JP4334290B2

JP4334290B2 - Laser irradiation device

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Publication number: JP4334290B2
Application number: JP2003201195A
Authority: JP
Inventors: 誠落合; 正樹依田; 崇広三浦; 英彦黒田; 智山本; 昌弘吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-07-24
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: JP2005040809A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザー光を利用して、狭あい空間、または狭あいな経路を経由して到達する空間に位置する材料の改質施工と、その施工前、施工中、施工後の材料検査または計測を行うレーザー照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば原子力プラントの炉内構造物など、供用期間中に機器や構造材料の劣化を未然に防止するための予防保全技術、あるいは万が一劣化が発生してしまった後の補修、保全、劣化進展防止などの事後保全技術の重要性が増している。
【０００３】
一方、レーザー光線を応用したレーザー技術は、レーザー光の持つ高いエネルギー密度、ピークパワー、可干渉性、直進性などの特徴を利用することで、材料表面の応力改善、溶体化処理、クラッディング、付着物・表面層除去、研磨、き裂除去、溶接、切断等の材料の改質、あるいは、き裂検出、き裂寸法計測、応力計測、材料組成計測、距離計測、振動計測、形状計測、温度計測等の材料検査または計測に有効に利用できる。
【０００４】
特にこれらレーザー技術は、原理的に、対象物が高温、高所、高放射線場、複雑形状部など接触が困難であったり、接近性が悪く遠隔非接触の検査手法が求められる部位であったりする場合に有効な手法である。
【０００５】
また、狭あい部、遮蔽物の内側、配管内面など、レーザービームを材料まで空間的に伝送することが難しい部位への適用も光ファイバー技術の利用により、効率的に実現可能である。
一般的に保全技術の性質上、個々の技術が独立して適用されるケースは少ない。実際の保全施工を考えた場合には一例として以下の技術が必要となる。
【０００６】
（１）応力改善施工の前には、施工部位にき裂がないことを確認するためのき裂検査が必要（施工前検査）。
（２）溶接施工後には溶接部およびその熱影響部にき裂発生がないことを確認する必要（施工後検査）。
（３）応力改善施工の後に応力を計測し、施工の効果を確認する必要（施工後計測）。
（４）改質施工中に、レーザー照射装置と対象物の間の距離を管理するための計測が必要（施工中検査・計測）。
【０００７】
また、レーザー計測または検査の前には、施工面を予めクリーニングすることが望ましく、材料の改質技術と、検査または計測技術は、統合的に適用するのがより効果的、かつ効率的である。
【０００８】
しかしながら、従来これらのレーザー技術を応用した保全施工技術は独立した装置として実現されてきているものの、統合的に保全施工技術を適用できる装置は存在しなかった。
【０００９】
また、レーザー超音波き裂検査法のように、原理的に２本のレーザー光を用い、かつ条件を変更すれば、材料の改質にも、検査または計測にも使用可能な技術もある。
このような保全施工のためには、従来技術を組み合わせて利用することになる。
【００１０】
レーザーによる応力改善（以下、レーザーピーニングと称する）技術とレーザー超音波法によるき裂検査技術との従来技術の組み合わせによる従来のレーザー照射装置の構成を図17に示す。
【００１１】
まず、レーザーピーニング技術とレーザー超音波法によるき裂検査技術について説明する。
レーザーピーニングとは、金属材料をプラズマ化し得るピーク出力を有するパルスレーザー光を水中で材料表面に照射することにより、対象表面に高圧のプラズマを生成し、このプラズマの膨張を周囲の水で閉じ込め、材料に圧縮方向の応力（塑性領域の歪み）を与えることにより対象材料の残留応力を改善し、応力に起因する劣化（例えば応力腐食割れの発生、進展）を予防する技術である（例えば特許文献１、２参照）。
【００１２】
レーザー超音波法によるき裂検査技術は、パルスレーザー光を材料に照射した際に発生する弾性領域の歪みを利用して超音波を送信し、別途材料に照射した受信用のレーザー光の干渉効果を用いて、その超音波を振動信号として計測し、き裂検査を行う（例えば、非特許文献１参照)。
このように送受信された超音波は、通常の接触型の素子で送受信した超音波と同じように、種々のき裂検査や材料計測に用いることができる。
【００１３】
図17において、第一のレーザー光源１から発振した第一のレーザー光L1は、第一のファイバー入射用光学系2を介して第一の光ファイバー３に入射され、照射用光学系４を介して材料Mの所定の位置に照射される。
【００１４】
照射用光学系４は搬送駆動機構５によって、材料Mに対して所定の位置に搬送され、必要な領域に対して応力改善作用を行う。この第一のレーザー光L1は、レーザーピーニングとレーザー超音波き裂検査の送信用として用いられる。
【００１５】
また、第二のレーザー光源６から発振した第二のレーザー光L2は第二のファイバー入射用光学系７を介して第二の光ファイバー８に入射され、照射・集光用光学系９を介して材料M上に、第一のレーザー光L1の照射位置と所定の位置関係を持って照射される。
【００１６】
照射・集光用光学系９は照射用光学系４と同様に搬送駆動機構５によって材料Mに対して所定の位置に搬送され、必要な領域に対してき裂検査を行う。この第二のレーザー光L2は、レーザー超音波き裂検査の受信用として用いられる。
【００１７】
材料Mに照射した第二のレーザー光L2はその表面で反射・散乱され、往路と同じ経路を伝送されて第二のファイバー入射用光学系７まで戻ってくる。
ここで第二のレーザー光L2の往路と復路は経路を光学的に変更され、復路を通った反射・散乱成分は検査・計測用光学系10に入射される。
【００１８】
検査・計測用光学系10では、必要な光情報が電気情報に変換され、検出される。この電気情報は信号処理装置11によって、必要に応じて信号処理、解析、表示、記録される（例えば、特許文献３、４参照）。
【００１９】
次に、このようなレーザー照射装置の動作について説明する。照射用光学系４と照射・集光用光学系９はともに搬送駆動機構５で材料Mの所定の位置まで搬送され、まず照射用光学系４から照射されるき裂検査に最適化された第一のレーザー光L1で材料Mに超音波信号を送信する。
【００２０】
その超音波信号は、照射・集光用光学系９から照射され、材料Mの表面で反射・散乱される第二のレーザー光L2の干渉効果を用いてを検査計測用光学系10と信号処理装置11で計測することにより受信する。
【００２１】
搬送駆動機構５は材料Mのある領域中で１次元あるいは２次元走査などの所定の保全動作をする。計測した超音波信号を伝播時間解析法、表面伝播波のき裂による反射成分あるいは透過成分を解析する方法、パルスエコー法、回折波検知法、回折波飛行時間法（TOFD法：Time-of-Flight Diffraction）、開口合成法（SAFT法：Synthetic Aperture Focusing Technique）などを用いて解析することで、材料Mのき裂が検査される。
【００２２】
その結果、き裂なし、あるいは許容範囲内のき裂のみと判断された場合、照射用光学系４からは再び第一のレーザー光L1が、レーザーピーニングに最適化された条件で材料Mに照射される。この場合も、搬送駆動機構５は材料Mのある領域中で１次元あるいは２次元走査などの所定の保全動作をする。
【００２３】
このようにすれば、き裂がないことが確認された材料に対して応力改善を行うことで、材料Mに対し、応力に起因する劣化の発生を防止する予防保全施工を効率的に完了することができる。
【００２４】
【特許文献１】
特開平０７−２４６４８３号公報
【特許文献２】
特開平０８−２０６８６９号公報
【特許文献３】
特開２００１−３１８０８１号公報
【特許文献４】
特開２００２−２５７７９３号公報
【非特許文献１】
「山脇：“レーザー超音波と非接触材料評価”、溶接学会誌、第64巻、No.2、P.104-108 (1995）」
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の組み合わせによる図17に示すような従来のレーザー照射装置においては、照射用光学系４と照射・集光用光学系９の両方を材料Mに対し所定の位置まで搬送する必要がある。このため、材料M近傍にあるべき装置部分が大型化する。
【００２６】
したがって、材料Mが狭あい空間、または狭あいな経路を経由しなければ到達できない空間に位置している場合、その部位に光学系を挿入すること、あるいは、挿入できたとしてもその位置で駆動することが非常に困難である。
【００２７】
一方、保全施工装置を個々に準備し、シーケンシャルに施工する場合、例えば、まず搬送駆動機構５に検査計測用光学系を装着して材料まで挿入し、検査計測し、抜き出し、その後、検査計測用光学系を改質加工用光学系に付け替えて再び材料まで挿入し、改質し、抜き出す、という手順をとると、挿入・抜き出し作業が２回必要となり、保全施工作業全体の工程が伸びて作業時間が長くなると共にコストが高くなる。
【００２８】
