JP7479213B2

JP7479213B2 - 下地処理方法および下地処理装置

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Publication number: JP7479213B2
Application number: JP2020105269A
Authority: JP
Inventors: 和喜木村; 茂登藤井
Original assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Texeng Co Ltd
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2040-06-18
Also published as: JP2021194695A

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および下地処理装置に関し、特に、構造物等の下地処理作業におけるレーザー照射の条件を適正化した下地処理方法およ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、確実に汚れや錆を除去し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、対象物表面の錆や塗膜を除去するにおいては、塗膜剥離剤やショトブラストによる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錆の除去や塗膜剥離処理が提案されている。

例えば、液体中に設置したターゲットに、パルスレーザー加工をレーザースポットがターゲットに一定間隔以上離れて、スキャンして照射する金属ナノコロイド生成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、水面からターゲットまでの距離を一定に保ち、かつ水面とターゲット表面を平行とし、パルスレーザレーザ加工を等速で照射することが記載されている。

また、高い残留応力を持つ脆性材の切断加工においても亀裂など生じさせることなく加工可能なレーザー加工装置およびレーザー加工方法として、レーザー光をパルス発振して加工対象物に一定の繰り返し周波数で照射すると共に走査するレーザー光照射機構を備え、照射機構が、繰り返し周波数をＨ、レーザー光のビーム径をａ、レーザー光の同一加工線上への走査回数をｎ、パルスレーザー光の１照射あたりの移動距離Ｌをｎ／２×ａとしたとき、レーザー光の走査速度ＳをＬ／（１／Ｈ）とすると共に、走査回数１回目のレーザー光の照射開始位置をＬ１として、走査回数ｎ回目のレーザー光の照射開始位置Ｌｎを、Ｌ１＋（Ｌ／ｎ）×（ｎ－１）として走査毎に照射開始位置をずらして照射を行うことが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、ガルバノメータを用いてレーザー光を走査しマーキングを行うレーザマーキング方法において、マーキング線の描き始め地点よりも手前から前記ガルバノメータの動作を開始させるとともに、マーキング線の描き終わり地点を越えても前記ガルバノメータが動作するように制御することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１８－４００３３号公報特開２０１８－４００３３号公報特開平７－２９０５７号公報

上述の如く、鋼材の塗装や溶接などにおいては、その作業の実施前に当該部位の表面にあるスケール(製造時に生成した鉄酸化物)を除去する必要がある。通常は、鋼材表面に微小な鉄球などをぶつけ、その運動エネルギによりスケールを除去するショットブラスが用いられるが(小規模な場合はハンディグラインダ)、粉塵、騒音、振動などの環境面に加え、使用したショット球や除去後の廃棄物処分に大きなコストがかかるといった問題がある。

そこで、従来より、環境面、コストともに改善できる方法としてレーザーによる下地処理作業が行われている。

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の開示技術は、液体中に設置したターゲットに、パルスレーザーをレーザースポットがターゲットに一定間隔以上離れて、スキャンして照射する金属ナノコロイド生成方法において、パルス毎のレーザー照射ピッチをスポット径の１０倍以上離して照射するものであり、金属ナノコロイド生成分野固有のものであり、通常の場合においては、スポット径間の距離を大きく離すことにより、未照射部位が発生することは明確であり、この部分の処理ができないという問題がある。

また、特許文献２の開示技術は、レーザーによる熱影響を抑えることによる切断に関する方法であるが、パルス当たりの照射ピッチをスポット径の１．５倍にすることにより、重ね照射を回避し、発生した未照射部位は、次回および次々回の照射により埋めていくという方法である。本方法では、複数回の照射が必要になるため、作業効率が低下するという問題がある。

さらに、特許文献３の開示技術は、ガルバノミラーによるレーザー照射の応答遅れを防止するものであって、レーザー照射を一本の直線状に開始点から終了点まで実施することにおいて、ガルバノミラーの応答遅れによりレーザー密度が過大になる問題に対し、開始点ではガルバノミラーを照射前から稼働させること、かつ、終了点では減速せず終了点を超えても照射させるというものである。

