JP2023514973A - レーザ処理装置及びレーザ処理方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、レーザ処理装置及びレーザ処理方法に関する。第１の態様では、本発明は、レーザ束用の入力部を備え、レーザ束を集束するためのレンズシステムと、一次元又は二次元タッチパターンに従ってレーザ束を偏向させるための走査システムと、をさらに備えるレーザ処理ヘッドに関する。特に、レーザ処理ヘッドは、当該タッチパターンを有する偏向されたレーザ束を、少なくとも第１又は第２の放射方向に可変的に放射するために、ケーシングに対して少なくとも第１の姿勢と第２の姿勢の間で構成可能な指向体をさらに備える。さらなる態様では、本発明は、レーザ処理装置及びレーザ処理方法に関する。

Description

本発明は、表面のレーザ処理に関する。特に、本発明は、レーザクリーニング装置、レーザクリーニングヘッド、及びレーザクリーニング方法に関する。

レーザ処理及びレーザクリーニングは、それ自体が最先端技術において知られている。

一例として、特許文献１は、表面をクリーニングするためのレーザ装置を記載している。この装置は、レーザ源と、レーザ源に接続された別個の携帯型レーザヘッドと、から構成される。レーザヘッドは、コリメータ及び２つの可動ミラーを備える。これらのミラーは、平行にされたレーザ束が、フィールドレンズ及び保護ガラスを有する出口窓を通って表面を走査するように動く。フィールドレンズ及び保護ガラスは、レーザヘッド内に斜めの角度で恒久的に取り付けられる。フィールドレンズは、表面に焦点を合わせる。保護ガラスは、フィールドレンズを遮蔽する。傾斜角度は、約２０°が最適であると考えられる。そして、可動ミラーは、それに応じて配置される。

さらに、特許文献２は、パルスレーザ束を送出するための別の携帯型レーザクリーニングヘッドを記載している。ここでもレーザ束は、レーザクリーニング装置の軸から見て斜めの角度で放射される。好ましくは、この角度は約５０°の斜角である。

レーザクリーニング及びレーザクリーニング装置のいくつかの重要な特性は、その有効性、能力及び速度、並びにその自律性、操作性、ユーザフレンドリ性及び人間工学性である。使用者の安全性を最大にすることに、特に注意が払われる。

中国実用新案第２０６６６１８３８号明細書（Ｈｅｒｏｌａｓｅｒ） 独国実用新案第２０２０１７１０３７７０号明細書（４ＪＥＴ） 韓国公開特許第２０１１－００３２９９２号公報 独国特許出願公開第１０－２０１０－０２６１０７号明細書

既存のレーザクリーニング装置の欠点は、レーザヘッドの操作性が制限されることである。さらに、既存のレーザヘッドが有するフィールドレンズは、レーザヘッドの前部に取り付けられていることが多い。フィールドレンズは重く、高価である。さらに、フィールドレンズは脆弱であり、クリーニング対象となる表面付近にある。ここでは、あらゆる種類の汚染物質が放出される。したがって、間に保護ガラスを有することが好ましい。

特許文献３は、冷蔵庫用プラスチック製内部パネルのためのトリミング装置を記載している。

特許文献４は、高エネルギー放射線を用いて工作物にガスアシスト機械加工をするための装置及び方法を開示している。

本発明は、改良されたレーザ処理装置、及び改良されたレーザ処理方法を想定している。これらにより、上記の問題のうち少なくとも１つに対する解決策が得られる。

この目的のために、本発明は第１の態様において、表面を処理するための、請求項１に記載のレーザ処理ヘッドを提供する。特に、レーザヘッドは、ケーシングに対して少なくとも２つの異なる姿勢に設定可能な指向体を備える。したがって、すでに一次元又は二次元のタッチパターンに従って走査しているレーザ束が、指向体の選択された姿勢に対応する放射方向に従ってさらに指向される。

放射方向が可変であることにより、レーザ処理ヘッドの操作性がはるかに大きくなることが保証される。したがって、レーザヘッド及びレーザヘッドに接続されるレーザ源は、幅広い種類の表面に対して汎用性がかなり高く、表面の形状による制限がかなり少ない。

請求項８に記載の好ましい実施形態では、指向体が、少なくとも９０°の範囲にわたって回転可能である。これにより、少なくとも９０°の範囲内で放射方向を変化させることが可能である。

さらなる態様では、本発明が、レーザヘッド及びレーザ源を有するレーザ処理装置、ならびにレーザ処理のための方法を提供する。

本発明のあり得る実施形態によるレーザ処理ヘッドを示し、指向体はそれぞれ第１の姿勢又は第２の姿勢に構成されている。 本発明のあり得る実施形態によるレーザ処理ヘッドを異なる視点から示し、指向体はそれぞれ第１の姿勢又は第２の姿勢に構成されている。 本発明のあり得る実施形態によるレーザ処理ヘッドをさらに異なる視点から示し、指向体はそれぞれ第１の姿勢又は第２の姿勢に構成されている。 本発明のあり得る実施形態による露出されたレーザ処理ヘッドを示す。指向体は、この図には示していない。 別のあり得る設計によるレーザヘッドを示す。任意選択で、内装は、図４のものと同様である。 本発明のあり得る実施形態による、レーザ源を含むレーザ処理装置の一部を示す。

