(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元表面を処理する（取り除く）ための最適化された範囲の選択的レーザーアブレーションシステム及び方法を提供する。【解決手段】方法は、取り除かれるべき表面の３Ｄ仮想モデルを受信すること、予備的なアブレーション経路を生成すること、及び予備的なアブレーション経路を最適化して適合したアブレーション経路を生成することを含む。該方法は、適合したアブレーション経路に従って表面を取り除くことを含み得る。予備的なアブレーション経路は、表面の二次元投影を横断してレーザーシートを走査させることに基づき得る。その最適化は、予備的なアブレーション経路の１以上のウェイポイントを調整して、表面の外側のアブレーションがほとんど全くない状態で、且つ、表面を取り除くための許容可能な（例えば、少なくとも局所的に最小の）時間で、許容可能なレベルのアブレーションで表面を完全にカバーすることを実現することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元表面のレーザーアブレーション表面処理の方法（２００）であって、
取り除かれるべき表面（１２８）の３Ｄ仮想モデルを受信すること（２０２）、
前記表面（１２８）を横断する予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために一連のウェイポイント（１３４）を生成すること（２０４）であって、前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上のウェイポイント位置（１５６）に関連付けられ、レーザーヘッド位置（１５２）、レーザーシート配向（１５４）、及び走査幅（１５０）を含む、一連のウェイポイント（１３４）を生成すること（２０４）、
各ウェイポイント（１３４）の前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）に基づいて、適合したアブレーション経路（１３８）を生成するために前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化すること（２０６）、並びに
前記適合したアブレーション経路（１３８）に従って前記表面（１２８）を取り除くこと（２０８）を含む、方法。
【請求項２】
前記予備的なアブレーション経路（１３６）が、前記表面（１２８）を横断するラスター経路である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記生成すること（２０４）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）を横断する前記予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために、前記一連のウェイポイント（１３４）を生成することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
各ウェイポイント位置（１５６）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）上の投影位置（１５８）に対応し、前記一連のウェイポイント（１３４）の前記投影位置（１５８）のうちの隣り合うものが、前記表面（１２８）の前記二次元投影（１２６）において、２００ｍｍ未満だけ離間している、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
各ウェイポイント（１３４）に対する前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）を横断する各位置において、所定の許容限界の範囲内にある一定量の洗浄効果を生成するように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）に直交する、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記最適化すること（２０６）が、１以上のウェイポイント（１３４）に対する前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、又は前記走査幅（１５０）のうちの少なくとも１つを制御することによって、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記最適化すること（２０６）が、１以上のウェイポイント（１３４）に対する前記ウェイポイント位置（１５６）を制御することによって、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記最適化すること（２０６）が、全てのウェイポイント（１３４）における一定量の洗浄効果が所定の許容限界の範囲内になるまで実行される、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの１以上における一定量の洗浄効果が、所定の許容限界の外側にあると判定することを更に含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記適合したアブレーション経路（１３８）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、対応する前記ウェイポイント（１３４）の前記ウェイポイント位置（１５６）において、前記表面（１２８）に垂直である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
レーザーアブレーションシステム（１００）であって、
レーザービーム（１１８）を放出するように構成されたレーザー（１０２）、
前記レーザービーム（１１８）をレーザーシート（１２０）として表面（１２８）上に供給するように構成されたレーザー走査ヘッド（１０４）、
前記表面（１２８）と前記レーザーシート（１２０）の相対的な位置を調整するように構成されたレーザー位置決め装置（１０６）、並びに
コントローラ（１１０）を備え、前記コントローラ（１１０）が、
前記表面（１２８）の３Ｄ仮想モデルを受信し、
前記表面（１２８）を横断する前記レーザーシート（１２０）の予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために一連のウェイポイント（１３４）であって、前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上の前記レーザーシート（１２０）のウェイポイント位置（１５６）に関連付けられ、レーザーヘッド位置（１５２）、レーザーシート配向（１５４）、及び走査幅（１５０）を含む、一連のウェイポイント（１３４）を生成し、
各ウェイポイント（１３４）の前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）に基づいて、前記表面（１２８）を横断する前記レーザーシート（１２０）の適合したアブレーション経路（１３８）を生成するために、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化し、
前記適合したアブレーション経路（１３８）に従って前記表面（１２８）に対して前記レーザーシート（１２０）を走査させることによって前記表面（１２８）を取り除く、ようにプログラムされているコントローラ（１１０）である、レーザーアブレーションシステム。
【請求項１３】
前記レーザー位置決め装置（１０６）が、ガントリー又はロボット式位置決め器のうちの少なくとも一方を備える、請求項１２に記載のレーザーアブレーションシステム。
【請求項１４】
前記表面（１２８）が、加工対象物（１２４）の表面であり、前記加工対象物（１２４）が、型、構造、マンドレル、輸送体、又は構造的構成要素である、請求項１２又は１３に記載のレーザーアブレーションシステム。
【請求項１５】
前記表面（１２８）が、金属、セラミック、ポリマー材料、ガラス、複合材料、又は炭素繊維強化ポリマーのうちの１以上から成る、請求項１２から１４のいずれか一項に記載のレーザーアブレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、最適化された範囲（coverage）の選択的レーザーアブレーションシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーアブレーションは、表面の汚染物又は層を除去するために表面にレーザーエネルギーを印加することによって表面を洗浄し又はリフレッシュする方法である。レーザーは、下層の表面材料が損傷を受けない状態で表面の汚染物又は層を選択的に取り除く（ablate：アブレートする）又は除去するように調整される。レーザーアブレーションの効果は、実質的に、表面で吸収されるレーザーエネルギーによるものである。十分な量の汚染物が除去される一方で下層表面が損傷を受けないままであることを保証するために、適正な量のエネルギーが印加されるべきである。
【０００３】
レーザーアブレーションの効果は、レーザー放射照度（レーザー出力の表面密度）、レーザーフルエンス（蓄積されたレーザーエネルギーの表面密度）、レーザー波長、取り除かれるべき材料（表面の汚染物又は層）、表面の材料、及び表面の形状などの、要因によって決定される。特に、大きい表面及びかなりの３Ｄ（三次元）形状を有する表面に対して、表面の基本的なラスター走査は、潜在的に過剰に又は過少に取り除かれ得るエリアを生み出し得る。その原因は、例えば、表面輪郭と矩形のラスター形状との間のミスマッチによるものである（矩形のラスター形状は、例えば、表面の端部を取り除かない又は表面の端部を超えて支持構造体を取り除く）。更にその原因は、表面の特徴によるシャドーイングによるものである（例えば、過少に取り除かれる表面エリアは近傍の突出によって覆い隠されている）。且つ／又は、更にその原因は、レーザーエネルギーの不均一な印加によるものである（例えば、湾曲した表面を横断するレーザービームの非線形な横断時間に基づいて、湾曲した表面を過剰に又は過少に取り除く）。
【０００４】
したがって、従来のレーザーアブレーションは、殊に、取り除かれるべき表面がレーザーシートの幅に対して大きくなるとき、及び、表面がかなりの３Ｄ特徴を含むときに、過剰なアブレーション及び過少なアブレーションを被ることになる。
【発明の概要】
【０００５】
最適化された範囲の選択的レーザーアブレーションシステム及び方法が、三次元表面を処理する（取り除く）ために利用され得る。方法は、取り除かれるべき表面の３Ｄ仮想モデルを受信すること、予備的なアブレーション経路を生成すること、及び適合したアブレーション経路を生成するために予備的なアブレーション経路を最適化することを含む。該方法は、適合したアブレーション経路に従って表面を取り除くことを含み得る。予備的なアブレーション経路は、表面の二次元投影を横断してレーザーシートを走査させることに基づき得る。その最適化は、予備的なアブレーション経路の１以上のウェイポイント（通過点）を調整して、表面の外側のアブレーションがほとんど或いは全くない状態で、且つ、表面を取り除くための許容可能な（例えば、少なくとも局所的に最小の）時間で、許容可能なレベルのアブレーションで表面を完全にカバーすること（coverage）を実現し得る。
【０００６】
レーザーアブレーションシステムは、レーザー、レーザー走査ヘッド、及びレーザー位置決め装置を備える。レーザーアブレーションシステムは、概して、レーザー、レーザー走査ヘッド、及び／又はレーザー位置決め装置を制御するように構成された、コントローラも含む。レーザーは、レーザー走査ヘッドによって供給されるレーザービームをレーザーシートとして、取り除かれるべき表面に放出するように構成されている。レーザー位置決め装置は、レーザーシート及び表面の相対的な位置及び／又は配向を調整するように構成されている。コントローラは、表面の３Ｄ仮想モデルを受信し、予備的なアブレーション経路を生成し、適合したアブレーション経路を生成するために予備的なアブレーション経路を最適化し、適合したアブレーション経路に従って表面を取り除くようにプログラムされている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示による、レーザーアブレーションシステムの概略ブロック図である。
【図２】表面を取り除いている例示的なアブレーションシステムの概略斜視図である。
【図３】予備的なアブレーション経路を示す例示的なレーザーアブレーションシステムの概略側面図である。
【図４】適合したアブレーション経路を示す例示的なレーザーアブレーションシステムの概略側面図である。
【図５】本開示による、レーザーアブレーションの方法の概略図である。
【図６】本開示による、計算デバイスの概略図である。
【図７】航空機の製造及び保守方法のブロック図である。