本発明は上述の課題を解決するためになされたものであり、材料が狭あい空間、または狭あいな経路を経由しなければ到達できない空間に位置している場合でも、材料の改質と材料検査または計測との保全施工作業が短時間に容易に行えるレーザー照射装置を得ることを目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、材料に照射され、材料を改質する第一のレーザー光を発振する第一のレーザー光源と、材料に照射され、材料からの反射成分を検出して該当部位の検査または計測をするための第二のレーザー光を発振する第二のレーザー光源と、前記第一および第二のレーザー光が入射され、第一および第二のレーザー光を材料に照射し、かつ前記第二のレーザー光の反射成分を検出する統合光学系と、前記第一および第二のレーザー光をレーザー光源から統合光学系まで伝送し、かつ前記第二のレーザー光の反射成分を伝送するための光伝送手段と、前記第二のレーザー光の反射成分が入射され、反射成分から情報を検知し、電気信号に変換する検査・計測用光学系と、前記検査・計測用光学系から出力される電気信号を信号処理する信号処理手段とからなるレーザー照射装置において、材料が第一および第二のレーザー光が透過する液体媒質中に設置される場合であって、第一および第二のレーザー光の空間伝播領域の少なくとも一部分を前記液体媒質と同じ清浄な液体で置換する液流生成手段を備えたことを特徴とすることを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、図17に示す従来のレーザー照射装置と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３３】
図１は本発明の第一の実施の形態を示す図で、材料Mを改質する第一のレーザー光L1は第一のレーザー光源１から発振され、ファイバー入射用光学系を含む光学系12を介して光伝送手段13に入射される。ここで、光伝送手段としては光ファイバーあるいはミラー光学系を用いた空間光伝送路などが考えられるが、本実施の形態においては光ファイバーを用いた場合を説明する。
【００３４】
一方、材料Mの第一のレーザー光L1の照射位置と同じ位置、あるいは着目すべき別の位置にレーザー光を照射し、その反射成分を検出して該当部位のき裂検査または計測をするための第二のレーザー光L2は第二のレーザー光源６から発振され、光学系12を介して光ファイバー13に入射される。
【００３５】
第一および第二のレーザー光L1、L2は同一光ファイバー13中を伝播し、統合光学系14へと導かれる。ここで、統合光学系14は第一のレーザー光L1を所定の照射条件で材料Mに照射するとともに、第二のレーザー光L2を所定の照射条件で材料Mに照射し、かつ、その反射成分を集光する機能を有する。
【００３６】
統合光学系14により集光された第二のレーザー光L2の反射成分は往路と同じ経路を逆に伝播し、光学系12で光路を変更されて、検査・計測用光学系10に入射される。ここで情報は電気信号に変換されて計測され、信号処理装置11にて処理される。
【００３７】
なお、従来と同様に、統合光学系14を材料M近傍まで搬送し、該当部位にて保全動作するための搬送駆動機構５を備える。
ここで、光学系12の具体的な構成例を図２に示す。まず、第一のレーザー光源１から第一のレーザー光L1が発振される。この第一のレーザー光L1は材料の改質用途、あるいはレーザー超音波き裂検査における超音波送信用として用いられるレーザー光であり、通常の場合、高いピークパワーを有する。
【００３８】
このようなレーザー光L1をレンズで集光し、直接光ファイバー13に入射すると、光ファイバーはレーザー光L1のパワーのため損傷する恐れがある。そこで、まずビームエキスパンダー15でビーム口径を拡大した後、フライアイレンズ16にて焦点を空間的に分割（空間的なプロファイルを均一化）し、その後、入射レンズ17を介して光ファイバー13に入射する。
【００３９】
光ファイバー13はステップインデックス型（SI）あるいはグレーデッドインデックス型（GI）のマルチモード光ファイバーなどが用いられる。
伝送するエネルギーが大きい場合には、テーパー形状の伝送路を有するファイバー（入射側の口径が太く、出力端に向かうに従って口径が細くなる光ファイバー）を用いても良い。
【００４０】
また入射レンズ17の焦点は光ファイバー13の入射端面に合わせるのではなく、ややデフォーカスにして入射するようにすると光ファイバーの損傷防止に役立つ。
なお、フライアイレンズ16の代替として、すりガラス等を用いて空間的なプロファイルを均一化しても良い。
【００４１】
一方、検査・計測用の第二のレーザー光L2は第二のレーザー光源６から発振され、ビームスプリッタ18を介して光合成・分岐素子（ダイクロイックミラー）19で第一のレーザー光L1と同軸化し、入射レンズ17によって光ファイバー13に入射される。ここでビームスプリッタ18は透過と反射の比率が等しいハーフミラーを用いてもよいし、光学波長板と共に偏向ビームスプリッタを用いても良い。
【００４２】
光ファイバー13からは、材料Mで反射され、往路と逆経路を伝送された第二のレーザー光L2の反射成分が出力されるが、この反射成分は光合成・分岐素子19で再び反射され、ビームスプリッタ18を透過して検査・計測用光学系10へ入射される。
【００４３】
ここで、第一のレーザー光L1の波長をλ1、第二のレーザー光L2の波長をλ2とした場合、λ1≠λ2を満たす光源を用いれば、光合成・分岐素子19に、透過：反射が均等のハーフミラーでなく、波長λ1のレーザー光を透過、波長λ2のレーザー光を反射するような波長選択性のあるダイクロイックミラーを用いることで、光量ロスを最小にすることができる。
【００４４】
また、検査・計測用光学系10の前段に波長λ2のレーザー光のみを透過する光波長フィルタ20を設けてもよい。これによってピークパワーの大きな第一のレーザー光L1が検査・計測用光学系10へ混入するのを防止することができ、検査・計測用光学系10での検査・計測精度を向上させることができる。
【００４５】
また、第一および第二のレーザー光L1、L2の反射成分の一部には、ビームスプリッタ18において反射される成分もあるが、その反射光が第二のレーザー光源６に混入するのを防止するために光アイソレータ21を設置するようにしても良い。
【００４６】
このようにすれば、材料Mの近傍に設置する統合光学系14を小型化することができ、しかも光ファイバーを１本しか使用しないため、材料Mが狭あい空間または狭あいな経路を経由しなければ到達できない空間に位置している場合でも、材料の改質と材料検査または計測との保全施工作業が短時間に容易に行うことができる。
【００４７】
次に、本発明の第一の実施の形態における統合光学系の具体的な構成について図３を参照して説明する。図３において、14は図１に示す統合光学系で、光ファイバー13中を伝播してきた第一および第二のレーザー光L1、L2は、統合光学系ケース22に取り付けられた光ファイバー13の端面から同じ光軸で出射される。
この同軸２本のレーザー光は反射ミラー23によって所定の角度で反射され、照射レンズ24によって所定の照射条件で材料Mに照射される。
【００４８】
材料Mに照射された２本のレーザー光のうち、第二のレーザー光L2の反射成分は往路と同じ経路を辿り、コリメータレンズ25によって光ファイバー13に再び入射される。
【００４９】
ここで、コリメータレンズ25は、往路において、２本のレーザー光を並行光に光路変更する特性も兼ね備えている。但し、例えば、照射レンズ24を適切に設計すれば、コリメータレンズ25なしでもこの光学系は成立するし、また、光ファイバー13の光軸に平行方向に２本のレーザー光を出力したい場合、すなわち、材料Mが光ファイバー13の光軸に対して垂直方向に位置する場合には、反射ミラー23は必要ない。
【００５０】
なお、第二のレーザー光L2の反射成分の光ファイバー13への再入射効率を考えると、照射レンズ24から材料Mへの照射角度は、照射面に対してほぼ垂直方向であることが望ましい。
【００５１】
また、照射レンズ24、あるいは照射レンズ24とコリメータレンズ25の組み合わせにより、照射スポットを拡大・縮小したり、あるいは点または円形スポットではなく、照射スポット形状をライン状にするなど照射条件を変更することも可能である。
【００５２】
次に、本発明の第一の実施の形態における統合光学系の第一の変形例について図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）において、26は第一の光学素子で、第一および第二のレーザー光L1、 L2を反射する機能と、反射した２本のレーザー光を所定の照射条件で材料Mに照射する機能と、材料にて反射された反射成分を光ファイバー13に再入射する機能の3つの機能を１つの光学素子で実現する曲率面ミラー26aを有している。
【００５３】
この曲率面ミラー26aの反射面には、第一のレーザー光L1の波長λ1と第二のレーザー光L2の波長λ2の両方の波長を反射する反射膜を施すか、あるいは光学素子自体を両方の波長に対して高い反射率を有する材料で構成する。
【００５４】
あるいは図４（ｂ）に示すとおり、第一の光学素子26は凸面の曲率を有する曲率面ミラー26bとすることもできる。この場合には、第一の光学素子26は、当然、第一および第二のレーザー光波長λ1、λ2の両方に対して透過率を有し、かつ、反射面は両方の波長について反射率を有さねばならない。
【００５５】
いずれの場合も曲率面ミラーは図３に示した構造に比べて照射レンズを省略することができ、使用する光学素子の数を減らして、統合光学系ケース22をより小型化することが可能で、狭あい部等での使用により適している。
【００５６】
次に、本発明の第一の実施の形態における統合光学系の第二の変形例について図５を参照して説明する。図５において、統合光学系ケース22に接続された光ファイバー13から出力された２本のレーザー光は、コリメータレンズ25で並行光となり、選択反射ミラー27に入射される。
【００５７】
ここで、選択反射ミラー27は、例えば、第二のレーザー光L2の波長λ2を透過する材質で構成されており、その反射面には第一のレーザー光L1の波長λ1を反射し、第二のレーザー光L2の波長λ2を透過する反射膜を有するものである。
【００５８】
反射された第一のレーザー光L1は材料Mに照射されるが、この経路上に照射レンズ24aを設置して、照射条件を調整することも可能である。
一方、選択反射ミラー27を透過した第二のレーザー光L2は反射ミラー23で反射され、照射レンズ24bによって、所定のパラメータで材料Mに照射される。
【００５９】
照射レンズ24bによる材料Mへの第二のレーザー光L2の照射は、後述する集光過程を考えれば、材料Mの照射面に対しできるだけ垂直方向とすることが好ましい。
