(57)【要約】本装置（５０）は、居住可能な建造物の表面を加工する。本装置（５０）は、相互作用領域にレーザ光を供給するように適合させたレーザの基本ユニット（３００）を含み、レーザ光が、建造物から材料を取り除く。レーザの基本ユニット（３００）は、レーザ発生器（３１０）と、レーザ発生器（３１０）に連結されたレーザヘッド（１２００）とを含んでいる。レーザヘッド（２００）は、相互作用領域から材料を取り除くように適合され、それにより、建造物内における活動への破壊性を減少させ得る。本装置（５０）は、建造物に取り外し可能に連結され、レーザヘッド（１２００）に取り外し可能に連結されるように適合させた固定用メカニズム（１１１０）をさらに含んでいる。本装置（５０）は、レーザの基本ユニット（３００）に電気的に接続された制御器（５００）をさらに含んでいる。制御器（５００）は、使用者の入力に応答して、レーザの基本ユニット（３００）に制御信号を送信するように適合されている。
2007524510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
居住可能な建造物の表面を加工する装置であって、当該装置は、
相互作用領域にレーザ光を供給するように適合されたレーザの基本ユニットであって、前記レーザ光は、前記建造物から材料を取り除き、前記レーザの基本ユニットは、レーザ発生器と、当該レーザ発生器に連結されたレーザヘッドとを備え、当該レーザヘッドは、前記相互作用領域から材料を取り除くように適合されて、それにより、前記建造物内部での活動に対する減少した破壊性が提供される前記レーザの基本ユニットと、
前記建造物に取り外し可能に連結され、且つ前記レーザヘッドに取り外し可能に連結されるように適合された固定用メカニズムと、
前記レーザの基本ユニットに電気的に接続され、ユーザの入力に応答して前記レーザの基本ユニットに制御信号を送信するように適合された制御器と、
を備える装置。
【請求項２】
前記レーザヘッドは、前記レーザ発生器に取り外し可能に連結され、前記制御器は、前記レーザの基本ユニットに取り外し可能に連結されて、それにより、前記装置を組み立てて分解することができまたは分解して組み立てることができて、前記建造物の近傍または前記建造物内の場所への前記装置の輸送が容易になる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記レーザ発生器は、アーク放電ランプの励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザを含む請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記レーザ発生器は、ファイバレーザを含む請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記レーザヘッドは、前記レーザ発生器からレーザ光を受け取り、当該レーザ光を前記相互作用領域に向けるように適合されたレーザ光学素子を含む請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記レーザヘッドは、材料を閉じ込め前記相互作用領域から取り除くように適合された気体格納容器を備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記気体格納容器は、前記相互作用領域から前記気体格納容器の外に放出される騒音および光を減少させるようにさらに適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記気体格納容器は、前記気体格納容器から材料を取り除くための経路を提供する抽出ポートを備える請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記気体格納容器は、前記建造物と接触し実質的に前記相互作用領域を囲むように適合されて、それにより材料を閉じ込め前記相互作用領域から取り除くことを容易にする弾性インターフェースを備える請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記弾性インターフェースは、ワイヤブラシを含む請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記レーザヘッドは、圧縮ガス供給部へ流体連結されて、前記相互作用領域に圧縮されたガス流を向けるように適合されたノズルを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記固定用メカニズムは、少なくとも１つの真空発生器に連結される１つまたはそれ以上の弾性真空パッドを含む請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記制御器に連結されて、前記建造物を加工中に前記建造物内に埋め込まれている材料を検出し前記制御器に検出信号を送信するように適合された検出器をさらに備え、前記制御器は、適切な制御信号を前記レーザの基本ユニットに送信することにより、前記埋め込まれている材料に実質的に損傷を与えることを回避するように適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記検出器は、加工中に前記相互作用領域により放出される光を利用することにより、埋め込まれている材料を検出するように適合されている請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
居住可能な建造物内部での活動に対する破壊性を減少させて、前記建造物の表面を加工する装置であって、当該装置は、
レーザ光を発生させる手段と、
前記建造物から材料を取り除くように前記建造物の相互作用領域に前記レーザ光を供給する手段と、
前記材料を閉じ込めて前記相互作用領域から取り除くための手段と、
ユーザの入力に応答して前記レーザ光を制御する手段と、
を備える装置。
【請求項１６】
居住可能な建造物内部での活動に対する破壊性を減少させて、前記建造物の表面を加工する方法であって、当該方法は、
レーザ光を遠隔発生させるステップと、
前記表面に前記レーザ光を供給するステップであって、前記レーザ光は、前記相互作用領域において前記建造物と相互作用して、前記建造物から材料が除去される前記ステップと、
前記材料を閉じ込めて前記相互作用領域から取り除くステップと、
ユーザの入力に応答して前記レーザ光を制御するステップと、
を含む方法。
【請求項１７】
居住可能な建造物の表面を加工する装置であって、当該装置は、
相互作用領域にエネルギー波を供給するように適合された基本ユニットであって、前記エネルギー波は、前記建造物から材料を取り除き、前記基本ユニットは、発生器と、当該発生器に連結されたヘッドとを備え、当該ヘッドは、前記相互作用領域から材料を取り除くように適合されて、それにより、前記建造物内部での活動に対する減少した破壊性が提供される前記基本ユニットと、
前記建造物に取り外し可能に連結され、また前記ヘッドに取り外し可能に連結されるように適合された固定用メカニズムと、
前記基本ユニットに電気的に接続され、ユーザの入力に応答して前記基本ユニットに制御信号を送信するように適合された制御器と、
を備える装置。
【請求項１８】
前記エネルギー波は、電磁波である請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記エネルギー波は、超音波である請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記エネルギー波は、音波である請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
居住可能な建造物の表面を加工する装置であって、当該装置は、
相互作用領域にレーザ光を供給するように適合されたレーザの基本ユニットであって、前記レーザ光は、前記建造物から材料を取り除き、前記レーザの基本ユニットは、レーザ発生器と、当該レーザ発生器に連結されたレーザヘッドとを備え、当該レーザヘッドは、前記相互作用領域から材料を取り除くように適合されて、それにより、前記建造物内部での活動に対する減少した破壊性が提供される前記レーザの基本ユニットと、
レーザ操作システムであって、
前記建造物に取り外し可能に連結されるように適合された固定用メカニズムと、
前記固定用メカニズムに連結され前記レーザヘッドに連結された位置決め用メカニズムであって、前記レーザ操作システムは、前記建造物に対して、前記レーザヘッドの位置を制御可能に調節するように適合されている前記位置決め用メカニズムと、
前記レーザの基本ユニットおよび前記レーザ操作システムに電気的に接続され、ユーザの入力に応答して前記レーザの基本ユニットおよびレーザ操作システムに制御信号を送信するように適合された制御器と、
を備える前記レーザ操作システムと、
を備える装置。
【請求項２２】
前記レーザヘッドは、前記レーザ発生器および前記位置決め用メカニズムに取り外し可能に連結され、前記位置決め用メカニズムは、前記固定用メカニズムに取り外し可能に連結され、前記制御器は、前記レーザの基本ユニットおよび前記レーザ操作システムに取り外し可能に連結され、それにより、前記装置を組み立てて分解することができまたは分解して組み立てることができて、前記建造物の近傍または前記建造物内の場所への前記装置の輸送が容易になる請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記レーザの基本ユニットは、前記レーザ発生器に連結されて、前記レーザ発生器から熱を除去するように適合された冷却用サブシステムを備える請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
前記冷却用サブシステムは、局所供給型冷却水源を含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記冷却用サブシステムは、一体型冷却ユニットを含む請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記レーザ発生器は、アーク放電ランプの励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
前記レーザ発生器は、ＣＯ２レーザ、ダイオードレーザ、アーク放電ランプの励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザ、ダイオードで励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザからなる群から選択されるレーザを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記レーザヘッドは、前記レーザ発生器からレーザ光を受け取り、当該レーザ光を前記相互作用領域に向けるように適合されたレーザ光学素子を含む請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
前記レーザヘッドは、前記レーザヘッドから熱を除去するように適合された冷却用サブシステムに連結される請求項２１に記載の装置。
【請求項３０】
前記レーザ発生器およびレーザヘッドは、前記レーザ発生器およびレーザヘッドから熱を除去するように適合された冷却用サブシステムに連結される請求項２１に記載の装置。
【請求項３１】
前記レーザヘッドは、材料を閉じ込め前記相互作用領域から取り除くように適合された気体格納器を含む請求項２１に記載の装置。
【請求項３２】
前記気体格納器は、前記相互作用領域から前記気体格納器の外に放出される騒音および光を減少させるようにさらに適合されている請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記気体格納器は、前記気体格納器から熱を除去するように適合された冷却用サブシステムに連結される請求項３１に記載の装置。
【請求項３４】
前記気体格納器は、前記気体格納器から前記材料を取り除くための経路を提供する抽出ポートを備える請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記気体格納器は、弾性インターフェースを備え、当該弾性インターフェースは、前記建造物に接触し前記相互作用領域を実質的に囲むように適合されて、それにより、材料を閉じ込め前記相互作用領域から取り除くことを容易にする請求項３１に記載の装置。
【請求項３６】
前記弾性インターフェースは、ワイヤブラシを含む請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記レーザヘッドは、ノズルを含み、当該ノズルは、圧縮ガス供給部に流体連結されており、前記相互作用領域に圧縮されたガス流を向けるように適合されている請求項２１に記載の装置。
【請求項３８】
前記レーザヘッドは、前記レーザヘッドと相互作用領域との間の相対的距離を測定するように適合されたセンサを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項３９】
前記センサは、前記制御器に接続され、前記制御器は、前記センサからの信号に応答して、前記レーザの基本ユニットに制御信号を送信するように適合され、前記レーザの基本ユニットは、前記制御信号に応答して、前記レーザ光の１つまたはそれ以上のパラメータを調節するように適合されている請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記センサは、前記制御器に接続され、前記制御器は、前記センサからの信号に応答して、前記レーザ操作システムに制御信号を送信するように適合され、前記レーザ操作システムは、前記制御信号に応答して、前記レーザヘッドと相互作用領域との間の相対的距離を調節するように適合されている請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
前記センサは、音響センサ、赤外線センサ、接触センサ、およびイメージセンサからなる群から選択される少なくとも１つのセンサを含む請求項３８に記載の装置。
【請求項４２】
前記制御器は、レーザパラメータと、前記レーザヘッドと相互作用領域との間の相対的距離との間の関係に関する統計学的データを含み、前記制御器は、前記統計学的データおよびレーザパラメータを用いて前記相対的距離を測定するように適合されている請求項２１に記載の装置。
【請求項４３】
前記レーザヘッドは、近接センサを含み、当該近接センサは、前記制御器に電気的に接続され、前記レーザヘッドと前記建造物との間の相対的距離が所定の距離を超えていることを検知すると、前記制御器に不合格状態信号を供給するように適合されている請求項２１に記載の装置。
【請求項４４】
前記固定用メカニズムは、少なくとも１つの真空発生器に連結される１つまたはそれ以上の弾性真空パッドを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項４５】
前記固定用メカニズムは、地上支持システムに取り外し可能に取り付けられるように適合された地上支持コネクタを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項４６】
前記固定用メカニズムは、懸架を基本とする支持システムに取り外し可能に取り付けられるように適合された懸架を基本とする支持コネクタを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項４７】
前記位置決め用メカニズムは、
前記表面に実質的に平行な第１の方向に沿って前記レーザヘッドを動かすように適合された第１の軸方向位置決めシステムと、
前記表面に実質的に平行でかつ前記第１の方向に実質的に垂直な第２の方向に沿って前記レーザヘッドを動かすように適合された第２の軸方向位置決めシステムと、
を備える請求項２１に記載の装置。
【請求項４８】
前記第１の軸方向位置決めシステムは、前記第２の軸方向位置決めシステムに取り外し可能に連結され、前記レーザヘッドは、前記第２の軸方向位置決めシステムに取り外し可能に連結される請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記第１の軸方向位置決めシステムは、第１のレールと、第１の駆動部とを備え、前記第２の軸方向位置決めシステムは、第２のレールと、第２の駆動部とを備える請求項４７に記載の装置。
【請求項５０】
前記第１のレールは、前記固定用メカニズムに取り外し可能にかつ回転可能に連結され、前記第２のレールは、前記第１のレールに取り外し可能にかつ滑動可能に連結され、前記レーザヘッドは、前記第２のレールに取り外し可能にかつ滑動可能に連結される請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記第１の駆動部および第２の駆動部は、水圧式駆動部、圧空式駆動部、電気機械式駆動部、ネジ式駆動部、およびベルト式駆動部からなる群から選択される請求項４９に記載の装置。
【請求項５２】
前記位置決め用メカニズムは、前記第１の方向および第２の方向に実質的に垂直な第３の方向に沿って前記レーザヘッドを動かすように適合された第３の軸方向位置決めシステムをさらに含む請求項４７に記載の装置。
【請求項５３】
前記制御器は、マイクロプロセッサを含む請求項２１に記載の装置。
【請求項５４】
検出器をさらに含み、当該検出器は、前記制御器に連結され、前記建造物を加工中に、前記建造物内に埋め込まれている材料を検出し、前記制御器に検出信号を送信するように適合され、前記制御器は、前記レーザの基本ユニットおよびレーザ操作サブシステムに適切な制御信号を送信することによって、前記埋め込まれている材料を実質的に損傷することを回避するように適合されている請求項２１に記載の装置。
【請求項５５】
前記検出器は、加工中に前記相互作用領域により放出される光を用いることにより、埋め込まれている材料を検出するように適合されている請求項５４に記載の装置。
【請求項５６】
前記検出器は、前記放出された光の分光学的情報を用いる請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記検出器は、前記放出された光に対応する温度を測定する請求項５５に記載の装置。
【請求項５８】
前記検出器は、高速シャッタおよびカメラを含み、前記相互作用領域から得られる画像データを用いる請求項５５に記載の装置。
【請求項５９】
居住可能な建造物内部での活動に対する破壊性を減少させて、前記建造物の表面を加工する装置であって、当該装置は、
レーザ光を発生させる手段と、
前記建造物から材料を取り除くように前記建造物の相互作用領域に前記レーザ光を供給する手段と、
前記材料を閉じ込めて前記相互作用領域から取り除くための手段と、
前記建造物の表面に対する前記相互作用領域の位置を制御可能に調節する手段と、
ユーザの入力に応答して前記レーザ光と前記相互作用領域の位置とを制御する手段と、
を備える装置。
【請求項６０】
居住可能な建造物内部での活動に対する破壊性を減少させて、前記建造物の表面を加工する方法であって、当該方法は、
レーザ光を遠隔発生させるステップと、
