JP7479214B2 - 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確実に落とさずに、塗料を塗布しても確実に塗料が付着しない場合があるので、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て密着性を向上させる必要がある。そこで、かかる被膜等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処理では、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錆の除去や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、シミュレーションによって形状パターンを表示部に表示する際に、各ガルバノミラーの応答特性を反映させた形状パターンを表示することにより、シミュレーションの精度を高めることができるレーザー加工装置およびレーザー加工方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０－３０９８９９号公報 特開２０１９－１１８９５０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の開示技術は、照射パターンを構成する各線分毎に始点と終点の（ｘ、ｙ）座標を与え、この（ｘ、ｙ）座標を実現するようにガルバノミラーのｘ、ｙ回転角度を設定するとともに、レーザーのＯＮ／ＯＦＦタイミングに応じてレーザー照射するもので、レーザマーカを対象としており、ワークへのレーザー照射をガルバノミラー制御の動作のみで完結するものである。

したがって、この特許文献２の開示技術では、橋梁等の鋼構造物等の大面積形状の処理対象物の場合には対応できないという問題点があった。

なお、特許文献２には、ガルバノミラーの動かし方によるレーザー照射方法が記載されているが、レーザー照射の始点、終点の決め方についての記載が無い。

そこで、本発明の目的は、上述の如き従来の実情に鑑み、複雑な形状の対象物や比較的大面積形状の３次元曲面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、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、処理対象領域の３次元曲面を多角形近似した分割要素間の移動はロボットによりレーザー照射装置を移動させるロボット制御で行い、分割要素内での移動は、上記レーザー照射装置に備えられたガルバノミラー機構でレーザー照射の位置を移動させるガルバノミラー制御で行う。

すなわち、本発明は、ロボットで保持されたレーザー照射装置による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、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得し、取得した３次元曲面形状データに基づき、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、作成した分割要素データに基づき、各分割要素の頂点、重心及び法線ベクトルを演算して、当該分割要素に対するレーザー照射の位置および姿勢を決定するとともに、当該分割要素内のレーザー照射パターンを決定し、上記処理対象領域の３次元曲面に対する上記レーザー照射装置によるレーザー照射の位置制御を、分割要素間の移動は上記レーザー照射装置を保持するロボットにより上記レーザー照射装置を移動させるロボット制御で行い、分割要素内での移動は、上記レーザー照射装置に備えられたガルバノミラー機構でレーザー照射の位置を移動させるガルバノミラー制御で行うことを特徴とする。

本発明に係る下地処理方法では、上記分割要素データを作成する際に、分割要素が存在する曲面の曲率が、他の分割要素が存在する曲面に比べて小さい場合には、分割要素を大きくして再度上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似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、対象物の処理対象領域に設置されるか、あるいは作業領域内において、上記ロボットにより、レーザー照射装置とともに保持され共に移動し、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面形状を測定する３次元曲面形状測定装置により、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得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、上記取得した３次元曲面形状データに基づき多角形近似した３次元分割要素の頂点の座標データに対し、上記演算された法線ベクトルと直行する２次元平面に上記３次元分割要素の頂点の座標を変換し、変換した２次元座標データに基づき、当該分割要素のレーザー照射パターンを決定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、上記２次元平面に上記３次元分割要素の頂点の座標を変換し、変換した２次元座標における当該分割要素を２次元座標軸のいずれかの軸に平行な直線と当該分割要素を構成する異なる２辺との交点の一方をレーザー照射の開始点、他方を終了点とし、上記レーザー照射開始点から終了点に向かって逐次レーザー照射することで、当該分割要素全体をレーザー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方法では、上記レーザー照射の開始点および終了点を決定するにあたり、２次元平面に座標変換された分割要素を構成する辺の中で、最も長い辺に平行な直線と当該分割要素を構成する異なる２辺との交点の一方をレーザー照射の開始点、他方を終了点とし、上記レーザー照射開始点から終了点に向かって逐次レーザー照射することで、当該分割要素全体をレーザー照射するものとすることができる。