本発明は、レーザ処理ヘッド、レーザ処理装置、及び、表面をレーザ処理、例えばレーザクリーニングするための方法に関する。

別段の規定がない限り、技術用語及び科学用語を含む本発明の説明に使用されるすべての用語は、本発明の技術分野における当業者によって一般に理解される意味を有する。本発明の説明をより良く評価するために、以下の用語について明示的に説明する。

本願の英文明細書において、「a」、「the」及び「it」は、文脈がそうでないことを明らかに示さない限り、単数形及び複数形の両方を指す。例えば、「セグメント（a segment）」は、１つ又は複数のセグメントを意味する。

測定可能な量、パラメータ、時間又はモーメント等について「約（approximately）」又は「およそ（around）」が本明細書において使用される場合、そのような変動は、記載された発明に適用可能である限り、引用された値の＋／－２０％以下、好ましくは＋／－１０％以下、より好ましくは＋／－５％以下、さらにより好ましくは＋／－１％以下、及び、さらにより好ましくは＋／－０．１％以下であることを意味する。しかしながら、用語「約（about）」又は「およそ（around）」が使用される量の値自体は具体的に開示されることを理解されたい。

「備える（comprise, comprising）」、「構成される（consisting of)」、「提供する(providing for）」、「含む（containing）」は同義語であり、後続するものの存在を示す包括的又はオープンな用語であり、他の構成要素、特性、要素、部材、ステップの存在を除外し又は妨げるものではない。

端点を通る数値間隔の引用は、端点の間のすべての整数、分率、及び／又は実数を含み、これらの端点も含まれる。

第１の態様において、本発明は、レーザ束用の入力部を有するケーシングを備え、レーザ束を集束するためのレンズシステムと、一次元又は二次元タッチパターンに従ってレーザ束を偏向させるための走査システムと、をさらに備える、レーザ処理ヘッドに関する。特に、レーザ処理ヘッドは、当該タッチパターンを用いて偏向されたレーザ束を、ケーシングに対してそれぞれ第１の出力方向又は第２の出力方向に可変的に送出するために、ケーシングに対して少なくとも第１の姿勢と第２の姿勢の間で設定可能な指向体をさらに備える。

好ましくは、レーザヘッドは、例えば光ファイバケーブルを使用してレーザ源に接続することができる。レーザヘッド及びレーザ源が一体になって、レーザ処理装置（レーザ装置とも呼ぶ）を形成する。このようなケーブルの適切な長さは、数メートルから数十メートルまで様々である。レーザ源自体については、連続レーザ源かパルスレーザ源か選択を行うことができる。パルスレーザ源のいくつかの適切な発光パワーは、１００Ｗ、５００Ｗ、１０００Ｗ及びそれ以上である。本発明は、これらのいずれにも限定されない。

レーザ処理装置の既知の用途は、表面からコーティング、錆、ワニス及び／又は汚染物質を除去することである。任意選択で、本発明は特に、表面をクリーニングするためのレーザクリーニングに関する。すなわち、表面から表面汚染物質を除去するためのものである。しかしながら、全体的に、本発明はこれに限定されない。

本発明によるレーザ処理ヘッド又はレーザクリーニングヘッドは、携帯型／移動型又は固定型のいずれかであってよい。携帯型レーザヘッドは、操作者が手で誘導することができる。あるいは、携帯型レーザヘッドがロボットアームに取り付けられてもよい。携帯型レーザヘッドの利点は、その改善した操作性である。好ましくは、携帯型レーザヘッドが、レーザヘッドにハンドルを取り付けるため、及び／又はロボットアームにレーザヘッドを取り付けるための少なくとも１つの取り付け箇所を有する。任意選択で、レーザヘッドの１つ又は複数のハンドルは取り外し可能であり、それにより、レーザヘッドを、それらの取り付け箇所の高さでロボットアームに取り付けることができる。

好ましくは、レーザ装置は、取り込まれたレーザ束を平行にするためのコリメータを備える。これは、さらに焦点合わせ及び走査をするのに有利である。好ましくは、コリメータがレーザヘッド自体に備わっている。しかしながら、実際はそうとは限らない。任意選択で、コリメータが、当技術分野で知られているように、光アイソレータを備える。任意選択で、レーザヘッドが、遮断器に接しており、かつ放熱のためにレーザヘッドの外面まで延在する熱伝導性構造体を備える。例えば、これはアルミニウム製の構造体であってもよい。

