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技術 レーザー被膜剥離システム

出願人 林明夫
発明者 児島貴仁平永宏二林明夫
出願日 2018年9月13日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-171973
公開日 2020年3月19日 (9ヶ月経過) 公開番号 2020-040115
状態 特許登録済
技術分野 清浄化一般 橋または陸橋 液体または蒸気による洗浄
主要キーワード 分割側面 洗浄クリーニング 外側外壁 仕切り壁板 側面端面 除去費用 距離測定センサー 最適照射条件
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

対象物表面被膜を短時間で自動で剥離・除去する手段を提供する。

解決手段

本発明は、レーザー出射するレーザーヘッド、前記レーザーヘッドを収納する1面が開口された略直方体形状のレーザーヘッド搬送ケース、前記レーザーヘッド搬送ケース内で前記レーザーヘッドを前記開口面と略水平方向(XY方向)において移動自在の移動機構、前記搬送ケースの外側に配置されるレーザー発振器、および前記レーザー発振器と前記レーザーヘッドを接続する光ファイバーを有するレーザー被膜剥離ステムであって、前記レーザーヘッドのレーザー出射口は前記レーザーヘッド搬送ケースの開口面側を向いており、前記開口面側に配置された対象物表面にレーザーを照射して、前記対象物表面上の被膜を剥離除去可能にしたレーザー被膜剥離システムである。

概要

背景

橋梁ビルディング等の構造物は雨や風に晒されるので、その表面に塗料塗り表面を保護している。しかし、経年変化などにより表面を保護している塗料(塗膜または塗装膜ともいう)の一部が剥がれたり劣化したり変質したりするので、そのまま放置すると本体部分である鉄材料コンクリートまで汚染したり劣化したりして、構造物の寿命を縮めてしまう。また鉄骨材料、鉄塔塗装台座等に使用される鉄板等の表面の塗膜が剥がれたり傷がついたりして露出した鉄等が腐食し錆が成長するとこれらの構造物や材料の寿命が短くなってしまう。そこで、塗料を新しいものに塗り替える必要があるが、劣化した状態の塗膜や錆等の上に新しい塗膜を形成してもすぐにその塗膜も劣化して塗膜の寿命が短くなり、塗膜の形成頻度が頻繁になってしまう。従って、古い劣化した塗膜や錆等を完全に剥離除去した後で、新しい塗膜を付着させる必要がある。しかし、橋梁などは高い所にあり、危険な場所にあることも多く、人間を橋の上からつるして橋の裏側にまわって古い劣化した塗膜等を除去することが行なわれていて、危険で作業性も悪く塗膜剥離除去費用も大きい。また、高層マンション高層オフィスビルディングについても高い外壁の塗膜剥離除去も同様であり、危険で作業性も悪く塗膜剥離除去費用も大きい。

概要

対象物表面被膜を短時間で自動で剥離・除去する手段を提供する。本発明は、レーザー出射するレーザーヘッド、前記レーザーヘッドを収納する1面が開口された略直方体形状のレーザーヘッド搬送ケース、前記レーザーヘッド搬送ケース内で前記レーザーヘッドを前記開口面と略水平方向(XY方向)において移動自在の移動機構、前記搬送ケースの外側に配置されるレーザー発振器、および前記レーザー発振器と前記レーザーヘッドを接続する光ファイバーを有するレーザー被膜剥離ステムであって、前記レーザーヘッドのレーザー出射口は前記レーザーヘッド搬送ケースの開口面側を向いており、前記開口面側に配置された対象物表面にレーザーを照射して、前記対象物表面上の被膜を剥離除去可能にしたレーザー被膜剥離システムである。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

レーザー出射するレーザーヘッド、前記レーザーヘッドを収納し1面が開口された略直方体形状のレーザーヘッド搬送ケース、前記レーザーヘッド搬送ケース内で前記レーザーヘッドを前記開口面と略水平方向(XY方向)において移動自在の移動機構、前記搬送ケースの外側に配置されるレーザー発振器、および前記レーザー発振器と前記レーザーヘッドを接続する光ファイバーを有するレーザー被膜剥離ステムであって、前記レーザーヘッドのレーザー出射口は前記レーザーヘッド搬送ケースの開口面側を向いており、前記開口面側に配置された対象物表面にレーザーを照射して、前記対象物表面上の被膜剥離除去するレーザー被膜剥離システム。

請求項2

前記レーザーヘッドがX方向およびY方向へ移動しながらレーザーを照射して、前記開口面側に配置された前記対象物表面の開口面に面した領域の一部または全体に照射して、前記対象物表面上の被膜を剥離除去することを特徴とする、請求項1に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項3

X方向およびY方向へレーザーヘッドを移動する移動機構は、開口面に対して水平な面上において移動する機構であり、X方向移動機構はX方向に配置した軌道(X方向軌道)に取り付けたレーザーヘッドがX方向軌道に沿って移動する機構であり、Y方向移動機構はX方向軌道に対して垂直に取り付けた軌道(Y方向軌道)において、X方向軌道がY方向軌道に沿って移動する機構であることを特徴とする、請求項1または2に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項4

さらに前記開口面に対して略垂直方向(Z方向)へ前記レーザーヘッドを移動する移動機構(Z方向移動機構)を有し、前記Z方向移動機構は、X方向軌道またはY方向軌道に垂直方向(Z方向)に取り付けた軌道(Z方向軌道)において、X方向軌道および/またはY方向軌道がZ方向軌道に沿って移動する機構であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかの項に記載の記レーザー被膜剥離システム。

請求項5

前記レーザーヘッド搬送ケースにおいて前記開口面を底面としたときの側面周囲の一部または全体に真空吸着ラインを備えており、前記真空吸着ラインにより開口面側の側面端面から対象物表面を真空吸着して前記レーザーヘッド搬送ケースを対象物表面に固定することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項6

前記レーザーヘッド搬送ケースにおいて前記開口面を底面としたときの側面周囲の一部または全体に排気ラインを備えており、前記排気ラインにより前記レーザーヘッド搬送ケース内の排気を行なうことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項7

X方向軌道にさらに流体噴射機構を取り付けて、前記流体噴射機構により対象物の被膜を剥離除去した領域(被膜剥離除去部)のクリーニングを行ない、前記流体気体または液体であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項8

前記レーザーヘッド搬送ケース側面は、対象物表面の曲面または凹凸に合わせてZ方向に伸縮する伸縮構造を有していることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項9

前記レーザーヘッド搬送ケース側面は上側側面および下側側面からなり、前記伸縮構造は、前記下側側面が蛇腹方式または前記下側側面が前記上側側面の内部に入り込む伸縮方式であることを特徴とする、請求項8に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項10

前記レーザーヘッド搬送ケース側面の下側端面に柔軟性材料が配置されていることを特徴とする、8または9に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項11

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から前記光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを含むレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に気体導入ラインが配置されており、前記気体導入ラインを通して気体が前記レンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出口へ導かれ、レーザーとともにレーザーヘッドのレーザー出射口から出射されることを特徴とする、請求項1〜10のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項12

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に流体導入ラインが配置されており、前記流体導入ラインを通して流体が対象物表面に噴出して対象物表面をクリーニングし、前記流体は液体または気体であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項13

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から前記光ファイバーを通してレーザーが入力し、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に流体導入ラインが配置されており、前記流体導入ラインの先端に流体の流れ方向を変化させるガイドが配置されており、前記ガイドにより前記流体を前記レーザーヘッドの出射口へ流して、対象物表面へのレーザー照射による飛散物のレーザーヘッドへの侵入を防止し、および/または前記ガイドにより前記流体を対象物表面に噴出して対象物表面をクリーニングし、前記流体は気体または液体であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項14

前記ガイドの下端が対象物の表面に接触しない場合は、レーザーを出射しない機能を有することを特徴とする、請求項13に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項15

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から前記光ファイバーを通してレーザーが入力し、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出口にはレーザーを透過する透過材料から構成される透過窓が配置されており、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に流体導入ラインが配置されており、前記流体導入ラインを通して流体が前記透過窓に噴出されて前記透過窓をクリーニングし、前記流体は気体または液体であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項16

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から前記光ファイバーを通してレーザーが入力し、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に前記レーザーヘッド内側および/または外側を排気する排気ラインが配置されており、前記排気ラインを通して前記レーザーヘッド内側および/または外側の環境を排気することを特徴とする、請求項1〜15のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項17

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から前記光ファイバーを通してレーザーが入力し、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の焦点可変機構を用いるか、または前記Z方向移動機構を用いて、レーザー焦点を調節して対象物表面のレーザー照射面積を一定にすることを特徴とする、請求項1〜16のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項18

前記レーザーヘッドは自動焦点機能を有しており、前記レーザーヘッドと対象物との距離を測定可能であることを特徴とする、請求項1〜17のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項19

前記レーザーヘッドに距離測定センサーが取り付けられており、前記距離測定センサーを用いて被膜が除去されて対象物表面が露出したときを検出することを特徴とする、請求項1〜18のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項20

前記レーザーヘッド搬送ケース内に監視カメラが設置されており、前記監視カメラを用いて対象物表面の被膜剥離状態を画像認識して、レーザーの照射条件を最適化することを特徴とする、請求項1〜19のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項21

前記レーザーヘッドから出るレーザーは走査可能であることを特徴とする、請求項1〜20のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項22

前記レーザーヘッドは鉛直軸方向(Z方向)に対して傾斜可能であることを特徴とする、請求項1〜21のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項23

前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レーザーヘッドのレンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出射口にシャッターが配置されていることを特徴とする、請求項1〜22のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項24

前記シャッターが前記レンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出射口を塞いでいる場合は、レーザーを出射しない機能を有することを特徴とする、請求項23に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項25

前記シャッターは、前記レーザー出射口を塞いで、前記レンズ・ミラー鏡筒部の内部の汚れ防止機能を有することを特徴とする、請求項23または24に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項26

前記レーザーヘッドは前記開口面と垂直方向。(Z方向)の軸に対して回転自在であることを特徴とする、請求項1〜25のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

請求項27

前記レーザーヘッド搬送ケースの上面(開口面と反対面)または側面に電磁石または磁性体板を取り付け、ドローンに取り付けた磁性体板または電磁石を前記レーザーヘッド搬送ケースに取り付けた電磁石または磁性体板に付着させて、ドローンを用いて前記レーザーヘッド搬送ケースを運搬して、対象物の所定位置に前記レーザーヘッド搬送ケースの開口面を配置することを特徴とする、請求項1〜26のいずれかの項に記載のレーザー被膜剥離システム。