しかしながら、この特許文献３の開示技術では、照射方向を変えながら一筆書きでレーザー照射する場合においては、所定のレーザー照射範囲を超えてしまうという問題がある。また、本方法は、１本の直線状照射では有効であるが、１本の線状照射毎にレーザーをON/OFFする必要があり、照射時間が長くなることに加え、レーザーON/OFFの直後は、レーザーが安定しない場合があるという問題がある。

レーザーは、その集光特性からエネルギ密度を高めた加工が可能となるが、設備能力(コスト)と作業効率から最適な条件で使用する必要がある。当然ながら、レーザーの集光率を高くした(スポット径の小さい)レーザー密度の高い作業では、品質(下地処理作業ではスケールの除去性能)は優れているが、作業時間が長くなり作業能率が低下する。一方、レーザー集光率を低くした(スポット径の大きい)レーザー密度の低い作業では、品質は低下するが、照射時間が短くなる。したがって、作業における品質と作業能率から最適な条件を設定する必要がある。
ここで、具体的な作業として、構造用鋼の表面スケール削除に関するレーザー条件を調査した結果を図９に示す。これから、下地処理性能として品質および作業効率に優れた最適条件を確保するようにレーザー密度(スポット径)が設定できることが分かる。レーザー密度を決めるスポット径は、レーザー照射距離により決定することができる。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、構造物等の下地処理作業におけるレーザー照射の条件を適正化した下地処理方法およ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。

すなわち、本発明は、レーザー光のパルス照射によって処理対象物の付着物を除去する下地処理方法であって、上記処理対象物の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を設定することにおいて、レーザー密度を決定するスポット径ｄ_ｐをレーザー照射距離に基づいて設定するとともに、上記処理対象物の処理対象領域を含む作業領域内で、１パルス当たりのパルスレーザー光の照射位置の移動距離ｄ_ｍがスポット径ｄ_ｐ×（１／√２～１）の範囲内となる移動速度で移動させ、上記作業領域内に移動方向を切り替えてパルスレーザー光の照射位置を移動させる下地処理作業の折り返し点を含む場合に、上記処理品質許容範囲の下限のレーザー密度となるスポット径ｄ _ｐにレーザー照射距離を設定することを特徴とする。

本発明は、レーザー光のパルス照射によって処理対象物の付着物を除去する下地処理装置であって、上記処理対象物の処理対象領域にパルスレーザー光を照射するパルスレーザー光照射装置と、上記パルスレーザー光照射装置の動作を制御する制御装置とを備え、上記パルスレーザー光照射装置は、上記処理対象物の処理対象領域にパルスレーザー光を照射するレーザー照射距離を可変設定する照射距離可変設定手段と、上記処理対象領域を含む作業領域内でパルスレーザー光の照射位置を移動させるスキャン手段を備え、上記制御装置は、上記照射距離可変設定手段により、上記処理対象物の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を設定することにおいて、レーザー密度を決定するスポット径ｄｐをレーザー照射距離に基づいて設定するとともに、上記処理対象物の処理対象領域を含む作業領域内で、１パルス当たりのパルスレーザー光の照射位置の移動距離ｄ_ｍがスポット径ｄ_ｐ×（１／√２～１の範囲内となる移動速度で移動させるように、上記パルスレーザー光照射装置の動作を制御し、上記作業領域内に移動方向を切り替えてパルスレーザー光の照射位置を移動させる下地処理作業の折り返し点を含む場合に、上記照射距離可変設定手段により、上記処理品質許容範囲の下限のレーザー密度となるスポット径ｄ _ｐにレーザー照射距離を設定することを特徴とする。

本発明では、上記処理対象物の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を設定することにおいて、レーザー密度を決定するスポット径ｄｐをレーザー照射距離に基づいて設定するとともに、上記処理対象物の処理対象領域を含む作業領域内で、１パルス当たりのパルスレーザー光の照射位置の移動距離ｄ_ｍがスポット径ｄ_ｐ×（１／√２～１）の範囲内となる移動速度で移動させ、上記作業領域内に移動方向を切り替えてパルスレーザー光の照射位置を移動させる下地処理作業の折り返し点を含む場合に、上記処理品質許容範囲の下限のレーザー密度となるスポット径ｄ _ｐにレーザー照射距離を設定することにより、それぞれのワークに最適な条件での下地処理作業が施可能となり、下地処理品質の改善と作業効率の向上が得られる。