上記レンズシステムは、表面にレーザ束を集束するため、及び／又はレーザ束を（例えば、ガウシアン型からトップハット型に）成形するための１つ又は複数のレンズを備えてもよい。レーザクリーニング等の特定のプロセスには、高エネルギー密度を有する細い焦点が必要な場合がある。しかしながら、「表面における焦点」とは、本明細書では一般に、表面の近傍における焦点であると理解される。操作者は、表面の前方又は表面の向こう側の特定の距離に、故意に焦点を合わせてもよい。焦点を合わせるための適切なレンズシステムが公知である。好ましい実施形態では、レーザヘッドが、調整可能な焦点合わせ、好ましくは自動的に調整可能な焦点合わせ（すなわち、オートフォーカス）を行うレンズシステムを提供する。オートフォーカスは、摩耗したレーザヘッドに特に有利である。オートフォーカスは、レーザヘッドと処理／クリーニング対象となる表面との間の距離に、一定の許容誤差を与える。したがって、操作者に関する運動はあまり「厳密（ｓｔｒｉｃｔ）」ではなく、焦点合わせは、（例えば、飛行時間距離センサ信号に基づいて）特定の許容誤差の範囲内で自動的に補正される。任意選択で、許容誤差は、少なくとも０．５ｃｍ、好ましくは０．５ｃｍ以上、さらに好ましくは２．０ｃｍ以上であり、例えば約５ｃｍである。

上述の走査システムは、タッチパターンに従って、レーザ束を少なくとも１つの方向に偏向させる。任意選択で、タッチパターンはランダムなタッチパターンである。任意選択で、タッチパターンは非ランダムな所定のタッチパターンである。あり得る一次元パターンの例は、表面上における焦点の前後の直線運動である。あり得る二次元タッチパターンの例は、表面上の長方形領域内の蛇行運動である。任意選択で、そのタッチパターンを反復タッチパターンとすることができる。タッチパターンは、レーザヘッド自体から飛び出し、レーザ束をレーザヘッドに対して偏向させる。したがって、レーザ束が細いと（例えば、１００μｍ²）、表面上のより大きな走査領域（例えば、１ｃｍ²）を「走査」することになる。このプロセスでは、非常に高密度のエネルギーが、いくつかの連続する時点において短時間投与される。このことは、レーザクリーニングの分野では原理的に知られている。通常、走査パターンに従うレーザ焦点の移動は、表面に対するレーザヘッドの運動よりもはるかに速く、好ましくは少なくとも１桁速い。適切な走査システムが専門家に知られている。任意選択で、レーザヘッドは、２つの回転可能な走査ミラーを備える。任意選択で、これらのミラーは、対応する検流計を介して制御される。

ここで、レーザ処理ヘッドは、ケーシングに対して少なくとも第１の姿勢と第２の姿勢の間で設定可能な指向体をさらに備える。本明細書において「姿勢（position）」とは、ケーシングに対する対象の位置及び向きの組み合わせのことである。「設定可能（configurable）」とは、指向体が少なくともこれらの姿勢をとることができることを意味する。あり得る非網羅的な実施形態では、第１の姿勢が前向き姿勢であり、第２の姿勢が下向き姿勢である。さらに、指向体の姿勢は、生成されるタッチパターンに従って、レーザ束の最終的な放射方向を決定する。その結果、レーザヘッドの操作性がかなり大きくなる。レーザ束は、ターゲットの位置に応じて、前方向又は下方向のいずれかに向けることができる。例えば、人間工学の点で見ると、垂直面には前向き姿勢が好ましく、水平面には下向き姿勢が好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されない。

任意選択で、指向体は、少なくとも第１の姿勢及び第２の姿勢でケーシングに恒久的に取り付けることができる。この場合、走査パターンが、それぞれ第１又は第２の放射方向に放射される。あるいは、指向体を、第１の姿勢と第２の姿勢の間で自由に動かすことができる。あるいは、指向体は、第１の姿勢と第２の姿勢の間で移動可能とすることができる。任意選択で、指向体は、前記姿勢の相互間において手動で動かされる。あるいは、この動きは、センサに基づいて自動制御される。この機構（例えば、オートレベリングによる）については、以下でより詳細に説明する。

さらなる又は代替の実施形態では、指向体が出口窓を形成し、好ましくは出口窓に保護ガラスが嵌められる。出口窓は、ターゲットの固定部分である。したがって、利点として、ターゲットが、走査パターンの一般的な放射方向に従って自動的に位置合わせされる。

さらなる又は代替の実施形態では、指向体が、偏向されたレーザ束を反射し、かつ指向させるためのミラー面を備える。好ましくは、ミラー面が異なる姿勢をとることができ、それにより、走査パターンが対応する方向に放射される。ミラー面の姿勢が放射方向を決定する。

