JP7325287B2 - 下地処理方法及び下地処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理方法及び下地処理装置に関し、特に、複雑な形状の対象物や大面積形状の対象物に対して表面処理を行うのに適した下地処理方法及び下地処理装置に関する。

例えば、橋梁等の鋼構造物の表面には、用途や機能に応じて、塗装、舗装、ライニング、樹脂シート等、種々の被膜が形成される。かかる被膜は、風雨に晒されることが多く、時間の経過とともに、劣化したり酸化物や汚れ等が付着したりすることとなる。鉄部に付着している汚れや錆をしっかりと落とさずに、塗料を塗布してもしっかり塗料が付着しないので、すぐに剥がれてしまうなど、本来の耐久性を発揮することができない。その為、下地処理作業を行い、確実に汚れや錆を落とし、かつ、目粗しをして表面積を広げる事で密着性を向上させる必要がある。そこで、かかる被膜を有する構造物等では、定期的に洗浄や剥離（下地処理作業を含む）等の除去作業を行い、必要に応じて、被膜の塗り替えや張り替え等の処理を行っている。

従来、塗膜剥離剤やショトブラストによる塗膜剥離処理が行われていたが、作業環境及び作業効率が悪いばかりでなく、大量の除去物の回収・廃棄処理に問題があることから、レーザー照射による塗膜剥離処理が提案されている。

例えば、化学薬品を用いることなく、塗装膜の除去が可能な塗装膜除去方法、及びその塗装膜除去に適したレーザー処理装置として、レーザー光を集光もしくは発散し処理対象物の表面に照射するレンズと、レンズを支持し、処理対象物表面からレンズまでの高さを調節可能なレンズ支持機構と、処理対象物の表面のレーザー光照射部分にガスを吹き付けるガス噴出手段とを有し、ガスを吹き付けることにより、処理対象物の表面温度の上昇を抑制することができるようにしたレーザー処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、かかるレーザー処理装置において、レーザー照射ヘッドは、マニピュレータアームの先端に取り付けられ、マニピュレータアームは、マニピュレータ本体により制御され、レーザー照射ヘッドを処理対象物の表面の所望の位置に移動させ支持することが記載されている。

また、構造物における表面の塗膜を効率的に除去し、その除去物を吸引回収することができるレーザー照射装置として、レーザーヘッドを、レーザー光を照射する光学系と、レーザー光の照射点から生じる除去物を吸引する吸引手段と、構造物の表面に当接可能に構成されたアタッチメントと、から構成し、光学系は、レーザー光の光軸に対して略垂直な表面において、光軸を中心とする半径の第１の円の軌跡を描くようにレーザー光の照射点を照射させるように動作させるようにしたレーザー塗膜除去装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０－３０９８９９号公報 特許第５５７４３５４号公報

レーザー照射による塗膜剥離処理では、レーザーアブレーションにより、化学薬品を使用することなく、処理対象物の表面の塗装膜を除去することができる。

しかしながら、特許文献１の開示技術におけるレーザー照射装置では、レーザー集光レンズを所定の焦点距離に固定し、その高さを保つため、処理対象物の表面にレーザー照射ヘッドを接触させた状態で、マニピュレータアームにより、処理対象物の表面の所望の位置にレーザー照射ヘッドを移動させるようにしている。

したがって、この特許文献１の開示技術では、複雑な形状や狭い空間での作業が極めて困難であり特に、突起物などを有する処理対象物の場合には角部における剥離処理作業が不可能であるという問題点があった。

また、特許文献２の開示技術では、レーザー発振器から出力されるレーザー光を集束させて構造物の表面に照射するための可搬性のあるレーザーヘッドを有するレーザー照射装置からのレーザー照射によって構造物の表面の塗膜を除去するものであって、作業者がレーザー照射装置を持って剥離処理作業を行うので、処理対象物との焦点距離を一定に保つことが困難であることから、レーザー照射装置の先端にアタッチメントを設置して、これを処理対象物に接触させた状態でレーザー照射により剥離処理作業を行う必要があった。

処理対象物に形成されている塗膜を除去する塗膜除去処理作業では、塗膜を溶解・昇華させるだけのエネルギーを塗膜に投入すればよく、レーザーヘッドの搬送速度が変動しても除去性能には特段の影響がない。

しかし、処理対象物に形成されているミルスケール(黒皮)除去するスケール除去処理作業では、極表面にのみにエネルギーを集中させなければならず、レーザー照射範囲内のレーザー強度を決定する焦点距離と照射時間を高精度で制御する必要がある。

このような要求に対し、線状レーザーをロボットで移動させる場合には、ロボット自体および負荷を合わせた慣性のため、搬送速度が変化することでレーザー照射時間が変化してしまう。また、例えば、対象物の表面が球面などの曲面である場合には、レーザー照射直下の位置では焦点距離が許容範囲内であっても、それ以外の部分では、精度が保証されない。

したがって、複雑な３次元曲面を有する複雑形状の処理対象物では、高精度のレーザー照射ができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、複雑な３次元曲面を有する複雑形状の処理対象物に対して、レーザー照射により確実に且つ効率よく表面処理を行うことができる下地処理方法及び下地処理装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、レーザー照射による下地処理作業を自動化して、作業環境を改善するとともに、作業者の安全と健康を確保することにある。

本発明の他の目的、本発明によって得られる具体的な利点は、以下に説明される実施の形態の説明から一層明らかにされる。

本発明では、複雑な３次元曲面を有する対象物の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、レーザー照射装置を搭載したマニピュレータの動作を制御して、対象物の付着物を除去する下地処理作業を行う。

また、本発明では、レーザー照射装置とともにマニピュレータに保持される形状測定装置により、対象物の三次元形状を計測して得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、対象物の処理対象領域を含むマニピュレータの作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して下地処理作業動作を自動的に行う。

また、本発明では、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、マニピュレータの動作を制御することにより、レーザー照射装置と対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つ。

また、本発明では、照射するレーザー光の光軸が処理対象の対象物の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御を行い、法線方向からのレーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理作業を行う。

また、本発明では、処理対象領域の表面形状や下地処理品質などに応じてレーザー光の照射条件を適切に設定したレーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理作業を行う。

さらに、本発明において、形状倣い制御は、対象物の三次元形状を計測する形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、ロボットの下地処理作業軌道を修正することにより、任意形状の対象物の表面形状に倣ってロボットによりレーザー照射装置を移動させることで、所定の焦点距離とレーザー照射角度を適切に制御する。