材料Mにおける反射成分は照射レンズ24bで集光され、反射ミラー23、コリメータレンズ25を介して光ファイバー13へと再入射する。
【００６０】
ここで、照射レンズ24bと周辺媒質の屈折率差が大きい場合、照射レンズ24bの光学面で第二のレーザー光L2のうち、一部は反射され、材料Mを経由することなく光ファイバー13へと再入射されてしまう。これは迷光ノイズとなるため、照射レンズ24bの光学面には、第二のレーザー光L2の波長λ2に対応した無反射コーティングがなされていることが好ましい。
【００６１】
なお、本構成では、最初に第一のレーザー光L1が反射されるが、第一のレーザー光L1と第二のレーザー光L2の反射順序は逆でもかまわない。
また、本構成は第一のレーザー光L1と第二のレーザー光L2の位置関係が上下方向に並んでいる場合を示しているが、左右方向の場合でも同じ考え方で構成可能である。
【００６２】
また、第一のレーザー光L1の照射は、その反射成分の光ファイバー13への再入射防止の観点から、材料Mに対して、やや角度を付けて行うことが望ましい。
また、本構成をとった場合でも第一のレーザー光L1の照射位置と第二のレーザー光L2の照射位置を同じ点にすることは可能であり、また、あえて所定の距離だけ離すことも容易である。
【００６３】
次に、本発明の第一の実施の形態における統合光学系の第三の変形例について図６を参照して説明する。図６において、統合光学系ケース22に接続された光ファイバー13から出力された２本のレーザー光は、第二の光学素子28に入射される。
【００６４】
ここで第二の光学素子28は第二のレーザー光L2の波長λ2に対し透過度を有する材料で構成されており、その第一面28-1は、第一のレーザー光L1の波長λ1を反射し、かつ第二のレーザー光L2の波長λ2を透過する曲率面である。
【００６５】
反射された第一のレーザー光L1はその曲率面体の定める光路に従って材料Mへと照射される。
一方、第二の光学素子28の内部を透過した第二のレーザー光L2は、第二の光学素子28の第二面28-2に到達する。ここで第二面28-2には第二のレーザー光L2の波長λ2を反射する反射膜が施されており、第二のレーザー光L2を材料Mの方向へ反射する。
【００６６】
ここで、材料Mへ照射された第二のレーザー光L2の反射成分は、往路の逆を辿って光ファイバー13へと再入射されるため、材料Mへの第二のレーザー光L2の照射は、できる限り垂直に近い方向の方が効率が良い。
【００６７】
第二面28-2は曲率面でもよいし、後述の第三面28-3の仕様によっては、平面でもかまわない。このレーザー光は第二面28-2から材料Mへの途中、第二の光学素子28の第三面28-3を透過するが、この第三面28-3には、第二のレーザー光L2の波長λ2の反射防止膜が施されている。
また、第二面28-2の曲率面による集光効果の補正、あるいは第二面28-2が平面の場合には照射レンズとして機能するためのレンズ構造を有していても良い。
【００６８】
なお、本構成では、最初に第一のレーザー光L1が反射されるが、第一のレーザー光L1と第二のレーザー光L2の反射順序は逆でもかまわない。いずれの場合でも、第一のレーザー光L1の照射は、その反射成分の光ファイバー13への再入射防止の観点から、材料Mに対して、やや角度を付けて行うことが望ましい。
【００６９】
本構成をとった場合でも、第一のレーザー光L1の照射位置と、第二のレーザー光L2の照射位置を同じ点にすることも、あるいは、あえて所定の距離だけ離すことも容易である。
【００７０】
次に、本発明の第二の実施の形態について図７を参照して説明する。図７において、材料Mの材料を改質する第一のレーザー光L1は第一のレーザー光源１から発振され、第一のファイバー入射用光学系2を介して第一の光ファイバー３に入射される。
【００７１】
一方、材料Mにレーザー光を照射し、その反射成分を検出して該当部位のき裂検査または計測をするための第二のレーザー光L2は第二のレーザー光源６から発振され、第二のファイバー入射用光学系７を介して光ファイバー８に入射される。
第一および第二のレーザー光L1、 L2は各々光ファイバー３、８によって、ともに統合光学系29へと導かれる。
【００７２】
ここで、統合光学系29は、第一のレーザー光L1を所定の照射条件で材料Mに照射するとともに、第二のレーザー光L2を所定の照射条件で材料Mに照射し、かつ、その反射成分を集光する機能を有する。
【００７３】
統合光学系29により集光された第二のレーザー光L2の反射成分は往路と同じ経路を逆に伝播し、第二のファイバー入射用光学系７を経由して、検査・計測用光学系10に入射される。ここで情報は電気信号に変換されて計測され、信号処理装置11にて処理される。
なお、従来と同様に、統合光学系29を材料M近傍まで搬送し、該当部位にて保全動作するための搬送駆動機構５を備える。
【００７４】
このようにすれば、光ファイバーは第一および第二のレーザー光で個別に必要となるものの、材料Mの近傍に設置する統合光学系29は第一および第二のレーザー光で共用することで小型化することができ、材料Mが狭あい空間、または狭あいな経路を経由しなければ到達できない空間に位置している場合でも、材料の改質と材料検査または計測との保全施工作業が短時間に容易に行うことができる。
【００７５】
ここで、統合光学系29と光ファイバー３、８の接続は図８（ａ）、（ｂ）のごとく構成することができる。すなわち、光ファイバー３、８は統合光学系29に接続されるが、一方の光ファイバー３の端部を(a)図のように所定の角度だけ傾けたり、(b)図のように端面を斜めに研磨して接続したりすることにより照射角度を変化させることができる。
【００７６】
このようにすれば、１枚の照射レンズ24を用いることで第一および第二のレーザー光L1、L2の照射位置を異なる任意の点に設定できる上、高いエネルギーを有する第一のレーザー光L1を角度を付けて材料Mに照射することで、その反射成分の光ファイバー８への混入を防止することもできる。
【００７７】
次に、本発明の第二の実施の形態における統合光学系の具体的な構成について図９を参照して説明する。図９において、２本の光ファイバー３、８は１本のチューブ30で束ねられ、統合光学系ケース29に接続される。
【００７８】
２本のレーザー光はコリメータレンズ25を介して反射ミラー31に照射され、反射ミラー31で材料Mの方向に反射される。反射されたレーザー光は照射レンズ24によって、所定の照射条件で材料Mへと照射される。
【００７９】
ここで、第二のレーザー光L2の反射成分は同じ経路を辿って光ファイバー８に再入射されるが、一方、第一のレーザー光L1はある角度をもって照射されるため、反射成分の光ファイバー３への混入が防止される。
【００８０】
次に、本発明の第二の実施の形態における統合光学系の第一の変形例について図10参照して説明する。図10において、32は第三の光学素子で、2つの光学面32-1、 32-2を有する反射ミラーであり、第一のレーザー光L1が反射される光学面32-1と、第二のレーザー光L2が反射される光学面32-2が各々のレーザー光に対して適切な角度で形成されている。
このような構成によっても、レーザー光L2の反射成分の光ファイバー３への混入が防止される。
【００８１】
次に、本発明の第二の実施の形態における統合光学系の第二の変形例について図11を参照して説明する。図11において、33は第四の光学素子で、第一のレーザー光L1を反射する機能と、反射した第一のレーザー光を所定の照射条件で材料Mに照射する機能の2つの機能を実現する曲率面33-1と、第二のレーザー光L2を反射する機能と、反射した第二のレーザー光を所定の照射条件で材料Mに照射する機能と、材料Mにて反射された反射成分を光ファイバー８に再入射する機能の3つの機能を有する第二の曲率面33-2を有する。
【００８２】
この第四の光学素子33の各々の反射面には、第一のレーザー光L1の波長λ1あるいは第二のレーザー光L2の波長λ2の波長を反射する反射膜を設けるか、あるいは素子自体を両方の波長に対して高い反射率を有する材料で構成する。
【００８３】
このような構造の統合光学系であると、照射レンズを省略することができ、使用する光学素子の数を減少らして、統合光学系ケース29をより小型化することが可能で、狭あい部等での使用により適している。
【００８４】
次に、本発明の第二の実施の形態における統合光学系の第三の変形例について図12を参照して説明する。図12において、統合光学系ケース29に接続された光ファイバー３、８から各々出力された２本のレーザー光は、第五の光学素子34に入射される。
【００８５】
ここで第五の光学素子34は第二のレーザー光L2の波長λ2に対し透過度を有する材料で構成されており、その第一面34-1は、第一のレーザー光L1の波長λ1を反射し、かつ第二のレーザー光L2の波長λ2を透過する曲率面である。
【００８６】
反射された第一のレーザー光L1はその曲率面体の定める光路に従って材料Mへと照射される。
【００８７】
一方、第五の光学素子34の内部を透過した第二のレーザー光L2は、第五の光学素子34の第二面34-2に到達する。ここで第二面34-2には第二のレーザー光L2の波長λ2を反射する反射膜が施されており、第二のレーザー光L2を材料Mの方向へ反射する。
【００８８】
ここで、材料Mへ照射された第二のレーザー光L2の反射成分は、往路の逆を辿って光ファイバー８へと再入射されるため、材料Mへの第二のレーザー光L2の照射は、できる限り垂直に近い方向の方が効率が良い。
【００８９】
第二面34-2は曲率面でもよいし、後述の第三面34-3の仕様によっては、平面でもかまわない。第二のレーザー光L2は第五の光学素子34の第二面34-2で反射された後、第三面34-3を透過するが、この第三面34-3には、第二のレーザー光L2の波長λ2の反射防止膜が施される。
【００９０】
また、第二面34-2の曲率面による集光効果の補正、あるいは第二面34-2が平面の場合には照射レンズとして機能するためのレンズ構造を有していても良い。
【００９１】
なお、本構成では、最初に第一のレーザー光L1が反射されるが、第一のレーザー光L1と第二のレーザー光L2の反射順序は逆でもかまわない。
