(57)【要約】      （修正有）【課題】ワークピースの「１回完成組立」を可能とするレーザ加工、測定の統合システムの提供。【解決手段】ワークピースの一回完成組み立てを可能にするレーザー加工及び測定方法５１０が開示される。レーザー加工及び測定方法は、前記ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力の間に、前記ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力を挟むこと５１６を含み、第２のレーザ出力の測定レーザパルスを出射することによりワークピースまでの距離を測定し、ワークピースまでの測定値と理想値との表面ずれ量を求め、求めた表面ずれ量に基づいて第１のレーザ出力を制御し、ワークピース上のそれぞれの位置における表面ずれ量を求め、求めた表面ずれ量を用いて輪郭マップを作成し、輪郭マップに基づいてレーザ照射のパルスパターンを生成する。【選択図】図１６
2017006985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（２２）の一回完成組み立てを可能にする、統合されたレーザー加工及び測定のためのロボットシステム（２０）であって、
前記ワークピース（２２）から材料を除去するための第１のレーザー出力（６４）を生成するよう構成されたレーザー源（３２）と、
前記レーザー源（３２）と通信するコントローラ（４０）とを含み、
前記コントローラ（４０）は、前記ワークピース（２２）から除去された材料を測定するための第２のレーザー出力（６６）が生成されるよう、前記レーザー源のエネルギーレベルを調節するように構成されている、ロボットシステム。
【請求項２】
前記コントローラ（４０）は、さらに、最小降下法に従って、前記第１のレーザー出力（６４）のパルスの間に前記第２のレーザー出力（６６）を挟むように構成されている、請求項１に記載のロボットシステム（２０）。
【請求項３】
前記レーザー源（３２）は、フェムト秒レーザーである、請求項１又は２に記載のロボットシステム（２０）。
【請求項４】
前記コントローラ（４０）と通信する検出器（７４）をさらに含み、前記検出器（７４）は、前記第２のレーザー出力（６６）が前記レーザー源（３２）から前記ワークピース（２２）に照射された後に、前記ワークピース（２２）から散乱反射された光の量を検出するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１つに記載のロボットシステム（２０）。
【請求項５】
前記コントローラ（４０）は、さらに、前記第２のレーザー出力（６６）を用いた測定結果に基づいて、前記第１のレーザー出力（６４）のパルスパターンを決定するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１つに記載のロボットシステム（２０）。
【請求項６】
ワークピース（２２）の一回完成組み立てを可能にするレーザー加工及び測定方法（５１０）であって、
前記ワークピース（２２）から材料を除去するための第１のレーザー出力（６４）の間に、前記ワークピース（２２）から除去された材料を測定するための第２のレーザー出力（６６）を挟むこと（５１６）を含む方法。
【請求項７】
前記第２のレーザー出力（６６）の測定レーザーパルスを出射することによって、前記ワークピース（２２）における位置までの距離を測定することをさらに含む、請求項６に記載のレーザー加工及び測定方法（５１０）。
【請求項８】
前記ワークピース（２２）までの測定距離を、前記ワークピース（２２）における前記位置までの理想距離と比較することによって、前記位置についての表面ずれ値を求めることをさらに含む、請求項６又は７に記載のレーザー加工及び測定方法（５１０）。
【請求項９】
前記位置について求めた表面ずれ値に基づいて、前記ワークピース（２２）における前記位置に、前記第１のレーザー出力（６４）の機械加工レーザーパルスを照射することをさらに含む、請求項６〜８のいずれか１つに記載のレーザー加工及び測定方法（５１０）。
【請求項１０】
前記ワークピース（２２）における複数の位置のそれぞれについて、表面ずれ値を求めることと、前記ワークピース（２２）における前記複数の位置のそれぞれについての前記表面ずれ値を用いて、輪郭マップ（８８）を作成することと、作成された前記輪郭マップ（８８）に基づいて、機械加工レーザーパルスのレーザーパルスパターンを生成することと、をさらに含む、請求項６〜９のいずれか１つに記載のレーザー加工及び測定方法（５１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、レーザー加工に関し、より具体的には、ワークピースの「１回完成組み立て」（one-up assembly）を可能にする、統合されたレーザー加工及び測定の方法及びそのためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のところ、複数材料の積層体、すなわち、異なる材料の２つ以上の層によって形成されたアセンブリに、穴を穿孔する一般的な手法は、２つある。１つの手法においては、これらの積層体の層を別々にした状態で、各層に穴を穿孔する。例えば、第１の層に１つの穴を穿孔し、これに対応する穴を、第２の層に穿孔する。次に、これらの穴を揃えた状態で、層同士を組み付ける。しかしながら、まとめて層に穴を穿孔するのではなく個別に穿孔するため、層同士を組み付けた際に、穴のアラインメント、サイズ、及び配向に誤差が生じ得る。
【０００３】
マッチドリリング(match drilling）と呼ばれる第２の手法では、層をまとめて保持した状態で、この積層体に対して１つの穴を穿孔する。より具体的には、まず層同士を組み付けて連結し、次に、この積層体に穴を穿孔する。マッチドリリングでは、穴のアラインメント、サイズ、及び配向の問題は解消されるが、それでも穴が不完全なものになる場合がある。例えば、マッチドリリングによって、金属の角部にバリが形成されたり、炭素繊維強化ポリマー材料に亀裂が生じたりすることがある。
【０００４】
マッチドリリングの後に穴を洗浄するため、積層体を解体し、各層に設けた穴に対して仕上げ処理を行う。仕上げ処理の後、これらの層を再度組み付けて積層体を形成する。高品質の穴を実現するために、積層体を組み付け、解体し、再度組み付ける必要があることによって、製造費用及びフロータイム（flow time）が大幅に増加する。従って、複数材料積層体を加工するための、費用効果的且つ効率的な方法及びシステムを提供する必要がある。
【発明の概要】
【０００５】
一実施形態によれば、ワークピースの一回完成組み立てを可能にするレーザー加工及び測定方法が開示される。当該レーザー加工及び測定方法は、ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力の間に、ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力を挟むことを含みうる。
【０００６】
一改変例において、レーザー加工及び測定方法は、第２のレーザー出力の測定レーザーパルスを出射することによって、ワークピースにおける位置までの距離を測定することをさらに含みうる。
【０００７】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、ワークピースまでの測定距離を、ワークピースにおける上記位置までの理想距離と比較することによって、上記位置についての表面ずれ値を求めることをさらに含みうる。
