の面部が接する空間部Ｓから、照射対象物Ｏ側へ噴出される気体である。保護ガラス３０の照射対象物Ｏ側の面部は、この空間部Ｓの内部に露出して配置されている。
パージガスＰＧは、照射対象物Ｏ側から飛散する旧塗膜、錆、皮膜の破片などの塵埃や、スパッタ等の異物が、ハウジング８０の内部に飛来して保護ガラス３０に付着することを防止する機能を有する。

パージガス流路６１は、モータホルダ６０の一部を、モータ５０の軸方向に貫通して形成された開口である。
パージガス流路６１から出たパージガスＰＧは、ハウジング８０内に設けられた流路を経由して、ダクト９０の内筒９１の内径側に導入される。

保護ガラスホルダ７０は、保護ガラス３０を保持した状態でハウジング８０の内径側に固定される部材である。
保護ガラスホルダ７０は、例えば、中央部に円形の開口が形成された円盤状に形成されている。
レーザビームＲは、開口を介してウェッジプリズム２０側から照射対象物Ｏ側へ通過する。
保護ガラスホルダ７０の照射対象物Ｏ側の面部には、保護ガラス３０がはめ込まれる凹部が形成されている。
保護ガラス３０は、この凹部にはめ込まれた状態で、ハウジング８０の内部において保持されている。

保護ガラス３０は、汚染や焼損が発生した場合には交換が可能なよう、保護ガラスホルダ７０に着脱可能に取り付けられている。
保護ガラスホルダ７０の照射対象物Ｏ側とは反対側の面部は、モータホルダ６０の照射対象物Ｏ側の端面と間隔を隔てて対向して配置されている。
この間隔は、モータホルダ６０のパージガス流路６１から導入されるパージガスＰＧを保護ガラス３０の照射対象物Ｏ側の空間部Ｓに導入する流路の一部（流体供給部の一部）を構成する。

ハウジング８０は、照射ヘッド１の本体部の筐体を構成する円筒状の部材である。
ハウジング８０の内部には、上述したフォーカスレンズ１０、ウェッジプリズム２０、保護ガラス３０、回転筒４０、モータ５０、モータホルダ６０、保護ガラスホルダ７０等のほか、図示しないファイバの照射ヘッド１側の端部や、コリメートレンズ等が収容されている。

ダクト９０は、ハウジング８０の照射対象物Ｏ側の端部から突出して設けられた二重筒状の部材である。
ダクト９０は、内筒９１、外筒９２、集塵装置接続筒９３等を有する。
上述したモータホルダ６０、保護ガラスホルダ７０、ハウジング８０は、例えばアルミニウム系合金等の金属や、エンジニアリングプラスチック等により形成されている。

内筒９１は、円筒状に形成されている。
レーザ光Ｒは、内筒９１の内径側を通過して照射対象物Ｏ側に出射される。
内筒９１のハウジング８０側の端部には、他部に対して段状に小径に形成された小径部９１ａが形成されている。
小径部９１ａの内部の空間部Ｓには、ハウジング８０の内部から、パージガスＰＧが導入される。

内筒９１の照射対象物Ｏ側の端部には、照射対象物Ｏ側が小径となるように先窄みとなったテーパ部９１ｂが形成されている。
テーパ部９１ｂは、レーザ光Ｒの通過を許容しつつ、パージガスＰＧの気流を絞って流速を増加させる機能を有する。

外筒９２は、内筒９１と同心に配置された円筒状の部材であって、内筒９１の外径側に設けられている。
外筒９２の内周面と外筒９１の外周面との間には、全周にわたって連続した隙間が形成されている。
外筒９２のハウジング８０側の端部には、他部に対して段状に小径に形成された小径部９２ａが形成されている。
小径部９２ａは、ハウジング８０の照射対象物Ｏ側の端部に嵌め込まれた状態で固定される。
外筒９２の照射対象物Ｏ側の端部９２ｂの縁は、回転筒４０の回転中心軸を水平として照射する際の通常使用時における上方が下方に対してハウジング８０側となるように、回転筒４０の回転中心軸に対して傾斜して形成されている。

