(57)【要約】【課題】より少ない手間、時間で塗装面の突状欠陥部の除去、平坦化が可能な塗装面突状欠陥除去方法及び装置を提供する。【解決手段】塗装面上の突状欠陥部の３次元形状を計測する第１ステップ２０１と、このステップ２０１で計測された突状欠陥部の３次元形状に基づいてその突状欠陥部のみを除去するために最適なレーザ光強度分布を決定する第２ステップ２０２と、このステップ２０２で決定されたレーザ光強度分布に従ったレーザ光を突状欠陥部に照射する第３ステップ２０３とによって、塗装面の突状欠陥部の除去を行うこととした。従来は、レーザ装置からのレーザ光を突状欠陥部に照射するためにその照射量や強度の過不足による欠陥部除去量の過不足が生じ、仕上げ工程が必須となった。本発明では、突状欠陥部の３次元形状に応じた最適なレーザ光強度分布に従ったレーザ光を突状欠陥部に照射することで欠陥部除去量の過不足の発生を抑制し、仕上げ工程を不要とした。【選択図】図３
2007329271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装面上の突状欠陥部の位置及び３次元形状を計測する第１工程と、
この第１工程により計測された突状欠陥部の３次元形状に基づきその突状欠陥部のみを除去するために最適なレーザ光強度分布を決定する第２工程と、
この第２工程で決定されたレーザ光強度分布に従ったレーザ光を前記第１工程により計測された突状欠陥部の位置においてその突状欠陥部に照射する第３工程とを具備することを特徴とする塗装面突状欠陥除去方法。
【請求項２】
前記レーザ光には、エキシマレーザ光又はフェムト秒レーザ光が用いられることを特徴とする請求項１に記載の塗装面突状欠陥除去方法。
【請求項３】
前記第３工程におけるレーザ光強度分布に従ったレーザ光は、レーザ装置からのレーザ光が有する原レーザ光強度分布をレーザ光強度分布変調器によって変調し、集光して得ることを特徴とする請求項１又は２に記載の塗装面突状欠陥除去方法。
【請求項４】
前記レーザ光強度分布変調器は、液晶板及び折返しミラー、又は干渉ミラー装置で構成されることを特徴とする請求項３に記載の塗装面突状欠陥除去方法。
【請求項５】
塗装面上の突状欠陥部の３次元形状を計測し、計測された突状欠陥部の３次元形状に基づきその突状欠陥部のみを除去するために最適なレーザ光強度分布を決定する突状欠陥部計測装置と、レーザ光を出射するレーザ装置と、このレーザ装置からのレーザ光の強度分布を変調して、前記突状欠陥部計測装置で決定された前記レーザ光強度分布に従ったレーザ光を前記突状欠陥部に照射させるためのレーザ光強度分布変調器とを具備することを特徴とする塗装面突状欠陥除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塗装面、特に車両ボディーの塗装面の突状の欠陥をレーザ光を用いて除去する塗装面突状欠陥除去方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両ボディー等の被塗装物の塗装工程において、十分乾いていない塗装面に何らかの異物が付着し、あるいは塗装面に微細な気泡が残留し、それら異物や気泡の上に塗料が塗り重ねられると、塗装表面に微小な盛り上がり（突状欠陥）が生じる。
異物には、空気中の浮遊塵埃、作業者からの落下塵埃あるいは塗料中の微細な固形物等があるが、いずれにしてもこれらの異物や気泡等の突状欠陥部が生じると、本来平滑で美しいはずの塗装面の美観が損なわれる。
特に、自動車ボディーの塗装面は、高い外観品質が要求されるため、微小な突状欠陥部であっても美観を大きく損ね、商品価値を低下させる。
そこで従来から、この種の突状欠陥部の除去（平坦化）が課題とされ、次のような方法、すなわち、上記突状欠陥部にレーザ光を照射し、その欠陥部を除去するという方法が開発された（特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３６４４１９０号公報