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、レーザー照射装置と、上記レーザー照射装置を保持し、対象物の処理対象領域を含む作業領域内で上記レーザー照射装置を移動させるロボットと、上記レーザー照射装置と上記ロボットの動作を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得し、取得した３次元曲面形状データに基づき、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、作成した分割要素データに基づき、各分割要素の頂点、重心及び法線ベクトルを演算して、当該分割要素に対するレーザー照射の位置および姿勢を決定するとともに、当該分割要素内のレーザー照射パターンを決定し、上記処理対象領域の３次元曲面に対するレーザー照射の位置制御を、分割要素間の移動は上記レーザー照射装置を保持するロボットにより上記レーザー照射装置を移動させるロボット制御で行い、分割要素内での移動は、上記レーザー照射装置に備えられたガルバノミラー機構でレーザー照射の位置を移動させるガルバノミラー制御で行うことを特徴とする。

本発明に係る下地処理装置において、上記制御装置は、上記分割要素データを作成する際に、分割要素が存在する曲面の曲率が、他の分割要素が存在する曲面に比べて小さい場合には、分割要素を大きくして再度上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似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は、対象物の処理対象領域に独立して設置されるか、あるいは作業領域内において、上記ロボットにより、上記レーザー照射装置とともに保持され共に移動し、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面形状を測定する３次元曲面形状測定装置を備え、上記３次元曲面形状測定装置により、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得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、上記制御装置は、上記取得した３次元曲面形状データに基づき多角形近似した３次元分割要素の頂点の座標データに対し、上記演算された法線ベクトルと直行する２次元平面に上記３次元分割要素の頂点の座標を変換し、変換した２次元座標データに基づき、当該分割要素のレーザー照射パターンを決定するものとすることができる。

本発明では、ロボットで保持されたレーザー照射装置による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にあたり、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得し、取得した３次元曲面形状データに基づき、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、作成した分割要素データに基づき、各分割要素の頂点、重心及び法線ベクトルを演算して、当該分割要素に対するレーザー照射の位置および姿勢を決定するとともに、当該分割要素内のレーザー照射パターンを決定し、上記処理対象領域の３次元曲面に対するレーザー照射の位置制御を、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似した分割要素間の移動はロボットによりレーザー照射装置を移動させるロボット制御で行い、分割要素内での移動は、上記レーザー照射装置に備えられたガルバノミラー機構でレーザー照射の位置を移動させるガルバノミラー制御で行うことにより、複雑な形状の対象物や比較的大面積形状の３次元曲面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。

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。

本発明を適用した下地処理装置の構成例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備えられた統括制御装置の３次元データ処理部で実行される次元データ処理の手順を示すフローチャートである。 三角形要素で近似した対象物の表面の処理対象領域の３次元曲面を模式的に示す図である。 ３次元メッシュ座標を２次元して２次元メッシュ座標に変換する２次元平面への座標変換の説明に供する模式図である。 分割要素内の照射パターンの決定についての説明に供する模式図であり、座標変換された２次元の３角形分割要素を構成する異なる２つ辺において、一方の辺上にレーザー照射の開始点を、そして他方の辺上に終了点を交互に設定する方法を示している。 この下地処理装置により実行される３次元近似された分割要素に対して順番にレーザー照射する様子を示す模式図である。

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２１とロボット制御部２２からなるマニピュレータロボット２０が採用されている。

すなわち、この下地処理装置１００は、レーザー光照射装置１０をマニピュレータロボット２０に持たせてレーザー光の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、レーザー光照射装置１０、マニピュレータロボット２０、統括制御装置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、マニピュレータ２１は、多関節のロボットアーム２３を備え、ロボットアーム２３の先端部２３Ａに上記レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３とともに３次元曲面形状測定装置３０が取り付けられている。