【０００８】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、上記位置について求めた表面ずれ値に基づいて、ワークピースにおける上記位置に、第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルスを照射することをさらに含みうる。
【０００９】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、ワークピースにおける複数の位置のそれぞれについて、表面ずれ値を求めることをさらに含みうる。
【００１０】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、ワークピースにおける複数の位置のそれぞれについての表面ずれ値を用いて、輪郭マップを作成することをさらに含みうる。
【００１１】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、作成された輪郭マップに基づいて、機械加工レーザーパルスのレーザーパルスパターンを生成することをさらに含みうる。
【００１２】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、最小降下法に従って、レーザーパルスパターンの一部として、測定レーザーパルスを差し挟むことをさらに含みうる。
【００１３】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、第１レーザー源を用いて第１のレーザー出力を生成する一方、第２レーザー源を用いて第２のレーザー出力を生成することをさらに含み、第２レーザー源は、第１レーザー源とは別個のレーザー源である。
【００１４】
別の改変例において、レーザー加工及び測定方法は、単一のレーザー源のパルスエネルギーを調節することによって、第１のレーザー出力及び第２のレーザー出力のそれぞれを生成することをさらに含みうる。
【００１５】
別の実施形態によれば、ワークピースの一回完成組み立てを可能にする、統合されたレーザー加工及び測定のためのロボットシステムが開示される。当該ロボットシステムは、ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力を生成するよう構成されたレーザー源と、レーザー源と通信するコントローラとを含みうる。コントローラは、ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力が生成されるよう、レーザー源のエネルギーレベルを調節するように構成されている。
【００１６】
一改変例において、コントローラは、さらに、最小降下法に従って、第１のレーザー出力のパルスの間に第２のレーザー出力を挟むように構成されうる。
【００１７】
別の改変例において、レーザー源は、フェムト秒レーザーである。
【００１８】
別の改変例において、ロボットシステムは、コントローラと通信する検出器をさらに含み、検出器は、第２のレーザー出力がレーザー源からワークピースに照射された後に、ワークピースから散乱反射された光の量を検出するように構成されている。
【００１９】
別の改変例において、コントローラは、さらに、第２のレーザー出力を用いた測定結果に基づいて、第１のレーザー出力のパルスパターンを決定するように構成されている。
【００２０】
別の実施形態によれば、ワークピースの一回完成組み立てを可能にする、統合されたレーザー加工及び測定のためのロボットシステムが開示される。ロボットシステムは、ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力を生成するように構成された第１レーザー源と、ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力を生成するように構成された第２のレーザー源と、第１レーザー源及び第２レーザー源と通信するコントローラとを含みうる。コントローラは、第２のレーザー出力を第１のレーザー出力に対して調整するように構成されている。
【００２１】
一改変例において、第１レーザー源は、フェムト秒レーザーであり、第２レーザー源は、レーザーダイオードである。
【００２２】
別の改変例において、ロボットシステムは、ワークピースに対する第１のレーザー出力及び第２のレーザー出力の位置を誘導するように構成されたエンドエフェクタをさらに含み、エンドエフェクタは、第１レーザー源用の第１の組の光学部品と、第２レーザー源用の第２の組の光学部品を含む。
【００２３】
別の改変例において、ロボットシステムは、コントローラと通信する検出器をさらに含み、検出器は、ワークピースから散乱反射された光の量を検出するように構成されており、コントローラは、検出器から受信したデータに基づいて、ワークピースの表面の輪郭マップを作成するように構成されている。
【００２４】
別の改変例において、コントローラは、さらに、作成された輪郭マップに基づいて、エンドエフェクタの位置を制御するように構成されている。
【００２５】
これら及び他の局面及び特徴は、以下の詳細な説明を添付図面と関連させて読むことによって、より容易に明らかになるであろう。また、様々な特徴を特定の例示的な実施形態に関連させて開示しているが、様々な実施形態のいずれも本開示の範囲から逸脱しない状態で、様々な特徴は、互いに組み合わせても単独で用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示の一実施形態によるロボットシステムの概略図である。
【図２】一実施形態によるロボットシステムの概略図である。
【図３】図２のロボットシステムのエンドエフェクタの正面図である。
【図４】図３のエンドエフェクタの側面図である。
【図５】一実施形態による、挟み込み配置とされた機械加工レーザーパルス及び測定レーザーパルスのレーザーパルスパターンを示すタイミング図である。
【図６】一実施形態による、挟み込み配置とされた機械加工レーザーパルス及び測定レーザーパルスの別のレーザーパルスパターンを示すタイミング図である。
【図７】一実施形態による、測定値最適化の手法を用いた、挟み込み配置とされた機械加工レーザーパルス及び測定レーザーパルスのレーザーパルスパターンを示すタイミング図である。
【図８】一実施形態による、ワークピースにおける穴の内面の表面輪郭マップの概略図である。
【図９】一実施形態による、ワークピースの２つの層間に面取り接合部を有する穴の内面の切り欠き図である。
【図１０】一実施形態によるロボットシステムの概略図である。
【図１１】図１０のロボットシステムのエンドエフェクタの正面図である。
【図１２】図１１のエンドエフェクタの側面図である。
【図１３】一実施形態によるロボットシステムの概略図である。
【図１４】図１３のロボットシステムのエンドエフェクタの正面図である。
【図１５】図１４のエンドエフェクタの側面図である。
【図１６】一実施形態による、ワークピースの一回完成組み立てを可能にするハイブリッドの機械加工及び測定プロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本開示は、様々な改変及び代替の構成が可能であるが、いくつかの例示的な実施形態を図示し、以下に詳しく説明する。本開示は、開示の特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、あらゆる改変、代替の構成、及び均等の構成を含むものである。
【００２８】
