(57)【要約】【課題】レーザ光の照射による加工対象物の加工効率を向上させることができるレーザ照射システムを提供することである。【解決手段】実施形態のレーザ照射システムは、照射システムと、少なくとも１つの反射システムとを持つ。照射システムは、レーザ光を照射する。少なくとも１つの反射システムは、照射システムから照射されるレーザ光の波面および焦点位置を変化させつつ、レーザ光を加工対象物の加工位置に向かい反射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射する照射システムと、
前記照射システムから照射される前記レーザ光の波面および焦点位置を変化させつつ、前記レーザ光を加工対象物の加工位置に向かい反射する少なくとも１つの反射システムと、
を備える、
レーザ照射システム。
【請求項２】
前記反射システムは、
制御用レーザ光が前記加工対象物で反射されて成る制御用反射光の波面を検出する波面センサと、
前記加工対象物までの距離を検出する距離センサと、
前記加工対象物の加工位置を検出する位置センサと、
前記レーザ光の波面および焦点位置を変化させる波面変更部と、
前記レーザ光の照準を変化させる照準変更部と、
前記波面センサから出力される前記制御用反射光の波面の信号に応じて前記レーザ光の波面を制御し、
前記距離センサから出力される前記加工対象物までの距離の信号に応じて前記レーザ光の焦点位置を制御し、
前記位置センサから出力される前記加工対象物の加工位置の信号に応じて前記レーザ光の照準を制御する制御部と、
を備える、
請求項１に記載のレーザ照射システム。
【請求項３】
複数の前記反射システムを備え、
前記複数の前記反射システムの各々は、
前記レーザ光の波面および焦点位置を変化させつつ、前記レーザ光を他の前記反射システムに向かい反射し、
他の前記反射システムから照射される前記レーザ光の反射光の波面および焦点位置を変化させつつ、前記レーザ光の反射光を前記加工対象物の加工位置に向かい反射する、
請求項１または請求項２に記載のレーザ照射システム。
【請求項４】
前記反射システムは、
レーザ光を照射するレーザ照射装置を備える、
請求項１から請求項３の何れか１つに記載のレーザ照射システム。
【請求項５】
前記照射システムは、
前記レーザ照射装置から照射される前記レーザ光の波面および焦点位置を変化させつつ、前記レーザ光を加工対象物の加工位置に向かい反射する、
請求項４に記載のレーザ照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１台のレーザ照射装置により照射対象にレーザ光を照射して切断等のレーザ加工を行うレーザ加工装置がある。しかしながら照射対象の姿勢および位置が変化する場合には、照射対象の加工位置にレーザ光を継続して照射することができない可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、レーザ光の照射による加工対象物の加工効率を向上させることができるレーザ照射システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のレーザ照射システムは、照射システムと、少なくとも１つの反射システムとを持つ。照射システムは、レーザ光を照射する。少なくとも１つの反射システムは、照射システムから照射されるレーザ光の波面および焦点位置を変化させつつ、レーザ光を加工対象物の加工位置に向かい反射する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態のレーザ照射システムの構成を示す図。
【図２】実施形態の変形例のレーザ照射システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のレーザ照射システムを、図面を参照して説明する。
【０００８】
実施形態のレーザ照射システム１０は、図１に示すように、相互に無線通信する照射システム１１および少なくとも１つの反射システム１２を備える。
実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、レーザ光による加工対象物の切断または穴あけなどの各種のレーザ加工に用いることができる。また、実施形態のレーザ照射システム１０の照射システム１１および反射システム１２の各々は、地上に設置可能であるとともに、各種のプラットホームに搭載可能である。例えば、照射システム１１および反射システム１２の各々は、各種のプラットホームとして、航空機、飛行船、船、車両、人工衛星などに搭載可能である。
【０００９】
照射システム１１は、レーザ照射装置２１と、波面補正システム２２と、レーザ測距器２３と、赤外線カメラ２４と、制御システム２５と、を備えている。
【００１０】
レーザ照射装置２１は、加工対象物Ｔを加工するための加工用レーザ光を照射する第１照射部と、制御用レーザ光を照射する第２照射部と、を備えている。
第１照射部および第２照射部は、化学レーザ装置または固体レーザ装置などの各種のレーザ装置である。例えば、化学レーザ装置は、誘導放出を起こす媒質としてフッ化重水素またはヨウ素などを用いる。例えば、固体レーザ装置は、結晶、セラミック、石英ファイバ、フッ化物ファイバなどにイッテリビウムやネオジウムなどの希土類を添加したものを用いる。
【００１１】