このマニピュレータ２１は、ロボット制御部２２による制御によって、上記ロボットアーム２３の先端部２３Ａ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、上記ロボットアーム２３の先端部２３Ａに取り付けられた上記レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３は、上記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、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、この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レーザー光Ｌ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レーザー光Ｌ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に照射するレーザー光Ｌ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に照射するレーザー光Ｌ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、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、レーザー光Ｌ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Ｌ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レーザー光Ｌ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、上記ロボットアーム２３の先端部２３Ａに上記レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３とともに取り付けられた３次元曲面形状測定装置３０は、上記レーザー照射装置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。本実施例では、３次元曲面形状測定装置３０は、レーザーヘッド部１３と共に取り付けられている場合を示しているが、本ケースのみに限定されるものではない。例えば、３次元曲面形状測定装置３０は、上記対象物1の処理対象領域内にあって、３次元曲面を表す３次元曲面形状データが測定できる位置であれば、ロボットとは別の位置に独立して設置し、対象物１の表面の三次元形状を計測する方法もある。

３次元曲面形状測定装置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、その計測結果として得られる上記対象物１の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを統括制御装置５０の３次元データ処理部５２に供給するようになっている。

そして、この下地処理装置１００において、統括制御装置５０は、３次元曲面形状測定装置３０による測定結果として得られた対象物１の表面の３次元曲面形状データに基づいて、３次元データ処理部５２により上記対象物１の表面の処理対象領域の３次元曲面を多角形近似して各分割要素データを演算するとともにと分割要素について始点・終点を決定し、各分割要素データに基づいて、分割要素間の移動は５３により上記マニピュレータロボット２０のロボット制御で行い、分割要素について決定された始点・終点に基づいて、分割要素内のレーザー照射はレーザー制御部５１により上記レーザー照射装置１０のガルバノミラー制御で行うようになっている。

すなわち、統括制御装置５０の３次元データ処理部５２では、図３のフローチャートに示すように、３次元曲面形状測定装置３０による測定結果とし得られる上記対象物１の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得すると（ステップＳＴ１）、取得した３次元曲面形状データに基づいて、例えば図４に三角形要素△で近似した場合を模式的に示すように、上記対象物１の表面の処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、処理対象領域の３次元曲面を多角形近似した各分割要素、例えば三角形分割要素△の頂点Ａ，Ｂ，Ｃ、重心Ｇ及び法線ベクトルを演算する（ステップＳＴ２）。

そして、ステップＳＴ２で算出した各３次元分割要素、すなわち、三角形分割要素の頂点Ａ，Ｂ，Ｃ、重心Ｇ及び法線ベクトルに基づき、図５に示す２次元平面への座標変換により、３次元メッシュ座標（ｘ、ｙ、ｚ）における３次元分割要素から
２次元メッシュ座標（ｘ、ｙ）における２次元分割要素の頂点Ａ，Ｂ，Ｃ、重心Ｇ及び法線ベクトルを演算して（ステップＳＴ３）、３次元分割要素に対応する２次元分割要素に対するレーザー照射の始点と終点を決定する（ステップＳＴ４）。

ここで、上記３次元データ処理部５２では、分割要素データを作成する際に、分割要素が存在する曲面の曲率が、他の分割要素が存在する曲面に比べて小さい場合には、分割要素を大きくして再度上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する。

なお、平面の曲率に関しては、前もって再分割しなおす曲率の閾値を決めて置く必要がある。特に、平面に近い曲面の場合には、その曲面を１つの分割要素とすることが望ましい。

これにより、分割要素数を少なくすることが可能となり、ロボットの無駄な動きを抑制し、作業効率を改善することが可能となる。更には、分割要素内のガルバノミラーの動作においても、端部での折り返し数を削減でき、レーザースポットの重なりなどの不均一性を抑制することができる。