前記表面に前記レーザ光を供給するステップであって、前記レーザ光は、前記相互作用領域において前記建造物と相互作用して、前記建造物から材料が除去される前記レーザ光供給ステップと、
前記材料を閉じ込めて前記相互作用領域から取り除くステップと、
前記建造物の表面に対する前記相互作用領域の位置を制御可能に調節するステップと、
ユーザの入力に応答して前記レーザ光と前記相互作用領域の位置とを制御するステップと、
を含む方法。
【請求項６１】
居住可能な建造物の表面を加工する装置であって、当該装置は、
相互作用領域にエネルギー波を供給するように適合された基本ユニットであって、前記エネルギー波は、前記建造物から材料を取り除き、前記基本ユニットは、発生器と、当該発生器に連結されたヘッドとを備え、当該ヘッドは、前記相互作用領域から材料を取り除くように適合されて、それにより、前記建造物内部での活動に対する減少した破壊性が提供される前記基本ユニットと、
操作システムであって、
前記建造物に取り外し可能に連結されるように適合された固定用メカニズムと、
前記固定用メカニズムに連結され前記ヘッドに連結された位置決め用メカニズムであって、前記操作システムは、前記建造物に対して、前記ヘッドの位置を制御可能に調節するように適合されている前記位置決め用メカニズムと、
前記基本ユニットおよび前記操作システムに電気的に接続され、ユーザの入力に応答して前記基本ユニットおよび操作システムに制御信号を送信するように適合された制御器と、を備える前記レーザ操作システムと、
を備える装置。
【請求項６２】
前記エネルギー波は、レーザ光である請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
前記エネルギー波は、電磁波である請求項６１に記載の装置。
【請求項６４】
前記エネルギー波は、超音波である請求項６１に記載の装置。
【請求項６５】
前記エネルギー波は、音波である請求項６１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権主張
本願は、２００３年１０月２２日出願の米国特許出願第１０／６９０，９８３号からの一部継続出願であって、２００３年３月１８日出願の米国仮特許出願第６０／４５６，０４３号、２００３年５月１６日出願の米国仮特許出願第６０／４７１，０５７号、２００３年８月２０日出願の米国仮特許出願第６０／４９６，４６０号に対して、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく利益を主張しており、それらの各出願明細書は、参照によってその全体がここに組み込まれる。
【０００２】
関連出願
本願は、米国特許出願第１０／６９０，８３３号、第１０／６９０，９７５号、第１０／６９１，４８１号および第１０／６９１，４４４号に関連しており、それらの各出願は、２００３年１０月２２日に出願されており、参照によってその全体がここに組み込まれる。本願はまた、米国特許出願（代理人事件番号ＬＯＭＡＳＲ．０２３ＣＰ１）、（代理人事件番号ＬＯＭＡＳＲ．０２６ＣＰ１）にも関連しており、それらの両方は、同日付けで出願されており、参照によって全体がここに組み込まれる。
【０００３】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
本発明は、ロバート・Ｔ・スタッフォード災害救助・緊急事態援助法（４２Ｕ．Ｓ．Ｃ．§５１２１以下を参照）の一部として連邦緊急事態管理局から部分的に資金提供を受けた。
【０００４】
発明の背景
発明の分野
本発明は材料を加工する分野、特に、エネルギー波を使用して材料を穴明け、切削、および表面加工するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００５】
広範囲の材料加工産業従事者は長い間、非破壊の材料加工の必要性を認識してきた。過去に、穴明け、切削、荒仕上げなどを含めた事実上すべての材料加工は数多くの破壊的な態様（例えば騒音、振動、粉塵、蒸気、および噴煙）を有してきた。材料加工は該して、穴明け、槌打ち、およびその他の動力の補助による方法のような機械的技術、およびウォータージェットに基づいた技術を含む。材料加工の課題の例証である米国特許第５，０８５，０２６号は極めて具体的に示している。０２６’の装置はコンクリートまたは他の石造建造物のような材料の機械による穴明けを必要とし、上記で言及したすべての破壊的態様を生じさせる。
【特許文献１】米国特許第５，０８５，０２６号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある実施形態では、本装置は、居住可能な建造物の表面を加工する。本装置は、相互作用領域にレーザ光を供給するように適合させたレーザの基本ユニットを含み、そのレーザ光が、建造物から材料を取り除く。レーザの基本ユニットは、レーザ発生器と、レーザ発生器に結合されたレーザヘッドを含んでいる。レーザヘッドは、相互作用領域から材料を取り除くように適合され、それによって、建造物内の活動への減少された破壊性を提供する。本装置は、レーザ操作システムをさらに含む。レーザ操作システムは、建造物に取り外し可能に連結されるように適合させた固定用メカニズムを含む。レーザ操作システムは、固定用メカニズムに連結されレーザヘッドに連結される位置決め用メカニズムをさらに含む。レーザ操作システムは、建造物に対するレーザヘッドの位置を制御可能に調節するように適合させている。本装置は、レーザの基本ユニットおよびレーザ操作メカニズムに電気的に接続された制御器をさらに含む。制御器は、使用者の入力に応答して、レーザの基本ユニットおよびレーザ操作システムに制御信号を送信するように適合させている。
【０００７】
ある実施形態では、本装置は、居住可能な建造物内の活動への破壊性を減少させて、建造物の表面を加工する。本装置は、レーザ光を生成するための手段を含む。本装置は、建造物から材料を取り除くために、建造物の相互作用領域にレーザ光を供給する手段をさらに含む。本装置は、材料を閉じ込めて相互作用領域から材料を取り除くための手段をさらに含む。本装置は、建造物の表面に対する相互作用領域の位置を制御可能に調節するための手段をさらに含む。本装置は、使用者の入力に応答して、レーザ光と、相互作用領域の位置とを制御するための手段をさらに含む。
【０００８】
ある実施形態において、本方法では、居住可能な建造物内における活動への破壊性を減少させて、建造物の表面を加工する。本方法は、レーザ光を遠隔生成するステップを含む。本方法は、表面にレーザ光を供給するステップであって、レーザ光が、建造物から材料を取り除くために、相互作用領域の建造物と相互作用するステップをさらに含む。本方法は、材料を閉じ込め相互作用領域から材料を取り除くステップをさらに含む。本方法は、建造物の表面に対する相互作用領域の位置を制御可能に調節するステップをさらに含む。本方法は、使用者の入力に応答して、レーザ光と、相互作用領域の位置とを制御するステップをさらに含む。ある実施形態では、本装置は、居住可能な建造物の表面を加工する。本装置は、相互作用領域へエネルギー波を供給するように適合させた基本ユニットを含み、エネルギー波が、建造物から材料を取り除く。基本ユニットは、発生器と、発生器に連結されたヘッドとを含む。ヘッドは、相互作用領域から材料を取り除くように適合されて、それにより、建造物内における活動への破壊性を減少させ得る。本装置は、操作システムをさらに含む。操作システムは、建造物に取り外し可能に連結されるように適合させた固定用メカニズムを含む。操作システムは、固定用メカニズムに連結されヘッドに連結された位置決め用メカニズムをさらに含む。操作システムは、建造物に対するヘッドの位置を制御可能に調節するように適合されている。本装置は、基本ユニットおよび操作システムに電気的に接続された制御器をさらに含む。制御器は、使用者の入力に応答して、基本ユニットおよび操作システムに制御信号を送信するように適合されている。
【０００９】
ある実施形態では、本装置は、居住可能な建造物の表面を加工する。本装置は、相互作用領域にレーザ光を供給するように適合させたレーザの基本ユニットを含み、レーザ光が、建造物から材料を取り除く。レーザの基本ユニットは、レーザ発生器と、レーザ発生器に結合されたレーザヘッドとを含む。レーザヘッドは、相互作用領域から材料を取り除くように適合され、それにより、建造物内における活動への破壊性が減少され得る。本装置は、建造物に取り外し可能に連結され、レーザヘッドに取り外し可能に連結されるように適合させた固定用メカニズムをさらに含む。本装置は、レーザの基本ユニットに電気的に接続された制御器をさらに含む。制御器は、使用者の入力に応答して、レーザの基本ユニットに制御信号を送信するように適合されている。
【００１０】
ある実施形態では、本装置は、居住可能な建造物内における活動への破壊性を減少させて、建造物の表面を加工する。本装置は、レーザ光を生成するための手段を含む。本装置は、建造物から材料を取り除くように、建造物の相互作用領域にレーザ光を供給するための手段をさらに含む。本装置は、材料を閉じ込め相互作用領域から取り除くための手段をさらに含む。本装置は、使用者の入力に応答して、レーザ光を制御するための手段をさらに含む。
【００１１】
ある実施形態では、本方法は、居住可能な建造物内における活動への破壊性を減少させて、建造物の表面を加工する。本方法は、レーザ光を遠隔生成するステップを含む。本方法は、レーザ光を表面に供給するステップをさらに含み、当該ステップでは、レーザ光が、建造物から材料を取り除くように相互作用領域の建造物と相互作用する。本方法は、材料を閉じ込め相互作用領域から材料を取り除くステップをさらに含む。本方法は、使用者の入力に応答して、レーザ光を制御するステップをさらに含む。
【００１２】
ある実施形態では、本装置は、居住可能な建造物の表面を加工する。本装置は、相互作用領域にエネルギー波を供給するように適合させた基本ユニットを含み、エネルギー波は、建造物から材料を取り除く。基本ユニットは、発生器と、発生器に連結されたヘッドとを含む。ヘッドは、相互作用領域から材料を取り除くように適合され、それによって、建造物内における活動への破壊性を減少させ得る。本装置は、建造物に取り外し可能に連結され、ヘッドに取り外し可能に連結されるように適合させた固定用メカニズムをさらに含む。本装置は、基本ユニットに電気的に接続された制御器をさらに含む。制御器は、使用者の入力に応答して、基本ユニットへ制御信号を送信するように適合されている。
【００１３】
本発明を要約するために、本発明のある態様、利点および新規な特徴を、ここに上述した。しかしながら、必ずしもすべてのそのような利点が、本発明の特定のどの実施形態に従って達成し得るわけではないことが、理解される。したがって、ここに教示される１つの利点または利点群を達成または最適化する方法で、ここに教示または示唆されるような他の利点を必ずしも達せずに、本発明を実施または実行し得る。
【００１４】
以下にクレームされる本発明の範囲を限定せずに、ここで図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい実施形態について以下に図面を参照して説明する。
【００１６】
権利主張される本発明の範囲を限定することなく、ここで図面および図表を参照する。
【００１７】
材料加工の破壊的態様を削減することは長い間、材料加工産業、特に改築に共通するような居住中の建造物またはその近くでの材料加工を必要とする産業および多くの他の用途での従事者の目標であった。そのような長い間の切実な要求は、建造物の安全性を高めるために居住中の建造物を改装する効果的で経済的な手段に関して差し迫った必要性のある地球の地震活動地域で広く行き渡ってきた。
【００１８】
先行技術は破壊的特徴による問題を抱えており、それにより、それらを居住中の建造物の改装に関して事実上不適切なものにする。付け加えると、そのような材料加工技術はしばしば危険で費用のかさむ「切り抜き」の危険性を呈する。「切り抜き」の危険性は、作業者が題材の材料をドリルで穴明けしているとき、中に埋め込まれている物体を不本意に切るといった事例を含む。例えば、既にあるコンクリートの壁に穴明けしている建築作業者が偶然に補強用スチールもしくは鉄筋、あるいは通電中の電線用導管もしくは導線といった埋め込まれたユーティリティに出くわすことがあり得る。そのような事故は結果として工具もしくは対象材料の高額の損傷、ならびに作業者にとってあり得る致命的な結末（例えば感電死）につながる可能性がある。従来式の穴明け法はまた、穴明けされる材料を予期せず突き抜き、建造物もしくは材料の反対側にいる作業者に損傷を与える「突き抜き」の危険性も含み得る。
【００１９】
付け加えると、従来式の材料加工器具は操作することが極めて厄介であった。手持ち式の動力穴明け装置もしくは槌打ち装置は普通では５０ポンドを超える重さがあり、しばしば長時間について作業者によって頭上で保持されることを要求される。従来式の装置はまた、通常では作業者が装置を保持しているときに吸収しなければならない振動力も発生する。潜在的に有害な振動力、持続する重量物持ち上げ、および「突き抜き」の危険性に加えて、作業者と装置の近くの人々は落下するかまたは飛び出す破片、ならびに粉塵、噴煙、蒸気、振動、および騒音に晒される可能性がある。不快な活性のこのレベルは該して居住中の建造物にとって不適切であり、騒音と振動が完全に受容不可能となり得る病院、研究室などとして使用される建造物にとって全く不適切である。
【００２０】
必要とされ続けているが当該技術分野で欠落しているものは上記で例示された欠点を克服する非破壊的加工技術である。本願明細書で述べられる或る実施形態では、そのような欠点のいくつか、またはすべてを克服するために加工される表面にエネルギー波が向けられる。或る実施形態のエネルギー波は電磁波（例えばレーザ光、マイクロ波）であり、その一方で他の実施形態ではそれらは音波（例えば超音波）である。しかしながら、或る実施形態では、そのような切削ユニットは嵩張る可能性が高く、かつしばしば機械的相手方として操作することが難しい。付け加えると、レーザは上述されたような同じ「切り抜き」の危険性に陥りやすく、加工される材料のマトリクスの中に隠された物体が不注意で傷つけられる可能性が高い。レーザはまた、レーザビームの経路にある個人もしくは物体への危険性を伴なう追加的な「突き抜き」の危険も引き起こしかねない。レーザはまた、穴あけされた材料を切削もしくは穴明けされた穴から取り除く処理に複雑さを呈する可能性が高い。或る実施形態では、レーザシステムは携帯型加工用ヘッドと連絡する遠隔レーザ発生器を組み入れ、それが多くの非破壊的でかつ安全性の特徴を組み入れることでシステムが居住中の建造物の内部または近辺で利用されることを可能にする。
【００２１】
本発明の或る実施形態は先行技術の短所の多くに対処し、かつこれまで入手不可能であった恩典（例えば建造物内部での活動に対する減少した破壊性）を可能にしながらその一方で高速の材料加工を提供する。或る実施形態では、本方法および装置は騒音を発生し、嵩張り、かつ重い要素が実際の作業領域から大きく離れて動作することが可能となるように要素間のファイバ接続を利用する。或る実施形態は動作中の騒音と振動の両方で低く、かつ粉塵および破片を効率的に除去する。或る実施形態は「切り抜き」または「突き抜き」の危険を削減するための検出システムを有する。或る実施形態は材料加工時に作業者が作業領域から遠くに位置することを可能にすることによって作業者の安全を促進する。或る実施形態は人間が持ち運び可能な複数の部分品（例えば５０ポンド未満）へと分離可能であり、加工される建造物の近辺もしくは中の場所への輸送を、容易かつ迅速な輸送性および据え付けを提供することによって容易にする。
【００２２】
本発明の或る実施形態は、従来式の加工技術によって破壊される可能性のある壊れ易い建造物を加工するための方法および装置を提供する。例えば、改装もしくは改修加工の一部としてコンクリートの穀物貯蔵用サイロを加工するための従来式の鋸を使用する工程は結果として振動につながり、サイロの他の部分を傷つける可能性が高い。壊れ易い建造物を加工するためにレーザを使用する工程は加工中に建造物に為される横で生じる損傷を削減することが可能である。さらに、本願明細書で述べられる或る実施形態は容易に組み立て／解体され、それゆえに、それ以外の方法ではアクセス不可能な建造物の部分でそれらが使用されることが可能である。本願明細書に述べられる実施形態は人工建造物を加工する観点で開示されるが、なおも別の実施形態では本発明は自然の建造物（例えば採鉱または穴明け操作の一部として）加工するために有用である。
【００２３】
本願明細書に述べられる方法および装置は当該技術の状況の大幅な進歩を表わす。本装置の様々な実施形態は複数の要素と方法の新しく斬新な配列を有し、それは独特でかつ新規的な方式で構成され、かつ以前は入手不可能であったが望ましい性能を示す。特に、本発明の或る実施形態は、静かで実質的に振動が無く、かつ粉塵、破片、または有害な噴煙を発散させにくい材料加工方法を提供する。付け加えると、或る実施形態は従来式の技術が行なうよりも高い速度の材料加工を可能にする。
【００２４】
図面と結び付けて下記で述べられる詳細な説明は単に本発明の様々な実施形態の説明として意図されており、本発明が構築または利用される唯一の形式を表わすように意図されるものではない。本説明は本発明を導入する設計、機能、装置、および方法の具体例となる実施形態を記述する。しかしながら、異なる実施形態によって同じもしくは同等の機能および特徴が達成されることが可能であり、それらもやはり本発明の精神と範囲の中に包含されるように意図されることは理解されるべきである。
【００２５】
図１は表面を有する建造物を加工するための装置５０の実施形態を概略的に例示している。装置５０はレーザの基本ユニット３００、レーザ操作システム１００、および制御器５００を有する。レーザの基本ユニット３００は相互作用領域にレーザ光を供給するように構成され、レーザ発生器３１０およびレーザ発生器３１０に連結されたレーザヘッド２００を有する。レーザヘッド２００は相互作用領域から材料物質を取り除くように構成される。レーザ操作システム１００は取り外し可能に建造物へと連結されるように構成された固定用メカニズム１１０、および固定用メカニズム１１０へと連結され、かつレーザヘッド２００へと連結された位置決め用メカニズム１２１を有する。レーザ操作システム１００は建造物に相対してレーザヘッド２００の位置を制御可能に調節するように構成される。制御器５００は電気的にレーザの基本ユニット３００およびレーザ操作システム１００へと連結される。制御器５００はユーザの入力に応答して制御信号をレーザの基本ユニット３００およびレーザ操作システム１００へと送信するように構成される。
【００２６】
或る実施形態では、レーザヘッド２００は取り外し可能にレーザ発生器３１０へと連結され、かつ取り外し可能に位置決め用メカニズム１２１へと連結される。或る実施形態では、位置決め用メカニズム１２１は取り外し可能に固定用メカニズム１１０へと連結され、制御器５００は取り外し可能にレーザの基本ユニット３００およびレーザ操作システム１００へと連結される。そのような実施形態は、加工される建造物の付近もしくは中の場所への装置５０の輸送を容易にするように可逆的に組み立ておよび解体されることが可能な装置５０を提供することが可能である。
（レーザの基本ユニット）