【図８】航空機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１〜図８は、最適化された範囲の選択的レーザーアブレーションのためのシステム及び方法を示している。概して、図面では、所与の実施形態に含まれる可能性が高い要素は実線で示されているが、任意選択的又は代替的な要素は破線で示されている。しかし、実線で示される要素が本開示の全ての実施形態に必須というわけではなく、本開示の範囲を逸脱しなければ、実線で示される要素が特定の実施形態から省略されることもある。類似の目的又は少なくとも実質的に類似の目的を果たす要素には、図面を通して一貫した番号が付されている。図面の各々における類似の番号及び対応する要素は、図面の各々を参照して、本明細書で詳細に説明されることはないだろう。同様に、図面の各々において全ての要素が符号を付けられ又は示されるわけではないが、それらに関連する参照番号は一貫して使用され得る。図面のうちの１以上を参照して説明される要素、成分、及び／又は特性は、本発明の範囲から逸脱することなく、図面の何れかに含まれ且つ／又は図面の何れかで使用され得る。
【０００９】
図１及び図２で概略的に表されているように、レーザーアブレーションシステム１００は、加工対象物１２４の表面１２８にレーザーシート１２０を印加することによって表面１２８を洗浄又はリフレッシュするように（すなわち、レーザーアブレーションによって表面１２８を取り除くように）構成されている。レーザーアブレーションシステム１００は、レーザー１０２、レーザー走査ヘッド１０４、及びレーザー位置決め装置１０６を含む。レーザーアブレーションシステム１００は、概して、レーザー１０２、レーザー走査ヘッド１０４、及び／又はレーザー位置決め装置１０６を制御するように構成された、コントローラ１１０も含む。
【００１０】
レーザー１０２は、レーザービーム１１８を放出するように構成されている。レーザー走査ヘッド１０４は、レーザービーム１１８を受信し、レーザービーム１１８をレーザーシート１２０として（加工対象物１２４の表面１２８を取り除くために）表面１２８に供給するように構成されている。レーザー走査ヘッド１０４は、レーザーシート１２０の走査幅１５０（図２）を調整及び／又は選択するように構成されている。走査幅１５０は、表面１２８に入射するレーザーシート１２０の幅であり、概して、走査方向１４４に延在する。レーザー位置決め装置１０６は、少なくとも横断方向１４６において、表面１２８に対してレーザーシート１２０の位置を調整するように構成されている。レーザー走査ヘッド１０４とレーザー位置決め装置１０６のうちの一方又は両方が、表面１２８に対してレーザーシート配向１５４（図２）を調整及び／又は選択するように構成されている。レーザーシート配向１５４は、（ウェイポイント位置１５６によって示されている、レーザーシート１２０の中央における）表面１２８上のレーザーシート１２０の入射角度を含み、走査方向１４４に対する走査幅１５０の相対角度（すなわち、走査幅１５０が、走査方向１４４と横断方向１４６の平面内で作る角度）を含む。レーザー走査ヘッド１０４は、表面１２８上のレーザーシート１２０の相対位置を調整及び／又は選択するように構成され得る。
【００１１】
従来のレーザーアブレーションでは、レーザーが、一定の操作パラメータ（例えば、走査幅及びレーザーシート配向）を用いて操作され、取り除かれるべき表面の矩形状領域の全体にわたり走査する。レーザーは、一定の速度で、且つ一定の走査幅を有する各走査線（レーザーシート）を用いて、ラスター方式で走査する。（アブレーションが望ましい）関心対象領域が、非矩形状、不規則、又はかなりの３Ｄ特徴を有するならば、従来のレーザーアブレーションは、あるエリアでは過剰な出力及び／若しくはエネルギーを印加し、且つ／又は、他のエリアでは十分でない出力及び／若しくはエネルギーを印加することとなる。
【００１２】
図１及び図２では、表面１２８が、不規則な特徴及び／又はかなりの３Ｄ特徴の例として、隆起及び／又は溝を有するように示されている。更に又は代替的に、表面１２８は、（図２の実施例で示されているように）非矩形状の輪郭を有し得る。図１の実施例の表面１２８を取り除くために、従来のレーザーアブレーションシステムでは、レーザーが、一定の速度で隆起／溝を横断して（横断方向１４６に）走査し得る。それにより、隆起／溝の端部における壁に沿って過少の出力及びエネルギーが加えられる事態をもたらす。レーザーアブレーションにより過少に取り除かれる壁を完全に整えるために、更なる処理が必要とされ得る。更に、表面の非矩形状の輪郭は、表面の端部を超えてレーザー出力及びエネルギーを印加することをもたらし得る。それは、取り除かれた表面を有する加工対象物のための支持構造体を過剰に取り除く場合がある。領域を過剰に取り除く時間、（過少なアブレーションのために必要とされる）表面の再処理の時間、及び表面を超えて走査する時間は、全て、アブレーション処理の効果を低減させる（表面を取り除くための全時間に不必要な時間を追加する）。
【００１３】
表面１２８は、レーザーアブレーションシステム１００によるレーザーアブレーションによって洗浄又はリフレッシュされるべき加工対象物１２４の表面である。加工対象物１２４は、レーザーアブレーションシステム１００の加工対象物であり、必ずしも形成されているプロセス中の構造体ではない。加工対象物１２４の例は、型、構造（form）、マンドレル、輸送体、構造的構成要素、及びそれらの要素を含む。概して、加工対象物１２４は、金属及び／又はセラミックなどの、硬い且つ／又は弾力性のある材料を含む。表面１２８は、実質的に金属及び／又はセラミックの表面であり得る。加工対象物１２４及び／又は表面１２８は、ポリマー材料、ガラス、及び／又は複合材料を含み得る。例えば、加工対象物１２４は、炭素繊維強化ポリマーを含み得る。表面１２８及び／又は加工対象物１２４は、大きく、例えば、航空機の胴体などの輸送体の全部若しくは一部であり、又は航空機の主翼などの構成要素の全部又は一部を形成するための型であり得る。表面１２８は、５ｍ２（平方メートル）より大きい、１０ｍ２より大きい、２０ｍ２より大きい、且つ／又は２００ｍ２未満の表面積を有し得る。表面１２８は、２ｍ（メートル）より大きい、５ｍより大きい、１０ｍより大きい、且つ／又は１００ｍ未満の長さ（最も長い寸法）を有し得る。
【００１４】
表面１２８は、各々、表面１２８の連続的な表面領域である１以上のエリア１３０を含み得る。レーザーアブレーションシステム１００及び／又はコントローラ１１０は、表面１２８のエリア１３０を取り除くように構成されている。組み合されて、エリア１３０の全ては、必ずしも、表面１２８の全体、又は表面１２８の１以上の面、ファセット、及び／若しくは平面の全体ではない。すなわち、レーザーアブレーションシステム１００は、集合的なエリア１３０によって指定されるような表面１２８の一部分をレーザーで取り除くように構成され得る。エリア１３０の各々は、種々のアブレーションパラメータを用いてレーザーで取り除かれ得る。エリア１３０の外側の表面１２８の領域は、排除された区域又は排除区域として指定され得る。そこでは、アブレーションが生じない。
【００１５】
エリア１３０は、各々、表面１２８の異なる領域である。エリア１３０は互いに連続し、１以上のエリア１３０は他のエリア１３０から分離され、且つ／又は２以上のエリア１３０は部分的に重なっていてもよい。レーザーシート１２０は、エリア１３０の間で実質的に連続的に且つ順番に移動するように、レーザーアブレーションシステム１００によって（例えば、レーザー位置決め装置１０６によって）導かれる。したがって、概して、エリア１３０の全部が走査されるまで、エリア１３０のうちの１つの完了の後に、エリア１３０の別の１つの開始が継続する。
【００１６】
レーザーアブレーションシステム１００は、特に、不規則な表面形状及び／又は表面の突出（すなわち、非平坦な形状及び／又は非矩形状の突出）を受け入れるように構成されている。すなわち、表面１２８、及び／又はエリア１３０のうちの少なくとも１つは、非平坦であり且つ／又は非矩形状の輪郭を有し得る（その輪郭は、それぞれの表面１２８及び／又はエリア１３０の平均的な表面法線と平行な方向における２Ｄ（二次元）投影、例えば、走査方向１４４と横断方向１４６の表面の中への投影である）。したがって、表面１２８は、３Ｄ表面及び／又は３Ｄ特徴を有する表面と称され得る。
【００１７】
本明細書で更に説明されるように、コントローラ１１０は、計算デバイスであり、本明細書で更に説明される方法の１以上を実行するようにプログラムされ得る。コントローラ１１０は、レーザーシート１２０によって表面１２８のカバー計画（coverage planning）を実行するようにプログラムされている。このカバー計画のプロセスは、過剰なアブレーション及び指定されたエリア１３０の外側のアブレーションを緩和及び／又は最小化する一方で、十分なレーザーエネルギー及び出力が表面１２８を効率的に取り除くように使用されることを保証しようとするものである。カバー計画は、予備的なアブレーション経路１３６（一連のウェイポイント１３４、例えば、図３）を生成すること、及び、ウェイポイント１３４の１以上のアブレーションパラメータを調整して、全体のアブレーション経路を横断する許容可能なレーザーアブレーションを実現すること（任意選択的に、ウェイポイント１３４を追加又は消去すること）を含む。アブレーションパラメータの調整は、概して、最適化と称されるが、ある実施形態は、計算による最適化ではなく且つ／又は反復的ではない技法を利用することができる。アブレーションパラメータの調整は、表面１２８及び／又はエリア１３０の３Ｄ仮想モデルに基づき、適合したアブレーション経路１３８（予備的なアブレーション経路１３６に対して調整された一連のウェイポイント１３４、例えば、図４）をもたらす。コントローラ１１０は、表面１２８（及び／又はエリア１３０）の３Ｄ仮想モデルを受信し、表面１２８を横断するレーザーシート１２０の予備的なアブレーション経路１３６を生成し、適合したアブレーション経路１３８を生成するために予備的なアブレーション経路１３６を最適化（調整）し、且つ／又は適合したアブレーション経路１３８に従ってレーザーシート１２０を用いて表面１２８を取り除く、ようにプログラムされている。
【００１８】
表面１２８（及び／又はエリア１３０）の３Ｄ仮想モデルは、表面１２８及び／又は加工対象物１２４を描写する表面、境界、及び／又はポイントの電子描写であり得る。例えば、３Ｄ仮想モデルは、CAD（コンピュータ援用設計）モデル、境界表現、及び／又は表面のテセレーションであり得る。３Ｄ仮想モデルは、指定される、製造される、且つ／又は使用される、表面１２８及び／又は加工対象物１２４のモデル（すなわち、意図された設計に基づくモデルであるよりもむしろ、実際の表面１２８及び／又は加工対象物１２４に基づくモデル）であり得る。
【００１９】
３Ｄ仮想モデルは、１以上のエリア１３０を示し且つ／又は指定し得る。３Ｄ仮想モデルは、全体の表面１２８に対するアブレーションの目標量と関連付けられ得る。更に又は代替的に、エリア１３０は、アブレーションの目標量と関連付けられ得る。各エリア１３０は、同じ目標を有し得る。個別のエリア１３０又はエリア１３０の群は、異なる目標を有し得る。
【００２０】
３Ｄ仮想モデルは、表面１２８の画像（又は表面１２８の他の寸法）に基づき得る。表面１２８の画像（又は他の寸法）は、表面１２８上で実際存在するような、表面１２８の形状及び／又は構造についての情報を提供し得る。設計データに基づく３Ｄ仮想モデルは、製造又は使用の後で、表面１２８の現在の形状及び／又は構造を反映していない場合がある。
【００２１】
３Ｄ仮想モデルは、表面１２８に対するレーザー走査ヘッド１０４の位置及び／又は配向を決定することを容易にし得る。例えば、３Ｄ仮想モデルは、レーザーシート配向１５４、走査間隔１４８、及び／又は本明細書で更に説明される他の制御可能なパラメータ、を規定及び／又は維持するために使用される。
【００２２】
コントローラ１１０は、任意選択的にレーザーアブレーションシステム１００のオペレータからの（直接的又は間接的な）リクエストに基づいて、仮想加工対象物のデータベース又は３Ｄ仮想モデルの他の保存場所から３Ｄ仮想モデルを受信し得る。コントローラ１１０は、レーザーアブレーションシステム１００に配置された加工対象物１２４の検出の際に３Ｄ仮想モデル（例えば、取り除かれるべく位置決めされた加工対象物１２４を示す画像）を受信し得る。
【００２３】
コントローラ１１０は、予備的なアブレーション経路１３６を生成するようにプログラムされている。予備的なアブレーション経路１３６は、表面１２８の基本的若しくは単純な描写及び／又は表面１２８の適切なアブレーションのための要件に基づくアブレーション経路である。予備的なアブレーション経路１３６は、標準的にサイズ決定され且つ形作られた加工対象物に基づき、且つ／又は３Ｄ仮想モデルに基づき得る。
【００２４】