すなわち、本発明は、レーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理方法であって、対象物にレーザー光を照射するレーザー照射装置をマニピュレータにより保持して、対象物の処理対象領域を含む作業領域内で移動させ、対象物の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、マニピュレータによりレーザー照射装置の焦点距離だけそれぞれの分割領域の重心位置から法線方向に離した位置にレーザー照射装置を保持した状態で、レーザー照射装置により対象物に照射するレーザー光を偏向させて、分割領域内をレーザー光で照射した後、分割領域に隣接する次の分割領域の重心位置にレーザー照射装置のレーザー照射位置をマニピュレータにより移動させて、レーザー照射装置の焦点距離だけ次の分割領域の重心位置から法線方向に離した位置にレーザー照射装置を保持し、レーザー照射装置により次の分割領域内をレーザー光で照射することを繰り返し実施することにより、対象物の処理対象領域内の全分割領域をレーザー光で照射して付着物を除去することを特徴とする。

本発明に係る下地処理方法において、対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて前記辺に並行に折り返してレーザー光を照射することを継続して基本形状要素内の付着物をレーザー照射により除去するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法において、折り返してレーザー光を照射する場合に、２列目以降は、前列の照射位置の中間位置にレーザー光を照射し、これを最終辺まで繰り返し行うものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法において、対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて外周から中心に向かって渦巻き状にレーザー光を照射することにより、基本形状要素内の付着物を除去するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法において、基本形状要素は三角形要素であるものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法において、基本形状要素は四角形要素であるものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法において、マニピュレータはロボットアームであり、レーザー照射装置とともに対象物の三次元形状を計測する形状測定装置をマニピュレータにより保持し、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、マニピュレータの対象物の処理対象領域を含む作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して、下地処理作業動作を自動的に行うものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法では、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、対象物の処理対象領域におけるレーザー照射装置によるレーザー照射位置での法線方向とレーザー照射位置までの距離を求め、レーザー照射装置と対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つように、マニピュレータの動作を制御するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法では、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、レーザー照射装置により照射されるレーザー光の光軸が対象物の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理方法では、レーザー照射装置によりパルスレーザー光を照射することによる下地処理にあって、対象物の処理前の表面性状および処理後の表面性状への要求性能に応じてレーザー照射条件を適切に設定し実施するものとすることができる。

より具体的な条件としては、本発明に係る下地処理方法では、レーザー照射装置によりパルスレーザー光を照射し、１パルス毎にＸ軸方向又はＹ軸方向にレーザー照射位置を移動させ、パルスレーザー光の照射点でのスポット径をＤとし、１パルス当たりのＸ軸方向の送り量をΔＸとしたＸ方向送り率αｘ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００及びＹ軸方向の送り量をΔＹとした送り率αｙ＝（ΔＹ／Ｄ）×１００を３５％以下にしたものとすることができる。

ここで、レーザースポット径は、例えば、レーザー光をガウシアン分布としたとき、ピーク強度に対し、１／ｅ^２(ｅは自然対数の底：ネイピア数)に低下した時の強度での幅とする。

本発明は、レーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理装置であって、対象物にレーザー光を照射するレーザー照射装置を保持して、対象物の処理対象領域を含む作業領域内で移動させるマニピュレータと、対象物の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、マニピュレータによりレーザー照射装置の焦点距離だけそれぞれの分割領域の重心位置から法線方向に離した位置にレーザー照射装置を保持した状態で、レーザー照射装置により対象物に照射するレーザー光を偏向させて、分割領域内をレーザー光で照射した後、分割領域に隣接する次の分割領域の重心位置にレーザー照射装置のレーザー照射位置をマニピュレータにより移動させて、レーザー照射装置の焦点距離だけ次の分割領域の重心位置から法線方向に離した位置にレーザー照射装置を保持し、レーザー照射装置により次の分割領域内をレーザー光で照射することを繰り返し実施する制御を行う制御装置とを備え、マニピュレータにより保持されたレーザー照射装置により、対象物の処理対象領域内の全分割領域をレーザー光で照射して付着物を除去することを特徴とする。

本発明に係る下地処理装置において、レーザー照射装置は、対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて前記辺に並行に折り返してレーザー光を照射することを継続して前記基本形状要素内の付着物をレーザー照射により除去するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、レーザー照射装置は、折り返してレーザー光を照射する場合に、２列目以降は、前列の照射位置の中間位置にレーザー光を照射し、これを最終辺まで繰り返し行うものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、レーザー照射装置は、対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて外周から中心に向かって渦巻き状にレーザー光を照射することにより、基本形状要素内の付着物を除去するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、基本形状要素は三角形要素であるものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、基本形状要素は四角形要素であるものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、マニピュレータはロボットアームであり、レーザー照射装置とともに対象物の三次元形状を計測する形状測定装置をマニピュレータにより保持し、制御装置は、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、マニピュレータの対象物の処理対象領域を含む作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して、下地処理作業動作を自動的に行うものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置では、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、対象物の処理対象領域におけるレーザー照射装置によるレーザー照射位置での法線方向とレーザー照射位置までの距離を求める演算処理を行う形状処理装置を備え、制御装置は、形状処理装置による演算結果に基づいて、レーザー照射装置と対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つように、マニピュレータの動作を制御するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、制御装置は、形状処理装置による演算結果に基づいて、レーザー照射装置により照射されるレーザー光の光軸が対象物の表面位置における法線方向と一致するようにマニピュレータの動作を形状倣い制御するものとすることができる。

また、本発明に係る下地処理装置において、レーザー照射装置は、対象物の処理前の表面性状および処理後の表面性状への要求性能に応じてレーザー照射条件が設定され、パルスレーザー光を照射するものとすることができる。

さらに、本発明に係る下地処理装置では、パルスレーザー光の照射点でのスポット径をＤとし、１パルス当たりのＸ軸方向の送り量をΔＸとしたＸ方向送り率αｘ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００及びＹ軸方向の送り量をΔＹとした送り率αｙ＝（ΔＹ／Ｄ）×１００を３５％以下となるように、制御装置で制御するものとすることができる。

本発明では、複雑な３次元曲面を有する対象物の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、レーザー照射装置を搭載したマニピュレータの動作を制御して、対象物の付着物を除去する下地処理作業を行うことにより、極めて高精度に下地処理作業を行うことができ、下地処理品質の改善を図ることができる。

また、本発明では、レーザー照射装置とともにマニピュレータに保持される形状測定装置により、対象物の三次元形状を計測して得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、対象物の処理対象領域を含むマニピュレータの作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して下地処理作業動作を自動的に行ことにより、下地処理作業を高精度に且つ効率よく行うことができる。また、例えば、初期のロボットティーチングを自動修正することにより、再度時間をかけてティーチング作業を行う必要がなくなる。

また、本発明では、レーザー照射装置をロボットに持たせてレーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理作業を行うことにより、レーザー照射による下地処理作業を自動化して、作業環境を改善するとともに、作業者の安全と健康を確保することができる。また、任意形状の対象物の表面形状に倣ってロボットによりレーザー照射装置を移動させることで、所定の焦点距離とレーザー照射角度を適切に制御することができる。

また、本発明では、形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、マニピュレータの動作を制御することにより、レーザー照射装置と対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つので、高精度に下地処理作業を行うことができる。