さらなる又は代替の実施形態では、指向装置が、上述の姿勢間で回転軸の周りを回転可能である。好ましくは、指向体が一定範囲内で連続的に回転可能である。好ましくは、回転軸がミラー面と斜めに交差する。さらに好ましくは、回転軸がミラー面に対して約４５°の角度をなす。図１～３の実施形態に示すように、（元々が）横方向の走査パターンは、指向体を用いて反射することによって、上、前、及び下方向に可変に放射することができる。この目的のために、ターゲットは横方向回転軸の周りで回転される。

さらに好ましくは、ミラー面が、ケーシングからのレーザ束を、回転軸に対してほぼ平行に受け入れるように配置される。したがって、ミラー面の回転姿勢にかかわらず、走査パターンは、常に斜めに約４５°の角度で入射される。

さらなる又は代替の実施形態では、指向体が、少なくとも９０°の範囲にわたって、好ましくは９０°を超える範囲にわたって回転可能である。また好ましい実施形態によれば、指向体により、走査パターンを斜めに放射するために、斜め上向き方向の少なくとも１つの姿勢をとることができる。この姿勢は、例えば、ヘッドの上側に位置する天井面／表面をクリーニングするのに有利である。

１つのあり得る実施形態では、レーザヘッド又はレーザ装置が、ターゲットの運動又は回転を自動制御するためのコンピュータ制御装置を備える。コンピュータ制御装置を用いることで、タッチパターンの放射方向が自動的に設定される。

放射方向のそのような自動設定では、レーザ焦点の移動がいくつかの寄与によって決定される。第１の寄与は、タッチパターンに従うレーザ焦点の「走査移動」であり、これは走査システムから制御される。第２の寄与は、指向体の自動設定によるタッチパターン全体の「照準移動」である。第３の寄与は、表面に対するレーザヘッド全体の「キャリア移動」である。上述のように、タッチパターンの形態におけるレーザ焦点の「走査移動」は、極めて高速かつ連続的な移動である。好ましくは、指向体による「照準移動」が、より遅い速度で、表面におけるこのタッチパターンの移動のみを引き起こす。好ましくは、その速度は、少なくとも１桁遅い。典型的には、走査移動は周期的な移動である。これは、必ずしも指向性移動というわけではない。

さらなる又は代替の実施形態では、レーザヘッドが、表面に対するレーザ処理ヘッドの位置（例えば、距離）、向き、速度、及び／又は加速度に関連付けられたセンサ信号を測定するための少なくとも１つのセンサを備える。さらに、レーザヘッドは、センサ信号に基づいて、前述の姿勢間でターゲットを自動的に設定するための制御装置を備える。この一般原則により、運動を安定化させることができる。あり得る例によれば、表面に対するレーザヘッドの向きが連続的に監視される。レーザヘッドが表面に対して平行に保持されない（又は所望の角度に保持されない）場合、放射方向がそれに応じて調整され、補正のために指向体が自動的に回転して、調整された姿勢になる。そのためにオートレベリング機能がある。

別の安定化機構はオートフォーカスである。あり得る例によれば、レーザヘッドと表面（における焦点位置）の間の距離が、連続的に監視される。これに基づき、５ｃｍの許容誤差の範囲内で焦点距離が変更される。こうすることで、表面上にレーザ束の所望の焦点があることが常に保証される。任意選択で、レンズシステムは、焦点直径を調整する別の手段を備える。これにより、表面上の焦点の強度を変化させることができる。

さらなる又は代替の実施形態では、レーザ処理ヘッドが、ターゲットに取り付けられる１つ又は複数の表面センサ、照明器、抽出器、及び／又はスペーサを備える。その利点は、これらの装置がターゲットの様々な位置で、ターゲットと自動的に位置合わせされることである。任意選択で、レーザヘッドは、放出された汚染物質をリアルタイムで識別する１つ又は複数の表面センサを備える。

任意選択で、レーザヘッドはレンジファインダを備え、好ましくは、レンジファインダは、走査パターンの放射方向に応じた表面までの距離を測定するように構成される。レーザヘッドは、短すぎる距離と長すぎる距離のどちらが記録される場合でも、オフに切り換わる。閾値はそれに応じて設定される。距離が短すぎる（例えば、２０ｃｍ未満）と、レーザヘッドに反射して戻ってくるレーザ束により、及び／又はあらゆる種類の汚れが跳ね上げられることにより、システムが損傷する可能性がある。距離が大きすぎる（例えば、５０ｃｍよりも大きい）ということは、レーザヘッドがクリーニング対象となる表面に向けられていないということである。この状況では、スイッチを入れるのは安全でない。あり得る実施形態では、距離が焦点距離の１１０％より大きいことを検出すると、レーザヘッドが自動的にオフに切り換わる。さらなる又は代替の実施形態では、距離が焦点距離の９０％より小さいことを検出すると、レーザヘッドが自動的にオフに切り換わる。「焦点距離」とは、現在使用中のレンズ又はレンズ群の焦点距離のことである（以下を参照されたい）。

