JP2014079664A - Coating film removal method and laser beam application device - Google Patents
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Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Coating Apparatus (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
Abstract
Description
本発明は、レーザー照射により構造物の表面の塗膜を除去する技術に関し、特に、構造物として、橋梁、建築物、船舶等の固定されたもの又は大型のものに対して、可搬性のあるレーザーヘッドを用いてレーザーを照射して比較的厚い塗膜を除去する塗膜除去方法及びその装置に関する。 The present invention relates to a technique for removing a coating film on the surface of a structure by laser irradiation. In particular, the structure is portable for fixed or large structures such as bridges, buildings, and ships. The present invention relates to a coating film removing method and apparatus for removing a relatively thick coating film by irradiating a laser with a laser head.
橋梁、高速道路、鉄道の高架線路、建築物、タンク、機械設備などの動かすことが困難な構造物を長期に渡って安全に使用するためには、腐食を防ぐために母材(鋼材)の表面に施された塗装の塗膜を定期的に剥離、除去し、塗り替える必要がある。従来、塗膜を除去する方法としては、砂を吹き付けて塗膜を除去するサンドブラスト等のブラスト処理による方法、塗膜剥離剤を使用する方法、機械工具を使用する方法があった。 The surface of the base material (steel) is used to prevent corrosion in order to safely use structures that are difficult to move, such as bridges, highways, railway elevated tracks, buildings, tanks, and machinery, for a long period of time. It is necessary to periodically remove, remove, and repaint the paint film applied to. Conventionally, as a method for removing a coating film, there have been a method by blasting such as sand blasting for removing the coating film by spraying sand, a method using a coating film removing agent, and a method using a mechanical tool.
ブラスト処理による方法では、二次廃棄物が大量に発生する。この二次廃棄物は、鉛、六価クロム、PCBなどの有害物質を含む塗膜の粉塵と、珪砂、ガーネットなどの研削材とが混ざったものであり、環境へ与える負荷が大きく、処理費用も大きい。また、研削材を圧縮空気で吹き付けるので、塗膜層の下の母材までも傷めるおそれがある。また、研削材が衝突する際に大きな騒音が生じるなどの問題もある。塗膜剥離剤及び機械工具を使用する方法では、何れも時間当たりの処理面積が低く効率的でないという問題があり、また、各々には、薬剤の廃棄物が発生する、騒音が大きいという問題もある。 In the blasting method, a large amount of secondary waste is generated. This secondary waste is a mixture of dust from coatings containing harmful substances such as lead, hexavalent chromium, and PCB, and abrasives such as silica sand and garnet. Is also big. Moreover, since the abrasive is blown with compressed air, there is a risk that even the base material under the coating layer may be damaged. In addition, there is a problem that a large noise is generated when the abrasive material collides. Each of the methods using the coating film remover and the machine tool has a problem that the processing area per hour is low and is not efficient, and each has a problem that a waste of chemicals is generated and noise is high. is there.
そして、航空機等の機体外板の塗装を除去する際、従来は、塗装表面に毒性の強い薬品を吹き付け、手作業で塗装膜をかき落としていたのに対し、特許文献1には、作業効率を上げ、危険を回避するために、レーザー処理装置により塗膜を除去する方法が開示されている。特許文献1に記載されたレーザー処理装置は、レーザーを処理対象物の表面に照射するレンズ、レンズを支持し処理対象物表面からレンズまでの高さを調整可能なレンズ支持機構、レーザー照射部分にガスを吹き付けるガス噴出手段を備える。また、箱型容器内に配置されたガス吸引口が、箱型容器内のガスを排気するとともに、レーザー照射部分から飛散した除去物を排出することが記載されている。 And, when removing the coating on the outer panel of an aircraft or the like, conventionally, a highly toxic chemical was sprayed on the painted surface and the coating film was scraped off manually. In order to avoid the danger, a method for removing a coating film by a laser processing apparatus is disclosed. The laser processing apparatus described in Patent Document 1 includes a lens that irradiates a surface of a processing target with a laser, a lens support mechanism that supports the lens and can adjust the height from the processing target surface to the lens, and a laser irradiation portion. Gas ejection means for blowing gas is provided. Further, it is described that the gas suction port arranged in the box-shaped container exhausts the gas in the box-shaped container and discharges the removed matter scattered from the laser irradiation portion.
また、レンズに入射するレーザーの光路内に配置され、レーザーの進行方向を変化させることにより、処理対象物の表面内の第1の方向にレーザーの照射位置を移動させる第1の偏向器と、レンズに入射するレーザーの光路内に配置され、レーザーの進行方向を変化させることにより、処理対象物の表面内の第1の方向と交わる第2の方向にレーザーの照射位置を移動させる第2の偏向器とを用いて、レーザーの照射位置を第1の方向に掃引する掃引工程を、該第1の方向と交差する第2の方向にずらしながら複数回実施することが記載されている。 A first deflector that is disposed in the optical path of the laser incident on the lens and moves the laser irradiation position in a first direction within the surface of the object to be processed by changing a traveling direction of the laser; A second laser beam is disposed in the optical path of the laser incident on the lens and moves the laser irradiation position in a second direction intersecting the first direction in the surface of the object to be processed by changing the laser traveling direction. It is described that a sweeping process of sweeping the laser irradiation position in a first direction using a deflector is performed a plurality of times while shifting in a second direction intersecting with the first direction.
かかるレーザー処理装置において、レーザー照射ヘッドは、マニピュレータアームの先端に取り付けられ、マニピュレータアームは、マニピュレータ本体により制御され、レーザー照射ヘッドを処理対象物の表面の所望の位置に移動させ支持することが記載されている。 In such a laser processing apparatus, the laser irradiation head is attached to the tip of a manipulator arm, and the manipulator arm is controlled by the manipulator body to move and support the laser irradiation head to a desired position on the surface of the processing object. Has been.
特許文献1に記載された技術によれば、レーザーアブレーションにより、化学薬品を使用することなく、処理対象物の表面の塗装膜を除去することができる。しかしながら、特許文献1では、走査光学系に、ガルバノミラーやポリゴンミラー等の第1の偏向器を使用し、レーザーの照射位置を直線状に走査する(以下「直線走査」という)。かかる直線走査を繰り返していく方法では、効率的に広い範囲を短時間で処理することが難しく、橋梁などの構造物の広範囲の表面を低コストで処理することができない。 According to the technique described in Patent Document 1, the coating film on the surface of the processing object can be removed by laser ablation without using chemicals. However, in Patent Document 1, a first deflector such as a galvanometer mirror or a polygon mirror is used for the scanning optical system, and the laser irradiation position is scanned linearly (hereinafter referred to as “linear scanning”). In such a method of repeating linear scanning, it is difficult to efficiently process a wide range in a short time, and it is not possible to process a wide range surface of a structure such as a bridge at a low cost.
特に、厚い塗膜の場合、塗膜の層を表面から少しずつ削っていかなくてはならないため、除去処理に多大の時間を要していた。 In particular, in the case of a thick coating film, the layer of the coating film has to be scraped from the surface little by little.
また、特許文献1に記載のレーザー照射ヘッドは、マニュピュレータアームによって支持され、所望の位置に移動されるものであるので、十分な作業空間が確保できない環境や、複雑な形状の構造物に対して使用することが難しい。また、作業者が携行しながら取り回すことも難しい。そもそも、特許文献1に記載のレーザー処理装置は、工場内に格納された航空機等の塗膜除去に適用するためのレーザー処理装置であり、かかるレーザー処理装置自体を移動させることについては考慮されていない。すなわち、特許文献1に記載の塗膜除去方法は、動かすことが困難な構造物(例えば、橋梁、高速道路、鉄道の高架線路、建築物など)の塗膜除去に適用することができない。 Further, since the laser irradiation head described in Patent Document 1 is supported by a manipulator arm and moved to a desired position, it can be used for an environment where a sufficient work space cannot be secured or a complex-shaped structure. Difficult to use. It is also difficult for the operator to carry around while carrying it. In the first place, the laser processing apparatus described in Patent Document 1 is a laser processing apparatus for applying to removal of a coating film of an aircraft or the like stored in a factory, and consideration is given to moving the laser processing apparatus itself. Absent. That is, the method for removing a coating film described in Patent Document 1 cannot be applied to the removal of a coating film on a structure that is difficult to move (for example, a bridge, a highway, an elevated railway line, a building, or the like).
本発明は、前述した問題の少なくとも一部を解決することができる塗膜除去方法及びそれに用いるレーザー照射装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the coating-film removal method which can solve at least one part of the problem mentioned above, and the laser irradiation apparatus used for it.
前述した課題を解決するため、本発明は、構造物の表面の塗膜を除去する塗膜除去方法であって、塗膜に切れ込みを形成する前処理と、切れ込みを含む領域の塗膜にレーザーを照射し、塗膜の少なくとも一部を剥離する剥離処理とを備えることを特徴とする。また、その前処理において、直線及び曲線の少なくとも一方を含む切れ込みによってセグメントを形成することが好ましい。セグメントの面積が9〜2500mm2の範囲であることが好ましい。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a coating film removing method for removing a coating film on the surface of a structure, which includes a pretreatment for forming a cut in the coating film, and a coating film in a region including the cut. And a peeling treatment for peeling at least a part of the coating film. Moreover, it is preferable to form a segment by the notch containing at least one of a straight line and a curve in the pretreatment. The area of the segment is preferably in the range of 9 to 2500 mm 2 .
上記塗膜除去方法において、塗膜の少なくとも一部の層を残存させてもよい。また、塗膜の膜厚が0.3mm以上であることが好ましい。また、剥離処理と同時又は後に、切れ込みを含む領域の塗膜の剥離を促進するための促進処理を有することが好ましい。 In the coating film removing method, at least a part of the layer of the coating film may be left. Moreover, it is preferable that the film thickness of a coating film is 0.3 mm or more. Moreover, it is preferable to have the acceleration | stimulation process for accelerating | stimulating peeling of the coating film of the area | region containing a notch simultaneously or after a peeling process.
上記塗膜除去方法において、促進処理は、塗膜に流体を吹付けてもよい。また、促進処理は、塗膜に物理的な力を与えてもよい。 In the coating film removing method, the acceleration treatment may spray a fluid on the coating film. The acceleration treatment may give a physical force to the coating film.
また、上記塗膜除去方法において、レーザー発振器と、レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、ファイバを介して伝送されるレーザーを照射するレーザーヘッドとを含むレーザー照射装置であって、レーザーヘッドが、レーザーを光軸に対して偏向させるウェッジプリズムと、ウェッジプリズムを回転させる駆動手段と、を備えるレーザー照射装置を使用して前処理及び剥離処理の少なくとも一方を行ってもよい。 In the coating film removing method, the laser irradiation apparatus includes a laser oscillator, a fiber that transmits a laser output from the laser oscillator, and a laser head that irradiates a laser transmitted through the fiber. The head may perform at least one of the pretreatment and the peeling treatment by using a laser irradiation apparatus including a wedge prism that deflects the laser with respect to the optical axis and a driving unit that rotates the wedge prism.
さらに、上記塗膜除去方法において、レーザー発振器と、レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、ファイバを介して伝送されるレーザーを照射するレーザーヘッドとを含むレーザー照射装置であって、レーザーヘッドが、レーザーを光軸に対して偏向させる第1ウェッジプリズムと、第1ウェッジプリズムによって偏向されたレーザーをその光路に対してさらに偏向させる第2ウェッジプリズムと、第1ウェッジプリズム及び第2ウェッジプリズムを回転させる駆動手段と、を備えるレーザー照射装置を使用して前処理及び剥離処理の少なくとも一方を行ってもよい。 Further, in the coating film removing method, a laser irradiation apparatus comprising: a laser oscillator; a fiber that transmits a laser output from the laser oscillator; and a laser head that irradiates a laser transmitted through the fiber, A first wedge prism for deflecting the laser with respect to the optical axis; a second wedge prism for further deflecting the laser deflected by the first wedge prism with respect to the optical path; a first wedge prism and a second wedge; You may perform at least one of a pre-process and a peeling process using the laser irradiation apparatus provided with the drive means to rotate a prism.
加えて、上記塗膜除去方法において、各ウェッジプリズムの回転方向及び回転速度、並びに各ウェッジプリズムの間の距離及び回転方向における位相差を制御することによって、レーザーの照射点を直線状及び曲線状に走査させて前処理を行ってもよい。 In addition, in the coating film removal method described above, by controlling the rotation direction and rotation speed of each wedge prism, and the distance between each wedge prism and the phase difference in the rotation direction, the laser irradiation point is linear and curved. Alternatively, the preprocessing may be performed by scanning.
あるいは、上記塗膜除去方法において、第1及び第2ウェッジプリズムを、略同一の回転速度で同一の方向に回転させつつ、各ウェッジプリズムの間の距離又は回転方向における位相差を変更して、前処理において、大きさの異なる円又は円環状の切れ込みを形成してもよい。また、第1及び第2ウェッジプリズムを、略同一の回転速度で反対の方向に回転させて、前処理において、略直線状の切れ込みを形成してもよい。前処理において刃物を使用してもよい。 Alternatively, in the coating film removing method, the first and second wedge prisms are rotated in substantially the same rotational speed in the same direction, while changing the distance between the wedge prisms or the phase difference in the rotational direction, In the pretreatment, circular or annular cuts having different sizes may be formed. Alternatively, the first and second wedge prisms may be rotated in opposite directions at substantially the same rotational speed to form a substantially straight cut in the pretreatment. A blade may be used in the pretreatment.
本発明は、レーザー発振器と、レーザー発振器から出力されるレーザーを伝送するファイバと、ファイバを介して伝送されるレーザーを集束させて構造物の表面の塗膜に照射するための可搬性のあるレーザーヘッドとを含むレーザー照射装置であって、レーザーヘッドは、その走査光学系が、レーザーを光軸に対して偏向させるウェッジプリズムと、ウェッジプリズムを所定の回転速度及び回転方向で光軸回りに回転させる駆動手段と、を有し、レーザーを走査して塗膜に切れ込みを形成した後、切れ込みを含む領域の塗膜にレーザーを円状に照射してその塗膜の少なくとも一部を剥離することを特徴とする。 The present invention relates to a laser oscillator, a fiber for transmitting a laser output from the laser oscillator, and a portable laser for focusing the laser transmitted through the fiber and irradiating the coating film on the surface of the structure. A laser irradiation apparatus including a head, wherein the scanning optical system rotates a wedge prism that deflects the laser with respect to the optical axis, and the wedge prism about the optical axis at a predetermined rotational speed and rotational direction. And driving means for causing the laser to scan, forming a cut in the coating film, and then irradiating the coating film in a region including the cut in a circle to peel at least a part of the coating film. It is characterized by.