また、第一のレーザー光L1の照射は、その反射成分の光ファイバー３への再入射防止の観点から、材料Mに対して、やや角度を付けて行うことが望ましい。この観点から、本構成をとった場合でも、第一のレーザー光L1の照射位置と、第二のレーザー光L2の照射位置を同じ点にすることも、あるいは、あえて所定の距離だけ離すことも容易である。
【００９２】
このような構成によれば、統合光学系ケース29のサイズを大きくすることなく、第一のレーザー光L1と第二のレーザー光L2の照射条件を任意に決めることができるという効果がある。
【００９３】
次に、本発明の第三の実施の形態について図13を参照して説明する。図13において、材料Mの材料を改質する第一のレーザー光L1は第一のレーザー光源１から発振され、第一のファイバー入射用光学系2を介して光ファイバー３に入射される。
【００９４】
一方、材料Mにレーザー光を照射し、その反射成分を検出して該当部位のき裂検査または計測をするための第二のレーザー光L2は第二のレーザー光源６から発振され、第二のファイバー入射用光学系７を介して光ファイバー８に入射される。
【００９５】
第一および第二のレーザー光L1、L2は各々光ファイバー３、８によって、統合光学系35へと導かれる。ここで、統合光学系35は、第一のレーザー光L1を所定の照射条件で材料Mに照射するとともに、第二のレーザー光L2を所定の照射条件で材料Mに照射し、かつ、その反射成分を集光する機能を有する。
【００９６】
さらに、集光された第二のレーザー光L2の反射成分は統合光学系35内で往路から分岐され、第三の光ファイバー36を伝播し、直接、検査・計測用光学系10に入射される。ここで情報は電気信号に変換されて計測され、信号処理装置11にて処理される。
なお、従来と同様に、統合光学系35を材料M近傍まで搬送し、該当部位にて保全動作するための搬送駆動機構５を備える。
【００９７】
このようにすれば、光ファイバーは３本必要となるものの、材料Mの近傍に設置する統合光学系は第一および第二のレーザー光で共用することで小型化することができる上、第二の光ファイバー８の端面で反射する光成分が検査・計測用光学系10に混入することを防止することができる。
【００９８】
次に、本発明の第四の実施の形態について図14および図15を参照して説明する。図14に示すよう、例えば図７および図13における光ファイバー３は光を材料Mに照射する機能を有するが、図７における光ファイバー８、図13における光ファイバー36は材料Mからの反射成分が入射される機能を有する。個々の光ファイバーは固有の開口数N.A.
N.A.＝n・sinθ
但しｎは媒質の屈折率
を有しており、この角度範囲内で入射してくる光は光ファイバー内を伝播し、逆にこの角度範囲外の入射光は伝播しない。
【００９９】
ここで、材料Mは一般に粗面であるため、照射された第二のレーザー光L2は広い角度に散乱する。その散乱光を効率的に光ファイバーに入射させるためには、図７における光ファイバー８、図13における光ファイバー36は大きな開口数を有している方が有利である。
【０１００】
一方、図７および図13における光ファイバー３に反射成分が混入すると、それは第一のレーザー光源１まで伝播し、光源に悪影響を及ぼす。従って、図７および図13における光ファイバー３は小さな開口数を有している方が有利である。
【０１０１】
本実施の形態においては、図15に示すように、統合光学系ケース37が媒質W中で使用され、第一および第二のレーザー光L1、L2の伝播経路の一部分を媒質Wと同じ清浄な液体で置換するものである。
【０１０２】
図15では、統合光学系ケース37にノズル38を取り付け、図示しないホースを介して矢印で示すように清浄な媒質Wの流れを光路に生成している。
第一のレーザー光L1は比較的高いエネルギーを有するため、材料Mに照射した際に材料Mの表面から微粒子が脱離する場合がある。これらの微粒子はレーザー光を散乱・吸収するため、これらがレーザー光路を横切ると改質、き裂検査・計測のいずれにも悪影響がある。そこで清浄な媒質Wで光路を常に置換し続けることで、微粒子の光路への混入を防止することができる。
【０１０３】
なお、媒質Wが水など超音波の良導体である場合には、第一または第二のレーザー光L1、L2の材料Mへの照射で媒質中に音波振動が発生する場合がある。この音波振動の影響を防止するためには、統合光学系ケース37を吸音材材料で構成するのも効果的である。
【０１０４】
次に、本発明の第五の実施の形態について図16を参照して説明する。図16において、材料Mを含む細管39は容器40の底部を貫いて設置されている。容器40は水Wで満たされていて、この水Wは細管39の内部にも存在する。
【０１０５】
図示しない第一および第二のレーザー光源から発振した2本のレーザー光L1、L2は、光ファイバー13で導かれる。光ファイバー13は統合光学系ケース37に接続されており、2本のレーザー光L1、L2は第二の光学素子28を介し、所定の照射条件で材料Mに照射される。
照射されたレーザー光のうち、第二のレーザー光L2は材料Mの表面で反射され、往路の逆経路で図示しない検査・計測用光学系まで導かれる。
【０１０６】
ここで、統合光学系ケース37は搬送駆動機構５に接続され、細管39内を上下方向、あるいは周方向に移動可能な構造となっており、移動しながら細管39内の保全すべき部位全体を施工する。
【０１０７】
統合光学系ケース37には水ノズル38が形成されており、統合光学系ケース37の内部から統合光学系ケース37と細管39の隙間に向かう方向で清浄水が噴出し、第一のレーザー光L1の照射によって発生した微粒子がすべて細管39の外側へ流出する構造となっている。
【０１０８】
このような構成においても、清浄な媒体Wで光路を常に置換し続けることで微粒子の光路への侵入を防止することができる。
搬送駆動機構５は細管Tの上側に何らかの方法によって固定可能な構造となっている。
【０１０９】
【発明の効果】
以上のように本発明によるレーザー照射装置によれば、材料に照射され、材料を改質する第一のレーザー光と、材料に照射され、その反射成分を検出して該当部位のき裂検査または計測をする第二のレーザー光を共通の統合光学系を介して材料に照射するようにしたので、統合光学系を小型化することができ、材料が狭あい空間、または狭あいな経路を経由しなければ到達できない空間に位置している場合でも、材料の改質と材料検査または計測との保全施工作業を短時間に容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示すブロック構成図。
【図２】図１の光学系を拡大して示す構成図。
【図３】図１の統合光学系の具体的構成を示す構成図。
【図４】図１の統合光学系の第一の変形例を示す構成図。
【図５】図１の統合光学系の第二の変形例を示す構成図。
【図６】図１の統合光学系の第三の変形例を示す構成図。
【図７】本発明の第二の実施の形態を示すブロック構成図。
【図８】図７の統合光学系の具体例を示す構成図。
【図９】図７の統合光学系の具体的構成を示す構成図。
【図１０】図７の統合光学系の第一の変形例を示す構成図。
【図１１】図７の統合光学系の第二の変形例を示す構成図。
【図１２】図７の統合光学系の第三の変形例を示す構成図。
【図１３】本発明の第三の実施の形態を示すブロック構成図。
【図１４】本発明の第四の実施の形態を説明するための概略構成図。
【図１５】本発明の第四の実施の形態を示す構成図。
【図１６】本発明の第五の実施の形態を示す構成図。
【図１７】従来のレーザー照射装置を示すブロック構成図。
【符号の説明】
１…第一のレーザー光源、２…第一のファイバー入射用光学系、３…第一の光ファイバー、５…搬送駆動機構、６…第二のレーザー光源、７…第二のファイバー入射用光学系、８…第二の光ファイバー、10…検査・計測用光学系、11…信号処理装置、12…光学系、13…光ファイバー、14、29、35…統合光学系、15…ビームエキスパンダー、16…フライアイレンズ、17…入射レンズ、18…ビームスプリッタ、19…ダイクロイックミラー、20…光波長フィルタ、21…光アイソレータ、22…統合光学系ケース、23…反射ミラー、24…照射レンズ、25…コリメータレンズ、26…第一の光学素子、27…選択反射ミラー、28…第二の光学素子、31…反射ミラー、32…第三の光学素子、33…第四の光学素子、34…第五の光学素子、36…第三の光ファイバー、39…細管、40…容器、L1…第一のレーザー光、L2…第二のレーザー光、M…材料、W…媒質（水）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a laser beam to modify a material located in a narrow space or a space reached via a narrow path, and perform material inspection before, during, or after the construction. The present invention relates to a laser irradiation apparatus that performs measurement.
[0002]
[Prior art]
In recent years, for example, preventive maintenance technology to prevent deterioration of equipment and structural materials during the operation period, such as in-furnace structures of nuclear power plants, or repair, maintenance, and progress of deterioration after the occurrence of deterioration The importance of ex-post maintenance technologies such as prevention is increasing.