【特許文献２】特開平３−９４８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来技術では、欠陥部除去痕（補修痕）が残るため人手による仕上げ作業、主にぼかし作業が必要となったり、突状欠陥部除去後に保護膜塗布工程及び平坦化工程を要する等、全体として手間や時間が掛かった。これは、突状欠陥部へのレーザ光の照射量あるいは強度の過不足、特に過剰、過大なレーザ光照射に起因すると考えられるが、いずれにせよ、従来、このように手間や時間が掛かる点についての改善が要望されていた。
【０００５】
本発明は、上記のような要望に鑑みなされたもので、より少ない手間、時間で塗装面の突状欠陥部の除去、平坦化が可能な塗装面突状欠陥除去方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の塗装面突状欠陥除去方法は、塗装面上の突状欠陥部の位置及び３次元形状を計測する第１工程と、この第１工程により計測された突状欠陥部の３次元形状に基づきその突状欠陥部のみを除去するために最適なレーザ光強度分布を決定する第２工程と、この第２工程で決定されたレーザ光強度分布に従ったレーザ光を前記第１工程により計測された突状欠陥部の位置においてその突状欠陥部に照射する第３工程とを具備することを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記レーザ光には、エキシマレーザ光又はフェムト秒レーザ光が用いられることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記第３工程におけるレーザ光強度分布に従ったレーザ光は、レーザ装置からのレーザ光が有する原レーザ光強度分布をレーザ光強度分布変調器によって変調し、集光して得ることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記レーザ光強度分布変調器は、液晶板及び折返しミラー、又は干渉ミラー装置で構成されることを特徴とする。
特許請求の範囲の請求項５に記載の塗装面突状欠陥除去装置は、塗装面上の突状欠陥部の３次元形状を計測し、計測された突状欠陥部の３次元形状に基づきその突状欠陥部のみを除去するために最適なレーザ光強度分布を決定する突状欠陥部計測装置と、レーザ光を出射するレーザ装置と、このレーザ装置からのレーザ光の強度分布を変調して、前記突状欠陥部計測装置で決定された前記レーザ光強度分布に従ったレーザ光を前記突状欠陥部に照射させるためのレーザ光強度分布変調器とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
特許請求の範囲の請求項１〜４及び５に記載の発明によれば、より少ない手間、時間で塗装面の突状欠陥部の除去、平坦化が可能な塗装面突状欠陥除去方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明方法を適用した塗装面突状欠陥除去装置の構成例を示す図である。
図示するように、塗装面突状欠陥除去装置は、レーザ光Ｌ１を出射するレーザ装置１、塗装面１１上の突状欠陥部１１ａを検出し、その位置（領域を含む。以下同じ。）及び３次元形状（大きさを含む。以下同じ。）２１を計測し、記憶する突状欠陥部計測装置２、レーザ装置１からのレーザ光Ｌ１の強度分布（原レーザ光強度分布）２２を変調するレーザ光強度分布変調器３、及び集光レンズ４を備えて構成されている。
図中１２は、塗装が施された車両ボディー等の被塗装物であり、その塗装面１１上の突状欠陥部１１ａの除去に当たって平面上の移動手段、ここではＸ，Ｙテーブル１３上に載置固定される。このＸ，Ｙテーブル１３、換言すれば被塗装物１２は、テーブル駆動・制御装置１４によって図中の左右方向及び図示面に対して直交する方向に移動可能である。