特定の実施形態又は特徴−その例を添付図面に示す‐について、以下に詳細に説明する。概して、図面全体を通して、同じ部品又は共通する部品は、同じ参照数字で示している。
【００２９】
図１は、本開示の一実施形態による、ワークピース２２の一回完成組み立てを可能にする統合されたレーザ加工及び測定のためのロボットシステム２０を概略的に示している。ワークピース２２は、例えば、航空機の胴体、宇宙機、及びその他の多くの用途に用いられるような積層体によって構成されたものである。積層体は、互いに組み付けられた複数の層を含む。なお、ロボットシステム２０は、積層体以外の様々なタイプのワークピースにも使用することができる。
【００３０】
一例において、ワークピース２２は、異なる材料からなる第１の層２４及び第２の層２６を含む複数材料積層体である。例えば、第１の層２４は、金属によって構成されており、第２の層２６は、炭素繊維強化ポリマー材料によって構成されている。ただし、他の種類の材料及び材料の組み合わせも用いることができる。また、ワークピース２２は、２つより多い層又は少ない層を含んでもよい。別の例において、積層体は、複数材料からなるものでなくてもよく、同じ材料の層を含むものでもよい。
【００３１】
ロボットシステム２０は、ワークピース２２に対して、ハイブリッドの機械加工及び測定プロセスを実施することができる。ロボットシステム２０は、単一の作業において、ワークピース２２に対する特異部２８の機械加工及び測定を行うことができる。より具体的には、ロボットシステム２０は、特異部２８の機械加工作業を、特異部２８の測定作業と実質的に同時に行うことができる。機械加工プロセスと測定プロセスとを単一のプロセスに統合することによって、ワークピース２２の製造において、時間及びコストを大幅に節約することができる。また、機械加工と測定の統合によって、仕上げ処理を行うために積層体を解体する必要がなくなるだけでなく、機械加工プロセスの精度が向上する。このようにすることで、ロボットシステム２０は、積層体の一回完成組み立て、すなわち、製造中に積層体を一度だけ組み付けること、を可能にする。
【００３２】
ロボットシステム２０は、レーザー源３２及びエンドエフェクタ３４と機能的に通信する制御システム３０を含む。制御システム３０は、ワークピース２２における特異部２８の機械加工及び測定を行うために、レーザー源３２及びエンドエフェクタ３４を制御するように構成されている。例えば、レーザー源３２は、チャープパルス増幅（chirped pulse amplification）によって増幅された、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザとすることができる。ただし、他のタイプのレーザー及び他のタイプの増幅技術を用いてもよい。
【００３３】
エンドエフェクタ３４は、ロボットシステム２０のロボットアームの端部に連結することができる。エンドエフェクタ３４は、レーザー源３２からのレーザー出力３６を、ワークピース２２の正確な位置に誘導するように構成することができる。制御システム３０は、アクチュエータ３８と通信することができ、当該アクチュエータは、エンドエフェクタ３４を移動及び回転させるように構成されている。例えば、アクチュエータ３８は、ウォームギアモータである。ただし、他のタイプのアクチュエータを用いてもよい。
【００３４】
制御システム３０は、コントローラ４０を含む。当該コントローラは、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＧＰＡ）、及び、コンピューター実行可能命令を格納した非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を含む又はこのような媒体と関連付けられたプロセッサベースの装置、のうちの１つ又は複数を用いて実施可能である。あるいは、制御システムは、レーザー源３２及びエンドエフェクタ３４のアクチュエータ３８の機能を電子的に制御するための他の適当な手段を含んでもよい。
【００３５】
コントローラ４０は、レーザー源３２を操作し且つエンドエフェクタ３４を配置するための所定のアルゴリズム又は命令の組に従って動作するように構成することができる。このようなアルゴリズム又は命令の組は、コントローラ４０に関連付けられるかあるいは少なくともコントローラにアクセス可能なメモリ４２内に、プログラムされるかあるいは組み込まれている。メモリ４２は、コントローラ４０内に設けても、外部に設けてもよく、不揮発性メモリによって構成してもよい。なお、制御システム３０及びコントローラ４０は、他のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、及びこれらの組み合わせを含んでもよい。
【００３６】
また、制御システム３０は、２つ以上のコントローラ４０を含みうる。例えば、コントローラ４０が、制御システム３０のマスターコントローラである一方、レーザー源３２は、関連付けられたコントローラ４４を有し、エンドエフェクタ３４のアクチュエータ３８も、関連付けられたコントローラ４６を有する構成とすることができる。ただし、他の構成も採用することができる。コントローラ４０が、レーザー源コントローラ４４及びアクチュエータコントローラ４６と通信することにより、レーザー源３２及びアクチュエータ３８の動作を制御できるようにしてもよい。例えば、制御システム３０は、タイミング、レーザーパルスパターン、パルスエネルギー、パルス幅、及びレーザー光源３２のその他の属性、ならびに、アクチュエータ３８の動き、ひいてはエンドエフェクタ３４の位置、を制御することができる。
【００３７】
一例においては、ロボットシステム２０を用いて、ワークピース２２にすでに機械加工された特異部２８に対して仕上げ処理を行うことができる。ただし、ロボットシステム２０は、ワークピース２２に新たな特異部又は構造を機械加工するのにも用いることができる。特異部２８は、例えば穴４８であるが、ロボットシステム２０によって、他のタイプの特異部又は構造も、形成することができる。穴４８は、中心軸５０に沿って、ワークピース２２を通って第１の端面５２から第２の端面５４まで延びている。例えば、穴４８は、積層体に事前に穿孔又は機械加工された、小さめに形成されたパイロットホールである。
【００３８】
図１に示すように、ロボットシステム２０のエンドエフェクタ３４は、穴４８内に挿入される。エンドエフェクタ３４の中心軸５６は、穴４８の中心軸５０に対して、平行状態、アラインメント状態、及び／又は一致状態とされる。エンドエフェクタ３４は、レーザー源３２からのレーザー出力３６を、集束及び誘導して、レーザー出力３６を穴４８の内面５８に対して法線方向又は横断方向に届ける。
【００３９】
このようにすることで、ロボットシステム２０は、特異部の仕様に合うように、穴４８の内面５８に対して、ハイブリッドの機械加工及び測定プロセスを行う。例えば、ロボットシステム２０は、穴４８の寸法を測定し、例えば、内面５８の全領域について、エンドエフェクタ３４から内面５８までの距離を測定する。次に、レーザー源３２を作動させて、穴４８の仕様許容誤差を満たすよう、内面５８の特定の箇所を機械加工する。
【００４０】
より具体的には、レーザー源３２は、エンドエフェクタ３４の第１端部６０に隣接して配置され、エンドエフェクタ３４の第１端部を介してレーザー出力３６を送ることができる。図１には示していないが、レーザー源３２を、エンドエフェクタ３４の第２端部６２に隣接して配置し、エンドエフェクタ３４の第２端部６２を介してレーザー出力３６を送ってもよい。ただし、レーザー源３２、レーザー出力３６及びエンドエフェクタ３４については、他の構成を採用してもよい。