また、本発明によれば、従来の機械的な下地処理作業(ショットブラスト)を自動化することができ、これにより、作業者の環境面での改善や、複雑形状の対象材の下地処理作業も可能になる。

すなわち、本発明では、加工作業の品質と能率の両面から最適な条件を与えることができる。

本発明が適用された下地処理装置の構成を示すブロック図である。上記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。上記下地処理装置におけるパルスレーザー光の照射位置の送り状態を示す模式図である。上記下地処理装置におけるパルスレーザー光の照射位置の移動速度の説明に供する図であり、（Ａ）は１パルス当たりの移動距離ｄ_ｍをスポット径ｄ_ｐ分とした移動速度の場合を示し、（Ｂ）は１パルス当たりの移動距離ｄ_ｍをスポット径ｄ_ｐの（１／√２）倍とした移動速度の場合を示している。実際の作業環境においてレーザー照射して測定して得られたスポット径ｄ_ｐを示す特性図である。一筆書きレーザー照射におけるレーザースポットの移動軌跡を模式的に示す平面図である。一筆書きレーザー照射の折り返し点近傍においてレーザースポットが重なることを模式的に示す平面図である。一筆書きレーザー照射の折り返し点近傍においてレーザースポットが重なることによる下地処理作業の品質低下とその対策についての説明に供する図である。構造用鋼の表面スケール削除に関するレーザー条件を調査した結果を示す図である。

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に、ロボットにより下地処理作業を行う下地処理装置１００に適用される。

下地処理作業用のロボットは、多関節リンクから構成されるマニピュレータロボット、3軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から構成される３軸ロボット、あるいは移動台車による搬送装置なども含めたものであり、この下地処理装置１００では、マニピュレータ２０（ロボットアーム２１を含む）とロボット制御部３０からなるマニピュレータロボット４０が採用されている。

すなわち、この下地処理装置１００は、パルスレーザー光照射装置１０をマニピュレータロボット４０に持たせてレーザー光のパルス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もので、パルスレーザー光照射装置１０、マニピュレータロボット４０、統括制御装置５０などからなる。

パルスレーザー光照射装置１０は、レーザー発振部１１と、レーザー発振部１１からレーザー光を伝送する光ファイバー１２およびレーザー光を照射するレーザーヘッド部１３からなる。

このパルスレーザー光照射装置１０は、統括制御装置５０によりレーザー光照射条件が制御され、レーザー発振部１１によりパルスレーザー光Ｌp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。

このパルスレーザー光照射装置１０のレーザーヘッド部１３には、図２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パルスレーザー光Ｌp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走査することができるようになっている。

２軸のガルバノミラー機構１３０は、対象物１の処理対象領域内でパルスレーザー光Ｌpの照射位置を移動させるスキャン手段として機能する。

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に照射するパルスレーザー光ＬpをＸ軸方向に走査する。

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に照射するパルスレーザー光ＬpをＹ軸方向に走査する。

なお、上記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、パルスレーザー光照射装置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走査では光軸が法線方向と一致するのは一点のみで、パルスレーザー光Ｌp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を介してパルスレーザー光Ｌpを対象物１に照射するようになっている。すなわち、カルバノミラー走査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パルスレーザー光Ｌpの照射位置を走査するように、レーザー照射範囲を制約する必要がある。

また、マニピュレータロボット４０のマニピュレータ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に上記パルスレーザー光照射装置１０のレーザーヘッド部１３が取り付けられている。

すなわち、上記ロボットアーム２１の先端部２１Ａに取り付けられた上記パルスレーザー光照射装置１０のレーザーヘッド部１３は、上記マニピュレータロボット４０の作業範囲内の任意の位置において、任意の方向に向けてパルスレーザー光Ｌpを照射することができるようになっている。

また、このマニピュレータロボット４０は、処理対象物１の処理対象領域にレーザーヘッド部１３からパルスレーザー光Ｌpを照射するレーザー照射距離を可変設定する照射距離可変設定手段として機能する。