また、本発明では、照射するレーザー光の光軸が処理対象の対象物の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御を行い、法線方向からのレーザー照射によって、複雑な形状の対象物や大面積形状の対象物に対して、対象物の付着物を除去する下地処理作業を効率よく確実に行うことができる。

また、本発明では、処理対象領域の表面形状や下地処理品質などに応じてレーザー光の照射条件を適切に設定したレーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理作業を行うことができる。

さらに、本発明において、形状倣い制御は、対象物の三次元形状を計測する形状測定装置による測定結果から得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、ロボットの下地処理作業軌道を修正することにより、任意形状の対象物の表面形状に倣ってロボットによりレーザー照射装置を移動させることで、所定の焦点距離とレーザー照射角度を適切に制御することができる。

ここで、ロボットマニピュレータによるレーザー照射装置の移動制御による位置決め精度は、レーザー照射を制御するガルバノミラーによる照射位置精度に比べ、一般的に精度が低い。そこで、ロボットマニピュレータによるレーザー照射の移動において、分割要素毎の境界領域で、未レーザー照射部分が発生しないように、各分割要素境界部分が、一部オーバラップするように移動制御する必要がある場合がある。これは、対象物の下地処理に対する品質要求に応じて対応する必要性を判断すればよい。

本発明を適用したレーザー下地処理装置の構成例を示すブロック図である。 本発明おいて採用されるメッシュ分割における基本形状要素の説明に供する図であり、（Ａ）は三角形要素を示す模式図、（Ｂ）は対象物の表面を近似した三角形要素の配列を示す模式図である。 三角形要素に対して垂直な法線ベクトル上に設定するレーザー光源位置を模式的に示す斜視図である。 対象物の表面を近似した三角形要素に対するレーザー光照射の説明に供する模式図である。 本発明おいて採用されるメッシュ分割における基本形状要素の説明に供する図であり、（Ａ）は四角形要素を示す模式図、（Ｂ）は対象物の表面を近似した四角形要素の配列を示す模式図である。 四角形要素に対して垂直な法線ベクトル上に設定するレーザー光源位置を模式的に示す斜視図である。 このレーザー下地処理装置により実行される下地処理作業の手順を示すフローチャートである。 レーザー下地処理装置に備えられた２軸のガルバノミラー機構の構造を模式的に示す斜視図である。 ２軸のガルバノミラー機構を備えたレーザー下地処理装置におけるレーザー光の照射位置の送り状態を示す図であって、（Ａ）は２軸のガルバノミラー機構による三角形要素に対するレーザー照射の状況を示す模式図であり、（Ｂ）はロボットマニピュレータによるレーザー照射装置を移動させる状況を示す模式図である。 ２軸のガルバノミラー機構を備えたレーザー下地処理装置におけるレーザー光の照射位置の送り状態を示す図であって、（Ａ）は２軸のガルバノミラー機構による四角形要素に対するレーザー照射の状況を示す模式図であり、（Ｂ）は２軸のガルバノミラー機構により折り返して照射する場合に、２列目以降は、前列の照射位置の中間位置に照射するレーザー照射の状況を示す模式図であり、（Ｃ）はロボットマニピュレータによるレーザー照射装置を移動させる状況を示す模式図である。 レーザー下地処理装置におけるレーザー光の照射条件の説明に供する模式図である。 レーザー下地処理装置におけるレーザー光の送り率の定義の説明に供する模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、共通の構成要素については、共通の指示符号を図中に付して説明する。また、本発明は以下の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更可能であることは言うまでもない。

本発明は、例えば図１のブロック図に示すような構成のレーザー照射装置１０をロボットマニピュレータ２０に持たせてレーザー照射によって対象物１の付着物を除去する下地処理作業を行うレーザー下地処理装置１００に適用される。

このレーザー下地処理装置１００は、レーザー照射装置１０、ロボットマニピュレータ２０、形状測定装置３０、形状処理装置４０、制御装置５０などからなる。

レーザー照射装置１０は、レーザー発振部１１と、このレーザー発振部１１に光ファイバー１２を介して接続されたレーザーヘッド部１３からなる。このレーザー照射装置１０は、制御装置５０に備えられた統括制御部５１により動作が制御され、レーザー発振部１１によりレーザー光を発生し、レーザーヘッド部１３から出射して、対象物１に照射する。

また、ロボットマニピュレータ２０は、多関節のロボットアーム２１を備え、ロボットアーム２１の先端部２１Ａにレーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３とともに形状測定装置３０が取り付けられている。

このロボットマニピュレータ２０は、制御装置５０に備えられたロボット制御部５３による制御によって、ロボットアーム２１の先端部２１Ａを、所定の作業範囲内を自由に移動させ、前方の実質的な立体角で任意の方向に向けることができるようになっている。

すなわち、ロボットアーム２１の先端部２１Ａに取り付けられたレーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３は、ロボットマニピュレータ２０の作業範囲内の任意の位置において、前方の実質的な立体角で任意の方向に向けてレーザー光を照射することができるようになっている。

また、ロボットアーム２１の先端部２１Ａにレーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３とともに取り付けられた形状測定装置３０は、レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３からレーザー光を照射する対象物１の表面の三次元形状を計測する。

この形状測定装置３０は、ステレオ撮像装置や三次元距離測定装置などからなり、対象物１の表面の三次元形状を計測して、その計測結果を形状処理装置４０に供給するようになっている。

形状処理装置４０では、形状測定装置３０による測定結果から得られる対象物１の表面の三次元形状情報に基づいて、対象物１の処理対象領域におけるレーザー照射装置１０によるレーザー照射位置での法線方向とレーザー照射位置までの距離を求める演算処理を行う。この形状処理装置４０により得られた対象物１の処理対象領域におけるレーザー照射装置１０によるレーザー照射位置での法線方向とレーザー照射位置までの距離の情報は、制御装置５０に備えられた形状倣い制御部５２に供給される。

制御装置５０は、統括制御部５１、形状倣い制御部５２、ロボット制御部５３からなり、統括制御部５１により形状倣い制御部５２、ロボット制御部５３の動作を制御するとともに、レーザー照射装置１０の動作を制御して、このレーザー下地処理装置１００による一連の下地処理作業動作を自動制御する。

すなわち、この制御装置５０における統括制御部５１は、ロボットアーム２１の先端部２１Ａに取り付けられたレーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３が予め設定したロボットマニピュレータ２０による下地処理作業軌道を通過するように、ロボット制御部５３を制御するとともに、レーザー照射装置１０の動作を制御して、このレーザー下地処理装置１００による一連の下地処理作業動作を自動制御する。