上記レーザー照射装置において、切れ込みを含む領域の塗膜に流体を吹付ける流体吹付手段を有することが好ましい。また、レーザーヘッドの先端にアタッチメント又はフードを備え、アタッチメント又はフードに塗膜の剥離を促進するための促進手段を有することが好ましい。 In the laser irradiation apparatus, it is preferable to have fluid spraying means for spraying fluid onto the coating film in the region including the cut. Moreover, it is preferable that an attachment or a hood is provided at the tip of the laser head, and the attachment or the hood has an accelerating means for accelerating the peeling of the coating film.
本発明によれば、比較的厚い塗膜(0.3mm以上、特に1.0mm以上)を効率良く剥離することができ、広範囲の構造物の表面を低コストで処理することができる。また、本発明の塗膜除去方法によれば、前処理を施さない場合に比べて、塗膜除去後の母材のレーザー痕を目立たなくすることもできる。さらに、小型軽量のレーザーヘッドを含む運搬、移動可能なレーザー照射装置を使用して、動かすことが困難な構造物の現場において、表面の塗膜を効率良く剥離することすることができる。その他の効果については、発明を実施するための形態において述べる。 According to the present invention, a relatively thick coating film (0.3 mm or more, particularly 1.0 mm or more) can be efficiently peeled off, and the surface of a wide range of structures can be processed at low cost. In addition, according to the method for removing a coating film of the present invention, the laser marks on the base material after removing the coating film can be made inconspicuous compared with the case where the pretreatment is not performed. Furthermore, using a transportable and movable laser irradiation device including a small and light laser head, the coating film on the surface can be efficiently peeled off at the site of a structure that is difficult to move. Other effects will be described in the mode for carrying out the invention.
従来、構造物の表面の塗膜を塗り替える際、厚い塗膜を除去するには、多大の労力、コスト、時間を要していた。本願の出願人は、鋭意研究の結果、構造物表面の塗膜において、切れ込みを形成した後、切れ込みの入った塗膜に対してレーザーを照射すると、構造物の塗膜を効率良く短時間で剥離できることを見出した。特に、厚い塗膜(例えば、0.3mm以上、特に1.0mm以上)の場合、場所によっては切れ込みに沿って一定領域の塗膜を一度に剥離することもできた。 Conventionally, when a coating film on the surface of a structure is repainted, much labor, cost, and time are required to remove the thick coating film. As a result of earnest research, the applicant of the present application, after forming a cut in the coating film on the surface of the structure, irradiating the cut coating film with a laser efficiently and in a short time. It was found that it can be peeled off. In particular, in the case of a thick coating film (for example, 0.3 mm or more, particularly 1.0 mm or more), it was possible to peel a coating film in a certain region at a time along the cut depending on the place.
図1に示すように、本発明の塗膜除去方法では、はじめに、構造物の処理対象の表面20上の塗膜において、適宜の切れ込み23を形成する(以下「前処理」という)。この切れ込みによってセグメント28が形成されてもよい。ここで、「セグメント」とは、切れ込みによって区画された領域である。セグメントは、切れ込みにより閉じた領域(例えば、矩形、扇形、円形など)で形成されることが好ましいが(図2(A)(B)の符号28)、一部が開いた領域(開いた領域については、切れ込みの周期性などから、仮想の切れ込みによってセグメントは区画される)を含んでいてもよい。換言すると、切れ込みはひとつながりでなくてもよく、例えば、直線状の切れ込みを等間隔で平行に配置してもよいし、複数の十字が並ぶ形状でもよい(図2(C)(D)の符号28)。図2(C)の場合は、短冊状のセグメントが形成され、図2(D)の場合は、十字の切れ込みを延ばした仮想の切れ込みによって区分される矩形のセグメントが形成される。このように、セグメントの大きさ及び形状は、適宜設定可能である。 As shown in FIG. 1, in the coating film removing method of the present invention, first, an appropriate cut 23 is formed in the coating film on the surface 20 to be processed of the structure (hereinafter referred to as “pretreatment”). The segment 28 may be formed by this cut. Here, the “segment” is an area defined by cutting. The segment is preferably formed by a region (for example, a rectangle, a sector, a circle, or the like) closed by a cut (reference numeral 28 in FIGS. 2A and 2B), but a partially open region (open region). , The segment may be partitioned by virtual notches due to the periodicity of the notches). In other words, the cuts do not have to be continuous, for example, straight cuts may be arranged in parallel at equal intervals, or a shape in which a plurality of crosses are arranged (FIGS. 2C and 2D). Reference numeral 28). In the case of FIG. 2 (C), strip-shaped segments are formed, and in the case of FIG. 2 (D), rectangular segments are formed that are divided by virtual cuts obtained by extending cross cuts. Thus, the size and shape of the segment can be set as appropriate.
また、「構造物」とは、橋梁、高速道路、鉄道の高架線路、大型タンク、大型設備などの設置場所に固定されていて動かすことが困難なものを含み、そのほかに、航空機、船舶、鉄道車両などの整備場所に移動可能なものも含む。この前処理では、各種の工作機械(例えば、刃物、レーザー加工機、放電加工機など)を使用することができる。 “Structures” include those that are fixed at installation locations such as bridges, highways, railway overhead tracks, large tanks, large equipment, etc., and difficult to move. Including those that can be moved to maintenance places such as vehicles. In this pretreatment, various machine tools (for example, a blade, a laser processing machine, an electric discharge machine, etc.) can be used.
前処理の後、次いで、レーザー照射装置(1〜4)を使用して、切れ込み又はセグメントを含む領域の塗膜にレーザー30を照射し、塗膜の少なくとも一部を剥離する(以下「剥離処理」という)。また、前処理が施された切れ込み又はセグメントを含む領域であって、剥離処理の対象となる表面の領域を「剥離処理領域」という。 After the pretreatment, the laser irradiation apparatus (1 to 4) is then used to irradiate the coating film in the region including the cuts or segments with the laser 30 to peel at least a part of the coating film (hereinafter referred to as “peeling process”). "). In addition, a region including a cut or a segment that has been subjected to pretreatment and is a surface region to be subjected to a peeling treatment is referred to as a “peeling treatment region”.
なお、本塗膜除去方法において、レーザー照射条件、塗膜の態様、表面の態様等によっては、塗膜をセグメント毎に剥離することもできる。例えば、厚さ1.0mm程度の厚い塗膜において、比較的劣化の激しい部分において塗膜をセグメント毎に剥離することができた。セグメント毎に剥離するとは、前処理で施した切れ込みに沿ったセグメント単体で剥離することばかりでなく、複数のセグメントからなるセグメント群で剥離することも含む。さらに、セグメントの形状、大きさ又はレーザー照射条件によっては、塗膜がセグメントより小さい断片となって剥離することもあるので、これら小断片で剥離することも含むものとする。本塗膜除去方法では、必要であれば、吸引装置(7〜9)を使用して、除去物(表面20から剥離した塗膜のほか、発生したガス、煙、粉塵等を含む))を吸引、収集してもよい。 In this coating film removing method, the coating film can be peeled for each segment depending on the laser irradiation conditions, the coating film mode, the surface mode, and the like. For example, in a thick coating film having a thickness of about 1.0 mm, the coating film could be peeled segment by segment at a relatively severely deteriorated portion. Peeling for each segment includes not only peeling by a single segment along the cut made in the pretreatment but also peeling by a segment group consisting of a plurality of segments. Furthermore, depending on the shape and size of the segment or the laser irradiation conditions, the coating film may be separated into smaller pieces than the segment. In this coating film removing method, if necessary, using a suction device (7 to 9), a removed product (including the generated gas, smoke, dust, etc. in addition to the coating film peeled off from the surface 20)). Aspiration and collection may be performed.
また、剥離処理と同時又は後に、塗膜の剥離を促進するための処理(以下「促進処理」という)を行ってもよい。促進処理では、例えば、剥離処理と同時又は後に構造物の剥離処理領域に、超音波発生器等により振動を与えたり、ブラシ等により物理的な衝撃を与えたり、水や空気などの流体を噴射して衝撃を与えたりして、塗膜の剥離を促進させることができる。 Moreover, you may perform the process (henceforth an "acceleration process") for accelerating | stimulating peeling of a coating film simultaneously or after a peeling process. In the acceleration treatment, for example, vibration is applied to the separation treatment area of the structure by an ultrasonic generator or the like, a physical impact is imparted by a brush or the like, or a fluid such as water or air is ejected. The impact can be applied and the peeling of the coating film can be promoted.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
[前処理]
本発明では、はじめに、前処理として、塗膜に所定の深さ(例えば図3の符号d参照)の切れ込みを形成する。それらの切れ込みによってセグメントを形成してもよい。図1の例では、格子状の切れ込みを形成することによって矩形のセグメントを形成したが、これに限定されない。
[Preprocessing]
In the present invention, first, as a pretreatment, a notch having a predetermined depth (see, for example, symbol d in FIG. 3) is formed in the coating film. Segments may be formed by these cuts. In the example of FIG. 1, the rectangular segment is formed by forming a grid-like cut, but the present invention is not limited to this.
セグメントは、塗膜の態様(塗膜の種類、厚さ、劣化層と活膜層の割合など)、表面の態様(湾曲の程度、塗膜下の母材の種類など)、及び剥離処理におけるレーザー照射条件(エネルギー密度、焦点位置、ビーム幅、走査形状など)に応じて、直線及び曲線の少なくとも一方を組み合わせた任意の形状に設定してよい。また、上記塗膜の態様などにもよるが、各セグメントが、おおよそ9〜2500mm2の範囲の面積となるように切れ込みを形成することが好ましい。 Segments in coating film mode (type of coating film, thickness, ratio of deteriorated layer and active film layer, etc.), surface mode (degree of curvature, type of base material under coating film, etc.), and peeling treatment Depending on the laser irradiation conditions (energy density, focal position, beam width, scanning shape, etc.), an arbitrary shape combining at least one of a straight line and a curved line may be set. Moreover, although it is based also on the aspect of the said coating film, etc., it is preferable to form a notch so that each segment may become an area of the range of about 9-2500 mm < 2 >.
図2は、前処理において塗膜に形成された切れ込み及びセグメントの形状の例である。同図(A)は、斜め直線状の切れ込みを組み合わせて、菱形のセグメントを形成した例である。同図(B)は、表面20にある突起物90(例えば、ボルトなど)の周囲に、複数の同心円状の切れ込みと放射状の直線の切れ込みとを入れて、扇形のセグメントを形成した例である。また、場合によっては、閉じた領域を形成しない切れ込みを入れてもよい。同図(C)は、複数の直線状の切れ込みを一定方向に配置し、短冊状の形状とした例である。同図(D)は、複数の十字型の切れ込みを並べた例である。なお、同図の切れ込み又はセグメントの形状は単なる一例であって、種々変形が可能である。 FIG. 2 is an example of notches and segment shapes formed in the coating film in the pretreatment. FIG. 2A is an example in which rhombic segments are formed by combining oblique straight cuts. FIG. 5B is an example in which a fan-shaped segment is formed by forming a plurality of concentric cuts and radial straight cuts around a protrusion 90 (for example, a bolt) on the surface 20. . In some cases, a cut that does not form a closed region may be made. FIG. 6C shows an example in which a plurality of linear cuts are arranged in a certain direction to form a strip shape. FIG. 4D shows an example in which a plurality of cross-shaped cuts are arranged. In addition, the notch | incision or the shape of a segment of the figure is only an example, Comprising: Various deformation | transformation are possible.
図3は、前処理において塗膜に形成された切れ込みの断面形状の例である。同図(A)に示すように、前処理において、所定の深さdの切れ込み23が形成されると、この切れ込み23によって、塗膜22には複数のセグメント28が形成される。所定の深さdは、適宜設定することができるが、例えば、塗膜の厚さの2/3以上であることが望ましい。本塗膜除去方法によれば、後段の剥離処理において、剥離処理領域の塗膜の少なくとも一部を除去することができるし、完全に除去することもできる。本塗膜除去方法は、例えば、0.3mm以上の厚さを有する塗膜の除去に適用することが好ましく、特に1.0mm以上の厚さを有する塗膜の除去に適用することもできる。 FIG. 3 is an example of the cross-sectional shape of the cut formed in the coating film in the pretreatment. As shown in FIG. 2A, when the notch 23 having a predetermined depth d is formed in the pretreatment, a plurality of segments 28 are formed in the coating film 22 by the notch 23. The predetermined depth d can be set as appropriate. For example, the predetermined depth d is preferably 2/3 or more of the thickness of the coating film. According to the present coating film removal method, at least a part of the coating film in the peeling treatment region can be removed or completely removed in the subsequent peeling treatment. This coating film removing method is preferably applied, for example, to the removal of a coating film having a thickness of 0.3 mm or more, and particularly applicable to the removal of a coating film having a thickness of 1.0 mm or more.
ところで、同図(B)に示すとおり、塗膜は複数(少なくとも2以上)の性質の異なる層を含むことがある。例えば、表面側の上層24は、塗料の層であり、鋼材素地側の下層26は、防錆剤、下地処理剤、樹脂、高分子保護膜などによるコーティング層である。塗料の層は、塗布する際に塗料を重ね塗りすることで積層構造となっている場合もあり、また、塗布後、数年経過した後、修復作業として塗料の層の上から更に塗料を上塗りして性質の異なる塗料の層の積層構造となっている場合もある。また、例えば、構造物の母材(鋼材素地)21上に形成された塗膜22は、経年劣化の状態によっては、上層24として劣化層を、下層26として活膜層を含むことがある。劣化層は、外気や紫外線による劣化が進み、付着力を失いつつある表面側の層である。活膜層は、十分な付着力が残存する鋼材素地側の層である。劣化層と活膜層との割合は、経年劣化の程度に応じて様々であり、活膜層に相当する部分が残っていないこと、つまり塗膜22の全てが劣化層となっている場合もある。 By the way, as shown to the same figure (B), a coating film may contain the layer from which several (at least 2 or more) property differs. For example, the upper layer 24 on the surface side is a paint layer, and the lower layer 26 on the steel material base side is a coating layer made of a rust inhibitor, a base treatment agent, a resin, a polymer protective film, or the like. In some cases, the paint layer may have a laminated structure by applying the paint repeatedly during application, and after several years after application, the paint layer is further overcoated from the top of the paint layer as a repair work. Thus, there may be a laminated structure of paint layers having different properties. For example, the coating film 22 formed on the base material (steel substrate) 21 of the structure may include a deteriorated layer as the upper layer 24 and an active film layer as the lower layer 26 depending on the state of deterioration over time. The deteriorated layer is a layer on the surface side that has been deteriorated by outside air or ultraviolet rays and is losing adhesive force. The active film layer is a layer on the steel material base side where a sufficient adhesion force remains. The ratio between the deteriorated layer and the active film layer varies depending on the degree of deterioration over time, and the portion corresponding to the active film layer does not remain, that is, when all of the coating film 22 is a deteriorated layer. is there.