【０００９】
ここで、上記突状欠陥部計測装置２は、突状欠陥部１１ａの検出、３次元形状２１の計測用の照明／撮像手段２ａと、この照明／撮像手段２ａからの画像信号を処理して突状欠陥部１１ａを検出し、その３次元形状２１を演算するためのプログラムや演算処理装置等を備える突状欠陥部計測装置本体２ｂとから構成されている。
【００１０】
この突状欠陥部計測装置２の上記本体２ｂには、テーブル駆動・制御装置１４から位置信号が入力され、突状欠陥部１１ａ検出時のＸ，Ｙテーブル１３の位置、つまり突状欠陥部１１ａの位置を、突状欠陥部１１ａの３次元形状２１と共に記憶可能である。
この突状欠陥部計測装置２、詳しくはその本体２ｂは、突状欠陥部１１ａの記憶後、その記憶位置に基づいてテーブル駆動・制御装置１４を制御し、Ｘ，Ｙテーブル１３を移動させて、突状欠陥部１１ａの位置を所望位置、例えばレーザ光照射位置に移動させ得る。図示例では、突状欠陥部１１ａの位置（検出位置）とレーザ光照射位置とは同じとされており、この図１は、突状欠陥部１１ａがレーザ光照射位置に位置決めされている状態を示す。突状欠陥部１１ａがレーザ光照射位置においてレーザ光照射される際には、照明／撮像手段２ａを図示位置から外れた位置に退避させてもよい。
【００１１】
また突状欠陥部計測装置本体２ｂは、計測、記憶した突状欠陥部１１ａの３次元形状２１に基づき、集光レンズ４を介してその突状欠陥部１１ａにレーザ光Ｌ３を照射したときに、その突状欠陥部１１ａのみを除去するために最適なレーザ光強度分布（以下、照射レーザ光強度分布と記す。）２３を決定する。この照射レーザ光強度分布２３は、突状欠陥部計測装置本体２ｂ内の演算処理装置が上記プログラムを実行し、演算することにより決定される。
【００１２】
更に、この突状欠陥部計測装置本体２ｂは、突状欠陥部１１ａの除去時における突状欠陥部１１ａのレーザ光照射位置への位置決め制御機能、及びそれに先立って、原レーザ光強度分布２２が上記のような照射レーザ光強度分布２３に変調されるように、レーザ光強度分布変調器３を制御する機能を有する。またこの突状欠陥部計測装置本体２ｂは、突状欠陥部１１ａがレーザ光照射位置へ位置決めされ、原レーザ光強度分布２２が照射レーザ光強度分布２３に変調されるようにレーザ光強度分布変調器３を制御した後、レーザ装置１からレーザ光Ｌ１を出射させる機能も有する。
すなわち、突状欠陥部計測装置本体２ｂは、テーブル駆動・制御装置１４と協働して突状欠陥部１１ａを検出し、その位置及び３次元形状２１を計測して記憶し、また、照射レーザ光強度分布２３を決定する基本機能の他に、突状欠陥部１１ａの除去時において、テーブル駆動・制御装置１４、レーザ光強度分布変調器３及びレーザ装置１を制御する付加機能をも有する。
【００１３】
なお、上記付加機能を突状欠陥部計測装置２とは別個の制御手段に具備させ、突状欠陥部計測装置２には上記基本機能のみを備えるように構成してもよいことは勿論である。また、照射レーザ光強度分布２３を決定する機能を上記基本機能から除外し、突状欠陥部計測装置本体２ｂとは別個の演算手段によって照射レーザ光強度分布２３を決定するように構成してもよい。
突状欠陥部１１ａの検出、３次元形状２１の計測用の照明／撮像手段２ａの構成、配置位置等についても図示例のみに限定されることはない。
【００１４】
本実施形態において、上記レーザ光Ｌ１には、エキシマレーザ光又はフェムト秒レーザ光等の、熱影響が少なく、極微細・高精度加工が可能なレーザ光（短パルスレーザ光）が用いられる。