【００４１】
エンドエフェクタ３４は、レーザー源３２を移動させて、穴４８の内面５８及び／又は穴４８及びエンドエフェクタ３４のそれぞれの中心軸５０、５６に対する、実質的な横断方向又は垂直方向に沿って、穴４８の内面５８にレーザー出力３６を集束及び誘導する。また、制御システム３０は、アクチュエータ３８を介してエンドエフェクタ３４を移動させて、内面５８の全表面領域に対して測定及び／又は機械加工が行えるようにすることができる。例えば、アクチュエータ３８は、エンドエフェクタ３４を中心軸５６周りに回転させたり、エンドエフェクタ３４を中心軸５６に沿って垂直方向に移動させたりすることができる。さらに、アクチュエータ３８は、角度位置、垂直方向位置等のエンドエフェクタ３４の位置を検知するためのセンサー及びこれらの位置を表示するためのインジケータを含むか、あるいはこれらに関連付けられていてもよい。
【００４２】
図１を引き続き参照しつつ図２〜図４を参照すると、エンドエフェクタ３４は、略円筒形の本体７０を含む。ただし、他の形状の本体７０を採用してもよい。一組の光学部品７２及び検出器７４が、エンドエフェクタ３４の本体７０の内部に取り付けられている。光学部品７２の組は、レンズ７６及びミラー７８を含む。レンズ７６は、レーザー源３２からのレーザー出力３６をミラー７８に集束し、ミラー７８は、レーザー出力３６を、本体７０の側面８４に設けられた開口８０からエンドエフェクタ３４の外部に誘導する。ただし、エンドエフェクタ３４に関して他のビーム送給構成を採用してもよい。
【００４３】
より具体的には、図４に示すように、マウント８２によって、エンドエフェクタ３４の中心軸５６に対して角度αで、ミラー７８が配置されている。例えば、ミラー７８は、エンドエフェクタ３４の中心軸５６に対して約４５度（４５°）の角度で取り付けることができる。ただし、ミラー７８の角度αとしては、他の数値を採用してもよい。ミラー７８は、レーザー出力３６を屈折させて、エンドエフェクタ３４の側面８４の開口８０から外に向かわせる。
【００４４】
図２に示した例において、レーザー出力３６は、レーザー源３２から、エンドエフェクタ３４の中心軸５６に沿って出射される。レーザー出力３６は、レンズ７６を介して、ミラー７８に集束される。ミラー７８は、レーザー出力３６を、屈折角βで屈折させ、開口８０を通じてエンドエフェクタ３４の側面８４から外に、エンドエフェクタ３４の中心軸５６に対して垂直な方向に誘導する。例えば、屈折各βは、エンドエフェクタ３４の中心軸５６から約９０度（９０°）とすることができる。ただし、βは、９０度（９０°）より大きくても小さくてもよい。光学部品７２の組及びエンドエフェクタ３４の開口８０については、図示及び説明した以外の構成を採用することもできる。
【００４５】
ワークピース２２を機械加工するために、レーザー源３２は、ワークピース２２から材料を除去するのに十分なエネルギーを有する第１のレーザー出力を供給する。エンドエフェクタ３４の中心軸５６から内面５８までの距離を測定するために、レーザー源３２は、干渉による距離測定を行うのに十分なエネルギーを有する第２のレーザー出力を供給する。干渉による距離測定値は、時間領域又は周波数領域の干渉性方法を用いて得ることができる。干渉による距離測定値を検量することによって、通常の測定方法によって、エンドエフェクタ３４の中心軸５６から穴４８の内面５８までの距離を求めることができる。ただし、他の構成及び方法を用いて、エンドエフェクタ３４の中心軸５６から内面５８までの距離を測定してもよい。
【００４６】
図１〜図４を引き続き参照しつつ図５〜図７を参照すると、一実施形態において、穴４８の内面５８から材料を除去するために、第１のレーザー出力は、複数の機械加工レーザーパルス６４として実施される。より具体的には、レーザー源３２は、レーザーパルス６４を規定する所定のパルスエネルギーを有する所定のレーザーパルスパターンを実現する。例えば、機械加工レーザーパルス６４は、１平方センチメートルあたり１０12ワット（Ｗ／ｃｍ2）を超える放射照度となる。ただし、他の放射照度値を用いてもよい。第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルス６４の所定のパルスエネルギーは、第２のレーザー出力の測定レーザーパルス６６の所定のパルスエネルギーよりも大きいものとすることができる。すなわち、測定レーザーパルス６６の所定のパルスエネルギーは、機械加工レーザーパルス６４の所定のパルスエネルギーよりも小さいものとすることができる。第２のレーザー出力は、ワークピース２２から材料を除去するのではなく、内面５８までの距離を測定するのに十分なパルスエネルギーを必要とするのみであるためである。
【００４７】
ハイブリッドの機械加工及び測定プロセスを実施するため、コントローラ４０は、測定レーザーパルス６６を機械加工レーザーパルス６４の間に挟むように構成される。一例において、コントローラ４０は、機械加工レーザーパルス６４と測定レーザーパルス６６の両方を生成できるよう、レーザー源３２のエネルギーを調節するように構成される。例えば、測定レーザーパルス６６の所定のパルスエネルギーは、機械加工レーザーパルス６４の所定のパルスエネルギーよりも少なく、穴４８の内面５８における放射照度は、約１０００分の１まで低減される。ただし、１０００以外の数値を採用することもできる。
【００４８】
従って、ワークピース２２から材料を除去するための機械加工レーザーパルス６４を生成するようレーザー源３２がプリセットされている場合、コントローラ４０は、ワークピース２２の測定用の測定レーザーパルス６６を生成すべく、レーザー源３２のパルスエネルギーを低減することができる。反対に、レーザー源３２が、ワークピース２２の特異部２８を測定するように、測定用にプリセットされている場合、コントローラ４０は、ワークピース２２の機械加工用の機械加工レーザーパルス６４を生成すべく、レーザー源３２のパルスエネルギーを増大させることができる。さらに、コントローラ４０は、図５〜図７の例に示すように、第２のレーザー出力の測定レーザーパルス６６を、第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルス６４の間に差し入れるように、レーザー源３２のパルスエネルギーを変化させることができる。
【００４９】
例えば、図５の例において、レーザー源３２は、レーザーパルスパターン６７を実現する。当該パターンは、機械加工レーザーパルス６４と測定レーザーパルス６６とが挟み込み配置とされ、一方のパルスタイプが、他方のパルスタイプの発生の前に１つだけ発生するものである。図６に示した別の例では、レーザー源３２は、レーザーパルスパターン６８を実現する。当該パターンは、２つ以上の機械加工レーザーパルス６４の発生後に１つの測定レーザーパルス６６が発生し、そこからこのパターンが繰り返されるようになっている。レーザーパルスパターンの別の例（図示せず）では、測定レーザーパルス６６の前に発生する機械加工レーザーパルス６４の数は、ランダムな整数である。ただし、機械加工レーザーパルス６４と測定レーザーパルス６６とを交互配置とするその他のパターンも、採用することができる。
【００５０】