上層24と下層26は、その性質の相違(水分量、インピーダンス、誘電率、透磁率など)に基づいて、接触又は非接触の検査手段によって、区別することができる。例えば、電極を接触させて塗膜のインピーダンスを測定する手段、電磁誘導式、渦電流式又は超音波式の測定手段、テラヘルツ電磁波パルスや近赤外超短パルスレーザーを用いた測定手段、後述する各種センサ、及びこれらを組み合わせた手段を用いて、各層を識別することができる。 The upper layer 24 and the lower layer 26 can be distinguished by contact or non-contact inspection means based on the difference in properties (water content, impedance, dielectric constant, magnetic permeability, etc.). For example, means for measuring the impedance of a coating film by contacting an electrode, electromagnetic induction type, eddy current type or ultrasonic type measurement means, measurement means using a terahertz electromagnetic wave pulse or a near infrared ultrashort pulse laser, which will be described later Each layer can be identified using various sensors and a combination thereof.
また、劣化層と活膜層の区別は、当該構造物の塗料として求められる付着力を具備するか否かによって区別することができる。求められる付着力は、構造物、塗料の目的、環境等によって異なるものであり、構造物毎に使用等により決定される。付着力の程度は、例えば、テープ剥離試験、クロスカット試験などによって判定してもよい。また、一般に、塗膜は、劣化が進行すると、その塗膜中の分子構造が破壊され、水分を浸透させやすいものとなる。このため、上記のインピーダンス測定手段などを用いて水分量を測定し、測定された結果を所定の基準値と比較して、塗膜中の劣化層と活膜層とを区別してもよい。また、塗膜表面の画像情報から、さび、われ(塗膜われ)及びはがれ(塗膜剥離)の劣化現象を評価するシステムも提案されており(「鋼橋塗膜劣化度システム」(石川島播磨技報Vol.44 No.1(2004−1)34頁〜37頁参照)、かかるシステムにより塗膜の劣化度を測定し、測定された結果を所定の基準値と比較して、塗膜中の劣化層と活膜層とを区別してもよい。 Further, the deterioration layer and the active film layer can be distinguished depending on whether or not they have an adhesive force required as a paint for the structure. The required adhesion force varies depending on the structure, the purpose of the paint, the environment, etc., and is determined by the use of each structure. The degree of adhesion may be determined by, for example, a tape peel test, a cross cut test, or the like. In general, when the coating film deteriorates, the molecular structure in the coating film is destroyed, and moisture easily penetrates. For this reason, the amount of moisture may be measured using the impedance measuring means described above, and the measured result may be compared with a predetermined reference value to distinguish the deteriorated layer and the active film layer in the coating film. In addition, a system that evaluates deterioration phenomena of rust, crack (coating film) and peeling (coating peeling) from image information on the surface of the coating film has been proposed (“Steel Bridge Coating Film Degradation System” (Ishikawajima Harima) Technical Report Vol. 44 No. 1 (2004-1) pages 34-37), the degree of deterioration of the coating film is measured by such a system, and the measured result is compared with a predetermined reference value. The deteriorated layer and the active film layer may be distinguished.
所定の深さdは、適宜設定することができるが、上層(例えば劣化層)に相当する厚さ又は塗膜22の全体の厚さの2/3以上であることが望ましい。同図(B)に示した例では、所定の深さdは、劣化層の厚さに対応するように記載されているが、これに限定されない。切れ込みの深さは、劣化層の厚さより浅くてもよいし、深くてもよい。また、鋼材素地21に達する深さの切れ込みを入れてもよい。後段の剥離処理において、レーザー照射によるエネルギーが切れ込みにより効率良く伝わるように、所定の深さdを設定することが好ましい。 The predetermined depth d can be set as appropriate, but is desirably 2/3 or more of the thickness corresponding to the upper layer (for example, a deteriorated layer) or the entire thickness of the coating film 22. In the example shown in FIG. 5B, the predetermined depth d is described so as to correspond to the thickness of the deteriorated layer, but is not limited thereto. The depth of the cut may be shallower or deeper than the thickness of the deteriorated layer. Moreover, you may make the notch | incision of the depth which reaches the steel material base 21. FIG. In the subsequent peeling process, it is preferable to set the predetermined depth d so that energy by laser irradiation is efficiently transmitted by cutting.
構造物の表面の塗膜を塗り替える際、鋼材素地上の塗膜を完全に除去した上で新塗膜を形成する方法を採用した場合、多大なコスト及び作業時間を要していた。これに対し、塗膜を完全に除去するのではなく、目視により劣化している判断した部分のみを除去した上で新塗膜を上塗りする方法を採用した場合、コスト及び労力を削減することができる。しかしながら、後者の場合、塗り替え後、数年のうちに、上塗りされた新塗膜が、目視では判断できなかった劣化した部分とともに剥がれてしまうことがあった。 When the coating film on the surface of the structure is repainted, if a method of forming a new coating film after completely removing the coating film on the steel material base is adopted, a great deal of cost and working time are required. On the other hand, if the method of overcoating the new coating after removing only the judged part that has been visually deteriorated is not removed completely, the cost and labor can be reduced. it can. However, in the latter case, the new overcoated film sometimes peeled off with a deteriorated portion that could not be visually determined within a few years after repainting.
本塗膜除去方法では、塗膜(活膜層及び劣化層)を完全に除去することもできるが、本塗膜除去方法の一態様では、少なくとも塗膜の上層(劣化層)を効率良く剥離することもできる。すなわち、少なくとも一部の下層(コーティング層又は活膜層)を残存させることもできるので、本塗膜除去方法の適用は、上記のような問題に対して好ましいのである。 In this coating film removal method, the coating film (active film layer and deteriorated layer) can be completely removed, but in one embodiment of this coating film removal method, at least the upper layer (degraded layer) of the coating film is efficiently peeled off. You can also That is, since at least a part of the lower layer (coating layer or active film layer) can be left, application of the present coating film removing method is preferable for the above problems.
[剥離処理]
前処理を実施した後、後述するレーザー照射装置によって、レーザーを適宜の走査形状で剥離処理領域の塗膜22に照射する。レーザー照射によるエネルギーは、塗膜表面だけではなく、レーザー照射を受けた領域における切れ込みからも伝搬すると考えられる。これにより、塗膜の少なくとも一部は効率よく剥離される。また、塗膜の態様、切り込みの形状や深さ、レーザー照射条件にもよるが、塗膜において、少なくとも一部の活膜層を残存させつつ劣化層を剥離することもできる。
[Peeling treatment]
After carrying out the pretreatment, the coating film 22 in the peeling treatment region is irradiated with a laser in an appropriate scanning shape by a laser irradiation device to be described later. It is considered that the energy by laser irradiation propagates not only from the surface of the coating film but also from notches in the region irradiated with laser. Thereby, at least a part of the coating film is efficiently peeled off. Further, although depending on the form of the coating film, the shape and depth of the cut, and the laser irradiation conditions, the deteriorated layer can be peeled while at least a part of the active film layer remains in the coating film.
レーザーの走査形状は、セグメントの形状又は大きさとの関係にもよるが、例えば、円又は円環としてもよい。また、円又は円環の軌跡が連続し、レーザーの照射エネルギーが一定の範囲で略均一に分布するような面状にしてもよい。剥離処理の後、適当な吸引手段によって、除去物を吸引、回収してもよい。 The scanning shape of the laser may be, for example, a circle or an annulus, although it depends on the relationship with the shape or size of the segment. Alternatively, a planar shape in which the locus of a circle or ring is continuous and the laser irradiation energy is distributed substantially uniformly within a certain range may be used. After the peeling process, the removed product may be sucked and collected by a suitable suction means.
[レーザー照射装置]
以下、剥離処理(又は前処理、促進処理)に使用するレーザー照射装置について説明する。図1には、本発明の塗膜除去方法に使用するレーザー照射装置の概略構成が示されている。本レーザー照射装置は、レーザーの出力、焦点位置、ビーム幅、走査形状(パターン)、走査速度等の照射条件を、表面の種類、性質等に応じて適宜設定可能に構成される。
[Laser irradiation equipment]
Hereinafter, the laser irradiation apparatus used for peeling treatment (or pretreatment and acceleration treatment) will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration of a laser irradiation apparatus used in the coating film removing method of the present invention. This laser irradiation apparatus is configured such that irradiation conditions such as laser output, focal position, beam width, scanning shape (pattern), and scanning speed can be appropriately set according to the type and nature of the surface.
本レーザー照射装置は、レーザー発振器1と、ファイバ2を介してレーザー発振器1と接続されるレーザーヘッド3を含む。レーザーヘッド3は、レーザーの照射点を走査するための走査光学系4を含み、構造物の表面20に対してレーザーを照射可能に構成される。レーザーヘッド3は、作業者が作業場所において取り回すことが可能であるように小型軽量で可搬式であることが好ましい。レーザーヘッドの筺体は、作業者が把持しやすいように小型でグリップ性の優れた形状に構成することが好ましい。 The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator 1 and a laser head 3 connected to the laser oscillator 1 via a fiber 2. The laser head 3 includes a scanning optical system 4 for scanning an irradiation point of the laser, and is configured to be able to irradiate the surface 20 of the structure with the laser. The laser head 3 is preferably small, light, and portable so that the operator can operate it at the work place. The housing of the laser head is preferably configured in a small shape with excellent grip so that the operator can easily grip it.
また、本実施形態では、必要に応じて、除去物を吸引する吸引装置を使用してもよい。吸引装置は、吸引手段(ノズル)7、吸引ホース8、吸引源9を含む。レーザー発振器1、吸引源9は、運搬、移動可能に構成された装置であることが好ましく、各種ビークル100(台車、車両、台船、モノラック、モノレール、コンベアなどを含む)に搭載されてもよい。 Moreover, in this embodiment, you may use the suction device which sucks a removal thing as needed. The suction device includes a suction means (nozzle) 7, a suction hose 8, and a suction source 9. The laser oscillator 1 and the suction source 9 are preferably devices configured to be transportable and movable, and may be mounted on various vehicles 100 (including carts, vehicles, trolleys, monoracks, monorails, conveyors, etc.). Good.
レーザー発振器1は、励起源、レーザー媒質、光共振器(ミラー)などで構成される。励起源は、連続発振(CW)型及びパルス発振型の何れでもよく、アークランプ、フラッシュランプ等を使用することができる。また、使用する光源に応じて励起電流等を加えて駆動するための駆動手段を備えてもよい。レーザー媒質は、固体レーザー(ルビーレーザー、YAGレーザーなど)や半導体レーザー(レーザーダイオード)を採用することが好ましい。特に、固体レーザーとしてファイバレーザーを使用することが好ましい。なお、レーザー媒質は、特に限定されるものではなく、そのほか、気体レーザー(CO2レーザー、エキシマレーザーなど)、液体レーザー(色素レーザー)などを採用してもよい。レーザー発振器1から出力されたレーザーは、伝送用のファイバ2を介してレーザーヘッド3に伝送される。 The laser oscillator 1 includes an excitation source, a laser medium, an optical resonator (mirror), and the like. The excitation source may be either a continuous oscillation (CW) type or a pulse oscillation type, and an arc lamp, a flash lamp, or the like can be used. Moreover, you may provide the drive means for adding an excitation current etc. and driving according to the light source to be used. The laser medium is preferably a solid laser (ruby laser, YAG laser, etc.) or a semiconductor laser (laser diode). In particular, it is preferable to use a fiber laser as the solid laser. The laser medium is not particularly limited, and a gas laser (CO 2 laser, excimer laser, etc.), a liquid laser (dye laser), or the like may be employed. The laser output from the laser oscillator 1 is transmitted to the laser head 3 through the transmission fiber 2.
本塗膜除去方法では、レーザー発振器1自体を構造物の表面(作業場所)付近まで運搬し、適宜移動させながら、取り回し可能なレーザーヘッド3によって表面に対してレーザーを照射し、塗膜除去作業を実施することができる。レーザー発振器1自体はファイバ2の届く範囲内に配置すればよい。 In this coating film removing method, the laser oscillator 1 itself is transported to the vicinity of the surface (working place) of the structure, and the surface is irradiated with a laser by a laser head 3 that can be handled while moving appropriately, thereby removing the coating film. Can be implemented. The laser oscillator 1 itself may be disposed within the reach of the fiber 2.
本レーザー照射装置は、被加工物の穴開け加工等ではなく、表面の塗膜を除去する処理又は表面の塗膜に切れ込みを形成する処理を目的としており、1回のレーザー照射で大きなエネルギー密度が得られなくても、複数回のレーザー照射で塗膜を除去できる又は塗膜に切れ込みを入れられるだけのエネルギー密度を得られればよい。よって、本処理では、低出力のレーザー発振器を使用することもできる。ただし、高出力のレーザー発振器を使用して、1回のレーザー照射で大きなエネルギー密度が得られるようにしてもよい。 The purpose of this laser irradiation device is not to drill holes in the workpiece, but to remove the surface coating or to form cuts in the surface coating. Even if it is not obtained, it is sufficient that the coating film can be removed by laser irradiation a plurality of times or an energy density sufficient to cut the coating film can be obtained. Therefore, a low-power laser oscillator can be used in this process. However, a high-power laser oscillator may be used so that a large energy density can be obtained by a single laser irradiation.