このレーザー下地処理装置１００では、図示しないオフラインのコンピュータにより、３次元曲面を有する対象物１の表面の三次元形状について、該対象物１の３次元ＣＡＤデータなどを用いて、対象物１の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルを算出しておき、メッシュ分割された各分割領域のレーザー照射により下地処理を行う。なお、対象物１の３次元ＣＡＤデータがない場合には、ロボットアーム２１の先端部２１Ａに取り付けられた形状測定装置３０によりロボットマニピュレータ２０の作業範囲の対象物１の表面の処理対象領域の三次元形状を測定し、その測定結果として得られる三次元形状情報を使用する。

ここで、メッシュ分割における基本形状要素としては、例えば図２の（Ａ）に示す三角形要素ＴＲや図５の（Ａ）に示す四角形要素ＳＱなどが採用される。

図２の（Ａ）に示す三角形要素ＴＲを採用した場合、図２の（Ｂ）に示す模式図のように複数の三角形要素ＴＲを配列することにより対象物１の表面が近似される。

図２の（Ａ）に示す三角形要素ＴＲは正三角形要素△ＡＢＣであり、点Ｇは重心である。

三角形要素△ＡＢＣに対するレーザー照射装置１０のレーザー光源位置は、図３の斜視図に示すように、点Ｇで△ＡＢＣに垂直な法線ベクトル上の点でレーザーの焦点距離Ｌｆだけ離れた点Ｏとなるように設定する（ＯＧ＝Ｌｆ）。

図４の模式図に示すように、三角形要素△ＡＢＣの一辺ＡＢの長さをＡＢ＝ｄ、レーザー焦点距離ＯＧをＯＧ＝Ｌ、焦点距離の最大許容誤差範囲を△Ｌmax、曲面ＡＧＢのレーザー照射位置をＡ’、Ｂ’、曲面ＡＧＢの曲率をｒとした場合に、三角形要素△ＡＢＣの一辺ＡＢの長さｄは、次のように決定される。

三角形要素△ＡＢＣの一辺の長さは２（√２＋１）△Ｌmaxであり、
ｄ＝２△Ｌmax／（√２－１）
となる（凹面であっても同じ）。

すなわち、ピタゴラスの定理により、直角三角形△Ａ’ＯＢ’の３辺ＯＡ’、ＯＣ'、Ａ’Ｃ'^２の長さは
ＯＡ’^２＝ＯＣ'^２＋Ａ’Ｃ'^２
（Ｌf＋△Ｌ）^２＝{Ｌf＋（１－１／√２）ｒ}^２＋（ｒ／√２）^２
本式を展開すると、
Ｌf^２＋２ＬfΔＬ＋ΔＬ^２＝Ｌf^２＋２（１－１／√２）ｒ
＋（１－１／√２）^２ｒ^２＋（ｒ／√２）^２
であり、ここで、△Ｌ^２＝０、Ｌ＋ｒ＝Ｌと近似すると、
△Ｌ＝（２－√２）ｒ／２≦△Ｌmax
となる。

次に、三角形要素の１辺の長さｄは、√２ｒであることを上式に代入すると、
ｄ＝２（√２＋１）△Ｌmax
である。

すなわち、１辺の長さがｄである正三角形要素△ＡＢＣが図２の（Ａ）に示す三角形要素ＴＲとなる。

また、図５の（Ａ）に示す四角形要素ＳＱを採用した場合、図５の（Ｂ）に示す模式図のように複数の四角形要素ＳＱを配列することにより対象物１の表面が近似される。

図５の（Ａ）に示す四角形要素ＳＱは、正方形要素□ＡＢＣＤであり、点Ｇは重心である。

四角形要素□ＡＢＣＤに対して、図６の斜視図に示すように、点Ｇで□ＡＢＣＤに垂直な法線ベクトル上の点でレーザーの焦点距離Ｌｆだけ離れた点Ｏとなるようにレーザー照射装置１０のレーザー光源位置を設定する（ＯＧ＝Ｌｆ）。

この時、点Ｏから□ＡＢＣＤまでの距離が最大となるのが四角錐の辺ＯＡ（＝ＯＢ＝ＯＣ＝ＯＤ）であり、これがレーザー焦点距離の変動許容範囲△Ｌmax以内（最大ＯＡ＝Ｌｆ十△Ｌmax）になるように要素の１辺の長さあるいは／およびＯＧの長さを設定する。

そして、上記レーザー下地処理装置１００における制御装置５０は、図７に示すフローチャートに示す手順に従って、レーザー照射装置１０、ロボットマニピュレータ２０を制御して下地処理制御を行う。

すなわち、このレーザー下地処理装置１００は動作を開始すると、先ず、制御装置５０の統括制御部５１により初期設定処理（ＳＴ１）を行う。

初期設定処理（ＳＴ１）では、上述の如く、３次元曲面を有する対象物１の３次元ＣＡＤデータなどを用いて三角形要素あるいは四角形要素による要素分割を行い、各要素の重心と各頂点の座標、更に重心における法線ベクトルを図示しないオフラインのコンピュータにより予め演算して得られた要素分割情報（各要素の頂点、重心の座標、重心における法線ベクトル）を統括制御部５１に送信する。統括制御部５１は、オフラインコンピュータで計算した各要素の頂点と重心の座標とレーザー照射焦点距離から、各要素をつないだロボットの移動軌跡を計算し、初期ティーチングデータとしてロボット制御部５３に送信する。同時に、レーザー照射の条件であるレーザー加工時間および処理品質から決まるレーザー光のＸ方向およびＹ方向の送り速度（送りピッチ）を決定し、レーザー照射装置１０に送信する。

次に、ロボット制御部５３により初期ティーチング処理（ＳＴ２）を行う。

初期ティーチング処理（ＳＴ２）では、ロボット制御部５３は、統括制御部５１による演算結果として与えられる初期ティーチングデータに基づきロボットマニピュレータ２０を制御する。

次に、ロボット制御部５３により三次元形状情報の取得処理（ＳＴ３）を行う。

三次元形状情報の取得処理（ＳＴ３）では、ロボット制御部５３は、初期ティーチングデータに基づき、対象物１の形状測定のために予め決められた軌道でロボットマニピュレータ２０を動作させ、形状測定装置３０により作業範囲の対象物１の表面の処理対象領域の三次元形状を測定し、その測定結果として得られる三次元形状情報を形状処理装置４０に送信する。

次に、形状処理装置４０により形状倣い制御の設定処理（ＳＴ４）を行う。

形状倣い制御の設定処理（ＳＴ４）では、形状処理装置４０は、下地処理作業の軌道上の個々の点について、形状測定装置３０による測定結果として得られる対象物１の三次元形状情報に基づいて、対象物１の処理対象領域におけるレーザー照射装置１０によるレーザー照射位置での法線方向とレーザー照射位置までの距離を演算し、その演算結果を形状倣い制御部５２に出力するとともに、前記三次元形状情報と対象物１の３次元ＣＡＤデータなどとから初期ティーチング軌道と対象物１のズレを演算し、その演算結果として得られる補正量情報を形状倣い制御部５２に出力する。