レーザの基本ユニット３００の或る実施形態が下記で述べられる。下記でレーザの基本ユニット３００は分離型の複数の部品を有するように述べられるが、他の実施形態はこれらの部品のうちの２つ以上の組み合わせを一体ユニットで有することが可能である。
・レーザ発生器
図２は本願明細書に述べられた実施形態に適合するレーザの基本ユニット３００を概略的に例示している。或る実施形態では、レーザの基本ユニット３００はレーザ発生器３１０および冷却用サブシステム３２０を有する。レーザ発生器３１０は、レーザ発生器３１０に電力供給するために充分の適切な電圧、位相、およびアンペア数の電力を供給する電源（図示せず）へと連結される。この電源もやはり或る実施形態では持ち運び可能であり、冷却用の水、空気、または装置５０が動作している施設からの電力を伴なうことなく動作することが可能である。範例となる電源は、限定はされないがディーゼルを動力源とする発電機を含む。
【００２７】
或る実施形態では、レーザ発生器３１０はアーク放電ランプで励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザを含むことが好ましいが、しかし場合によってはＣＯ２レーザ、ダイオードレーザ、ダイオードで励起されるＮｄ：ＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、または他のタイプのレーザシステムを含むことが可能である。レーザ発生器３１０はパルスモードまたは連続波モードのどちらかで動作させられることが可能である。本願明細書に述べられる実施形態による１つの範例のレーザ発生器３１０はＤｉｔｚｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社から入手可能なＴｒｕｍｐｆ４００６Ｄ、４０００ワットの連続波レーザを含む。他の範例の実施形態では、Ｙｂドープされたファイバレーザ、またはＥｒドープされたファイバレーザが使用されることが可能である。他の出力パワー（例えば２０００ワット）を備えた他のタイプのレーザが本願明細書に述べられる実施形態で互換性がある。本願明細書に述べられる方法および装置の所定の用途に特有の必要条件に応じて、当業者は当面の目的のために最適のレーザを選択することが可能であろう。
【００２８】
或る実施形態では、レーザ発生器３１０は輸送および保管を容易にするために出荷用のコンテナの中に置かれることが可能である。レーザ発生器３１０は、ガラス光ファイバケーブルを通してレーザ発生器３１０から作業場所へと供給されることが好ましいレーザ光を発生する。
【００２９】
或る代替選択肢の実施形態では、レーザ発生器３１０は気体ベースのＣＯ２レーザを有し、これはＣＯ２ガスの励起によってレーザ光を発生する。そのようなレーザは高い効率（例えば約５〜１３％）で高出力パワー（例えば約１００Ｗ〜５０ｋＷ）を供給し、かつ相対的に安価である。そのような気体ベースのＣＯ２レーザによって作り出されるレーザ光は通常ではミラーによって、および屈曲部もしくは隅の付近にレーザ光を供給するためのダクトもしくはアームのシステムを使用して供給される。
【００３０】
或る代替選択肢の実施形態では、レーザ発生器３１０はダイオードレーザを有する。そのようなダイオードレーザは気体およびＮｄ：ＹＡＧレーザに比べて小型であり、それゆえにそれらは直接供給構造で（例えば作業場所に近接して）使用されることが可能である。ダイオードレーザは高い電力効率（例えば約２５〜４０％）で高出力（例えば約１０Ｗ〜６ｋＷ）を供給する。或る実施形態では、ダイオードレーザから出るレーザ光はいくらかの相当する出力の損失を伴なうが光ファイバを経由して供給されることが可能である。
【００３１】
Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用する実施形態はＣＯ２レーザまたはダイオードレーザを伴なう実施形態を上回る或る一定の利点を有することが可能である。材料加工産業ではＮｄ：ＹＡＧレーザに伴なう長い工業的経験があり、それらは高出力（例えば約１００Ｗ〜６ｋＷ）を供給する。付け加えると、Ｎｄ：ＹＡＧレーザから出るレーザ光は相対的に小規模で長い光ファイバを通じてわずかの出力損失（例えば約１２％）しか伴なわずに光ファイバによって供給されることが可能である。これは作業領域から比較的遠い（例えば約１００メートルの）場所にレーザ発生器３１０と支持機材を計画することを許容する。加工される表面から遠くにレーザ発生器３１０を保持することは装置５０の残りの部分がさらに小型でさらに携帯型にされることを可能にする。
【００３２】
アーク放電ランプの励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザはＮｄ：ＹＡＧ結晶を励起してレーザ光を発生するためにアーク放電ランプを使用する。ダイオード励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザはＮｄ：ＹＡＧ結晶を励起するためにダイオードレーザを使用し、結果として電力効率の上昇につながる（例えばアーク放電ランプの励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザで５％未満であることに比べて約１０〜２５％）。この向上した効率は結果としてさらに良好なビーム品質を有し、さらに小型の冷却用サブシステム３２０を要するダイオード励起型レーザにつながる。範例のアーク放電ランプ励起によるＮｄ：ＹＡＧレーザはＤｉｔｚｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社から入手可能である。
【００３３】
本願明細書に述べられる実施形態に適合したＮｄ：ＹＡＧおよび他の固体レーザ（例えばＮｄ：ＹＬｉＦ４、Ｔｉ：サファイヤ、Ｙｂ：ＹＡＧなど）はいくつかの方法によって構成され、かつ励起されることが可能である。これらの方法は、限定はされないがフラッシュランプおよびアークランプ、ならびにダイオードレーザを含む。限定はされないが棒状、厚板状、およびディスク状の構造を含めた様々な構造の固体媒体が本願明細書に述べられる実施形態に適合する。多様な構造および励起方法の利点は、限定はされないがレーザ発生器３１０の効率、ビーム品質、および動作モードを含めたレーザ発生器３１０の様々な態様に影響を与えるであろう。範例となるダイオード励起によるＮｄ：ＹＡＧディスクレーザはＤｉｔｚｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社から入手可能である。
【００３４】
ファイバレーザはレーザビームを作り出すためにドープされた（例えばイッテルビウムまたはエルビウムでドープされた）ファイバを使用する。ドープされたファイバは、限定はされないがアーク放電ランプおよびダイオードを含めた他の光源によって励起されることが可能である。ファイバレーザはレーザビームを相互作用場所へと搬送する供給用ファイバへと連結されることが可能である。或る実施形態では、ファイバレーザは約１５％から約２０％の有利な効率を提供する。そのような高効率はレーザ発生器３１０をさらに移動型にするが、なぜならばそれらがさらに小型の冷却ユニットを利用するからである。付け加えると、加工される領域に近接してそのような高効率レーザ発生器３１０が配置されることが可能である。本願明細書に述べられる実施形態に適合した範例のファイバレーザはＯｘｆｏｒｄ，ＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓのＩＰＧ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ社から入手可能である。
【００３５】
通常では、レーザ発生器３１０によるレーザ光の発生は余剰の熱を作り出し、これはレーザ発生器３１０に連結された冷却用サブシステム３２０によってレーザ発生器３１０から取り除かれることが好ましい。必要とされる冷却の量は使用されるレーザのサイズおよびタイプによって決定されるが、４ｋＷのＮｄ：ＹＡＧレーザについては約１９０ｋＷの冷却容量であることが可能である。冷却用サブシステム３２０は既存のプロセス水もしくは冷却水による冷却用サブシステムのように、現場で余剰の冷却能力を利用することが可能である。場合によっては、レーザ発生器３１０専用のユニット型冷却用サブシステムが使用されることが好ましい。ユニット型冷却用サブシステムは空冷または液冷されることが可能である。
【００３６】
図２に概略で例示されるような或る実施形態では、冷却用サブシステム３２０はレーザ発生器３１０に充分な循環冷却水を供給して余剰の熱を除去するようにレーザ発生器３１０へと連結された熱交換器３２２および水冷器３２４を有する。熱交換器３２２は水から余剰の熱の一部を除去し、その水を水冷器３２４へと戻して循環させることが好ましい。水冷器３２４は予め決められた温度に水を冷却し、その冷却水をレーザ発生器３１０へと戻す。本願明細書に述べられる実施形態による範例の熱交換器３２２および水冷器３２４はＤｉｔｚｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社から入手可能である。
・レーザヘッド
或る実施形態では、レーザヘッド２００はレーザ発生器３１０へと連結され、装置５０と照射される建造物との間のインターフェースとしてはたらく。図１で概略的に例示されるように、エネルギー導管４００がレーザヘッド２００とレーザ発生器３１０を連結し、レーザ発生器３１０からレーザヘッド２００へのエネルギーの伝達を容易にする。或る実施形態では、エネルギー導管４００は光ファイバを有し、それがレーザ発生器３１０からレーザヘッド２００へとレーザ光を伝達する。他の実施形態では、エネルギー導管４００は光ファイバ、電力供給または制御用配線ケーブルを含むことが可能な導体を有する。
【００３７】
図３Ａは本願明細書に述べられた実施形態によるレーザのヘッド２００を概略的に例示している。レーザヘッド２００はコネクタ２１０、少なくとも１つの光学素子２２０、ハウジング２３０、気体格納容器２４０を有する。或る実施形態では、コネクタ２１０はハウジング２３０へと連結され、エネルギー導管４００を介してレーザ発生器３１０へと光学的に連結され、レーザ発生器３１０から出るレーザ光を伝達するように構成される。光学素子２２０はコネクタ２１０、ハウジング２３０、または気体格納容器２４０の中に配置されることが可能である。図３Ａは光学素子２２０がハウジング２３０の中にある実施形態を例示している。導管４００がレーザヘッド２００へとレーザ光を供給する実施形態では、レーザ光は照射される建造物に衝突する前に光学素子２２０を通過して伝達される。
・レーザヘッド：拡張された構造
図３Ｂは本願明細書に述べられた実施形態によるレーザヘッド２００の１つの構造を概略的に例示している。ハウジング２３０は遠位部分２３２、角部分２３４、および近位部分２３６を有する。本願明細書で使用される「遠位」および「近位」という用語は相互作用領域に相対した部分の位置に該して関する標準的な定義を有する。コネクタ２１０が遠位部分２３２へと連結され、それが角部分２３４へと連結され、それが近位部分２３６へと連結され、それが気体格納容器２４０に連結される。図３Ｂに例示されるような構造は建造物（例えばコンクリートの壁）の表面に穴明けおよび荒仕上げを行なうために使用されることが可能である。レーザヘッド２００の様々な部品はＦａｒｍｉｎｇｔｏｎ  Ｈｉｌｌｓ，ＭｉｃｈｉｇａｎのＬａｓｅｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能である。
【００３８】
エネルギー導管４００が光ファイバを有する或る実施形態では、コネクタ２１０はレーザ発生器３１０から光ファイバを通してレーザヘッド２００へと伝送されるレーザ光を受け取る。或るそのような実施形態では、コネクタ２１０は導管４００によって発射される発散レーザ光を平行化するレンズ２１２を有する。レンズ２１２は透過型であって所望の量でレーザ光を屈折させるであろう様々な材料を含むことが可能である。そのような材料は、限定はされないがホウ珪酸クラウンガラス（ＢＫ７）、石英（ＳｉＯ２）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、および塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を含む。レンズ２１２の材料は材料の品質、コスト、および安定性に基づいて選択されることが可能である。ホウ珪酸クラウンガラスは透過型光学系のためにＮｄ：ＹＡＧレーザと共に一般的に使用され、セレン化亜鉛は透過型光学系のためにＣＯ２レーザと共に一般的に使用される。
【００３９】
レンズ２１２は、レンズ２１２の洗浄、保守管理、および交換を容易にするために或る実施形態では取り外し可能な組み立て品に装着されることが可能である。付け加えると、レンズ２１２の装着は、光ビームの位置合わせおよび焦点集束を最適化するように（例えば蝶ネジまたはアレン六角ネジを使用して）調節可能である。或る実施形態では、レンズ２１２はビームのプロファイル（例えば焦点集束、ビーム形状）の追加的な修正を提供することが可能である。
【００４０】
或る実施形態の平行化されたレーザ光はその後、レーザヘッド２００の中の他の光学素子を経由してレーザヘッド２００を通して伝送される。或る実施形態では、遠位部分２３２は該して真っ直ぐの第１のチューブを含み、これを通ってレーザ光が角部分２３４へと伝搬し、近位部分２３６は該して真っ直ぐの第２のチューブを含み、これを通って角部分２３４からレーザ光が伝搬する。或る実施形態では、遠位部分２３２はレンズ２３３を含み、角部分２３４は近位部分２３６および気体格納部分２４０を通して建造物上に光を向けるミラー２３５を含む。他の実施形態では、近位部分２３６および気体格納部分２４０を通して建造物上に光を向けるために他の装置（例えばプリズム）が角部分２３４内で使用されることが可能である。
【００４１】
レンズ２３３は、レンズ２３３の洗浄、保守管理、および交換を容易にするために或る実施形態では取り外し可能な組み立て品に装着されることが可能である。付け加えると、レンズ２３３の装着は、光ビームの位置合わせおよび焦点集束を最適化するように（例えば蝶ネジまたはアレン六角ネジを使用して）調節可能である。或る実施形態では、レンズ２３３はレンズ２１２から受け取る光を焦点集束し、その一方でレンズ２３３はビームのプロファイル（例えばビーム形状）の追加的な修正を提供することが可能である。範例となるレンズ２３３は、限定はされないが焦点距離６００ｍｍのシリカ製平凸レンズ（例えばＡｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎｅｗ  ＭｅｘｉｃｏのＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｒｐ．社から入手可能な部品番号ＰＬＣＸ−５０．８−３０９．１−ＵＶ−１０６４）を含む。レンズ２３３は透過型であって所望の量でレーザ光を屈折させるであろう様々な材料を含むことが可能である。そのような材料は、限定はされないがホウ珪酸クラウンガラス、石英、セレン化亜鉛、および塩化ナトリウムを含む。範例のレンズ装着組み立て品は、限定はされないがＦａｒｍｉｎｇｔｏｎ  Ｈｉｌｌｓ，ＭｉｃｈｉｇａｎのＬａｓｅｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な部品番号ＰＬＡＬＨ００９７およびＰＬＦＬＨ０１１９を含む。
【００４２】
遠位部分２３２が近位部分２３６に対して実質的に直角である図３Ｂで概略的に例示される実施形態では、ミラー２３５は約９０度の角度で光を反射する。他の実施形態は他の角度で光を反射するように構成される。ミラー２３５は、ミラー２３５の洗浄、保守管理、および交換を容易にするために或る実施形態では取り外し可能な組み立て品に装着されることが可能である。付け加えると、ミラー２３５の装着は、光ビームの位置合わせおよび焦点集束を最適化するように（例えば蝶ネジまたはアレン六角ネジを使用して）調節可能である。或る実施形態ではミラー２３５は光ビームを焦点集束させるかまたはそうでなければビームプロファイル（例えばビーム形状）を修正するように曲率を有するか、またはそうでなければそのように構成されることもやはり可能である。範例のミラー２３５は、限定はされないが銅ミラーのような金属製ミラー（例えばＦａｒｍｉｎｇｔｏｎ  Ｈｉｌｌｓ，ＭｉｃｈｉｇａｎのＬａｓｅｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な部品番号ＰＬＴＲＧ１９およびＰＬＴＲＣ００２４）、および金コーティングされた銅ミラー（例えばＬａｓｅｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な部品番号ＰＬＴＲＣ０１００）を含む。他の実施形態では、誘電体をコーティングしたミラーが使用されることが可能である。
【００４３】
図３Ｃは本願明細書に述べられた実施形態によるレーザヘッド２００の別の構造を概略的に例示している。ハウジング２３０は遠位部分２３２、第１の角部分２３４、第２の角部分２３４’、および近位部分２３６を有する。コネクタ２１０が遠位部分２３２へと連結され、それが第１の角部分２３４へと連結され、それが第２の角部分２３４’へと連結されそれが近位部分２３６へと連結され、それが気体格納容器２４０へと連結される。図３Ｃで例示されるような構造は空間的に制限された領域内の建造物を切削するため（例えば隅または突起部付近のコンクリート壁の部分を切削するため）に使用されることが可能である。
【００４４】
上述されたように或る実施形態では、コネクタ２１０はレンズ２１２を有し、遠位部分２３２は管状であってレンズ２３３を有する。図３Ｃで例示された実施形態の第１の角部分２３４は第１のミラー２３５を有し、それが第２のミラー２３５’を有する第２の角部分２３４’へと光を方向付ける。第２のミラー２３５’は管状であることが可能な近位部分２３６、および気体格納容器２４０を通って建造物上へと光を方向付ける。或る実施形態では、下記で気体格納容器２４０に関してさらに充分に述べられるように、光は窓２４３およびノズル２４４を通って相互作用領域へと伝達される。或る実施形態では、レーザヘッド２００が窓２４３およびノズル２４４を有し、その一方で他の実施形態では窓２４３およびノズル２４４は気体格納容器２４０の部品である。
【００４５】
図３Ｃで概略的に例示された実施形態では、第１のミラー２３５が約９０度の角度で光を反射し、第２のミラー２３５’が約−９０度の角度で光を反射し、それにより、近位部分２３６は遠位部分に実質的に平行になる。そのような実施形態では、気体格納容器２４０によって発射される光は遠位部分２３２を通って伝搬する光と実質的に平行であるが、それから離れている。他の実施形態は、光を他の角度で反射するように構成された第１のミラー２３５および第２のミラー２３５’を有する。或る実施形態は気体格納容器２４０によって発射される光の、遠位部分２３２を通って伝搬する光からの追加的な移動を供給するために第１の角部分２３４と第２の角部分２３４’との間に直線の管状部分を有する。
【００４６】