図３で示されているように、予備的なアブレーション経路１３６は、表面１２８を取り除くためにそこを通ってレーザーシート１２０が移動し得るところの一連のウェイポイント１３４である。各ウェイポイント１３４は、ウェイポイント位置１５６、走査幅１５０、レーザーヘッド位置１５２、レーザーシート配向１５４、及び走査間隔１４８などの、調整可能且つ／又は選択可能なアブレーションパラメータによって特徴付けられる。
【００２５】
予備的なアブレーション経路１３６は、表面１２８の２Ｄ投影１２６をカバーし得る横断方向１４６におけるウェイポイント１３４の間の一連の走査であり得る。２Ｄ投影１２６は、表面１２８の平均表面法線（又は名目上の表面法線）と平行な方向における表面１２８の投影、例えば、走査方向１４４と横断方向１４６の平面の中への投影である。図３及び図４では、走査方向１４４が、紙面と直交し得るために示されていない。２Ｄ投影１２６は平坦であるため、レーザーシート１２０による２Ｄ投影１２６の均一なカバーは、（３Ｄ特徴を有する）表面１２８を均一にカバーすることができないだろう。
【００２６】
予備的なアブレーション経路１３６は、１以上のパラメータの種類に対する均一な、デフォルトの、最小な、及び／又は最大の値を有する、ウェイポイント１３４から生成され得る。例えば、予備的なアブレーション経路１３６のウェイポイント１３４は、２Ｄ投影１２６に沿って均一に分布し得る（すなわち、投影位置１５８が、均一に分布している）。他の実施例として、予備的なアブレーション経路１３６のウェイポイント１３４は、均一な走査幅１５０（例えば、最大の走査幅、最小の走査幅、又は名目上の走査幅）を有し得る。予備的なアブレーション経路１３６のウェイポイント１３４は、全てが２Ｄ投影１２６に対して垂直な（直交する）レーザーシート配向１５４を有し得る。均一な値は、それとは異なるように特定されていなければ、１０％未満の変動係数を有し得る。
【００２７】
ウェイポイント１３４は、表面１２８及び／又は２Ｄ投影１２６を適切にカバーするために、表面１２８及び／又は２Ｄ投影１２６を横断して密に間隔を空けられ得る。更に又は代替的に、多数のウェイポイント１３４は、アブレーション経路（予備的なアブレーション経路１３６及び／又は適合したアブレーション経路１３８）のより微細な制御を可能にし得る。ウェイポイントのうちの隣り合うもの（すなわち、一連のウェイポイント１３４のうちの次のもの及び前のもの）のウェイポイント位置１５６及び／又は投影位置１５８は、それぞれの表面１２８及び／又は２Ｄ投影１２６上で、２００ｍｍ未満、１００ｍｍ未満、又は５０ｍｍ未満だけ離間し得る。
【００２８】
ウェイポイント位置１５６及び投影位置１５８は、それぞれの表面１２８及び２Ｄ投影１２６上の、レーザーシート１２０の断面中央の位置である。ウェイポイント位置１５６は、表面１２８上のレーザーシート１２０の断面中央の３Ｄ位置（すなわち、直交座標）によって特徴付けられ、且つ／又は表面１２８上のレーザーシート１２０の断面中央の相対的な２Ｄ表面座標によって特徴付けられ得る。投影位置１５８は、表面１２８の２Ｄ投影１２６内のレーザーシート１２０の断面中央の３Ｄ位置（すなわち、直交座標）によって特徴付けられ、且つ／又は２Ｄ投影１２６内のレーザーシート１２０の断面中央の相対的な２Ｄ表面の座標（すなわち、２Ｄ投影１２６の平面内の２Ｄ位置）によって特徴付けられ得る。更に又は代替的に、ウェイポイント位置１５６及び投影位置１５８は、ウェイポイント位置１５６及び投影位置１５８に影響を与える１以上の構成要素、すなわち、レーザー位置決め装置１０６、レーザー走査ヘッド１０４、及び／又はそれらの位置決め構成要素の、局所的な座標によって特徴付けられ得る。例えば、特定のウェイポイント位置１５６は、レーザー位置決め装置１０６の特定のモータ及び／又はステージの位置に対応し得る。
【００２９】
レーザーシート配向１５４は、ウェイポイント位置１５６における表面１２８に対する（又は、ある実施形態では、予備的なアブレーション経路１３６のウェイポイント１３４に対する投影位置１５８における２Ｄ投影１２６に対する）レーザーシート１２０の断面中央の角度配向を含む。レーザーシート配向１５４は、走査方向１４４に対するレーザーシート１２０の走査幅１５０の角度配向（すなわち、走査方向１４４と横断方向１４６の平面内で走査幅１５０が作る角度）も含む。レーザーシート配向１５４は、ロール、ピッチ、及びヨーなどの、表面１２８（又は２Ｄ投影１２６）に対するレーザーシート１２０の角度位置によって特徴付けられ得る。レーザーシート配向１５４は、少なくとも部分的にレーザー走査ヘッド１０４及び／又はレーザー位置決め装置１０６によって制御され得る。例えば、ある実施形態では、レーザー走査ヘッド１０４が、レーザー走査ヘッド１０４に対して固定された、すなわち、静的な配向でレーザーシート１２０を放出し得る。そのような実施形態では、レーザー位置決め装置１０６が、レーザーシート配向１５４を完全に制御することができる。別の実施例では、レーザー走査ヘッド１０４が、制限された範囲のチルト角にわたり、レーザー走査ヘッド１０４に対してレーザーシート１２０を傾けることができる。そのような実施形態では、レーザー位置決め装置１０６が、全体的な配向（global orientation）を制御することができ、レーザー走査ヘッド１０４が、全体的な配向に対して局所的な配向を制御し得る。したがって、レーザーシート配向１５４は、レーザー走査ヘッド１０４とレーザー位置決め装置１０６の両方の局所的な配向（例えば、ロール、ピッチ、及び／又はヨー）によって特徴付けられ得る。更に又は代替的に、レーザーシート配向１５４は、レーザーシート配向１５４に影響を与える１以上の構成要素の局所的な座標によって特徴付けられ得る。例えば、特定のレーザーシート配向１５４は、レーザー位置決め装置１０６及び／又はレーザー走査ヘッド１０４の特定のモータ及び／又はステージの位置に対応し得る。
【００３０】
レーザーヘッド位置１５２は、概して、ウェイポイント位置１５６及び／又は投影位置１５８に対応するが、レーザーシート１２０ではなくレーザー走査ヘッド１０４の３Ｄ位置である。レーザーシート１２０は、レーザー走査ヘッド１０４から放出され、レーザー走査ヘッド１０４によって走査方向１４４及び／又は横断方向１４６に位置決めされ得る。すなわち、ウェイポイント位置１５６及び／又は投影位置１５８の局所的な位置は、（概して、制限された範囲内で）レーザー走査ヘッド１０４によって制御され得る。レーザーヘッド位置１５２は、レーザー位置決め装置１０６によって制御され、（その範囲内で、レーザー走査ヘッド１０４が、ウェイポイント位置１５６の局所的な位置を決定し得るところの）ウェイポイント位置１５６の全体的な位置を決定する。レーザーヘッド位置１５２は、レーザーアブレーションシステム１００の全体的な座標に対するレーザー走査ヘッド１０４の基準位置によって特徴付けられ得る。更に又は代替的に、レーザーヘッド位置１５２は、レーザー位置決め装置１０６及び／又はその構成要素の局所的な座標によって特徴付けられ得る。例えば、特定のレーザーヘッド位置１５２は、レーザー位置決め装置１０６の特定のモータ及び／又はステージの位置に対応し得る。
【００３１】
走査間隔１４８は、（レーザーシート１２０が放出される）レーザー走査ヘッド１０４と、表面１２８（又は、ある実施形態では、予備的なアブレーション経路１３６のウェイポイント１３４に対する２Ｄ投影１２６）と、の間の距離である。走査間隔１４８は、ウェイポイント位置１５６（又は投影位置１５８）と、レーザー走査ヘッド１０４からレーザーシート１２０が現れる際のレーザーシート１２０の断面中央と、の間の距離によって特徴付けられる。走査間隔１４８は、レーザーヘッド位置１５２及び／又はレーザーヘッド位置１５２を特徴付けた基本的な座標によって特徴付けられ得る。
【００３２】
走査間隔１４８は、レーザー走査ヘッド１０４と表面１２８との間の何もない空間を特定及び／又は規定し得る。更に又は代替的に、走査間隔１４８は、アブレーション効率に関連し得る。ある実施形態では、レーザーシート１２０が、そこでレーザーエネルギー及び出力が最も集中し得るところの焦点距離を有する。焦点距離に表面１２８を配置すること（すなわち、焦点距離と実質的に等しい走査間隔１４８を作ること）は、（所与のレーザーシート配向１５４に対して）最も大きい量のエネルギー及び出力をレーザーシート１２０から引き出すことができる。
【００３３】
アブレーション効果とも称される、洗浄の効果は、表面１２８の特定の位置におけるアブレーションの速度、すなわち、単位時間当たりに達成されるアブレーションの量である。したがって、洗浄の効果は、アブレーションの量とアブレーションの速度を包含する。概して、特定の位置における洗浄の効果は、レーザーエネルギー、レーザー出力、レーザーフルエンス（レーザーエネルギーの表面密度）、レーザー放射照度（レーザー出力の表面密度）、及び表面１２８の特定の位置におけるレーザーシート１２０の滞留時間によって影響を受ける（したがって、それらを含むものであると列挙され得る）。平均出力、繰り返し率、パルス幅、ピーク出力、波長などの、レーザーパラメータが、アブレーション効率に影響を与える。走査間隔１４８を変更することは、表面１２８上に多かれ少なかれレーザーエネルギー及び／又は出力を集中させることによって、したがって、レーザーフルエンス及び／又はレーザー放射照度を変更することによって、アブレーション効率に影響を与え得る。走査幅１５０を変更することは、（例えば、一定の速度でレーザービーム１１８を走査させることによって、如何にしてレーザーシート１２０が生成されるかに応じて）レーザーシート１２０によって衝突されるエリア、レーザーシート１２０内のエネルギー、及び／又はレーザーシート１２０内の出力を変更することによって、アブレーション効率に影響を与え得る。したがって、走査幅１５０を変更することは、レーザーエネルギー、レーザー出力、レーザーフルエンス、及び／又はレーザー放射照度を変更し得る。レーザーヘッド位置１５２及び／又はウェイポイント位置１５６の間の距離を変更することは、レーザーシート１２０の滞留時間を変更すること、したがって、レーザーエネルギー、レーザー出力、レーザーフルエンス、及び／又はレーザー放射照度を変更することによって、アブレーション効率に影響を与え得る。レーザーシート配向１５４、特に、レーザーシート１２０の入射角度を変更することは、レーザーシート１２０によって衝突される表面エリア、したがって、レーザーフルエンス及び／又はレーザー放射照度に影響を与え得る。
【００３４】
コントローラ１１０は、予備的なアブレーション経路１３６を最適化（調整）し、予備的なアブレーション経路１３６が提供し得るよりも効率的な表面１２８のアブレーションを実現するようにプログラムされている。この最適化は、（表面１２８の単純なモデル及び／又はアブレーションの制約に基づく）予備的なアブレーション経路１３６を、（例えば、３Ｄの幾何学的形状、非矩形状の表面の輪郭、異なるエリア１３０内の目標アブレーションにおける変動、及び／又は取り除かれるべきではない表面１２８の区域、を包含する）実際の表面１２８及びアブレーションの制約に適合させる。最適化は、予備的なアブレーション経路１３６が許容可能（例えば、十分に効率的）であるか否かを特定することを含み得る。予備的なアブレーション経路１３６が許容可能ではないと仮定すれば、コントローラ１１０は、図４で概略的に表されているように、（予備的なアブレーション経路１３６のウェイポイント１３４を最適化して、許容可能な解決法を実現することに基づいて）適合したアブレーション経路１３８を生成し得る。
【００３５】
概して、最適化は、各ウェイポイント１３４に対する、走査間隔１４８、走査幅１５０、レーザーヘッド位置１５２、レーザーシート配向１５４、及び／又はウェイポイント位置１５６を修正し得る。最適化の目標は、概して、エリア１３０を横断するアブレーションの許容可能なレベルで、エリアの外側１３０でほとんど又は全くアブレーションがなく、且つカバーされたエリア１３０を取り除くための許容可能な（例えば、少なくとも局所的に最小の）時間で、指定されたエリア１３０（例えば、全体の表面１２８）の完全なカバーを実現することである。
【００３６】
完全なカバーは、（エリア１３０のうちの１以上に対して異なり得る）目標範囲内で、レーザーエネルギー、レーザー出力、レーザーフルエンス（レーザーエネルギーの表面密度）、及び／又はレーザー放射照度（レーザー出力の表面密度）を受ける、エリア１３０のうちの一部分によって特徴付けられ得る。（すなわち、表面１２８の領域が、任意のレーザーエネルギーを受ける）カバーの幾何学的な態様は、ウェイポイント位置１５６、レーザーヘッド位置１５２、及び／又は走査幅１５０によって影響を受け、概して、より低い程度においてレーザーシート配向１５４及び／又は走査間隔１４８によって影響を受け得る。カバーのアブレーション効率の態様（すなわち、十分なレーザーエネルギーを受けることなど）は、レーザーシート配向１５４（特に、入射角度）及び／又は走査間隔１４８によって影響を受け、より低い程度において走査幅１５０によって影響を受け得る（より狭い又はより広い走査幅１５０は、レーザーエネルギー及び／又は出力の密度に影響を与え得る）。
【００３７】