任意選択で、レーザヘッドは、クリーニング対象となる表面上へ投射することにより、操作者に視覚フィードバックを提供する。例えば、関連情報が、赤色レーザを用いて表面上に投射される。任意選択で、レーザヘッドは、１つ又は複数の振動信号を用いて、触覚フィードバックを操作者に提供する。好ましくは、振動信号は、１つ又は複数のハンドルの近傍で生成される。視覚及び触覚フィードバックは、情報提供的、警告的、及び／又は誘導的とすることができる。

さらなる又は代替の実施形態では、レンズシステムが、少なくとも２つのレンズ又はレンズ群を有する回転フィルタホイール（カルーセルシステム又は回転システムとしても知られている）を備える。「レンズ群」は、レーザ束に光学的に影響を及ぼす１つ又は複数の連続レンズを含む。フィルタホイールを回すことにより、所望のレンズ又はレンズ群を選択することができる。重要な利点は、レンズをはるかに容易に交換できることである。この目的のために光学素子を開く必要はない。したがって、レンズを汚染するリスクが少なくなる。任意選択で、フィルタホイールは、直流モータで駆動される。あるいは、フィルタホイールは、手動で調整することができる。任意選択で、フィルタホイールは、オートフォーカスのために前後に移動することができる。

好ましくは、フィルタホイールが、いくつかのより小さいレンズを備える。任意選択で、フィルタホイールは、コリメータと走査システムの間に配置される。より小さいレンズはそれぞれ、よりコンパクトで、より軽量で、より安価である。また、フィルタホイールがレーザヘッドの後部におけるこの位置、すなわちレーザ供給部付近にあることが、人間工学的に好ましい。そうすれば、レーザヘッドの重量のバランスが良好にとれる。任意選択で、フィルタホイールは少なくとも１つの位置に、ガウシアンレーザプロファイルからトップハットレーザプロファイルへの変換器を備える。任意選択で、フィルタホイールは、焦点距離の異なる少なくとも２つのレンズ群を備える。好ましくは、レーザヘッドが、フィルタホイールの回転位置を記録するための手段（例えば、ポテンショメーター）を備える。したがって、レーザヘッドは、どのレンズ群が使用中であるか、及び現在の焦点距離がどうなっているかが分かる。最小距離及び最大距離についての上述の閾値の自動調整が続き、その段階でレーザ装置がオフに切り替わる。

第２の態様において、本発明は、レーザ束を放射するように適合されたレーザ源を備え、レーザ処理ヘッドがレーザ源に動作可能に接続されているレーザ処理装置（＝レーザ装置）に関する。このレーザ装置は、請求項１～１１のいずれか１項に記載の携帯型レーザ処理ヘッドをさらに備える。これによれば、上記と同じ特徴を再現することができ、同じ利点を繰り返すことができる。

第３の態様において、本発明は、レーザ束を用いて表面を処理するための方法に関する。この方法は、
・レーザ束を生成するステップと、
・レーザ束を集束するステップと、
・一次元又は二次元のタッチパターンに従ってレーザ束を偏向させるステップと、
を備える。特に、偏向されたレーザ束は、設定可能なビーム方向に従ってさらに反射される。任意選択で、（走査パターンを有する）偏向されたレーザ束は、その走査パターンを指向させるために、設定可能なミラー面上にさらに反射される。任意選択で、この方法は、上記のレーザヘッドを使用して実行される。

さらなる又は代替の実施形態では、方法が、表面に対するレーザ処理ヘッドの位置、向き、速度及び／又は加速度に関連付けられたセンサ信号を収集するステップと、センサ信号に基づいて放射方向を構成するステップと、を備える。

さらなる又は代替の実施形態では、タッチパターンが、設定された放射方向によって補正される。図面の記載を参照する。

以下では、本発明を例示する非限定的な実施例及び図を用いて本発明を説明するが、これらは本発明の範囲を限定するためのものではなく、又は限定するものとして解釈されるべきではない。

図１～３は、異なる視点から見たそれぞれの場合の、並びにそれぞれ第１の姿勢Ａ又は第２の姿勢Ｂに設定された指向体２を有する場合の、あり得る実施形態によるレーザ処理ヘッド１を示す。レーザヘッド１は、レーザ放射５のための入力部４を有するケーシング３を備える。例えば、これは、レーザ源１０に作動可能に接続された光ファイバケーブルのための入力部である。図１～３はレーザヘッド１のみを示す。