或る実施形態では、遠位部分２３２と第１の角部分２３４との間の結合部が回転可能である。或る別の実施形態では、第１の角部分２３４と第２の角部分２３４’との間の結合部が回転可能である。これらの回転可能な結合部は蝶ネジによってロックされることが可能なスイベル継手を有することが可能である。そのような実施形態は、気体格納容器２４０によって発射される光を選択された方向に向ける処理に追加的な自在性を与える。或る実施形態では、選択される方向は遠位部分２３２を通って伝搬する光とは非平面にある。
【００４７】
上述されたように、第１のミラー２３５と第２のミラー２３５’のうちの一方または両方が或る実施形態では洗浄、保守管理、および交換を容易にするために取り外し可能な組み立て品に装着されることが可能である。付け加えると、第１のミラー２３５および／または第２のミラー２３５’の装着は、光ビームの位置合わせおよび焦点集束を最適化するように（例えば蝶ネジまたはアレン六角ネジを使用して）調節可能である。或る実施形態では、第１のミラー２３５と第２のミラー２３５’のうちの一方または両方が、光ビームを焦点集束させるかまたはそうでなければビームプロファイル（例えばビーム形状）を修正するように曲率を有するか、またはそうでなければそのように構成されることもやはり可能である。
【００４８】
或る実施形態では、レーザヘッド２００の中の１つまたは複数の光学素子２２０（例えばレンズ２１２、レンズ２３３、ミラー２３５、ミラー２３５’）は水冷されるかまたは空冷される。冷却水は、レーザヘッド２００の近くに配置され、かつレーザヘッド２００へと流れる充分な水を供給することに専用にされた熱交換器によって供給されることが可能である。或るそのような実施形態では、各々の光学素子２２０のための冷却水用の導管が、光学素子２２０の付近を順々に冷却水が流れるように直列に接続されることが可能である。他の実施形態では、様々な光学素子２２０の付近に冷却水の別々の部分が流れるように導管は並列に接続される。範例の熱交換器は、限定はされないがＡｐｐｌｅｔｏｎ，ＷｉｓｃｏｎｓｉｎのＭｉｌｌｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｃｏ．社から入手可能なＭｉｌｌｅｒ  Ｃｏｏｌｍａｔｅ（登録商標）４を含む。冷却水の流量は少なくとも毎分約０．５ガロンであることが好ましい。
・レーザヘッド：小型構造
図２０は本願明細書に述べられた実施形態によるレーザヘッド１２００の別の構造を概略的に例示している。レーザヘッド１２００の或る実施形態は可動性であって、かつ１人の個人によって照射される表面に相対して定位置に設置されるように構成される。或るそのような実施形態では、レーザヘッド１２００と、下記で検討される固定用メカニズム１１１０の或る実施形態との組み合わせは５０ポンド未満の重さである。
【００４９】
図２０で例示される実施形態は、通常、照射される表面に穴をあけるために適しており、通常では図３Ｂおよび３Ｃの実施形態よりも小さいサイズと重量であり、それにより、一層制約のある空間にアクセスすることに適した装置を提供する。付け加えると、図２０の実施形態は通常では図３Ｂおよび３Ｃの実施形態よりもさらに単純でさらに頑丈であり、それにより、粗雑な取り扱いおよび非理想的な動作条件に耐えるように構成される装置を提供する。
【００５０】
或る実施形態ではレーザヘッド１２００は該して長方形のハウジング１２３０を有する。レーザヘッド１２００の他の実施形態はハウジング１２３０上、またはハウジング１２３０の中に配置される。或る実施形態のハウジング１２３０は接続構造体（図示せず）を有し、それが固定用メカニズム１１１０へと取り外し可能に連結されるように構成され、それが、下記でさらに述べられるように、照射される表面に相対してレーザヘッド１２００を位置決めするように構成される。範例の実施形態では、ハウジング１２３０は約１２インチの長さ、約８インチの高さ、および約４インチの幅を有する。ハウジング１２３０の他の形状および寸法が本願明細書に述べられる他の実施形態と適合する。
【００５１】
或る実施形態では、レーザヘッド１２００はレーザ発生器３１０からレーザヘッド１２００へとレーザ光を搬送する導管４００に連結されるように構成されるコネクタ１２１０をさらに有する。或る実施形態ではコネクタ１２１０は導管４００によって発射される発散レーザ光を平行化するレンズ（図示せず）を有する。拡張された構造に関して上述されたように、様々な実施形態のレンズは様々な材料を含むことが可能であり、取り外し可能にハウジング１２３０へと装着されることが可能であり、調節可能にハウジング１２３０へと装着されることが可能であり、ビームプロファイルの追加的な修正を提供することが可能である。
【００５２】
或る実施形態では、レーザヘッド１２００はさらに、コネクタ１２１０から第１のゼロ以外の角度で光を反射するように構成された第１のミラー１２３５、第１のミラー１２３５から第２のゼロ以外の角度で、気体格納容器２４０へと連結されるように構成されるノズル１２４４へと光を反射するように構成された第２のミラー１２３５’を有する。或る実施形態では、図２０に概略的に例示されるように第１のゼロ以外の角度は第２のゼロ以外の角度の負にほぼ等しい。一層小さい空間に入る長さを有する伝搬経路を効率的に「折り返す」ミラー間で光を反射するので、そのような２つのミラーの構成はしばしば「折り返し光学系」と呼ばれる。レーザヘッド１２００の或る実施形態はレーザ光のビームプロファイルを修正するように構成された追加的な光学部品を有する。
【００５３】
拡張された構造に関連して上述されたように、第１のミラー１２３５と第２のミラー１２３５’のうちの少なくとも１つはハウジング１２３０の中で取り外し可能かつ調節可能な組み立て品上に装着される。付け加えると、或る実施形態の第１のミラー１２３５と第２のミラー１２３５’のうちの少なくとも１つはビームプロファイルを修正するように曲率を有するか、そうでなければそのように構成される。或る実施形態の第１のミラー１２３５と第２のミラー１２３５’のうちの少なくとも１つは冷却用導管によって供給される空気または水のどちらかで冷却される。或る実施形態では、冷却用導管はハウジング１２３０の中に収容され、それにより、レーザヘッド１２００をさらに扱い易くし、かつレーザヘッド１２００をさらに頑丈にすることでレーザヘッド１２００の輸送および設置を容易にする。
【００５４】
或る実施形態では、図２１Ｃに示されるようにレーザヘッド１２００はハウジング１２３０に連結されたレーザヘッドハンドル１２４０を有する。レーザヘッドハンドル１２４０はレーザヘッド１２００を選択された場所に輸送および位置決めすることを容易にするように構成される。レーザヘッドハンドル１２４０の他の構造は本願明細書に述べられる他の実施形態に適合する。或る実施形態のレーザヘッド１２００はさらに、レーザヘッド１２００を固定用メカニズム１１１０へと取り外し可能に連結するように構成されたカプラ１２５０を有する。レーザヘッド１２００の他の構造は本願明細書に述べられる実施形態に適合する。
【００５５】
或る実施形態では、図２１Ａ〜２１Ｃに示されるようなレーザヘッド１２００の小型の構造（「小型レーザヘッド」）は図３Ｂおよび３Ｃに示されたようなレーザヘッドの拡張された構造（「拡張型レーザヘッド」）２００よりも或る用途で有利に使用される。例えば、建造物に穴をあけるとき、拡張型レーザヘッド２００がその長さもしくは他の制約（例えばエネルギー導管４００とコネクタ２１０の間の連結部の剛性）のせいでアクセスを有することが不可能な領域が存在し得る。小型レーザヘッド１２００はさらに小さい体積を有し、それにより、さらに小さい領域へのアクセスを可能にする。
【００５６】
付け加えると、或る実施形態では、エネルギー導管４００とレーザヘッド１２００の間の回転式連結を供給するように構成された枢動型コリメータヘッド（図示せず）を有するエネルギー導管４００と結び付けて小型レーザヘッド１２００が使用される。そのような実施形態では、枢動型コリメータヘッドは、レーザヘッド１２００をさらに小さい領域にアクセスさせることにより追加の可撓性を提供する。このコリメータヘッドはまっすぐであってもよく、ある角度（例えば９０度）を有してもよい。異なる配向でコリメータヘッドを使用することは都合の良いことに、制約のある領域へのアクセスを与えるためにエネルギー導管４００の様々な配向を可能にする。本願明細書に述べられた実施形態に適合する範例のコリメータヘッドはＤｉｔｚｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社から入手可能である。
【００５７】
さらに、或る実施形態では小型レーザヘッド１２００はハウジング１２３０の中に様々なセンサ、近接スイッチ、および流量計もやはり組み入れる。そのような実施形態は該して拡張型レーザヘッド２００よりもさらに単純でさらに頑丈であり、それにより、粗雑な取り扱いおよび非理想的な動作条件に耐えるように構成され、かつさらに損傷を受けにくい装置を提供する。
・レーザヘッド：軽量構造
図２１Ｄは固定用メカニズム１１１０と軽量レーザヘッド２２００の組み合わせを概略的に例示している。或る実施形態では、レーザヘッド２２００は１４０ミリメートルの焦点距離を有し、市販入手可能な、例えばＤｉｔｚｉｎｇｅｎ，ＧｅｒｍａｎｙのＴｒｕｍｐｆ  Ｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｉｋ  ＧｍｂＨ社から入手可能可能な冷却用および観察用ポートを備えたＤ３５（カタログ番号３５９０２０９０）の９０度フォーカスヘッドである。或る実施形態のレーザヘッド２２００は比較的浅い穴をあけるように構成される。或る実施形態では、レーザヘッド／固定用メカニズムの組み合わせは１０ポンド未満の重さであり、その一方で他の実施形態ではその組み合わせは約８ポンドである。
・レーザヘッド：気体格納容器
或る実施形態では、レーザヘッド２００は近位部分２３６へと連結され、かつ建造物とのインターフェースとなる気体格納容器２４０を有する。或る実施形態では、気体格納容器２４０は建造物から除去される材料物質（例えばレーザ加工中に発生する破片および噴煙）を閉じ込め、相互作用領域からその材料物質を取り除くように構成される。気体格納容器２４０はまたさらに、相互作用領域から気体格納容器２４０の外へと（例えばレーザの公称の危険ゾーン（「ＮＨＺ」）へと）発射される騒音と光を削減するように構成される。気体格納容器２４０の１つの目標は、いずれの個人の眼または皮膚にも被曝放出限界（「ＡＥＬ」）または最大許容曝露（「ＭＰＥ」）限界を超えるレーザ放射が到達しないことを確実化することであることが可能である。
【００５８】
図４は本願明細書に述べられる実施形態による気体格納容器２４０の断面を概略的に例示している。図４の気体格納容器２４０は気体格納ハウジング２４２、窓２４３、ノズル２４４、弾力性インターフェース２４６、抽出ポート２４８、および圧縮ガス注入口２４９を有する。気体格納ハウジング２４２はレーザ光の供給源（例えばレーザヘッド２００の近位部分２３６）へと連結されることが可能であり、気体格納容器２４０の他の複数部品の構造的支持を提供することが可能である。気体格納ハウジング２４２用の範例の材料は、限定はされないが薄い可撓性のシートであることが可能な金属（例えばアルミニウム、スチール）、セラミック材料、ガラスもしくはグラファイトの繊維、およびガラスもしくはグラファイトの繊維で作られた織物を含む。或る実施形態では、気体格納ハウジング２４２が空気または水のどちらかで冷却されることで気体格納ハウジング２４２の加熱を減少させる。気体格納ハウジング２４２用の冷却剤導管はレーザヘッド２００の他の部品用の冷却剤導管と直列または並列に連結されることが可能である。
【００５９】
或る実施形態の窓２４３はノズル２４４の上流で、かつ近位部分２３６から建造物へのレーザ光の伝搬経路の中に位置決めされる。本願明細書で使用する「上流」および「下流」という用語はレーザ光の伝搬方向およびレーザ光の伝搬方向と反対の方向にそれぞれ関する一般的意味を有する。そのような実施形態では、気体格納容器２４０を通って伝搬する光はノズル２４４に到達する前に窓２４３に到達する。光が窓２４３を通って下流へと伝搬するそのような実施形態では、窓２４３はレーザ光に対して実質的に透過性である。レーザ光を下流方向に伝送するために窓２４３は気体格納ハウジング２４２の中に装着されることが可能である。窓２４３は、限定はされないが方形および円形を含めたいくつかの形状を有することが可能である。範例の窓２４３は、限定はされないがシリカの窓（例えばＡｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ，Ｎｅｗ  ＭｅｘｉｃｏのＣＶＩ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｏｒｐ．社から入手可能な部品番号Ｗ２−ＰＷ−２０３７−ＵＶ−１０６４−０）を含む。
【００６０】
レーザヘッド２００の光学素子上の粉塵および／または埃はレーザ光の目に見えるほどの画分を吸収する可能性が高く、結果として不均一な加熱につながり、それが光学素子に損傷を与えることがあり得る。或る実施形態では、レーザ光と建造物との相互作用によって発生する粉塵、煙、または他の粒子状物質の上流への輸送に対するバリヤを供給するために窓２４３が気体格納ハウジング２４２の中に装着される。この方式で、窓２４３はレーザヘッド２００の他の部分の中の上流の光学素子の保護を容易にすることが可能である。
【００６１】
窓２４３は、窓２４３の洗浄、保守管理、および交換を容易にするために或る実施形態では取り外し可能な組み立て品に装着されることが可能である。或る実施形態では、窓２４３は近位部分２３６から受け取る光を焦点集束させ、その一方で他の実施形態では、窓２４３はビームプロファイル（例えばビーム形状）の追加的な修正を提供することが可能である。そのような実施形態では、窓２４３の装着は、光ビームの位置合わせおよび焦点集束を最適化するように（例えば蝶ネジまたはアレン六角ネジを使用して）調節可能である。範例の窓装着組み立て品は、限定はされないがＦａｒｍｉｎｇｔｏｎ  Ｈｉｌｌｓ，ＭｉｃｈｉｇａｎのＬａｓｅｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，Ｉｎｃ．社から入手可能な部品番号ＰＬＡＬＨ００９７およびＰＬＦＬＨ０１１９を含む。或る実施形態では、窓２４３は空気または水のどちらかで冷却される。
【００６２】
窓２４３を通して伝送されるレーザ光はノズル２４４を通して建造物の相互作用領域に向けて発射される。レーザ光はノズル２４４の開口部付近で焦点集束させられることが可能である。ノズル２４４のための範例の材料は、限定はされないが金属（例えば銅）を含む。或る実施形態では、ノズル２４４の加熱を減少させるためにノズル２４４は空気または水のどちらかで冷却される。ノズル２４４用の冷却剤導管はレーザヘッド２００の他の部品用の冷却剤導管と直列または並列に連結されることが可能である。
【００６３】
ノズル２４４を通って伝搬するレーザ光は、ノズル２４４を過剰に加熱すること、および傷つけることを避けるためにノズル２４４に衝突（「クリッピング」と称される）しないことが好ましい。レーザヘッド２００を通るレーザ光の不適切な位置合わせはクリッピングを引き起こす可能性が高い。ノズル２４４の開口部は、レーザ光がノズル２４４と目に見えるほどに相互作用しないように充分に大きいことが可能である。或る実施形態では、ノズル２４４は直径で約０．３インチである。
【００６４】
或る実施形態では、気体格納容器２４０の弾力性インターフェース２４６は建造物に接触し、かつ相互作用領域を実質的に取り囲むように構成され、それにより、相互作用領域の封じ込め、およびそこからの材料物質の除去を容易にする。付け加えると、弾力性材料２４６は気体格納容器２４０の外側への光を遮断すること、および／または音が逃げ出すことを容易にすることが可能である。範例の弾力性材料２４６は、限定はされないがワイヤブラシを含む。
【００６５】
或る実施形態では、気体格納容器２４０の抽出ポート２４８は動作中に相互作用領域内で発生する材料物質（例えばガス、蒸気、粉塵、および破片）のうちの目に見えるほどの部分を抽出するように構成される。抽出ポート２４８は相互作用領域から材料物質（例えば粉塵、ガス、および蒸気を引き抜くために真空を作り出す真空発生器（図示せず）へと連結されることが可能である。この方式で、抽出ポート２４８は気体格納容器２４０からの材料物質の除去のための経路を供給することが可能である。
【００６６】
或る実施形態では、圧縮ガス注入口２４９は気体格納容器２４０に圧縮ガス（例えば空気）を供給するように構成される。或る実施形態では、圧縮ガス注入口２４９は圧縮ガス流を相互作用領域に方向付けるように構成されるノズル２４４へと流体連結される。或る実施形態では、圧縮ガス流はノズル２４４を通るレーザ光と同軸に流れる。或る実施形態の窓２４３は圧縮ガスが圧力を加える対象の表面を与える。この方式で、圧縮ガスは選択された圧力と速度でノズル２４４を通って相互作用領域へと流れることが可能である。
【００６７】
圧縮ガス注入口２４９からノズル２４４を通って流れる圧縮ガスは粉塵、破片、煙、およびその他の粒子状物質がノズル２４４に入ることを阻止するために使用されることが可能である。この方式で、圧縮ガスはそのような粒子状物質からの窓２４３の保護を容易にすることが可能である。付け加えると、圧縮ガスは相互作用領域からの材料物質の除去を容易にするようにノズル２４４によって相互作用領域へと方向付けられることが可能である。建造物がＳｉの高い百分率を備えたコンクリートを有し、それにより、結果的に生じるガラス質のスラグが充分に粘性を有して相互作用領域から除去することが一層困難である実施形態では、ノズル２４４はこの様式で使用されることが可能である。
【００６８】
或る実施形態では、窓２４３の表面の不純物汚染、および不均一な加熱による窓２４３のあり得る損傷を避けるために、圧縮ガスは実質的に油分、湿気、またはその他の不純物を含まない。計器用品質（「ＩＱ」）の圧縮空気の範例の供給源はＤａｖｉｄｓｏｎ，Ｎｏｒｔｈ  ＣａｒｏｌｉｎａのＩｎｇｅｒｓｏｌｌ−Ｒａｎｄ  Ａｉｒ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ  Ｇｒｏｕｐ社から入手可能な３００−ＩＱ圧縮空気である。圧縮空気の供給源は空気を供給するホースの長さ、および空気を使用する部品の数とその必要量によって部分的に決定される充分な流量で空気を供給することが好ましい。
【００６９】
或る実施形態では、空気圧縮機はレーザヘッド２００から数百フィート離れて配置されることが可能である。そのような実施形態では、圧縮空気の供給源は空気圧縮機とレーザヘッド２００の間の空気導管もしくはホース内に凝結する湿気の量を減らすために空気乾燥機を有することが可能である。本願明細書に述べられる実施形態による範例の空気乾燥機はＷｅｓｔ  Ｃｈｅｓｔｅｒ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＺｅｋｓ  Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ａｉｒ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社から入手可能な４００ＨＳＢ空気乾燥機である。