また、対象とする構造物や塗膜の種類、装置の全体構成などに応じて、CW型レーザー及びパルス型レーザーの何れを選択してもよい。特に、CW型レーザーは、所望の照射エネルギーを得るのに、パルス型レーザーに比べて大きな電力を必要とするが、低コストであるので好ましい。そして、本発明者らによれば、単位時間、単位面積当たりのレーザー照射において、パルス型レーザーよりCW型レーザーの方が、塗膜除去後の表面が滑らかであることが確かめられた。このように、CW型レーザーを採用すると、塗膜除去後の塗装処理が容易となる可能性があるので好ましい。ただし、本実施形態はCW型レーザーに限定されるものではなく、対象とする構造物や塗膜の種類、装置の全体構成などに応じて、CW型レーザー及びパルス型レーザーのいずれを選択してもよい。 Further, either a CW type laser or a pulse type laser may be selected depending on the structure to be processed, the type of coating film, the overall configuration of the apparatus, and the like. In particular, the CW type laser requires a larger electric power than the pulse type laser to obtain a desired irradiation energy, but is preferable because it is low in cost. Further, according to the present inventors, it was confirmed that the surface after removal of the coating film was smoother with the CW type laser than with the pulse type laser in laser irradiation per unit time and unit area. Thus, it is preferable to employ a CW type laser because the coating process after the coating film removal may be facilitated. However, the present embodiment is not limited to the CW type laser, and either the CW type laser or the pulse type laser is selected according to the target structure, type of coating film, overall configuration of the apparatus, etc. Also good.
レーザーヘッド3は、レーザー発振器1によって出力され、ファイバ2を介して伝送されたレーザーを構造物の表面20に照射し、表面20上の塗膜を除去する装置である。このレーザーヘッド自体は、作業場所で取り回すことが可能である。レーザーヘッド3は、レーザー発振器1の出力を変更することによって、レーザー照射の強さ等を適宜設定可能できる。また、レーザーヘッド3は、走査光学系4によって、焦点位置、ビーム幅、走査形状などの照射条件を構造物や表面の状態、性質に応じて適宜設定可能に構成される。 The laser head 3 is a device that irradiates the surface 20 of the structure with the laser output from the laser oscillator 1 and transmitted through the fiber 2 and removes the coating film on the surface 20. The laser head itself can be handled at the work place. The laser head 3 can appropriately set the intensity of laser irradiation and the like by changing the output of the laser oscillator 1. Further, the laser head 3 is configured such that the scanning optical system 4 can appropriately set irradiation conditions such as a focal position, a beam width, and a scanning shape according to the structure and surface state and properties.
剥離処理において、レーザーヘッド3から照射されるレーザー30は、出力が100〜2000W、波長が500nm以上であることが好ましく、特に好ましくは、出力500〜1000W、波長1060〜1100nmの範囲とする。また、焦点での単位時間あたりのエネルギー密度は、表面の材料、状態及び照射時間に応じて適宜設計することができるが、3.13×10-4〜1×10-3J/μm2の範囲とすることが好ましい。なお、レーザーのスポット径についても、エネルギー密度及び被加工物の寸法との関係で適宜設定すればよいが、好ましくは直径20〜200μmの範囲とする。 In the peeling process, the laser 30 irradiated from the laser head 3 preferably has an output of 100 to 2000 W and a wavelength of 500 nm or more, and particularly preferably has an output of 500 to 1000 W and a wavelength of 1060 to 1100 nm. The energy density per unit time at the focal point can be appropriately designed according to the surface material, state and irradiation time, but it is 3.13 × 10 −4 to 1 × 10 −3 J / μm 2 . It is preferable to be in the range. The laser spot diameter may be set as appropriate in relation to the energy density and the dimension of the workpiece, but is preferably in the range of 20 to 200 μm in diameter.
走査光学系4は、例えば、集光素子、反射素子、屈折素子、駆動手段などの組み合わせから構成され、ファイバ2の出射端から出射されたレーザーを集束させて表面20にレーザー30を照射するほか、表面20におけるレーザー30の照射点を直線的又は曲線的に走査することもできる。走査光学系4には適宜の構成を採用することができるが、レーザーヘッドを小型かつ簡易にするため、透過性の屈折素子を使用してレーザーを偏向させる構成とすることが好ましい。 The scanning optical system 4 is composed of, for example, a combination of a condensing element, a reflecting element, a refracting element, a driving unit, and the like. The irradiation point of the laser 30 on the surface 20 can be scanned linearly or curvedly. Although an appropriate configuration can be adopted for the scanning optical system 4, it is preferable to use a configuration in which the laser is deflected using a transmissive refracting element in order to make the laser head small and simple.
吸引手段7は、吸引源9によって付与された負圧によって、レーザーの照射点から生じる除去物を吸引する。吸引源9は、例えば、吸引力を付与するポンプであり、吸引された除去物を処理する処理室、排気フィルタなどを備えてもよい。吸引手段7から吸い込まれた除去物は、吸引ホース8を介して吸引源9によって回収され、その余の無害な空気などは排気フィルタを介して排出されてもよい。なお、ファイバ2、吸引ホース8、電力ケーブル(図示省略)などは、作業場所において、作業者がレーザーヘッド3を容易に取り回せるようにするために、1本のケーブルに束ねられてもよい。 The suction means 7 sucks the removed material generated from the laser irradiation point by the negative pressure applied by the suction source 9. The suction source 9 is, for example, a pump that applies a suction force, and may include a processing chamber that processes the suctioned removed material, an exhaust filter, and the like. The removed matter sucked from the suction means 7 may be collected by the suction source 9 via the suction hose 8, and the other harmless air may be discharged via the exhaust filter. The fiber 2, the suction hose 8, the power cable (not shown), and the like may be bundled into one cable so that the operator can easily handle the laser head 3 at the work place.
また、剥離処理において、除去物がレーザーヘッド3内部に侵入し、光学系に付着すると、光学系を損傷させる虞がある。このため、適宜の流体吹付手段(図示省略)を使用して、除去物を適宜の方向へ吹き飛ばしたり、吸引手段7に誘導したりすることが好ましい。また、除去物が光学系に付着することを防止するための遮蔽手段(例えば、図4の符号48)を設けてもよい。 In the peeling process, if the removed material enters the laser head 3 and adheres to the optical system, the optical system may be damaged. For this reason, it is preferable to blow away the removed material in an appropriate direction or to guide the suction means 7 using an appropriate fluid spraying means (not shown). Moreover, you may provide the shielding means (for example, code | symbol 48 of FIG. 4) for preventing a removal thing adhering to an optical system.
流体吹付手段は、例えば、流体を吹付けるノズル、流体供給源及び供給ホースなどから構成される。ノズルは、適宜の位置に配置することができ、レーザーヘッド3の内部又は外部に配設されてもよいし、レーザーヘッド3とは別体として、レーザーヘッドの光軸方向とは異なる方向から流体を、剥離処理領域の全部又は一部に対して吹付けるように構成してもよい。また、レーザーヘッド3の内部に外気よりも高い圧力の気体を充填させ、除去物などがレーザーヘッド内部に侵入しないように構成してもよい。 The fluid spraying unit includes, for example, a nozzle that sprays fluid, a fluid supply source, a supply hose, and the like. The nozzle can be disposed at an appropriate position, and may be disposed inside or outside of the laser head 3. Alternatively, the nozzle may be separated from the laser head 3 in a direction different from the optical axis direction of the laser head. You may comprise so that it may spray with respect to all or one part of peeling process area | regions. Alternatively, the laser head 3 may be filled with a gas having a pressure higher than that of the outside air so that the removed material does not enter the laser head.
流体供給源は、供給ホースを介して、ノズルに流体を圧送する。流体供給源は、例えば、タンク、ボンベ及び圧縮機などから構成され、レーザー発振器1及び吸引源9とともに、ビークル100に搭載されてもよい。また、複数のノズル、複数の流体供給源を備える構成とすれば、剥離処理領域の全部又は一部に対して、異なる方向から異なる種類や異なる圧力の流体を別々に供給することもできる。このため、かかる流体吹付手段は、後述する促進処理にも使用することができる。 The fluid supply source pumps fluid to the nozzle via a supply hose. The fluid supply source includes, for example, a tank, a cylinder, and a compressor, and may be mounted on the vehicle 100 together with the laser oscillator 1 and the suction source 9. Moreover, if it is set as the structure provided with a some nozzle and a some fluid supply source, the fluid of a different kind and a different pressure can also be separately supplied to all or one part of the peeling process area | region from a different direction. For this reason, this fluid spraying means can be used also for the acceleration process mentioned later.
流体は、作業環境や処理表面の態様に応じて、適宜の気体及び液体の少なくとも一方を選択することができる。この気体としては、乾燥空気、窒素、二酸化炭素、不活性ガス(例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴンなど)、蒸気を適宜選択することができる。特に、処理表面から有毒な反応ガス(例えば、塩素)を生じるおそれがある場合、これらの発生を低減するため、窒素又は不活性ガスを供給することが好ましい。液体(霧状(スチーム)を含む)としては、水(熱水を含む)、剥離を促進するための処理剤、塗膜除去後の下地保護剤などの薬液を選択することができる。 As the fluid, it is possible to select at least one of an appropriate gas and liquid according to the working environment and the state of the processing surface. As this gas, dry air, nitrogen, carbon dioxide, inert gas (for example, helium, neon, argon, etc.), and vapor can be appropriately selected. In particular, when there is a possibility of generating a toxic reaction gas (for example, chlorine) from the treatment surface, it is preferable to supply nitrogen or an inert gas in order to reduce these generations. As the liquid (including mist (steam)), chemicals such as water (including hot water), a processing agent for promoting peeling, and a base protecting agent after removing the coating film can be selected.
かかる流体吹付手段を使用すれば、剥離した塗膜だけでなく、処理表面から生じる粉塵、微小断片、煙などからレーザーヘッドを保護することができる。また、剥離した塗膜などを効率良く吸引手段7の方向へ誘導することができる。 If such fluid spraying means is used, the laser head can be protected not only from the peeled coating film but also from dust, minute fragments, smoke and the like generated from the treated surface. Moreover, the peeled coating film etc. can be guide | induced to the direction of the suction means 7 efficiently.
また、後述する促進処理のため、本レーザー照射装置は、構造物表面の剥離処理領域に対して物理的な力を加えて剥離を促す促進手段を備えてもよい。かかる促進手段としては、具体的には、上記流体吹付手段のほか、剥離処理領域に対して超音波、熱などを照射する手段(超音波照射装置、超音波加熱器、ヒーターなど)、振動を直接的に伝達する手段(振動発生装置)、膜を削ぎ落とすためのスクレーパー、ブラシ、ローラー、粘着テープなど、あるいは、これらのいくつかを組み合わせたものを使用することができる。また、本レーザーヘッドは、その先端にアタッチメントを有するか、又はその筺体の少なくとも一部を覆うフードを有し、剥離処理領域に当接可能に構成されてもよい。そして、このアタッチメント又はフード(剥離処理領域への当接部にブラシなどを備える)を介して、剥離処理表面に直接的に物理的な力(振動、衝撃など)を与えてもよい。 Moreover, for the acceleration process described later, the present laser irradiation apparatus may include an acceleration unit that applies physical force to the peeling process region on the structure surface to promote peeling. Specifically, as the promoting means, in addition to the fluid spraying means, means for irradiating the peeling treatment area with ultrasonic waves, heat, etc. (ultrasonic irradiation device, ultrasonic heater, heater, etc.), vibration Means for direct transmission (vibration generator), scraper for scraping off the membrane, brush, roller, adhesive tape, etc., or some combination of these can be used. In addition, the laser head may have an attachment at the tip thereof, or a hood that covers at least a part of the casing, and may be configured to be able to contact the peeling treatment region. Then, physical force (vibration, impact, etc.) may be directly applied to the surface of the peeling process via this attachment or hood (provided with a brush or the like at the contact portion with the peeling process area).
また、レーザー照射装置は、制御部(図示省略)を備えてもよい。制御部は、走査光学系4の走査機構及び可変焦点機構、吸引装置などを制御する機能を有する。制御部は、ハードウェアとプログラムとを協働させて各種の処理を実現するように構成されてもよいし、専用の処理回路によって構成されてもよい。制御部は、レーザーヘッド本体に設けられてもよいし、レーザーヘッド本体とは別に設けてもよい。例えば、無線又は有線によって接続された端末を制御部として、これがレーザーヘッド3を制御する構成としてもよい。 Further, the laser irradiation apparatus may include a control unit (not shown). The control unit has a function of controlling the scanning mechanism, variable focus mechanism, suction device, and the like of the scanning optical system 4. The control unit may be configured to realize various processes by cooperating hardware and a program, or may be configured by a dedicated processing circuit. The control unit may be provided in the laser head main body, or may be provided separately from the laser head main body. For example, a terminal connected wirelessly or by wire may be used as a control unit, which may control the laser head 3.
また、レーザー照射装置は、操作部(図示省略)を備えてもよい。操作部は、作業者からの操作を受けてその操作内容を制御部へ出力する機能を有する。また、操作結果、塗膜除去の状況、レーザーのパラメータなどを表示する機能を有してもよい。操作部は、例えば、各種スイッチ、つまみ、ソフトウェアキーボード、表示装置などによって構成される。 Further, the laser irradiation apparatus may include an operation unit (not shown). The operation unit has a function of receiving the operation from the worker and outputting the operation content to the control unit. Moreover, you may have a function which displays the operation result, the coating-film removal condition, a laser parameter, etc. The operation unit includes, for example, various switches, knobs, a software keyboard, a display device, and the like.
さらに、レーザー照射装置は、目的に応じて、各種センサ(例えば、表面状態センサ、監視センサ、表面間距離測定センサなど)を備えてもよい。表面状態センサ(図示省略)は、表面20の下地の材質(鋼板、アルミなど)、塗膜の状態(浮き上がり、厚み、劣化層と活膜層の割合)、錆の状態(面積、程度)、腐蝕物質、汚れ、油脂の付着状態などを検知することができる。具体的には、放射温度センサ、可視域分光イメージセンサ、近赤外線カメラ、一般のカメラなどを採用することができる。 Furthermore, the laser irradiation apparatus may include various sensors (for example, a surface state sensor, a monitoring sensor, a surface-to-surface distance measurement sensor, etc.) according to the purpose. The surface condition sensor (not shown) includes the base material of the surface 20 (steel plate, aluminum, etc.), the state of the coating film (floating, thickness, ratio of deteriorated layer and active film layer), rust state (area, degree), It can detect corrosive substances, dirt, and the state of adhesion of oils and fats. Specifically, a radiation temperature sensor, a visible spectral image sensor, a near infrared camera, a general camera, or the like can be employed.