技術分野

0001

本発明は、コンクリート建造物鉄橋鉄塔金属板等の表面の被膜剥離除去するレーザー被膜剥離除去装置やその方法に関する。

背景技術

0002

橋梁ビルディング等の構造物は雨や風に晒されるので、その表面に塗料塗り表面を保護している。しかし、経年変化などにより表面を保護している塗料(塗膜または塗装膜ともいう)の一部が剥がれたり劣化したり変質したりするので、そのまま放置すると本体部分である鉄材料コンクリートまで汚染したり劣化したりして、構造物の寿命を縮めてしまう。また鉄骨材料、鉄塔や塗装台座等に使用される鉄板等の表面の塗膜が剥がれたり傷がついたりして露出した鉄等が腐食し錆が成長するとこれらの構造物や材料の寿命が短くなってしまう。そこで、塗料を新しいものに塗り替える必要があるが、劣化した状態の塗膜や錆等の上に新しい塗膜を形成してもすぐにその塗膜も劣化して塗膜の寿命が短くなり、塗膜の形成頻度が頻繁になってしまう。従って、古い劣化した塗膜や錆等を完全に剥離除去した後で、新しい塗膜を付着させる必要がある。しかし、橋梁などは高い所にあり、危険な場所にあることも多く、人間を橋の上からつるして橋の裏側にまわって古い劣化した塗膜等を除去することが行なわれていて、危険で作業性も悪く塗膜剥離除去費用も大きい。また、高層マンション高層オフィスビルディングについても高い外壁の塗膜剥離除去も同様であり、危険で作業性も悪く塗膜剥離除去費用も大きい。

先行技術

0003

特開2011−160764
特許第5574354号

発明が解決しようとする課題

0004

近年レーザー技術の進歩・発展に伴い、レーザーを使用して塗膜を除去する装置が種々提案されている。たとえば、出口集光レンズを移動する距離調節手段を用いてレーザーを使用して塗膜を除去する装置や、構造物表面の塗膜をレーザー光を用いて剥離する技術が開示されている。(特許文献1、2)しかし、この方法では、狭い面積の塗膜を剥離・除去できても広い面積の対象物表面の塗膜を剥離・除去するのは時間や労力がかかるので困難である。また、レーザー剥離・除去の際に発生する飛散物が再度剥離・除去された部分を汚染するという問題もある。さらに、高所や危険な場所での塗膜剥離除去方法人手による人海戦術以外の方法は殆ど提案されていない。

課題を解決するための手段

0005

本発明は、上記課題を解決するために、レーザーヘッド搬送ケース内収納し、搬送ケース内でレーザーヘッドを移動させながら、搬送ケースの開口面を対象物表面に向けてレーザーヘッドからレーザーを照射して対象物表面の被膜を剥離除去する。具体的には以下の特徴を有する。尚、本発明は、構造物等の表面の塗膜だけでなく、構造物等の表面に付着した異物や塗膜以外の膜、構造物が鉄等の金属であるときは金属表面の錆(これも膜といえる)にも適用できるので、本発明の剥離物を総称して被膜と称する。
(1)本発明は、レーザーを出射するレーザーヘッド、前記レーザーヘッドを収納する1面が開口された略直方体形状のレーザーヘッド搬送ケース、前記レーザーヘッド搬送ケース内で前記レーザーヘッドを前記開口面と略水平方向(XY方向)において移動自在の移動機構、前記搬送ケースの外側に配置されるレーザー発振器、前記レーザー発振器と前記レーザーヘッドを接続する光ファイバーを有するレーザー被膜剥離システムであって、前記レーザーヘッドのレーザー出射口は前記レーザーヘッド搬送ケースの開口面側を向いており、前記開口面側に配置された対象物表面にレーザーを照射して、前記対象物表面上の被膜を剥離除去するレーザー被膜剥離システムである。

0006

(2)本発明は、(1)に加えて、前記レーザーヘッドがX方向およびY方向へ移動しながらレーザーを照射して、前記開口面側に配置された前記対象物表面の開口面に面した領域の一部または全体を照射して、前記対象物表面上の被膜を剥離除去し、X方向およびY方向へレーザーヘッドを移動する移動機構は、開口面に対して水平な面上において移動する機構であり、X方向移動機構はX方向に配置した軌道(X方向軌道)に取り付けたレーザーヘッドがX方向軌道に沿って移動する機構であり、Y方向移動機構はX方向軌道に対して垂直に取り付けた軌道(Y方向軌道)において、X方向軌道がY方向軌道に沿って移動する機構であり、さらに前記開口面に対して略垂直方向(Z方向)へ前記レーザーヘッドを移動する移動機構(Z方向移動機構)を有し、前記Z方向移動機構は、X方向軌道またはY方向軌道に垂直方向(Z方向)に取り付けた軌道(Z方向軌道)において、X方向軌道またはY方向軌道がZ方向軌道に沿って移動する機構であることを特徴とする。

0007

(3)本発明は、(1)および(2)に加えて、前記レーザーヘッド搬送ケースにおいて前記開口面を底面としたときの側面周囲の一部または全体に真空吸着ラインを備えており、前記真空吸着ラインにより開口面側の側面端面から対象物表面を真空吸着して前記レーザーヘッド搬送ケースを対象物表面に固定し、前記レーザーヘッド搬送ケースにおいて前記開口面を底面としたときの側面周囲の一部または全体に排気ラインを備えており、前記排気ラインにより前記レーザーヘッド搬送ケース内の排気を行ない、X方向軌道にさらに流体噴射機構を取り付けて、前記流体噴射機構により対象物の被膜を剥離除去した領域(被膜剥離除去部)のクリーニングを行ない、前記流体気体または液体であることを特徴とする。
(4)本発明は、(1)〜(3)に加えて、前記レーザーヘッド搬送ケース側面は、対象物表面の曲面または凹凸に合わせてZ方向に伸縮する伸縮構造を有していて、前記伸縮構造は、蛇腹方式または下側側面が上側側面の内部に入り込む伸縮方式であり、前記側面の下側端面に柔軟性材料が配置されていることを特徴とする。

0008

(5)本発明は、(1)〜(4)に加えて、前記レーザーヘッドは、前記レーザー発振器から前記光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを含むレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に気体導入ラインが配置されており、前記気体導入ラインを通して気体が前記レンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出口へ導かれ、レーザーとともにレーザーヘッドのレーザー出射口から出射され、および/または、前記レーザーヘッドは、レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に流体導入ラインが配置されており、前記流体導入ラインを通して流体が対象物表面に噴出して対象物表面をクリーニングし、前記流体は液体または気体であり、前記レーザーヘッドは、レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に流体導入ラインが配置されており、前記流体導入ラインの先端に流体の流れ方向を変化させるガイドが配置されており、前記ガイドにより前記流体を前記レーザーヘッドの出射口へ流して、対象物表面へのレーザー照射による飛散物のレーザーヘッドへの侵入を防止し、および/または前記ガイドにより前記流体を対象物表面に噴出して対象物表面をクリーニングし、前記流体は気体または液体であり、さらに前記ガイドの下端が対象物の表面に接触しない場合は、レーザーを出射しない機能を有することを特徴とする。

0009

(6)本発明は、(1)〜(5)に加えて、前記レーザーヘッドは、レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出口にはレーザーを透過する透過材料から構成される透過窓が配置されており、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体に流体導入ラインが配置されており、前記流体導入ラインを通して流体が前記透過窓に噴出されて前記透過窓をクリーニングし、前記流体は気体または液体であり、および/または前記レーザーヘッドは、レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の周囲の一部または全体にレーザーヘッド内側および/または外側を排気する排気ラインが配置されており、前記排気ラインを通してレーザーヘッド内側および/または外側の環境を排気することを特徴とする。

0010

(7)本発明は、(1)〜(6)に加えて、前記レーザーヘッドは、レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レンズ・ミラー鏡筒部の焦点可変機構を用いるか、Z方向移動機構を用いて、レーザー焦点を調節して対象物表面のレーザー照射面積を一定にし、前記レーザーヘッドは自動焦点機能を有しており、前記レーザーヘッドと対象物との距離を測定可能であり、また、前記レーザーヘッドに距離測定センサーが取り付けられており、前記距離測定センサーを用いて被膜が除去されて対象物表面が露出したときを検出し、さらに、監視カメラを用いて対象物表面の剥離状態画像認識して、レーザーの照射条件を最適化し、前記レーザーヘッドから出るレーザーは走査可能であり、前記レーザーヘッドは鉛直軸方向(Z方向)に対して傾斜可能であり、前記レーザーヘッドは前記開口面と垂直方向(Z方向)の軸に対して回転自在であることを特徴とする。

0011

(8)本発明は、(1)〜(7)に加えて、前記レーザーヘッドは、レーザー発振器から光ファイバーを通してレーザーが入力する、レンズ系および/またはミラーを有するレンズ・ミラー鏡筒部を有し、前記レーザーヘッドのレンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出射口にシャッターが配置されていて、前記シャッターがレンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出射口を塞いでいる場合はレーザーを出射しない機能を有し、前記シャッターは、前記レーザー出射口を塞いで、前記レンズ・ミラー鏡筒部の内部の汚れ防止機能を有することを特徴とする。
(9)本発明は、(1)〜(8)に加えて、前記レーザーヘッド搬送ケースの上面(開口面と反対面)または側面に電磁石または磁性体板を取り付け、ドローンに取り付けた磁性体板または電磁石を前記レーザーヘッド搬送ケースに取り付けた電磁石または磁性体板に付着させて、ドローンを用いて前記レーザーヘッド搬送ケースを運搬して、対象物の所定位置に前記レーザーヘッド搬送ケースの開口面を配置することを特徴とする。

発明の効果

0012

本発明のレーザー被膜剥離システムは搬送ケース内でレーザーヘッドが前後左右上下に移動しながらレーザーを対象物表面に照射して対象物表面上の被膜をアブレーション剥離除去する。搬送ケース周囲に真空吸着ラインや排気ラインが配置されて対象物表面に確実に固定され、搬送ケース内の飛散物も排気される。レーザーヘッドには流体クリーニング機構および排気機構が備わり、レーザーヘッド内空間や対象物表面の剥離領域部をクリーニングし排気する。これによりレーザー照射条件を最適化でき対象物表面上の被膜剥離除去を確実に行なうことができる。橋梁や高層ビルの壁面上などの人間では危険で困難な場所における被膜剥離除去にも、ドローンを用いたりして本発明のレーザー被膜剥離システムを適用できる。

図面の簡単な説明

0013

図1は、本発明のレーザー剥離システムの一実施形態を示す図である。
図2は、本発明のレーザー剥離システムの正面図を示す図である。
図3は、本発明のレーザーヘッドの構造の1実施形態を示す図である。
図4は、レーザーヘッドの排気(排出)ライン外壁の下端(面)が対象物の表面に接触した場合を示す図である。
図5は、本発明のレーザー剥離システムをドローンによる適用を示す図である。
図6は、本発明のレーザーヘッドの別の実施形態を示す図である。
図7は、レーザーヘッドが回転した場合の状態を示す図である。
図8は、流体クリーニング機構を備えたレーザー剥離システムを示す図である。
図9は、レーザーヘッド搬送ケース側面が対象物表面の形状に従い伸縮する伸縮構造に関する実施形態を示す図である。
図10は、レーザーヘッド搬送ケース側面における伸縮自在の分割側面の実施形態を示す図である。