【００７０】
或る実施形態では、図５に概略的に例示されるようにレーザヘッド２００はレーザヘッド２００と相互作用領域の間の相対的距離を測定するように構成されたセンサ２５０を有する。図５は、気体格納容器２４０がセンサ２５０を有する実施形態を概略的に例示しているが、しかしセンサ２５０の別の配置もやはり本願明細書に述べられた実施形態に適合する。建造物から材料物質が除去されると、相互作用領域は建造物の中へと広がる。そのとき、センサ２５０は相互作用領域の建造物の表面からの深さの指標を与える。センサ２５０はこの距離を判定するために、限定はされないが音響センサ、赤外線センサ、接触センサ、およびイメージセンサを含めた様々な技術を使用することが可能である。レーザによる荒仕上げ処理または加工が実行される或る実施形態では、レーザヘッド２００と加工される表面との間の距離を判定するために、ダイオードレーザを有し、かつ三角測量を利用するセンサ２５０が使用されることが可能である。そのようなセンサ２５０は表面から除去される材料物質の量の指標を与えることもやはり可能である。
【００７１】
或る実施形態では、センサ２５０は制御器５００へと連結され、制御器５００はセンサ２５０からの信号に応答してレーザの基本ユニット３００へと制御信号を送信するように構成される。レーザの基本ユニット３００はこの制御信号に応答してレーザ光の１つまたは複数のパラメータを調節するように構成される。この方式で、レーザ光の焦点もしくは他のパラメータを調節するためにセンサ２５０からの深さ情報がリアルタイムで使用されることが可能である。
【００７２】
他の実施形態では、制御器５００はセンサ２５０からの信号に応答してレーザ操作システム１００へと制御信号を送信するように構成される。レーザ操作システム１００はこの制御信号に応答してレーザヘッド２００と相互作用領域との間の相対的距離を調節するように構成される。さらに、レーザ操作システム１００を、この制御信号に応答してレーザヘッド２００の位置を構造の表面に沿って調節するように構成することもできる。この方式で、いったん第１の場所で所望の深さが達成されると表面に沿ってレーザ光を他の場所に移動させるように、第１の場所のセンサ２５０からの深さ情報がリアルタイムで使用されることが可能である。
【００７３】
他の実施形態では、相互作用領域の深さを判定するためにセンサ２５０が統計学的方法と結び付けて使用される。そのような実施形態では、最初に測定段階でセンサ２５０が使用されることで統計学的データを作り上げ、それが浸食深さを或る一定の加工パラメータ（例えば加工される材料、光の強度）と相関付ける。測定段階の間では、選択される加工パラメータは試験を処理するため、または加工される建造物の表面を示すサンプル表面を処理するために系統的に変えられる。これらの加工パラメータに対応して相互作用領域の深さを判定するためにセンサ２５０が測定段階で使用される。或るそのような実施形態では、センサ２５０はレーザヘッド２００から分離していることが可能であり、建造物の加工中、または相互作用領域の深さを測定するために加工が一時的に中断された期間中に使用されることが可能である。そのような実施形態に適合する範例のセンサ２５０は、限定はされないがキャリパ、あるいは相互作用領域の深さを判定するために結果的に生じた穴の中に挿入される他の手動式の測定装置を含む。
【００７４】
或る実施形態では、制御器５００は加工パラメータと相互作用領域の深さとの間の相関に関するこの結果的に得られた統計学的データを有する。それに続く加工段階の中で、今回はセンサ２５０を使用せずに建造物が加工され、制御器５００が、使用される特定の加工パラメータに対応して統計学的データにアクセスすることによって相対的距離を判定するように構成されることが可能である。そのような取り組み方は建造物を加工中に相互作用領域の深さを判定するために信頼性があり、かつ費用効率の高い取り組み方である。
【００７５】
代替選択肢の実施形態では、センサ２５０はレーザヘッド２００と建造物の表面との間の距離の指標を与えるように構成される。そのような実施形態では、センサ２５０は予め決められた距離を超えるレーザヘッド２００と建造物との間の相対的距離を検出すると不合格状態信号を制御器５００に供給するように構成されることが可能である。そのような不合格状態は不注意で建造物から引き離される装置５０から結果的に得られることが可能である。レーザの基本ユニット３００とレーザヘッド２００との間のエネルギーの伝送を中断するために、制御器５００は適切な信号をレーザの基本ユニット３００へと送ることによって不合格状態信号に応答するように構成されることが可能である。或る実施形態では、この伝送はレーザヘッド２００が建造物の表面から１センチメートルよりも遠くになると中断されることが好ましい。この方式で、気体格納容器２４０が建造物に接触していない限りレーザ光が発射されないことを確実化するために装置５０はセンサ２５０を利用することが可能である。或る実施形態では、センサ２５０は装置５０が建造物に付けられているときに建造物の表面に接触する近接スイッチを有する。
（レーザ操作システム（ＬＭＳ））
・ＬＭＳ：固定用メカニズムと位置決め用メカニズムの組み合わせ
或る実施形態では、レーザ操作システム１００は加工される表面に該して平行の多関節ロボット動作を与えるように建造物との関係でレーザヘッド２００を正確かつ反復的に位置決めするようにはたらく。そのようにするために、レーザ操作システム１００は加工される建造物に取り外し可能に固定されることが可能であり、その後、その表面付近でレーザヘッド２００を正確に移動させることが可能である。図６Ａおよび６Ｂは、取り外し可能に建造物へと連結されるように構成された固定用メカニズム１１０および固定用メカニズム１１０へと連結され、かつレーザヘッド２００へと連結される位置決め用メカニズム１２１をレーザ操作システム１００が有する実施形態の２つの反対側の立面図を概略的に例示している。或る実施形態では、レーザ操作システム１００は輸送、保管、または保守管理のために都合良く解体および再組み立てされることが可能である。
・固定用メカニズム
レーザ操作システム１００の或る実施形態はレーザ操作システム１００を加工される建造物へと取り外し可能に固定するための固定用メカニズム１１０を有する。固定用メカニズム１１０は取り外し可能に建造物へと連結されるように構成されることが可能であり、１つまたは複数の取り付けインターフェース１１１を有することが可能である。
【００７６】
図６Ｂに概略的に例示される実施形態では、固定用メカニズム１１０は一対の取り付けインターフェース１１１を有する。各々の取り付けインターフェース１１１は少なくとも１つの弾力性真空パッド１１２、少なくとも１つのインターフェース装着用装置１１４、少なくとも１つの真空導管１１６、少なくとも１つの装着用コネクタ１１８、および固定用メカニズム１１０の取り付けインターフェース１１１を位置決め用メカニズム１２１へと連結するように構成されたカプラ１１９を有する。図６Ａおよび６Ｂに概略的に例示される実施形態は２つの取り付けインターフェース１１１の各々について２つの真空パッド１１２を有するが、他の実施形態は取り付けインターフェース１１１と真空パッド１１２のどのような構成または数も利用する。
【００７７】
図７で例示される実施形態では、２つの真空パッド１１２はインターフェース装着用装置１１４へと連結される。或る実施形態では、真空パッド１１２は円形のゴムパッドを有し、建造物の上に置かれるとそれが効率的に気密領域を形成する。各々の真空パッド１１２は真空導管１１６（例えばフレキシブルホース）を介して少なくとも１つの真空発生器（図示せず）へと流体連結される。真空発生器は真空を作り出すために流体のパワー（例えば圧縮空気）を使用することが可能であり、あるいは外部の真空供給源を使用することが可能である。真空発生器は真空導管１１６を介して真空パッド１１２と建造物の間の気密領域から空気を引き抜き、それにより、気密領域の中に真空を作り出す。真空パッド１１２を可逆的に建造物へと固定する力を大気圧が供給する。
【００７８】
インターフェース装着用装置１１４は剛性の金属製支持体を有し、その上に真空パッド１１２、装着用コネクタ１１８、およびカプラ１１９が装着される。或る実施形態では、装着用コネクタ１１８は、下記でさらに充分に説明されるように地上支持システム７００へと取り外し可能に取り付けられる地上支持コネクタ１１８ａを有することが可能である。他の実施形態では、装着用コネクタ１１８は下記でさらに充分に説明されるように懸架を基本とする支持システム８００へと取り外し可能に取り付けられるように構成された少なくとも１つの懸架を基本とする支持コネクタ１１８ｂを有することが可能である。カプラ１１９はインターフェース装着用装置１１４を位置決め用メカニズム１２１へと取り外し可能に連結するように構成される。或る実施形態では、カプラ１１９は少なくとも１つの突起部を有し、それが位置決め用メカニズム１２１内の少なくとも１つの対応する凹部へと接続可能である。
【００７９】
代替選択肢の実施形態では、固定用メカニズム１１０は装置５０を加工される建造物に固定するための他の技術を含むことが可能である。これらの他の技術は、限定はされないがウィンチ、装置５０または擬似タンクトレッドに固定された吸引装置（例えばカップ、ｇｅｋｋｏｍａｔ、スカート）、建造物から懸架された移動足場、および剛性の踏み台を含む。これらの技術は固定用メカニズム１１０の或る実施形態の中で互いに組み合わされて使用されることもやはり可能である。
・位置決め用メカニズム
レーザ操作システム１００の或る実施形態は、加工される建造物の近辺にある間にレーザヘッド２００を正確に移動させるための位置決め用メカニズム１２１を有する。図８は固定用メカニズム１１０の取り付けインターフェース１１１と共に位置決め用メカニズム１２１の一実施形態の拡大図を概略的に例示している。図８の位置決め用メカニズム１２１は第１の軸方向位置決めシステム１３０、第２の軸方向位置決めシステム１５０、インターフェース１４０、およびレーザヘッド受容部２２０を有する。第１の軸方向位置決めシステム１３０は少なくとも１つのカプラ１３２によって取り外し可能に固定用メカニズム１１０の取り付けインターフェース１１１へと連結される。インターフェース１４０（図８の実施形態では第１の部分品１４０ａと第２の部分品１４０ｂを有する）は第２の軸方向位置決めシステム１５０を第１の軸方向位置決めシステム１３０へと取り外し可能に連結する。レーザヘッド受容部２２０は第２の軸方向位置決めシステム１５０へと取り外し可能に連結され、レーザヘッド２００のハウジング２３０へと取り外し可能に連結されるように構成される。
【００８０】
或る実施形態では、第１の軸方向位置決めシステム１３０は固定用メカニズム１１０のカプラ１１９の少なくとも１つの対応する突起部へと取り外し可能に接続可能である凹部を有する少なくとも１つのカプラ１３２を有する。そのような実施形態は位置決め用メカニズム１２１の輸送、保管、または保守管理のために都合良く解体および再組み立てされる。他の実施形態は固定用メカニズム１１０に固定して連結された第１の軸方向位置決めシステム１３０を有することが可能である。
【００８１】
或る実施形態では、第１の軸方向位置決めシステム１３０は建造物の表面と実質的に平行の第１の方向でレーザヘッド２００を移動させる。図９で概略的に例示される実施形態では、第１の軸方向位置決めシステム１３０はさらに第１のレール１３４、第１の駆動部１３６、および第１のステージ１３８を有する。第１のステージ１３８は第１の駆動部１３６の影響下で移動可能なように第１のレール１３４へと連結される。インターフェース１４０の第１の部分品１４０ａは、第１の駆動部１３６が第１のレール１３４に沿ってインターフェース１４０を移動させるために使用されることが可能となるように固定して第１のステージ１３８へと連結される。或る実施形態では、第１の軸方向位置決めシステム１３０はさらにセンサ、リミットスイッチ、または第１のレール１３４に沿った第１のステージ１３８の位置に関する情報を提供する他の装置を有する。この情報は、この情報に応答して第１の駆動部１３６またはレーザ操作システム１００の他の部品へと制御信号を送信するように構成される制御器５００へと供給されることが可能である。
【００８２】
範例の第１の駆動部１３６は、限定はされないが水圧式駆動部、圧空式駆動部、電気機械式駆動部、ネジ式駆動部、およびベルト式駆動部を含む。本願明細書に述べられた実施形態に適合する第１のレール１３４、第１の駆動部１３６、および第１のステージ１３８はＨａｍｅｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａのＴｏｌ−Ｏ−Ｍａｔｉｃ，Ｉｎｃ．社から入手可能である。第１のレール１３４、第１の駆動部１３６、および第１のステージ１３８の他のタイプおよび構成もやはり本願明細書に述べられた実施形態に適合する。
【００８３】
或る実施形態では、第２の軸方向位置決めシステム１５０は建造物の表面と実質的に平行の第２の方向でレーザヘッド２００を移動させる。或る実施形態では第２の方向は第１の軸方向位置決めシステム１３０の第１の方向に対して実質的に直角である。図１０で概略的に例示される実施形態では、第２の軸方向位置決めシステム１５０は第２のレール１５２、第２の駆動部１５４、および第２のステージ１５６を有する。或る実施形態では第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０はレーザヘッド２００の直線的な移動を提供する。他の実施形態では、第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０はレーザヘッド２００の円形および軸方向の移動をそれぞれ提供する。
【００８４】
或る実施形態では、第２のステージ１５６は第２の駆動部１５４の影響下で移動可能なように第２のレール１５２へと連結される。レーザヘッド受容部２２０は、第２の駆動部１５４が第２のレール１５２に沿ってレーザヘッド受容部２２０を移動させるために使用されることが可能となるように取り外し可能に第２のステージ１５６へと連結される。或る実施形態では、第２の軸方向位置決めシステム１５０はさらにセンサ、リミットスイッチ、または第２のレール１５２に沿った第２のステージ１５６の位置に関する情報を提供する他の装置を有する。この情報は、この情報に応答して第２の駆動部１５４またはレーザ操作システム１００の他の部品へと制御信号を送信するように構成される制御器５００へと供給されることが可能である。
【００８５】
範例の第２の駆動部１５４は、限定はされないが水圧式駆動部、圧空式駆動部、電気機械式駆動部、ネジ式駆動部、およびベルト式駆動部を含む。本願明細書に述べられた実施形態に適合する第２のレール１５２、第２の駆動部１５４、および第２のステージ１５６はＨａｍｅｌ，ＭｉｎｎｅｓｏｔａのＴｏｌ−Ｏ−Ｍａｔｉｃ，Ｉｎｃ．社から入手可能である。第２のレール１５２、第２の駆動部１５４、および第２のステージ１５６の他のタイプおよび構成もやはり本願明細書に述べられた実施形態に適合する。
【００８６】
或る実施形態では、第２のレール１５２はインターフェース１４０の第２の部分品１４０ｂへと固定式に連結される。第２の部分品１４０ｂは、インターフェース１４０の第１の部分品１４０ａの少なくとも１つの対応する突起部へと取り外し可能に接続可能である少なくとも１つの凹部を有することが可能である。そのような実施形態は位置決め用メカニズム１２１の輸送、保管、または保守管理のために都合良く解体および再組み立てされる。他の実施形態では、インターフェース１４０は第１のステージ１３８と第２のレール１５２のうちの一方または両方へと取り外し可能に連結される単一片で作製されることが可能である。他の実施形態は都合の良い解体のために構成されていない（例えば、単一片で作製されたインターフェース１４０を有し、それが第１のステージ１３８と第２のレール１５２の両方へと固定式に連結される）。
【００８７】
或る実施形態では、インターフェース１４０は第１のレール１３４と第２のレール１５２の間の相対的配向を調節するための傾斜メカニズム１４４を有する。図１１Ａに概略的に例示されるように、インターフェース１４０の第１の部分品１４０ａは第１のレール１３４上の第１のステージ１３８へと連結され、インターフェース１４０の第２の部分品１４０ｂの対応する凹部と結合するように構成された一対の隆起１４２を有する。傾斜メカニズム１４４は第１のプレート１４５、蝶番１４６、第２のプレート１４７、および一対の支持支柱１４８を有する。第１のプレート１４５は第１のステージ１３８に固定式に装着され、固定用メカニズム１１０が装着される表面に対して実質的に平行である。第２のプレート１４７は蝶番１４６によって枢動するように第１のプレート１４５へと連結され、支持支柱１４８によって定位置にロックされることが可能である。
【００８８】
図１１Ａでは、第１のプレート１４５および第２のプレート１４７が互いに実質的に平行になるように傾斜メカニズム１４４が構成される。この構成では、レーザヘッド２００の第１の方向と第２の方向によって規定される運動の平面は固定用メカニズム１１０が連結される表面に対して実質的に平行である。図１１Ｂでは、第２のプレート１４７が第１のプレート１４５に相対して非ゼロの角度（例えば９０度）になるように傾斜メカニズム１４４が構成される。この構成では、レーザヘッド２００の第１の方向と第２の方向によって規定される運動の平面は固定用メカニズム１１０が連結される表面に相対して非ゼロの角度である。
【００８９】
或る実施形態では、レーザヘッド受容部２２０は取り外し可能にレーザヘッド２００のハウジング２３０へと連結される。図１２は本願明細書に述べられた実施形態に適合するレーザヘッド受容部２２０を概略的に例示している。レーザヘッド受容部２２０は第２のステージ１５６に連結され、解放可能なクランプ２２２および第３の軸方向位置決めシステム２２４を有する。クランプ２２２はレーザヘッド２００のハウジング２３０を保持するように構成される。第３の軸方向位置決めシステム２２４はレーザヘッド２００と加工される建造物との間の相対的距離を調節するように構成される。或る実施形態では、第３の軸方向位置決めシステム２２４はネジ式駆動部を有し、それがクランプ２２２を第２のレール１５２に対して実質的に直角方向に移動させる。或る実施形態では、図１２で概略的に例示されるようにネジ式駆動部はクランプ２２２を移動させるために回されることが可能なハンドル２２６によって手動で動かされる。他の実施形態では、ネジ式駆動部は制御器５００からの制御信号に応答して機器によって自動的に制御される。
・地上支持システム
或る実施形態では、装置５０は取り外し可能に装置５０へと連結される地上支持システム７００を伴なって利用されることが可能である。インターフェース装着用装置１１４は各々、取り外し可能に地上支持システム７００へと結合するように構成された地上支持コネクタ１１８ａを有する。地上支持システム７００は、市販入手可能な引き上げもしくは位置決めタイプのシステムといった様々なタイプの外部ブームシステムに付随することが有利であり、それが装置５０の重量のいくらかを支え、それにより、固定用メカニズム１１０によって支えられる重量負荷を軽減することが可能である。地上支持システム７００は実質的に垂直の表面（例えば壁）または実質的に水平の表面（例えば天井）への装置５０の使用を容易にするために使用されることが可能である。