レーザヘッド１のケーシング３は、入射レーザ束５を一次元又は二次元のタッチパターンに集束及び偏向させるための手段を備える。しかし、これらの手段は図１－３では見えない。さらに、ケーシング３には、後部ハンドル６及び前部ハンドル７が設けられている。したがって、安定した使用のために、レーザヘッド１を両手で把持することができる。後部ハンドル６は、レーザ入力部４の周辺に設けられている。後部ハンドル６は、レーザヘッド１を起動させるためのアクチュエータ８を底部に有する。アクチュエータ８は、起動時に、好ましくはハンドル６の表面と面一になる。さらに、アクチュエータ８は、角張った形状に囲まれる。こうすることで、偶発的に起動するリスクが低減される。前部ハンドル７は、ボールジョイント９を用いてケーシング３に取り付けられる。したがって、前部ハンドル７は調整可能であり、そのため、その操作性及び人間工学性に寄与する。好ましくは、前部ハンドル７を選択された姿勢／向きで固定することもできる。

最初に、レーザ束５の生成されたタッチパターンが、ケーシング３の外に横方向に向けられる。この横方向１５’は、図３Ａ～Ｂにも示されている。ここでレーザヘッド１の指向体２は、横方向１５’に対して約４５°の角度で、傾斜ミラー面１２を提供する。図１～３では、ミラー面１２が、集束装置２の後面と呼ばれる。しかしながら、当業者は、ミラー面１２が内部ミラー面であり、この後面に対して、かつこの後面に沿って延在することを理解するであろう。通常、レーザヘッド１は、この設計に限定されない。タッチパターンはミラー面１２に対して反射され、それにより処理の方向が変わる。最後に、走査パターンが指向体２の出口窓１３を通って、レーザヘッド１からいわゆる放射方向１４に出る。特に、放射方向１４は、指向装置２の姿勢Ａ、Ｂに応じて異なる。例えば、図１Ａ～図３Ａでは、タッチパターンが前方向１６に放射される。図１Ｂ～３Ｂでは、タッチパターンが、前方向１６に対して角度１９で斜め下向きに放射される。

好ましくは、指向装置２は、複数の異なる姿勢Ａ、Ｂをとることができる。例えば、この目的のために、指向体２が回転軸２０の周りで回転可能である。図１～３では、回転軸２０が上述の横方向１５’と一致する。好ましくは、指向体２が、９０°を超える範囲内、例えば約１１５°の範囲内で連続的に回転可能である。次いで、放射方向１４は、同じ範囲にわたって連続的に設定可能である。好ましくは、ケーシング３を基準に見たときに、この範囲が、少なくとも１つの上向きに傾斜した放射方向１４と、１つの下向きに傾斜した放射方向１４を網羅する。こうすることで、レーザヘッド２の操作性がより大きくなる。

重要な利点は、ターゲット２を回転させることにより、（所定のタッチパターンを有する）レーザ束５を、クリーニング対象となる表面１１に柔軟に向けることができることである。また好ましくは、指向体２が所望の姿勢Ａ、Ｂに固定されてもよい。任意選択で、指向体２の回転が自動制御される。例えば、レーザクリーニングヘッド１に、処理対象となる表面１１に対する向きを測定するための１つ又は複数のセンサを装備させることが可能である。レーザクリーニングヘッド１が表面１１に沿って手動で動かされると、指向体２は自動的に回転する（モータの制御により、図示せず）。それにより、走査パターンの最適な入射角が達成される。この原理は、「オートレベリング」とも呼ばれる。本発明はこれに限定されない。任意選択で、指向体２は、クリーニング対象となる表面１１に対するレーザヘッド１の測定された位置、向き及び／又は速度に基づいて、自動制御することができる。

任意選択で、レーザクリーニングヘッド１は、緊急停止部／緊急ボタン２１、視覚フィードバック用のディスプレイ２２、及び／又は、１つ若しくは複数の処理パラメータを変更するための制御パネル２３等のいくつかの追加の機能を提供する。任意選択で、レーザクリーニングヘッド１のケーシング３の１つ又は複数の係合面が、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）で覆われる。

図４は、本発明のあり得る実施形態による露出したレーザ処理ヘッド１を示す。図示のレーザヘッド１は、入力レーザ束５を平行にするためのコリメータ２４を提供する。続いて、レーザ束５がレンズシステム２５を通過し、次いで走査システム２７を通過する。指向体２は、図４に示していない。

レンズシステム２５は、処理対象となる表面１１に焦点を合わせる。図４では、レンズシステム２５が、５つの異なるレンズ及び／又はレンズ群２６の組を有するフィルタホイール２５’を含む。各レンズは、明確に規定された一組の光学特性（例えば、明確に規定された焦点距離、ガウシアンレーザプロファイルからトップハットレーザプロファイルへの変換等）に対応する。フィルタホイール２５’は、この目的のためにレーザヘッド１を開くことを必要とせずに、レンズ２６を容易に変更することができる。