集塵装置接続筒９３は、外筒９２から外径側に突出し、外筒９２の内径側と連通した状態で接続された円筒状の筒体である。
集塵装置接続筒９３は、上述した通常使用時における外筒９２の下方に設けられている。
集塵装置接続筒９３は、照射対象物Ｏ側からハウジング８０側に近づくとともに、外筒９２から離間するように、外筒９２に対して傾斜して配置されている。
集塵装置接続筒９３の一方の端部は、外筒９２の照射対象物Ｏ側の端部近傍において、外筒９２の内部と連通するように外筒９２に接続されている。
集塵装置接続筒９３の他方の端部は、集塵装置１４０（図２参照）に接続され、内部が負圧となるように真空吸引されるようになっている。

第１実施形態においては、レーザビームＲを出射しながら、回転筒４０及びウェッジプリズム２０を回転させることにより、ビームスポットＢＳが照射対象物Ｏの表面に沿って所定の半径の円弧上に旋回する。
この状態で、照射ヘッド１を照射対象物Ｏの表面に沿って並進移動させることにより、照射対象物Ｏの表面をビームスポットＢＳが走査するクリーニング処理を行うことが可能である。

また、第１実施形態においては、パージガスＰＧとして、シールドガスとしても機能する例えば窒素ガス等の不活性ガスを用いることができる。
この不活性ガスは、ビームスポットＢＳ及びその旋回半径内（走査パターン内）を含む領域を、窒素が充満した雰囲気とし、酸素から遮断した状態とする。

図２は、第１実施形態のレーザ照射装置におけるシステム構成を模式的に示すブロック図である。
レーザ照射装置は、レーザ発振器１１０、モータ駆動装置１２０、パージガス供給装置１３０、集塵装置１４０、照射状態診断部２００等を有する。

レーザ発振器１１０は、照射対象物にレーザビームＲとして照射されるレーザ光を発生させ、ファイバを介して照射ヘッド１に供給するものである。
レーザ発振器１１０として、例えば、平均出力が１ｋＷ程度のＣＷレーザを用いることができるが、後述するようにこれに限定はされない。

モータ駆動装置１２０は、モータ５０に駆動用電力を供給する電源装置である。
モータ駆動装置１２０は、モータ５０の回転速度を調節する機能を有する。
モータ駆動装置１２０は、照射状態診断部２００が検出するモータ５０の実際の回転速度が、所定の目標回転速度と一致するようフィードバック制御を行う。
第１実施形態においては、モータ５０の回転速度を、音響情報に基づいて検出する機能を備えている。この点、後に詳しく説明する。

パージガス供給装置１３０は、パージガス流路６１に、例えば窒素ガスなどのパージガスＰＧを供給するものである。
パージガス供給装置１３０は、例えば、パージガスが圧縮された状態で貯留されたボンベ、あるいは、窒素ガス発生装置などを用いることができる。

集塵装置１４０は、レーザビームＲの照射時に照射対象物から飛散する剥離物等を捕集するものである。
集塵装置１４０は、集塵装置接続筒９３に接続され、負圧吸引する負圧発生源や、飛散物を捕集するサイクロン等の集塵手段を有する。

照射状態診断部２００は、ビームスポットＢＳの近傍や、照射ヘッド１自体が発生する音響情報を取得し、これらの音響情報に基づいて、ビームスポットＢＳの照射状態や、照射ヘッド１の状態を診断するものである。
照射状態診断部２００は、例えばＣＰＵ等の情報処理部、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶部、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有するコンピュータとして構成されている。
照射状態診断部２００は、第１実施形態のレーザ照射状態診断方法を行うレーザ照射状態診断プログラムを実行するものである。
照射状態診断部２００には、第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２、処理終了インジケータ２０３、デフォーカスインジケータ２０４、傾斜インジケータ２０５、緊急停止インジケータ２０６等が接続されている。

第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２は、ビームスポットＢＳ近傍の音響情報を取得する集音装置である。
第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２として、例えば単一指向性マイクロフォンを用いることができる。
第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２は、例えば図１に示すように、照射ヘッド１の照射対象物側の端部近傍に、ダクト９０の径方法に離間した状態で、ビームスポットＢＳ近傍を指向するよう設置されている。
これにより、ビームスポットＢＳの周囲の音響情報を感度よく取得するとともに、照射ヘッド１が発生する音もある程度取得することができる。