表面状態センサは、下地の材質、塗膜の状態、錆の状態、腐蝕物質、汚れ、油脂の付着状態などを検知し、制御部などに通知してもよい。また、表面状態センサとして、一般のカメラを採用する場合、当該カメラは、塗膜表面を撮影し、その画像情報を制御部(画像処理手段を含む)に渡してもよい。画像処理手段は、取得した画像情報における劣化部分(例えば、錆、割れ、剥れの部分)を各種画像処理(二値化処理、濃淡モフォロジ処理など)によって抽出し、画像に対する劣化部分の面積率を算出し、塗膜の劣化の進行の程度を判定してもよい。また、この判定結果に応じて、対象表面の塗膜における劣化層と活膜層とを区別してもよい。これらによって、「前処理」における切れ込みの深さ又は「剥離処理」におけるレーザー照射条件を決定することができる。 The surface state sensor may detect the material of the base, the state of the coating film, the state of rust, the corrosive substance, the dirt, the state of adhesion of oil and the like, and notify the control unit or the like. Moreover, when employ | adopting a general camera as a surface state sensor, the said camera image | photographs the coating-film surface, You may pass the image information to a control part (an image processing means is included). The image processing means extracts a deteriorated portion (for example, rust, crack, peeled portion) in the acquired image information by various image processing (binarization processing, density morphology processing, etc.), and the area ratio of the deteriorated portion to the image May be calculated to determine the degree of progress of the coating film deterioration. Moreover, you may distinguish the deterioration layer and active film layer in the coating film of the object surface according to this determination result. By these, it is possible to determine the depth of cut in the “pretreatment” or the laser irradiation conditions in the “peeling treatment”.
監視センサ(図示省略)は、例えば、CCDカメラ、CMOSカメラなどである。表面間距離測定センサ(図示省略)は、表面までの距離を赤外線などにより測定するセンサである。制御部は、かかるセンサによって検知された表面間距離に基づいて、焦点を塗膜除去に適した位置に設定することができる。具体的には、レーザーの焦点距離が、測定された表面間距離と同じか又はそれより長くなるように光学系の可変焦点機構を制御することができる。 The monitoring sensor (not shown) is, for example, a CCD camera or a CMOS camera. The inter-surface distance measurement sensor (not shown) is a sensor that measures the distance to the surface with infrared rays or the like. The control unit can set the focal point at a position suitable for removing the coating film based on the distance between the surfaces detected by the sensor. Specifically, the variable focus mechanism of the optical system can be controlled so that the focal length of the laser is equal to or longer than the measured distance between the surfaces.
上記レーザー照射装置を使用し、前処理が施された塗膜に対して、レーザーを照射すると、レーザー照射によりエネルギーを受けた領域は、高温、高圧の状態となってアブレーション(蒸散)が起こる。このレーザーアブレーションによる熱などが、照射領域において塗膜表面だけでなく、照射領域における切れ込みからも伝搬するものと考えられる。この作用によって塗膜の全部の層又は少なくとも一部の層(劣化層)が効率良く除去される。また、レーザー照射条件及び塗膜の態様によっては、塗膜の少なくとも一部が前処理によって施された切れ込みに沿ってセグメント単位で剥離することもある。 When the pre-treated coating film is irradiated with a laser using the above laser irradiation apparatus, the region receiving energy by laser irradiation becomes a high temperature and high pressure state and ablation (transpiration) occurs. It is considered that heat or the like due to this laser ablation propagates not only from the surface of the coating film in the irradiation region but also from notches in the irradiation region. By this action, all the layers of the coating film or at least a part of the layers (deteriorated layer) are efficiently removed. Moreover, depending on the laser irradiation conditions and the mode of the coating film, at least a part of the coating film may be peeled off in segment units along the cuts made by the pretreatment.
このように、本発明では、厚い塗膜の少なくとも一部(例えば劣化層)を効率良く剥離することができ、他の一部の層(例えば活膜層)を残すこともできる。このため、構造物の塗り替え、補修整備に要するコストを大幅に低減することができる。 Thus, in the present invention, at least a part (for example, a deteriorated layer) of a thick coating film can be efficiently peeled, and another part of the layer (for example, an active film layer) can be left. For this reason, the cost required for repainting and repairing the structure can be greatly reduced.
また、本発明の運搬、移動可能なレーザー照射装置によれば、作業場所においてその表面の塗膜の少なくとも一部を剥離し、必要に応じて除去物を回収することができる。また、ファイバを介してレーザー発振器に接続された取り回し可能な携帯式のレーザーヘッドを使用するので作業者にとって塗膜除去作業が容易となる。 In addition, according to the transportable and movable laser irradiation apparatus of the present invention, at least a part of the coating film on the surface can be peeled off at the work place, and the removed material can be collected as necessary. In addition, since a portable laser head that can be routed and connected to a laser oscillator via a fiber is used, an operator can easily remove the coating film.
以下、本塗膜除去方法に使用するレーザー照射装置のレーザーヘッド内部の具体的な構成について説明する。レーザーヘッド内部の走査光学系には、光軸回りに回転可能なウェッジプリズムとそれを回転させる回転駆動手段を採用してもよい(第1の走査光学系の例)。これによれば、レーザーを先の拡がった円錐状になるように照射することができる。対象とする表面の領域が概ね平らであり、この表面に対して光軸が略垂直となる場合、表面においてレーザーの照射点の連続する軌跡は、光軸と表面との交点を中心とし、そのウェッジプリズムの偏向量を半径とする円状になる。ここで、レーザーの照射点を円状に走査することを、従来の直線走査に対して、「円状走査」という。作業者がこのレーザーヘッドを一定の時間保持したり、必要に応じて上下又は左右などに往復移動させたりすることによって、特定の範囲又は広い範囲の塗膜を効率的に短時間で除去することができる。 Hereinafter, the specific structure inside the laser head of the laser irradiation apparatus used for this coating film removal method is demonstrated. The scanning optical system inside the laser head may employ a wedge prism that can rotate around the optical axis and a rotation driving means that rotates the wedge prism (example of the first scanning optical system). According to this, it is possible to irradiate the laser so as to have a conical shape with a wider tip. When the target surface area is generally flat and the optical axis is substantially perpendicular to the surface, the continuous trajectory of the laser irradiation point on the surface is centered on the intersection of the optical axis and the surface. The wedge prism has a circular shape with the radius of deflection. Here, scanning the laser irradiation point in a circle is referred to as “circular scanning” in contrast to the conventional linear scanning. An operator can remove a specific range or a wide range of coating efficiently in a short time by holding this laser head for a certain period of time or by reciprocating up and down or left and right as required. Can do.
また、レーザーヘッドの走査光学系には、光軸回りに回転可能な第1ウェッジプリズムと第2ウェッジプリズムを採用することもでき、レーザーを先の拡がった円錐体状(一部中空としてもよい)のように照射することもできる(第2の走査光学系の例)。これによれば、表面上のレーザーの照射点の連続する軌跡は、第1ウェッジプリズムの偏向量を半径とする第1の円の円周上の動点を中心として、第2ウェッジプリズムの偏向量を半径とする第2の円が連続して転がる形状となる。光軸を表面に対して固定したまま、一定の時間、レーザーの照射点を走査し続けると、その連続する軌跡は、実質的に円環又は円の面とみなすことができる。ただし、本発明は、以下の例に限定されるものではない。 In addition, the scanning optical system of the laser head may employ a first wedge prism and a second wedge prism that can rotate around the optical axis, and the laser is conically shaped with a widened tip (may be partially hollow). (Example of second scanning optical system). According to this, the continuous trajectory of the laser irradiation point on the surface is the deflection of the second wedge prism with the moving point on the circumference of the first circle having the radius of the deflection amount of the first wedge prism as the center. A second circle having a radius as the amount is continuously rolled. If the laser irradiation point is continuously scanned for a certain time while the optical axis is fixed with respect to the surface, the continuous trajectory can be regarded as a ring or a plane of a circle. However, the present invention is not limited to the following examples.
[第1の走査光学系の例]
第1の例では、走査光学系として、光軸回りに回転可能なウェッジプリズムとそれを回転させる駆動手段を使用し、レーザーを先の拡がった円錐状(側面表面)に照射する。表面においてレーザーの照射点の連続する軌跡は、光軸と表面との交点を中心とし、そのウェッジプリズムの偏向量を半径r1とする円C1となる。
[Example of first scanning optical system]
In the first example, as the scanning optical system, a wedge prism that can rotate around the optical axis and a driving means that rotates the wedge prism are used, and the laser is irradiated onto the conical shape (side surface) that has been expanded. The continuous trajectory of the laser irradiation point on the surface is a circle C1 centered on the intersection of the optical axis and the surface and the deflection amount of the wedge prism being a radius r1.
剥離処理において、作業者は、レーザーヘッドを一定時間保持して、レーザーを塗膜に対して円状に走査させてもよいし、このレーザーヘッドを必要に応じて上下又は左右などに往復移動させて、レーザーを塗膜に対して略均一に照射してもよい。 In the peeling process, the operator may hold the laser head for a certain period of time and scan the laser in a circular pattern with respect to the coating film, or reciprocate the laser head vertically or horizontally as necessary. Thus, the laser may be irradiated substantially uniformly on the coating film.
図4は、走査光学系の第1の例の概略構成図である。走査光学系4Aは、ファイバ接続部41、集光手段42、第1ウェッジプリズム43、支持部材44、及び駆動手段49を含む。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a first example of the scanning optical system. The scanning optical system 4 </ b> A includes a fiber connection portion 41, a condensing unit 42, a first wedge prism 43, a support member 44, and a driving unit 49.
ファイバ接続部41は、ファイバ2の出射端に取付けられた光学素子(レーザー射出コリメータ(例えば、石英レンズ))であり、ファイバ2を介して伝送されたレーザーを集光手段42に向けて平行光として出射する。 The fiber connection portion 41 is an optical element (laser emission collimator (for example, quartz lens)) attached to the emission end of the fiber 2, and directs the laser beam transmitted through the fiber 2 toward the condensing means 42. To be emitted.
集光手段42は、一枚又は複数枚のレンズから構成される集光光学系であり、ファイバ接続部41から出力されたレーザーを高エネルギー密度に集光し、レーザー30として表面20に照射する。集光手段42は、レーザー30の焦点距離、焦点深度、ビームスポット径を適宜設定することができる。 The condensing means 42 is a condensing optical system composed of one or a plurality of lenses, condenses the laser output from the fiber connection portion 41 to a high energy density, and irradiates the surface 20 as the laser 30. . The condensing unit 42 can appropriately set the focal length, the focal depth, and the beam spot diameter of the laser 30.
第1ウェッジプリズム43は、光軸Lに対して偏向角θで、入射したレーザーを偏向させる光学素子である。第1ウェッジプリズム43(及び集光手段42)は支持部材44によって支持される。本例では、レーザーの光路を偏向させるための光学部材として、ウェッジプリズムを採用する。これによって、ガルバノミラーなどの光学部材を使用する場合に比べて、レーザーの光路が反射を繰り返さず簡単なものとなるので、レーザーヘッドの構成を小型かつ簡易なものとすることができる。 The first wedge prism 43 is an optical element that deflects an incident laser at a deflection angle θ with respect to the optical axis L. The first wedge prism 43 (and the condensing means 42) are supported by the support member 44. In this example, a wedge prism is employed as an optical member for deflecting the optical path of the laser. As a result, the optical path of the laser becomes simple without repeating reflection, compared with the case where an optical member such as a galvano mirror is used, so that the configuration of the laser head can be made small and simple.
駆動手段49は、光軸Lの回りに支持部材44を所定の回転速度ωで回転させることによって第1ウェッジプリズム43を回転させる。駆動手段49は、モータ、回転アクチュエータなどの適宜の構成を採用することができるが、レーザーヘッドを小型かつ簡易な構成とするため、光軸の周囲に配置可能な中空モータを採用することが好ましい。 The drive unit 49 rotates the first wedge prism 43 by rotating the support member 44 around the optical axis L at a predetermined rotation speed ω. The drive means 49 can employ an appropriate configuration such as a motor or a rotary actuator, but preferably employs a hollow motor that can be arranged around the optical axis in order to make the laser head small and simple. .
かかる走査光学系4Aによれば、レーザー30の照射点P(照射スポットも含む)は、表面20において光軸交点Oから距離rの位置に現れる。距離rは、第1ウェッジプリズム43の偏向角θ及び第1ウェッジプリズム43から表面20までの距離などに基づく偏向量である。 According to the scanning optical system 4A, the irradiation point P (including the irradiation spot) of the laser 30 appears on the surface 20 at a distance r from the optical axis intersection point O. The distance r is a deflection amount based on the deflection angle θ of the first wedge prism 43 and the distance from the first wedge prism 43 to the surface 20.
また、レーザーの照射点付近から生じる除去物を遮蔽するために第1ウェッジプリズム43を保護する遮蔽板48を採用することができる。遮蔽板48は、第1ウェッジプリズム43ないし支持部材44に固定され、それとともに回転可能に構成され、適宜の位置に、ウェッジプリズムの偏向角に応じて偏向されるレーザー30を通過させる開口を有する。これによって、表面20から剥離され飛来する除去物からウェッジプリズムを保護することができる。さらに、遮蔽板48の少なくとも一部に導電性の部材を設け、静電気を帯びた微細な除去物を積極的に取り除くように構成されてもよい。また、静電気対策手段として、除去物の帯電量に応じて、イオンを含むガスを供給することによって、静電気を除去してもよい。 In addition, a shielding plate 48 that protects the first wedge prism 43 can be employed in order to shield the removed matter generated from the vicinity of the laser irradiation point. The shielding plate 48 is fixed to the first wedge prism 43 or the support member 44, is configured to be rotatable with the first wedge prism 43 or the support member 44, and has an opening through which the laser 30 deflected according to the deflection angle of the wedge prism passes. . As a result, the wedge prism can be protected from the removed material that peels off from the surface 20 and flies. Further, a conductive member may be provided on at least a part of the shielding plate 48 so as to positively remove a statically removed fine object. Further, as a countermeasure against static electricity, static electricity may be removed by supplying a gas containing ions in accordance with the charge amount of the removed matter.