実施例

0014

図1は、本発明のレーザー剥離システムの一実施形態を示す図(斜視図で示す)である。本発明のレーザー剥離システム9は、対象物の被膜に照射して被膜を剥離するレーザーを出射するレーザーヘッド11、レーザーヘッドを収納するレーザーヘッド搬送ケース10、レーザーヘッド搬送ケース内でレーザーヘッド11を移動する搬送部を含む。レーザーヘッド搬送ケース10は剥離すべき被膜が付着した対象物表面側の面(図1において下側の面であるから下面と称するが、対象物との関係で横側や上側になることもある)は開口されており、レーザーヘッド11のレーザー出射口から出たレーザー15が対象物表面に付着した被膜に照射される。すなわち、レーザーヘッド搬送ケース10の内側に配置されるレーザーヘッド11のレーザー15の出射口11mはレーザーヘッド搬送ケース10の開口面である下面を向いている。レーザーヘッド搬送ケース10の下面は対象物表面側に配置されるので、対象物表面の被膜にレーザーヘッド11のレーザー出射口11mから出たレーザーが照射される。レーザーヘッド搬送ケース10の下面10bと反対側の面(上面と称する)10uおよびレーザーヘッド搬送ケース10の側面(上面と下面を接続する面)10s周囲は壁面となっている。

0015

対象物表面の被膜にレーザーが照射されると被膜がアブレーションしたり飛散等したりして被膜が対象物表面から剥離し、剥離した被膜の気化蒸発)物や飛散物等は周囲に放出されるが、レーザーヘッド搬送ケース10の上面や(周囲)側面は壁面となっているので、レーザーヘッド搬送ケース10の外側には剥離した被膜の気化(蒸発)物や飛散物等は放出されず、レーザーヘッド搬送ケース10の外側環境は汚染されない。特にレーザーヘッド搬送ケース10の開口面側の(周囲)側面の端面が対象物表面に接触して隙間がないか小さい場合は、レーザーヘッド搬送ケース10の開口面側の(周囲)側面の端面と対象物表面の間からも剥離した被膜の気化(蒸発)物や飛散物等はレーザーヘッド搬送ケース10の外側に漏れ出て行かないので、レーザーヘッド搬送ケース10の外側環境は全く汚染されない。すなわち、本発明のレーザーヘッド搬送ケース10の存在により、対象物表面の周囲環境に影響を及ぼさずに対象物表面の被膜や異物等を除去することができる。被膜にはたとえば、塗装した層や膜(塗膜または塗装膜)、対象物を変質させて対象物を保護した物(膜)(たとえば、アルミニウム酸化被膜、銅の酸化被膜、その他金属の保護被膜)が含まれる。また被膜には広義に異物等も含まれ、異物等には、たとえば対象物表面に付着した物(付着物)、堆積物汚れ、埃、錆(対象物が金属である場合)、被膜の剥離物、対象物の劣化(剥離・変質)物などが含まれる。たとえば、塗装用台座として用いた金属板(鉄板等)に付着した被膜の剥離物や金属板(鉄板等)が腐食した被膜(錆)やその剥離物が挙げられる。

0016

また、レーザーが何らかの原因で下側ではなく横方向へ出射された場合や、レーザーが対象物表面で反射して横方向へ進行した場合でも、レーザーヘッド搬送ケース10の開口面側の(周囲)側面の壁面に当たるので、レーザーヘッド搬送ケース10の外側へ出て来ることがなく、安全である。特に壁面の材料をレーザーが透過できない材料とすれば、全く問題ない。壁面の材料がレーザーを透過する材料であったとしても、レーザーの一部はレーザーヘッド搬送ケース10の内側に反射し、壁面を透過するレーザーの一部は壁面で吸収されるので、レーザーヘッド搬送ケース10も外側へ出ていくレーザーのパワーは出射時よりもかなり弱くなるので、レーザーヘッド搬送ケース10の外側へ出たレーザーが環境および人体等へ影響を与えることは殆どないと考えられる。あるいは、壁面の材料がレーザーを透過する材料である場合でも、レーザーヘッド搬送ケース10の壁面の内側面に細かな凹凸等を付けておけば(いわゆる、表面荒れ状態にする)、レーザーの殆どは壁面内面で乱反射してレーザーはレーザーヘッド搬送ケース10の外側へは殆ど出て来ない。

0017

尚、レーザーヘッド搬送ケース10の壁面を可視光に対して透明な材料にしておけば、外部からもレーザーヘッド搬送ケース10の内側の状況(たとえば、対象物表面の被膜や異物等の剥離状態、レーザーヘッドの位置)を監視できる。レーザーヘッド搬送ケース10の壁面を可視光に対して透明でない材料でも、図1に示すように、レーザーヘッド搬送ケース10の内側に監視カメラ20を配置することによって、レーザーヘッド搬送ケース10の内側状態を常時把握できる。監視カメラ20も移動自在や回転自在にしておけば、レーザーヘッド搬送ケース10の外側からの遠隔操作によりレーザーヘッド搬送ケース10の内側の全領域を把握することもできる。特に、剥離前の対象物表面の被膜や異物等の状態を的確に把握・判断して(たとえば、画像診断、レーザーヘッドと対象物表面との距離)、レーザーの照射条件(たとえば、照射面積スポット径)、レーザーパワ−、照射エネルギー密度、照射時間、照射深度焦点距離)を最適化できる。レーザーが肉眼見えない場合(たとえば、炭酸(CO2)レーザーは赤外線波長10.6μm)であるため肉眼では見えないが。監視カメラを赤外線対応にしておけば、監視カメラを通してレーザーを認識できる。)

0018

レーザーヘッド11はレーザーヘッド搬送ケース10の内側で水平方向(X−Y方向とする)および上下方向(Z方向)にコンピュータ制御手動で移動できる。ここで水平方向とは開口面10bに平行な水平面内の方向であり、X方向とY方向は直交しており、レーザーヘッド搬送ケース10が略直方体形状である場合は、X方向は2つの側面(図1では10s1および10s3)に平行な方向であり、Y方向は2つの側面(図1では10s2および10s4)に平行な方向である。従って、レーザーヘッド搬送ケース10の開口面10b側にある対象物表面の全域にレーザーを照射できるので、レーザーヘッド搬送ケース10の開口面側にある対象物表面の全域の対象物表面の被膜や異物を剥離除去可能である。レーザーヘッドに備わるレンズ系を調節することにより、および/または上下方向(Z方向)のレーザーヘッドの位置を調節することにより、レーザーの焦点距離および/またはレーザーの焦点位置と対象物表面との距離を調節できるので、対象物表面の被膜等における照射面積およびレーザーパワー等を調節して、最適の条件で対象物表面の被膜や異物を剥離除去できる。

0019

図1に示すレーザーヘッド搬送ケース10は略直方体形状であり、下面(底面)10b側が開口しており、上面(10u)および4側面(10s1、10s2、10s3、10s4)が壁面となっている。レーザーヘッド搬送ケース10の4側面角部には上下移動(Z方向移動)用のレール軌道18(18−1、18−2、18−3、18−4)が配置されており、それらの(Z方向移動用)レール軌道18に上下方向(Z方向)移動自在の横方向(Y方向)移動用のレール軌道17(17−1、17−2)が配置され、それらの(Y方向移動用)レール軌道17に横方向(Y方向)移動自在の縦方向(Y方向と直交するX方向)移動用のレール軌道16が配置されている。(X方向移動用)レール軌道16には縦方向(X方向)移動自在のレーザーヘッド固定台14が配置されている。レーザーヘッド固定台14にはレーザーヘッド11のレーザー出射口が開口された下面10bを向くようにレーザーヘッド11が固定されている。レーザーヘッド11の出射口11mと異なる部分(図1では出射口11mと反対側の上部)に光ファイバー12が接続しており、光ファイバー12はレーザーヘッド搬送ケース10の上面からレーザーヘッド搬送ケース10の外側に出て(レーザーヘッド搬送ケース10の外側部分の光ファイバーは13と付す)、光ファイバー13は適当な長さを有してレーザー発振器へ接続する。

0020

レーザーヘッド搬送ケース10の開口された下面10bは対象物表面と略平行な状態で対象物表面近くかまたは対象物表面に接触するようにして、レーザーヘッド搬送ケース10が配置される。レーザーヘッド搬送ケース10が適切に配置された後に対象物表面の剥離除去すべき被膜や異物の直上にレーザーヘッド11を移動させる。対象物表面の剥離除去すべき被膜や異物の位置はレーザーヘッド搬送ケース10の上部に配置した監視カメラ20で正確に検知可能である。監視カメラ20はレーザーヘッド搬送ケース10内に複数台配置しても良く、レーザーヘッド11に取り付けてレーザーヘッド11と一緒に移動させることもできる。監視カメラの制御や位置認識等は無線または有線でレーザーヘッド搬送ケース10の外側から遠隔操作できる。監視カメラ20で得られる画像認識により、対象物表面の状態を把握してレーザー照射条件を最適化することもできる。

0021

レーザーヘッド固定台14に固定されたレーザーヘッド11は、(X方向移動用)レール軌道16に沿ってX方向へ移動でき、また(Y方向移動用)レール軌道17に沿ってY方向へ移動できるので、レーザーヘッド11は下面10bに平行な面上で移動でき、下面10bに略平行な対象物表面の所望の位置に静止できる。これらの移動はたとえば電動モーターで遠隔操作可能である。レーザーヘッド11の上下(Z)方向の移動は、(Z方向移動用)レール軌道18に沿って(Y方向移動用)レール軌道17を移動させれば良い。レーザーヘッド11の上下(Z)方向の移動は、たとえば、レーザー15の焦点位置を制御して、対象物表面の照射面積を適正化するときに使用できる。尚レーザーの焦点位置の移動はレーザーヘッド内にあるレンズ・ミラー系を有するレンズ・ミラー鏡筒を用いても可能である。

0022

レーザーヘッド11が所定位置に移動した後に、レーザー発振器で発生させたレーザーを光ファイバー13および12でレーザーヘッド11へ導きレーザーヘッド11でレーザーを増幅調整して、レーザーヘッド11の出射口11mからレーザー15を対象物表面に照射する。これらの一連の走査はコンピュータ制御で自動化できる。レーザーヘッド11はレーザーヘッド固定台14に取り付けた状態でも回転することができ、レーザーをレーザーヘッド11の直下だけでなく傾斜して照射することもできるし、レーザーヘッド11内のレンズ系や反射鏡等(レンズ・ミラー鏡筒)を用いてレーザーを傾斜して走査することもできる。このように、本発明のレーザー剥離システムはレーザーヘッド11の直接移動に加えてレーザーヘッド11の回転・傾斜やレーザーの走査を行なって被膜等の除去に最適なレーザー照射が可能である。レーザーは、たとえば、固体レーザー(たとえば、ルビーレーザー、YAGレーザー)、半導体レーザー気体レーザー(たとえば、CO2レーザーエキシマレーザー)、液体レーザー、ファイバーレーザーを使用でき、剥離する物質(被膜等)、剥離する物質が付着した対象物の種類などに応じて適宜選択できる。たとえば、CO2レーザー(波長10.6μm)を用いて、レーザーパワー2000W、レーザーエネルギー密度10−3J(ジュール)/μm2で使用できる。

0023

レーザーヘッド搬送ケース10の下面10bに対応する対象物表面全体の被膜等を除去する場合には、(X方向移動用)レール軌道16および(Y方向移動用)レール軌道17を使ってレーザーヘッド搬送ケース10の全領域にわたってレーザーヘッド11を平行移動し、適宜(Z方向移動用)レール軌道18を用いてレーザーの照射条件を最適化しながら対象物表面にレーザー照射すれば良い。これに上記したレーザーヘッド回転・傾斜機構やレーザーヘッドから出るレーザーを走査(スキャン)したり焦点距離を変化させる機構を適宜調節したりすることもできる。対象物表面がレーザーヘッド搬送ケース10の下面10bより広い場合には、レーザーヘッド搬送ケース10を移動させて同じ操作を繰り返していけば良い。レーザーヘッド搬送ケース10の下面10bは長方形正方形を含む)であるから、隙間なくまた重ねることがなく効率的に対象物表面の被膜等を剥離除去できる。