アブレーションの外側のエリア１３０は、エリア１３０の外側で取り除かれた全（及び／又は全相対的な）表面エリアによって特徴付けられ得る。全相対的な表面エリアは、エリア１３０のうちの表面エリアの全てに対するものであり得る。アブレーションの外側のエリア１３０は、エリア１３０の外側の領域に供給されるエネルギー及び／又は出力の全ての量によって特徴付けられ得る。エネルギー及び／又は出力の全ての量は、（位置によって変動し得る）所与の閾値よりも大きい各ポイントでの量として評価され得る。例えば、最適化は、表面１２８の部分ではない他の位置に対して、表面１２８の排除区域（エリア１３０の部分ではない区域）内で低い閾値を有することによって、排除区域内でのアブレーションに対してより敏感になり得る。アブレーションの外側のエリア１３０は、ウェイポイント位置１５６、レーザーシート配向１５４、レーザーヘッド位置１５２、走査幅１５０、及び／又は走査間隔１４８によって影響を受け得る。
【００３８】
カバーされたエリア１３０を取り除くための許容可能な時間は、表面１２８（エリア１３０の全て）を処理するための全時間、予備的なアブレーション経路１３６に対する適合したアブレーション経路１３８の差分時間又は相対的な処理時間によって特徴付けられ得る。カバーされたエリア１３０を取り除くための許容可能な時間は、レーザーアブレーションシステム１００の全てのアクチュエータ（又は、レーザー位置決め装置１０６及びレーザー走査ヘッド１０４などの、その１以上の構成要素）の全ての動きによって特徴付けられ得る。全ての動きは、使用される全電流によって評価され得る。カバーされたエリア１３０を取り除くための許容可能な時間は、ウェイポイント位置１５６、レーザーシート配向１５４、レーザーヘッド位置１５２、走査幅１５０、及び／又は走査間隔１４８によって影響を受け得る。
【００３９】
最適化は、勾配降下、確率的最適化、逐次二次計画などの、様々な非線形最適化アルゴリズムのうちの何れかを使用して実行され得る。最適化問題は、以下の形態を採り得る。すなわち、
2019111580.tif 000002
ここで、ｑ→は、Ｎ個のウェイポイントを有するアブレーション経路であり、ｑ→（ｎ）は、ｑ→のうちのｎ番目のウェイポイントを指し、ｈ（ｑ→（ｎ））は、特定のウェイポイントの費用（例えば、そのウェイポイントで消費された時間）を返すウェイポイントの費用関数であり、ｇ（ｑ→）は、全体としての完全な経路の費用（例えば、許容可能なレベルのアブレーションを用いた、指定されたエリア１３０のカバーの測定値）を返す経路費用関数である。最適化は、最小化問題又は最大化問題として実施され得る。ウェイポイント及び費用経路関数は、所望の最適化目標を達成し得る測定値、閾値、及び／又は目標値のうちの何れかを包含し得る。
【００４０】
ウェイポイント１３４の最適化は、アブレーション経路を再計画することとして言及され、非反復式及び／又は非最適化技術（すなわち、計算上の最適化ではない技術）を含み得る。例えば、コントローラ１１０は、印加されたエネルギーが許容範囲を超え得る（すなわち、許容範囲よりも大きい又は小さい）ウェイポイント１３４を特定するようにプログラムされ得る。許容不可能なエネルギーを有する予備的なアブレーション経路１３６内のそれらのウェイポイント１３４に対して、コントローラ１１０は、レーザーシート配向１５４、走査間隔１４８、及び／又は走査幅１５０を調整して、目標エネルギーを実現するように構成され得る。
【００４１】
最適化プロセス中に、調整されているパラメータの各々は、有効範囲に限定され得る。例えば、走査幅１５０は、レーザー走査ヘッド１０４の物理的な限界に相当する最大値及び最小値を有し得る。
【００４２】
コントローラ１１０は、適合したアブレーション経路１３８の一連のウェイポイント１３４のパラメータを連続的に適用することによって、レーザー走査ヘッド１０４に表面１２８を横断してレーザーシート１２０を移動させるようにプログラムされ得る。すなわち、レーザー１０２、レーザー走査ヘッド１０４、及びレーザー位置決め装置１０６は、適合したアブレーション経路１３８の各ウェイポイント１３４に対する走査間隔１４８、走査幅１５０、レーザーヘッド位置１５２、レーザーシート配向１５４、及びウェイポイント位置１５６を実現するように操作される。ウェイポイント１３４の間で、ウェイポイントのパラメータは、（各々個別に）連続的に又は非連続的に変更され得る。例えば、第１のウェイポイント１３４の第１の走査幅１５０は、レーザー位置決め装置１０６が、第１のウェイポイント１３４から第２のウェイポイント１３４へ、ウェイポイント位置１５６を移動する間に維持され得る。第２のウェイポイント１３４の第２のウェイポイント位置１５６を実現した後で、走査幅１５０は、第２の走査幅１５０に設定され得る。
【００４３】
コントローラ１１０は、走査間隔１４８が表面１２８のエリア１３０からレーザー走査ヘッド１０４を離間させた状態で、レーザー走査ヘッド１０４に表面１２８を横断してレーザーシート１２０を移動させるようにプログラムされ得る。レーザー走査ヘッド１０４と表面１２８との間の走査間隔１４８は、レーザー走査ヘッド１０４と表面１２８との間に隙間を提供し且つ／又はそれらの接触を避け得る。走査間隔１４８は、レーザーシート１２０又はレーザーシート１２０を生成する（１以上の）レーザービームの焦点にあり得る。
【００４４】
表面１２８からレーザー走査ヘッド１０４を離間させている、走査間隔１４８は、ウェイポイント１３４の群（任意選択的には全て）に対して実質的に一定であり得る。２以上のウェイポイント１３４に対する実質的に一定の（又は均一な）走査間隔１４８は、それらのウェイポイント１３４における実質的に一定の（又は均一な）レーザーシートのスポットエリアを規定し得る。ウェイポイント１３４の各々に対して、走査間隔１４８は、実質的に一定（又は均一）であり得るが、ウェイポイント１３４うちの異なるものは、異なる走査間隔１４８の値で走査されてもよい。走査間隔１４８（及び、したがって、レーザービームのスポットエリア）は、ウェイポイント１３４のうちの各１つに対して独立して最適化され得る。
【００４５】
コントローラ１１０は、１以上のウェイポイント１３４において表面１２８に実質的に垂直な（すなわち、それぞれのウェイポイント位置１５６において表面１２８に垂直な）入射角度で、レーザー走査ヘッド１０４に表面１２８を横断してレーザーシート１２０を移動させるようにプログラムされ得る。直交する（垂直の）入射角度でレーザーシートを印加することは、表面１２８の（１以上の）選択された位置において効果的なアブレーションを提供し得る。レーザーシート１２０が、（それぞれのウェイポイント位置１５６において）表面１２８に対して垂直に方向付けられたときに、レーザーシート１２０は、より高い（又は最大の）目標放射照度を有し得る。レーザーシート１２０が、垂直な（直交する）方向とは大幅に異なる角度で表面１２８に衝突するならば、レーザーシート１２０のビームエリアは、歪み、より大きくなり得る（したがって、フルエンス及び放射照度、及び、したがって、アブレーション効率を低減させる）。本明細書で使用される際に、垂直な入射角度は、（約９０度において、例えば、８０度から９０度までの範囲（８０度及び９０度を含む）内で）表面１２８と近似的に直交する。
【００４６】
レーザー１０２は、表面１２８を取り除くように構成された波長、エネルギー、及び／又は出力を有するレーザービーム１１８を提供するように構成されている。例えば、レーザー１０２は、UV（紫外線）、可視光線、NIR（近赤外線）、及び／又はIR（赤外線）の光を放出し得る。レーザー１０２の例は、ガスレーザー、固体レーザー、ファイバーレーザー、二酸化炭素レーザー、及びネオジムガラスレーザーを含む。レーザー１０２は、連続的に又は一時的に調節された出力を有し得る。例えば、レーザー１０２は、連続波レーザー（CWレーザー）、（例えば、モードロックされた、キャビティダンプされた、Ｑスイッチされた、などの）パルスレーザーであり、且つ／又は、レーザーシート１２０内で経時的構造を課すために、ゲート、シャッター、チョッパー、電気光学セル、音響光学セルなどを含み得る。
【００４７】
レーザー１０２は、パルスの形態を採り得る経時的構造を有するレーザービーム１１８を放出し得る。パルスレーザー、モードロックレーザー、及びＱスイッチレーザーは、本来的にパルスレーザービームを放出する。パルスレーザービームは、平均出力よりもかなり高いピーク出力を有し得る。パルスレーザービームのピーク出力は、レーザービームのデューティーサイクル（レーザー反復期間に対するレーザーパルス幅）に逆相関する。本明細書で使用されるように、パルスレーザー出力に対して、レーザーパルス幅は、最大の半分の強度におけるパルスの完全な幅である。パルスレーザービームは、０．００１未満のデューティーサイクルを有し、したがって、平均出力の１，０００倍大きいピーク出力を有し得る。高いピーク出力は、高い放射照度、並びに、したがって、高い洗浄効果及び／又は短いレーザーアブレーション時間をもたらし得る。
【００４８】
レーザー１０２は、レーザー走査ヘッド１０４にレーザービーム１１８を供給するように構成されている。例えば、レーザー１０２は、光ファイバー又は自由空間光学経路のうちの少なくとも一方を介して、レーザー走査ヘッド１０４と光学的に結合され得る。光ファイバー又は自由空間光学経路は、レーザー１０２に対するレーザー走査ヘッド１０４の動きを可能にし得る。更に又は代替的に、光ファイバー又は自由空間光学経路は、レーザー走査ヘッド１０４、レーザー位置決め装置１０６、及び／又は加工対象物１２４から、遠隔にレーザー１０２が配置され得ることを可能にする。レーザー１０２及び／又は加工対象物１２４は、大きい物体であり得る。レーザー１０２は、概して、高出力のレーザーであり、専用の電気接続及び／又は冷却装置を使用し得る。遠隔の位置は、加工対象物１２４、レーザー位置決め装置１０６、レーザー走査ヘッド１０４、及び／又はレーザー１０２へのアクセスを容易にし得る。遠隔の位置は、レーザー１０２（例えば、冷却水及び／又は電気接続）に対する実用的なアクセスを容易にし得る。
【００４９】
レーザー１０２は、レーザー位置決め装置１０６に対して機械的に連結及び／又は支持され得る。連結及び／又は支持されることは、レーザーアブレーションシステム１００のコンパクトな設計を容易にし得る。更に又は代替的に、連結及び／又は支持されることは、レーザー１０２からレーザー位置決め装置１０６によって位置決めされ得るレーザー走査ヘッド１０４への、レーザービーム１１８の光学的な経路指定を容易にし得る。
【００５０】
レーザー走査ヘッド１０４は、レーザー１０２から放出されたレーザービーム１１８を受信して、レーザービーム１１８をレーザーシート１２０の中へそして加工対象物１２４の表面１２８上へ導くように構成されている。レーザー走査ヘッド１０４は、選択可能な走査幅１５０を有するレーザーシート１２０を生成するように構成されている。レーザー走査ヘッド１０４は、レーザービーム１１８を導きレーザーシート１２０を生成するための、光学素子（例えば、反射、屈折、及び／又は回折光学素子）を含み得る。ある実施形態では、レーザーシート１２０が、例えば、反照検流計及び／又は多面鏡などのレーザー走査装置を用いて、レーザービーム１１８を一直線に走査させることによって生成され得る。多面鏡は、比較的一定な走査幅１５０にわたり一貫した走査速度を生成するように使用され得る。反照検流計は、走査幅１５０に沿った異なる位置を独立してアドレスするために、且つ／又は、ウェイポイント１３４の各々に対して異なる走査幅１５０を選択するために使用され得る。
【００５１】
レーザービーム１１８が走査幅１５０に沿って走査する実施形態では、走査速度が、概して、横断速度（レーザーシート１２０が表面１２８をスイープする速度）よりもかなり速い。レーザーシート１２０は、１０走査／秒より大きい、５０走査／秒より大きい、又は２００走査／秒より大きい繰り返し速度で、走査幅１５０を走査するレーザービーム１１８によって生成され得る。更に又は代替的に、レーザービーム１１８は、少なくとも１ｍ／ｓ（秒当たりのメートル）、少なくとも５ｍ／ｓ、又は少なくとも２０ｍ／ｓの表面速度で、表面１２８を横断して走査し得る。
【００５２】
レーザー走査ヘッド１０４は、通常、レーザーシート１２０を光学的に生成するように構成されている。何故ならば、概して、光学的な技術は機械的な技術よりもかなり速いからである。光学的な走査に加えて又は代えて、レーザー走査ヘッド１０４は、レーザー１０２からレーザーシート１２０を生成する広い連続的なビームへ、レーザービーム１１８を回折し又はさもなければ散乱させ得る。更に、レーザー走査ヘッド１０４は、レーザー１０２から走査線に分布した複数のビームレットの中へレーザービーム１１８を分割して、レーザーシート１２０を生成し得る。
【００５３】