本例では、塗膜を除去するに際して、複数回の円状走査で塗膜を除去するだけのエネルギー密度を与えることができればよいので、金属の穴開け、スポット溶接などを目的とした従来のレーザー加工装置とは異なり、焦点をレーザーの実際の照射点と一致させなくてもよい。そして、円状走査の際、略円状の軌跡の各点でレーザー30の光路長がほぼ同じとなるので、直線走査の場合とは異なり、焦点と実際の照射点との距離が回転走査時において変化せず、一定の照射エネルギーを照射することができる。また、レーザーのエネルギーを効果的に利用するためには、焦点の位置は、表面よりも奥に設定すること(マイナス側へのデフォーカス)が好ましい。また、焦点深度をある程度深く設定してもよい。これによって、突起物や段差、奥行きのある構造物の表面についても塗膜除去の処理が可能となる。 In this example, when removing the coating film, it is only necessary to give an energy density sufficient to remove the coating film by a plurality of circular scans. Therefore, conventional lasers for metal drilling, spot welding, etc. Unlike the processing apparatus, the focal point does not have to coincide with the actual irradiation point of the laser. In the circular scanning, the optical path length of the laser 30 is substantially the same at each point of the substantially circular locus. Therefore, unlike the case of the linear scanning, the distance between the focal point and the actual irradiation point is the same as that during the rotational scanning. It is possible to irradiate with a constant irradiation energy without changing. Further, in order to effectively use the energy of the laser, it is preferable to set the focal point position behind the surface (defocus to the minus side). Further, the depth of focus may be set to a certain degree. As a result, it is possible to remove the coating film even on the surface of a structure having a protrusion, a step, or a depth.
図5は、第1の走査光学系の例によるレーザー照射点の軌跡を示す説明図である。光軸Lと表面20とが略垂直であり、表面20が湾曲や凹凸のない概ね平面であった場合、第1ウェッジプリズム43が光軸Lの回りに回転速度ωで回転するので、レーザーの照射点Pは、表面20において光軸交点Oを中心とする半径rの円の円周上を回転速度ωで移動する動点となる。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the locus of the laser irradiation point according to the example of the first scanning optical system. When the optical axis L and the surface 20 are substantially perpendicular and the surface 20 is substantially flat without curvature or irregularities, the first wedge prism 43 rotates at the rotational speed ω around the optical axis L. The irradiation point P is a moving point that moves at the rotational speed ω on the circumference of a circle having a radius r centered on the optical axis intersection point O on the surface 20.
言い換えると、照射点Pは、光軸交点Oを中心とする半径rの円C(略円状を含む)の軌跡を描く。したがって、走査光学系4Aを使用して、剥離処理領域にレーザー30を照射すると、表面20において円Cの円周に沿って塗膜にエネルギーが付与される。レーザー照射によるエネルギーは、塗膜表面だけではなく、照射領域における切れ込みからも伝搬し、塗膜を効率よく除去することができると考えられる。なお、説明を簡単にするため、同図では円Cの円周が幅を持たない線として表わされているが、実際は、レーザー30はスポット径の幅を有するものである。また、半径rは5〜200mmとなるように設定することが好ましい。 In other words, the irradiation point P describes a locus of a circle C (including a substantially circular shape) having a radius r centered on the optical axis intersection point O. Therefore, when the laser 30 is irradiated on the peeling treatment region using the scanning optical system 4A, energy is applied to the coating film along the circumference of the circle C on the surface 20. It is considered that the energy due to laser irradiation propagates not only from the surface of the coating film but also from notches in the irradiation region, so that the coating film can be efficiently removed. In order to simplify the description, the circumference of the circle C is represented as a line having no width in the figure, but in reality, the laser 30 has a spot diameter width. The radius r is preferably set to be 5 to 200 mm.
円Cの形状のような円状走査をしながら、自動又は作業者の操作によって、レーザーヘッド3を表面20に対して平行に上下又は左右の方向に一定の速さで移動させると、照射点Pの軌跡は実質的に帯状となる。この場合、照射点Pを表面20に対してほぼ均一に走査するので、レーザーを剥離処理領域の塗膜に略均一に照射することができる。この場合、塗膜は、前処理で加えられた切れ込みに沿ったセグメント単位若しくはそれより小さい断片の単位、又はセグメント群で剥離することもある。 When the laser head 3 is moved in a vertical direction or a horizontal direction at a constant speed in parallel with the surface 20 while performing circular scanning like the shape of the circle C, or by an operator's operation, The locus of P is substantially band-shaped. In this case, since the irradiation point P is scanned substantially uniformly with respect to the surface 20, it is possible to irradiate the coating film in the peeling treatment region substantially uniformly. In this case, the coating film may be peeled off in segment units or smaller units along the cuts made in the pretreatment, or in segment groups.
なお、同図では、説明を簡単にするため、円Cがレーザーヘッドの移動方向に連続する形状を模式的に示している。しかし、実際には、レーザーヘッド(すなわち、光軸交点)を移動させつつ照射点を円状に走査するので、照射点Pの軌跡は、閉曲線である円Cが連続するのではなく、開曲線であるコイルのような形状となる。より厳密には、照射点Pの軌跡は、回転速度ωで回転する動径ベクトルrの終点の軌跡となる。 In the figure, in order to simplify the description, a shape in which a circle C continues in the moving direction of the laser head is schematically shown. However, in actuality, the irradiation point is scanned in a circular shape while moving the laser head (that is, the intersection of the optical axes), and therefore the locus of the irradiation point P is not continuous with the circle C, which is a closed curve, but is an open curve. It becomes a shape like a coil. More precisely, the locus of the irradiation point P is the locus of the end point of the radial vector r that rotates at the rotational speed ω.
具体的には、例えば、時刻t=0のとき、照射点PがY軸上にあり、角速度ωで回転を開始する場合(円状走査のみ)、時刻tにおける照射点の軌跡(Px,Py)は、以下の式で表わされる。 Specifically, for example, when the irradiation point P is on the Y-axis at the time t = 0 and rotation starts at the angular velocity ω (circular scanning only), the locus (Px, Py) of the irradiation point at the time t ) Is represented by the following equation.
Px=rsinωt
Py=rcosωt
さらに、例えば、作業者がレーザーヘッドを、X軸に対して角度φを有するベクトルの方向へ一定の速さVで移動させると、時刻tにおける照射点の軌跡(Px,Py)は、以下の式で表わされる。
Px = rsinωt
Py = rcos ωt
Further, for example, when the operator moves the laser head in the direction of a vector having an angle φ with respect to the X axis at a constant speed V, the locus (Px, Py) of the irradiation point at time t is as follows: It is expressed by a formula.
Px=rsinωt+Vtcosφ
Py=rcosωt+Vtsinφ
特に、レーザーヘッドを水平方向(X軸方向)に動かす場合、以下のとおりとなる。
Px = rsinωt + Vtcosφ
Py = rcosωt + Vtsinφ
In particular, when the laser head is moved in the horizontal direction (X-axis direction), the following occurs.
Px=rsinωt+Vt
Py=rcosωt
また、同図は、光軸Lと表面20とが略垂直であって、表面20が平坦であり、照射点Pの軌跡が略円状となる場合である。レーザーヘッドを表面の法線に対して傾けて保持した場合(すなわち、光軸Lと表面20とが略垂直でない場合)は、照射点Pの軌跡は楕円(略楕円状の形状を含む)となる。
Px = rsin ωt + Vt
Py = rcos ωt
The figure shows a case where the optical axis L and the surface 20 are substantially perpendicular, the surface 20 is flat, and the locus of the irradiation point P is substantially circular. When the laser head is held tilted with respect to the surface normal (that is, when the optical axis L and the surface 20 are not substantially perpendicular), the locus of the irradiation point P is an ellipse (including a substantially elliptical shape). Become.
また、表面20に凹凸が形成されていたり、湾曲を有したりする場合は、照射点Pの軌跡は歪んだ円、楕円となる。照射点Pの軌跡が楕円状となる場合、厳密には、軌跡上の各照射点でのレーザーの光路長は各々異なるものとなるので、あらかじめ設定された焦点が所望の位置から外れることがある。この場合、あらかじめ焦点深度をある程度大きく(光路長の変化量の範囲)に設定しておくことが好ましい。複数回の回転走査によれば、塗膜除去のための所望のエネルギー密度を累積で与えることができるので、光路長がある程度変化しても問題ない。 When the surface 20 is uneven or has a curvature, the locus of the irradiation point P becomes a distorted circle or ellipse. When the locus of the irradiation point P is elliptical, strictly speaking, the optical path lengths of the lasers at the respective irradiation points on the locus are different from each other, and the preset focal point may deviate from a desired position. . In this case, it is preferable to set the depth of focus to a certain extent in advance (the range of the change amount of the optical path length). According to the plurality of rotation scans, a desired energy density for removing the coating film can be accumulated, so that there is no problem even if the optical path length changes to some extent.
このように、本例の走査光学系によれば、レーザーの照射点を光軸交点を中心として円状に回転走査させるので、このレーザーヘッドを適宜移動させれば実質的に面状の走査となり、塗膜に対してレーザーを略均一に照射することもできる。 As described above, according to the scanning optical system of the present example, the laser irradiation point is rotationally scanned in a circle around the optical axis intersection point, so that a substantially planar scan can be obtained by appropriately moving the laser head. In addition, the coating film can be irradiated with laser substantially uniformly.
また、レーザーの光路を偏向させるための走査素子としてウェッジプリズムを使用するので、ガルバノミラーなどの光学素子を使用する場合に比べて、レーザーの光路が反射を繰り返さず簡単なものとなり、走査機構を小型かつ簡易なものとすることができる。これによって、作業場所において取り回し可能な小型のレーザーヘッドを低コストで実現できる。また、かかる円状走査では、光路長が変化しないので、レーザーヘッドの構成を簡単にすることができる。 In addition, since a wedge prism is used as a scanning element for deflecting the optical path of the laser, the optical path of the laser is simple and repeats less than when an optical element such as a galvanometer mirror is used. It can be small and simple. As a result, a small laser head that can be handled at the work place can be realized at low cost. Further, in such circular scanning, the optical path length does not change, so that the configuration of the laser head can be simplified.
また、焦点深度をある程度大きく設定してもよく、これによって、突起物や段差、奥行きのある構造物の表面、構造物の隅角部についても塗膜除去の処理が可能となる。また、複数回の円状の走査によって、レーザーアブレーションのための所要のエネルギー密度を与えることができ、塗膜に対して効率的にエネルギーを与えることができる。さらに、かかる円状走査によれば、表面からレーザーが反射されても、戻り光がレーザーヘッド内に入射してファイバ2を損傷するおそれがない。 Further, the depth of focus may be set to be large to some extent, which makes it possible to remove the coating film on the projections, the steps, the surface of the deep structure, and the corners of the structure. Moreover, the required energy density for laser ablation can be given by multiple times of circular scanning, and energy can be efficiently given to the coating film. Further, according to such circular scanning, even if the laser is reflected from the surface, there is no possibility that the return light enters the laser head and damages the fiber 2.
[第2の走査光学系の例]
上記の第1の例では、走査光学系に一つのウェッジプリズムを用いた。これに対し、第2の例では、走査光学系として、光軸回りに回転可能なウェッジプリズムと、偏向手段とを使用して、レーザーを先の拡がった円錐体状(一部中空としてもよい)のように照射する。偏向手段は、ミラーなどの反射性光学素子でもよいが、ウェッジプリズムなどの透過性光学素子を採用することが好ましい。以下、偏向手段としてウェッジプリズムを用いる場合について説明する。表面上のレーザーの照射点の連続する軌跡は、一つ目のウェッジプリズム(第1ウェッジプリズム)の偏向量を半径とする第1の円の円周上の動点を中心として、二つ目のウェッジプリズム(第2ウェッジプリズム)の偏向量を半径とする第2の円が連続して転がる形状となる。光軸を表面に対して固定したまま、一定の時間、レーザーの照射点を走査し続けると、その連続する軌跡は、実質的に円環又は円の面とみなすことができ、ほぼ均一なレーザー照射が可能となる。
[Example of Second Scanning Optical System]
In the first example, one wedge prism is used for the scanning optical system. On the other hand, in the second example, a wedge prism that can rotate around the optical axis and a deflecting unit are used as the scanning optical system, and the laser is conically shaped like a tip (partially hollow). ). The deflecting unit may be a reflective optical element such as a mirror, but preferably employs a transmissive optical element such as a wedge prism. Hereinafter, a case where a wedge prism is used as the deflection unit will be described. The continuous trajectory of the laser irradiation point on the surface is the second centered on the moving point on the circumference of the first circle whose radius is the deflection amount of the first wedge prism (first wedge prism). The second circle whose radius is the deflection amount of the wedge prism (second wedge prism) is a shape that rolls continuously. If the laser irradiation point is continuously scanned for a certain period of time while the optical axis is fixed with respect to the surface, the continuous trajectory can be regarded as a ring or a plane of a circle. Irradiation is possible.
図6は、第2の走査光学系の例の概略構成図である。走査光学系4Bは、第1の例に対する追加構成として、第2ウェッジプリズム45、支持部材46、及び伝達手段47を有する。本例において、第1の例と同様の構成には、同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an example of the second scanning optical system. The scanning optical system 4B includes a second wedge prism 45, a support member 46, and a transmission unit 47 as an additional configuration to the first example. In this example, the same components as those in the first example are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第2ウェッジプリズム45は、第1ウェッジプリズム43によって光軸Lに対して偏向角θ1をもって偏向されたレーザーの光路M(以下、回転基準軸Mともいう。)に対して、レーザーの光路をさらに偏向角θ2をもって偏向させる。第2ウェッジプリズム45は支持部材46によって支持される。 The second wedge prism 45 further passes the laser optical path with respect to the laser optical path M (hereinafter also referred to as the rotation reference axis M) deflected by the first wedge prism 43 with the deflection angle θ1 with respect to the optical axis L. Deflection is performed with a deflection angle θ2. The second wedge prism 45 is supported by the support member 46.
伝達手段47は、第1ウェッジプリズム43を含む支持部材44と、第2ウェッジプリズム45を含む支持部材46とを連接し、駆動手段49からの駆動力を伝達する。駆動手段49は、例えば、適宜の回転比を設定可能な歯車機構を使用することができる。 The transmission unit 47 connects the support member 44 including the first wedge prism 43 and the support member 46 including the second wedge prism 45, and transmits the driving force from the driving unit 49. As the driving means 49, for example, a gear mechanism capable of setting an appropriate rotation ratio can be used.
本例では、駆動手段49によって支持部材44を光軸Lの回りに回転させることによって、第1ウェッジプリズム45を回転速度ω1で回転させ、さらに、支持部材46に連接された伝達手段47を介して支持部材46を光軸Lの回りに回転させることによって、第2ウェッジプリズム45を回転速度ω2で回転させる。 In this example, the driving member 49 rotates the support member 44 around the optical axis L, thereby rotating the first wedge prism 45 at the rotational speed ω1 and further via the transmission means 47 connected to the support member 46. By rotating the support member 46 about the optical axis L, the second wedge prism 45 is rotated at the rotational speed ω2.