0024

図2は、図1に示す本発明のレーザー剥離システムの正面図を示す図である。レーザー剥離システム9の開口された下面10bは対象物21の表面に接触して配置されている。対象物21は、材料がたとえば鉄、鉄骨財、アルミニウム、銅、亜鉛ジュラルミン、トタンステンレス、その他各種金属ガラスセラミックス、コンクリートであり、形状がたとえば板、壁、柱である。これらは、たとえばビル建物道路・橋・トンネル等の建造物や構造物、トラック乗用車トラクター等の各種車の車体、船舶航空機列車等の乗り物土台、台座、テーブルを構成する。対象物表面には被膜22が付着しているが、経年変化等で被膜22が劣化しているので、この被膜22を剥離して新しい塗膜等を付着させる必要がある。本発明は、建造物や構造物を建て直せずにそのままの状態を保持しながら、レーザーを用いて効率的に被膜22を剥離する装置(システム)である。図2に示すレーザー剥離システムは、図1に記載しなかった付加機能も示している。

0025

レーザーヘッド11のレーザー出射口11mが対象物21の表面を向くようにレーザーヘッド搬送ケース10が配置される。レーザー剥離システム9の開口された下面10b側の(側面10sの)端面には接触緩和材料79が配置されており、対象物21を損傷しないために、対象物21に過度な衝撃を与えないようにしている。また、接触部に接触センサーを取り付けたり、監視カメラでの接触確認(自動的に行なうこともできる)をすればソフトに接触できる。レーザーヘッド搬送ケース10の壁面材料は、たとえば鉄、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、ステンレス、トタン、その他各種金属・合金であり、あるいはプラスチックセルロース、木材、その他各種高分子材料、あるいはガラス、その他各種セラミックスであり、その厚みは強度を確保できる限り極力薄くして、運搬しやすくするために軽量であることが望ましい。接触緩和材料79の材料は、たとえばウレタン樹脂テトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂天然ゴム合成ゴムである。

0026

レーザーヘッド搬送ケース10の内側には仕切り壁板73が配置されており、レーザーヘッド搬送ケース10の壁面10sと仕切り壁板73の間に真空吸着室71が備わっている。下面10b側の仕切り壁板73の端面も対象物21の表面に接触しており、真空吸着室71の上面10sに取り付けた真空引き孔72を通して真空吸着室71の空間を真空引きできるようになっている。真空引き孔72には真空引きチューブが接続し、真空ポンプで真空引きできる。この結果真空吸着室71は真空状態または気圧が低い状態になり、レーザーヘッド搬送ケース10は対象物21の表面に真空吸着される。対象物21が水平状態にある場合はレーザーヘッド搬送ケース10が置かれた位置から動くことはないが、対象物21が傾斜していたり、鉛直に立っていたり、あるいは天井逆さ状態)であったりする場合は、レーザーヘッド搬送ケース10が動いたり、落下したりする危険性があるが、本発明のように真空吸着室71を設けておけばレーザーヘッド搬送ケース10を動かないようにすることができる。レーザーヘッド搬送ケース10が動かなければ、レーザーヘッド11と対象物表面との距離は安定して保持できるので、レーザーによる被膜等の剥離条件を安定して維持できる。尚、レーザーヘッド搬送ケース10を天井へ(逆さ状態で)配置するときに最も真空吸着力を大きくする必要があるので、レーザーヘッド搬送ケース10全体の重量、その時の必要な真空度、真空吸着室71の吸着部面積をあらかじめ設計しておけば良い。側面の壁面10sおよび仕切り壁板73の端面に接触緩和材料79を配置しておけば、対象物21の表面との接触部分が少し荒れていても(凹凸があっても)接触部の隙間を生めて表面に密着して真空吸着室71を良好な真空状態に保持できる。

0027

レーザーヘッド11の出射口11mから出るレーザー15は、対象物21(その上に付着した被膜22)の表面に対して略垂直に照射される。XYZ方向移動システムを用いて常に略垂直にレーザー15を照射できることが本発明の特徴である。ただし、必要に応じてレーザーヘッド11を傾斜してレーザー15を傾斜(下面または対象物表面に対して)させることもできるし、レーザーヘッド11内のレンズ系・ミラー(反射鏡)を用いてレーザー15を走査(振る)することもできる。(走査して傾斜したレーザーを破線で示す。)レーザーヘッド11の高さ(対象物21(その上に付着した被膜22)の表面からの距離)も(Z方向)移動用のレール軌道18やレーザーヘッド11内に備わるレンズ系により調節できる(焦点距離も調整できる)ので、対象物21(その上に付着した被膜22)の表面における照射条件を最適化して、容易に対象物21の表面に付着した被膜22を剥離・アブレーションして除去できる。

0028

連続発振(CW)レーザーを用いれば、レーザーヘッド11を対象物21表面に対して平行(X—Y方向)に移動しながら、連続的に対象物21表面上の被膜22を剥離・アブレーション・除去できる。パルスレーザーの場合は、レーザーヘッド11をステッピング移動して対象物21表面上の被膜22を剥離・アブレーション・除去できる。また、パルスレーザーの場合は、レーザーヘッド11を傾斜させてレーザー照射する方法、レーザーを走査する方法、およびこれらの組み合わせを用いる方法によって、(垂直照射時のレーザースポットサイズよりかなり広い面積にレーザー照射できるので)ステッピング移動の距離を大きくできるので、レーザーヘッド搬送ケース10がカバーする対象物21表面の面積内の被膜等をより短時間で除去することができる。さらに、レーザーヘッド11を回転(たとえば、レーザーの進行方向に対して)できるようにすれば、レーザー自体も回転することによりレーザーのスポット内の位置によるバラツキもなくすことができるので、被膜等を安定して除去できる。対象物21や被膜22の表面が突状に膨らんでいたり、対象物21や被膜22の表面に突状の汚れ等の異物が付着したりしていると、その部分への照射条件が変化して被膜や異物の剥離除去が困難になる場合があるので、監視カメラ等で異物等を画像認識(大きさ・形状等を把握)して、焦点距離・照射面積・レーザーパワー等の照射条件を最適化して異物等を剥離除去することもできる。これらの操作はすべて自動化することもできる。

0029

レーザー15の照射により剥離・アブレーション・除去された被膜22の破片ガスはレーザーヘッド搬送ケース10の空間内に漂流することになり、レーザーヘッド搬送ケース10の空間内の環境を悪化し変化させる。レーザー15の散乱が大きくなりレーザーの照射条件も変化する。またレーザーヘッド搬送ケース10の各所に配置した監視カメラ20の視界も変化して、画像認識や距離計測等にも影響を与える。そこで、本発明のレーザー剥離システム9では、レーザーヘッド搬送ケース10内に排気ラインを設けてレーザーヘッド搬送ケース10内の汚染物(被膜22の破片やガス等)を吸い込んでレーザーヘッド搬送ケース10の外部へ排出する。たとえば、真空吸着用の仕切り壁板73の内側に排気用の仕切り壁板77を設けて、真空吸着用仕切り壁板73と排気用仕切り壁板77との間に排気空間室75を作る。排気空間室75の上面10uに排気穴76を設けて、排気穴76に接続した排気用チューブに接続した排気ポンプにより排気空間室75の気体を排気する。排気用仕切り壁板77には複数の排気口78が開いていて、これらの排気口78を通してレーザーヘッド搬送ケース10の空間内の気体と一緒にレーザーヘッド搬送ケース10内の汚染物(被膜22の破片やガス等)24を排気空間室75へ吸い込んで、さらにこれらの汚染物(被膜22の破片やガス等)24を排気穴76を通して外部へ排出する。尚このままではレーザーヘッド搬送ケース10の空間内の気圧が低下するので、上面10uに空気導入孔80を適宜設けておくと、排気された分の空気が入って来るから、レーザーヘッド搬送ケース10の空間内の気圧を一定に維持できる。また、図2ではレーザーヘッド11に監視カメラ20を配置しているので、よりレーザー15に近い部分の状態を把握できる。

0030

本発明のレーザー剥離システムには、図8に示すように流体クリーニング機構を備えることもできる。すなわち、図8は流体クリーニング機構を備えたレーザー剥離システムを示す図である。たとえば、X方向移動用レール軌道16にZ方向移動用軌道27を取り付け、Z方向移動用軌道27に流体クリーニング本体24を取り付ける。流体クリーニング本体24からクリーニングノズル25が下方に向けて回転自在に組み付けられている。流体クリーニング本体24には流体供給チューブホース)26が接続し、レーザーヘッド搬送ケース10の外側から流体ポンプ等を使用して流体供給チューブ(ホース)26を通して流体クリーニング本体24へ流体を供給できる。流体クリーニング本体24はZ方向移動用軌道27によりZ(高さ)方向へ移動でき、X方向移動用レール軌道16によりX方向へ移動でき、Y方向移動用レール軌道17によりY方向へ移動できる。(尚、Y方向についても、図1に示した以外に、この部分にY方向移動軌道を取り付けて移動できる。)これらの移動は、流体クリーニング本体24やそれぞれの取り付け部に備わる電動モーターにより自在に行なうことができる。あるいは、電動シリンダーエアーシリンダーを用いたシリンダー送り機構を用いても良い。

0031

レーザー照射により被膜22が剥離除去された部分23には、残留物(たとえば、被膜カス)が残ったり、アブレーションによる飛散物や反応物が付着したりしている。これらを完全に取り除き剥離除去された部分23をクリーニングするのが、流体クリーニング機構である。流体クリーニング本体24を移動機構を用いてクリーニングが最適になるような場所へ移動させて、クリーニングノズル25を適切に回転させて(傾斜もできる)剥離除去された部分23に向けて、流体をクリーニングに適切な圧力(場合によっては、高圧)と適量で噴出させる(流体の噴出方向は破線矢印28)。流体の圧力は外側に設置した流体ポンプ等や流体クリーニング本体24で制御する。流体は気体(たとえば、空気、O2、N2、CO2)または液体(たとえば、水)であるが、液体を使用した場合は、その次に乾燥用気体噴射も行なうことが望ましい。あるいは、液体用気体用と複数台を設置しても良い。剥離除去された部分23の剥離状態や流体の噴出状況は監視カメラ20を用いて監視できる。また、剥離除去前後の被膜22の状態は監視カメラを用いた画像認識で正確に把握できる。画像認識で剥離除去されたことを検出してレーザー照射を停止することもできる。また剥離除去残りが出た場合も画像認識によりその場所(位置)を検出して、その残渣物に再度レーザー照射することもできる。尚、レーザーヘッドのY方向、Z方向移動機構も流体クリーニング本体24と同じ機構を用いることもできる。さらに、一連の動作・作業は、AI人工知能)制御もできるし、外部制御も可能である。(尚、本明細書に記載されているものに関しても同様である。)あるいは、レーザーヘッドの内側または外側または搬送ケース内に距離測定センサーを取り付けて、レーザーヘッドと対象物表面または対象物表面上の被膜表面との距離を測定できるようにする。これにより、レーザーの焦点と対象物表面または対象物表面上の被膜表面との距離も正確に知ることができるので、たとえば、対象物表面または対象物表面上の被膜表面上のレーザー照射面積を計算でき、レーザーの最適条件を決定することができる。また、対象物表面上の被膜が剥離除去されて対象物表面が露出したときを検出できるので、レーザーを照射する領域におけるレーザー照射を停止する時間(エンドポイント)を指定でき、あるいは、レーザーを照射する領域を別の領域に移動して(たとえば、レーザーを走査するとき)、過度なレーザー照射を防止し、レーザーによる対象物へのダメッジも防止できる。距離測定センサーとして、たとえば赤外線や超音波を用いたセンサーが挙げられる。あるいは、レーザーやレーザー以外の光を用いてレンズ・ミラー鏡筒の調節(たとえば、レンズ間距離を変化させる)により、またはZ方向移動機構を用いて、レーザーヘッドと対象物(表面および表面上の被膜)との距離を検出できる(たとえば、対象物(表面および表面上の被膜)に焦点(ピント)を合わせる)ので、上記(距離測定センサーを用いた場合)と同様の操作が可能である。これらの操作は自動で行なうことができる(自動焦点(合わせ)(コンピュータ制御)機能)ので、極めて短時間(1秒以下)で操作可能である。