第１照射部は、加工対象物Ｔの加工に寄与する加工用レーザ光を出力する。第１照射部は、レーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）などを備えている。レーザ発振器は、レーザ光源（図示略）から射出されたレーザ光を、誘導放出を起こす媒質を備える共振器（図示略）に照射することによって、連続波のレーザ光を発振する。変調器は、レーザ発振器から出力された連続波のレーザ光をパルス波のレーザ光に変換可能である。
第２照射部は、第１照射部から照射される加工用レーザ光とは干渉しないように加工用レーザ光とは異なる波長を有する制御用レーザ光を出力する。第２照射部は、加工対象物Ｔの加工には寄与しない程度の所定強度以下の制御用レーザ光を出力する。第２照射部は、第１照射部と同様にレーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）などを備えている。
【００１２】
波面補正システム２２は、レーザ照射装置２１から照射される加工用レーザ光の波面および焦点位置を調整して、加工用レーザ光を加工対象物Ｔの加工位置に向かい出力する。
波面補正システム２２は、波面センサ２６を備えている。波面センサ２６は、加工対象物Ｔに照射された制御用レーザ光が加工対象物Ｔの表面で反射されることによって得られる制御用反射光を検出して、大気ゆらぎなどに起因する制御用反射光の波面の歪みを検知する。
波面補正システム２２は、制御システム２５により駆動制御される波面補正用の可変鏡を備えている。波面補正用の可変鏡は、制御システム２５による駆動制御に応じて、加工対象物Ｔに向かい反射する加工用レーザ光の波面を変更する。制御システム２５は、波面センサ２６によって検知される制御用反射光における波面の歪みに基づき、大気ゆらぎなどに起因する加工用レーザ光の波面の歪みを光学的に補償（波面補正）するために、波面補正用の可変鏡を駆動制御する。
【００１３】
波面補正システム２２は、制御システム２５により駆動制御される焦点位置変更用の可変鏡を備えている。焦点位置変更用の可変鏡は、制御システム２５による駆動制御に応じて、加工対象物Ｔに向かい反射する加工用レーザ光の焦点位置を変更する。制御システム２５は、レーザ測距器２３によって検知される加工対象物Ｔまでの距離に基づき、加工用レーザ光の焦点位置を変更するために、焦点位置変更用の可変鏡を駆動制御する。
レーザ測距器２３は、距離の測定対象物（例えば、加工対象物Ｔまたは後述する反射システム１２の反射鏡３１など）に対して測距用レーザ光を照射し、測距用レーザ光が測定対象物によって反射されることによって得られる測距用反射光を受信する。レーザ測距器２３は、測距用レーザ光および測距用反射光の位相差に基づいて、測定対象物までの距離を計測する。
【００１４】
波面補正システム２２は、制御システム２５により駆動制御される照準変更用の光学系を備えている。照準変更用の光学系は、複数のミラーなどの光学素子を備えている。照準変更用の光学系は、制御システム２５による駆動制御に応じて、加工用レーザの照準を変更する。制御システム２５は、赤外線カメラ２４によって検知される加工対象物Ｔの表面上の加工位置に基づき、加工用レーザ光の照準を変更するために、照準変更用の光学系を駆動制御する。
赤外線カメラ２４は、加工用レーザ光が照射対象の表面で反射された反射光を検出することにより、または加工用レーザ光に起因して照射対象の表面から放射される赤外線を検出することにより、加工対象物Ｔの表面上の加工位置を検知する。
【００１５】
反射システム１２は、反射鏡３１と、波面補正システム３２と、レーザ測距器３３と、赤外線カメラ３４と、制御システム３５と、を備えている。
反射鏡３１は、照射システム１１のレーザ測距器２３または他の反射システム１２のレーザ測距器３３から照射される測距用レーザ光を反射する。
波面補正システム３２、レーザ測距器３３、および赤外線カメラ３４の各々は、照射システム１１の波面補正システム２２、レーザ測距器２３、および赤外線カメラ２４の各々と同一の機能を有している。波面補正システム３２は、波面センサ２６と同一の機能を有する波面センサ３６を備えている。
【００１６】
以下に、実施形態のレーザ照射システム１０の動作について説明する。
照射システム１１の制御システム２５と、反射システム１２の制御システム３５とは、相互の無線通信によって協調的に動作する。
照射システム１１の制御システム２５は、照射システム１１から直接的に加工対象物Ｔの表面上の加工位置に加工用レーザ光を照射することができる場合には、波面補正システム２２から加工対象物Ｔの加工位置に向かい加工用レーザ光を出力する。
【００１７】
照射システム１１の制御システム２５は、照射システム１１から直接的に加工対象物Ｔの表面上の加工位置に加工用レーザ光を照射することができない場合には、反射システム１２を介して間接的に加工対象物Ｔの加工位置に加工用レーザ光を照射する。この場合、制御システム２５は、照射システム１１から反射システム１２に向かい加工用レーザ光および制御用レーザ光の各々を照射する。
【００１８】
反射システム１２の制御システム３５は、照射システム１１からの加工用レーザ光および制御用レーザ光を、波面補正システム３２によって加工対象物Ｔに向かい反射する。制御システム３５は、照射システム１１からの加工用レーザ光を加工対象物Ｔの加工位置に集光するように波面補正システム３２によって反射する。制御システム３５は、照射システム１１からの制御用レーザ光を波面補正システム３２によって加工対象物Ｔに向かい反射する。制御システム３５は、加工対象物Ｔに照射された制御用レーザ光が加工対象物Ｔの表面で反射されることによって得られる制御用反射光を、波面補正システム３２によって照射システム１１に向かい反射する。