処理終了インジケータ２０３は、照射状態診断部２００が、照射対象物の表面から実質的に付着物の剥離が生じていないことを判別したときに、ユーザに対して剥離処理が終了したことを示す報知手段である。
デフォーカスインジケータ２０４は、照射状態診断部２００が、ビームスポットＢＳがレーザビームＲの焦点深度から外れたデフォーカス状態である場合に、ユーザに対してデフォーカス状態が発生していること、及び、フォーカス状態とするための照射ヘッド１の移動方法（照射対象物から遠ざかる方向か、近づく方向か）を示す報知手段である。
傾斜インジケータ２０５は、照射状態診断部２００が、照射ヘッド１の軸線方向（回転筒４０の回転中心軸方向）が、照射対象物の表面の法線方向に対して所定値以上傾斜していることを判別した場合に、ユーザに対して、傾斜状態が生じていること、及び、傾斜状態を解消するための照射ヘッド１の操作方向を示す報知手段である。
緊急停止インジケータ２０６は、照射状態診断部２００が、レーザビームＲが照射対象物から外れた状態で照射されていることを検出し、照射を緊急停止した場合に、緊急停止したことをユーザに対して示す報知手段である。
これらの各インジケータは、例えば、警告灯、画像表示装置、音声出力装置などを有して構成される。

照射状態診断部２００は、平均値算出部２１０、高速フーリエ変換部２２０、音響特徴抽出部２３０、音声認識部２４０等を備えている。
照射状態診断部２００は、音響情報取得部、剥離状態判別部、フォーカス状態判別部、傾斜状態判別部、異常判別部、速度検出部、音声認識部としての機能を備えている。
これらの機能については、後に詳しく説明する。

平均値算出部２１０は、第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２がそれぞれ集音した音響データの平均値を算出し、高速フーリエ変換部２２０に伝達するものである。
高速フーリエ変換部２２０は、平均値算出部２１０から伝達された音響情報に対して、公知の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施し、時間領域から周波数領域のデータに変換するものである。
音響特徴抽出部２３０は、高速フーリエ変換部２２０が生成した周波数領域の音響情報から、所定の周波数帯域の成分を抽出し、その強度（振幅）等に基づいて、ビームスポットＢＳにおけるレーザビームＲの照射状態等を判別するものである。
音声認識部２４０は、音響情報から、所定の特徴を有する成分（後述する特定音声など）を認識するものである。
以下、照射状態診断部２００の機能について、詳細に説明する。

＜剥離状態判定機能＞
照射状態診断部２００は、レーザビームＲのビームスポットＢＳが走査している照射対象物Ｏの表面において、例えば錆や、旧塗膜などの処理対象となる付着物が破砕され、剥離されているか否かを判別する機能を有する。
従来、レーザによる除錆施工における除錆度の確認は、もっぱら目視により行われている。
しかし、目視による確認では作業者の主観的な判断に依存することになり、作業者間の個人差を排することは困難である。
そのため、例えばＪＩＳＺ２３５８では、色見本や色彩計によって除錆度を評価することを規定している。しかし、この方法は、施工後の最終的な評価には適するが、評価に時間を要するため、測定結果を施工条件に即座にフィードバックすることが困難である。
また、実際の施工中に、適切な施工状態（照射ヘッドが照射対象物に対して、適切な距離、角度で保持されているかなど）で実行できているかどうかを、リアルタイムで判断することは困難である。
これに対し、第１実施形態においては、音響情報を用いた剥離状態の判別を行うことにより、作業者の主観に依存しない剥離状態の診断を行うことが可能である。また、このような診断は、現場でリアルタイムで行うことが可能であり、直ちに施工条件にフィードバックすることができる。
図３は、第１実施形態のレーザ照射装置におけるレーザ照射時の音響情報の周波数スペクトルの一例を示す図である。
図３において、横軸は周波数を示し、縦軸は振幅（強度・音圧）を示している。
照射対象物の表面の付着物である錆を、レーザビームＲの照射により剥離するクリーニング処理においては、剥離処理の進行に伴って、音響情報の周波数分布特性が変化することを本発明の発明者らは見出した。

図４は、第１実施形態のレーザ照射装置において錆の除去（クリーニング）施工をする場合の周波数帯域毎の音響情報の強度推移の一例を示す図である。
図４において、横軸は時間を示し、縦軸は所定の周波数帯域の音響信号強度の平均値を示している。
９００Ｈｚ乃至１１００Ｈｚのデータを実線で示す。
３ｋＨｚ乃至６ｋＨｚのデータを破線（点線）で示す。
９．９ｋＨｚ乃至１０．１ｋＨｚのデータを一点鎖線で示す。
１４ｋＨｚ乃至１６ｋＨｚのデータを二点鎖線で示す。