0032

図3は、本発明のレーザーヘッドの構造の1実施形態を示す図である。レーザー発信器31で発生したレーザーは光ファイバー32を通って、レーザーヘッド30に導入される。光ファイバー32とレーザーヘッド30はフェルール29で連結されている。フェルール29からレーザーヘッド30へ入力されたレーザーはレーザー入力空間33を通って第1レンズ34および第2レンズ36を通って増幅・集光してレーザー出力空間37、さらにレーザー出射空間38に入り、レーザー出射口39および第2気体出口45から出射される。第1レンズ34および第2レンズ36間距離を調節することによって、レーザーの焦点距離を変えることができる。たとえば、第1レンズ34および第2レンズ36の間のレンズ間空間35を2つの部分に分けてその部分を伸縮できるようにすれば良い。あるいは、第2レンズ36に加えてコリメートレンズを用いてレーザーを平行ビームとすることもできる。あるいは、第2レンズ36を通ったレーザーにミラー(反射鏡)を用いてレーザーを走査する(振らす)こともできる。この場合、レーザー出口部(出射口等)を大きくしておけば、レーザーヘッド30がカバーする領域(たとえば、最外側外壁58で規制される)における対象物表面全体へレーザーを照射して、その領域の被膜等を除去できる。このときは、レーザーが傾斜(鉛直方向、すなわち対象物表面に垂直な方向に対して傾斜)するので、鉛直方向の照射に比べて照射密度が小さくなるから、照射条件を変化させる必要があるが、レーザーの傾斜角は分かるのでコンピュータ制御により容易に最適照射条件に制御できる。第1レンズ34および第2レンズ36の間の距離を調整すれば焦点距離を調整できる(焦点可変機構)ので、レーザーのレーザー焦点を調節して対象物表面のレーザー照射面積を一定にすることもできる。またレーザーヘッドのZ方向移動を調節しても(Z方向移動機構)焦点位置を調整できるので、レーザーのレーザー焦点を調節して対象物表面のレーザー照射面積を一定にすることもできる。尚、上記のレンズ系配置は一例であり、本発明のレンズ系(反射鏡を含む)は種々の方法を用いてレーザーヘッドからレーザーを出射することができる。

0033

レンズ系を組み込んだ入力空間33、レンズ間空間35および出力空間37を含む領域(レンズ・ミラー鏡筒)の周囲にその一部または全部を囲む(第1)気体導入ライン41を設けて、レーザー入力部側から気体56(たとえば、空気、窒素酸素希ガス(He、Ne、Ar等))を(第1)気体導入ライン41に入れて、出力空間37へ(第1)気体56を導入して出力空間37を陽圧にする。従って、出力空間37に入った気体は出力空間37のレーザー出口部につながるレーザー出射空間38に入り、出射口39からレーザーとともに外側へ出ていく。(気体の流れを矢印50で示す。)さらに、気体導入ライン41の周囲にその一部または全部を囲む(第2)気体導入ライン42を設けて、レーザー入力部側から(第2)気体49(たとえば、空気、窒素、酸素、希ガス(He、Ne、Ar等))を(第2)気体導入ライン42に入れて、レーザー出射口39の外側空間48へ導入する。外側空間48に入った(第2)気体は第2気体出口45からレーザーヘッドの外側へ出ていくが、外側空間48を囲むガイド板46により、外側空間48から外側へ出る(第2)気体の流れ方向が決まる。すなわち、ガイド板46はレーザー出射口39側へ傾斜しているとともにその傾斜角度を自由に変えてレーザーヘッドの外側へ出ていく第2気体の流れ方向57を制御できる。ガイド板46は気体噴出ノズルを構成してガイド板46の傾斜角を変えてノズル口(気体出口)45のサイズを変えることができる。また、ガイド板46でノズル口(気体出口)45を閉じることもでき(いわゆるシャッターの役目を果たす)、レーザー照射を行なわないときや気体を流さないときなどに、飛散物のレーザーヘッド30内部への侵入を防止してレーザーヘッド30内部を保護することもできる。

0034

出射口39から出たレーザー61は対象物51の表面および対象物51の表面に付着した被膜52に照射されて、その照射部62の被膜52を剥離・アブレーションさせる。そのときに被膜52の破片や気体等54が飛散する。(飛散物の飛散方向を破線矢印55で示す。)これらの飛散物54はレーザーヘッド30の周囲にも達するが、レーザー出力空間37やレーザー出射空間38は(第1)気体で陽圧になっていて、かつ絶えず出射口39から(第1)気体が外側へ出ているので、飛散物54はレーザー出力空間37やレーザー出射空間38内へ入ることはない。さらに(第2)気体も外側空間(第2気体出口部)48を陽圧にして、かつ絶えず(第2)気体出口45から(第2)気体が外側へ出ているので、飛散物54は外側空間48へ入ることもなく、かつ当然にレーザー出力空間37やレーザー出射空間38内へ入ることもない。すなわち、レンズ・ミラー鏡筒の周囲に第1ガスおよび第2ガス導入ラインを設けることによって、レーザー照射によって発生する飛散物によってレーザーヘッド30内が汚染されることはなく、(特に重要なレンズ系の汚染もない)常に安定してかつ長寿命でレーザーヘッド30を維持することができる。ガイド板46により気体出口45の開口面積を変化させて気体圧力を制御することもできるので、飛散物等56の発生量に応じてガイド板46の傾斜度を変化できる。

0035

また、ガイド板46を制御して第2気体の流れ方向57をレーザー照射部へ当てて照射部に残存する被膜やその破片等を吹き飛ばして対象物表面をきれいに露出させることもできる。すなわち剥離部53をクリーニングすることもできる。第2気体をレーザー照射部へ当てて飛散物等を吹き飛ばすときに飛散物が飛び散るが、第1気体も出射口39から出ているので、飛散物等が出射口39からレーザーヘッド内部へ侵入することはない。出射口39に開閉シャッターを取り付けておき、第2気体をレーザー照射部へ当てるときは開閉シャッターを開いて出射口39を塞げば、飛散物等が出射口39からレーザーヘッド内部へ侵入すること完璧に防止できる。尚、第1気体導入機構(第1気体導入ライン41を通して、第1気体を最外側のレンズ・反射鏡の外側に存在するレーザー出力空間37に導入して、レーザー出射口39からレーザーとともに第1気体を出射し、レーザーヘッド内部へ飛散物が侵入しないようにする機構)および第2気体導入機構(第2気体導入ライン42を通して、第2気体をレーザー出射口外側空間に導入し、レーザー出射口からレーザーヘッド内部へ飛散物が侵入しないようにする機構)の両方を取り付けることにより、レーザーヘッド内部へ飛散物が侵入することは完璧になるが、第1気体導入機構か第2気体導入機構のどちらかを備えることによってもほぼ完璧にレーザーヘッド内部へ飛散物が侵入しないようにすることができる。

0036

飛散物がレーザー出射口39と照射される対象物51の間に存在すると、レーザーが飛散物により散乱されるので、所定のレーザー照射条件を達成できず対象物表面に付着した被膜や異物等の除去が不十分になる。また監視カメラや各種センサーの検知にも悪影響を及ぼす。たとえば、赤外線を利用する温度センサーを用いる場合(対象物表面温度、レーザーヘッドの外側温度、レーザーヘッド搬送ケース内温度、レーザーヘッド搬送ケース壁面温度等を計測)、飛散物が赤外線の進行を妨げるので、正確な温度測定が困難となる。そこで、レーザーヘッド30は、レーザー照射により発生した飛散物54を排気する機構(飛散物排出機構)を備えている。すなわち、本発明のレーザーヘッド30は、第2気体導入ライン42の外側周囲の一部または全部に排気(排出)ライン43を設ける。すなわち、第2気体導入ライン42の外壁の外側に排気(排出)ライン外壁58を設ける。第2気体導入ライン42の外壁と排気(排出)ライン外壁58との間の空間が排気(排出)ライン43となる。排気(排出)ライン外壁58はレーザーヘッド30の側面の一部または全体を被っており、特に第2気体導入ライン42のガイド板46および第2気体出口45(第2気体を使用しない場合は、レーザー出射口39)を被う様に配置される。

0037

排気(排出)ライン43は、レーザーヘッド30の上部まで配置されて、その排気(排出)口63は排気(排出)チューブに接続し、さらにレーザーヘッド搬送ケース外側に設置される排気(排出)ポンプに接続する。排気(排出)ライン吸い込み口40はその外側(下方)よりも負圧になっているので、排気(排出)ライン吸い込み口40の外側(下方)に存在する飛散物等54は、排気(排出)ライン吸い込み口40から排気(排出)ライン43に吸い込まれ(破線矢印60で示す)、排気(排出)ライン43を通って排気(排出)チューブを通り排気(排出)ポンプから排気(排出)される。排気(排出)ライン外壁58には複数の排気(排出)孔47が形成されて、レーザーヘッド搬送ケース10内(レーザーヘッド30の外側)の飛散物や気体(空気等)を吸い込んで排気(排出)することもできる。第1気体や第2気体がレーザーヘッド30外へ出ているので、レーザーヘッド30の外側やレーザーヘッド搬送ケース10内が極度の負圧になることはない、このように、本発明のレーザーヘッド30は排気(排出)システムを有しているので、レーザーヘッド30の外側やレーザーヘッド搬送ケース10内の環境をクリーニングでき、レーザーの照射条件を安定して維持することができる。

0038

図4は、図3と類似する図であり、レーザーヘッド30の排気(排出)ライン外壁58の下端(面)が対象物51(上に付着した被膜52)の表面に接触した場合を示す図である。図3では、レーザーヘッド30の排気(排出)ライン外壁58の下端(面)が対象物51(上に付着した被膜52)の表面に接触せず、隙間があいているため、飛散物等54はレーザーヘッド30(の排気(排出)ライン外壁58)の外側のレーザーヘッド搬送ケース10の内側空間に出て来て、レーザーヘッド搬送ケース10の内側空間を飛散物等54で汚染してしまうが、図4に示すように、レーザーヘッド30の排気(排出)ライン外壁58の下端(面)が対象物51(上に付着した被膜52)の表面に接触して、隙間があいていないため、飛散物等54はレーザーヘッド30(の排気(排出)ライン外壁58)の外側のレーザーヘッド搬送ケース10の内側空間に出て来ない。