ここで、この下地処理装置１００におけるレーザー照射は、マニピュレータロボット２０を用いて上記ロボットアーム２３の先端部２３Ａに取り付けられた上記レーザー照射装置１０のレーザーヘッド部１３により実施する。ここで、マニピュレータロボット２０は、上記分割要素の重心位置において要素の法線方向に向かって所定の照射距離だけ離れた位置にセットされ、この位置から、分割要素に対してレーザー照射するものである。ここで、レーザー照射の方向は、法線ベクトルに平行な方向、すなわち分割要素のある平面に直角に照射することが基本となるが、あくまでもこれに限定されるものではない。例えば、場対象物１が要求される表面品質に応じて、法線ベクトルに平行な方向に対し必な角度だけ傾けて照射する方法もある。

したがって、レーザーヘッド部１３に対して分割要素は、法線ベクトルと直行する平面上における２次分割要素となる。そこで、上記括制御装置５０の３次元データ処理部５２では、図５に示すように、上記３次元分割要素をレーザーヘッド部１３から見た法線ベクトルに直行する２次元平面に座標変換を行っている。ここでは、レーザーヘッド部１３から見た２次平面の一例としてｘｙ平面とする場合を示すが、当然ｙｚ平面、ｚｘ平面でも同様に演算することができる。

また、最もよく用いられる三角形要素については、次の（１）～（５）に示す手順で３次元分割要素を２次元分割要素に変換することができるが、一般的に多角形要素であっても同様に計算できる。

（１）上記法線ベクトルｈのｘｙ平面における垂直投影ベクトルｈｐとｙ軸との方向余弦ｃｏｓθ（同時にｓｉｎθ）を求める。

（２）上記投影ベクトルｈｐがｙ軸と重なるように式（１）に基づきｚ軸回りに角度θだけ分割要素を回転移動する。この時、変換された法線ベクトルは、ｙｚ平面上に来る。

（３）変換後の法線ベクトルｈ１とｚ軸との方向余弦ｃｏｓφ（同時にｓｉｎφ）を求める。

（４）上記法線ベクトルｈ１がｚ軸と重なるように式（２）に基づきｘ軸回りに角度φだけ分割要素を回転移動する。

（５）上記（１）～（４）の座標変換により、分割要素は、ｘｙ平面と平行な平面上に座標変換され、レーザーヘッド部１３から見た場合、ｘｙ平面と平行な平面上の２次元分割要素となる。

最もよく用いられる３角形要素の場合、３次元座標において３角形△ＡＢＣ（各頂点ベクトルをａ、ｂ、ｃ）とすると、変換後の２次元平面上の３角形△ＡＢＣ（各頂点ベクトルをａ２、ｂ２、ｃ２）は次の式（３）となる。
ａ２＝Ｒｚ（θ）＊Ｒｘ（φ）＊ａ
ｂ２＝Ｒｚ（θ）＊Ｒｘ（φ）＊ｂ
ｃ２＝Ｒｚ（θ）＊Ｒｘ（φ）＊ｃ ・・・式（３）

次に、分割要素内の照射パターンの決定について、図６を参照して説明する。

レーザー照射は、これらの開始点から終了点に向かって実施する。分割要素としては、一般的には３角形あるいは４角形の要素が用いられるが、ここでは簡単のために最もよく用いられる３角形要素を対象に照射パターンの基本となる始点と終点の決め方について図６を用いて説明する。ただし、本発明の方法は、これらに限定されるものではなく、一般的な多角形にも適用可能である。

図６は、座標変換された２次元の３角形分割要素を構成する異なる２つ辺において、一方の辺上にレーザー照射の開始点を、そして他方の辺上に終了点を交互に設定する方法を示している。

図６において、△ＡＢＣは、上記式（３）の座標変換によりｘｙ平面と平行な平面に座標変換された分割要素の１つの要素を示している。

（１）変換後の△ＡＢＣの辺ＡＢ、辺ＢＣ、辺ＣＡを、ｘ軸に平行なｎ本の直線（破線で示す）により頂点Ａから順に頂点Ｃに向かって（ｎ－１）当分し、その交点のペアーを、それぞれ、（１－１，１－２），（２－１，２－２），・・・，（ｎ－１，ｎ－２）とする。