統括制御装置５０は、上記ロボットアーム２１の先端部２１Ａに取り付けられたパルスレーザー光照射装置１０のレーザーヘッド部１３が予め設定したマニピュレータロボット４０による下地処理作業軌道を通過するように所定のロボット動作条件をロボット制御部３０に送信し、ロボット制御部３０はこれに基づいてロボットを制御するとともに、パルスレーザー光照射装置１０のレーザー照射条件をレーザー発振部１１に送信し、レーザー発振部１１はこれに基づきレーザー照射するとともにガルバノミラー機構１３０が動作することにより、この下地処理装置１００による一連の下地処理作業動作を自動制御する。

この下地処理装置１００におけるマニピュレータロボット４０の制御は、基本的には、ロボット制御部３０を用いて事前にティーチングにより動作軌道がプログラミングされる。

また、レーザー照射は、統括制御装置５０にて決定されたレーザー照射パターンをレーザー発振部１１に指令を出し、レーザー発振部１１は、統括制御装置５０からの指令に基づきレーザーヘッド部１３に組み込まれているガルバノミラー機構１３０を駆動することによりレーザー照射を所定の通り実施する。

統括制御装置５０は、ロボット制御部３０から、ロボットがレーザー照射すべき所定の位置に到着した信号を受け取り、レーザー発振部１１にレーザー照射開始の指令を送る。また、統括制御装置５０は、レーザー発振部１１から、レーザー照射完了の信号を受け取り、ロボット制御部３０に次の照射位置に移動する開始指令を送る。

統括制御装置５０は以上の制御動作をレーザー照射開始位置から終了位置まで繰り返すことにより、対象物１の処理対象領域全体の下地処理作業を実施する。

例えば、図３に示すように、２軸のガルバノミラー機構１３０によるパルスレーザー光Ｌpの照射位置の走査範囲すなわちレーザー照射範囲の大きさを、例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍとした四角の基本面積で、対象物１の全処理対象領域をＸ方向に（ｎ－１）分割し、Ｙ方向に（ｍ－１）分割し、左上端点を（１，１）とし、Ｘ軸方向に５０ｍｍ進んだ点を（１，２）とし、順次進めていき右方向の終端を（１，ｎ）とする。

次に、Ｙ方向下向きに５０ｍｍ進んだ点を（２，ｎ）とし、今度はＸ方向を左方向に５０ｍｍ進んだ点を（２，ｎ－１）とし、順次進めていき左方向の終点を（２，１）とする。

以降同様に、右下の最終点（ｍ，ｎ）まで、この操作を実施する。

マニピュレータ４０の移動方法としては、上記点に基づき、左上点（１，１）からスタートし、斜線で示す照射範囲ＡＲ_１１を２軸のガルバノミラー機構１３０により走査して下地処理作業を行った後、次の（１，２）点にレーザーヘッド部１３を移動させ、同様に点々で示す照射範囲ＡＲ_１２を２軸のガルバノミラー機構１３０により走査して下地処理作業を実施する。

ここで、この下地処理装置１００における統括制御装置５０では、それぞれのワークに対するレーザー照射の最適条件を決定すべく、対象物１毎の作業仕様(加工品質や作業能率など)に基づき、最適なスポット径ｄ_ｐ(レーザー密度)を実現するためのレーザー照射距離を関数プログラムとして内蔵されており、これに基づいて照射距離と１パルス当たりのレーザー移動距離が設定される。ここで、最適なスポット径ｄ_ｐは、事前のオフライン試験等の結果から、対象物１毎に所定の品質・能率が得られるように決められる。

例えば、図４の（Ａ）に示すように、上記処理対象物の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を設定することにおいて、レーザー密度を決定するスポット径ｄ_ｐをレーザー照射距離に基づいて設定するとともに、１パルス当たりの移動距離ｄ_ｍをｄ_ｍ＝ｄ_ｐすなわちスポット径ｄ_ｐ分移動させる移動速度とする。

これにより、照射するパルスの重なりもなく、かつ未照射部位を最小にできることから効率的なレーザー照射が可能である。

ただし、同一スポット径ｄ_ｐにおいて未照射部位を許容できない加工の場合などでは、図４の（Ｂ）に示すように、１パルス当たりの移動距離ｄ_ｍをｄｍ＝ｄ_ｐ／√２すなわちスポット径ｄ_ｐの（１／√２）倍として一部重なりを許容する移動速度とすることにより、未照射部分および重なり部分の両方を最小にすることができる。