またレーザ光強度分布変調器３は、例えば図２に示すように、液晶板３ａと、平板状の全反射ミラーからなる折返しミラー３ｂとによって構成される。上記液晶板３ａは、マトリックス状に面状配列された多数のセグメントからなり、各セグメント毎のレーザ光透過率等を制御することにより、上記原レーザ光強度分布２２を照射レーザ光強度分布２３に変調可能である。折返しミラー３ｂは、液晶板３ａを透過したレーザ光Ｌ２を突状欠陥部１１ａ側に方向転換、図示例では下方に直角に方向転換させる。
集光レンズ４は、照射レーザ光強度分布２３に変調されたレーザ光Ｌ２のビーム径を突状欠陥部１１ａの大きさに集光（照射レーザ光強度分布２３の形態を変えることなく縮小）するレンズである。
【００１５】
なお、上記液晶板３ａの位置を、折返しミラー３ｂと集光レンズ４との間に変更してもよい。また、レーザ装置１及び液晶板３ａを、集光レンズ４に正対する位置（集光レンズ４の上方）に配置すると共に、液晶板３ａの各セグメント毎のレーザ光透過率、つまり照射レーザ光強度分布２３を図示例の場合とは反転させて、折返しミラー３ｂを省略してもよい。
いずれにしても、最終的に突状欠陥部１１ａに照射されるレーザ光Ｌ３のビーム径及びその強度分布２４は、突状欠陥部１１ａの３次元形状（形状、大きさ）２１に合わされたものとされる。また、レーザ装置１から出射されるレーザ光Ｌ１の強度（レーザ出力）や集光レンズ４の集光度は、基本的には、最終的に突状欠陥部１１ａに照射される短パルスレーザ光Ｌ３、１発でその突状欠陥部１１ａのみが除去される最適値に設定される。
短パルスレーザ光Ｌ３、１発で突状欠陥部１１ａが除去されない場合には、短パルスレーザ光Ｌ３は複数発照射される。しかし、エキシマレーザ光やフェムト秒レーザ光は、熱影響が少なく、極微細・高精度加工が可能であり、例えば目視により突状欠陥部１１ａの除去程度を観察しつつ短パルスレーザ光Ｌ３を追加照射し、その部分が平坦になった時点で短パルスレーザ光Ｌ３の追加照射を停止して突状欠陥部１１ａのみの除去が可能である。
【００１６】
次に、上述した塗装面突状欠陥除去装置の動作（塗装面突状欠陥除去方法の一例）について、図３のフローチャートを併用して説明する。
図３に示すように、まず、ステップ２０１において、突状欠陥部計測装置２の照明／撮像手段２ａが被塗装物１２の塗装面１１を走査して突状欠陥部１１ａを検出する。走査は、テーブル駆動・制御装置１４がＸ，Ｙテーブル１３を移動制御して行われるが、照明／撮像手段２ａ又は、照明／撮像手段２ａ及びＸ，Ｙテーブル１３を移動制御するようにしても可能である。
この走査過程で突状欠陥部１１ａが検出されると、突状欠陥部計測装置本体２ｂは、照明／撮像手段２ａから得られた画像信号を処理（画像処理）して突状欠陥部１１ａの３次元形状２１を計測（演算）し、テーブル駆動・制御装置１４からの位置信号から得られた突状欠陥部１１ａの位置と共に記憶する。
【００１７】
次に、ステップ２０２では、ステップ２０１で計測、記憶された突状欠陥部１１ａの３次元形状２１に基づき、その突状欠陥部１１ａのみを除去するために最適な照射レーザ光強度分布２３を決定（演算）する。
そして、ステップ２０３では、レーザ装置１を作動させてレーザ光Ｌ１（短パルスレーザ光）を出射し、ステップ２０１で決定された照射レーザ光強度分布２３に従ったレーザ光（短パルスレーザ光）Ｌ３を突状欠陥部１１ａの位置においてその突状欠陥部１１ａに照射し、突状欠陥部１１ａを除去する。
塗装面１１中に複数の突状欠陥部１１ａが検出された場合には、突状欠陥部計測装置本体２ｂからの指令によりテーブル駆動・制御装置１４がＸ，Ｙテーブル１３を移動させ、各突状欠陥部１１ａを順次レーザ光照射位置へ移動させて上述したレーザ光Ｌ３をその突状欠陥部１１ａに照射し、各突状欠陥部１１ａを除去する。
突状欠陥部１１ａには、その突状欠陥部１１ａのみを除去するために最適な照射レーザ光強度分布２３に従ったレーザ光、ここではエキシマレーザ光又はフェムト秒レーザ光等の短パルスレーザ光が照射されるので、除去し過ぎることなく、突状欠陥部１１ａのみが適正に除去される。また、周囲に熱影響を与えることも少ない。