走査システム２７は、レーザ処理及びレーザクリーニングの分野において知られているように、レーザ束５を一次元又は二次元のタッチパターンに偏向させる。任意選択で、走査システム２７は、レーザ束５を線状に（すなわち、一次元的に）偏向させる。図示の実施形態では、この目的のための走査システム２７が、相互に直交する回転軸に対して回転可能な２つの回転可能なミラー２８を備える。ミラー２８は、対応する回転軸とほぼ平行である。ミラー２８は、互いに独立に、２つの異なる空間方向へレーザ束５を偏向させることができる。このようなミラー２８の回転は、関連するモータ２９によって制御される。

ターゲット２は、図４に示していない。最後に、このターゲット２の姿勢が、（形成されるタッチパターンに従って）レーザ束５の放射方向１４を決定する。この放射方向１４も表面１１への投射に影響を及ぼすことは明らかである。例えば、下方向１７に正方形のタッチパターンにすると、水平面１１上にやはり正方形の投射を作り出す。しかし、斜め前方向１６にすると、拡大された長方形の投射を作り出す。任意選択で、タッチパターンは、これを事前に補正することができる。例えば、斜め前方に放射されても、表面１１上に所望の正方形の投射を作り出す、細い長方形のタッチパターンを生成することが可能である。任意選択で、レーザ束５の強度も上記のように調整される。好ましくは、そのような補正は、走査システム２７によって行われる。もちろん、本発明は一般に、正方形及び／又は長方形の走査パターンに限定されない。

図５は、別のあり得る設計によるレーザヘッド１を示す。任意選択で、内部は図４のものと同様である。したがって、コリメータ２４、レンズシステム２５、及び走査システム２７を有する。図５は、指向体２をさらに示す。指向体２は、後部にやはり傾斜ミラー面１２を備える。任意選択で、前向き指向体２は照明手段３０を備える。例えば、照明手段３０は、放射窓１３の周りに環状に配置された一対のＬＥＤを含む。有利には、そのようなＬＥＤが、指向体２の姿勢Ａ、Ｂとは無関係に、レーザ束５の放射方向１４に従って自動的に配向される。

図６は、レーザ処理装置１、１０のうち、とりわけ本発明のあり得る実施形態によるレーザ源を取り囲む部分を示す。本明細書では、その全体を「レーザ源」１０とも呼ぶ。好ましくは、この部分が、軽量炭素繊維強化プラスチック材料で作製されたケーシング３’を備える。好ましくは、折り畳まれた姿勢（図６参照）と作動姿勢の間で回転させることができる少なくとも１つの持ち上げリング３２をさらに備える。また、レーザ源１０は、緊急停止部２１’、制御パネル２３’及び光ファイバケーブル３１用の接続部を提供する。また好ましくは、レーザ源１０が、全ての種類の電子機器、制御装置、並びに、任意選択で空冷又は水冷システムも備える。

＜実施例１＞
レーザ処理装置の仕様
あり得る実施形態によれば、レーザ処理装置は、少なくともＩＰ５３規格に従って、耐塵性かつ耐水飛沫性である。任意選択で、レーザ処理装置は、爆発性雰囲気中で使用することができる（例えば、ＡＴＥＸタイプ１）。装置は、周囲温度－５℃～＋５５℃で保管でき、周囲温度０℃～４０℃で使用することができる。好ましくは、装置が４０℃で８０％、３０℃で９０％の相対湿度に耐えることができる。

＜実施例２＞
溶接トレーシング
１つのあり得る実施形態によれば、本発明は溶接クリーニングに使用される。この考えは、レーザを用いて溶接部（の領域）のみを走査するということである。任意選択で、レーザは、溶接部を横切って前後に走査するパターンに従う。レーザヘッド自体は、ユーザによって溶接部に沿って動かされる。好ましくは、レーザヘッドが、表面における溶接部を認識でき、かつ、溶接部までの距離及びレーザヘッドの速度を、例えば飛行時間距離計及び加速度計によって測定できる一組のセンサを備える。（溶接部を横切る）ｙ方向の許容誤差は、走査システムによって補正される。この許容誤差は、例えば３ｃｍとすることができる。（溶接継ぎ目に沿った）ｘ方向の許容誤差は、ターゲッティングシステムによって補正される。放射方向に対するこの許容誤差は、例えば３０°～４０°とすることができる。一方、所望の焦点は、オートフォーカスレンズシステムによって、表面上で連続的に維持される。また、ビーム径を調整する機構によって焦点強度を変更することもできる。溶接部に沿った動きが速すぎる又は遅すぎるか、並びにｙ位置及びｚ位置の誤差が、ユーザに伝達される。このようにすることで、許容誤差を超過することがなくなる。