再び図２を参照すると、検出器７４は、測定レーザーパルス６６による、ワークピース２２から散乱反射された光を記録するとともに、これに対応する信号をコントローラ４０に送信するよう構成することができる。例えば、検出器７４は、高速フォトダイオードによって構成することができる。ただし、他のタイプの検出器を用いることもできる。また、コントローラ４０は、検出器７４からのデータを、コントローラ４０のメモリ４２に保存することができる。コントローラ４０は、検出器７４及びレーザー源コントローラ４４からのデータを用いて、干渉性の距離測定技術によって、エンドエフェクタ３４の中心軸５６から内面５８までの距離を求めることができる。また、距離測定値を生成するために、検量データをコントローラ４０のメモリ４２に保存しておいてもよい。
【００５１】
例えば、コントローラ４０は、検出器７４からのデータを用いて、図８に示す、穴４８の内面５８の表面輪郭マップ８８を作成してもよい。マップ８８は、エンドエフェクタ３４の中心軸５６から、穴４８の内面５８における各機械加工位置までの径方向距離ｒを含む。より具体的には、穴４８の内面５８における位置（ｚ，θ）は、円筒座標系に従ってマッピングすることができ、ここで、ｚは、中心軸５６の方向における座標を表し、θは中心軸５６周りの角度位置を表す。径方向距離ｒは、中心軸５６から内面５８の各位置（ｚ，θ）まで測定され、コントローラ４０のメモリ４２に格納することができる。
【００５２】
また、穴４８のついての所定の仕様許容誤差を、コントローラ４０のメモリ４２内に予めプログラムしておいてもよく、当該仕様許容誤差は、内面５８全体に関する理想的又は予め決められた径方向距離及び許容誤差を含む。コントローラ４０は、各位置（ｚ，θ）について、測定された径方向距離ｒmを理想の径方向距離ｒiと比較し、各位置（ｚ，θ）における表面ずれ値Δｒ(z,θ)を生成するように構成することができる。例えば、コントローラ４０は、以下の式を用いて、各位置（ｚ，θ）における表面ずれ値を求めることができる。
Δｒ(z,θ)＝ｒi−ｒm
同式において、Δｒ(z,θ)は、表面ずれ値を表し、ｒiは理想の径方向距離を表し、ｒmは測定された径方向距離を表す。
【００５３】
コントローラ４０は、表面ずれ値Δｒ(z,θ)に基づいて、各位置（ｚ，θ）における次の機械加工作業を決定する。例えば、表面ずれ値Δｒ(z,θ)が、当該位置（ｚ，θ）についての所定の仕様許容誤差より小さい又は等しい場合、コントローラ４０は、当該位置（ｚ，θ）において機械加工作業を行う必要は無いと判断する。表面ずれ値Δｒ(z,θ)が、当該位置（ｚ，θ）についての所定の仕様許容誤差より大きい場合、コントローラ４０は、当該位置（ｚ，θ）において、さらなる機械加工を行う。また、コントローラ４０は、マップ８８にフォールスカラー（false-color）出力構成を採用することによって、内面５８の各位置（ｚ，θ）の表面ずれ値Δｒ(z,θ)の範囲を表すことができる。ただし、コントローラ４０によって、他の構成のマップ８８も作成することができ、他のデータ可視化の手法も用いることができる。
【００５４】
一例において、コントローラ４０は、エンドエフェクタ３４の中心軸５６から穴４８の内面５８における位置（ｚ，θ）までの初期測定距離を得るために、レーザー源３２から、初期測定レーザーパルス６６を出射するように構成される。コントローラ４０は、この初期測定距離に基づいて表面ずれ値Δｒ(z,θ)を求め、当該位置（ｚ，θ）のための第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルス６４の所定のパルスパターンを実施する。当該所定のパルスパターンは、例えば、表面ずれ値Δｒ(z,θ)を所定の仕様許容誤差内まで低減するために、内面５８から材料を除去するように構成された機械加工レーザーパルス６４のパターンである。例えば、コントローラ４０は、図５〜図７に示した例のレーザーパルスパターン６７〜６９のいずれかを実施することができる。ただし、他のレーザーパルスパターンを用いることもできる。
【００５５】
さらに、コントローラ４０は、機械加工作業の進捗状況を監視するとともに精度を確認するため、第１のレーザー出力の所定のパルスパターンに、第２のレーザー出力の測定レーザーパルス６６を差し挟むことができる。例えば、コントローラ４０は、図７のレーザーパルスパターン６９の例に示したような最小降下法などの、測定値を最適化する手法によって、第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルス６４の間に第２のレーザー出力の測定レーザーパルス６６を挟むように構成される。挟み込み配置とされた機械加工レーザーパルス６４及び測定レーザーパルス６６のレーザーパルスパターン６９を、最小降下法によって最適化することによって、穴４８の所定の仕様許容誤差を迅速に達成することができる。ただし、他の最適化方法、又は挟み込み配置とされた機械加工及び測定レーザーパルス６４、６６の他の所定のパターンも、採用することができる。
【００５６】
一実施形態において、図７に示すように、最小降下法によって、いくつかの機械加工レーザーパルス６４が測定レーザーパルス６６に置き換わるような態様で、測定レーザーパルス６６を、第１のレーザー主力の所定のパルスパターンに組み込むことができる。例えば、所定のパルスパターンが、表面ずれ値Δｒ(z,θ)を所定の仕様許容誤差内まで低減するために１００個の機械加工レーザーパルス６４を含む場合、コントローラ４０は、第１のパルスを生成する。当該第１のパルスは、機械加工レーザーパルス６４又は測定レーザーパルス６６のいずれかである。当該例の続きにおいて、次の５０個のパルスは、それぞれが機械加工レーザーパルス６４であり、これに別の測定レーザーパルス６６が続く。
【００５７】
当該例の続きにおいて、コントローラ４０は、次の２５個のパルスを生成し、これらはそれぞれが機械加工レーザーパルス６４であり、これに別の測定レーザーパルス６６が続く。コントローラ４０は、次に、さらに１０個の機械加工レーザーパルス６４を生成し、これに別の測定レーザーパルス６６が続く、という様になる。ただし、他の所定のパルスパターン、シーケンス、機械加工レーザーパルス６４及び測定レーザーパルス６６の量も採用することができる。
【００５８】
このように、コントローラ４０は、単一のレーザー源３２を用いて、同じパルスパターン、タイミング、パルス幅等を維持し、機械加工レーザーパルス６４及び測定レーザーパルス６６の両方を生成するためにパルスエネルギーだけを変更する。コントローラ４０は、差し挟まれた測定レーザーパルス６６を用いて取得した測定値に基づいて、所定のパルスパターン内の機械加工レーザーパルス６４を修正するか、あるいは、当該所定のパルスパターンを継続することができる。より具体的には、コントローラ４０は、測定レーザーパルス６６から受信したデータに基づいて、パターン内の機械加工レーザーパルス６４の数、又は、機械加工レーザーパルス６４のエネルギー、ひいては穴４８の内面５８における放射照度を、適宜調整する。このようにして、コントローラ４０は、ハイブリッドの機械加工及び測定レーザーパルスパターンをリアルタイムで更新することができる。
【００５９】
従って、ロボットシステム２０は、内面５８における機械加工作業を監視し、必要であれば所定のパルスパターンに変更を加える。この結果、制御システム３０は、機械加工作業がまだ行われている間に、表面ずれ値Δｒ(z,θ)を、その位置の所定の仕様許容誤差まで確実に低減させることができる。さらに、ロボットシステム２０は、ワークピース２２を解体することなく、完璧又はほぼ完璧な特異部を形成することができる。例えば、ロボットシステム２０は、穴４８を適切なサイズにし、穴４８内の表面仕上げを確実に高品質なものとし、穴４８のあらゆるエッジ部におけるバリ取りを実現し、特殊な細部、例えば、穴４８内で２つの層２４、２６同士が接する箇所又は穴４８のその他のエッジ部における面取り部８９（図９）、を形成することができる。