次に、ロボット制御部５３による形状倣い制御（ＳＴ５）を行う。

形状倣い制御（ＳＴ５）では、形状倣い制御部５２は、形状処理装置４０により与えられる上記補正量情報に基づき当初設定されたロボットマニピュレータ２０の初期ティーチング軌道を補正し、その補正された最終動作軌道に基づきロボットマニピュレータ２０をロボット制御部５３により制御する。

次に、統括制御部５１により下地処理制御（ＳＴ６）を行う。

下地処理制御（ＳＴ６）では、レーザー照射装置１０により照射されるレーザー光の光軸が対象物１の表面位置における法線方向と一致するようにロボット制御部５３による形状倣い制御を行いながら、下地処理部位にレーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３を移動して、レーザーヘッド部１３から下地処理部位にレーザー光を照射してレーザーアブレーションによる下地処理を行う。

そして、統括制御部５１により作業完了判定処理（ＳＴ７）を行う。

作業完了判定処理（ＳＴ７）では、対象物１の処理対象領域について全て下地処理を完了したか否かを統括制御部５１により確認して、その判定結果が「ＮＯ」であれば前記形状倣い制御（ＳＴ５）に戻って、形状倣い制御（ＳＴ５）から作業完了判定処理（ＳＴ７）の判定結果が「ＹＥＳ」となるまで繰り返し行い、対象物１の処理対象領域の下地処理を全て完了したら、一連の下地処理制御を終了する。

このように、このレーザー下地処理装置１００において、この制御装置５０における統括制御部５１は、このレーザー下地処理装置１００による一連の下地処理作業動作を自動制御するにあたり、形状処理装置４０により得られた対象物１の処理対象領域におけるレーザー照射装置１０によるレーザー照射位置での法線方向とレーザー照射位置までの距離の情報に基づいて、当初設定したロボットマニピュレータ２０による下地処理作業軌道を修正する修正制御情報を生成するように形状倣い制御部５２を制御する。

形状倣い制御部５２は、統括制御部５１による制御にしたがい、当初設定したロボットマニピュレータ２０による下地処理作業軌道を修正する修正制御情報を生成してロボット制御部５３に供給することにより、レーザー照射装置１０により照射されるレーザー光の光軸が対象物１の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御を行う。

このレーザー照射装置１０のレーザー発振部１１が発生するレーザー光は、対象物１の付着物（例えば表面に塗布された塗料膜など）をレーザーアブレーションにより除去するのに必要なパワーを有するものであれば、連続光あるいはパルス光の何れであってもよく、制御装置５０の統括制御部５１により、対象物１の処理対象領域の表面形状や下地処理品質などに応じてレーザー光の照射条件を適切に設定したレーザー照射によって対象物１の付着物を除去する下地処理作業を行うことができる。

すなわち、このレーザー下地処理装置１００では、レーザー照射によって対象物１の付着物を除去する下地処理方法であって、対象物１にレーザー光を照射するレーザー照射装置１０をロボットマニピュレータ２０により保持して、対象物１の処理対象領域を含む作業領域内で移動させ、対象物１の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、ロボットマニピュレータ２０によりレーザー照射装置１０の焦点距離だけ１の分割領域の重心位置から法線方向に離した位置にレーザー照射装置１０を保持した状態で、レーザー照射装置１０により対象物１に照射するレーザー光を偏向させて、分割領域内をレーザー光で照射した後、分割領域に隣接する次の分割領域の重心位置にレーザー照射装置１０のレーザー照射位置をロボットマニピュレータ２０により移動させて、レーザー照射装置１０の焦点距離だけ次の分割領域の重心位置から法線方向に離した位置にレーザー照射装置１０を保持し、レーザー照射装置１０により次の分割領域内をレーザー光で照射することを繰り返し実施することにより、対象物１の処理対象領域内の全分割領域をレーザー光で照射して付着物を除去する特徴とする下地処理方法を実施することができる。

レーザー下地処理装置１００において、レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３には、レーザー光を偏向させる手段として、例えば図８に示すように、２つのモータ１３１Ｘ、１３１Ｙと２つのミラー１３２Ｘ、１３２Ｙからなる２軸のガルバノミラー機構１３０が設けられている。

この２軸のガルバノミラー機構１３０は、レーザー発振部１１から光ファイバー１２を介して供給されるレーザー光ＬＢをＸ軸方向とＹ軸方向に独立してレーザーの反射角度を変更させて照射することができるようになっている。

すなわち、ミラー１３２Ｘは、モータ１３１ＸによりＺ軸周りに回転することにより、対象物１に照射するレーザー光ＬＢをＸ軸方向に移動する。

また、ミラー１３２Ｙは、モータ１３１ＹによりＸ軸周りに回転することにより、対象物１に照射するレーザー光ＬＢをＹ軸方向に移動する。

なお、２軸のガルバノミラー機構１３０における二つのミラー１３２Ｘ、１３２Ｙは、それぞれポリゴンミラーに置き換えることができる。

すなわち、レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３の位置を固定した状態で、所定の範囲内を照射することができるようになっている。

なお、ガルバノミラーやポリゴンミラーによるレーザー照射では光軸が法線方向と一致するのは一点のみで、レーザー光ＬＢの焦点位置は円弧状に位置することになるので、この２軸のガルバノミラー機構１３０は、テレセントリックｆ－θレンズ（あるいはテレセントリックｆ－θレンズと同等の光学特性を有するテレセントリック光学系）１３３を介してレーザー光ＬＢを対象物１に照射するようになっている。すなわち、カルバノミラーによるレーザー照射では、対象物１まで焦点距離が変化するので、レーザー処理能力の低下幅が小さい範囲内でレーザー光ＬＢの照射位置を移動させるように、対象物それぞれの処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域の大きさ、すなわち、レーザー照射範囲を制約する必要がある。

また、ロボットマニピュレータ２０によるレーザー照射装置１０の移動制御による位置決め精度は、レーザー照射を制御するガルバノミラーによる照射位置精度に比べ、一般的に精度が低い。そこで、ロボットマニピュレータ２０によるレーザー照射の移動において、分割要素毎の境界領域で、未レーザー照射部分が発生しないように、各分割要素境界部分が、一部オーバラップするように移動制御する必要がある場合がある。これは、対象物１の下地処理に対する品質要求に応じて対応する必要性を判断すればよい。

このような構成の２軸のガルバノミラー機構１３０を備えるレーザー下地処理装置１００におけるレーザー照射方法について、図９の（Ａ）、（Ｂ）、図１０の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を用いて説明する。

このレーザー下地処理装置１００は、対象物１を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて前記辺に並行に折り返してレーザー光を照射することを継続して前記基本形状要素内の付着物をレーザー照射により除去するものとすることができる。

また、対象物１を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて外周から中心に向かって渦巻き状にレーザー光を照射することにより、基本形状要素内の付着物を除去するものとすることができる。