照射システム１１の制御システム２５は、波面センサ２６によって検知される反射システム１２からの制御用反射光における波面の歪みに基づき、波面補正システム２２によって大気ゆらぎなどに起因する加工用レーザ光の波面の歪みを光学的に補償（波面補正）する。
【００１９】
反射システム１２の制御システム３５は、レーザ測距器３３からの測距用レーザ光を加工対象物Ｔに向かい出力する。これにより反射システム１２の制御システム３５は、反射システム１２と加工対象物Ｔとの間の距離を計測する。反射システム１２の制御システム３５は、反射システム１２と加工対象物Ｔとの間の距離に基づき、波面補正システム３２によって加工用レーザ光の焦点位置を調整する。
照射システム１１の制御システム２５は、レーザ測距器２３からの測距用レーザ光を反射システム１２の反射鏡３１に向かい出力する。これにより照射システム１１の制御システム２５は、照射システム１１と反射システム１２との間の距離を計測する。照射システム１１の制御システム２５は、照射システム１１と反射システム１２との間の距離と、反射システム１２と加工対象物Ｔとの間の距離とに基づき、波面補正システム２２によって加工用レーザ光の焦点位置を調整する。
【００２０】
以上説明した実施形態によれば、照射システム１１からの加工用レーザ光を加工位置に向かい反射する反射システム１２を持つので、加工対象物Ｔの姿勢または位置が変化する場合であっても、加工位置に対する加工用レーザ光の照射を継続することができる。これにより照射システム１１から出力される加工用レーザ光による加工対象物Ｔの加工効率を向上させることができる。また、照射システム１１から直接的に加工対象物Ｔに加工用レーザ光を照射する場合と、照射システム１１から反射システム１２を介して間接的に加工対象物Ｔに加工用レーザ光を照射する場合とのうち、何れか加工効率が高い方を選択することができる。例えば、直接的な照射と間接的な照射とのうち、加工対象物Ｔに対する加工用レーザ光の入射角度が小さい方を選択することにより、加工効率を向上させることができる。
【００２１】
以下、変形例について説明する。
上述した実施形態において、反射システム１２は、レーザ照射装置４１を備えてもよい。この変形例のレーザ照射システム１０は、図２に示すように、レーザ照射装置４１を有する反射システム１２を備えている。
この変形例のレーザ照射システム１０において、反射システム１２の制御システム３５は、照射システム１１からの加工用レーザ光とともにレーザ照射装置４１からの加工用レーザ光を、波面補正システム３２によって加工対象物Ｔに向かい出力することができる。反射システム１２の制御システム３５は、照射システム１１からの加工用レーザ光を波面補正システム３２によって加工対象物Ｔに向かい反射する際に、レーザ照射装置４１からの加工用レーザ光を波面補正システム３２によって加工対象物Ｔに向かい照射する。
以上説明した変形例によれば、レーザ照射装置４１を有する反射システム１２を持つので、複数の加工用レーザ光の出力を合成して加工対象物Ｔの加工を行なうことができ、加工効率を向上させることができる。
【００２２】
以下、他の変形例について説明する。
上述した実施形態において、複数の反射システム１２を備える場合には、照射システム１１から複数の反射システム１２を介して間接的に加工対象物Ｔに加工用レーザ光を照射してもよい。
この変形例によれば、照射システム１１と加工対象物Ｔとの間で介在する複数の反射システム１２を適宜に選択することによって、加工対象物Ｔに対して任意の方向から加工用レーザ光を照射することができる。
【００２３】
上述した実施形態では、レーザ照射システム１０の照射システム１１および反射システム１２の各々は、各種のプラットホームに搭載可能であることに限定されず、移動可能に構成されてもよい。
【００２４】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、照射システム１１からの加工用レーザ光を加工位置に向かい反射する反射システム１２を持つので、加工対象物Ｔの姿勢または位置が変化しても加工位置に対する加工用レーザ光の照射を継続することができる。これにより照射システム１１から出力される加工用レーザ光による加工対象物Ｔの加工効率を向上させることができる。また、照射システム１１から直接的に加工対象物Ｔに加工用レーザ光を照射する場合と、照射システム１１から反射システム１２を介して間接的に加工対象物Ｔに加工用レーザ光を照射する場合とのうち、何れか加工効率が高い方を選択することができる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２６】
１０…レーザ照射システム、１１…照射システム、１２…反射システム、２１…レーザ照射装置、２２…波面補正システム、２３…レーザ測距器、２４…赤外線カメラ、２５…制御システム、２６…波面センサ、３１…反射鏡、３２…波面補正システム、３３…レーザ測距器、３４…赤外線カメラ、３５…制御システム、３６…波面センサ
【図１】
2016052674.tif 000003
【図２】
2016052674.tif 000004