また、光軸Lに対して略垂直な表面20を考えた場合、二つのウェッジプリズムを光軸Lの回りに回転させると、表面20と回転基準軸Mとの交点Qが、光軸交点Oから表面上の距離r1の位置に現れる。そして、照射点R(照射スポットを含む)が、交点Qから表面上の距離r2の位置に現れる。 Further, when considering the surface 20 substantially perpendicular to the optical axis L, when the two wedge prisms are rotated around the optical axis L, the intersection Q between the surface 20 and the rotation reference axis M becomes the optical axis intersection O. Appears on the surface at a distance r1. An irradiation point R (including an irradiation spot) appears at a distance r2 on the surface from the intersection Q.
なお、距離r1は、第1ウェッジプリズム43の偏向角θ1及び第1ウェッジプリズム43から表面20までの距離などに基づく偏向量であり、距離r2は、第2ウェッジプリズム45の偏向角θ2及び第2ウェッジプリズム45から表面20までの距離などに基づく偏向量である。 The distance r1 is a deflection amount based on the deflection angle θ1 of the first wedge prism 43 and the distance from the first wedge prism 43 to the surface 20, and the distance r2 is the deflection angle θ2 of the second wedge prism 45 and the first angle. 2 A deflection amount based on the distance from the wedge prism 45 to the surface 20.
同図では、駆動手段49が直接、第1ウェッジプリズム43に回転駆動力を与え、伝達手段47が間接的に、駆動手段49による回転駆動力を第2ウェッジプリズム45に与える構成を説明したが、これに限定されない。二つの駆動手段によって、異なる回転駆動力を各ウェッジプリズムに別々に与えてもよいし、駆動手段から伝達手段に直接与えられる回転駆動力を各ウェッジプリズムに与えてもよい。第1ウェッジプリズム43と第2ウェッジプリズム45とが異なる回転速度で回転できる構成であればよい。 In the figure, the configuration in which the driving unit 49 directly applies the rotational driving force to the first wedge prism 43 and the transmission unit 47 indirectly applies the rotational driving force by the driving unit 49 to the second wedge prism 45 has been described. However, the present invention is not limited to this. Different rotational driving forces may be separately applied to each wedge prism by the two driving means, or a rotational driving force applied directly from the driving means to the transmission means may be applied to each wedge prism. Any configuration is possible as long as the first wedge prism 43 and the second wedge prism 45 can rotate at different rotational speeds.
図7(A)(B)は、第2の走査光学系の例によるレーザー照射点の軌跡を示す説明図である。同図(A)は第1ウェッジプリズムが一周する間の軌跡であり、同図(B)は第1ウェッジプリズムが複数回回転した場合の軌跡である。各図では、光軸Lと表面20とは略垂直であり、表面20が湾曲や凹凸のない概ね平面である場合を示している。 FIGS. 7A and 7B are explanatory views showing the locus of the laser irradiation point according to the example of the second scanning optical system. FIG. 4A is a trajectory while the first wedge prism makes one round, and FIG. 4B is a trajectory when the first wedge prism rotates a plurality of times. In each figure, the optical axis L and the surface 20 are substantially perpendicular, and the surface 20 is a substantially flat surface having no curvature or unevenness.
同図(A)では、回転基準軸Mは光軸Lの回りを回転速度ω1で回転する動径であるので、回転基準軸Mと表面20との交点Qは、光軸交点Oを中心とする半径r1の円C1の円周上を回転速度ω1で移動する動点となる(以下、動点Qともいう。)。そして、レーザーの照射点Rは、動点Qを中心とする半径r2の円C2の円周上を回転速度ω2で移動する動点となる。 In FIG. 5A, the rotation reference axis M is a moving radius that rotates around the optical axis L at the rotation speed ω1, and therefore the intersection point Q between the rotation reference axis M and the surface 20 is centered on the optical axis intersection point O. The moving point moves on the circumference of the circle C1 having the radius r1 at the rotational speed ω1 (hereinafter also referred to as the moving point Q). The laser irradiation point R is a moving point that moves at a rotational speed ω2 on the circumference of a circle C2 having a radius r2 centered on the moving point Q.
なお、同図では、説明のため、回転基準軸Mが一周する際の、すなわち、円C1上の動点Qが一周する際の円C2の軌跡を模式的に示しており、見かけ上、円C2が円C1上の各点を中心として連続する形状となっている。しかし、実際には、動点Qが円C1上を移動しながら、それを中心として照射点Rが移動するので、照射点Rの軌跡は、閉曲線である個々の円C2が連続するのではなく、開曲線であるコイルの環のような形状となる。より厳密には、照射点Rの軌跡は、回転速度ω1で光軸交点Oを中心として回転する動径ベクトルr1の終点を中心としてさらに回転速度ω2で回転する動径ベクトルr2の終点の軌跡(すなわち、ベクトルr(r1+r2)の終点の軌跡)となる。 In the figure, for explanation, the locus of the circle C2 when the rotation reference axis M makes a round, that is, when the moving point Q on the circle C1 makes a round, is schematically shown. C2 has a continuous shape centered on each point on the circle C1. However, in practice, the moving point Q moves on the circle C1, and the irradiation point R moves around the circle C1, so that the locus of the irradiation point R is not continuous with the individual circles C2 that are closed curves. The shape is like a ring of a coil that is an open curve. More precisely, the trajectory of the irradiation point R is the trajectory of the end point of the radial vector r2 that further rotates at the rotational speed ω2 around the end point of the radial vector r1 that rotates about the optical axis intersection O at the rotational speed ω1 ( That is, the locus of the end point of the vector r (r1 + r2).
なお、回転速度ω2は、回転速度ω1より十分に大きく設定することが好ましく、回転速度ω1と回転速度ω2との比(回転比ω2/ω1)は少なくとも9/2より大きくすることが好ましい。 The rotational speed ω2 is preferably set sufficiently higher than the rotational speed ω1, and the ratio of the rotational speed ω1 and the rotational speed ω2 (rotational ratio ω2 / ω1) is preferably at least greater than 9/2.
さらに、照射点Rの初期位置と回転基準軸Mが1周又は数周した時の照射点Rの位置とが一致することがないように回転比(ω2/ω1)を設定することが好ましい。そうすると、回転基準軸Mが何周か回転しても、照射点Rの軌跡であるC2が表面20上で重なることがないのでほぼ均一な走査が可能となる。 Furthermore, it is preferable to set the rotation ratio (ω2 / ω1) so that the initial position of the irradiation point R does not coincide with the position of the irradiation point R when the rotation reference axis M makes one or several turns. Then, even if the rotation reference axis M rotates several times, C2 which is the locus of the irradiation point R does not overlap on the surface 20, so that substantially uniform scanning is possible.
また、円C2の形状の走査をしながら、自動又は作業者の操作によって、走査光学系4B(レーザーヘッド)を表面20に対して平行に上下又は左右の方向に一定の速さで移動させると、照射点Rを表面20の特定の範囲に対してほぼ均一に走査することができ、表面20上の広い範囲の塗膜に効率的にエネルギーを与えることができる。 Further, when the scanning optical system 4B (laser head) is moved parallel to the surface 20 at a constant speed in the vertical and horizontal directions while scanning the shape of the circle C2, automatically or by the operator's operation. The irradiation point R can be scanned substantially uniformly with respect to a specific range of the surface 20, and energy can be efficiently applied to a wide range of the coating film on the surface 20.
同図(B)では、一定の時間、光軸交点Oを移動させずに円C2の形状の走査をしたので、照射点の集合は、円C1を中心曲線とする円環C3の領域となり、円環C3の領域にはレーザーが略均一に照射される。 In FIG. 5B, since the scanning of the shape of the circle C2 is performed without moving the optical axis intersection point O for a certain period of time, the set of irradiation points becomes a region of an annulus C3 having the circle C1 as a central curve, The region of the ring C3 is irradiated with the laser substantially uniformly.
このように、本例によれば、第1の例による効果に加え、円環状又は円の面でレーザーの照射点を走査するので、構造物の表面に対してレーザーヘッドを固定したままでも、塗膜にレーザーを略均一に照射することができる。この場合、塗膜の少なくとも一部は、塗膜表面及び切れ込みから伝わるエネルギーによって、セグメント単位若しくはそれより小さい断片の単位、又はセグメント群で剥離することもある。また、中心曲線C1の半径及び円環C3の幅は、各ウェッジプリズムによる偏向量に対応するr1及びr2に依存する量であるので、r1及びr2、すなわち、第1ウェッジプリズムの偏向角θ1及び第2ウェッジプリズムの偏向角θ2を適宜設定することによって、各種の大きさ、形状の円環の照射領域を設定することもできる。中心部に照射領域のない円の形状を設定することもできる。 Thus, according to this example, in addition to the effect of the first example, the laser irradiation point is scanned with an annular or circular surface, so even if the laser head is fixed to the surface of the structure, The coating film can be irradiated with laser substantially uniformly. In this case, at least a part of the coating film may be peeled off by a unit of segment or a smaller unit of fragments or a group of segments by the energy transmitted from the coating film surface and the cut. Further, since the radius of the center curve C1 and the width of the ring C3 depend on r1 and r2 corresponding to the deflection amount by each wedge prism, r1 and r2, that is, the deflection angle θ1 of the first wedge prism and By appropriately setting the deflection angle θ2 of the second wedge prism, it is possible to set an irradiation area of an annular of various sizes and shapes. It is also possible to set a circular shape without an irradiation area at the center.
例えば、処理平面上にある円形の突起物の周囲の塗膜を剥離する場合、|r2−r1|がその円形の突起物の半径となるように偏向角θ1及び偏向角θ2を設定して照射領域を設ければ、その円形の突起物の周囲のみを略均一に走査することができる。また、r2≧r1となるように設定すれば、円環状ではなく、中心部に照射領域のない円全面の形状で走査することもできる。 For example, when the coating film around a circular projection on the processing plane is peeled off, irradiation is performed with the deflection angle θ1 and the deflection angle θ2 set so that | r2-r1 | becomes the radius of the circular projection. If an area is provided, only the periphery of the circular protrusion can be scanned substantially uniformly. Further, if r2 ≧ r1 is set, it is possible to scan not in an annular shape but in a shape of the entire surface of the circle having no irradiation area in the center.
以上のとおり、剥離処理に際して、第1及び第2の例による走査光学系を備えたレーザー照射装置を使用すれば、塗膜に対して、レーザーを広範囲に照射することができ、前処理によって施された切れ込みにより、塗膜の少なくとも一部の層を容易に効率的に剥離することができる。 As described above, when the laser irradiation apparatus provided with the scanning optical system according to the first and second examples is used in the peeling process, the coating film can be irradiated with a laser beam over a wide range. Due to the cuts, at least a part of the coating film can be easily and efficiently peeled off.
なお、上記第1又は第2の例では、主にレーザー照射点を円状に走査する態様について説明したが、この走査光学系では、ウェッジプリズムを回転させずに固定のままとして、レーザーを円状に走査させないで照射することもできる。したがって、上記第1又は第2の例によるレーザー照射装置は、剥離処理だけでなく、前処理にも使用することができる。この場合、レーザーヘッド自体を適宜移動するか、あるいは、処理対象を載置するステージをレーザーヘッドに対して適宜移動すれば、直線又は曲線の任意の切れ込みを塗膜に形成することができる。レーザーの出力は、塗膜の態様に応じて適宜変更してよい。 In the first or second example, the mode in which the laser irradiation point is scanned in a circular shape has been described. However, in this scanning optical system, the wedge prism is not rotated and the laser is fixed in a circular shape. Irradiation can be performed without scanning in the shape. Therefore, the laser irradiation apparatus according to the first or second example can be used not only for the peeling process but also for the pretreatment. In this case, if the laser head itself is appropriately moved, or if the stage on which the processing target is placed is appropriately moved with respect to the laser head, an arbitrary cut of a straight line or a curved line can be formed in the coating film. You may change the output of a laser suitably according to the aspect of a coating film.
さらに、本レーザー照射装置は、レーザーの照射強度、走査形状などを適宜設定可能に構成されているので、例えば、第2の例の走査光学系の設定を一部変更すると、かかるレーザー照射装置を使用して、塗膜の所定の深さまで切れ込みを形成する前処理を実施することもできる。切れ込みの深さ、形状は、レーザーの照射強度、走査回数、走査形状などを適宜設定することによって、任意に設定可能である。 Further, since the laser irradiation apparatus is configured so that the laser irradiation intensity, scanning shape, and the like can be set as appropriate, for example, when a part of the setting of the scanning optical system of the second example is changed, the laser irradiation apparatus is changed. It can also be used to perform a pretreatment to form a cut to a predetermined depth of the coating. The depth and shape of the cut can be arbitrarily set by appropriately setting the irradiation intensity of the laser, the number of scans, the scan shape, and the like.
前処理において、レーザーヘッド3から照射されるレーザー30は、出力が100〜2000W、波長が500nm以上であることが好ましく、特に好ましくは、出力500〜1000W、波長1060〜1100nmの範囲とする。また、焦点での単位時間あたりのエネルギー密度は、3.13×10-4〜1×10-3J/μm2の範囲とすることが好ましい。レーザーのスポット径については、好ましくは直径20〜200μmの範囲とする。このように、本塗膜除去方法の前処理において、剥離処理に使用するレーザー照射装置を使用すれば、前処理と剥離処理を同一の装置で実施することができるので、作業に要するコスト及び時間を低減することができる。 In the pretreatment, the laser 30 irradiated from the laser head 3 preferably has an output of 100 to 2000 W and a wavelength of 500 nm or more, and particularly preferably has an output of 500 to 1000 W and a wavelength of 1060 to 1100 nm. The energy density per unit time at the focal point is preferably in the range of 3.13 × 10 −4 to 1 × 10 −3 J / μm 2 . The spot diameter of the laser is preferably in the range of 20 to 200 μm. Thus, in the pretreatment of this coating film removing method, if the laser irradiation device used for the peeling treatment is used, the pretreatment and the peeling treatment can be carried out with the same device, so the cost and time required for the work Can be reduced.
[第3の走査光学系の例]
図8(B)は、第3の走査光学系の例の概略構成図であり、図8(A)は、第3の例によるレーザー照射点の軌跡を示す説明図である。上記第2の例では、第2ウェッジプリズム45の回転速度ω2を、第1ウェッジプリズム43の回転速度ω1より十分に大きく設定したが(ω2>>ω1)、本例では、走査光学系4Dにおいて、回転速度ω1と回転速度ω2とを差が大きくならないように設定する(ω2≒ω1)。例えば、回転比ω2/ω1を9/10〜11/10の範囲とすることができる。
[Example of third scanning optical system]
FIG. 8B is a schematic configuration diagram of an example of the third scanning optical system, and FIG. 8A is an explanatory diagram illustrating a locus of a laser irradiation point according to the third example. In the second example, the rotational speed ω2 of the second wedge prism 45 is set sufficiently higher than the rotational speed ω1 of the first wedge prism 43 (ω2 >> ω1). In this example, in the scanning optical system 4D, The rotational speed ω1 and the rotational speed ω2 are set so that the difference does not increase (ω2≈ω1). For example, the rotation ratio ω2 / ω1 can be set in the range of 9/10 to 11/10.