そして、基本形状要素は三角形要素や四角形要素であるものとすることができる。

図９の（Ａ）は、２軸のガルバノミラー機構１３０のガルバノミラー１３２Ｘ，１３２Ｙによる三角形要素ＴＲに対するレーザー照射の状況を示す模式図であり、また、図９の（Ｂ）は、レーザー下地処理装置１００におけるロボットマニピュレータ２０によるレーザー照射装置１０を移動させて三角形要素ＴＲ１～ＴＲ１０をレーザー照射により下地処理する状況を示す模式図である。

すなわち、三角形要素ＴＲに対して、図９の（Ａ）に示す照射軌跡ＲＴＴ１のように、ガルバノミラー１３２ＸによりＸ軸方向に往復送りしながらガルバノミラー１３２ＹによりＹ軸方向に送ることにより折り返してジグザグ状に照射したり、図９の（Ａ）に示す照射軌跡ＲＴＴ２のように、Ｘ軸方向の送りとＹ軸方向の送りを組み合わせて渦巻き状に照射するものとすることができる

そして、図９の（Ｂ）に示すように、レーザー下地処理装置１００におけるロボットマニピュレータ２０により、レーザー照射装置１０を三角形要素ＴＲ１～ＴＲ１０の重心位置Ｇ１～Ｇ１０に順次移動させて、レーザー照射により三角形要素ＴＲ１～ＴＲ１０の下地処理を行う。

また、図１０の（Ａ）は、２軸のガルバノミラー機構１３０のガルバノミラー１３２Ｘ，１３２Ｙによる四角形要素ＳＱに対するレーザー照射の状況を示す模式図であり、（Ｂ）は２軸のガルバノミラー機構１３０により折り返してレーザー照射する場合に、２列目以降を、前列の照射位置の中間位置に照射するレーザー照射の状況を示す模式図であり、さらに、図１０の（Ｃ）は、レーザー下地処理装置１００におけるロボットマニピュレータ２０によるレーザー照射装置１０を移動させて四角形要素ＳＱ１～ＳＱ１２をレーザー照射により下地処理する状況を示す模式図である。

すなわち、四角形要素ＳＱに対して、図１０の（Ａ）に示す照射軌跡ＲＴＳ１のように、ガルバノミラー１３２ＸによりＸ軸方向に往復送りしながらガルバノミラー１３２ＹによりＹ軸方向に送ることにより折り返してジグザグ状に照射したり、図１０の（Ａ）に示す照射軌跡ＲＴＳ２のように、Ｘ軸方向の送りとＹ軸方向の送りを組み合わせて渦巻き状に照射するものとすることができる。

更には、図１０の（Ｂ）に示す照射軌跡ＲＴＳ３のように、図１０の（Ａ）の照射軌跡ＲＴＳ１のように折り返して照射する場合において、２列目以降は、前列の照射位置の中間位置に照射し、これを最終底辺まで実施することもできる。

そして、図１０の（Ｃ）に示すように、レーザー下地処理装置１００におけるロボットマニピュレータ２０により、レーザー照射装置１０を四角形要素ＳＱ１～ＳＱ１２の重心位置Ｇ１～Ｇ１２に順次移動させて、レーザー照射により四角形要素ＳＱ１～ＳＱ１２の下地処理を行う。

ここで、レーザー下地処理装置１００において、レーザー照射装置１０により対象物１にパルスレーザー光ＬＢを照射して、下地処理作業を行う場合、１パルス当たりのＸ軸方向及びＹ軸方向の送りピッチ（送り率αｘ及びαｙ）を適正に設定することにより、下地処理品質を制御することができ、レーザー照射条件は次のようにして最適化することができる。

すなわち、１パルス当たりのＸ軸方向及びＹ軸方向の送りピッチ（送り率αｘ及びαｙ）を適正に設定することにより、下地処理品質を制御することができる。

レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３から対象物１に照射するパルスレーザー光ＬＢの送り率αと下地処理品質の一つである錆の除去性能を試験した結果を図１１に示すように、送り率αｘ及びαｙを３５％以下にすることにより、やや品質は低下するものの良好な条件を得ることができた。送り率αが２５％以下であれば、さらに良好な条件を得ることができる。

ここで、送り率αｘ及びαｙの定義を図１２に示すように、レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３から対象物１に照射するパルスレーザー光ＬＢの照射点Ｏでのスポット径をＤとし、１パルス当たりのＸ軸方向の送り量をΔＸとしたＸ方向送り率αｘは、
αｘ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００＝（ΔＹ／Ｄ）×１００
であり、同様に、１パルス当たりのＹ軸方向の送り量をΔＹとしたＹ方向送り率αｙは、
αｙ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００＝（ΔＹ／Ｄ）×１００
である。

すなわち、このレーザー下地処理装置１００において、統括制御部５１は、対象物１の状況や下地処理品質に応じて、レーザー照射のＸ軸方向の送り率αｘ及びＹ軸方向の送り率αｙの最適値を上記条件
αｘ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００＝（ΔＹ／Ｄ）×１００≦３５％
αｙ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００＝（ΔＹ／Ｄ）×１００≦３５％
に基づいて設定し、設定された送り率αｘ及びαｙの最適値にて下地処理作業を実行するように、ロボット制御部５３によりロボットマニピュレータ２０による下地処理作業の軌道制御を行うとともに、レーザー照射装置１０のレーザー発振装置１１により、設定された送り率αｘ及びαｙの最適値に対応する所定のタイミング毎にパルスレーザー光ＬＢを出射して、レーザーヘッド部１３から対象物１に照射させる制御を行う。

ここで、レーザースポット径Ｄは、例えば、レーザー光をガウシアン分布としたとき、ピーク強度に対し、１／ｅ^２(ｅは自然対数の底：ネイピア数)に低下した時の強度での幅とする。

ここで、パルスレーザー光ＬＢの仕様としては、レーザー出力は１００～５００Ｗ、波長は１０６０～１１００ｎｍの範囲のパルスレーザー光が望ましい。レーザーパルスの繰り返し周波数は、５０～１５０ｋＨｚ、レーザースポット径Ｄは、５０～２００μｍ、レーザーエネルギ密度は、１０～１００Ｊ／ｃｍ^２の範囲が望ましい。

レーザー光ＬＢの照射条件を見出した試験結果について図１１を参照して説明する。

図１１は、レーザー照射による鋼材の黒皮（ミルスケール）の除去性能について調べた結果を模式的に示している。

対象物１は、ＳＳ４００（JIS G 3101:2010 一般構造用圧延鋼材）、寸法は、長さ５０ｍｍ×幅５０ｍｍ×厚６ｍｍである。

レーザー照射装置１０には、前記記載の仕様範囲内のパルスレーザー光ＬＢを出射するものを使用した。

この図１１は、レーザー照射条件としてＸ軸方向送り率αｘ及びＹ軸方向送り率αｙを変更した組み合わせにより、対象物１の表面に設定した３０ｍｍ×３０ｍｍの照射範囲を照射したときの対象材の表面性状を拡大率１００倍の顕微鏡撮影並びに目視観察により確認した結果である。