レーザーシート１２０は、走査幅１５０である幅とかなり狭い広がり（breadth）とを有するシートプロファイル（断面）を有する（例えば、幅が１００ｍｍ（ミリメートル）であり、広がりが１０μｍ（ミクロン）である）。通常の態様のレーザーシートの広がりに対する幅の比率は、少なくとも１００又は少なくとも１，０００である。レーザーシート１２０の幅は、概して、走査方向１４４に整列している。レーザーシート１２０が表面１２８に衝突する際に、レーザーシート１２０の中央は、表面１２８上のレーザーシート１２０の関連位置（例えば、ウェイポイント位置１５６）である。
【００５４】
レーザービーム１１８の走査は、概して、走査方向１４４に沿っている。しかし、レーザーシート１２０及び（レーザーシート１２０が表面１２８に衝突する）走査線は、必ずしも平坦及び／又は直線的ではない。例えば、走査線は、円弧状、湾曲、及び／又は平坦な表面上に形成された区分けされた線であり得る。
【００５５】
レーザー位置決め装置１０６は、表面１２８と（レーザーシート１２０を表面１２８に供給する）レーザー走査ヘッド１０４との相対的な位置を調整することによって、表面１２８にわたり横断方向１４６へレーザーシート１２０をスイープするように構成されている。レーザー位置決め装置１０６は、ウェイポイント１３４の各々に対する所望の横断走査速度に従って、その相対的な位置を調整し得る。
【００５６】
レーザー位置決め装置１０６は、表面１２８に対するレーザーシート１２０の相対的な動きを実現するように、レーザー走査ヘッド１０４及び／又は加工対象物１２４を移動させ得る。レーザー位置決め装置１０６は、レーザー走査ヘッド１０４及び／又は加工対象物１２４を移動させるために、ガントリー、ステージ、レール、ロボット式位置決め器などを含み得る。レーザー位置決め装置１０６は、自動的な動作のために構成され、多用途な位置決めのために構成され得る。ガントリーは、オープン支持空間に対するレーザー走査ヘッド１０４の比較的任意な位置決めを可能にする。ガントリーは、大きな距離にわたる位置決めを可能にし、大きな且つ／又は複雑な加工対象物の幾何学的形状を受け入れ得る。大きな且つ／又は複雑な幾何学的形状の例として、加工対象物１２４は、航空機の翼、又は胴体セクションを形成するための型であってもよい。（ロボティックアームとも称される）ロボット式位置決め器は、オープン支持空間に対するレーザー走査ヘッド１０４の比較的任意な位置決めを可能にする。ロボット式位置決め器は、大きな空間にわたる位置決めを可能にし、大きな且つ／又は複雑な加工対象物の幾何学的形状を受け入れ得る。
【００５７】
レーザー位置決め装置１０６は、レーザーアブレーションシステム１００の他の構成要素（例えば、レーザー１０２及び／又はコントローラ１１０）を支持し且つ／又は移動させるように構成され得る。
【００５８】
（例えば、レーザー走査ヘッド１０４による）走査方向１４４への動きは、（例えば、レーザー位置決め装置１０６による）横断方向１４６への動きから独立し得る。例えば、走査速度と横断速度は、無関係に変動し得る。別の実施例として、走査速度と横断速度は、表面１２８に対するレーザーシート１２０の位置から独立し得る。
【００５９】
レーザーアブレーションシステム１００は、表面１２８を撮像するように構成された、機械視覚システム１１２を備え得る。すなわち、機械視覚システム１１２は、表面１２８の画像を生成し得る。機械視覚システム１１２は、レーザーアブレーションシステム１００に対して配置されたときに、自動的に、表面１２８の画像を収集し且つ／又は表面１２８の画像を提供し得る。機械視覚システム１１２は、加工対象物１２４及び／又は表面１２８の位置合わせのための画像を取得するように使用され得る。機械視覚システム１１２は、コントローラ１１０によって制御され得る。機械視覚システム１１２をレーザーアブレーションシステム１００内に統合することは、表面１２８の３Ｄ仮想モデルを生成するための、表面１２８の位置合わせ及び／又は画像の取得を容易にし得る。
【００６０】
コントローラ１１０は、機械視覚システム１１２に表面１２８の画像を取得させ、機械視覚システム１１２によって取得された表面１２８の画像に少なくとも部分的に基づいて、レーザーアブレーションシステム１００の座標系内の表面１２８の位置及び配向を特定するようにプログラムされ得る。例えば、機械視覚システム１１２からの１以上の画像は、レーザー位置決め装置１０６及び／又はレーザーアブレーションシステム１００に対する加工対象物１２４及び／又は表面１２８の位置合わせを特定し得る。
【００６１】
機械視覚システム１１２は、レーザーアブレーションシステム１００の他の構成要素に対して既知の位置及び／又は配向に位置決めされ得る。更に又は代替的に、機械視覚システム１１２は、画像フレーム内の基準マーク又は他のマーカーを有する表面１２８を撮像するように構成され得る。既知の位置、既知の配向、基準マーク、及び／又は他のマーカーは、レーザーアブレーションシステム１００の座標系を規定する且つ／又はその座標系に関連した基準を提供する。
【００６２】
図５は、レーザーアブレーション表面処理（例えば、加工対象物１２４の表面１２８の１以上のエリア１３０の処理）の方法２００を概略的に表している。方法２００は、取り除かれるべき表面の（本明細書で説明される）３Ｄ仮想モデルを受信すること２０２、（予備的なアブレーション経路１３６などの）予備的なアブレーション経路を生成すること２０４、及び（適合したアブレーション経路１３８などの）適合したアブレーション経路を生成するために予備的なアブレーション経路を最適化（調整）すること２０６を含む。方法２００は、適合したアブレーション経路に従って表面を取り除くこと２０８（例えば、レーザーアブレーションシステム１００などのレーザーアブレーションシステムを制御して、適合したアブレーション経路に従って表面を取り除くこと）を含み得る。方法２００、受信すること２０２、生成すること２０４、最適化すること２０６、及び／又は取り除くこと２０８は、コントローラ１１０などのコントローラによって実行され得る。
【００６３】
３Ｄ仮想モデルを受信すること２０２は、仮想加工対象物のデータベース又は３Ｄ仮想モデルの他の保存場所から３Ｄ仮想モデルを読み出すことを含み得る。受信すること２０２は、コントローラ及び／又はレーザーアブレーションシステムのオペレータから（直接的に又は間接的に）リクエストを受信したことに応じ得る。受信すること２０２は、取り除かれるべき加工対象物の存在及び／又は特定を判定したこと（例えば、レーザーアブレーションシステムに配置された加工対象物を検出したこと）に応じ得る。
【００６４】
予備的なアブレーション経路を生成すること２０４は、（ウェイポイント１３４などの）一連のウェイポイントを生成して、予備的なアブレーション経路を規定することを含む。予備的なアブレーション経路は、表面をレーザーシートに実質的に又は完全に曝して、表面を取り除くように構成されている。予備的なアブレーション経路は、概して、取り除かれるべき表面の基本的若しくは単純な描写及び／又は表面の適切なアブレーションのための要件に基づくアブレーション経路である。例えば、予備的なアブレーション経路は、標準的にサイズ決定され形作られた加工対象物に基づき得る。別の実施例として、予備的なアブレーション経路は、取り除かれるべき表面の（２Ｄ投影１２６などの）２Ｄ投影に基づき得る。ある実施形態では、予備的なアブレーション経路が、３Ｄ仮想モデルに基づく。予備的なアブレーション経路は、表面の基本的若しくは単純な描写及び／又はアブレーションの要件に基づき得るので、予備的なアブレーション経路に従って表面を取り除くことは、表面を不完全に取り除き得る（例えば、過剰に取り除かれた領域、過少に取り除かれた領域、エリアを完全にカバーできなかった、且つ／又はゆっくりと実行した）。
【００６５】
予備的なアブレーション経路のウェイポイントは、概して、表面及び／又は表面の２Ｄ投影を横断して均一に間隔が空けられ得る。ウェイポイントは、表面及び／又は２Ｄ投影を横断した（且つ／又はエリア１３０の各々若しくはエリアの対応する２Ｄ投影の各々を横断した）単純なラスター経路内に配置され得る。ウェイポイントは、表面及び／又は表面の２Ｄ投影を横断して密に間隔を空けられ得る。例えば、（ウェイポイント位置１５６などの）隣り合うウェイポイント位置の間、及び／又は、（投影位置１５８などの）隣り合う投影位置の間の分離は、取り除かれるべきそれぞれの表面及び／又は取り除かれるべき表面の２Ｄ投影上で、２００ｍｍ未満、１００ｍｍ未満、又は５０ｍｍ未満であり得る。
【００６６】
予備的なアブレーション経路のウェイポイントは、（例えば、取り除かれるべき表面の基本的又は単純な描写に基づいて）アブレーション経路のウェイポイント位置（又は投影位置）の各々において、概して、均一な量の洗浄効果を生成するように構成され得る。ウェイポイントは、（レーザーヘッド位置１５２などの）レーザーヘッド位置、（レーザーシート配向１５４などの）レーザーシート配向、（レーザーシート１２０の走査幅１５０などの）レーザーシートの走査幅、又は（レーザー走査ヘッド１０４と表面との間の走査間隔１４８などの）レーザーヘッドと表面との間の走査間隔のうちの１以上を、選択すること、決定すること、及び／又は調整することによって、洗浄効果を生成するように構成されている。各ウェイポイントの目標洗浄効果は、均一な目標洗浄効果、及び／又は許容可能な洗浄効果値の範囲を規定する所定の許容限界によって規定され得る。予め規定された許容限界は、ウェイポイントの全ての中で、２０％未満、１０％未満、又は５％未満の変動係数を規定し得る。
【００６７】
予備的なアブレーション経路のウェイポイントは、入射角度及び／又は（レーザーシート配向１５４などの）レーザーシート配向が、取り除かれるべき表面の２Ｄ投影に対して垂直である（又は直交する若しくは実質的に直交する）ように構成され得る。更に又は代替的に、予備的なアブレーション経路のウェイポイントは、入射角度及び／又はレーザーシート配向が、取り除かれるべき表面に対して垂直である（又は直交する若しくは実質的に直交する）ように構成され得る。
【００６８】
予備的なアブレーション経路のウェイポイントは、１以上のパラメータの種類に対して均一な、デフォルトの、最小の、且つ／又は最大の値を有し得る。例えば、ウェイポイントは、均一な走査幅（例えば、最大の走査幅、最小の走査幅、又は名目上の走査幅）を有する。
【００６９】
予備的なアブレーション経路を最適化すること２０６（調整すること）は、予備的なアブレーション経路が提供し得るものよりも（すなわち、１以上の指定されたエリアにおいて）表面の効率的なアブレーションを実現する、適合したアブレーション経路を生成する。最適化すること２０６の目標又はゴールは、許容可能なアブレーションのレベルで、指定されたエリアの外側でほとんど又は全くアブレーションがなく、且つ、指定されたエリアを取り除くための許容可能な（例えば、少なくとも局所的に最小の）時間で、指定されたエリア（例えば、全体の表面）の完全なカバーを実現することである。最適化すること２０６は、概して、コントローラ１１０に関して説明された最適化を実行することを含む。例えば、最適化２０６は、勾配降下、確率的最適化、逐次二次計画などの、様々な非線形最適化アルゴリズムを採用し得る。
【００７０】
適合したアブレーション経路を生成するために予備的なアブレーション経路を最適化すること２０６は、予備的なアブレーション経路のウェイポイントを調整して、適合したアブレーション経路を生成する調整されたウェイポイントを生成する。最適化すること２０６は、予備的なアブレーション経路の１以上のウェイポイントのレーザーヘッド位置、レーザーシート配向、走査幅、ウェイポイント位置、及び／又は走査間隔を変更し得る。更に又は代替的に、最適化すること２０６は、ウェイポイントを追加又は消去し得る。適合したアブレーション経路では、ウェイポイントが、集合的に、十分な洗浄効果で且つ許容可能な（通常は最小の）全アブレーション時間で実行される、表面の指定されたエリアの十分なカバーを提供するように配置されている。
【００７１】
最適化すること２０６は、（各々が、表面の１以上のエリアの範囲内の均一性に対して最適化され得る）洗浄効果、レーザーフルエンス、及び／又はレーザー放射照度の均一性を最適化すること及び／又はそれらに対する均一性の目標を実現することを含み得る。更に、最適化すること２０６は、（個別のエリア、一群のエリア、及び／又は表面の全てのエリアを）取り除くためのアブレーション範囲（coverage）及び／又は全時間を最適化することを含み得る。均一性は、関連したパラメータの名目上の値を有する全てのウェイポイントによって、又は所定の許容限界などの値の範囲内の値を有する全てのウェイポイントによって規定され得る。予め規定された許容限界は、適合したアブレーション経路のウェイポイントの全ての中で、２０％未満、１０％未満、又は５％未満の変動係数を規定し得る。
【００７２】
最適化すること２０６は、走査間隔（例えば、レーザーシートの集中）及び／又はレーザーシート配向（例えば、入射角度）の均一性を最適化すること及び／又はそれらに対する均一性の目標を実現することを含み得る。更に又は代替的に、最適化すること２０６は、目標走査間隔（例えば、目標許容限界内の全てのウェイポイント）を実現すること及び／又は目標レーザーシート配向（例えば、目標許容限界内の全てのウェイポイント）を実現することを含み得る。走査間隔に対する目標走査間隔及びそれに対応する目標許容限界は、レーザーシートの焦点に関連し得る。レーザーシート配向に対して、目標レーザーシート配向及びそれに対応する許容限界は、垂直な（直交する）レーザーシートの入射角度に関連し得る。