実験により、１パルス当たりの移動距離ｄ_ｍを、スポット径ｄ_ｐの（１／√２～１）倍の範囲で設定すればよいことが確認されている。

この下地処理装置１００における上記統括制御装置５０は、上記処理対象物１の処理対象領域に照射するパルスレーザー光Ｌpのスポット径ｄ_ｐをレーザー照射距離によって可変にすることができ、上記処理対象物１の処理対象領域に照射するパルスレーザー光Ｌpをデフォーカスさせることによりスポット径ｄ_ｐを最適値に設定することができる。

また、レーザー照射距離は、ワーク形状や周辺設備の干渉などにより、常に一定の距離に制御することは難しいが、上記レーザー密度(スポット径ｄ_ｐ)の許容範囲内になるようにレーザー照射距離を制御することで、最適な条件でレーザー照射を行うことができる。

すなわち、この下地処理装置１００における統括制御装置５０は、例えば、領域内の処理対象領域が曲面である場合に、上記曲面によるレーザー照射距離の変化に伴うスポット径ｄ_ｐの変化が処理品質許容範囲のレーザー密度となるスポット径ｄ_ｐの変化範囲内になるレーザー照射距離に設定することにより、曲面の処理対象領域に対して最適な条件でレーザー照射を行うことができる。

また、この下地処理装置１００における統括制御装置５０は、レーザーヘッド部１３から見た対象物１の処理対象領域形状に凹凸があり、レーザー照射距離が変化する場合において、最も遠い位置に対して品質許容値内のレーザー密度が下限値となるスポット径ｄ_ｐに設定し、レーザー光の照射距離が小さくなるにつれてスポット径が小さく（レーザー密度が大きく）なる方向にスポット径を設定することにより、曲面の処理対象領域に対して最適な条件でレーザー照射を行うことができる。

この下地処理装置１００におけるパルスレーザー光照射装置１０には、焦点深度（焦点を挟んで遠近方向にスポット径ｄ_ｐが同一とみなせる範囲)の大きい光学系を用いることが望ましい。

なお、パルスレーザー光のスポット径ｄ_ｐは、実際に作業するように組み上げた下地処理装置１００におけるパルスレーザー光照射装置１０を用いて、実際の作業環境においてレーザー照射し、その時のスポット径ｄ_ｐを測定することが望ましい。

すなわち、一般的には、レーザー装置メーカから入手することが考えられるが、メーカから必要な情報を得ることができなかったり、あるいは、得られたとしてもラボ試験結果であって実際にシステムとして組み上げた最終装置や使用環境において実際の値とメーカ値とが異なる場合がある。

スポット径の測定には、照射対象ワークとして、レーザー照射痕が明確に確認できる樹脂(塩化ビニルなど)を用いる。

レーザーヘッド部１３に設けられたレンズからワークまでの距離を照射距離として、これを変更することによりレーザーの焦点位置が変化し、スポット径ｄ_ｐを変化させることができる。

このようにしてスポット径ｄ_ｐを変化させてレーザー照射した時のレーザー照射痕を顕微鏡撮影し(１００倍程度の拡大で十分である)、複数の照射痕に対し、その照射方向および垂直方向の径をそれぞれ測定し、平均値化することで最終的な平均スポット径とする。測定する照射痕の数は１０個以上が望ましい。

実際に得られたスポット径ｄ_ｐの測定結果を図５に示す。

この下地処理装置１００では、このようにして測定した結果として得られたスポット径ｄ_ｐに基づき、処理対象物１の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を得るスポット径ｄ_ｐをレーザー照射距離に基づいて設定し、上記処理対象物１の処理対象領域を含む作業領域内で、１パルス当たりのパルスレーザー光Ｌｐの照射位置の移動距離ｄ_mがスポット径ｄ_ｐ×（１／√２～１）の範囲内となる移動速度で移動させるように制御している。

また、この下地処理装置１００におけるパルスレーザー光照射装置１０では、パルスレーザー光の照射方向をガルバノミラーによりＸ方向、Ｙ方向独立に制御可能な２軸のガルバノミラー機構１３０がレーザーヘッド部１３に設けられている。