[0003]
On the other hand, laser technology that applies laser light makes use of features such as the high energy density, peak power, coherence, and straightness of laser light to improve material surface stress, solution treatment, cladding, and attachment. Material modification such as kimono / surface layer removal, polishing, crack removal, welding, cutting, or crack detection, crack dimension measurement, stress measurement, material composition measurement, distance measurement, vibration measurement, shape measurement, temperature It can be effectively used for material inspection such as measurement or measurement.
[0004]
In particular, in these laser technologies, in principle, the object is difficult to contact, such as high temperatures, high places, high radiation fields, and complicated shapes, or it is a part that has poor accessibility and requires a remote non-contact inspection method. This is an effective method.
[0005]
In addition, application to a portion where it is difficult to spatially transmit a laser beam to a material, such as a narrow portion, the inside of a shield, or the inner surface of a pipe, can be efficiently realized by using the optical fiber technology.
In general, due to the nature of maintenance technology, there are few cases where each technology is applied independently. The following techniques are required as an example when considering actual maintenance work.
[0006]
(1) Prior to stress improvement work, a crack inspection is required to confirm that there are no cracks in the work site (pre-construction inspection).
(2) After welding work, it is necessary to confirm that there are no cracks in the welded part and its heat-affected zone (post-construction inspection).
(3) It is necessary to measure the stress after the stress improvement work and confirm the effect of the work (post-working measurement).
(4) During the modification work, measurement is required to manage the distance between the laser irradiation device and the object (inspection and measurement during construction).
[0007]
In addition, it is desirable to clean the construction surface in advance before laser measurement or inspection, and it is more effective and efficient to apply the material modification technique and the inspection or measurement technique in an integrated manner. .
[0008]
However, although maintenance construction technology applying these laser technologies has been realized as an independent device, there has been no device that can apply maintenance construction technology in an integrated manner.
[0009]
In addition, there is a technique that can be used for material modification, inspection or measurement if two laser beams are used in principle and the conditions are changed, such as a laser ultrasonic crack inspection method.
For such maintenance work, a combination of conventional techniques is used.
[0010]
FIG. 17 shows the configuration of a conventional laser irradiation apparatus based on a combination of a conventional technique of a stress improvement technique (hereinafter referred to as laser peening) using a laser and a crack inspection technique using a laser ultrasonic method.
[0011]
First, laser peening technology and crack inspection technology by laser ultrasonic method will be described.
Laser peening generates high-pressure plasma on the target surface by irradiating the surface of the material with a pulsed laser beam having a peak output capable of turning the metal material into plasma, and confines the expansion of the plasma with the surrounding water. It is a technology that improves the residual stress of the target material by applying stress in the compressive direction (strain in the plastic region) to the material, and prevents deterioration due to the stress (for example, the occurrence and development of stress corrosion cracking) (for example, patent literature) 1 and 2).
[0012]
Crack inspection technology using the laser ultrasonic method transmits the ultrasonic wave using the distortion of the elastic region generated when the material is irradiated with pulsed laser light, and the interference effect of the receiving laser light separately applied to the material Is used to measure the ultrasonic wave as a vibration signal and perform a crack inspection (see, for example, Non-Patent Document 1).
The ultrasonic waves transmitted and received in this way can be used for various crack inspections and material measurements in the same manner as the ultrasonic waves transmitted and received by a normal contact type element.
[0013]
In FIG. 17, the first laser light L 1 oscillated from the first laser light source 1 is incident on the first optical fiber 3 through the first fiber incident optical system 2 and is transmitted through the irradiation optical system 4. A predetermined position of the material M is irradiated.
[0014]
The irradiation optical system 4 is transported to a predetermined position with respect to the material M by the transport driving mechanism 5 and performs a stress improving action on a necessary region. This first laser beam L1 is used for transmission of laser peening and laser ultrasonic crack inspection.
[0015]
The second laser light L2 oscillated from the second laser light source 6 is incident on the second optical fiber 8 through the second fiber incident optical system 7 and is then transmitted through the irradiation / condensing optical system 9. The material M is irradiated with a predetermined positional relationship with the irradiation position of the first laser beam L1.
[0016]
Similarly to the irradiation optical system 4, the irradiation / condensing optical system 9 is transported to a predetermined position with respect to the material M by the transport drive mechanism 5 and performs a crack inspection on a necessary region. This second laser beam L2 is used for receiving a laser ultrasonic crack inspection.
[0017]
The second laser light L2 irradiated to the material M is reflected and scattered by the surface thereof, transmitted through the same path as the forward path, and returns to the second fiber incidence optical system 7.
Here, the forward path and the return path of the second laser beam L2 are optically changed, and the reflected / scattered component passing through the return path is incident on the inspection / measurement optical system 10.
[0018]
In the inspection / measurement optical system 10, necessary optical information is converted into electrical information and detected. This electrical information is signal processed, analyzed, displayed, and recorded by the signal processing device 11 as necessary (see, for example, Patent Documents 3 and 4).
[0019]
Next, the operation of such a laser irradiation apparatus will be described. The irradiation optical system 4 and the irradiation / condensing optical system 9 are both transported to a predetermined position of the material M by the transport drive mechanism 5 and are first optimized for inspection of cracks irradiated from the irradiation optical system 4. An ultrasonic signal is transmitted to the material M with one laser beam L1.
[0020]
The ultrasonic signal is emitted from the irradiation / condensing optical system 9 and is subjected to signal processing with the inspection / measurement optical system 10 using the interference effect of the second laser beam L2 reflected / scattered by the surface of the material M. It is received by measuring with the device 11.
[0021]
The transport drive mechanism 5 performs a predetermined maintenance operation such as one-dimensional or two-dimensional scanning in an area where the material M is present. Propagation time analysis method for measured ultrasonic signals, method for analyzing reflection or transmission component due to cracks of surface propagation wave, pulse echo method, diffraction wave detection method, diffraction wave time-of-flight method (TOFD method: Time-of-time) The crack of material M is inspected by analyzing it using Flight Diffraction (SAFT), Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT).
[0022]
As a result, when it is determined that there is no crack or only a crack within the allowable range, the first laser beam L1 is irradiated again from the irradiation optical system 4 to the material M under the conditions optimized for laser peening. Is done. Also in this case, the transport driving mechanism 5 performs a predetermined maintenance operation such as one-dimensional or two-dimensional scanning in a region where the material M is present.
[0023]
In this way, by performing stress improvement on a material that has been confirmed to be free of cracks, preventive maintenance construction that prevents the occurrence of deterioration due to stress is efficiently completed for material M. be able to.
[0024]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-246483
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 08-206869
[Patent Document 3]
JP 2001-318081 A
[Patent Document 4]
JP 2002-257793 A
[Non-Patent Document 1]
“Yamawaki:“ Laser Ultrasound and Non-contact Material Evaluation ”, Journal of the Japan Welding Society, Vol. 64, No. 2, P.104-108 (1995)”
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional laser irradiation apparatus as shown in FIG. 17 by the combination of the prior arts, it is necessary to transport both the irradiation optical system 4 and the irradiation / condensing optical system 9 to a predetermined position with respect to the material M. For this reason, the apparatus part which should be in the vicinity of the material M becomes large.
[0026]
Therefore, when the material M is located in a narrow space or a space that cannot be reached without passing through a narrow path, an optical system is inserted into that part, or even if it can be inserted, it is driven at that position. It is very difficult to do.
[0027]
On the other hand, when preparing maintenance construction devices individually and constructing them sequentially, for example, firstly, an inspection measurement optical system is attached to the transport drive mechanism 5 and the material is inserted, inspected and measured, extracted, and then inspected and measured. If the procedure of changing the optical system to the optical system for modification processing, inserting the material again, modifying it, and extracting it is necessary, the insertion / extraction operation is required twice, which increases the overall maintenance work process. Costs increase with time.
[0028]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Even when the material is located in a narrow space or a space that cannot be reached without passing through a narrow path, the material is improved and the material is improved. It is an object to obtain a laser irradiation apparatus that can easily perform maintenance work with inspection or measurement in a short time.
[0029]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is directed to a first laser light source that irradiates a material and oscillates a first laser beam that modifies the material, and a material that reflects the reflected component from the material. A second laser light source that oscillates a second laser beam for detecting or measuring the corresponding site, and the first and second laser beams are incident thereon, and the first and second laser beams An integrated optical system that detects the reflected component of the second laser light, transmits the first and second laser light from a laser light source to the integrated optical system, and the second laser. An optical transmission means for transmitting a reflected component of light; an inspection / measurement optical system that receives the reflected component of the second laser beam, detects information from the reflected component, and converts the information into an electrical signal; and・ Output from measurement optical system Comprising a signal processing means for signal processing the electrical signals that In the laser irradiation apparatus, when the material is placed in a liquid medium through which the first and second laser beams are transmitted, at least a part of the spatial propagation region of the first and second laser beams is defined as the liquid medium. It is provided with a liquid flow generating means for replacing with the same clean liquid It is characterized by that.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the embodiment, the same parts as those of the conventional laser irradiation apparatus shown in FIG. 17 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0033]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. A first laser light L1 for modifying a material M is oscillated from a first laser light source 1 and includes an optical system 12 including a fiber incident optical system. Then, the light is incident on the optical transmission means 13. Here, the optical transmission means may be an optical fiber or a spatial light transmission path using a mirror optical system. In this embodiment, a case where an optical fiber is used will be described.
[0034]
On the other hand, to irradiate the laser beam to the same position as the irradiation position of the first laser beam L1 of the material M, or another position to be noticed, and detect the reflection component to perform the crack inspection or measurement of the corresponding part The second laser light L 2 is oscillated from the second laser light source 6 and is incident on the optical fiber 13 through the optical system 12.