図４に示すように、実線で示す９００Ｈｚ乃至１１００Ｈｚの帯域においては、照射処理を繰り返すと、順次強度が低下していることがわかる。
この周波数帯域には、照射対象物の表面に付着した錆が、ビームスポットＢＳが走査中に通過した際の急激な入熱及びこれに引き続く冷却によって破砕される際に発生する音が含まれているものと考えられる。
そこで、このような特定の周波数帯域の音響信号強度の絶対値、あるいは、他の周波数帯域に対する相対値の低下に基づいて、剥離状態の沈静化（剥離量の減少）を判別することができる。
例えば、このような強度が予め設定された閾値以下となった場合に、剥離処理の終了を判別し、レーザビームＲの出射を停止、あるいは、強度を低下させるとともに、処理終了インジケータ２０３によりユーザに対して剥離処理が終了したことを報知する。

＜フォーカス判定＞
照射状態判定部２００は、音響情報に基づいて、レーザビームＲの焦点位置が照射対象物Ｏの表面と実質的に一致するフォーカス状態であるか、あるいは、焦点位置が照射対象物Ｏの表面から離間したデフォーカス状態であるかを判別する機能を有する。
図５は、第１実施形態のレーザ照射装置におけるレーザ照射時の音響情報のフォーカス、デフォーカスに応じたスペクトログラムの一例を示す図である。
図５において、横軸は時間を示し、縦軸は周波数を示す。また、濃色ほど音響信号の強度が高いことを示している。
図５の上段はフォーカス状態のデータを示し、下段はデフォーカス状態のデータを示している。

図５は、断続的に３回の照射を行った際のデータを示している。
このとき、上段に示すフォーカス時には、所定の周波数帯域Ａにおける信号強度が、照射時のほうが非照射時に対して顕著に大きくなっていることがわかるが、デフォーカス時にはこのような現象は見られない。
したがって、このような周波数帯域Ａの強度を、予め設定した閾値と比較することにより、フォーカス状態を判定することができる。
また、これに代えて、フォーカス時における音響信号の帯域毎の強度に関する参照用のデータ（基準音響情報）を予め保持し、実際に取得した音響情報の強度分布の参照用データからの乖離に基づいて、デフォーカス状態を判別する構成としてもよい。

＜傾斜判定＞
照射状態診断部２００は、照射ヘッド１におけるウェッジプリズム２０の回転中心軸が照射対象物の表面の法線方向と一致する正対状態か、これに対して照射ヘッド１が傾斜した傾斜状態かを判別する機能を有する。
図６は、第１実施形態のレーザ照射装置における照射ヘッドの傾斜時、非傾斜時における周波数領域で表現した音響情報の一例を示す図である。
図６において、横軸は周波数を示し、縦軸は音響情報の強度を示している。

照射ヘッド１が正対状態（非傾斜状態）である場合には、ビームスポットＢＳにおけるフォーカスの状態は、旋回中における位置に関わらず一定となる。
これに対し、傾斜状態においては、ビームスポットＢＳの位置により、フォーカスレンズ１０からの距離が変動することにより、フォーカス状態、デフォーカス状態が周期的に変動することになる。この変動周期は、ウェッジプリズム２０の回転周期と一致する。
このため、傾斜状態においては、図中破線の楕円で示すように、ウェッジプリズム２０の回転周期と相関して出現する、規則的なピーク列の強度が、正対状態に対して上昇する。
このようなピークの強度の増大に基づいて、傾斜状態を判別することが可能であり、また、その強度に基づいて、傾斜の程度を推定することも可能である。
照射状態診断部２００は、傾斜状態を判別した場合には、傾斜インジケータ２０５を作動させ、作業者に照射ヘッド１の姿勢を補正することを促す。

＜モータ回転速度判定＞
照射状態診断部２００は、音響情報が有する特定の周波数成分に基づいて、モータ５０の回転速度（ウェッジプリズム２０、回転筒４０の回転速度と等しい）を検出する機能を有する。
音響情報には、モータ５０の回転速度に比例する特定の周波数帯域の成分が含まれる。
照射状態診断部２００は、モータ５０に起因する周波数帯域の推移に基づいて、モータ５０の回転速度を検出することができる。
検出された回転速度は、例えば、モータ駆動装置１２０によるモータ５０の回転速度制御に用いることができる。