【００９０】
或る実施形態では、地上支持システム７００は図１３に概略的に例示されるような支持構造体７１０を有する。図１３の支持構造体７１０はブームコネクタ７１２、回転式取り付け台７１４、スプレッダ部材７１６、一対の主柱７１８、および一対の副柱７２０を有する。ブームコネクタ７１２は選択される外部ブームシステムに取り付けられるように構成される。回転式取り付け台７１４は回転可能なようにブームコネクタ７１２へと連結され、かつ固定式でスプレッダ部材７１６へと連結され、それにより、ブームコネクタ７１２が支持構造体７１０に相対して都合良く回されることが可能となる。
【００９１】
主柱７１８はスプレッダ部材７１６へと連結され、実質的に互いに平行である。主柱７１８の各々はインターフェース装着用装置１１４の地上支持コネクタ１１８ａのうちの１つに連結されるように構成される。主柱７１８は、地上支持コネクタ１１８ａと位置合わせされるように様々な位置でスプレッダ部材７１６へと各々連結されることが可能である。各々の主柱７１８はまた、副柱７２０へも連結され、かつそれらに対して実質的に直角である。そのような実施形態では、地上支持コネクタ１１８ａに連結された主柱７１８を有するのではなく、副柱７２０が地上支持コネクタ１１８ａに連結され、それにより、固定用メカニズム１１０に相対して９０度で支持構造体７１０を効率的に回転させることが可能である。都合の良いことに、そのような実施形態は建造物の様々な構成を加工するため、および特定の用途に最適の代替選択肢の構成を可能にするための調節可能性を提供する。
・懸架を基本とする支持システム
場合によっては、装置５０は取り外し可能に装置５０へと連結される懸架を基本とする支持システム８００を伴って利用されることが可能である。インターフェース装着用装置１１４は各々、取り外し可能に懸架を基本とする支持システム８００へと結合するように構成された少なくとも１つの懸架を基本とする支持コネクタ１１８ｂを有することが可能である。都合の良いことに懸架を基本とする支持システム８００は装置５０の重量のいくらかを支え、それにより、固定用メカニズム１１０によって支えられる重量負荷を軽減する。懸架を基本とする支持システム８００は実質的に垂直の表面（例えば外壁）への装置５０の使用を容易にするために使用されることが可能である。
【００９２】
或る実施形態では、図１４Ａに概略的に例示されるように懸架を基本とする支持システム８００はウィンチ８１０、一次ケーブル８１２、および一対の二次ケーブル８１４を有する。ウィンチ８１０は加工される建造物の屋根またはその他の部分に位置付けられる。ウィンチ８１０は一次ケーブル８１２に連結され、それが二次ケーブル８１４へと連結される。二次ケーブル８１４は各々、固定用メカニズム１１０のインターフェース装着用装置１１４の懸架を基本とする支持コネクタ１１８ｂへと連結される。図１４Ｂは懸架装置を基本とする支持コネクタ１１８ｂを有する装置の実施形態を概略的に例示している。その後、装置５０は一次ケーブル８１４の機能する長さを短くするかまたは長くするためにウィンチ８１０によって下げられるかまたは上げられることが可能である。代替選択肢の実施形態では、地上支持コネクタ１１８ａが地上支持コネクタ１１８ｂとしてもまた機能するように構成されることが可能である。
・ＬＭＳ：単純化された固定用メカニズム
図２１Ａ〜２１Ｄは本願明細書に述べられた実施形態による別の固定用メカニズム１１１０を概略的に例示している。固定用メカニズム１１１０は取り外し可能に建造物へと連結されるように構成された弾力性の真空パッド１１１２、取り外し可能にレーザヘッド１２００へと取り付けられるように構成されたカプラ１１１４、およびハンドル１１１６を有する。４つの真空パッドの固定用メカニズム１１０および多軸方向位置決め用メカニズム１２１を有する上述のレーザ操作システム１００とは異なり、固定用メカニズム１１１０は照射される建造物との関係で選択された位置に図２０のレーザヘッド１２００を取り外し可能に保持するための単純化されたメカニズムを供給する。
【００９３】
或る実施形態では、真空パッド１１１２は建造物上に設置されると気密領域を効率的に形成する円形のゴムの膜（図示せず）を有する。真空パッド１１１２は可撓性のゴムホースのような真空導管（図示せず）を介して少なくとも１つの真空発生器（図示せず）へと流体連結される。ゴム膜と建造物の間の気密領域から真空導管を介して空気を引き抜くことによって、真空発生器が気密領域の中に真空を作り出す。固定用メカニズム１１１０を可逆的に建造物へと固定する力を大気圧が供給する。表面からの固定用メカニズム１１１０の取り外しはゴム膜と建造物の間の気密領域の中に空気を戻すことを可能にすることによって達成される。本願明細書に述べられた実施形態に適合する真空パッド１１１２は様々な供給源から入手可能である。範例の真空パッド１１１２はリヒテンシュタイン公国、ＳｃｈａａｎのＨｉｌｔｉ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社から得られる３７６２８１−ＤＤ−ＣＲ−１  Ｃｏｍｐｌｅｔｅ  Ｃｏｒｅ  Ｒｉｇ  Ｓｔａｎｄによって供給される。
【００９４】
或る実施形態では、カプラ１１１４はレーザヘッド１２００の対応するレーザヘッドカプラ１２５０と嵌合する構造を有する。図２１Ａで概略的に例示される固定用メカニズム１１１０に関すると、カプラ１１１４は真空パッド１１１２に取り付けられる少なくとも１つの突起部１１１５を有する。カプラ１１１４は、少なくとも１つの対応する凹部１１１６を有するレーザヘッドカプラ１２５０へと接続可能である。他の実施形態では、カプラ１１１４が凹部を有し、レーザヘッドカプラ１２５０が対応する突起部を有する。なおも別の実施形態では、図２１Ｄで概略的に例示されるようにカプラ１１１４はレーザヘッド２２００を保持するように構成されるカラー１１１７を有する。
【００９５】
図２１Ｃで概略的に例示されるように、なおも別の実施形態ではコネクタ１１１４が少なくとも１つのロッド１１１８を有し、レーザヘッド１２００のカプラ１２５０が少なくとも１つのカラー１１１９を有する。図２１Ｃの範例の実施形態では、カプラ１１１４は２つのロッド１１１８ａ、１１１８ｂを有し、レーザヘッドカプラ１２５０は２つのカラー１１１９ａ、１１１９ｂを有する。各々のカラー１１１９は、レーザヘッド１２００がロッド１１１８の長さに沿って様々な場所に調節可能に位置決めされることが可能になるように取り外し可能に対応するロッド１１１８へと連結される。或るそのような実施形態では、レーザヘッド１２００がロッド１１１８の周りで回されることを可能にするためにカラー１１１９はロッド１１１８に関して調節可能に回されることが可能である。例えば、図２１Ｃで概略的に例示される実施形態では、一方のカラー１１１９ａはその対応するロッド１１１８ａから取り外されることが可能であり、他方のカラー１１１９ｂはその対応するロッド１１１８ｂの周りで回されることが可能である。そのような実施形態はレーザヘッド１２００をその穴明け位置から離す方向に回す能力を供給し、それにより、穴明けされている穴の目視検査が為されることが可能となる。いったん目視検査が為されたならば、その後、レーザヘッド１２００を回転させ、カラー１１１９ａをその対応するロッド１１１８ａと再度連結することによってレーザヘッド１２００が穴明け位置へと戻して動かされることが可能である。
【００９６】
或る実施形態では、ハンドル１１１６は固定用メカニズム１１１０を所望の場所に移送し、位置決めすることを容易にするように構成される。図２１Ａ〜２１Ｄで概略的に例示されるものに加えてさらに別のハンドル１１１６の構成も、本願明細書に述べられた他の実施形態と互換性がある。
【００９７】
そのような単純化された固定用メカニズム１１１０は、上述のように、建造物に穴を開けるかまたは貫通するためだけに装置が使用されるときに使用されることが可能である。或るそのような実施形態では、建造物を照射して選択された場所に穴を開けるためにレーザヘッド１２００が位置決めされるように固定用メカニズム１１１０が取り外し可能に建造物に固定されることが可能である。そのような実施形態で第２の選択された場所に第２の穴を開けるために、第２の選択された場所で建造物を照射するためにレーザヘッド１２００が再配置されるように固定用メカニズム１１１０が建造物から取り外されて動かされる。固定用メカニズム１１１０を（図６Ａ、６Ｂ、７、および８の固定用メカニズム１１０と比較して）単純化し、かつ位置決め用メカニズム１２１の使用を避けることによって、そのような単純化された実施形態は一人の個人によって移動可能かつ位置決め可能であるさらに軽い重量の代替選択肢を提供する。付け加えると、そのような単純化された実施形態は図６Ａ、６Ｂ、７、および８に関連して述べられたそれらよりもさらに頑丈である。
（制御器）
或る実施形態では、制御器５００はレーザの基本ユニット３００へと電気的に連結され、制御信号をレーザの基本ユニット３００に送信するように構成される。他の実施形態では、制御器５００はレーザの基本ユニット３００とレーザ操作システム１００の両方へと電気的に連結され、制御信号をレーザの基本ユニット３００とレーザ操作システム１００の両方に送信するように構成される。図１５は本願明細書に述べられた実施形態による制御器５００の実施形態を概略的に例示している。制御器５００は制御パネル５１０、マイクロプロセッサ５２０、レーザ発生器のインターフェース５３０、位置決めシステムのインターフェース５４０、センサのインターフェース５５０、およびユーザインターフェース５６０を有する。
【００９８】
或る実施形態では、制御パネル５１０は主電源、主電源スイッチ、非常用電力遮断スイッチ、および制御器５００のその他の部品類に連結されるように構成された様々な電気的コネクタを有する。制御パネル５１０は外部電源（図１５に示さず）へと連結され、装置５０の様々な部品に電力を供給するように構成される。
【００９９】
或る実施形態では、マイクロプロセッサ５２０はプログラマブル論理制御器型マイクロプロセッサ（ＰＬＣ）を含むことが可能である。ＰＬＣは丈夫で信頼性があり、かつ構成することが容易であり、範例のＰＬＣはＭｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷｉｓｃｏｎｓｉｎのＲｏｃｋｗｅｌｌ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ社、Ｐａｌａｔｉｎｅ，ＩｌｌｉｎｏｉｓのＳｃｈｎｅｉｄｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社、およびＭｕｎｉｃｈ，ＧｅｒｍａｎｙのＳｉｅｍｅｎｓ  ＡＧ社から入手可能である。代替選択肢の実施形態では、マイクロプロセッサ５２０はパーソナルコンピュータのマイクロプロセッサ、またはＰＣモジュールに内蔵されているＰＣ／１０４を含み、それらは容易で自在性のある導入を提供する。マイクロプロセッサ５２０は、所望の切削もしくは穴明けパターンを達成するために、（レーザ発生器インターフェース５３０および位置決め用システムインターフェース５４０を介して）装置５０のその他の部品へと制御信号を送信することによって（ユーザインターフェース５６０を介した）ユーザ、ならびに（センサインターフェース５５０を介した）装置５０のセンサからの入力信号に応答するように構成されることが可能である。
【０１００】
マイクロプロセッサ５２０はハードウェア、ソフトウェア、またはそれら２つの組み合わせの中に導入されることが可能である。ハードウェアとソフトウェアの組み合わせの中に導入されるとき、ソフトウェアはプロセッサで読み取り可能な記憶媒体上にあることが可能である。付け加えると、或る実施形態のマイクロプロセッサ５２０は動作中に使用される情報を保持するためのメモリを有する。
【０１０１】
或る実施形態では、レーザ発生器インターフェース５３０はレーザの基本ユニット３００へと連結され、マイクロプロセッサ５２０からレーザの基本ユニット３００の様々な部品へと制御信号を送信するように構成される。例えば、レーザ発生器インターフェース５３０は、限定はされないがレーザパワーの出力レベルおよびレーザパルスのプロファイルとタイミングを含めた所望の動作パラメータを設定するために制御信号をレーザ発生器３１０へと送信することが可能である。付け加えると、レーザ発生器インターフェース５３０は適切な冷却レベルを設定するために冷却用サブシステム３２０に制御信号を送信することが可能であり、圧縮ガスの供給源が気体格納容器２４０の圧縮ガス注入口２４９へ、または抽出ポート２４８に連結された真空発生器へとつながれる。
【０１０２】
或る実施形態では、位置決め用システムインターフェース５４０はレーザ操作システム１００の位置決め用メカニズム１２１へと連結され、上述したような第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０と適合する。或るそのような実施形態では、、位置決め用システムインターフェース５４０は第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０用のサーボ駆動部を有する。このサーボ駆動部はマイクロプロセッサ５２０からの制御信号に応答して第１の駆動部１３６および第２の駆動部１５４のための駆動用の電圧と電流を発生することが好ましい。この方式で、制御器５００はどのようにしてレーザヘッド２００が建造物の表面を横切って走査されるかを決定することが可能である。或る実施形態では、サーボ駆動部は制御器５００の制御パネル５１０から電力を受け取る。位置決め用メカニズム１２１が第３の軸方向位置決めシステムをさらに有する実施形態では、位置決め用システムインターフェース５４０は制御器５００がレーザヘッド２００と加工される建造物表面との間の相対的距離を判定することが可能となるように適切なサーボ駆動部をさらに有する。
【０１０３】
或る実施形態では、センサインターフェース５５０は装置５０の様々なセンサ（図１５に示さず）へと連結され、動作パラメータが選択もしくは修正されるときにそれらがデータを提供する。例えば、上述したようにレーザヘッド２００はレーザヘッド２００と相互作用領域との間の相対的距離を測定するように構成されたセンサ２５０を有することが可能である。そのような実施形態のセンサインターフェース５５０はセンサ２５０からデータを受け取り、このデータをマイクロプロセッサ５２０へと供給する。その後、マイクロプロセッサ５２０はレーザの基本ユニット３００および／またはレーザ操作システム１００の様々な動作パラメータを適切なときにリアルタイムで調節することが可能である。センサインターフェース５５０を介して制御器５００へと連結されることが可能なその他のセンサは、限定はされないが加工される表面に相対してレーザヘッド２００が定位置にあることを確認するための近接センサ、様々な冷却、圧縮空気、および真空システムのための温度または流量センサ、および（下記でさらに充分に説明されるような）鉄筋検出器を含む。
【０１０４】
或る実施形態では、ユーザインターフェース５６０は装置５０に関する情報をユーザに提供し、ユーザの入力を受け取ってマイクロプロセッサ５２０へと送信するように構成される。或る実施形態では、ユーザインターフェース５６０は制御用ペンダント５７０を有し、それが電気的にマイクロプロセッサ５２０へと連結される。図１６に概略的に例示されるように、或る実施形態では制御用ペンダント５７０は画面５７２および複数のボタン５７４を有する。
【０１０５】
画面５７２は状態情報および動作パラメータ情報をユーザに表示するために使用されることが可能である。範例の画面５７２は、限定はされないが液晶ディスプレイを含む。ボタン５７４は、装置５０の動作パラメータを設定するためにマイクロプロセッサ５２０によって使用されるデータをユーザが入力することを可能にするために使用されることが可能である。他の実施形態は、限定はされないがキーボード、マウス、タッチパッド、およびポテンショメータのノブおよび／またはダイアルを含めたユーザの入力を装置５０に伝達するための他の技術を使用することが可能である。或る実施形態では、制御用ペンダント５７０は装置５０に配線で接続され、その一方で他の実施形態では、制御用ペンダント５７０は遠隔で（例えば無線で）装置５０と通信する。
【０１０６】
或る実施形態では、制御用ペンダント５７０は非常用停止ボタンおよびサイクル停止ボタンをさらに有する。非常用停止ボタンを押すと、装置５０はすべての動きを即座に中止し、レーザ照射が即座に中断される。サイクル停止ボタンを押すと、装置５０は同様にすべての動きを中止し、実行される切削手順に対応するレーザ照射を中断するが、しかしその後、ユーザは切削手順の出発点に戻るか、あるいは切削手順が停止された地点で切削を再開する選択肢を与えられる。或る実施形態では、制御用ペンダント５７０は「デッドマンスイッチ」をさらに有し、これは装置５０が実行するためにユーザによって手動で作動させられなければならない。そのようなスイッチは、いずれかの人間が制御用ペンダント５７０を積極的に使用しないと装置５０が動作しないことを確実化することによって安全の対策を提供する。
【０１０７】
図１７Ａ〜１７Ｈは制御用ペンダント５７０の範例の画面表示のセットを例示している。画面５７２の左側と右側に沿ったボタン５７４の各々の機能は装置５０の動作モードに応じて決まる。画面表示の各々は現在の動作モードに関する関連情報と共にシステムの状態に関する情報を提供する。
【０１０８】
図１７Ａの「ＭＡＩＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示は「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域、「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域、および制御用ペンダント５７０のボタン５７４のいくつか、またはすべての機能に対応するラベル領域を有する。「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は、装置５０が行なっている事項およびユーザが次に行なうことが可能な事項を記述する文章メッセージを含む。「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は装置５０の動作モードを示すボックスを有する。図１７Ａで例示される範例では、装置は「保守管理モード」にある。「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域はまた、限定はされないが固定用システム１１０の真空パッド１１２、空気または真空の圧力、第１の軸方向位置決めシステム１３０、および第２の軸方向位置決めシステム１５０を含めた装置５０の様々な構成要素の状態を示す複数の状態ボックスも含む。「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域はまた、レーザの基本ユニット３００で感知される何らかの過ちがあるかどうかを表示する。或る実施形態では、構成要素の公称上の状態が対応する状態ボックスで緑色で示される。装置５０の準備完了状態は、緑色で現れるシステムの状態ボックスすべてを有することによって例示される。もしもこれらの構成要素のうちの１つの状態が動作パラメータから外れていると、対応する状態ボックスが赤色で示され、システムのインターロックが有効化されて装置５０の動作を阻止する。開始すると、システムのインターロックが有効化され、装置５０の動作の前に解除されなければならない。「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域の文章メッセージは、装置５０を動作パラメータの範囲内に置くためおよびシステムのインターロックを解除するために実行されるべき行動に関する情報を提供する。システムのインターロックすべてを解除すると、「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は装置５０が使用準備完了状態であることを表示するであろう。