ガルバノミラーはサーボモータにより駆動され、折り返し点では減速・加速する必要がある。そして、例えば、図６に一筆書きレーザー照射におけるレーザースポットＬＳの移動軌跡を示す。本図が示すように、矢印Ａで示す移動軌跡の一筆書きレーザー照射では両端部で１８０度方向を変更し、また、矢印Ｂで示す移動軌跡の一筆書きレーザー照射では９０度方向変更するので、レーザー照射の方向の変更点毎に、減速・加速する必要があり、この減速・加速により単位時間当たりのレーザー密度が高くなり、品質に影響する場合がある。

なお、一筆書きレーザー照射は、レーザー照射の方向の変更点でレーザーをOFFする必要が無く、作業時間の短縮につながる。

しかし、一筆書きレーザー照射では、例えば図７に示すように端部折り返し時に、レーザー移動速度が減速することに加え、折り返し点においてレーザースポットＬＳが完全に重なってしまうことにより投入エネルギが必要以上に大きくなり、通常の制御目標値ＣＮ１に設定して下地処理作業を行うと、図８に示す品質特性Ｆ１のように品質低下となる部分が発生する虞がある。

そこで、この下地処理装置１００における統括制御装置５０は、上記作業領域内に移動方向を切り替えてパルスレーザー光Ｌｐの照射位置を移動させる下地処理作業の折り返し点を含む場合に、制御目標値を切り替えて上記処理品質許容範囲の下限のレーザー密度となるスポット径ｄ_ｐにレーザー照射距離を設定することにより、制御目標値ＣＮ２で下地処理作業を行い、図８に示す品質特性Ｆ２のように折り返し点近傍においても良好な品質で下地処理作業を行うことができるようにしている。

このように、下地処理作業の品質の許容範囲を有効活用することで、品質低下する部分を最小限にすること、条件によっては、品質低下部分を無くすことが可能となる。

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マニピュレータ、２１ロボットアーム、２１Ａ先端部、３０ロボット制御部、４０マニピュレータロボット、５０統括制御装置、１００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

レーザー光のパルス照射によって処理対象物の付着物を除去する下地処理方法であって、
上記処理対象物の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を設定することにおいて、
レーザー密度を決定するスポット径ｄ_ｐをレーザー照射距離に基づいて設定するとともに、
上記処理対象物の処理対象領域を含む作業領域内で、１パルス当たりのパルスレーザー光の照射位置の移動距離ｄ_ｍがスポット径ｄ_ｐ×（１／√２～１）の範囲内となる移動速度で移動させ、
上記作業領域内に移動方向を切り替えてパルスレーザー光の照射位置を移動させる下地処理作業の折り返し点を含む場合に、上記処理品質許容範囲の下限のレーザー密度となるスポット径ｄ _ｐにレーザー照射距離を設定する
ことを特徴とする下地処理方法。
レーザー光のパルス照射によって処理対象物の付着物を除去する下地処理装置であって、
上記処理対象物の処理対象領域にパルスレーザー光を照射するパルスレーザー光照射装置と、
上記パルスレーザー光照射装置の動作を制御する制御装置と
を備え、
上記パルスレーザー光照射装置は、上記処理対象物の処理対象領域にパルスレーザー光を照射するレーザー照射距離を可変設定する照射距離可変設定手段と、上記処理対象領域を含む作業領域内でパルスレーザー光の照射位置を移動させるスキャン手段を備え、
上記制御装置は、上記照射距離可変設定手段により、上記処理対象物の処理対象領域に対するパルスレーザー光の照射によって得られる処理品質が処理品質許容範囲内となるに必要なレーザー密度を設定することにおいて、レーザー密度を決定するスポット径ｄ_ｐをレーザー照射距離に基づいて設定するとともに、上記処理対象物の処理対象領域を含む作業領域内で、１パルス当たりのパルスレーザー光の照射位置の移動距離ｄ_ｍがスポット径ｄ_ｐ×（１／√２～１）の範囲内となる移動速度で移動させるように、上記パルスレーザー光照射装置の動作を制御し、上記作業領域内に移動方向を切り替えてパルスレーザー光の照射位置を移動させる下地処理作業の折り返し点を含む場合に、上記照射距離可変設定手段により、上記処理品質許容範囲の下限のレーザー密度となるスポット径ｄ _ｐにレーザー照射距離を設定することを特徴とする下地処理装置。