【００７３】
最適化すること２０６は、予備的なアブレーション経路が許容可能（例えば、十分に効率的）であるか否かを特定すること及び／又は判定することを含み得る。最適化すること２０６は、そのように特定したこと及び／又は判定したことに応じて、許容可能な（例えば、十分に効率的な）適合したアブレーション経路を生成するために実行され得る。許容可能性の基準は、予備的なアブレーション経路のウェイポイント位置のうちの１以上における洗浄効果が所定の許容限界の外側にあることを含み得る。所定の許容限界は、予備的なアブレーション経路の全てのウェイポイントの中で、２０％未満、１０％未満、又は５％未満の変動係数を規定し得る。所定の許容限界は、最小の許容可能なアブレーション量及び／又は最大の許容可能なアブレーション量を規定し得る。
【００７４】
図６は、本明細書で説明された方法、構成要素、及び特徴を実施及び／又は開始するために使用され得る、計算デバイス５００を概略的に表している。例えば、コントローラ１１０は、計算デバイス５００のうちの１つを含み得る且つ／又はその１つであり得る。計算デバイス５００は、通信インフラ５１０によってコンピュータ可読メモリ５０６に動作可能に接続された処理ユニット５０２を含む。処理ユニット５０２は、１以上のコンピュータプロセッサ５０４を含み、コンピュータプロセッサ５０４の分散された群を含み得る。処理ユニット５０２は、フィールドプログラマブルゲートアレイ、デジタル信号プロセッサ、及び／又は特定用途向け集積回路などの、プログラム可能、再構成可能、且つ／又は専用のハードウェアを含み、又はそれに実装され得る。
【００７５】
計算デバイス５００は、例えば、通信インフラ５１０によって、処理ユニット５０２及び／又はコンピュータ可読メモリ５０６に動作可能に接続された、コンピュータ可読記憶媒体アセンブリッジ５１２も含み得る。コンピュータ可読記憶媒体アセンブリッジ５１２は、１以上の非一過性のコンピュータ可読記憶媒体５１４を含み、非一過性のコンピュータ可読記憶媒体５１４の分散された群を含み得る。コンピュータ可読メモリ５０６、コンピュータ可読記憶媒体アセンブリ５１２、及び非一過性のコンピュータ可読媒体５１４は、各々、コンピュータ可読媒体である。コンピュータ可読媒体は、有形であり、単なる一過性の信号ではない。
【００７６】
通信インフラ５１０は、局所的なデータバス、通信インターフェース、並びに／又はネットワークインターフェース（例えば、パーソナルエリアネットワークインターフェース、ローカルエリアネットワークインターフェース、ワイドエリアネットワークインターフェース、及び／若しくはインターネットインターフェース）を含み得る。通信インフラ５１０は、電気信号、電磁信号、光信号、及び／又は音響信号などの、信号を送信し且つ／又は受信するように構成され得る。
【００７７】
計算デバイス５００は、処理ユニット５０２、コンピュータ可読メモリ５０６、及び／又はコンピュータ可読記憶媒体アセンブリ５１２に動作可能に接続された、１以上の入力出力デバイス５１６を含み得る。入力出力デバイス５１６は、計算デバイス５００のユーザ若しくはオペレータからの又はそれらへの視覚的、聴覚的、及び／若しくは触覚的入力並びに／又は出力のために構成され得る。各入力出力デバイス５１６は、独立して、入力のみのために、出力のみのために、主として入力のために、主として出力のために、且つ／又は入力と出力との組み合わせのために、構成され得る。入力出力デバイス５１６の例は、モニタ（例えば、ビデオモニタ）、ディスプレイ（例えば、英数字のディスプレイ、ランプ、及び／又はLED）、キーボード、ポインティングデバイス（例えば、マウス）、タッチスクリーン、スピーカー、ブザー、並びに制御手段（例えば、ボタン、ノブなど）を含む。
【００７８】
計算デバイス５００は、各々が直接的に又は間接的に相互接続され得る構成要素の分散された群を含み得る。したがって、計算デバイス５００は、１以上の処理ユニット５０２、コンピュータ可読メモリ５０６、コンピュータ可読記憶媒体アセンブリッジ５１２、及び／又は入力出力デバイス５１６を含み得る。
【００７９】
コンピュータ可読メモリ５０６とコンピュータ可読記憶媒体アセンブリ５１２のうちの一方又は両方が、制御論理５２０及び／又はデータ５２２を含む。（ソフトウェア、ファームウェア、ゲートウェイ、及び／又はハードウェアとも称され得る）制御論理５２０は、処理ユニット５０２によって実行されたときに、計算デバイス５００に本明細書で説明された方法のうちの１以上を実行させる、指示命令及び／又は情報を含み得る。制御論理５２０及び／又はデータ５２２は、アプリケーション（例えば、制御アプリケーション）、リソース、アクセス制御手段、及び／又は関連した情報を含み得る。
【００８０】
コントローラ１１０が、１以上の関数を実行するように説明されたが、コントローラ１１０は、（１以上の）関数を実行するように構成され、例えば、プログラムされている。それぞれのデバイスは、プログラム、モジュール、及び／又は構成要素が、処理ユニット５０２によって実行される、又はさもなければ計算デバイス５００によって操作されるときに、（１以上の）関数を実行するように構成され、例えば、プログラムされた、１以上のプログラム、モジュール、及び／又は構成要素を含み得る。制御論理５２０及び／又はデータ５２２は、プログラム、モジュール、及び／又は構成要素に対応した、指示命令及び／又は情報を含み得る。
【００８１】
本開示のデバイス及び方法は、図７に示した航空機の製造及び保守方法１１００、並びに図８に示した航空機１１０２に照らして説明することができる。製造前の段階では、例示的な方法１１００は、航空機１１０２の仕様及び設計１１０４と、材料調達１１０６とを含み得る。製造段階において、航空機１１０２の構成要素及びサブアセンブリの製造１１０８とシステムインテグレーション１１１０とが行われる。その後、航空機１１０２は、認可及び納品１１１２を経て、運航１１１４に供され得る。顧客によって運航されている期間中、航空機１１０２には、定期的な整備及び保守１１１６（改変、再構成、改修なども含み得る）が予定される。
【００８２】
方法１１００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって実施又は実行され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレータは、限定しないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、且つ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。
【００８３】
図８に示すように、例示的な方法１１００によって製造された航空機１１０２は、複数のシステム１１２０及び内装１１２２を備えた機体１１１８を含み得る。高レベルのシステム１１２０の例は、推進システム１１２４、電気システム１１２６、油圧システム１１２８、及び環境システム１１３０のうちの１以上を含む。任意の数の他のシステムが含まれてよい。航空宇宙の例が示されているが、本発明の原理は、自動車産業などの他の産業にも適用され得る。そのため、本明細書で開示されている原理は、航空機１１０２に加え、陸上輸送体、海洋輸送体、宇宙輸送体、などの他の輸送体にも適用し得る。
【００８４】
本明細書で具現化される装置及び方法は、製造及び整備方法１１００中の任意の１以上の段階において用いられ得る。例えば、製造プロセス１１０８に対応する構成要素またはサブアセンブリは、航空機１１０２の運航中に製造される構成要素またはサブアセンブリと同様の方法で作製または製造され得る。また、１以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせは、製造段階１１０８及び１１１０において、例えば、大幅に、航空機１１０２の組立てを効率化すること、又は航空機１１０２のコストを削減することで利用され得る。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、或いはそれらの組み合わせのうちの１つ以上を、航空機１１０２の運航中に、例えば限定しないが、保守及び整備１１１６に利用することができる。
【００８５】
本発明による発明の主題の例が、続いて列挙される段落に記載される。
Ａ１．
レーザーアブレーションシステム（１００）であって、
レーザービーム（１１８）を放出するように構成されたレーザー（１０２）、
前記レーザービーム（１１８）をレーザーシート（１２０）として表面（１２８）上に供給するように構成されたレーザー走査ヘッド（１０４）、
前記表面（１２８）と前記レーザーシート（１２０）の相対的な位置を調整するように構成されたレーザー位置決め装置（１０６）、並びに
コントローラ（１１０）を備え、前記コントローラ（１１０）が、
前記表面（１２８）の３Ｄ仮想モデルを受信し、
前記表面（１２８）を横断する前記レーザーシート（１２０）の予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために一連のウェイポイント（１３４）を生成し、前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上の前記レーザーシート（１２０）のウェイポイント位置（１５６）に関連付けられ、レーザーヘッド位置（１５２）、レーザーシート配向（１５４）、及び走査幅（１５０）を含み、
各ウェイポイント（１３４）の前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）に基づいて、前記表面（１２８）を横断する前記レーザーシート（１２０）の適合したアブレーション経路（１３８）を生成するために、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化し、
前記適合したアブレーション経路（１３８）に従って前記表面（１２８）に対して前記レーザーシート（１２０）を走査させることによって前記表面（１２８）を取り除く、ようにプログラムされているコントローラ（１１０）である、レーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ２．
前記レーザー位置決め装置（１０６）が、ガントリー又はロボット式位置決め器のうちの少なくとも一方を備える、段落Ａ１に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ３．
前記レーザー走査ヘッド（１０４）が、多面鏡又は反照検流計のうちの少なくとも一方を備える、段落Ａ１又はＡ２に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ４．
前記レーザー（１０２）が、光ファイバー又は自由空間光学経路のうちの少なくとも一方を介して、前記レーザー走査ヘッド（１０４）と光学的に結合されている、段落Ａ１からＡ３のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ５．
前記レーザー（１０２）が、前記レーザー位置決め装置（１０６）と機械的に連結されている、段落Ａ１からＡ４のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ６．
前記レーザー（１０２）が、パルスレーザー、モードロックレーザー、及びＱスイッチレーザーのうちの少なくとも１つである、段落Ａ１からＡ５のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ７．
前記レーザーシート（１２０）が、前記表面（１２８）を取り除くように構成されている、段落Ａ１からＡ６のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ８．
前記表面（１２８）の前記３Ｄ仮想モデルが、前記表面（１２８）の画像に基づいている、段落Ａ１からＡ７のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ８．１．
前記表面（１２８）を撮像するように構成された機械視覚システム（１１２）を更に備え、前記表面（１２８）の前記画像が、前記機械視覚システム（１１２）によって取得される、段落Ａ８に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ９．
機械視覚システム（１１２）を更に備え、前記コントローラ（１１０）が、前記機械視覚システム（１１２）に前記表面（１２８）の画像を取得させ、前記機械視覚システム（１１２）によって取得された前記表面（１２８）の前記画像に少なくとも部分的に基づいて、前記レーザーアブレーションシステム（１００）の座標系内の前記表面（１２８）の位置及び配向を特定するように更にプログラムされている、段落Ａ１からＡ８．１のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１０．