0039

勢い良く飛び散った飛散物等54や漂流した飛散物等54は排気(排出)ライン外壁58にあたって跳ね返って、レーザーヘッド30の排気(排出)ライン外壁58の内側だけに飛散物等54が存在する。それらのレーザーヘッド30の排気(排出)ライン外壁58の内側に存在する飛散物等54は排気(排出)ライン43に吸い込まれて排気(排出)ライン43および排気(排出)チューブを通り排気(排出)ポンプからレーザーヘッド搬送ケース10の外側へ排気(排出)される。レーザーヘッド30(の排気(排出)ライン外壁58)の外側のレーザーヘッド搬送ケース10の内側空間は飛散物もなく汚染もされていないので、レーザーヘッド30の排気(排出)ライン外壁58には図2に示すような排気(排出)孔47は空けられていない。従って、図2に示す場合よりも少ない排気(排出)パワーおよび排気(排出)量で済む。また、第1気体および/または第2気体が排気空間59(第2気体出口45から対象物表面までの領域空間)へ出ていくので、排気(排出)空間59が極度の負圧状態になることはない。

0040

図5は、本発明のレーザー剥離システム9をドローン(無人飛行機無人ヘリコプター等)や風船飛行船も含む:水素ヘリウムを入れて浮遊させたもの)等の飛行体(本発明では総称してドローンと記載)を使用した適用例を示す図である。人間や機械が入れないか入るのが困難な橋や建物等の建造物や構造物の被膜を剥離・除去したいという要求がある。そのような建造物等の被膜の剥離・除去に本発明のレーザー剥離システム9を適用する例を示す。図5(a)は、図2に示すタイプのレーザー剥離システム9を水平な表面を有する対象物へ適用する場合を示す図である。(符号については図2も参照)レーザー剥離システム9の上面10uに電磁石板82を付着させておき、ドローン81の下部にもその電磁石板82(の面積)に合わせた鉄板やフェライト等の磁性体の板83を付着させておく。ドローン81をレーザー剥離システム9の上面に飛ばして、ドローン81の下部に取り付けた磁性体板83をレーザー剥離システム9の上面に付着した電磁石板82に合わせて配置する。電磁石板82に通電するとドローン81の下部に取り付けた磁性体板83とレーザー剥離システム9の上面に付着した電磁石板82は付着する。

0041

その後で、ドローン81を上空へ上げるとレーザー剥離システム9も一緒に上がる。その状態で対象物まで飛ばして対象物表面にレーザー剥離システム9の下面を配置する。必要な場合には、真空吸着室71の空間を真空引きしてレーザー剥離システム9を対象物84表面(の被膜85)の上に真空吸着すれば、被膜剥離作業中などにレーザー剥離システム9が動かないようにすることができる。尚、図5では真空引き孔72(真空引きチューブ、真空ポンプ)、排気穴76(排気ライン、排気ポンプ)、光ファイバー12、13(レーザー発振器)、電力ライン(レーザーヘッド用電力ライン、レーザーヘッド搬送用電力ライン、各種センサー(カメラを含む)用電力ライン等)を示していないが、これらはドローン81による運搬に支障がない場所に配置する。ただし、これらの機能を無線で行なう場合はその機能に関するラインは不要となる。対象物表面にレーザー剥離システム9の下面を配置した後に、レーザーヘッドからレーザーを出射し、レーザーヘッドを移動して、対象物表面の被膜を剥離除去する。

0042

尚、ドローンで運搬するので、レーザー剥離システム9を構成する材料は機能や強度に影響ない程度で可能な限り軽量(小型化も含めて)にすることが望ましい。対象物表面の所定場所の被膜剥離除去が終了したら、真空吸着を解除してドローンを使って別の場所(次に被膜剥離除去したい所)に移動する。ドローンの電力不足する場合は、ドローンだけを戻して給電することもできるし、ドローン自体に有線の電力ラインをつなげておき、必要時に電力供給すれば良い。有線の電力供給の場合は、ドローンは蓄電池を持つ必要がないので、その分ドローンが軽くなるので、より重い(大きな)サイズのレーザー剥離システム9を運搬できる。さらに大電力を使用できるのでドローンの運搬応力も高めることができる。尚、上記の電磁石板をドローン側に設けることもできる。この場合は、レーザー剥離システム9側は磁性体板でも良いが、レーザー剥離システム9側にも電磁石板を使用すれば、さらに大きな付着力を出すことができる。尚、ドローン81とレーザーヘッド搬送ケース上面との距離が小さい場合は、吊り下げ部材を用いてドローン81とレーザーヘッド搬送ケース上面との距離を大きくすれば良い。軽い吊り下げ部材を用いるとともにドローン81の浮遊力を大きくすれば特に問題はない。

0043

図5(b)は、対象物が垂直に立っている場合(たとえば、ビルの外壁面や鉄塔)におけるレーザー剥離システム9の適用例である。搬送ケース10も側面10sに電磁石83を取り付けて、ドローン上部へ磁性体板を取り付けてレーザー剥離システム9を持ち上げて運搬すれば良い。ドローン81とレーザーヘッド搬送ケース側面との距離が小さい場合は、厚みのある軽い部材をレーザーヘッド搬送ケース側面と電磁石83との間に介在させれば良い。所定の対象物の位置に配置したら、対象物表面にレーザー剥離システム9を真空吸着すれば良い。真空吸着だけで固定が不十分であれば、ドローン81でもレーザー剥離システム9を支えれば良い。このときは、ドローン81に有線で電力を供給して長時間駆動できるようにすると良い。所定の被膜剥離除去後に真空吸着を解除して、ドローン81を用いて次の場所に運んだり位置をずらしたりする。

0044

図5(c)は、水平建造板の裏面(下面)の被膜等を除去する場合における本発明のドローンによるレーザー剥離システム9の適用例を示す図である。水平建造板とは、たとえば(高速)道路、線路、橋などの高架やトンネルの天井である。それらの高架下の被膜が劣化して、被膜を剥離除去して新しい被膜(塗膜)を付着する必要がある。また、被膜がない場合でも高架下の汚れや錆等の異物が落下する場合もそれらの異物を剥離除去する必要があり、本発明のレーザー剥離システム9を適用できる。そこで、ドローン81の上部に磁性体板82を取り付ける。レーザー剥離システム9の上面に電磁石板83を取り付けて、レーザー剥離システム9を逆さにして、ドローン81の上部の磁性体板82の上に配置して、電磁石板83に通電して電磁石板83と磁性体板82を付着した後に、ドローン81を駆動させて飛ばし、レーザー剥離システム9を持ち上げて、水平建造板の裏面(下面)の所定場所に運搬する。水平建造板の裏面(下面)にレーザーヘッド搬送ケース下面(実際は開口されている)の開口部を囲む側面10sの端面を接触させた後、真空吸着させて、水平建造板の裏面(下面)に固定する。真空吸着が不十分な場合は、ドローン81で支える。レーザー剥離システム9を固定後、レーザーヘッドを移動させながら対象物84表面上の被膜85をレーザー照射して剥離除去する。所定面積を被膜剥離除去した後に、ドローン81を駆動させた状態で真空吸着を解除して、水平建造板の裏面(下面)の側面端面を対象物84の表面から離して、次の場所にレーザー剥離システム9を運ぶ

0045

対象物が金属等の磁性体材料で構成されている場合(たとえば鉄橋)、対象物は磁石に付着するので、真空吸着の代わりに、または真空吸着に加えて、レーザーヘッド搬送ケース10の側面10sの端面部(図2における79)に、永久磁石または電磁石を取り付けておけば、対称物表面への吸着力を増大できる。このようにドローンを用いれば、人間や機械が入れないか入るのが困難な橋や建物等の建造物の被膜等を剥離・除去できる。たとえば、高層ビルなどでも本発明のレーザー剥離システムを利用でき、クレーン車を使用したり、足場を組んだり、吊り下げゴンドラを使用するなどする必要がなくなり、安全で安価で効率の良い被膜剥離除去作業を実現できる。

0046

図6は、本発明のレーザーヘッドの別の実施形態を示す図である。本実施形態はレーザーヘッド60の出射部分に駆動可能なガイド板を設けて流体の吹き出し方向を変化させるものである。レンズ系を組み込んだ入力空間33、レンズ間空間35および出力空間37を含む領域(レンズ・ミラー鏡筒)の周囲の一部または全部を囲む(第1)流体導入ライン89、さらにその周囲の一部または全部を囲む(第2)流体導入ライン88を設けて、レーザー入力部側から流体97、98(気体(たとえば、空気、窒素、酸素)または液体)を(第1または第2)流体導入ライン88、89に入れて、レーザーの出射口や対象物51表面へ(第1または第2)流体を流す。本実施形態のレンズ・ミラー鏡筒のレーザー出射口にはレーザーを透過する透過窓91が配置される。透過窓91はプラスチックまたはガラス・石英等のセラミックスである。透過窓91があるために、内部のレンズ系(たとえば、34、36、その他各種レンズ、ミラー)がレーザーヘッド90の外部環境により。汚染されないが、透過窓91の外側の面は外部環境により汚染される可能性がある。たとえば、前述したように、レーザー照射時に発生する被膜剥離除去に伴う飛散物(たとえば、破片、残留物、アブレーションにより生じたガス)による透過窓91の汚染等である。

0047

出射口に取り付けた透過窓91の外側で透過窓91を取り囲む枠体92が取り付けられている。第1流体導入ライン89の出口部において、第1流体導入ライン89の外壁87に第1流体ガイド板回転支軸94が取り付けられ、第1流体ガイド板回転支軸94に第1流体ガイド板93が取り付けられていて、第1流体ガイド板93は第1流体ガイド板回転支軸94の周りに回転できるようになっている。図6(a)では、第1流体ガイド板93は枠体92に接触しており、第1流体97は外側に流れない。いわば、第1流体ガイド板93は第1流体の開閉弁の役目を果たす。第1流体導入ライン89の外壁87の周囲は枠体92より当然広いので、第1流体ガイド板93は内側に回転するときはのようにしぼむ弁と考えれば良い。第2流体導入ライン88の出口部において、第2流体導入ライン88の外壁86に第2流体ガイド板回転支軸96が取り付けられ、第2流体ガイド板回転支軸96に第2流体ガイド板95が取り付けられていて、第2流体ガイド板95は第2流体ガイド板回転支軸96の周りに回転できるようになっている。図6(a)では、第2流体ガイド板95は内側に回転しており、第1流体ガイド板93と第2流体ガイド板95との間に隙間があいており、第2流体は透過窓91に流れ込む。(第2流体流れを破線98で示す。)このように、第2流体ガイド板95は(第1流体ガイド板93と共同した)第2流体の開閉弁の役目を果たす。