【００６０】
一例において、ロボットシステム２０は、内面５８の全表面領域に対して測定レーザーパルス６６を出射することによって、最初にマップ８８を作成する。次に、制御システム３０は、レーザー源３２及びエンドエフェクタ３４を内面５８に対して移動させつつ、所定の仕様許容誤差を達成すべく、ハイブリッドの機械加工及び測定レーザーパルスパターンを出射する。また、ロボットシステム２０は、１つの位置（ｚ，θ）に対して作業を行い、当該位置の表面ずれ値Δｒ(z,θ)を所定の仕様許容誤差まで低減した後、内面５８における次の位置に移動することができる。
【００６１】
ただし、ロボットシステム２０は、内面５８における複数の位置に対してまとめて作業を行い、全表面領域が所定の仕様許容誤差内に収まるまで、内面５８全体にわたって表面ずれ値Δｒ(z,θ)を徐々に低減することもできる。例えば、レーザーパルスの合間に、エンドエフェクタ３４を、回転及び／又は垂直方向に移動させてもよい。一例において、ロボットシステム２０は、最初に、エンドエフェクタ３４の所定の移動パターンに従って、内面５８全体に対して測定レーザーパルス６６を出射することによって、マップ８８を作成することができる。
【００６２】
当該所定の移動パターンは、エンドエフェクタ３４の角度回転（θの値の変更）及び垂直移動（ｚの値の変更）を実現し、内面５８のすべての位置（ｚ，θ）に対してロボットシステム２０が作業を行えるようにするものである。この例において、マップ８８が作成された後、ロボットシステム２０は、当該所定の移動パターンの実施を継続し、内面５８における、さらなる機械加工を必要とする様々な位置に対して、機械加工レーザーパルス６４を出射する。ロボットシステム２０は、所定の移動パターンに従って内面５８に対する移動を続けつつ、各位置について所定のパルスパターンを調整する。
【００６３】
また、レーザー源３２から内面５８に機械加工レーザーパルス６４を出射する前の初期段階に、内面５８の全表面領域についてのマップ８８を作成しなくてもよい。すなわち、ロボットシステム２０は、１つ又は複数の位置に機械加工レーザーパルス６４を出射した後に、内面５８における他の位置を測定するための測定レーザーパルス６６を出射してもよい。マップ８８は、エンドエフェクタ３４が内面５８に対して移動しロボットシステム２０が様々な位置に対して作業を行う際に、動的に作成することができる。
【００６４】
例えば、ロボットシステム２０は、内面５８に対して、行ごとに作業を行ってもよい。例えば、内面５８における１つの行全体（すなわちｚの値が同じ複数の位置）が所定の仕様許容誤差内になってから、ロボットシステム２０が内面５８における次の行に移動し、その行に対して作業を行う構成としてもよい。ロボットシステムは、様々な態様で、移動パターン及びパルスパターンを設定、実施、及び調整することができる。例えば、ロボットシステムは、列（すなわちθの値が同じ複数の位置）ごとに、あるいは他の設定に従って、内面５８に対して作業を行ってもよい。このように、ロボットシステム２０は、様々な手法によって、特異部２８の所定の仕様許容誤差を達成することができる。
【００６５】
内面５８から除去された材料の量を正確に測定するためには、測定レーザーパルス６６を差し挟むことに加えて、他の測定の手法も用いてもよい。一例において、ロボットシステム２０によって、機械加工作業による排出物を監視してもよい。例えば、ロボットシステム２０は、蛍光性の放出材料を監視して、レーザー誘起ブレークダウン分光法（ＬＩＢＳ）、レーザー誘起蛍光法（ＬＩＦ）等において、制御システム３０にフィードバックを与えてもよい。ただし、他の測定技術も用いることができる。
【００６６】
図１〜図９を引き続き参照しつつ図１０〜図１２を参照すると、別の実施形態によるロボットシステム１２０が示されている。ロボットシステム１２０は、第１レーザー源１３２、第２レーザー源１９０、アクチュエータ１３８、及び、エンドエフェクタ１３４を含む。エンドエフェクタ１３４は、略円筒形の本体１７０を有しており、当該本体内には、第１の組の光学部品１７２及び第２の組の光学部品１９２が取り付けられている。第１の組の光学部品１７２は、第１レンズ１７６、及び、第１ミラー１７８を含む一方、第２の組の光学部品１９２は、光ファイバー１９４、第２レンズ１９６、及び、第２ミラー１９８を含む。
【００６７】
第１レーザー源１３２を用いて、機械加工レーザーパルス６４のための第１のレーザー出力２００を供給することができる一方、第２レーザー源１９０を用いて、測定レーザーパルス６６のための第２のレーザー出力２０２を供給することができる。第１レーザー源１３２は、チャープパルス増幅によって増幅された、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザとすることができる。ただし、他のタイプの機械加工レーザー及び他のタイプの増幅手法を用いてもよい。
【００６８】
第２レーザー源１９０は、穴４８の内面５８までの距離測定に用いられる、レーザーダイオードなどのナノ秒レーザーとすることができる。ただし、他のタイプのレーザー又はセミコヒーレント（semi-coherent）光源及び測定技術を用いることもできる。また、第２レーザー源１９０は、レーザーダイオード内などの、埋設された検出器１７４を有する。検出器１７４は、検出器７４は、ワークピース２２から散乱反射された光を記録するとともに、これに対応する信号をコントローラ１４０に送信するよう構成することができる。ただし、他のタイプの検出器、及び、他のタイプの検出器１７４の構成を用いることもできる。
【００６９】
第１レーザー源１３２からの第１のレーザー出力２００は、第１レンズ１７６を介して、第１ミラー１７８に集束される。第１ミラー１７８は、第１のレーザー出力２００を、開口１８０からエンドエフェクタ１３４の外部へ、そして、穴４８の内面５８に誘導する。第２レーザー源１９０からの第２のレーザー出力２０２は、光ファイバー１９４（又は他の手段）を介して、エンドエフェクタ１３４の第１端部１６０から、第２レンズ１９６に隣接する位置まで送信される。第２のレーザー出力２０２は、次に、第２レンズ１９６を介して、第２ミラー１９８に集束される。
【００７０】
第２ミラー１９８は、穴４８の内面５８における、第１のレーザー出力２００が誘導される位置に、第２のレーザー出力２０２を誘導することができる。例えば、光ファイバー１９４の端部２０４を所定の角度で切断し、光ファイバー１９４の当該端部４０２内にグレーティング（grating）を形成することによって、第２のレーザー出力２０２を、第２レンズ１９６を介して、第２ミラー１９８に届けることができる。さらに、光ファイバー１９４の端部２０４及び第２レンズ１９６の配向に対して、第２ミラー１９８を、所定の角度で配置することによって、第１のレーザー出力２００が誘導される位置に、第２のレーザー出力２０２が反射されるようにすることができる。ただし、他の構成、配置、及び光学要素を用いることもできる。
【００７１】
また、制御システム１３０は、第２のレーザー出力２０２の測定レーザーパルス６６を、第１のレーザー出力２００の機械加工レーザーパルス６４の間に挟むように構成することができる。より具体的には、コントローラ１４０は、第１レーザー源１３２からの機械加工レーザーパルス６４の所定のパルスパターンを実現する。コントローラ１４０は、さらに、第２レーザー源１９０からの測定レーザーパルス６６を機械加工レーザーパルス６４に対して調整し、機械加工レーザーパルス６４の所定のパルスパターンが妨げられないようにする構成とされる。また、コントローラ１４０は、最小降下法などの、測定値を最適化する手法に従って、測定レーザーパルス６６を実現してもよい。ただし、他の最適化方法、又は、挟み込み配置とされた機械加工及び測定レーザーパルス６４、６６の他の所定のパターンも、採用することができる。