＜モータ、軸受異常判定＞
照射状態診断部２００は、音響情報に基づいて、モータ５０、及び、回転筒４０を支持するベアリングの異常を検出する機能を有する。
照射状態診断部２００は、モータ５０、回転筒４０が正常である場合に取得される音響情報を参照用のデータとして保持しており、参照用のデータに含まれない特異な周波数帯域かつ所定以上の強度の成分が存在する場合には、この成分に係る音響信号がモータ５０、ベアリングの故障による異音であると判別する。
異音が検出された場合には、照射状態診断部２００は、照射ヘッド１に何らかの故障が発生しているものとして、レーザビームＲの出射、モータ５０の駆動を停止するとともに、緊急停止インジケータ２０６を作動させる。

＜特定音声による緊急停止＞
照射状態診断部２００は、音響情報に予め設定された特徴を有する特定音声を認識した場合には、レーザビームＲの出射を停止し、あるいは、強度を低下させるなどの照射条件の変更を行う機能を有する。
特定音声として、例えば、特定の周波数や発音パターン（音の断続、周波数変化等）を有する特定音声を出力するスピーカ、ブザーなどの発音体を、作業者の周囲に配置（作業者が携帯することを含む）することにより、誤って作業者等へ照射ヘッド１を向けた状態で照射することを防止できる。ここでいう作業者は、照射ヘッド１を操作する者に限らず、作業エリアに存在するすべての人を含むものとする。

また、照射対象物Ｏの周囲にこのような発音体を配置することにより、発音体に近づいたり、照射ヘッド１を向けたことを認識し、誤って照射対象物Ｏ以外の物体等に照射されることを防止できる。
また、作業者が例えばホイッスルを吹鳴するなどの積極的な動作により特定音声を発生させることにより、直接照射装置を操作しなくても緊急停止を行うことが可能となる。
また、特定音声は、作業者の肉声とすることもできる。
例えば、叫び声や、危険を示す言葉（例えば、「危ない」など）を認識した場合に、照射装置を緊急停止する構成としてもよい。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）照射対象物Ｏの表面から錆などの付着物が剥離される際に発生する特有の音の特徴に基づいて、レーザビームＲの照射による付着物の剥離量などの剥離状態を判別し、例えば剥離処理が終了して剥離が生じなくなった場合にこれを精度よくリアルタイムで判別することができる。
（２）レーザビームＲの焦点位置が照射対象物Ｏの表面と近接したフォーカス状態と、フォーカス状態に対して焦点位置が照射対象物Ｏの表面から相対的に離間したデフォーカス状態とでは、照射対象物の表面における錆等の剥離状態が変化することにより、錆等の剥離により発生する音の音圧や周波数などの特徴が変化する。
この特性を利用し、特定の周波数帯域Ａの強度に基づいて、フォーカス状態、デフォーカス状態を判別することができる。
（３）照射対象物Ｏの表面をビームスポットＢＳが円旋回して走査する場合、照射ヘッド１が照射対象物Ｏに対して傾斜すると、周上におけるビームスポットＢＳの位置に応じてフォーカス状態が変化することになり、旋回周期と同一の周期を有する周期的な音の変化が生じる。
第１実施形態によれば、音響情報の周期的な変化（特定の周波数のピーク）に基づいて照射ヘッド１の傾斜状態を判別することにより、例えば照射ヘッド１の位置や姿勢を検出する位置センサ、加速度センサ等を設けることなく、簡単な構成により適切に照射ヘッド１の傾斜を検出することができる。
（４）照射ヘッド１に第１、第２マイクロフォン２０１，２０２を設けることにより、照射ヘッド１とは別体に設けられる集音装置の設置、撤去などの取り扱いが不要となり、工程を簡素化することができる。
また、確実にビームスポットＢＳ近傍を指向した状態で各マイクロフォン２０１，２０２を保持することができる。
（５）複数のマイクロフォン２０１，２０２の出力を処理して音響情報を生成することにより、信号の品質を向上し、照射状態の診断精度を向上することができる。具体的には、各マイクロフォン２０１，２０２の出力の平均を用いることにより、ビームスポットＢＳ近傍への指向性を強めることができる。
（６）各マイクロフォン２０１，２０２が取得する音響情報を用いて、他に専用のセンサ等を設けることなく簡素な構成によりモータ５０等の駆動装置の回転速度や異常を、レーザ照射状態とともに判別することができる。
（７）例えば危険な状態など、レーザビームの出射を継続すべきではないことを示す特定音声の検出に応じて、出射を停止することにより、安全性、利便性を向上することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用したレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置の第２実施形態について説明する。
以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第２実施形態においては、第１実施形態における照射ヘッド１に設けられた第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２に代えて、照射ヘッド１とは独立して設けられた集音装置（マイクロフォン）を照射対象物に近接して設置し、音響情報を取得するものである。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果（（４）項に記載のものを除く）に加えて、音響情報にモータや軸受等が発生するノイズが含まれにくく、照射状態の診断をより精度よく行うことができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用したレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置の第３実施形態について説明する。
第３実施形態においては、第１実施形態における照射ヘッド１に設けられた第１マイクロフォン２０１、第２マイクロフォン２０２に代えて、照射ヘッド１とは独立して設けられた集音装置（音響ピックアップ）を照射対象物に付着させ、音響情報を取得するものである。
以上説明した第３実施形態においては、音響情報を照射対象物からの固体伝搬により取得することにより、上述した第１実施形態の効果と同様の効果（（４）項に記載のものを除く）に加えて、周囲の環境のノイズ等を集音装置が拾いにくく、照射状態の診断精度をより向上することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明を適用したレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置の第４実施形態について説明する。
第４実施形態においては、照射ヘッド１における照射条件、例えば、レーザ光の強度（発振器出力）、ウェッジプリズムの回転速度、フォーカス位置の少なくとも一つを周期Ｔで変調させ、いわゆるロックインアンプと称されるノイズ除去処理を施すことにより、音響情報の品質（Ｓ／Ｎ）を向上したものである。
ロックインアンプは、ノイズが含まれる信号から、微小な繰り返し信号を抽出することに適した手法である。
照射条件を周期Ｔで変調させた場合、音響信号、もしくは、周波数スペクトルの時間ｔの関数Ｓ（ｔ）も周期Ｔで変化するならば、