【００１８】
したがって、このような塗装面突状欠陥除去方法によれば、人手による仕上げ作業、主にぼかし作業が必要となったり、欠陥部除去後に保護膜塗布工程及び平坦化工程を要する等、手間や時間を要することなく、塗装面１１の突状欠陥部１１ａの除去、平坦化が可能となる。
【００１９】
なお、図２に示す例では、レーザ光強度分布変調器３を液晶板３ａ及び折返しミラー３ｂにより構成したが、これのみに限定されることはない。例えば、図４に示すように、レーザ装置１からのレーザ光Ｌ１を反射させることにより上記照射レーザ光強度分布２３を得る干渉ミラー装置４１によりレーザ光強度分布変調器３を構成してもよい。
ここで、干渉ミラー装置４１は、図示するように、上記液晶板３ａのセグメントと同様にマトリックス状に面状配列され、上記折返しミラー３ｂと同様の位置に配置された多数の微小ミラー４１ａ（微小ミラー群）と、各微小ミラー４１ａに対応して設けられた多数のアクチュエータ４１ｂとから構成されている。
各微小ミラー４１ａは、対応するアクチュエータ４１ｂによって図中矢印イに示すように進退自在であり、原レーザ光強度分布２２から照射レーザ光強度分布２３が得られる位置に位置決めされている。照射レーザ光強度分布２３は、アクチュエータ４１ｂによる微小ミラー４１ａの位置調整によりレーザ光Ｌの光路長が変えられ、位相ずれが与えられたレーザ光が互いに干渉し合い、レーザ光強度の強弱が発生することによって得られる。
図４中の各分布２２〜２４の形態は、ここではレーザ光Ｌ１〜Ｌ３の、図示面に対して直交する方向の中央縦断位置（図１に示す突状欠陥部１１ａの中央縦断位置に対応する位置）における分布のみを示したものであり、どの位置をとってもこの形態になるとは限らない。分布２２〜２４の形態は、基本的には図１に示す突状欠陥部１１ａの縦断面位置における突状欠陥部１１ａの輪郭形状に対応する。図１及び図２においても同様である。
【００２０】
１つの突状欠陥部の塗装面上の領域が広く（突状欠陥部の塗装面方向の寸法が大きく）、塗装面方向についての１箇所におけるレーザ光照射では、その突状欠陥部の塗装面方向についての一部しか除去することができない場合がある。このような場合には、突状欠陥部へのレーザ光照射領域を複数箇所に分け、各箇所においてレーザ光照射を行うようにすればよい。この場合は、分けられたレーザ光照射領域に応じて、各々照射レーザ光強度分布も分けて決定される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明方法を適用した塗装面突状欠陥除去装置の構成例を示す図である。
【図２】図１中のレーザ光強度分布変調器の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示した装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１中のレーザ光強度分布変調器の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：レーザ装置、２：突状欠陥部計測装置、２ａ：照明／撮像手段、３：レーザ光強度分布変調器、４：集光レンズ、１１：塗装面、１１ａ：突状欠陥部、１２：被塗装物、１３：Ｘ，Ｙテーブル、１４：テーブル駆動・制御装置、２０１：突状欠陥部の検出・３次元形状計測ステップ、２０２：最適な照射レーザ光強度分布の決定ステップ、２０３：レーザ光照射による突状欠陥部除去ステップ。
【図１】
2007329271.tif 000003
【図２】
2007329271.tif 000004
【図３】
2007329271.tif 000005
【図４】
2007329271.tif 000006