【００７２】
コントローラ１４０は、第２レーザー源１９０からの測定レーザーパルス６６のタイミングを調節することによって、これらのパルスが、所定のパルスパターン内の機械加工レーザーパルス６４のいずれかに取って代わるようなことが起こらず、むしろ、所定のパルスパターンと干渉せずに、第１レーザー源１３２からの機械加工レーザーパルス６４の合間に出射されるようにすることができる。従って、コントローラ１４０は、第１レーザー源１３２からのパルスエネルギーを調節する必要はない。測定レーザーパルス６６を生成するための別個の第２レーザー源１９０を有していることによって、第１レーザー源１３２は、中断することなく機械加工作業を継続することができ、統合された測定も実現できる。
【００７３】
図１〜図１２を引き続き参照しつつ図１３〜図１５を参照すると、別の実施形態によるロボットシステム３２０が示されている。ロボットシステム３２０は、第１レーザー源３３２、第２レーザー源３９０、アクチュエータ３３８、及び、エンドエフェクタ３３４を含む。エンドエフェクタ３３４は、略円筒形の本体３７０を有しており、当該本体内には、第１レンズ３７６、第２レンズ３９６、及び、両面ミラー３７８が取り付けられている。図１０〜図１２に示し説明した実施形態と同様に、第１レーザー源３３２を用いて、機械加工レーザーパルス６４のための第１のレーザー出力４００を供給することができる一方、第２レーザー源３９０を用いて、測定レーザーパルス６６のための第２のレーザー出力４０２を供給することができ、検出器３７４を含みうる。
【００７４】
第１レーザー源３３２からの第１のレーザー出力４００は、第１レンズ３７６を介して、両面ミラー３７８の第１面３６４に集束される。ミラー３７８の第１面３６４は、第１のレーザー出力４００を、本体３７０の側面３８４に設けられた第１開口３８０からエンドエフェクタ３３４の外部へ、そして穴４８の内面５８に誘導する。例えば、第２レーザー源は、エンドエフェクタ３３４の第２端部３６２に隣接して配置されており、第２のレーザー出力４０２は、第２レンズ３９６を介して、両面ミラー３７８の第２面３６６に集束される。第２レーザー源３９０は、例えば、エンドエフェクタの内部又は外部において当該エンドエフェクタの長さ方向に延びるワイヤを介して、コントローラ３４０に接続されている。ただし、他の接続構成を用いることもできる。別の例においては、第２レーザー源３９０は、第１端部３６０に隣接して配置され、第２のレーザー出力４０２は、光ファイバーによってエンドエフェクタ３３４の長さ方向に誘導され、次に、この光ファイバーによって、第２のレーザー出力４０２は、第２レンズ３９６を介して、ミラー３７８の第２面３６６に届けられる。
【００７５】
ミラー３７８の第２面３６６は、第２のレーザー出力４０２を、本体３７０の反対側４０６に設けられた第２開口３６８からエンドエフェクタ３３４の外部へ、そして穴４８の内面５８に誘導する。より具体的には、測定レーザーパルス６６は、内面５８における、機械加工レーザーパルス６４から穴の周に沿って１８０度（１８０°）オフセットした位置に誘導される。このように、第２のレーザー出力４０２の測定レーザーパルス６６は、内面５８における第１のレーザー出力４００の機械加工レーザーパルス６４が誘導される位置とは異なる、内面５８上の位置に誘導される。
【００７６】
制御システム３３０は、これら２つの位置の間のオフセット又は空間的関係を、過去の機械加工レーザーパルスパターン又は今後の機械加工レーザーパルスパターンの記録に変換する。より具体的には、測定レーザーパルス６６及び機械加工レーザーパルス６４の２つの位置のオフセットに基づいて、コントローラ３４０は、メモリ３４２に測定距離を保存し、内面５８における機械加工レーザーパルス６４を追跡する。このようにすることで、ロボットシステム３２０は、穴４８の内面５８の測定及び機械加工を同時に行うことができる。
【００７７】
測定レーザーパルス６６の位置と機械加工レーザーパルス６４の位置との間のオフセットは、１８０度（１８０°）以外としてもよい。また、図示及び説明した以外の構成及び光学的要素を用いることもできる。例えば、測定レーザーパルス６６の位置は、エンドエフェクタ３３４の回転方向において、穴４８の周まわりに、機械加工レーザーパルス６４の位置から前方にθ値が１度（１°）オフセットしていてもよい。別の例において、測定レーザーパルス６６は、機械加工レーザーパルスからｚ値がオフセットするとともに互いに整列し、穴４８内におけるエンドエフェクタ３３４の移動方向において、機械加工レーザーパルス６４よりも前方の行をなす構成としてもよい。エンドエフェクタ３３４全体にわたって、測定レーザーパルス６６の位置と機械加工レーザーパルス６４の位置との様々なオフセットを設定することができる。
【００７８】
産業上の利用可能性
概して、上記の開示は、ロボットシステムに関連する様々な用途に有用性を見出すものである。特に、開示のロボットシステムを用いて、ワークピースに対するハイブリッドの機械加工及び測定プロセスを実現することができる。より具体的には、開示のロボットシステムは、１つの作業において、ワークピースに対する特異部の機械加工と測定とを同時に行うことができる。
【００７９】
機械加工のプロセスと測定のプロセスとを統合して１つのプロセスとすることによって、可能な限り最も厳しい仕様許容誤差を満たす高品質の特異部を作製することができる。また、ワークピースの製造において、大幅な時間及びコストの削減を実現することができる。機械加工と測定の統合によって、仕上げ処理を行うために積層体を解体する必要がなくなり、積層体の一回完成組み立て、すなわち、製造中に積層体を一度だけ組み付けること、を可能にする。例えば、開示のロボットシステムは、ワークピースを解体することなく、穴を適切なサイズにし、表面仕上げを確実に高品質なものとし、穴のエッジ部におけるバリ取りを実現し、穴に特殊な細部を形成することができる。また、機械加工と測定の統合によって、組み付け品における機械加工位置で機械加工装置と測定装置とを交換するのに要する時間を最小限にすることができ、機械加工装置と測定装置とを位置合わせする必要性も、最小限にすることができる。
【００８０】
次に図１〜図１５を引き続き参照しつつ図１６を参照すると、本開示の別の実施形態による、ワークピースの一回完成組み立てを可能にするハイブリッドのレーザー加工及び測定プロセス５１０が示されている。ブロック５１２において、コントローラは、第２のレーザー出力の測定レーザーパルスを出射して、ワークピースの穴の内面までの初期状態の距離を測定する。ブロック５１４において、測定レーザーパルスによって得られた測定距離に基づいて、コントローラは、ワークピースの穴の内面から材料を除去するための第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルスパターンを決定する。ブロック５１６において、ワークピースの当該穴の所定の仕様許容誤差を満たすよう、コントローラは、材料を除去するための第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルスの間に、除去された材料を測定するための第２のレーザー出力の測定レーザーパルスを挟む。
【００８１】