前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上のそれぞれの前記ウェイポイント位置（１５６）から前記レーザー走査ヘッド（１０４）を離間させている走査間隔（１４８）を有する、段落Ａ１からＡ９のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１０．１．
前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記走査間隔（１４８）が均一である、段落Ａ１０に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１１．
前記コントローラ（１１０）が、前記レーザー走査ヘッド（１０４）に、前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの各１つに垂直な入射角度で、前記表面（１２８）を横断して前記レーザーシート（１２０）を移動させるようにプログラムされている、段落Ａ１からＡ１０．１のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１２．
前記表面（１２８）が、加工対象物（１２４）の表面であり、任意選択的に、前記加工対象物（１２４）が、型、構造、マンドレル、輸送体、及び／又は構造的構成要素である、段落Ａ１からＡ１１のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１３．
前記表面（１２８）が、金属、セラミック、ポリマー材料、ガラス、複合材料、又は炭素繊維強化ポリマーのうちの１以上から成る、段落Ａ１からＡ１２のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１４．
前記表面（１２８）が、５ｍ２より大きい、１０ｍ２より大きい、２０ｍ２より大きい、且つ／又は２００ｍ２未満の表面積を有する、段落Ａ１からＡ１３のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ａ１５．
前記表面（１２８）が、２ｍより大きい、５ｍより大きい、１０ｍより大きい、且つ／又は１００ｍ未満の長さを有する、段落Ａ１からＡ１４のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）。
Ｂ１．
三次元表面のレーザーアブレーション表面処理の方法（２００）であって、
取り除かれるべき表面（１２８）の３Ｄ仮想モデルを受信すること（２０２）、
前記表面（１２８）を横断する予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために一連のウェイポイント（１３４）を生成すること（２０４）であって、前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上のウェイポイント位置（１５６）に関連付けられ、レーザーヘッド位置（１５２）、レーザーシート配向（１５４）、及び走査幅（１５０）を含む、一連のウェイポイント（１３４）を生成すること（２０４）、
各ウェイポイント（１３４）の前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）に基づいて、適合したアブレーション経路（１３８）を生成するために前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化すること（２０６）、並びに
前記適合したアブレーション経路（１３８）に従って前記表面（１２８）を取り除くこと（２０８）を含む、方法（２００）。
Ｂ２．
前記方法の少なくとも一部分が、段落Ａ１からＡ１５のうちのいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム（１００）を用いて実行される、段落Ｂ１に記載の方法（２００）。
Ｂ３．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）が、前記表面（１２８）を横断するラスター経路である、段落Ｂ１又はＢ２に記載の方法（２００）。
Ｂ４．
前記生成すること（２０４）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）を横断する前記予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために、前記一連のウェイポイント（１３４）を生成することを含む、段落Ｂ１からＢ３のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ５．
前記一連のウェイポイント（１３４）の前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの隣り合うものが、前記表面（１２８）上で、２００ｍｍ未満、１００ｍｍ未満、又は５０ｍｍ未満だけ離間している、段落Ｂ１からＢ４のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ６．
各ウェイポイント位置（１５６）が、前記表面（１２８）の（前記）二次元投影（１２６）上の投影位置（１５８）に対応し、前記一連のウェイポイント（１３４）の前記投影位置（１５８）のうちの隣り合うものが、前記表面（１２８）の前記二次元投影（１２６）において、２００ｍｍ未満、１００ｍｍ未満、又は５０ｍｍ未満だけ離間している、段落Ｂ１からＢ５のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ７．
各ウェイポイント（１３４）に対する前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）が、前記表面（１２８）の（前記）二次元投影（１２６）を横断する各位置において、所定の許容限界の範囲内にある一定量の洗浄効果を生成するように構成されている、段落Ｂ１からＢ６のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ７．１．
前記表面（１２８）の前記二次元投影（１２６）を横断する各位置における前記一定量の洗浄効果が均一である、段落Ｂ７に記載の方法（２００）。
Ｂ７．２．
前記所定の許容限界が、２０％未満、１０％未満、又は５％未満の変動係数である、段落Ｂ７又はＢ７．１に記載の方法（２００）。
Ｂ７．３．
前記一定量の洗浄効果が、レーザーフルエンス及び／又はレーザー放射照度を含む、段落Ｂ７からＢ７．２に記載の方法（２００）。
Ｂ８．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、前記表面（１２８）の（前記）二次元投影（１２６）に直交する、段落Ｂ１からＢ７．３のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ９．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、対応する前記ウェイポイント（１３４）の前記ウェイポイント位置（１５６）において、前記表面（１２８）に垂直である、段落Ｂ１からＢ８のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１０．
前記最適化すること（２０６）が、１以上のウェイポイント（１３４）に対する前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、又は前記走査幅（１５０）のうちの少なくとも１つを制御することによって、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化することを含む、段落Ｂ１からＢ９のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１１．
前記最適化すること（２０６）が、１以上のウェイポイント（１３４）に対する前記ウェイポイント位置（１５６）を制御することによって、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化することを含む、段落Ｂ１からＢ１０のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１２．
前記最適化すること（２０６）が、洗浄効果の均一性、レーザーフルエンスの均一性、レーザー放射照度の均一性、アブレーション範囲、又は取り除くための全時間、のうちの少なくとも１つを最適化することを含む、段落Ｂ１からＢ１１のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１３．
前記最適化すること（２０６）が、全てのウェイポイント（１３４）における一定量の洗浄効果が所定の許容限界の範囲内になるまで実行され、任意選択的に、前記所定の許容限界が、２０％未満、１０％未満、又は５％未満の変動係数である、段落Ｂ１からＢ１２のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１４．
前記最適化すること（２０６）が、前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの１以上における一定量の洗浄効果が所定の許容限界の外側にあるならば実行され、任意選択的に、前記一定量の洗浄効果が、レーザーフルエンス及び／又はレーザー放射照度を含む、段落Ｂ１からＢ１３のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１５．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの１以上における一定量の洗浄効果が、所定の許容限界の外側にあると判定することを更に含む、段落Ｂ１からＢ１４のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１５．１．
前記最適化すること（２０６）が、前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの１以上における前記一定量の洗浄効果が、前記所定の許容限界の外側にあると判定したことに応じて実行される、段落Ｂ１５に記載の方法（２００）。
Ｂ１５．２．
前記一定量の洗浄効果が、レーザーフルエンス及び／又はレーザー放射照度を含む、段落Ｂ１５又はＢ１５．１に記載の方法（２００）。
Ｂ１６．
前記適合したアブレーション経路（１３８）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、対応する前記ウェイポイント（１３４）の前記ウェイポイント位置（１５６）において、前記表面（１２８）に垂直である、段落Ｂ１からＢ１５．２のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１７．
前記適合したアブレーション経路（１３８）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記走査間隔（１４８）が均一である、段落Ｂ１からＢ１６のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１８．
前記表面（１２８）の前記仮想モデルが、前記表面（１２８）の画像に基づいている、段落Ｂ１からＢ１７のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ１９．
前記表面（１２８）が、加工対象物（１２４）の表面であり、任意選択的に、前記加工対象物（１２４）が、型、構造、マンドレル、輸送体、及び／又は構造的構成要素である、段落Ｂ１からＢ１８のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ２０．
前記表面（１２８）が、金属、セラミック、ポリマー材料、ガラス、複合材料、又は炭素繊維強化ポリマーのうちの１以上から成る、段落Ｂ１からＢ１９のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ２１．
前記表面（１２８）が、５ｍ２より大きい、１０ｍ２より大きい、２０ｍ２より大きい、且つ／又は２００ｍ２未満の表面積を有する、段落Ｂ１からＢ２０のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｂ２２．
前記表面（１２８）が、２ｍより大きい、５ｍより大きい、１０ｍより大きい、且つ／又は１００ｍ未満の長さを有する、段落Ｂ１からＢ２１のいずれか一段落に記載の方法（２００）。
Ｃ１．
三次元表面のレーザーアブレーション表面処理の方法（２００）であって、
取り除かれるべき表面（１２８）の３Ｄ仮想モデルを受信すること（２０２）、