図面における番号付き要素は、以下の通りである。
１ レーザ処理ヘッド（＝レーザヘッド）
２ 指向体
Ａ 第１の姿勢
Ｂ 第２の姿勢
３ ケーシング
４ 入力部
５ レーザ束（タッチパターンに従う）
６ 後部ハンドル
７ 前部ハンドル
８ アクチュエータ
９ ボールジョイント
１０ レーザ源
１１ 表面（処理対象）
１２ ミラー面
１３ 出口窓
１４ 放射方向
１５ 横方向
１６ 前方向
１７ 下方向
１８ 上方向
１９ 角度
２０ 回転軸
２１ 緊急停止部／緊急ボタン
２２ ディスプレイ
２３ 制御パネル
２４ コリメータ
２５ レンズシステム
２６ レンズ又はレンズ群
２７ 走査システム
２８ 回転可能ミラー
２９ エンジン
３０ 照明器
３１ ケーブル
３２ 持ち上げリング

本発明が上記の実施形態に限定されるものではないこと、また、添付の特許請求の範囲を再評価せずとも、記載された実施例及び図面にいくつかの修正又は変更を加えることができることが想定される。

Claims (15)

1. レーザ処理ヘッド（１）であって、
   レーザ束（５）用の入力部（４）を有するケーシング（３）を備え、
   前記レーザ束（５）を集束するためのレンズシステム（２５）と、一次元又は二次元タッチパターンに従って前記レーザ束（５）を偏向させるための走査システム（２７）と、をさらに備えるレーザ処理ヘッド（１）において、
   前記レーザ束（５）を前記タッチパターンに従って前記ケーシング（３）に対してそれぞれ第１の放射方向（１４’）及び第２の放射方向（１４”）に可変に偏向させるために、前記レーザ処理ヘッド（１）が、前記ケーシング（３）に対して少なくとも第１の姿勢（Ａ）と第２の姿勢（Ｂ）の間で設定可能な指向体（２）を備えることを特徴とする、レーザ処理ヘッド（１）。
2. 前記指向体（２）が出口窓（１３）を形成する、請求項１に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
3. 前記指向体（２）が、少なくとも第１の前向き姿勢（Ａ）と第２の下向き姿勢（Ｂ）の間で設定可能である、請求項１又は２に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
4. 前記指向体（２）が、前記タッチパターンを有する前記偏向されたレーザ束（５）を反射して狙うためのミラー面（１２）を備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
5. 前記指向体（２）が、回転軸（２０）の周りを前記姿勢（Ａ、Ｂ）の間で回転可能である、請求項４に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
6. 前記回転軸（２０）が、前記ミラー面（１２）と斜めに、好ましくは４５°の角度で交差する、請求項５に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
7. 前記ミラー面（１２）が、前記ケーシング（３）からのレーザ束（５）を、前記回転軸（２０）に対してほぼ平行に受け入れるように配置されている、請求項５又は６に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
8. 前記指向体（２）が、少なくとも９０°の範囲にわたって、好ましくは９０°を超える範囲にわたって回転可能である、請求項５～７のいずれか一項に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
9. クリーニング対象となる表面（１１）に対する前記レーザ処理ヘッド（１）の位置、向き、速度及び／又は加速度に関連付けられたセンサ信号を測定するための少なくとも１つのセンサを備え、
   前記センサ信号に基づいて、前記姿勢（Ａ、Ｂ）間で前記指向体（２）を自動設定するための制御装置をさらに備える、請求項１～８のいずれか一項に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
10. 前記指向体（２）に取り付けられる１つ若しくは複数の表面センサ、照明器（３０）、抽出器、及び／又はスペーサをさらに備え、前記指向体（２）に従って指向される、請求項１～９のいずれか一項に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
11. 前記レンズシステム（２５）が、少なくとも２つのレンズ群（２６）を有するフィルタホイール（２５’）を備える、請求項１～１０のいずれか一項に記載のレーザ処理ヘッド（１）。
12. レーザ処理装置（１、１０）であって、
    レーザ束（５）を放射するように適合されるレーザ源（１０）を備え、
    請求項１～１１のいずれか１項に記載の携帯型レーザ処理ヘッド（１）をさらに備え、
    前記レーザ処理ヘッド（１）は、前記レーザ源（１０）に作動可能に接続される、レーザ処理装置（１，１０）。
13. レーザ束（５）を用いて表面（１１）を処理する方法であって、
    レーザ束（５）を生成するステップと、
    前記レーザ束（５）を集束するステップと、
    一次元又は二次元のタッチパターンに従って前記レーザ束（５）を偏向させるステップと、
    を備える方法において、
    前記タッチパターンを有する前記偏向されたレーザ束（５）が、さらなる反射によって、設定可能な放射方向（１４）に放射されることを特徴とする、方法。
14. 前記表面（１１）に対する前記レーザ処理ヘッド（１）の位置、向き、速度及び／又は加速度に関連付けられたセンサ信号を収集するステップと、
    前記センサ信号に基づいて前記放射方向（１４）を変更するステップと、
    をさらに備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記タッチパターンが、前記偏向された放射方向（１４）に対して補正される、結論１３又は１４に記載の方法。

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