0048

透過窓91の外側の表面はレーザーヘッド90の外側環境により汚染されるので、図6(a)に示すように、適宜第2流体を透過窓91の外側の表面に吹きつけてクリーニングする。第2流体ガイド板95の回転角を調整して第2流体ガイド板95と第1流体ガイド板93との間の隙間を調整して第2流体流れ98の量と速度を制御して透過窓91にあてる。透過窓91の汚れが激しいときは、隙間を狭めて第2流体流れ98の速度を大きくして透過窓91の汚れを落とす。第2流体が気体(空気、N2、O2、CO2、各種不活性ガス)の場合は、汚れを吹き飛ばし、第2流体が水等の液体の場合は汚れを吹き飛ばすか洗い流す。最初に液体を流し、次に気体を流して乾燥を兼ねて汚れを吹き飛ばすこともできる。すなわち、第2流体98は気体と液体を切り替えて使用することもできる。液体の場合は汚れを落とす能力が大きいが、乾燥が必要となるので、2つの流体を使い分けることが望ましい。尚、第1流体ガイド板回転支軸94に小型回転アクチュエータや小型回転モーター等を取り付けて第1流体ガイド93を回転できる。同様に、第2流体ガイド板回転支軸96に小型回転アクチュエータや小型回転モーター等を取り付けて第2流体ガイド95を回転できる。

0049

図6(b)は、第1流体ガイド板93と第2流体ガイド95の回転を調整して第1流体を透過窓91へ吹き付けて、透過窓91の汚れを取る場合を示す。第1流体ガイド板93を第1流体ガイド板回転支軸94の周りに回転させて、第1流体ガイド板93と枠体92の間に隙間をあけて第1流体を透過窓91へ吹き付けることができるようにする。第1流体ガイド板93の回転を調節すれば、第1流体の速度・量を調整できる。一方、第2流体ガイド95を第2流体ガイド板回転支軸96の周りに回転させて第1流体ガイド板93と第2流体ガイド95を接触させて第2流体98の流れを止めることができる。第2流体(液体)で透過窓91の汚れを取り(図6(a))、第1流体(気体:たとえば、空気、O2、N2、CO2、各種不活性ガス)で乾燥および汚れを吹き飛ばす。(図6(b))あるいは、図6(b)の状態で、第1流体(液体:たとえば、水)で透過窓91の表面を洗い、次に気体に切り換えて、第1気体で乾燥および汚れを吹き飛ばすこともできる。

0050

図6(c)は、第1流体および/または第2流体を用いてレーザー照射して対象物表面上の被膜を剥離除去後の対象物表面をクリーニングする方法を示す。レーザーヘッド90からレーザーを照射して対象物51表面上の被膜52を剥離除去する。レンズ・ミラー鏡筒内にミラー等をそなえレーザーを走査(スキャン)してレーザー照射した場合は、比較的広い面積の被膜を剥離除去できるが、垂直入射に比べて照射面積が広くなり照射部のレーザーエネルギー密度が小さくなるので、剥離除去部53に被膜の残留物が残りやすい。また、飛散物が剥離除去部53に付着する場合もある。そこで、第2流体ガイド板95および/または第1流体ガイド板93を回転させて、剥離除去部53へ第2流体および/または第1流体を吹き付けてクリーニングする。すなわち、第2流体ガイド板95を第2流体ガイド板回転支軸96の周りに回転させて、第2流体ガイド板95の方向を剥離除去部53の端よりも外側に向ける。

0051

また、第1流体ガイド板93を第1流体ガイド板回転支軸94の周りに回転させて、第1流体ガイド板93の方向を剥離除去部53の中心付近に向ける。このようにすると、第2流体は、第1流体ガイド板93および第2流体ガイド板95の間の隙間を流れて、剥離除去部53へ吹き付けられる。第2流体は、360度周辺から吹きつける(破線矢印98)ので、剥離除去部53全体へ当たり、その洗浄力および吹きつけ力で剥離除去部53に付着(または残留)している異物等を除去して、クリーニングできる。第2流体として最初に液体を吹き付ければ、除去力が大きく、次に気体に切り換えて乾燥できる。第1流体も第1流体ガイド93でガイドされて剥離除去部53に向けて吹き付けて第2流体を補完する。第2流体がない場合は、第1流体がメインの剥離除去部53のクリーニング流体となる。すなわち、第1流体ガイド板93の方向を剥離除去部53の周辺に向けておけば、第1流体を剥離除去部53全体へ吹き付けることができる。第1流体として最初に液体を吹き付けて剥離除去部53を剥離除去クリーニングして、次に気体に切り換えて乾燥クリーニングすることもできる。尚、クリーニング中に透過窓91が汚染しないようにシャッター99で透過窓91をカバーすることもできる。枠体92にシャッター99を収納しておき、小型アクチュエータ等を枠体92に取り付けて自動でシャッター99を出入開閉)することができる。尚、このようなシャッターによる汚れ防止機能は、透過窓がない場合にも使用できる。

0052

以上のように、レンズ・ミラー鏡筒の周囲に流体ラインを取り付け、レンズ・ミラー鏡筒のレーザー出射部に流体流れを制御する流体流れガイドを取り付けたレーザーヘッドを用いて、流体流れガイドをアクチュエータ等で流れ方向を変えて、レンズ・ミラー鏡筒の出射口に配置されたレーザー透過窓に吹きつけたり、レーザー照射後の対象物表面の剥離除去箇所を洗浄クリーニングしたりすることができる。本機能は、レーザー照射中にもレーザー周りに気体を吹き付けたり周辺へ気体を吹き付けたりして、対象物の被膜剥離除去中に発生する飛散物等から透過窓の汚染も防止することができる。

0053

第2流体ガイド板95をレーザーのシールドとして活用することもできる。第2流体ガイド板95を対象物表面に近づけておけば、レーザーが対象物表面や対象物表面上の被膜に照射されたときの反射光がレーザーヘッド90の外側に漏れないようにすることもできるし、レーザーを走査(スキャン)させた場合でもレーザーが直接レーザーヘッド90の外側に出ていかないようにすることもできる。特にレーザーヘッド90を対象物表面に近づけて、第2流体ガイド板95を外側方向へ回転させたときに第2流体ガイド板95(の下端)が対象物表面(またはその上の被膜表面)に接触したときを接触センサーやカメラ等で検知したことを確認した後にレーザーが出射および/または照射されるようにすれば、出射後のレーザーは第2流体ガイド板95と対象物表面との閉空間に存在するので、レーザーやその反射光がレーザーヘッド90の外側に出ていくことも、漏れ出ることもなく、極めて安全である。あるいは、第2流体ガイド板95(の下端)が対象物表面(またはその上の被膜表面)に接触しない場合は、レーザーを出射しないようにする。

0054

またシャッター99もレーザーがレーザーヘッド90の外側に出ていくことを防止できる。シャッター99で透過窓91をカバーした(シャッター99が開く)とき(すなわち、シャッターがレンズ・ミラー鏡筒部のレーザー出射口を塞いでいるとき)に、レーザーが出力(または出射)しないようにすれば、安全性はさらに向上する。たとえば、レーザー発振器でレーザー発振用電力を切りレーザーが出ないようにする。シャッター99がレーザーヘッド90の透過窓91をカバーしても、誤作動等でレーザーが出力しても問題(たとえば、レンズ・ミラー鏡筒内の損傷)を生じないように、シャッター99の透過窓91側の面にレーザーの吸収率の高い物質(たとえば、カーボン)をコーティングするか、シャッター99そのものをレーザーの吸収率の高い物質にすれば良い。前述した第2流体ガイド板95が対象物表面(またはその上の被膜表面)に接触しないとシャッター99が閉じないようにすれば、レーザーがレンズ・ミラー鏡筒の外側へ出ないようにできるので、さらに安全性が高まる。尚、透過窓がない場合にもシャッター99を使用でき、上述した機能を発揮できる。

0055

以上のように、レンズ・ミラー鏡筒の周囲に流体ラインを取り付け、レンズ・ミラー鏡筒のレーザー出射部に流体流れを制御する流体流れガイドを取り付けたレーザーヘッドを用いて、流体流れガイドをアクチュエータ等で流れ方向を変えて、レンズ・ミラー鏡筒の出射口に配置されたレーザー透過窓に吹きつけたり、レーザー照射後の対象物表面の剥離除去箇所を洗浄クリーニングしたりすることができる。本機能は、レーザー照射中にもレーザー周りに気体を吹き付けたり周辺へ気体を吹き付けたりして、対象物の被膜剥離除去中に発生する飛散物等から透過窓の汚染も防止することができる。上述したレーザーヘッドは、レーザーヘッド搬送ケース内に配置せずに、単独でも用いることができる。その場合、小型にすれば人間が持ち運ぶことができ(ハンディタイプのレーザーヘッド)、対象物に角部などの奥まった部分が存在しても、その角部等の被膜等の剥離除去もできる。

0056

図7は、レーザーヘッド11が回転した場合の状態を示す図である。通常レーザーヘッド11は、図2に示すように出射口11mから出るレーザー15はレーザーヘッド搬送ケースの開口面(下面)に対して垂直方向に進行するようにX方向移動用レール軌道16に配置される。しかし、この状態だけでは照射する領域が限定されてしまい、剥離除去に時間がかかる。レーザーヘッドはX方向へ移動する場合は、余り問題にならない(X方向の移動速度に依存するので)が、Y方向の場合は照射する領域が狭いとY方向のステップ間隔ピッチ)が短くなり、剥離除去に時間がかかってしまう。そこで、レーザーヘッド11を傾斜(傾斜角θ)できるようにし、(最大傾斜角θ0)、しかも鉛直軸Vの周りに回転できるようにする。(回転矢印で示す。)傾斜や回転も電動モーターで自動化も可能である。回転は何回でも回転させることもできるし、途中で反転することもできる。回転によりY方向(紙面と垂直方向)および360度の方向に傾斜させることができる。回転させながらレーザー照射し、回転しながら徐々に傾斜角度θを0〜θ0まで増やしていけば、より広い面積に照射できる。さらにレーザー15を走査させる(破線矢印で示す)ことによって、さらに広い面積に照射できる。この結果X方向への移動速度も速くでき、Y方向へのステップ間隔も大きくできるので、対象物表面の被膜剥離時間を大幅に短縮できる。レーザーヘッド11を傾斜したりレーザーを走査したりすればレーザーも傾斜するので、垂直入射よりも照射面積が大きくなり、同じレーザーパワーではレーザーエネルギー密度が小さくなる。しかし、傾斜角は事前に分かるのでコンピュータ制御により、レーザーパワーを調節して常に一定のレーザーのエネルギー密度にできるので、剥離除去速度は一定に保持(または最適剥離除去条件を保持)することもできる。尚、レーザーヘッド11に取り付けた監視カメラ等の各種センサーも回転や傾斜もできるようにすれば、レーザーヘッド11が回転してレーザーの照射位置が変わってもレーザーの照射位置を常にモニターできる。