（２）これらの交点のペアーにできるだけ無駄な動きがないように始点と終点を割り当てる。図６の場合は、始点（１－１）→終点（１－２），始点（２－２）→終点（２－１）、というように順次設定する。

（３）交点の決め方は、ｙ軸に平行なｎ本の直線との交点としてよく、また、分割要素を構成する辺の中で、辺ＢＣの様に最も長い辺に平行な直線を用いることにより、交点の数を少なくすることが可能である。ただし、ｘ軸あるいはｙ軸に平行でない直線を用いても良いが、計算の容易さからは、ｘ軸あるいはｙ軸に平行な直線を用いることが望ましい。このことから、分割要素は、３角形でなく４角形でも、更には一般的な多角形でも適用可能である。また、分割数ｎに関しては、レーザー照射による下地処理品質と処理時間の関係から適切に設定する必要がある。

なお、図６は一般的な方法を示すが、ガルバノミラーの制御の特性から考えた場合、３角形の最も長い辺に平行な直線を用いて、この直線と他の２辺との交点のペアーを始点、終点とすることで、分割要素内のガルバノミラーの動作においても、端部での折り返し数を減少でき、レーザースポットの重なりなどの不均一性を低下することができる。

そして、この下地処理装置１００では、統括制御装置５０の３次元データ処理部５２において決定された照射パター ンに基づき、軌道制御データ演算処理部５３により上記マニピュレータロボット２０のロボット制御により分割要素間の移動を行い、レーザー制御部５１により上記レーザー照射装置１０のガルバノミラー制御で分割要素内のレーザー照射を行うことにより、図７に示すように、最初の要素から最後の要素まで、それぞれの要素の重心を目標地点として移動し、順番にレーザー照射される。ここで、図７は、簡単のために３次元近似されたそれぞれの分割要素△１、△２、△３・・・に対してのレーザー照射の一部に対するロボット軌道の動きを示すものである。

この下地処理装置１００において、統括制御装置５０は、軌道制御データ演算処理部５３によりロボット制御部２２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、一連の下地処理作業動作を自動制御する。

すなわち、統括制御装置５０は、上記ロボットアーム２３の先端部２３Ａ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、軌道制御データ演算処理部５３によりロボット制御部２２を制御するとともに、レーザー照射装置１０のレーザー照射条件を制御して、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。

そして、この下地処理装置１００において、統括制御装置５０は、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にあたり、上記対象物１の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを３次元曲面形状測定装置３０による測定結果として取得し、取得した３次元曲面形状データに基づき、３次元データ処理部５２において、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、作成した分割要素データに基づき、各分割要素の頂点、重心及び法線ベクトルを演算すると共に、して、レーザー照射パターンを決定し、決定された照射パターンに基づき、軌道制御データ演算処理部５３により上記マニピュレータロボット２０のロボット制御で分割要素間の移動を行い、レーザー制御部５１により上記レーザー照射装置１０のガルバノミラー制御で分割要素内のレーザー照射を行うことにより、上記対象物１が複雑な形状や比較的大面積形状を有する３次元曲面処理対象物であっても、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。

なお、上記対象物１の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データは、上記対象物１の３次元ＣＡＤで設計した３次元ＣＡＤデータを取得するようにしてもよい。

ここで、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、統括制御装置５０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。

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 マニピュレータ、２２ ロボット制御部、２３ ロボットアーム、２３Ａ 先端部、３０ ３次元曲面形状測定装置、５０ 統括制御装置、５１ レーザー制御部、５２ ３次元データ処理部、５３ 軌道制御データ演算処理部、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 (10)