[0035]
The first and second laser beams L 1 and L 2 propagate through the same optical fiber 13 and are guided to the integrated optical system 14. Here, the integrated optical system 14 irradiates the material M with the first laser light L1 under a predetermined irradiation condition, and irradiates the material M with the second laser light L2 under the predetermined irradiation condition, and its reflection component Has a function of condensing light.
[0036]
The reflected component of the second laser beam L2 collected by the integrated optical system 14 propagates backward through the same path as the forward path, is changed by the optical system 12, and is incident on the inspection / measurement optical system 10. . Here, the information is converted into an electrical signal, measured, and processed by the signal processing device 11.
[0037]
As in the prior art, a transport drive mechanism 5 is provided for transporting the integrated optical system 14 to the vicinity of the material M and performing a maintenance operation at the corresponding part.
Here, a specific configuration example of the optical system 12 is shown in FIG. First, the first laser light L1 is oscillated from the first laser light source 1. This first laser beam L1 is a laser beam used for material modification or for ultrasonic transmission in laser ultrasonic crack inspection, and usually has a high peak power.
[0038]
When such laser light L1 is collected by a lens and directly enters the optical fiber 13, the optical fiber may be damaged due to the power of the laser light L1. Therefore, the beam diameter is first enlarged by the beam expander 15, the focal point is spatially divided by the fly-eye lens 16 (the spatial profile is made uniform), and then incident on the optical fiber 13 through the incident lens 17. .
[0039]
As the optical fiber 13, a step index type (SI) or graded index type (GI) multimode optical fiber is used.
When the energy to be transmitted is large, a fiber having a tapered transmission path (an optical fiber having a large aperture on the incident side and a narrower aperture toward the output end) may be used.
[0040]
In addition, the focal point of the incident lens 17 is not adjusted to the incident end face of the optical fiber 13, but it is useful to prevent damage to the optical fiber if it is incident with a slight defocus.
As an alternative to the fly-eye lens 16, the spatial profile may be made uniform using ground glass or the like.
[0041]
On the other hand, the second laser light L2 for inspection / measurement is oscillated from the second laser light source 6, and is made coaxial with the first laser light L1 by the light combining / branching element (dichroic mirror) 19 via the beam splitter 18. The light is incident on the optical fiber 13 by the incident lens 17. Here, the beam splitter 18 may be a half mirror having the same ratio of transmission and reflection, or a deflection beam splitter together with the optical wavelength plate.
[0042]
From the optical fiber 13, the reflected component of the second laser beam L2 reflected by the material M and transmitted through the reverse path is output, but this reflected component is reflected again by the light combining / branching element 19, and is reflected by the beam splitter. The light passes through 18 and enters the inspection / measurement optical system 10.
[0043]
Here, when the wavelength of the first laser beam L1 is λ1 and the wavelength of the second laser beam L2 is λ2, if a light source satisfying λ1 ≠ λ2 is used, the light combining / branching element 19 is evenly transmitted: reflected. By using a dichroic mirror having wavelength selectivity that transmits a laser beam having a wavelength λ1 and reflects a laser beam having a wavelength λ2 instead of the half mirror, a light amount loss can be minimized.
[0044]
Further, an optical wavelength filter 20 that transmits only a laser beam having a wavelength λ2 may be provided in front of the inspection / measurement optical system 10. This prevents the first laser beam L1 having a large peak power from entering the inspection / measurement optical system 10 and improves the inspection / measurement accuracy in the inspection / measurement optical system 10. .
[0045]
Further, some of the reflected components of the first and second laser beams L1 and L2 include a component reflected by the beam splitter 18, but the reflected light is prevented from entering the second laser light source 6. For this purpose, an optical isolator 21 may be installed.
[0046]
In this way, the integrated optical system 14 installed in the vicinity of the material M can be reduced in size, and since only one optical fiber is used, the material M must pass through a narrow space or a narrow path. Even in a space that cannot be reached, maintenance work including material modification and material inspection or measurement can be easily performed in a short time.
[0047]
Next, a specific configuration of the integrated optical system in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 3, 14 is the integrated optical system shown in FIG. 1, and the first and second laser beams L1 and L2 propagating through the optical fiber 13 are the same from the end face of the optical fiber 13 attached to the integrated optical system case 22. It is emitted on the optical axis.
The two coaxial laser beams are reflected at a predetermined angle by the reflection mirror 23, and are irradiated onto the material M by the irradiation lens 24 under a predetermined irradiation condition.
[0048]
Of the two laser beams irradiated to the material M, the reflected component of the second laser beam L2 follows the same path as the forward path, and is incident on the optical fiber 13 again by the collimator lens 25.
[0049]
Here, the collimator lens 25 also has a characteristic of changing the optical path of two laser beams to parallel light in the forward path. However, for example, if the irradiation lens 24 is appropriately designed, this optical system can be established without the collimator lens 25, and if two laser beams are desired to be output in a direction parallel to the optical axis of the optical fiber 13, that is, When the material M is positioned in the direction perpendicular to the optical axis of the optical fiber 13, the reflection mirror 23 is not necessary.
[0050]
In consideration of the re-incidence efficiency of the reflected component of the second laser beam L2 to the optical fiber 13, the irradiation angle from the irradiation lens 24 to the material M is preferably substantially perpendicular to the irradiation surface.
[0051]
Also, the irradiation conditions can be changed by enlarging / reducing the irradiation spot or making the irradiation spot shape a line instead of a spot or circular spot by combining the irradiation lens 24 or the combination of the irradiation lens 24 and the collimator lens 25. Is also possible.
[0052]
Next, a first modification of the integrated optical system in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In FIG. 4A, reference numeral 26 denotes a first optical element, which reflects the first and second laser beams L1 and L2, and irradiates the material M with the two reflected laser beams under predetermined irradiation conditions. It has a curvature surface mirror 26a that realizes three functions, that is, a function of re-entering the optical component 13 with a reflection component reflected by the material by one optical element.
[0053]
On the reflection surface of the curvature surface mirror 26a, a reflection film that reflects both the wavelength λ1 of the first laser light L1 and the wavelength λ2 of the second laser light L2 is applied, or the optical element itself is attached to both. It is made of a material having a high reflectance with respect to the wavelength.
[0054]
Alternatively, as shown in FIG. 4B, the first optical element 26 may be a curvature surface mirror 26b having a convex curvature. In this case, the first optical element 26 naturally has transmittance for both the first and second laser light wavelengths λ1 and λ2, and the reflecting surface has reflectance for both wavelengths. Must have.
[0055]
In either case, the curvature surface mirror can omit the irradiation lens as compared with the structure shown in FIG. 3, and the integrated optical system case 22 can be made smaller by reducing the number of optical elements used. More suitable for use in narrow areas.
[0056]
Next, a second modification of the integrated optical system in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the two laser beams output from the optical fiber 13 connected to the integrated optical system case 22 become parallel beams by the collimator lens 25 and enter the selective reflection mirror 27.
[0057]
Here, the selective reflection mirror 27 is made of, for example, a material that transmits the wavelength λ2 of the second laser light L2, and reflects the wavelength λ1 of the first laser light L1 on the reflection surface thereof. And a reflection film that transmits the wavelength λ2 of the laser beam L2.
[0058]
The reflected first laser beam L1 is irradiated onto the material M, and it is also possible to adjust the irradiation condition by installing an irradiation lens 24a on this path.
On the other hand, the second laser light L2 that has passed through the selective reflection mirror 27 is reflected by the reflection mirror 23, and is irradiated onto the material M by the irradiation lens 24b with a predetermined parameter.
[0059]
The irradiation of the second laser beam L2 onto the material M by the irradiation lens 24b is preferably made as vertical as possible with respect to the irradiation surface of the material M in consideration of the condensing process described later.
The reflection component in the material M is collected by the irradiation lens 24b and reenters the optical fiber 13 through the reflection mirror 23 and the collimator lens 25.
[0060]
Here, when the refractive index difference between the irradiation lens 24b and the surrounding medium is large, a part of the second laser light L2 is reflected by the optical surface of the irradiation lens 24b and goes to the optical fiber 13 without passing through the material M. Re-incident. Since this becomes stray light noise, the optical surface of the irradiation lens 24b is preferably provided with a non-reflective coating corresponding to the wavelength λ2 of the second laser light L2.
[0061]
In this configuration, the first laser light L1 is first reflected, but the reflection order of the first laser light L1 and the second laser light L2 may be reversed.
Further, although this configuration shows a case where the positional relationship between the first laser beam L1 and the second laser beam L2 is aligned in the vertical direction, the configuration can be configured in the same way even in the horizontal direction.
[0062]
In addition, the irradiation with the first laser beam L1 is desirably performed at a slight angle with respect to the material M from the viewpoint of preventing the reflection component from re-entering the optical fiber 13.
Even with this configuration, the irradiation position of the first laser beam L1 and the irradiation position of the second laser beam L2 can be set to the same point, and it is also easy to deviate by a predetermined distance. It is.
[0063]
Next, a third modification of the integrated optical system in the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 6, two laser beams output from the optical fiber 13 connected to the integrated optical system case 22 are incident on the second optical element 28.
[0064]
Here, the second optical element 28 is made of a material having transparency with respect to the wavelength λ2 of the second laser beam L2, and the first surface 28-1 has a wavelength λ1 of the first laser beam L1. It is a curvature surface that reflects and transmits the wavelength λ2 of the second laser light L2.