0057

本発明のレーザー被膜剥離システムは対象物表面が平坦でないものについても適用できる。たとえば、側面を開口面の形状に対して柔軟に変化する構造(たとえば、側面を蛇腹状)にしてZ方向に伸縮できるようにすれば良い。図9は、レーザー被膜剥離システムのレーザーヘッド搬送ケース側面(保護シール壁と呼んでも良い)が対象物表面の形状に従い伸縮する伸縮構造を有する実施形態を示す図である。レーザーヘッド搬送ケース側面以外は図1に示すレーザー被膜剥離システムと同様であるから、説明に必要な部位のみ符号を付している。対象物表面の形状を曲線101、102、103、104で示す。レーザーヘッド搬送ケース側面10s1、10s2、10s3、10s4は、それぞれ対象物表面形状101、102、103、104に沿って対象物表面に接触する。対象物表面は高さ方向に湾曲しているので、レーザーヘッド搬送ケース側面10s1における各位置においてZ方向の側面長さが異なる。(レーザーヘッド搬送ケースの他の側面10s2、10s3、10s4も同様である。)そこで、レーザーヘッド搬送ケース側面10s1は対象物表面形状101のZ方向の湾曲度合い(高さの違い)に従って、側面10s1の長さが変化(伸縮)するようにして、X方向移動用レール軌道16およびY方向移動用レール軌道17を水平に保持してレーザーヘッド11を水平移動できる。また、レーザーヘッド搬送ケース側面は常に対象物表面と接触しているので、レーザーおよびその反射光が外部へ漏れることもなく安全性を確保できる。さらに、レーザー照射により剥離除去された異物等がレーザーヘッド搬送ケース外側へ出ていくことがないので、環境に悪影響を与えることがない。

0058

側面10s1の長さが変化(伸縮)する具体的な方法として、たとえば図9に示すように、側面をZ方向に2分割し、また幅方向に複数(ここではnj個:j=1〜4(4側面を意味する))に分割する。幅方向に複数(ここではnj個:j=1〜4(4側面を意味する))に分割されたそれぞれを10sj−i(j=1〜4(4側面を意味する)、i=1〜nj(幅方向へnj分割:j=1〜4(4側面を意味する))に分割されており、Z方向には水平面105で側面10sjが2分割され、上側の側面(10sj-i-1:j=1〜4、i=1〜nj)の長さ(Lsj-i-1)は一定(L0)とし、下側の側面(10sj-i-2:j=1〜4、i=1〜nj)の長さ(Lsj-i-2)は対象物の形状によって変化する。

0059

Z方向移動用レール軌道18も2分割して(上側18−j−1、下側18−j−2:j=1〜4)して、18−j−1の長さ(L18−j−1)をL0にし、18−j−2の長さ(L18−j−2)は対象物の形状によって変化する。X方向移動用レール軌道16およびY方向移動用レール軌道17はZ方向移動用レール上側軌道18−j−1内で移動するようにすれば、X方向移動用レール軌道16およびY方向移動用レール軌道17を水平に保持してレーザーヘッド11を水平移動できる(すなわち、上面10uに平行に移動する)。細かく分割された側面の下側部分10sj-i-2が接触する対象物表面の形状に応じてそれぞれ変動していくので、側面と対象物表面とは常に接触した状態となる。対象物の形状が大きく変動する場合は、nを大きくすれば良く、対象物の形状の変動が小さい場合はnは小さくて良い。

0060

図10は、図9に示したレーザーヘッド搬送ケース側面における伸縮自在の分割側面の実施形態を示す図である。図10(a)は挿入型伸縮方式を示す図である。分割側面10sj-i(j=1〜4:4側面を示す。i=1〜nj:njは分割個数を示す。)は板状(直方体形状)であり、(Z方向)長さL0の上側分割側面10sj-i-1と下側分割側面10sj-i-2に分かれている。上側分割側面10sj-i-1の幅をWi、厚みをTiとすれば、厚みTiは側面10sj-iの厚みTで、側面10sjの幅をWsjとすればWi=Wsj/njである。上側分割側面10sj-i-1の内部は空洞となっており、下側分割側面10sj-i-2が上側分割側面10sj-i-1の下側から挿入できるように入れ子になっている。上側分割側面10sj-i-1の内部空洞スプリング111が配置されており、下側分割側面10sj-i-2の上面に接触または付着している。下側分割側面10sj-i-2の下面が接触する対象物表面の湾曲(凹凸)に応じて下側分割側面10sj-i-2が上下して(矢印113で示す)、下側分割側面10sj-i-2の一部が上側分割側面10sj-i-1の内側に入り込んだり、内側に入り込んだ下側分割側面10sj-i-2が出たりして、対象物表面が湾曲(凹凸)していても下側分割側面10sj-i-2の下面が対象物表面に接触する。上側分割側面10sj-i-1の内部空洞に配置されたスプリング111により、上側分割側面10sj-i-1の内部空洞に入り込んだ下側分割側面10sj-i-2を押し出す。上側分割側面10sj-i-1の内部空洞に挿入された下側分割側面10sj-i-2が自重下降できる場合は、図5(a)に示すような対象物表面が下側にあるときは、スプリング111は不要な場合もあるが、図5(b)や図5(c)に示すようなときはスプリング111が必要となる。尚、上側分割側面10sj-i-1と下側分割側面10sj-i-2は分離しないように接続している。隣接した上側分割側面10sj−i−1と10sj−i+1−1は幅方向に接続している。上側分割側面はZ方向には動かないので、幅方向に固定して接続されていても良い。また隣接した下側分割側面10sj−i−2と10sj−i+1−2は幅方向に柔軟性材料で接続している。下側分割側面10sj−i−2は個々にZ方向には動くので、柔軟性材料が伸縮しながら接続する。柔軟性材料は、たとえばウレタン樹脂、メラミン樹脂エポキシ樹脂、テトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴム、合成ゴム、繊維状の各種金属、これらの複合体である。

0061

下側分割側面10sj-i-2が対象物表面に接触する部分112の一部または全部に柔軟性材料(接触緩和材料)を使用する。対象物表面に小さな凹凸(湾曲を含む)があっても、柔軟性材料(接触緩和材料)がそれらの凹凸に合わせて形状を変化させるので、対象物表面との接触が隙間なく行なわれる。また、レーザーヘッド搬送ケースと対象物表面との接触で片方または両者が損傷することも防止できる。柔軟性材料(接触緩衝材料)は、たとえばウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、テトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴム、合成ゴム、繊維状の各種金属、これらの複合体であり、形状としては、たとえばスポンジ状等の多孔質体でも良い。

0062

図10(b)は、蛇腹式伸縮方式を示す。蛇腹式は、屈曲式またはパンタグラフ式または折り畳み提灯状と称しても良い。分割側面10sj-i(j=1〜4:4側面を示す。i=1〜nj:njは分割個数を示す。)は、(Z方向)長さL0の上側分割側面10sj-i-1と下側分割側面10sj-i-2に分かれている。上側分割側面10sj-i-1は板状であり、下側分割側面10sj-i-2は1つまたは複数の蛇腹形状(図では6角形状)柱体116を横にしてZ方向に重ねた形状体である。これらの蛇腹形状体はZ方向の力に対して復元力および弾性力を有しZ方向に伸縮する。従って、対象物の表面形状に対応して蛇腹形状体が伸縮するが、蛇腹形状体ではない上側分割側面10sj-i-1は伸縮せずその板状体を保持する。すなわち、蛇腹形状体である下側分割側面10sj-i-2の下面は常に対象物の表面に接触する。下側分割側面10sj-i-2の下面で対象物の表面に接触する部分115の一部または全部に柔軟性材料(接触緩和材料)を使用すれば、対象物表面に小さな凹凸(湾曲を含む)があっても、柔軟性材料(接触緩和材料)がそれらの凹凸に合わせて形状を変化させるので、対象物表面との接触が隙間なく行なわれる。尚、上側分割側面10sj-i-1と下側分割側面10sj-i-2は分離しないように接続している。隣接した上側分割側面10sj−i−1と10sj−i+1−1は幅方向に接続している。上側分割側面はZ方向には動かないので、幅方向に固定して接続されていても良い。また隣接した下側分割側面10sj−i−2と10sj−i+1−2は幅方向に柔軟性材料で接続している。下側分割側面10sj−i−2は個々にZ方向には動くので、柔軟性材料が伸縮しながら接続する。柔軟性材料は、たとえばウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、テトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、シリコーン樹脂、天然ゴム、合成ゴム、繊維状の各種金属、これらの複合体である。尚、これらの伸縮自在の伸縮構造はレーザーヘッドにも適用できる。たとえば、図4に示す排気(排出)ライン外壁58にも使用でき、同様の効果を示すことができ、レーザーヘッド単独で使用するときに偉力を発揮する。

0063

レンズ・ミラー鏡筒部を小型にし、レーザーヘッドを小型にすればレーザーヘッド搬送ケースもさらにレーザー被膜剥離システムも小型にでき、小型の構造物、たとえば各種部材や半製品自動車の被膜剥離除去にも本発明を適用できる。この場合、XY移動機構は開口面または対象物表面に対して(略)水平にならず、またZ方向移動機構は開口面または対象物表面に対して(略)垂直にならない場合もあるが、本発明のレーザー被膜剥離システムの適用範囲はこのような場合も含む。小型化する場合は、たとえば、レーザーヘッドのサイズを直径5〜8cm、長さを7cmから15cmにすることも可能であり、必要ならもっと小型にすることもできる。レーザーヘッド搬送ケースはたとえばレーザーヘッドサイズの3〜10倍とすればレーザーヘッド搬送ケースは15〜100cm(縦、横)、高さ30cm〜70cmにすることもできる。このように小型化すればドローン等による運搬や人間による運搬も容易となる。自動車やクレーンなどの機械力を使えばより大きなレーザーヘッド搬送ケースおよびレーザー被膜剥離システムを運搬することもできる。

0064

以上詳細に説明した様に、本発明のレーザー被膜剥離システムは搬送ケース内でレーザーヘッドが前後左右上下に移動しながらレーザーを対象物表面に照射して対象物表面上の被膜をアブレーション剥離除去する。搬送ケース周囲に真空吸着ラインや排気ラインが配置されて対象物表面に確実に固定され、搬送ケース内の飛散物も排気される。レーザーヘッドには流体クリーニング機構および排気機構が備わり、レーザーヘッド内空間や対象物表面の剥離領域部をクリーニングし排気する。これによりレーザー照射条件を最適化でき対象物表面上の被膜剥離除去を確実に行なうことができる。尚、本明細書において、明細書のある部分に記載し説明した内容について記載しなかった他の部分においても矛盾なく適用できることに関しては、当該他の部分に当該内容を適用できることは言うまでもない。さらに、前記実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施でき、本発明の権利範囲が前記実施形態に限定されないことも言うまでもない。

0065

本発明のレーザー被膜剥離システムは、小型化することも可能であるから、自動車や小型部品における被膜剥離にも適用できる。

0066

10・・・レーザーヘッド搬送ケース、11・・・レーザーヘッド、
11m・・・レーザー出射口、12・・・光ファイバー(搬送ケース内)、
13・・・光ファイバー(搬送ケース外)、15・・・レーザー、
16・・・X方向移動用レール軌道、17・・・Y方向移動用レール軌道、
18・・・Z方向移動用レール軌道18、20・・・監視カメラ、21・・・対象物、
22・・・被膜、23・・・剥離除去された部分、24・・・汚染物、
71・・・真空吸着室、72・・・真空引き孔、73・・・仕切り壁板、
75・・・排気空間室、76・・・排気穴、77・・・仕切り壁板、78・・・排気口、
79・・・接触緩和材料、80・・・空気導入孔、

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