なお、図１６のフローチャートは、開示のシステムの特徴を明らかにするためだけの例として図示及び説明されており、本開示の範囲を逸脱することなく、開示のシステムの上述した様々な要素に対応するより多くの工程又は少ない工程が当該プロセスに含まれうる。
【００８２】
また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００８３】
付記１．ワークピースの一回完成組み立てを可能にするレーザー加工及び測定方法であって、
前記ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力の間に、前記ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力を挟むことを含む方法。
【００８４】
付記２．前記第２のレーザー出力の測定レーザーパルスを出射することによって、前記ワークピースにおける位置までの距離を測定することをさらに含む、付記１に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００８５】
付記３．前記ワークピースまでの測定距離を、前記ワークピースにおける前記位置までの理想距離と比較することによって、前記位置についての表面ずれ値を求めることをさらに含む、付記２に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００８６】
付記４．前記位置について求めた表面ずれ値に基づいて、前記ワークピースにおける前記位置に、前記第１のレーザー出力の機械加工レーザーパルスを照射することをさらに含む、付記３に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００８７】
付記５．前記ワークピースにおける複数の位置のそれぞれについて、表面ずれ値を求めることをさらに含む、付記３に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００８８】
付記６．前記ワークピースにおける前記複数の位置のそれぞれについての前記表面ずれ値を用いて、輪郭マップを作成することをさらに含む、付記５に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００８９】
付記７．作成された前記輪郭マップに基づいて、機械加工レーザーパルスのレーザーパルスパターンを生成することをさらに含む、付記６に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００９０】
付記８．最小降下法に従って、前記レーザーパルスパターンの一部として、測定レーザーパルスを差し挟むことをさらに含む、付記７に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００９１】
付記９．第１レーザー源を用いて前記第１のレーザー出力を生成する一方、第２レーザー源を用いて前記第２のレーザー出力を生成することをさらに含み、前記第２レーザー源は、前記第１レーザー源とは別個のレーザー源である、付記１に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００９２】
付記１０．単一のレーザー源のパルスエネルギーを調節することによって、前記第１のレーザー出力及び前記第２のレーザー出力のそれぞれを生成することをさらに含む、付記１に記載のレーザー加工及び測定方法。
【００９３】
付記１１．ワークピースの一回完成組み立てを可能にする、統合されたレーザー加工及び測定のためのロボットシステムであって、
前記ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力を生成するよう構成されたレーザー源と、
前記レーザー源と通信するコントローラとを含み、
前記コントローラは、前記ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力が生成されるよう、前記レーザー源のエネルギーレベルを調節するように構成されている、ロボットシステム。
【００９４】
付記１２．前記コントローラは、さらに、最小降下法に従って、前記第１のレーザー出力のパルスの間に前記第２のレーザー出力を挟むように構成されている、付記１１に記載のロボットシステム。
【００９５】
付記１３．前記レーザー源は、フェムト秒レーザーである、付記１１に記載のロボットシステム。
【００９６】
付記１４．前記コントローラと通信する検出器をさらに含み、前記検出器は、前記第２のレーザー出力が前記レーザー源から前記ワークピースに照射された後に、前記ワークピースから散乱反射された光の量を検出するように構成されている、付記１１に記載のロボットシステム。
【００９７】
付記１５．前記コントローラは、さらに、前記第２のレーザー出力を用いた測定結果に基づいて、前記第１のレーザー出力のパルスパターンを決定するように構成されている、付記１４に記載のロボットシステム。
【００９８】
付記１６．ワークピースの一回完成組み立てを可能にする、統合されたレーザー加工及び測定のためのロボットシステムであって、
前記ワークピースから材料を除去するための第１のレーザー出力を生成するように構成された第１レーザー源と、
前記ワークピースから除去された材料を測定するための第２のレーザー出力を生成するように構成された第２のレーザー源と、
前記第１レーザー源及び前記第２レーザー源と通信するコントローラとを含み、前記コントローラは、前記第２のレーザー出力を前記第１のレーザー出力に対して調整するように構成されている、ロボットシステム。
【００９９】
付記１７．前記第１レーザー源は、フェムト秒レーザーであり、前記第２レーザー源は、レーザーダイオードである、付記１６に記載のロボットシステム。
【０１００】
付記１８．前記ワークピースに対する前記第１のレーザー出力及び前記第２のレーザー出力の位置を誘導するように構成されたエンドエフェクタをさらに含み、前記エンドエフェクタは、前記第１レーザー源用の第１の組の光学部品と、前記第２レーザー源用の第２の組の光学部品を含む、付記１７に記載のロボットシステム。
【０１０１】
付記１９．前記コントローラと通信する検出器をさらに含み、前記検出器は、前記ワークピースから散乱反射された光の量を検出するように構成されており、前記コントローラは、前記検出器から受信したデータに基づいて、前記ワークピースの表面の輪郭マップを作成するように構成されている、付記１８に記載のロボットシステム。
【０１０２】
付記２０．前記コントローラは、さらに、作成された前記輪郭マップに基づいて、前記エンドエフェクタの位置を制御するように構成されている、付記１９に記載のロボットシステム。
【０１０３】
上記の詳細な説明は、特定の実施形態について提示しているが、本開示の範囲は、これらの実施形態に限定されるべきではなく、これらの実施形態は、単に実施可能要件及び最良の態様を開示する目的のために提示したものである。本開示の範囲及び精神は、具体的に開示した実施形態よりも広く、添付の特許請求の範囲に包含される。また、いくつかの特徴を、特定の実施形態に関連させて説明したが、これらの特徴は、説明した実施形態のみに用いることに限定されず、代替の実施形態に関連させて開示した他の特徴とともに、あるいは別個に使用することができる。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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