[0065]
The reflected first laser light L1 is irradiated onto the material M in accordance with the optical path defined by the curvature face.
On the other hand, the second laser light L2 transmitted through the second optical element 28 reaches the second surface 28-2 of the second optical element 28. Here, the second surface 28-2 is provided with a reflective film that reflects the wavelength λ2 of the second laser light L2, and reflects the second laser light L2 in the direction of the material M.
[0066]
Here, since the reflection component of the second laser light L2 irradiated to the material M follows the reverse of the forward path and reenters the optical fiber 13, the irradiation of the second laser light L2 to the material M is The direction as close to vertical as possible is more efficient.
[0067]
The second surface 28-2 may be a curvature surface, or may be a flat surface depending on the specifications of the third surface 28-3 described later. This laser light passes through the third surface 28-3 of the second optical element 28 on the way from the second surface 28-2 to the material M, and the second laser light is transmitted to the third surface 28-3. An antireflection film having a wavelength λ2 of L2 is applied.
Further, it may have a lens structure for correcting the condensing effect by the curvature surface of the second surface 28-2, or functioning as an irradiation lens when the second surface 28-2 is a flat surface.
[0068]
In this configuration, the first laser light L1 is first reflected, but the reflection order of the first laser light L1 and the second laser light L2 may be reversed. In any case, the irradiation with the first laser beam L1 is desirably performed at a slight angle with respect to the material M from the viewpoint of preventing the reflection component from re-entering the optical fiber 13.
[0069]
Even when this configuration is adopted, the irradiation position of the first laser beam L1 and the irradiation position of the second laser beam L2 can be set at the same point, or can be easily separated by a predetermined distance.
[0070]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the first laser light L1 that modifies the material M is oscillated from the first laser light source 1 and is incident on the first optical fiber 3 through the first fiber incidence optical system 2. .
[0071]
On the other hand, the second laser beam L2 for irradiating the material M with a laser beam, detecting the reflection component thereof, and inspecting or measuring the corresponding part is oscillated from the second laser light source 6, and the second laser beam L2 is oscillated. The light is incident on the optical fiber 8 through the fiber incident optical system 7.
The first and second laser beams L1 and L2 are guided to the integrated optical system 29 by optical fibers 3 and 8, respectively.
[0072]
Here, the integrated optical system 29 irradiates the material M with the first laser light L1 under a predetermined irradiation condition, and irradiates the material M with the second laser light L2 under the predetermined irradiation condition, and the reflection thereof. Has the function of condensing components.
[0073]
The reflected component of the second laser beam L2 collected by the integrated optical system 29 propagates backward in the same path as the forward path, and passes through the second fiber incident optical system 7 to inspect and measure the optical system 10. Is incident on. Here, the information is converted into an electrical signal, measured, and processed by the signal processing device 11.
As in the prior art, a transport drive mechanism 5 is provided for transporting the integrated optical system 29 to the vicinity of the material M and performing a maintenance operation at the corresponding part.
[0074]
In this way, although the optical fiber is required separately for the first and second laser beams, the integrated optical system 29 installed in the vicinity of the material M is small by sharing it with the first and second laser beams. Even when the material M is located in a narrow space or a space that can only be reached via a narrow path, the maintenance work of material modification and material inspection or measurement is short. Can be easily done in time.
[0075]
Here, the connection between the integrated optical system 29 and the optical fibers 3 and 8 can be configured as shown in FIGS. That is, the optical fibers 3 and 8 are connected to the integrated optical system 29, but the end of one optical fiber 3 is inclined by a predetermined angle as shown in FIG. (A), or the end face is inclined as shown in (b). The irradiation angle can be changed by polishing and connecting.
[0076]
In this way, by using one irradiation lens 24, the irradiation positions of the first and second laser beams L1 and L2 can be set at different arbitrary points, and the first laser beam L1 having high energy can be set. By irradiating the material M at an angle, it is possible to prevent the reflection component from being mixed into the optical fiber 8.
[0077]
Next, a specific configuration of the integrated optical system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 9, two optical fibers 3 and 8 are bundled by a single tube 30 and connected to an integrated optical system case 29.
[0078]
The two laser beams are applied to the reflection mirror 31 through the collimator lens 25 and reflected by the reflection mirror 31 in the direction of the material M. The reflected laser light is irradiated onto the material M by the irradiation lens 24 under predetermined irradiation conditions.
[0079]
Here, the reflected component of the second laser beam L2 follows the same path and re-enters the optical fiber 8. On the other hand, the first laser beam L1 is irradiated at a certain angle, so that the reflected component enters the optical fiber 3 as a reflected component. Is prevented from mixing.
[0080]
Next, a first modification of the integrated optical system in the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 10, reference numeral 32 denotes a third optical element, which is a reflection mirror having two optical surfaces 32-1 and 32-2, and includes an optical surface 32-1 on which the first laser beam L1 is reflected, The optical surface 32-2 on which the laser beam L2 is reflected is formed at an appropriate angle with respect to each laser beam.
Such a configuration also prevents the reflection component of the laser light L2 from being mixed into the optical fiber 3.
[0081]
Next, a second modification of the integrated optical system in the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 11, reference numeral 33 denotes a fourth optical element that realizes two functions: a function of reflecting the first laser light L1 and a function of irradiating the material M with the reflected first laser light under a predetermined irradiation condition. Curvature surface 33-1, the function of reflecting the second laser beam L2, the function of irradiating the reflected second laser beam to the material M under predetermined irradiation conditions, and the reflected component reflected by the material M Has a second curvature surface 33-2 having three functions of re-entering the optical fiber 8.
[0082]
A reflective film that reflects the wavelength λ1 of the first laser beam L1 or the wavelength λ2 of the second laser beam L2 is provided on each reflecting surface of the fourth optical element 33, or both the elements themselves are provided. The material is made of a material having a high reflectance with respect to the wavelength.
[0083]
With the integrated optical system having such a structure, the irradiation lens can be omitted, the number of optical elements to be used can be reduced, and the integrated optical system case 29 can be further reduced in size. More suitable for use in etc.
[0084]
Next, a third modification of the integrated optical system in the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 12, the two laser beams respectively output from the optical fibers 3 and 8 connected to the integrated optical system case 29 are incident on the fifth optical element 34.
[0085]
Here, the fifth optical element 34 is made of a material having transparency with respect to the wavelength λ2 of the second laser beam L2, and the first surface 34-1 has a wavelength λ1 of the first laser beam L1. It is a curvature surface that reflects and transmits the wavelength λ2 of the second laser light L2.
[0086]
The reflected first laser light L1 is irradiated onto the material M in accordance with the optical path defined by the curvature face.
[0087]
On the other hand, the second laser light L2 transmitted through the fifth optical element 34 reaches the second surface 34-2 of the fifth optical element 34. Here, the second surface 34-2 is provided with a reflective film that reflects the wavelength λ2 of the second laser light L2, and reflects the second laser light L2 in the direction of the material M.
[0088]
Here, since the reflection component of the second laser beam L2 irradiated to the material M follows the reverse of the forward path and reenters the optical fiber 8, the irradiation of the second laser beam L2 to the material M is The direction as close to vertical as possible is more efficient.
[0089]
The second surface 34-2 may be a curved surface, or may be a flat surface depending on the specifications of the third surface 34-3 described later. The second laser beam L2 is reflected by the second surface 34-2 of the fifth optical element 34 and then passes through the third surface 34-3. An antireflection film having a wavelength λ2 of the laser beam L2 is applied.
[0090]
Further, it may have a lens structure for correcting the condensing effect by the curvature surface of the second surface 34-2 or functioning as an irradiation lens when the second surface 34-2 is a plane.
[0091]
In this configuration, the first laser light L1 is first reflected, but the reflection order of the first laser light L1 and the second laser light L2 may be reversed.
In addition, it is desirable that the first laser beam L1 is irradiated at a slight angle with respect to the material M from the viewpoint of preventing the reflection component from re-entering the optical fiber 3. From this point of view, even when this configuration is adopted, the irradiation position of the first laser beam L1 and the irradiation position of the second laser beam L2 can be the same point or can be intentionally separated by a predetermined distance. Easy.
[0092]
According to such a configuration, there is an effect that irradiation conditions of the first laser light L1 and the second laser light L2 can be arbitrarily determined without increasing the size of the integrated optical system case 29.
[0093]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 13, the first laser beam L1 for modifying the material M is oscillated from the first laser light source 1 and is incident on the optical fiber 3 through the first fiber incidence optical system 2.
[0094]
On the other hand, the second laser beam L2 for irradiating the material M with a laser beam, detecting the reflection component thereof, and inspecting or measuring the corresponding part is oscillated from the second laser light source 6, and the second laser beam L2 is oscillated. The light is incident on the optical fiber 8 through the fiber incident optical system 7.
[0095]
The first and second laser beams L1 and L2 are guided to the integrated optical system 35 by optical fibers 3 and 8, respectively. Here, the integrated optical system 35 irradiates the material M with the first laser light L1 under a predetermined irradiation condition, irradiates the material M with the second laser light L2 under the predetermined irradiation condition, and reflects the reflection of the material M. Has the function of condensing components.
[0096]
Further, the reflected component of the collected second laser light L2 is branched from the forward path in the integrated optical system 35, propagates through the third optical fiber 36, and directly enters the inspection / measurement optical system 10. Here, the information is converted into an electrical signal, measured, and processed by the signal processing device 11.