ここで、表面状態として、黒皮がほぼ完全に削除できているものを○にて示した最良好範囲、一部残存するものを△にて示した良好範囲、かなりの部分に黒皮が残っているものを×にて示した不良範囲として整理した。

図１１に示す実験結果から、送り率が３５％以下であれば黒皮が良好に除去できていることが分かった。

ここで、送り率は、単純に小さくすれば良いものではなく、送り率を小さくするほど、レーザー照射時間が長くなり、作業効率が低下する。したがって、表面品質（性状）が要求性能を満足する範囲において、できるだけ大きく設定することが重要である。

このような構成のレーザー下地処理装置１００では、複雑な３次元曲面を有する対象物１の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、レーザー照射装置１０を搭載したロボットマニピュレータ２０の動作を制御して、対象物１の付着物を除去する下地処理作業を行うことにより、極めて高精度に下地処理作業を行うことができ、下地処理品質の改善を図ることができる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、レーザー照射装置１０とともにロボットマニピュレータ２０に保持される形状測定装置３０により、対象物の三次元形状を計測して得られる対象物の三次元形状情報に基づいて、対象物の処理対象領域を含むロボットマニピュレータ２０の作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して下地処理作業動作を自動的に行ことにより、下地処理作業を高精度に且つ効率よく行うことができる。また、例えば、初期のロボットティーチングを自動修正することにより、再度時間かけてティーチング作業を行う必要がなくなる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、レーザー照射装置１０をロボットマニピュレータ２０に持たせてレーザー照射によって対象物１の付着物を除去する下地処理作業を行ことにより、レーザー照射による下地処理作業を自動化して、作業環境を改善するとともに、作業者の安全と健康を確保することができる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、形状測定装置３０による測定結果から得られる対象物１の三次元形状情報に基づいて、ロボットマニピュレータ２０の動作を制御することにより、分割領域毎にレーザー照射装置１０と対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つので、高精度に下地処理作業を行うことができる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、分割領域毎に照射するレーザー光ＬＢの光軸が対象物１の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御を行い、法線方向からのレーザー照射によって、複雑な形状の対象物や大面積形状の対象物１に対して、対象物１の付着物を除去する下地処理作業を効率よく確実に行うことができる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、処理対象領域の表面形状や下地処理品質などに応じてレーザー光ＬＢの照射条件を適切に設定したレーザー照射によって対象物１の付着物を除去する下地処理作業を行うことができる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、形状倣い制御は、対象物１の三次元形状を計測する形状測定装置３０による測定結果から得られる対象物１の三次元形状情報に基づいて、ロボットマニピュレータ２０の下地処理作業軌道を修正することにより、任意形状の対象物１の表面形状に倣ってロボットマニピュレータ２０によりレーザー照射装置１０を移動させることで、分割領域毎に所定の焦点距離とレーザー照射角度を適切に制御することができる。

また、このレーザー下地処理装置１００では、照射するレーザー光ＬＢの光軸が対象物１の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御を行い、分割領域毎に法線方向からのレーザー照射によって対象物１の塗膜を除去する等の下地処理作業を行うことにより、小物材や複雑形状材の対象物の対象物１に対して、レーザー照射により確実に且つ効率よく下地処理を行うことができる。

さらに、このレーザー下地処理装置１００における形状倣い制御は、対象物１の三次元形状を計測する形状測定装置３０による測定結果から得られる対象物１の三次元形状情報に基づいて、ロボットマニピュレータ２０の下地処理作業軌道を修正することにより、任意形状の対象物の表面形状に倣ってロボットマニピュレータ２０によりレーザー照射装置１０を移動させることで、分割領域毎に所定の焦点距離とレーザー照射角度を適切に制御することができる。

しかも、このレーザー下地処理装置１００では、ロボットマニピュレータ２０に搭載した形状測定装置３０により得られる対象物１の三次元形状情報に基づき、初期のロボットティーチングを自動修正することにより、再度時間をかけてティーチング作業する必要がないので、効率よく確実に下地処理を行うことができる。

なお、このレーザー下地処理装置１００は、下地処理として例えば塗膜除去処理を行い塗膜除去後に対象物１の表面が外気に晒されることにより、塗膜除去したままの状況で長時間放置すると、表面に再び錆が発生したり、次の処理の性能が大幅に低下する場合があるので、塗膜除去後の対象材の錆発生などの防止のために、レーザー照射に合わせて、空気中の酸素を遮断するためのガスを噴射させるスプレーあるいはノズルなどの図示しない吹き付け装置をロボットマニピュレータ２０に搭載することにより、対象物に対してレーザー照射による塗膜除去作業が完了した領域にガスの吹き付け処理を施すようにしてもよい。

１ 対象物、１０ レーザー照射装置、１１ レーザー発振部、１２ 光ファイバー、１３ レーザーヘッド部、２０ ロボットマニピュレータ、２１ ロボットアーム、２１Ａ 先端部、３０ 形状測定装置、４０ 形状処理装置、５０ 制御装置、５１ 統括制御部、５２ 形状倣い制御部、５３ ロボット制御部、１００ レーザー下地処理装置、１３０ ガルバノミラー機構、１３１Ｘ、１３１Ｙ モータ、１３２Ｘ、１３２Ｙ ミラー、１３３ テレセントリックｆ－θレンズ

Claims (22)

1. レーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理方法であって、
   前記対象物にレーザー光を照射するレーザー照射装置をマニピュレータにより保持して、前記対象物の処理対象領域を含む作業領域内で移動させ、
   前記対象物の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、前記マニピュレータにより前記レーザー照射装置の焦点距離だけ、それぞれの分割領域の重心位置から法線方向に離した位置に前記レーザー照射装置を保持した状態で、前記レーザー照射装置により対象物に照射するレーザー光を偏向させて、前記分割領域内をレーザー光で照射した後、前記分割領域に隣接する次の分割領域の重心位置に前記レーザー照射装置のレーザー照射位置をマニピュレータにより移動させて、前記レーザー照射装置の焦点距離だけ次の分割領域の重心位置から法線方向に離した位置に前記レーザー照射装置を保持し、前記レーザー照射装置により次の分割領域内をレーザー光で照射することを繰り返し実施することにより、前記対象物の処理対象領域内の全分割領域をレーザー光で照射して付着物を除去することを特徴とする下地処理方法。
2. 前記対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて前記辺に並行に折り返してレーザー光を照射することを継続して前記基本形状要素内の付着物をレーザー照射により除去することを特徴とする請求項１に記載の下地処理方法。
3. 折り返してレーザー光を照射する場合に、２列目以降は、前列の照射位置の中間位置にレーザー光を照射し、これを最終辺まで繰り返し行うことを特徴とする請求項２に記載の下地処理方法。
4. 前記対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて外周から中心に向かって渦巻き状にレーザー光を照射することにより、前記基本形状要素内の付着物を除去することを特徴とする請求項１に記載の下地処理方法。
5. 前記基本形状要素は三角形要素であることを特徴とする請求項２乃至４の何れか1項に記載の下地処理方法。
6. 前記基本形状要素は四角形要素であることを特徴とする請求項２乃至４の何れか1項に記載の下地処理方法。
7. 前記マニピュレータはロボットアームであり、
   前記レーザー照射装置とともに前記対象物の三次元形状を計測する形状測定装置を前記マニピュレータにより保持し、
   前記形状測定装置による測定結果から得られる前記対象物の三次元形状情報に基づいて、前記マニピュレータの前記対象物の処理対象領域を含む作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して、前記下地処理作業動作を自動的に行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れか1項に記載の下地処理方法。
8. 前記形状測定装置による測定結果から得られる前記対象物の三次元形状情報に基づいて、前記対象物の処理対象領域における前記レーザー照射装置によるレーザー照射位置での法線方向と前記レーザー照射位置までの距離を求め、
   前記レーザー照射装置と前記対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つように、前記マニピュレータの動作を制御することを特徴とする請求項７に記載の下地処理方法。
9. 前記形状測定装置による測定結果から得られる前記対象物の三次元形状情報に基づいて、前記レーザー照射装置により照射されるレーザー光の光軸が前記対象物の表面位置における法線方向と一致するように形状倣い制御することを特徴とする請求項８に記載の下地処理方法。
10. 前記レーザー照射装置によりパルスレーザー光を照射することによる下地処理にあって、
    対象物の処理前の表面性状および処理後の表面性状への要求性能に応じてレーザー照射条件を適切に設定し実施することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の下地処理方法。
11. 前記レーザー照射装置によりパルスレーザー光を照射し、
    １パルス毎にＸ軸方向又はＹ軸方向にレーザー照射位置を移動させ、
    前記パルスレーザー光の照射点でのスポット径をＤとし、１パルス当たりのＸ軸方向の送り量をΔＸとしたＸ方向送り率αｘ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００及びＹ軸方向の送り量をΔＹとした送り率αｙ＝（ΔＹ／Ｄ）×１００を３５％以下にしたことを特徴とする請求項１０に記載の下地処理方法。
12. レーザー照射によって対象物の付着物を除去する下地処理装置であって、
    前記対象物にレーザー光を照射するレーザー照射装置を保持して、前記対象物の処理対象領域を含む作業領域内で移動させるマニピュレータと、
    前記対象物の処理対象領域をそれぞれ基本形状の複数の領域に分割近似した各分割領域における重心位置と重心位置における法線ベクトルに基づいて、前記マニピュレータにより前記レーザー照射装置の焦点距離だけ、それぞれの分割領域の重心位置から法線方向に離した位置に前記レーザー照射装置を保持した状態で、前記レーザー照射装置により対象物に照射するレーザー光を偏向させて、前記分割領域内をレーザー光で照射した後、前記分割領域に隣接する次の分割領域の重心位置に前記レーザー照射装置のレーザー照射位置をマニピュレータにより移動させて、前記レーザー照射装置の焦点距離だけ次の分割領域の重心位置から法線方向に離した位置に前記レーザー照射装置を保持し、前記レーザー照射装置により次の分割領域内をレーザー光で照射することを繰り返し実施する制御を行う制御装置と
    を備え、
    前記マニピュレータにより保持された前記レーザー照射装置により、前記対象物の処理対象領域内の全分割領域をレーザー光で照射して付着物を除去することを特徴とする下地処理装置。
13. 前記レーザー照射装置は、前記対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて前記辺に並行に折り返してレーザー光を照射することを継続して前記基本形状要素内の付着物をレーザー照射により除去することを特徴とする請求項１２に記載の下地処理装置。
14. 前記レーザー照射装置は、折り返してレーザー光を照射する場合に、２列目以降は、前列の照射位置の中間位置にレーザー光を照射し、これを最終辺まで繰り返し行うことを特徴とする請求項１３に記載の下地処理。
15. 前記レーザー照射装置は、前記対象物を複数領域に分割する基本形状要素内を基本形状の１つの辺に沿ってレーザー光を照射し、続いて外周から中心に向かって渦巻き状にレーザー光を照射することにより、前記基本形状要素内の付着物を除去することを特徴とする請求項１２に記載の下地処理装置。
16. 前記基本形状要素は三角形要素であることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか1項に記載の下地処理装置。
17. 前記基本形状要素は四角形要素であることを特徴とする請求項１３乃至１５の何れか1項に記載の下地処理装置。
18. 前記マニピュレータはロボットアームであり、
    前記レーザー照射装置とともに前記対象物の三次元形状を計測する形状測定装置を前記マニピュレータにより保持し、
    前記制御装置は、前記形状測定装置による測定結果から得られる前記対象物の三次元形状情報に基づいて、前記マニピュレータの前記対象物の処理対象領域を含む作業領域内での一連の下地処理作業動作を予め記憶されている初期設定状態から自動修正して、前記下地処理作業動作を自動的に行うことを特徴とする請求項１２乃至請求項１７の何れか１項に記載の下地処理装置。
19. 前記形状測定装置による測定結果から得られる前記対象物の三次元形状情報に基づいて、前記対象物の処理対象領域における前記レーザー照射装置によるレーザー照射位置での法線方向と前記レーザー照射位置までの距離を求める演算処理を行う形状処理装置を備え、
    前記制御装置は、前記形状処理装置による演算結果に基づいて、前記レーザー照射装置と前記対象物の処理対象領域との間の距離を一定に保つように、前記マニピュレータの動作を制御することを特徴とする請求項１８に記載の下地処理装置。
20. 前記制御装置は、前記形状処理装置による演算結果に基づいて、前記レーザー照射装置により照射されるレーザー光の光軸が前記対象物の表面位置における法線方向と一致するように前記マニピュレータの動作を形状倣い制御することを特徴とする請求項１９に記載の下地処理装置。
21. 前記レーザー照射装置は、対象物の処理前の表面性状および処理後の表面性状への要求性能に応じてレーザー照射条件が設定され、パルスレーザー光を照射することを特徴とする請求項１２乃至請求項２０の何れか１項に記載の下地処理装置。
22. 前記パルスレーザー光の照射点でのスポット径をＤとし、１パルス当たりのＸ軸方向の送り量をΔＸとしたＸ方向送り率αｘ＝（ΔＸ／Ｄ）×１００及びＹ軸方向の送り量をΔＹとした送り率αｙ＝（ΔＹ／Ｄ）×１００を３５％以下となるように、前記制御装置で制御することを特徴とする請求項２１に記載の下地処理装置。