Ｓ（ｔ）×ｓｉｎ（２πｔ／Ｔ）、及び、Ｓ（ｔ）×ｃｏｓ（２πｔ／Ｔ）

を時間的に積分すると、ノイズが打ち消されて周期Ｔに同期する信号のみが残るため、レーザビームＲの照射に由来する信号のみを精度よく検出することができる。
以上説明する第５実施形態によれば、所定の周期に同期する信号のみを抽出することが可能であり、Ｓ／Ｎ比を改善し、より精度よくレーザ照射状態を診断することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明を適用したレーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置の第５実施形態について説明する。
第５実施形態においては、照射ヘッド１は、例えばフォーカスレンズ１０を光軸方向に駆動することにより、照射ヘッド１に対する焦点の位置を変更するオートフォーカス機構を有する。
第５実施形態においては、オートフォーカス機構によって照射対象物Ｏに対する焦点位置をフォーカスレンズ１０の光軸方向に連続的、あるいは、断続的に変化させながら上述したフォーカス状態の判別を行い、フォーカス状態が得られるようフォーカスレンズ１０の位置を自動的に設定するオートフォーカス制御を行う。
以上説明した第５実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、フォーカス状態を得られる照射ヘッドの位置を確実に検出し、施工品質を確保することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した各実施形態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。
（１）レーザ照射状態診断方法、レーザ照射状態診断プログラム、レーザ照射状態診断装置、及び、レーザ照射装置の構成は、上述した各実施形態に限定されず。適宜変更することができる。
例えば、レーザ照射状態診断装置、レーザ照射装置を構成する各部材の形状、構造、材質、製法、配置、個数などは、適宜変更することができる。
また、レーザの種類においても、ファイバレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ_２レーザなど、発振方式においても、パルスレーザやＱＣＷレーザなど、適宜選択できる。
（２）各実施形態のレーザ照射装置においては、ウェッジプリズムを回転させることによりレーザビームＲを旋回させているが、これに限らず、他の手法により、照射箇所が所定のパターンに沿って照射対象物の表面を走査するよう構成してもよい。
例えば、ガルバノスキャナを用いて照射対象物を走査するよう構成してもよい。また、走査パターンも円形の旋回に限らず、例えば多角形状の軌跡に沿った旋回や、他のパターンであってもよい。
（３）各実施形態に示す音響情報取得部における集音装置の配置は一例であって、適宜変更することが可能である。
例えば、第１実施形態においては、例えば一対のマイクロフォンを集音装置として用いているが、用いる集音装置の個数は特に限定されず、適宜変更することができる。
（４）各実施形態における音響信号の演算処理や判定の手法は一例であって、適宜変更することができる。
（５）各実施形態は、例えば錆の除去（レーザクリーニング）を例にとって説明しているが、本発明は、例えば旧塗膜の剥離や、その他異物を除去するクリーニングにも適用することができる。また、フォーカス状態、傾斜状態の判定は、レーザクリーニングに限らず、例えば素地調整などの他の用途にも適用することができる。