前記表面（１２８）を横断する予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために一連のウェイポイント（１３４）を生成すること（２０４）であって、前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上のウェイポイント位置（１５６）に関連付けられ、レーザーヘッド位置（１５２）、レーザーシート配向（１５４）、及び走査幅（１５０）を含む、一連のウェイポイント（１３４）を生成すること（２０４）、
各ウェイポイント（１３４）の前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）に基づいて、適合したアブレーション経路（１３８）を生成するために前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化すること（２０６）、並びに
前記適合したアブレーション経路（１３８）に従って前記表面（１２８）を取り除くこと（２０８）を含む、方法。
Ｃ２．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）が、前記表面（１２８）を横断するラスター経路である、段落Ｃ１に記載の方法。
Ｃ３．
前記生成すること（２０４）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）を横断する前記予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために、前記一連のウェイポイント（１３４）を生成することを含む、段落Ｃ１又はＣ２に記載の方法。
Ｃ４．
各ウェイポイント位置（１５６）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）上の投影位置（１５８）に対応し、前記一連のウェイポイント（１３４）の前記投影位置（１５８）のうちの隣り合うものが、前記表面（１２８）の前記二次元投影（１２６）において、２００ｍｍ未満だけ離間している、段落Ｃ１からＣ３のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ５．
各ウェイポイント（１３４）に対する前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）を横断する各位置において、所定の許容限界の範囲内にある一定量の洗浄効果を生成するように構成されている、段落Ｃ１からＣ４のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ６．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、前記表面（１２８）の二次元投影（１２６）に直交する、段落Ｃ１からＣ５のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ７．
前記最適化すること（２０６）が、１以上のウェイポイント（１３４）に対する前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、又は前記走査幅（１５０）のうちの少なくとも１つを制御することによって、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化することを含む、段落Ｃ１からＣ６のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ８．
前記最適化すること（２０６）が、１以上のウェイポイント（１３４）に対する前記ウェイポイント位置（１５６）を制御することによって、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化することを含む、段落Ｃ１からＣ７のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ９．
前記最適化すること（２０６）が、全てのウェイポイント（１３４）における一定量の洗浄効果が所定の許容限界の範囲内になるまで実行される、段落Ｃ１からＣ８のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ１０．
前記予備的なアブレーション経路（１３６）の前記ウェイポイント位置（１５６）のうちの１以上における一定量の洗浄効果が、所定の許容限界の外側にあると判定することを更に含む、段落Ｃ１からＣ９のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ１１．
前記適合したアブレーション経路（１３８）の前記ウェイポイント（１３４）の各々の前記レーザーシート配向（１５４）が、対応する前記ウェイポイント（１３４）の前記ウェイポイント位置（１５６）において、前記表面（１２８）に垂直である、段落Ｃ１からＣ１０のいずれか一段落に記載の方法。
Ｃ１２．
レーザーアブレーションシステム（１００）であって、
レーザービーム（１１８）を放出するように構成されたレーザー（１０２）、
前記レーザービーム（１１８）をレーザーシート（１２０）として表面（１２８）上に供給するように構成されたレーザー走査ヘッド（１０４）、
前記表面（１２８）と前記レーザーシート（１２０）の相対的な位置を調整するように構成されたレーザー位置決め装置（１０６）、並びに
コントローラ（１１０）を備え、前記コントローラ（１１０）が、
前記表面（１２８）の３Ｄ仮想モデルを受信し、
前記表面（１２８）を横断する前記レーザーシート（１２０）の予備的なアブレーション経路（１３６）を生成するために一連のウェイポイント（１３４）であって、前記ウェイポイント（１３４）の各々が、前記表面（１２８）上の前記レーザーシート（１２０）のウェイポイント位置（１５６）に関連付けられ、レーザーヘッド位置（１５２）、レーザーシート配向（１５４）、及び走査幅（１５０）を含む、一連のウェイポイント（１３４）を生成し、
各ウェイポイント（１３４）の前記レーザーヘッド位置（１５２）、前記レーザーシート配向（１５４）、及び前記走査幅（１５０）に基づいて、前記表面（１２８）を横断する前記レーザーシート（１２０）の適合したアブレーション経路（１３８）を生成するために、前記予備的なアブレーション経路（１３６）を最適化し、
前記適合したアブレーション経路（１３８）に従って前記表面（１２８）に対して前記レーザーシート（１２０）を走査させることによって前記表面（１２８）を取り除く、ようにプログラムされているコントローラ（１１０）である、レーザーアブレーションシステム。
Ｃ１３．
前記レーザー位置決め装置（１０６）が、ガントリー又はロボット式位置決め器のうちの少なくとも一方を備える、段落Ｃ１２に記載のレーザーアブレーションシステム。
Ｃ１４．
前記表面（１２８）が、加工対象物（１２４）の表面であり、前記加工対象物（１２４）が、型、構造、マンドレル、輸送体、又は構造的構成要素である、段落Ｃ１２又はＣ１３に記載のレーザーアブレーションシステム。
Ｃ１５．
前記表面（１２８）が、金属、セラミック、ポリマー材料、ガラス、複合材料、又は炭素繊維強化ポリマーのうちの１以上から成る、段落Ｃ１２からＣ１４のいずれか一段落に記載のレーザーアブレーションシステム。
【００８６】
本書で使用されているように、「適合し（adapted）」及び「構成され（configured）」という用語は、要素、構成要素、又はその他の対象が、所与の機能を果たすよう設計され、且つ／又は意図されていることを意味する。したがって、「適合し」及び「構成され」という用語の使用は、所与の要素、構成要素、又はその他の対象が、単に所与の機能を果たすことが「可能である（capable of）」ことを意味すると解釈すべきではなく、要素、構成要素、及び／又はその他の対象が、その機能を果たすという目的のために、特に選択され、作り出され、実装され、利用され、プログラムされ、且つ／又は設計されていることを意味すると、解釈すべきである。特定の機能を果たすよう適合していると記載されている要素、構成要素、及び／又はその他の記載対象が、追加的又は代替的に、その機能を果たすよう構成されていると表現され得ること、及びその逆も、本開示の範囲に含まれる。同様に、特定の機能を果たすよう構成されていると記載される対象は、追加的又は代替的に、その機能を果たすよう動作可能であるとも表現され得る。
【００８７】
本書で使用されるように、「例えば（for example）」という表現、「一例として（as an example）」という表現、及び／又は、単なる「例（example）」という用語は、本開示による一又は複数の構成要素、特徴、詳細事項、構造、実施形態、及び／又は方法に関連して使用される場合、前述の構成要素、特徴、詳細事項、構造、実施形態、及び／又は方法が、本開示による構成要素、特徴、詳細事項、構造、実施形態、及び／又は方法の例示的で非限定的な例であることを、伝えることを意図している。したがって、前述の構成要素、特徴、詳細事項、構造、実施形態、及び／又は方法は、限定されること、必要とされること、又は限定的／網羅的であることは意図されない。構造的及び／又は機能的に類似した、かつ／又は同等の構成要素、特徴、詳細事項、構造、実施形態、及び／又は方法を含む他の構成要素、特徴、詳細事項、構造、実施形態、及び／又は方法も、本開示の範囲に含まれる。
【００８８】
本明細書で使用される際に、２以上のエンティティーのリストに言及する「〜のうちの少なくとも１つ」及び「〜のうちの１以上」という言い回しは、エンティティーのリスト内のエンティティーの任意の１以上を意味し、エンティティーのリスト内で特に挙げられた各及び全てのエンティティーのうちの少なくとも１つに限定されるものではない。例えば、「Ａ及びＢのうちの少なくとも１つ」（又は同等に「Ａ又はＢのうちの少なくとも１つ」、又は同等に「Ａ及び／又はＢのうちの少なくとも１つ」）は、Ａのみ、Ｂのみ、又はＡ及びＢの組み合わせを指し得る。
【００８９】
本明細書で使用される際に、第１のエンティティーと第２のエンティティーの間に配置される「及び／又は」という用語は、（１）第１のエンティティー、（２）第２のエンティティー、並びに（３）第１のエンティティー及び第２のエンティティーのうちの１つを意味する。「及び／又は」を伴って挙げられた複数の項目も、同じやり方で、すなわち、そのように結合されたエンティティーのうちの「１以上」のように解釈されるべきである。「及び／又は」によって特に特定されたエンティティーとは異なる他のエンティティーも任意選択的に存在し得る。それらは、特に特定されたエンティティーと関連するか又は関連しないかに関わらない。したがって、非限定的な実施例として、「備える（comprising）」などのオープンエンドな言語と併せて使用されるときに、「Ａ及び／又はＢ」への言及は、一実施形態ではＡのみ（任意選択的にＢ以外のエンティティーを含む）、別の一実施形態ではＢのみ（任意選択的にＡ以外のエンティティーを含む）、更に別の一実施形態では、ＡとＢの両方（任意選択的に他のエンティティーを含む）を指し得る。これらのエンティティーは、要素、作動、構造体、ステップ、動作、値などを指し得る。
【００９０】
本明細書で使用されているように、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限りは、複数形も同様に含むことが意図され得る。
【００９１】
本明細書で開示されるシステム及び方法のステップの様々な開示要素は、本開示に係る全てのシステム及び方法に必要とされているわけではなく、本開示は、本明細書で開示される様々な要素及びステップの全ての新規及び非自明の組み合わせ並びに部分的組み合わせを含む。更に、本明細書で開示される、様々な要素及びステップのうちの何れか、又は様々な要素及び／又はステップのうち任意の組み合わせは、開示されるシステム又は方法全体とは別個の分離した独立した発明の対象を規定し得る。従って、そのような発明の対象は、本明細書中で明確に開示される特定のシステム、及び方法と関連付けられる必要はなく、そのような発明の対象は、本明細書で明確に開示されないシステム、及び／又は方法の有用性を見出し得る。
【００９２】
以下の特許請求の範囲は、特に、本開示の発明のうちの１つを対象とした且つ新規で非自明的な特定の組み合わせ及び部分的組み合わせを指摘するものと考えられる。特徴、機能、要素、及び／又は特性の他の組み合わせ及び部分的組み合わせで具現化された発明は、本出願又は関連出願における本請求項の修正又は新規請求項の提示を通して請求することができる。更に、そのような補正された又は新しい請求項は、それらが異なる発明に関するものであるか又は同じ発明に関するものであるかにかかわらず、元の請求項と範囲が異なるか、広いか、狭いか、又は等しいかにかかわらず、同様に本発明の主題の範囲内に含まれるとみなされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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