【０１０９】
図１７Ｂの「ＳＥＬＥＣＴ  ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示は「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域、「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域、およびボタン５７４のいくつか、またはすべての機能に対応するラベル領域を有する。「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は第１の軸方向位置決めシステム１３０（長軸と称される）および第２の軸方向位置決めシステム１５０（短軸と称される）に沿ったレーザヘッド２００の位置に関する情報を含む。ボタン５７４のうちのいくつかは様々な動作を有効化するように構成される。例えば、４つのボタン５７４は図１７Ｂに例示されるように４つの異なる動作、すなわち円を描く、突き通す、直線切削する、および表面にキー形成する動作を有効化するように構成される。
【０１１０】
図１７Ｃは装置５０の円形の動作に関する情報を与える「ＣＩＲＣＬＥ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を示しており、加工される建造物の表面に円形のパターンを所望の深さに切り込むようにレーザヘッド２００が円形に移動する。或る実施形態では、円形動作は「穿孔による穴明け」のために使用されることが可能であり、それにより、中まで同質の円形の芯が切られ、表面から取り除かれて円形の穴を残す。
【０１１１】
「Ｃｉｒｃｌｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は円形動作の状態に関する情報および対応する命令をユーザに提供する。第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０に沿ったレーザヘッド２００の始動位置が「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域の中で与えられる。「Ｃｉｒｃｌｅ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」領域は、限定はされないが円形パターンの周りでの周回の数、直径、切り込みが実行される時間的期間、円形の周りでのレーザヘッド２００の移動速度、およびレーザの基本ユニット（ＬＢＵ）のプログラム番号を含めた円形パターンの切削に付随する様々なパラメータに関する情報を提供する。或る実施形態ではＬＢＵのプログラム番号は、限定はされないがビームの焦点および強度を含めたレーザヘッド２００の動作パラメータに対応する。
【０１１２】
或る実施形態では、様々なパラメータは画面５７２上のパラメータに触れることによって変えられることが可能であり、そうすると数字のキーパッドが画面５７２上に現れ、それにより、新たな値が入力されることが可能になる。各々のパラメータについて、「ｓｅｔ  ｐｏｉｎｔ」の値は現在メモリにある値であって入力された最後の値に対応する。「ｓｔａｔｕｓ」の値は選択された現在の値に対応する。新たなパラメータ値を保存すると、「ｓｔａｔｕｓ」および「ｓｅｔ  ｐｏｉｎｔ」の値は同じである。「Ａｕｔｏ／Ｄｒｙ  Ｒｕｎ」と標示されたボタン５７４ａを押す操作は、所望の動作を確認するためにレーザビームを作動させずにレーザヘッド２００の円運動を始動させるであろう。「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔａｒｔ」と標示されたボタン５７４ｂを押す操作は、レーザヘッド２００の運動とレーザビームの作動の両方を含めた円形パターンの切削を始動させるであろう。「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔｏｐ」と標示されたボタン５７４ｃを押す操作は、中止された地点から切削および運動を再開する選択肢を伴なって切削および運動を中止もしくは中断させるであろう。「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｒｅｓｅｔ」と標示されたボタン５７４ｄを押す操作は、装置５０を中間状態に置くであろう。切削の完了後に「Ｎｅｘｔ」と標示されたボタン５７４ｅを押す操作は、「ＳＥＬＥＣＴ  ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」へと戻すであろう。
【０１１３】
図１７Ｄは、装置５０の突き抜き動作に関する情報を提供する「ＰＩＥＲＣＥ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を示しており、レーザヘッド２００は加工される建造物の表面に所望の深さの穴を開ける。「Ｐｉｅｒｃｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は突き抜き動作の状態に関する情報および対応する命令をユーザに提供する。第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０に沿ったレーザヘッド２００の始動位置が「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域の中で与えられる。「Ｐｉｅｒｃｅ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」領域は穴明けに付随する様々なパラメータに関する情報を提供する。レーザのパラメータは、限定はされないがレーザのパワー、レーザのスポットサイズ、および穴明けのための時間的期間（これらの各々は建造物に形成される結果の穴の直径を左右することが可能である）、およびＬＢＵのプログラム番号を含む。これらのパラメータは上述のように変えられることが可能である。「Ａｕｔｏ／Ｄｒｙ  Ｒｕｎ」、「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔａｒｔ」、「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔｏｐ」、「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｒｅｓｅｔ」、および「Ｎｅｘｔ」と標示されたボタン５７４は上述されたように動作する。
【０１１４】
図１７Ｅは、装置５０の直線切削動作に関する情報を提供する「ＣＵＴ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を示しており、レーザヘッド２００は加工される建造物の表面で所望の深さに直線切削を行なう。直線切削は装置５０の軸のうちの１つに沿っていることが好ましい。「Ｃｕｔ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は切削動作の状態に関する情報および対応する命令をユーザに提供する。第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０に沿ったレーザヘッド２００の始動位置が「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域の中で与えられる。「Ｃｕｔ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」領域は、限定はされないがレーザヘッド２００の移動速度、行なわれる切削の長さ、およびＬＢＵのプログラム番号を含めた切削に付随する様々なパラメータに関する情報を提供する。これらのパラメータは上述のように変えられることが可能である。「Ｌｏｎｇ  Ａｘｉｓ」および「Ｓｈｏｒｔ  Ａｘｉｓ」と標示されたボタン５７４ｆ、５７４ｇはレーザヘッド２００の移動の軸として第１の軸または第２の軸のそれぞれどちらかを選択するために使用される。「Ａｕｔｏ／Ｄｒｙ  Ｒｕｎ」、「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔａｒｔ」、「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔｏｐ」、「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｒｅｓｅｔ」、および「Ｎｅｘｔ」と標示されたボタン５７４は上述されたように動作する。
【０１１５】
図１７Ｆは、装置５０の表面キー形成動作に関する情報を提供する「ＳＵＲＦＡＣＥ  ＫＥＹＩＮＧ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を示しており、レーザヘッド２００は加工される建造物の表面に欠刻または楔キーを切削する。表面キー形成動作は所望の深さでかつ概して長方形の領域で表面に欠刻または「楔キー」を作製するために表面を横切ってレーザビームを走査させる工程を含む。或る実施形態では、表面キー形成動作は表面の「荒仕上げ」を行なうために使用されることが可能であり、それにより、表面は領域（例えば長方形）を横切るレーザビームとの相互作用によって粗面にされる。
【０１１６】
「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｋｅｙｊｎｇ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は表面キー形成動作の状態に関する情報および対応する命令をユーザに提供する。第１の軸方向位置決めシステム１３０および第２の軸方向位置決めシステム１５０に沿ったレーザヘッド２００の始動位置が「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域の中で与えられる。「Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｋｅｙｉｎｇ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ」領域は、限定はされないがレーザヘッド２００の移動速度、第１の軸および第２の軸に沿って作られるキーの長さ、装置５０が第１の軸および第２の軸に沿った移動の間で増加させるであろうオフセットの長さ、およびＬＢＵのプログラム番号を含めた切削に付随する様々なパラメータに関する情報を提供する。これらのパラメータは上述のように変えられることが可能である。「Ｌｏｎｇ  Ａｘｉｓ」および「Ｓｈｏｒｔ  Ａｘｉｓ」と標示されたボタン５７４ｆ、５７４ｇはレーザヘッド２００の移動の軸として第１の軸または第２の軸のそれぞれどちらかを選択するために使用される。「Ａｕｔｏ／Ｄｒｙ  Ｒｕｎ」、「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔａｒｔ」、「Ｃｙｃｌｅ  Ｓｔｏｐ」、「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｒｅｓｅｔ」、および「Ｎｅｘｔ」と標示されたボタン５７４は上述されたように動作する。
【０１１７】
図１７Ｇは、検出された動作の過ちに関する情報を提供する「ＦＡＵＬＴ  ＳＣＲＥＥＮ」を示している。過ちは、モニタされるシステムのセンサ（例えば流量計、温度センサ、安全スイッチ、非常停止器）が非動作状態を検出すると発生し、装置５０がいずれかの動作モードにあるとき、およびいずれかの画面が表示されているときに生じることが可能である。過ちが生じると、表示されている現在の画面の下端に過ちを表示するスクローリングメッセージが与えられることが好ましい。付け加えると、「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｓｔａｔｕｓ」領域は過ちを取り除くようにユーザに表示するであろう。「ＦＡＵＬＴ  ＳＣＲＥＥＮ」は適切なボタン５７４を押すことによって他の画面のいずれからもアクセスされることが可能である。図１７Ｇに例示されるように、或る実施形態では「ＦＡＵＬＴ  ＳＣＲＥＥＮ」は検出された過ちを、限定はされないが日付けおよび過ちのタイプを含めた関連データを備えた一覧表で表示する。運転のために装置５０を準備するために、検出された過ちがユーザによって取り除かれることが好ましい。検出された過ちを取り除いた後、ユーザは適切なボタン５７４（例えば「Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ  Ａｌｌ」）を押して過ちに肯定応答することが可能である。もしも過ちが取り除かれなければ、ユーザは適切なボタン５７４（例えば「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｒｅｓｅｔ」）を押して過ちが生じたときに表示された画面に戻ることが可能である。再度「Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｒｅｓｅｔ」ボタン５７４を押す操作がユーザを「ＭＡＩＮ  ＳＣＲＥＥＮ」に戻し、そこで装置５０はリセットされることが可能である。
【０１１８】
図１７Ｈは、装置５０に関する情報を提供する「ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を示している。保守管理モードは「ＭＡＩＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示から適切なボタン５７４を押すことによってアクセスされることが可能である。保守管理モードでは、システムのインターロックがバイパスされ、したがって、ユーザは装置５０あるいは装置５０の近くの人間もしくは材料を傷つけることを避けるように特別の配慮を実行することが好ましい。「ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ  ＳＣＲＥＥＮ」は適切な警告をユーザに表示することが可能である。
【０１１９】
保守管理モードは、装置５０の過ちの状態に関係なく、装置５０の様々な構成要素の動作をチェックする機会をユーザに提供する。例えば、保守管理モードで適切なボタン５７４を押すことによって真空システムがオンおよびオフに切り換えられることが可能であり、圧縮空気がソレノイドバルブを介してオンおよびオフに切り換えられることが可能であり、第１の駆動部１３６および第２の駆動部１５４がオンおよびオフに切り換えられることが可能である。付け加えると、第１の軸および第２の軸の初期設定走行スピードは、上述したように画面５７２を押して数字キーパッド表示を出現させることによって変えられることが可能である。
【０１２０】
「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域はまた、限定はされないが固定用システム１１０の真空パッド１１２、空気または真空の圧力、第１の軸方向位置決めシステム１３０、および第２の軸方向位置決めシステム１５０を含めた装置５０の様々な構成要素の状態を示す複数の状態ボックスも含む。「Ｓｙｓｔｅｍ  Ｓｔａｔｕｓ」領域はまた、レーザの基本ユニット３００で感知される何らかの過ちがあるかどうかを表示する。或る実施形態では、構成要素の公称上の状態が対応する状態ボックスで緑色で示される。装置５０の準備完了状態は、緑色で現れるシステムの状態ボックスすべてを有することによって例示される。もしもこれらの構成要素のうちの１つの状態が動作パラメータから外れていると、対応する状態ボックスが赤色で示される。
【０１２１】
「ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ  ＳＣＲＥＥＮ」はまた、レーザヘッド２００を第１の軸および第２の軸に沿って望み通りに移動させる能力も提供する。３つのボタン５７４のセットが第１の軸に沿ってレーザヘッド２００をホームポジション、前方向、または後ろ方向へとそれぞれ移動させるように構成される。同様に、３つのボタン５７４の別のセットが第２の軸に沿ったレーザヘッド２００の同様の移動のために構成される。ボタンのこれらのセットのための標示領域はこれら２つの軸に沿ったレーザヘッド２００の位置に関する情報を含むことが可能である。
（検出器）
或る実施形態では、制御器５００は建造物を加工している間に建造物の中に埋め込まれた材料を検出し、かつ検出信号を制御器５００へと送信するように構成された検出器６００へと連結される。或る実施形態では、制御器５００は適切な制御信号をレーザの基本ユニット３００へ、またはレーザの基本ユニット３００およびレーザ操作システム１００の両方へと送信することによって、埋め込まれた材料を大幅に傷つけることを回避するように構成される。或る実施形態では、検出器６００は加工中に相互作用領域から発射される光を利用して埋め込まれた材料を検出するように構成される。
【０１２２】
埋め込まれた材料を検出するための様々な技術が本願明細書に述べられた実施形態に適合する。加工中に相互作用領域から発射される光のスペクトル分析は相互作用領域内の物質の化学組成に関する情報を提供することが可能である。光の波長および／または強度を分析することによって、加熱された物質の組成およびその温度を判定することが可能である。分光学的情報を使用すると、或る実施形態では埋め込まれた材料の検出は加工中の光スペクトルの変化のモニタリングに依存する。埋め込まれた材料、限定ではないが例を挙げるとコンクリートに埋め込まれた鉄筋（例えばスチール）のような材料の組成の違いでもって、様々な物質に関する融点および沸点のばらつきは埋め込まれた材料にレーザ光が衝突して加熱するときの光の量および／または光の波長に気付くことが可能な変化を作り出すであろう。
【０１２３】
図１８Ａは本願明細書に述べられた実施形態に適合する検出器６００を概略的に例示している。検出器６００は光線平行化レンズ６１０、光ファイバ６２０、および分光器６３０を有する。或る実施形態の分光器６３０は入り口スリット６３１、光学グレーティング６３２、集光レンズ６３３、および光センサ６３４を有する。光線平行化レンズ６１０は相互作用領域から発射される光を受け取り、その光を光ファイバ６２０へと方向付けるように位置決めされる。その後、光ファイバ６２０がその光を分光器６３０に供給し、光は入り口スリット６３１を通って分光器６３０の光学グレーティング６３２へと送られる。光学グレーティング６３２は光を波長のスペクトルへと分離する。選択された波長範囲を有する分離された光はその後、集光レンズ６３３を通じて光センサ６３４上に方向付けられ、それがその波長範囲の光の強度に対応する信号を発生する。