1. ロボットで保持されたレーザー照射装置による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、
   上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得し、
   取得した３次元曲面形状データに基づき、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、
   作成した分割要素データに基づき、各分割要素の頂点、重心及び法線ベクトルを演算して、当該分割要素に対するレーザー照射の位置および姿勢を決定するとともに、当該分割要素内のレーザー照射パターンを決定し、
   上記処理対象領域の３次元曲面に対する上記レーザー照射装置によるレーザー照射の位置制御を、分割要素間の移動は上記レーザー照射装置を保持するロボットにより上記レーザー照射装置を移動させるロボット制御で行い、分割要素内での移動は、上記レーザー照射装置に備えられたガルバノミラー機構でレーザー照射の位置を移動させるガルバノミラー制御で行う
   ことを特徴とする下地処理方法。
2. 上記分割要素データを作成する際に、分割要素が存在する曲面の曲率が、他の分割要素が存在する曲面に比べて小さい場合には、分割要素を大きくして再度上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似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. 対象物の処理対象領域に設置されるか、あるいは作業領域内において、上記ロボットによりレーザー照射装置とともに保持され共に移動し、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面形状を測定する３次元曲面形状測定装置により、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の下地処理方法。
4. 上記取得した３次元曲面形状データに基づき多角形近似した３次元分割要素の頂点の座標データに対し、上記演算された法線ベクトルと直行する２次元平面に上記３次元分割要素の頂点の座標を変換し、変換した２次元座標データに基づき、当該分割要素のレーザー照射パターンを決定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の下地処理方法。
5. 上記２次元平面に上記３次元分割要素の頂点の座標を変換し、変換した２次元座標における当該分割要素を２次元座標軸のいずれかの軸に平行な直線と当該分割要素を構成する異なる２辺との交点の一方をレーザー照射の開始点、他方を終了点とし、上記レーザー照射開始点から終了点に向かって逐次レーザー照射することで、当該分割要素全体をレーザー照射することを特徴とする請求項４に記載の下地処理方法。
6. 上記レーザー照射の開始点および終了点を決定するにあたり、２次元平面に座標変換された分割要素を構成する辺の中で、最も長い辺に平行な直線と当該分割要素を構成する異なる２辺との交点の一方をレーザー照射の開始点、他方を終了点とし、上記レーザー照射開始点から終了点に向かって逐次レーザー照射することで、当該分割要素全体をレーザー照射することを特徴とする請求項４に記載の下地処理方法。
7. 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、
   レーザー照射装置と、
   上記レーザー照射装置を保持し、対象物の処理対象領域を含む作業領域内で上記レーザー照射装置を移動させるロボットと、
   上記レーザー照射装置と上記ロボットの動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   上記制御装置は、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得し、取得した３次元曲面形状データに基づき、上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似する分割要素データを作成し、作成した分割要素データに基づき、各分割要素の頂点、重心及び法線ベクトルを演算して、当該分割要素に対するレーザー照射の位置および姿勢を決定するとともに、当該分割要素内のレーザー照射パターンを決定し、上記処理対象領域の３次元曲面に対するレーザー照射の位置制御を、分割要素間の移動は上記レーザー照射装置を保持するロボットにより上記レーザー照射装置を移動させるロボット制御で行い、分割要素内での移動は、上記レーザー照射装置に備えられたガルバノミラー機構でレーザー照射の位置を移動させるガルバノミラー制御で行う
   ことを特徴とする下地処理装置。
8. 上記制御装置は、上記分割要素データを作成する際に、分割要素が存在する曲面の曲率が、他の分割要素が存在する曲面に比べて小さい場合には、分割要素を大きくして再度上記処理対象領域の３次元曲面を多角形近似することを特徴とする請求項７に記載の下地処理装置。
9. 対象物の処理対象領域に設置されるか、あるいは作業領域内において、上記ロボットにより、上記レーザー照射装置とともに保持され共に移動し、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面形状を測定する３次元曲面形状測定装置を備え、
   上記３次元曲面形状測定装置により、上記対象物の処理対象領域の３次元曲面を表す３次元曲面形状データを取得することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の下地処理装置。
10. 上記制御装置は、上記取得した３次元曲面形状データに基づき多角形近似した３次元分割要素の頂点の座標データに対し、上記演算された法線ベクトルと直行する２次元平面に上記３次元分割要素の頂点の座標を変換し、変換した２次元座標データに基づき、当該分割要素のレーザー照射パターンを決定することを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか１項に記載の下地処理装置。