１ 照射ヘッド １０ フォーカスレンズ
２０ ウェッジプリズム ３０ 保護ガラス
４０ 回転筒 ５０ モータ
６０ モータホルダ ６１ パージガス流路
７０ 保護ガラスホルダ ８０ ハウジング
９０ ダクト ９１ 内筒
９１ａ 小径部 ９１ｂ テーパ部
９２ 外筒 ９２ａ 小径部
９２ｂ 端部 ９３ 集塵装置接続筒
１１０ レーザ発振器 １２０ モータ駆動装置
１３０ パージガス供給装置 １４０ 集塵装置
２００ 照射状態診断部
２０１ 第１マイクロフォン ２０２ 第２マイクロフォン
２０３ 処理終了インジケータ ２０４ デフォーカスインジケータ
２０５ 傾斜インジケータ ２０６ 緊急停止インジケータ
２１０ 平均値算出部 ２２０ 高速フーリエ変換部
２３０ 音響特徴抽出部 ２４０ 音声認識部

Claims (38)

1. 照射対象物の表面を照射箇所が走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、
   前記音響情報の特徴に基づいて、前記照射対象物の表面に存在する付着物の剥離状態を判別すること
   を特徴とするレーザ照射状態診断方法。
2. 前記音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記剥離状態を判別すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーザ照射状態診断方法。
3. 前記特定の周波数帯域は、前記付着物が前記レーザビームからの入熱で破砕される際に発生する音の周波数を含むこと
   を特徴とする請求項２に記載のレーザ照射状態診断方法。
4. 前記音響情報における周波数帯域分布の特徴に基づいて、前記剥離状態を判別すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーザ照射状態診断方法。
5. 前記音響情報の特徴に基づいて、前記レーザビームのフォーカス状態を判別すること
   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状態診断方法。
6. 照射対象物の表面を照射箇所が走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、
   前記音響情報の特徴に基づいて、前記レーザビームのフォーカス状態を判別すること
   を特徴とするレーザ照射状態診断方法。
7. 前記音響情報を、前記レーザビームの焦点位置が前記照射対象物の表面に近接した状態で取得した基準音響情報と比較して、前記フォーカス状態を判別すること
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザ照射状態診断方法。
8. 前記音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記フォーカス状態を判別すること
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載のレーザ照射状態診断方法。
9. 前記レーザビームの焦点位置を前記照射対象物に対して変位させた際の前記音響情報の変化に基づいて前記フォーカス状態を判別すること
   を特徴とする請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法。
10. 前記レーザビームは前記照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するよう前記照射対象物に対して相対変位し、
    前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別すること
    を特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法。
11. 照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得し、
    前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別すること
    を特徴とするレーザ照射状態診断方法。
12. 前記レーザビームの照射条件を所定の周期で変化させながら前記音響情報を取得するとともに、前記周期に同期する信号を抽出すること
    を特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断方法を、音響情報を取得する音響情報取得部を備えるコンピュータに実行させるレーザ照射状態診断プログラム。
14. レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう照射する際の前記照射箇所近傍の音響情報を取得する音響情報取得部と、
    前記音響情報の特徴に基づいて、前記照射対象物の表面に存在する付着物の剥離状態を判別する剥離状態判別部と
    を備えることを特徴とするレーザ照射状態診断装置。
15. 前記音響信号における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記剥離状態を判別する剥離状態判別部を備えること
    を特徴とする請求項１４に記載のレーザ照射状態診断装置。
16. 前記特定の周波数帯域は、前記付着物が前記レーザビームからの入熱で破砕される際に発生する音の周波数を含むこと
    を特徴とする請求項１５に記載のレーザ照射状態診断装置。
17. 前記剥離状態判別部は、前記音響情報における周波数帯域分布の特徴に基づいて、前記剥離状態を判別すること
    を特徴とする請求項１４に記載のレーザ照射状態診断装置。
18. 前記剥離状態判別部が前記付着物の剥離状態の沈静化を判別した場合にユーザに報知する報知手段を備えること
    を特徴とする請求項１４から請求項１７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
19. 前記音響情報の特徴に基づいて前記レーザビームのフォーカス状態を判別するフォーカス状態判別部を備えること
    を特徴とする請求項１４から請求項１８までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
20. レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう照射する際の前記照射箇所近傍の音響情報を取得する音響情報取得部と、
    前記音響情報の特徴に基づいて前記レーザビームのフォーカス状態を判別するフォーカス状態判別部と
    を備えることを特徴とするレーザ照射状態診断装置。
21. 前記フォーカス状態判別部は、前記レーザビームの焦点位置が前記照射対象物の表面に近接した状態で取得した基準音響情報と比較して、前記レーザビームのフォーカス状態を判別すること
    を特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のレーザ照射状態診断装置。
22. 前記フォーカス状態判別部は、前記音響情報における特定の周波数帯域の成分の強度に基づいて、前記フォーカス状態を判別すること
    を特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のレーザ照射状態診断装置。
23. 前記フォーカス状態判別部は、前記レーザビームの焦点位置を前記照射対象物に対して変位させた際の前記音響情報の変化に基づいて前記フォーカス状態を判別すること
    を特徴とする請求項１９から請求項２２までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
24. 前記フォーカス状態判別部がデフォーカス状態を判別した場合にユーザに報知する報知手段を備えること
    を特徴とする請求項１９から請求項２３までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
25. 前記レーザビームは前記照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するよう前記照射対象物に対して相対変位し、
    前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別する傾斜状態判別部を備えること
    を特徴とする請求項１４から請求項２４までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
26. 照射対象物の表面を照射箇所が所定のパターンに沿って走査するようレーザビームを照射する際に、照射箇所近傍の音響情報を取得する音響情報取得部と、
    前記音響情報の周期的変化に基づいて照射ヘッドの照射対象物に対する傾斜状態を判別する傾斜状態判別部とを備えること
    を特徴とするレーザ照射状態診断装置。
27. 前記音響情報取得部は、前記レーザビームの照射条件を所定の周期で変化させながら前記音響情報を取得するとともに、前記周期に同期する信号を抽出すること
    を特徴とする請求項１４から請求項２６までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
28. 前記音響情報取得部は、前記レーザビームを出射する照射ヘッドに設けられた集音装置を有すること
    を特徴とする請求項１４から請求項２７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
29. 前記集音装置は複数設けられ、
    前記音響情報取得部は、複数の前記集音装置の出力に基づいて前記音響情報を生成すること
    を特徴とする請求項２８に記載のレーザ照射状態診断装置。
30. 前記音響情報取得部は、前記照射ヘッドから離間した箇所に設置される集音装置を有すること
    を特徴とする請求項１４から請求項２７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
31. 前記音響情報取得部は、前記照射対象物に取り付けられる集音装置を有すること
    を特徴とする請求項１４から請求項２７までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置。
32. レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう出射する照射ヘッドと、
    請求項１４から請求項３１までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置と
    を備えるレーザ照射装置。
33. 前記照射ヘッドは、前記レーザビームの光路を変化させる可動光学系を駆動する駆動装置を有し、
    前記音響情報に基づいて前記駆動装置の異常を判別する異常判別部を備えること
    を特徴とする請求項３２に記載のレーザ照射装置。
34. 前記照射ヘッドは、前記レーザビームの光路を変化させる可動光学系を駆動する駆動装置を有し、
    前記音響情報に基づいて前記駆動装置の駆動速度を検出する速度検出部を備えること
    を特徴とする請求項３２又は請求項３３に記載のレーザ照射装置。
35. 前記音響情報から予め設定された特徴を有する特定音声を認識する音声認識部を備え、
    前記音声認識部が前記特定音声を認識した場合に、出射される前記レーザビームの照射条件を変更し、又は、前記レーザビームの出射を停止すること
    を特徴とする請求項３２から請求項３４までのいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
36. 前記特定音声は、作業者の周囲又は照射対象物の被照射領域の外側に配置される発音体が発生する音声であること
    を特徴とする請求項３５に記載のレーザ照射装置。
37. 前記特定音声は、作業者の肉声であること
    を特徴とする請求項３５に記載のレーザ照射装置。
38. レーザビームを照射対象物の表面を照射箇所が走査するよう出射する照射ヘッドと、
    請求項１４から請求項１８までのいずれか１項に記載のレーザ照射状態診断装置と
    を備えるレーザ照射装置であって、
    前記剥離状態判別部が前記付着物の剥離状態の沈静化を判別した場合に、出射される前記レーザビームの照射条件を変更し、又は、前記レーザビームの出射を停止すること
    を特徴とするレーザ照射装置。
    

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