As in the prior art, a transport drive mechanism 5 for transporting the integrated optical system 35 to the vicinity of the material M and performing a maintenance operation at the corresponding part is provided.
[0097]
In this way, although three optical fibers are required, the integrated optical system installed in the vicinity of the material M is the first and second laser beams. Sharing As a result, it is possible to reduce the size and prevent the light component reflected by the end face of the second optical fiber 8 from entering the inspection / measurement optical system 10.
[0098]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14 and FIG. As shown in FIG. 14, for example, the optical fiber 3 in FIGS. 7 and 13 has a function of irradiating the material M with light, but the optical fiber 8 in FIG. 7 and the optical fiber 36 in FIG. It has a function. Each optical fiber has a unique numerical aperture NA
NA ＝ n ・ sinθ
Where n is the refractive index of the medium
The incident light within this angular range propagates through the optical fiber, and conversely, incident light outside this angular range does not propagate.
[0099]
Here, since the material M is generally a rough surface, the irradiated second laser light L2 is scattered at a wide angle. In order to make the scattered light efficiently enter the optical fiber, it is advantageous that the optical fiber 8 in FIG. 7 and the optical fiber 36 in FIG. 13 have a large numerical aperture.
[0100]
On the other hand, when a reflection component is mixed into the optical fiber 3 in FIGS. 7 and 13, it propagates to the first laser light source 1 and adversely affects the light source. Therefore, it is advantageous that the optical fiber 3 in FIGS. 7 and 13 has a small numerical aperture.
[0101]
In the present embodiment, as shown in FIG. 15, the integrated optical system case 37 is used in the medium W, and a part of the propagation path of the first and second laser beams L1 and L2 is the same clean as the medium W. Replace with liquid.
[0102]
In FIG. 15, a nozzle 38 is attached to the integrated optical system case 37, and a clean flow of the medium W is generated in the optical path as shown by an arrow through a hose (not shown).
Since the first laser beam L1 has a relatively high energy, when the material M is irradiated, fine particles may be detached from the surface of the material M. These fine particles scatter and absorb laser light. Laser beam path Crossing the cross section will adversely affect both reforming, crack inspection and measurement. Therefore, by constantly replacing the optical path with a clean medium W, mixing of fine particles into the optical path can be prevented.
[0103]
When the medium W is a good ultrasonic conductor such as water, the vibration of the sound wave may occur in the medium due to the irradiation of the material M with the first or second laser light L1, L2. In order to prevent the influence of the sound wave vibration, it is also effective to form the integrated optical system case 37 with a sound absorbing material.
[0104]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 16, the thin tube 39 containing the material M is installed through the bottom of the container 40. The container 40 is filled with water W, and this water W is also present inside the narrow tube 39.
[0105]
Two laser beams L 1 and L 2 oscillated from first and second laser light sources (not shown) are guided by an optical fiber 13. The optical fiber 13 is connected to the integrated optical system case 37, and the two laser beams L1 and L2 are irradiated to the material M through the second optical element 28 under predetermined irradiation conditions.
Of the irradiated laser light, the second laser light L2 is reflected by the surface of the material M and guided to an inspection / measurement optical system (not shown) through the reverse path of the forward path.
[0106]
Here, the integrated optical system case 37 is connected to the transport drive mechanism 5 and has a structure capable of moving in the vertical direction or the circumferential direction in the narrow tube 39. Install.
[0107]
A water nozzle 38 is formed in the integrated optical system case 37, and clean water is ejected from the inside of the integrated optical system case 37 in a direction toward the gap between the integrated optical system case 37 and the thin tube 39, and the first laser light L1 In this structure, all the fine particles generated by this irradiation flow out to the outside of the narrow tube 39.
[0108]
Even in such a configuration, it is possible to prevent fine particles from entering the optical path by constantly replacing the optical path with the clean medium W.
The transport drive mechanism 5 has a structure that can be fixed to the upper side of the thin tube T by some method.
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the laser irradiation apparatus of the present invention, the material is irradiated, Reform material The first laser beam and the material are irradiated with the second laser beam that detects the reflected component and detects the crack in the corresponding part or measures it through the common integrated optical system. As a result, the integrated optical system can be miniaturized, and even if the material is located in a narrow space or a space that can only be reached via a narrow path, the material is modified and the material is inspected or measured. The maintenance work can be easily performed in a short time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged configuration diagram showing the optical system of FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram showing a specific configuration of the integrated optical system of FIG. 1;
4 is a configuration diagram showing a first modification of the integrated optical system in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a configuration diagram showing a second modification of the integrated optical system in FIG. 1;
6 is a configuration diagram showing a third modification of the integrated optical system in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
8 is a configuration diagram showing a specific example of the integrated optical system of FIG.
9 is a configuration diagram showing a specific configuration of the integrated optical system in FIG. 7;
10 is a configuration diagram showing a first modification of the integrated optical system in FIG. 7. FIG.
11 is a configuration diagram showing a second modification of the integrated optical system in FIG. 7;
12 is a configuration diagram showing a third modification of the integrated optical system in FIG. 7;
FIG. 13 is a block configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a block diagram showing a conventional laser irradiation apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st laser light source, 2 ... 1st fiber incident optical system, 3 ... 1st optical fiber, 5 ... Conveyance drive mechanism, 6 ... 2nd laser light source, 7 ... 2nd fiber incident optical system , 8 ... second optical fiber, 10 ... inspection / measurement optical system, 11 ... signal processing device, 12 ... optical system, 13 ... optical fiber, 14, 29, 35 ... integrated optical system, 15 ... beam expander, 16 ... fly Eye lens, 17 ... Incident lens, 18 ... Beam splitter, 19 ... Dichroic mirror, 20 ... Optical wavelength filter, 21 ... Optical isolator, 22 ... Integrated optical system case, 23 ... Reflection mirror, 24 ... Irradiation lens, 25 ... Collimator lens , 26 ... first optical element, 27 ... selective reflection mirror, 28 ... second optical element, 31 ... reflection mirror, 32 ... third optical element, 33 ... fourth optical element, 34 ... fifth optical Element 36 ... third optical fiber 39 ... capillary 40 ... container L1 ... first laser beam, L2 ... second laser beam, M ... material, W ... medium (water).

Claims

A first laser light source that irradiates the material and oscillates a first laser beam that modifies the material, and a first laser light that irradiates the material and detects reflection components from the material to inspect or measure the corresponding part. A second laser light source that oscillates two laser beams, and the first and second laser beams are incident, the material is irradiated with the first and second laser beams, and the second laser beam is reflected An integrated optical system for detecting a component, and an optical transmission means for transmitting the first and second laser beams from a laser light source to the integrated optical system, and transmitting a reflected component of the second laser beam, and An inspection / measurement optical system that receives the reflected component of the second laser beam, detects information from the reflected component, and converts the information into an electrical signal, and processes an electrical signal output from the inspection / measurement optical system. From signal processing means In the laser irradiation apparatus, the material is placed in a liquid medium through which the first and second laser beams are transmitted, and at least a part of the spatial propagation region of the first and second laser beams is used as the liquid medium. A laser irradiation apparatus comprising a liquid flow generation means for replacing the liquid with the same clean liquid.

The integrated optical system has the function of reflecting the first and second laser beams, the function of irradiating the material with the reflected laser beams, and the reflection component of the second laser beam reflected by the materials as the light transmission means. The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an optical element having at least one optical surface having an incident function.

The integrated optical system has a function of reflecting the first and second laser lights, a function of irradiating the reflected laser light onto the material, and a reflection component of the laser light reflected by the material is incident on the light transmission means. The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an optical element having a curvature surface having a function.

The integrated optical system has a selective reflection function of reflecting one of the first or second laser light and transmitting the other, and a first surface having a function of irradiating the material with the reflected laser light, and the first surface A second surface having a function of reflecting the transmitted laser light, a function of irradiating the material with the reflected laser light, and a function of entering a reflection component of the laser light reflected by the material into the light transmission means; A third surface having at least one of a function of minimizing reflection of the laser light reflected by the two surfaces on the surface and a function of transmitting or changing the optical path of the laser light reflected by the second surface; The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an optical element.

The integrated optical system has a selective reflection function of reflecting one of the first or second laser light and transmitting the other, and a first surface that is a curvature surface having a function of irradiating the reflected laser light to the material; A curvature surface that has the function of reflecting the laser light transmitted through the first surface, the function of irradiating the material with the reflected laser light, and the function of entering the reflected component of the laser light reflected by the material into the light transmission means. A second surface and an antireflection function for preventing reflection of the laser beam reflected by the second surface on the surface, or for correcting irradiation conditions of the laser beam reflected by the second surface to the material The laser irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an optical element having a third surface having at least one of lens functions.

The integrated optical system has a selective reflection function of reflecting one of the first or second laser light and transmitting the other, and a first surface that is a curvature surface having a function of irradiating the reflected laser light to the material; A curvature surface that has the function of reflecting the laser light transmitted through the first surface, the function of irradiating the material with the reflected laser light, and the function of entering the reflected component of the laser light reflected by the material into the light transmission means. At least one of a second surface and an antireflection function of the laser light reflected by the second surface, or a lens function for correcting the irradiation condition of the material of the laser light reflected by the second surface And an optical element having a third surface, which is an optical surface having an optical surface, and the optical element is made of a material having a transmittance with respect to laser light transmitted through the first surface. section 1 Laser irradiation apparatus according.