【０１２４】
或る実施形態では、検出器６００の少なくとも一部分はレーザヘッド２００上に装着される。光線平行化レンズ６１０がレーザヘッド２００の一部である実施形態では、相互作用領域から出る光を受け取るように光線平行化レンズ６１０は発射レーザ光の軸の近くに位置決めされることが可能である。そのような実施形態では、光線平行化レンズ６１０はノズル２４４の背後にあって窓２４３のように圧縮空気注入口２４９から入る圧縮空気によって保護されることが可能である。或る実施形態では光線平行化レンズ６１０はレーザビームと同軸であり、その一方で他の実施形態では、光線平行化レンズ６１０は軸から外れて配置される。限定はされないが、範例の光線平行化レンズ６１０はＤｕｎｅｄｉｎ，ＦｌｏｒｉｄａのＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社から入手されるＵＶ−７４を含む。
【０１２５】
或る実施形態では、光ファイバ６２０はレーザヘッド２００から分光器６３０へと送られる光の充分に低い減衰を提供するように選択された材料を含む。光ファイバ６２０のための範例の材料は、限定はされないがシリカおよび石英ガラスを含む。或る実施形態では、光ファイバ６２０は純石英ガラスのコア、ドープされた石英ガラスのクラッド層、およびポリイミドのバッファコーティングを有する。付け加えると、或る実施形態の光ファイバ６２０は外側ジャケット（例えばＴｅｆｌｏｎ（登録商標）、Ｔｅｆｚｅｌ（登録商標）、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、およびそれらの組み合わせ）およびステンレススチールの外殻によって保護される。付け加えると、或る実施形態の光ファイバ６２０は直角を成すファイバ取り付け台を使用してレーザヘッド２００へと接続可能である。他のタイプの光ファイバ６２０と取り付け台の構成が本願明細書に述べられた実施形態に適合する。範例の光ファイバ６２０は、限定はされないがＤｕｎｅｄｉｎ，ＦｌｏｒｉｄａのＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社から入手されるＰ４００−２−ＵＶ／ＶＩＳを含む。
【０１２６】
或る実施形態では、分光器６３０は調節可能な入り口スリット６３１を有する。或る実施形態の入り口スリット６３１は約１ミリメートルの高さ、および約５ミクロンと約２００ミクロンの間の範囲の幅を有する。入り口スリット６３１は分光器６３０に入る光の量を決定する。入り口スリット６３１の幅は光センサ６３４の解像度に影響を与える。例えば、或る実施形態では、約５ミクロンの入り口スリットの幅は約３画素の解像度に相当し、約２００ミクロンの入り口スリットの幅は約２４画素の解像度に相当する。入り口スリット６３１の幅は充分な光の透過ならびに充分な解像度を供給するように選択されることが好都合である。
【０１２７】
或る実施形態の光学グレーティング６３２は入り口スリット６３１から光を受け取り、光の様々な波長成分を光の波長に応じて決まる対応する角度で屈折させる。この方式で、光学グレーティング６３２は光の様々な波長成分を分離する。或る実施形態では、光学グレーティング６３２と入り口スリット６３１から入る光との間の角度が（例えば光学グレーティング６３２を移動させることによって）走査され、それにより、光センサ６３４に到達する波長成分を走査する。光学グレーティング６３２を利用する範例の分光器６３０は、限定はされないがＤｕｎｅｄｉｎ，ＦｌｏｒｉｄａのＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ社から入手されるＵＳＢ２０００（ＶＩＳ／ＵＶ）を含む。
【０１２８】
或る実施形態では、分光器６３０の集光レンズ６３３は光センサ６３４の受光効率を高めるように構成される。或る実施形態では、集光レンズ６３３は光センサ６３４上に固定された円筒状レンズを含む。集光レンズ６３３のそのような実施形態は都合の良いことに大口径の（入り口スリット６３１の幅または光ファイバ６２０のサイズによって制限される）入り口開口および低い光レベルの用途で有用である。付け加えると、或る実施形態では、集光レンズ６３３は光センサ６３４に到達する迷光の量を減らすことによって分光器６３０の効率を高める。入り口スリット６３１、光学グレーティング６３２、および集光レンズ６３３の他の構成を伴なった他の分光器６３０が本願明細書に述べられた実施形態に適合する。
【０１２９】
或る実施形態では、検出システム６００は図１８Ｂで概略的に例示されるように分光器６３０に連結されたコンピュータシステム６４０を有する。コンピュータシステム６４０は結果的に得られる分光データを分析するように構成される。或る実施形態のコンピュータシステム６４０はマイクロプロセッサ６４１、メモリサブシステム６４２、およびディスプレイ６４３を有する。コンピュータシステム６４０にさらに堅牢性を与えるために、マイクロプロセッサ６４１およびメモリサブシステム６４２は、アクセスを容易にするように筐体の１つまたは複数の側板に入力と出力のパワーおよび信号の接続部を備えたＮａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＮＥＭＡ）定格の筐体６４４の中に装着されることが可能である。或る実施形態ではコンピュータシステム６４０は壁コンセントから１１０Ｖで電力供給され、その一方で或る実施形態では、停電の事態に機能を保証するためにコンピュータシステム６３０はバッテリーバックアップ用電源（図示せず）をさらに有する。
【０１３０】
或る実施形態ではマイクロプロセッサ６４１はＰｅｎｔｉｕｍ−２００マイクロプロセッサチップを含み、その一方で他の実施形態では、マイクロプロセッサ６４１はＰｅｎｔｉｕｍ−ＩＩＩ、８５０ＭＨｚのマイクロプロセッサチップを含む。或る実施形態では、メモリサブシステム６４２はハードディスクドライブを含む。他のタイプのマイクロプロセッサ６４１およびメモリサブシステム６４２が本願明細書に述べられた実施形態に適合する。
【０１３１】
或る実施形態では、ディスプレイ６４３は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のタッチスクリーン型ディスプレイを含む。分光学的結果をユーザに表示するために使用されることに加えて、そのようなタッチスクリーン型ディスプレイは様々な動作パラメータを変えるために検出器６００への入力をユーザに提供するために使用されることが可能である。
【０１３２】
分光器６３０は建造物内の様々な埋め込まれた材料に付随する特定の波長をモニタすることが可能である。或る実施形態では、分光器６３０は光の相対的強度をこれらの波長で、またはこれらの波長に近いスペクトル領域でモニタすることが可能である。付け加えると、分光器６３０に到達する光を削減してスペクトル分析性能を向上させるために少なくとも１つの減光フィルタが使用されることが可能である。
【０１３３】
或る実施形態では、分光器６３０は特定の波長の強度およびこの波長の両側での強度をモニタする。或る実施形態の分光器６３０は開けられる穴の増大する深さから結果的に生じる強度の減少もやはりモニタする。図１９はコンクリートをレーザ光で照射して検出される波長の光スペクトルおよび埋め込まれた鉄筋を照射して検出される光スペクトルの範例のグラフを示している。コンクリートからのスペクトルは約５９２ナノメートルの波長に発光ピークを示している。鉄筋からのスペクトルはこの発光ピークを有さず、代わりにほぼ同じ波長に吸収による深い落ち込みを示している。したがって、埋め込まれた鉄筋がレーザ光で切削されているかどうかのリアルタイムの表示を与えるために約５９２ナノメートルの発光スペクトルが使用されることが可能である。例えば、約５８８．５ナノメートル、５９２ナノメートル、および５９３ナノメートルの発光スペクトルをサンプリングし、比（２×Ｉ５９２）／（Ｉ５９３＋Ｉ５８８．５）を計算することによって５９２ナノメートルのスペクトルに谷またはピークのどちらが存在するかを検出器６００が推定する実施形態では、検出器６００は発光スペクトルがコンクリートに対応する落ち込みを有するか、または埋め込まれた鉄筋に対応するピークを有するか判定することが可能である。他の分光学的データが他の実施形態に使用されることが可能である。
【０１３４】
或る実施形態では、検出器６００は上限カットオフ波長（例えば５８２ナノメートル）と下限カットオフ波長（例えば６００ナノメートル）によって規定されるスペクトル領域を検査し、埋め込まれた鉄筋の検出または非検出のスペクトル比Ｒ特性を判定する。図２２は本願明細書に述べられた実施形態によるスペクトル比Ｒを判定するための範例の方法２５００のフローチャートである。方法２５００は穴が深くなるときの相互作用領域からの光の変化に対処していない。
【０１３５】
或る実施形態では、方法２５００はスペクトル領域の中のデータが選択された振幅範囲と比較される操作ブロック２５１０を有する。もしもいずれかのデータがその振幅範囲の外側に外れると、そのスペクトルは埋め込まれた鉄筋の非検出に相当すると見なされる。
【０１３６】
或る実施形態では、方法２５００は谷および２つのピークの存在を判定するようにスペクトル領域のデータを分析する工程をさらに含む。或る実施形態では、この分析はスペクトル領域のデータが谷を含むかどうかを操作ブロック２５２０で判定する工程を含む。もしも谷が存在すると判定されると、操作ブロック２５３０で谷の値Ｖが計算され、そのスペクトル領域のデータが２つのピークを含むかどうかを判定するために操作ブロック２５４０でスペクトル領域が分析される。或る実施形態では、谷の値Ｖは谷のデータの振幅に相当する。或る実施形態では、谷の値Ｖを計算する工程はスペクトル領域の第１の部分でのデータの最小値を判定する工程を含む。或る実施形態では、スペクトル領域の第１の部分は約５８８ナノメートルと約５９４ナノメートルの間の波長範囲に相当する。
【０１３７】
もしもスペクトル領域のデータが２つのピークを含むと判定されると、操作ブロック２５５０でピークの値Ｐが計算され、操作ブロック２５６０で谷の値Ｖをピークの値Ｐで除算することによってスペクトル比Ｒが計算される。或る実施形態では、ピークの値Ｐは２つのピークの値を平均化することによって計算される。もしもスペクトル比Ｒが１以上であれば、そのスペクトルは埋め込まれた鉄筋の検出に相当すると見なされる。
【０１３８】
もしもスペクトル領域のデータが２つのピークを含まないと判定されると、或る実施形態では操作ブロック２５７０で第１の極大値Ｍ１がスペクトル領域の第２の部分のデータから計算され、操作ブロック２５８０で第２の極大値Ｍ２がスペクトル領域の第３の部分から計算される。或る実施形態では、スペクトル領域の第２の部分は約５８２ナノメートルから約５８８ナノメートルの波長範囲に相当し、スペクトル領域の第３の部分は約５９４ナノメートルから約６００ナノメートルの波長範囲に相当する。或る実施形態では、第１の極大値Ｍ１はスペクトル領域の第２の部分の中の最大のデータ振幅に相当し、第２の極大値Ｍ２はスペクトル領域の第３の部分の中の最大のデータ振幅に相当する。或る実施形態では、ピークの値Ｐは操作ブロック２５９０で第１の極大値Ｍ１と第２の極大値Ｍ２を平均化することによって計算される。そのような実施形態では、スペクトル比Ｒは操作ブロック２６００で谷の値Ｖをピークの値Ｐで除算することによって計算される。もしもスペクトル比Ｒが１以上であれば、そのスペクトルは埋め込まれた鉄筋の検出に相当すると見なされる。
【０１３９】
もしもスペクトル領域のデータに谷が存在しないと判定されると、操作ブロック２６１０でピークの値Ｐ’が計算され、操作ブロック２６２０でピークの値Ｐ’が予め決められた閾値Ｔと比較される。スペクトル領域が１つまたは複数のピークを有する或る実施形態では、ピークの値Ｐ’を計算する工程はスペクトル領域内で検出されたいずれかのピークの強度値を平均化する工程を含む。もしもピークの値Ｐ’が閾値Ｔよりも小さい場合、スペクトルは埋め込まれた鉄筋の検出に相当すると見なされる。
【０１４０】
埋め込まれた材料を検出するための代替選択肢の技術は高速シャッタによるモニタリングを使用する。この取り組み方は加工される材料とレーザ光の間の相互作用の個別の変化をモニタするために結合静電容量形放電（Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ（ＣＣＤ））カメラシステムの進歩を利用する。さらに新しいＣＣＤカメラは時間を短縮することが可能なシステムを有し、シャッタは約０．０００１秒で開く。このスピードで、レーザ光と加工される材料の間の相互作用の多くの特徴を見ることが可能である。付け加えると、レーザ光と加工される材料の白熱する相互作用から観察される輝きを削減し、相互作用をさらに良好に画像化するために減光フィルタが使用されることが可能である。
【０１４１】
本願明細書に開示された様々な実施形態の数多くの代替例、改造例、および変形例が当業者に明らかであろうが、それらはすべて本発明の精神および範囲の中にあると予想され、かつ意図される。例えば、特定の実施形態が詳細に述べられてきたけれども、様々なタイプの置き換えおよび／または追加あるいは代替の材料、素子の相対的配列、および寸法の構成を組み入れるために前述の実施形態および変形例が改造され得ることを当業者は理解するであろう。したがって、たとえ本発明のわずかの変形例しか本願明細書に述べられていないとしても、そのような追加的な改造例および変形例および同等例が添付の特許請求項に規定されるような本発明の精神および範囲の中にあることは理解されるべきである。
【０１４２】
添付の特許請求項の中のすべての手段もしくは工程に機能素子を加えたものの相当する構造、材料、作用、および同等例は、特に権利主張されるように他の権利主張される要素との組み合わせで機能を実行するためのいずれの構造、材料、または作用も含むと意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】建造物の表面を加工するための装置の実施形態を例示する概略図である。
【図２】本願明細書に述べられた実施形態に適合するレーザの基本ユニットを例示する概略図である。
【図３Ａ】本願明細書に述べられた実施形態によるレーザヘッドを例示する概略図である。
【図３Ｂ】レーザヘッドの２つの代替選択肢の実施形態を例示する概略図である。
【図３Ｃ】レーザヘッドの２つの代替選択肢の実施形態を例示する概略図である。
【図４】本願明細書に述べられた実施形態による気体格納容器の断面を例示する概略図である。
【図５】レーザヘッドと相互作用領域の間の相対距離を測定するように構成されたセンサを有するレーザヘッドを例示する概略図である。
【図６Ａ】レーザ操作システムが、取り外し可能に建造物へと連結されるように構成された固定用メカニズムおよび固定用メカニズムへと連結され、かつレーザヘッドへと連結される位置決め用メカニズムを有する実施形態を概略的に例示する立面図である。
【図６Ｂ】レーザ操作システムが、取り外し可能に建造物へと連結されるように構成された固定用メカニズムおよび固定用メカニズムへと連結され、かつレーザヘッドへと連結される位置決め用メカニズムを有する実施形態を概略的に例示する反対側の立面図である。
【図７】固定用メカニズムの取り付けインターフェースの実施形態を例示する概略図である。
【図８】固定用メカニズムの取り付けインターフェースと共に位置決め用メカニズムの一実施形態を概略で例示する拡大図である。
【図９】第１の軸の位置決めシステムの実施形態を例示する概略図である。
【図１０】第２の軸の位置決めシステムの実施形態を例示する概略図である。
【図１１Ａ】１つの代替選択肢の構造でインターフェースの実施形態を例示する概略図である。
【図１１Ｂ】１つの代替選択肢の構造でインターフェースの実施形態を例示する概略図である。
【図１２】レーザヘッド受容部の実施形態を例示する概略図である。
【図１３】装置の他の部品に連結された支持構造体の実施形態を例示する概略図である。
【図１４Ａ】装置に連結され、懸架装置を基本とする支持システムの実施形態を例示する概略図である。
【図１４Ｂ】懸架装置を基本とする支持コネクタを有する装置の実施形態を例示する概略図である。
【図１５】制御パネル、マイクロプロセッサ、レーザ発生器のインターフェース、位置決めシステムのインターフェース、センサのインターフェース、およびユーザインターフェースを有する制御器の実施形態を例示する概略図である。
【図１６】画面および複数のボタンを有する制御用ペンダントを例示する概略図である。
【図１７Ａ】制御用付属物の範例の「ＭＡＩＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｂ】制御用付属物の範例の「ＳＥＬＥＣＴ  ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｃ】制御用付属物の範例の「ＣＩＲＣＬＥ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｄ】制御用付属物の範例の「ＰＩＥＲＣＥ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｅ】制御用付属物の範例の「ＣＵＴ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｆ】制御用付属物の範例の「ＳＵＲＦＡＣＥ  ＫＥＹＩＮＧ  ＳＥＴＵＰ／ＯＰＥＲＡＴＩＯＮ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｇ】制御用付属物の範例の「ＦＡＵＬＴ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１７Ｈ】制御用付属物の範例の「ＭＡＩＮＴＥＮＡＮＣＥ  ＳＣＲＥＥＮ」表示を例示する概略図である。
【図１８Ａ】本願明細書に述べられた実施形態に適合する検出器を例示する概略図である。
【図１８Ｂ】結果として得られる分光学的データを分析するように構成されたコンピュータシステムを例示する概略図である。
【図１９】コンクリートをレーザ光で照射して検出される波長の光スペクトルおよび埋め込まれた鉄筋を伴なうコンクリートを照射して検出される光スペクトルを示すグラフである。
【図２０】本願明細書に述べられた実施形態によるレーザヘッドの別の構造を例示する概略図である。
【図２１Ａ】本願明細書に述べられた実施形態による別の固定用メカニズムを例示する概略図である。
【図２１Ｂ】本願明細書に述べられた実施形態による別の固定用メカニズムを例示する概略図である。
【図２１Ｃ】本願明細書に述べられた実施形態による別の固定用メカニズムを例示する概略図である。
【図２１Ｄ】本願明細書に述べられた実施形態による別の固定用メカニズムを例示する概略図である。
【図２２】本願明細書に述べられた実施形態によるスペクトル比を判定するための範例の方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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