そして、r1に対してr2が十分に小さくなるように、第2ウェッジプリズム45の偏向角θ2を第1ウェッジプリズム43の偏向角θ1に比べて十分小さく設定する(θ2<<θ1)。これによって、同図(A)に示すように、レーザーの照射点の集合は、2×r2によって規定される十分に小さい幅(例えば、1〜3mm程度)の円環となる。このため、本例によれば、複数回のレーザー照射によるエネルギーが円環の領域に集中するため、塗膜に対して所定の深さの略円状の切れ込みを形成することができる。すなわち、円形のセグメントを形成することが可能である。なお、本例による走査光学系を備えたレーザー照射装置は、レーザー照射条件を適宜設定すれば、剥離処理にも適用することができる。 Then, the deflection angle θ2 of the second wedge prism 45 is set to be sufficiently smaller than the deflection angle θ1 of the first wedge prism 43 so that r2 is sufficiently smaller than r1 (θ2 << θ1). As a result, as shown in FIG. 5A, the set of laser irradiation points becomes a ring with a sufficiently small width (for example, about 1 to 3 mm) defined by 2 × r2. For this reason, according to the present example, energy by a plurality of times of laser irradiation concentrates on the annular region, so that a substantially circular cut having a predetermined depth can be formed in the coating film. That is, it is possible to form a circular segment. In addition, the laser irradiation apparatus provided with the scanning optical system according to the present example can be applied to the peeling process if the laser irradiation conditions are appropriately set.
[第4の走査光学系の例]
図9(B)は、第4の走査光学系の例の概略構成図であり、図9(A)は、第4の例によるレーザー照射点の軌跡を示す説明図である。上記第2又は第3の例では、回転速度ω1と回転速度ω2とに差を設けたが、本例では、走査光学系4Dにおいて各回転速度を同一に設定する。この場合、第1ウェッジプリズム43及び第2ウェッジプリズム45が一緒に回転するので、レーザー照射点の軌跡は円環ではなく、幅を持たない単なる円となる。また、走査光学系4Dにおいて、第1ウェッジプリズムと第2ウェッジプリズムとの回転面における相対的な位相の差(第1ウェッジプリズムの外縁上のある基準点と第2ウェッジプリズムの外縁上のある基準点との変位)を適宜設定してもよい。この場合、同図(A)に示すように、最小で半径r1−r2の円C4から、最大で半径r1+r2の円C5までの円の軌跡を形成することができる
また、各ウェッジプリズムの間の距離を変更すれば、r1又はr2の大きさを変更することもできるので、円の径を任意に設定することができる。このため、本例によれば、例えば、表面20上にある突起物90の周囲の塗膜に対して、各種の大きさを有する円状の切れ込みを形成することができる。なお、本例による走査光学系を備えたレーザー照射装置は、レーザー照射条件を適宜設定すれば、剥離処理にも適用することができる。
[Example of Fourth Scanning Optical System]
FIG. 9B is a schematic configuration diagram of an example of a fourth scanning optical system, and FIG. 9A is an explanatory diagram illustrating a locus of a laser irradiation point according to the fourth example. In the second or third example, a difference is provided between the rotational speed ω1 and the rotational speed ω2, but in this example, each rotational speed is set to be the same in the scanning optical system 4D. In this case, since the first wedge prism 43 and the second wedge prism 45 rotate together, the locus of the laser irradiation point is not a ring but a simple circle having no width. Further, in the scanning optical system 4D, the relative phase difference between the rotation surfaces of the first wedge prism and the second wedge prism (the reference point on the outer edge of the first wedge prism and the outer edge of the second wedge prism). The displacement with respect to the reference point may be set as appropriate. In this case, as shown in FIG. 6A, a circle trajectory from a circle C4 having a radius r1-r2 to a circle C5 having a radius r1 + r2 can be formed between the wedge prisms. If the distance is changed, the size of r1 or r2 can be changed, so that the diameter of the circle can be set arbitrarily. For this reason, according to this example, for example, circular cuts having various sizes can be formed on the coating film around the protrusion 90 on the surface 20. In addition, the laser irradiation apparatus provided with the scanning optical system according to the present example can be applied to the peeling process if the laser irradiation conditions are appropriately set.
[走査光学系の第5の例]
図10(B)は、第5の走査光学系の例の概略構成図であり、図10(A)は、第5の例によるレーザー照射点の軌跡を示す説明図である。本例では、走査光学系4Eにおいて、第1ウェッジプリズム43及び第2ウェッジプリズム45は、同じ形状、材質、特性を有し、互いの中心軸の延長線が一致するように、かつ、傾斜していない方の平坦の円形面同士を対向させるように位置合わせされている。すなわち、各ウェッジプリズムの偏向角は同じ大きさであるが、光軸に対して正負が異なる。
[Fifth Example of Scanning Optical System]
FIG. 10B is a schematic configuration diagram of an example of the fifth scanning optical system, and FIG. 10A is an explanatory diagram illustrating a locus of a laser irradiation point according to the fifth example. In this example, in the scanning optical system 4E, the first wedge prism 43 and the second wedge prism 45 have the same shape, material, and characteristics, and are inclined so that the extension lines of the central axes thereof coincide with each other. The other flat circular surfaces are aligned so as to face each other. That is, the deflection angles of the wedge prisms have the same magnitude, but are different in sign from the optical axis.
第1ウェッジプリズム43と第2ウェッジプリズム45とを、同一の回転速度で反対方向に回転さると、各プリズムが一周する間、照射点は、第1ウェッジプリズム43及び第2ウェッジプリズム45の回転に従って、同図(A)に示すように、閉じた環状の軌跡を示す。閉じた環の長手方向の長さはウェッジプリズムの偏向角に依存する2×rに対応する。走査光学系の出射面から平面までの距離がある程度長い場合、かかる環状の軌跡は、ほぼ直線とみなせる。すなわち、本例での最適な設定によれば、塗膜に対して、所定の深さの直線状の切れ込みを形成することができ、直線を組み合わせた形状のセグメントを形成することができる。なお、本例の場合、第2ウェッジプリズムの平坦面が第1ウェッジプリズム側に向くように第2ウェッジプリズムを組み直す必要がある。このため、前処理と剥離処理の際に、第2ウェッジプリズムの向きを容易に入れ替え可能であるか、あるいは交換可能なように構成することが好ましい。また、走査光学系の構成が異なる別々レーザーヘッドをあらかじめ準備しておき、作業に応じて使用するレーザーヘッド自体を選択するように構成してもよい。 When the first wedge prism 43 and the second wedge prism 45 are rotated in the opposite direction at the same rotational speed, the irradiation point is the rotation of the first wedge prism 43 and the second wedge prism 45 while each prism makes a round. As shown in FIG. 4A, a closed circular locus is shown. The length of the closed ring in the longitudinal direction corresponds to 2 × r depending on the deflection angle of the wedge prism. When the distance from the exit surface to the plane of the scanning optical system is long to some extent, the annular locus can be regarded as a substantially straight line. That is, according to the optimal setting in this example, a straight cut having a predetermined depth can be formed in the coating film, and a segment having a shape combining straight lines can be formed. In the case of this example, it is necessary to reassemble the second wedge prism so that the flat surface of the second wedge prism faces the first wedge prism side. For this reason, it is preferable that the orientation of the second wedge prism can be easily exchanged or can be exchanged during the pretreatment and the peeling treatment. Alternatively, separate laser heads having different scanning optical system configurations may be prepared in advance, and the laser head itself to be used may be selected according to the work.
以上のとおり、前処理に際して、第3及び第4の例による走査光学系を備えたレーザー照射装置を使用すれば、所望の径の円状のセグメントを生成することができる。特に、構造物の表面に突起物がある場合は、その突起物の大きさに応じて所望の径の円状又は円環状のセグメントを形成することができ、効率良く塗膜を剥離することができる。また、前処理に際して、第5の例による走査光学系を備えたレーザー照射装置を使用すれば、レーザーヘッドを固定したまま、直線状の切れ込みを形成することも可能である。これにより、直線と曲線の切れ込みとを組み合わせることができ、種々の形状のセグメントを形成することもできる。 As described above, when the laser irradiation apparatus including the scanning optical system according to the third and fourth examples is used in the preprocessing, a circular segment having a desired diameter can be generated. In particular, when there is a protrusion on the surface of the structure, a circular or annular segment having a desired diameter can be formed according to the size of the protrusion, and the coating film can be efficiently peeled off. it can. In addition, if a laser irradiation apparatus provided with the scanning optical system according to the fifth example is used in the pretreatment, it is possible to form a linear cut while the laser head is fixed. Thereby, a straight line and a cut of a curve can be combined, and segments of various shapes can be formed.
[促進処理]
本塗膜除去方法では、レーザー照射条件(照射エネルギー、走査形状など)及び塗膜の態様(厚さ、活膜層と劣化層との割合など)を考慮して、剥離処理と同時又はその後に、塗膜の剥離を促進するための促進処理を実施することもできる。
[Promotion processing]
In this coating film removal method, the laser irradiation conditions (irradiation energy, scanning shape, etc.) and the mode of the coating film (thickness, ratio of active film layer and deteriorated layer, etc.) are taken into consideration at the same time or after the peeling treatment. Acceleration treatment for accelerating the peeling of the coating film can also be performed.
促進処理では、前述した各種の手段等によって、剥離処理領域の塗膜に振動や衝撃等を与える。例えば、流体吹付手段を使用する場合、剥離処理領域の塗膜に一方向又は多方向から気体の圧力を加えて、剥離を促してもよい。また、例えば、細く絞ったショット状の気体又は液体の塊を剥離処理領域に打ち付けることによって、塗膜に適度な振動又は衝撃を付加し、塗膜の剥離を促進させてもよい。超音波、熱などを照射する場合や振動発生装置を使用する場合、剥離処理領域において複数の点に重点的に超音波、熱もしくは振動を与えたり、又は均等に超音波、熱もしくは振動を付加したりして、塗膜の剥離を促してもよい。さらに、レーザー照射と同時に、先端のアタッチメント又はフード(剥離処理領域への当接部にブラシなどを備える)を介して、剥離処理表面に直接的に物理的な力(振動、衝撃など)を与えてもよい。さらに、これらの促進処理の幾つかを併用してもよい。なお、促進処理は、レーザー照射装置に備わる各種の手段を用いるだけでなく、レーザーヘッドを保持する作業者が塗膜の剥離の状態を観察しながら、各種工具(ハンマー、スクレーパーなど)を適宜使用して手作業で実施してもよい。このように、レーザー照射による剥離処理に、促進処理を併用することによって、塗膜の剥離を効率的に実施することができるのである。 In the acceleration treatment, vibrations, impacts, and the like are applied to the coating film in the peeling treatment region by the various means described above. For example, when using a fluid spraying means, peeling may be promoted by applying a gas pressure from one direction or multiple directions to the coating film in the peeling treatment region. Further, for example, by applying a finely squeezed shot-like gas or liquid lump to the peeling treatment region, an appropriate vibration or impact may be applied to the coating film to promote peeling of the coating film. When irradiating ultrasonic waves, heat, etc. or using a vibration generator, apply ultrasonic waves, heat, or vibrations to multiple points in the peeling process area, or apply ultrasonic waves, heat, or vibrations evenly. Or may promote the peeling of the coating film. Furthermore, simultaneously with laser irradiation, a physical force (vibration, impact, etc.) is directly applied to the surface of the peeling process via an attachment or hood at the tip (provided with a brush or the like in contact with the peeling process area). May be. Further, some of these acceleration treatments may be used in combination. In addition to the various means provided in the laser irradiation device, the acceleration treatment uses various tools (hammer, scraper, etc.) as appropriate while the operator holding the laser head observes the state of peeling of the coating film. And you may carry out by hand. In this way, the coating film can be efficiently peeled by using the acceleration treatment together with the peeling treatment by laser irradiation.
以上説明したように、本塗膜除去方法によれば、前処理によって塗膜に種々の形状の切れ込み又はセグメントを形成した後、レーザー照射による剥離処理を実施するので、広範囲の塗膜を効率良く除去することができる。また、塗膜のうちの一部の層を剥離することもできる。また、本発明のレーザー照射装置の一態様では、簡易な設定変更又はレーザーヘッドを保持する作業者の操作によって、塗膜に対して種々の形状の切れ込み又はセグメントを形成する前処理と、塗膜を剥離する剥離処理とを、一の装置で連続して実施することができる。また、促進処理を併用すれば、より効率的に塗膜を剥離することができる。このため、塗膜除去に要する装置設備のコストを低減することができる。 As described above, according to the present coating film removing method, after forming slits or segments of various shapes in the coating film by the pretreatment, and performing the peeling treatment by laser irradiation, a wide range of coating films can be efficiently processed. Can be removed. In addition, a part of the coating film can be peeled off. Further, in one aspect of the laser irradiation apparatus of the present invention, a pretreatment for forming various shapes of cuts or segments on the coating film by a simple setting change or an operation of an operator holding the laser head, and the coating film The peeling treatment for peeling off can be carried out continuously with one apparatus. Moreover, if a promotion process is used together, a coating film can be peeled more efficiently. For this reason, the cost of the equipment required for coating film removal can be reduced.
[実施例]
以下、本発明の塗膜除去方法の実施例について説明する。表面に塗膜が形成された構造物の一部のサンプルを準備した。かかるサンプルは、厚さが約10〜20mmの鋼材を母材とし、その表面に厚さ1.0〜1.2mm程度の塗膜が形成されたものである。塗膜は経年劣化しており、塗膜下の母材表層には一部錆の発生が認められる。
[Example]
Hereinafter, the Example of the coating-film removal method of this invention is described. A sample of a part of the structure having a coating film formed on the surface was prepared. Such a sample has a steel material having a thickness of about 10 to 20 mm as a base material, and a coating film having a thickness of about 1.0 to 1.2 mm is formed on the surface thereof. The coating film has deteriorated over time, and some rust is observed on the surface of the base material under the coating film.
まず、このサンプルに対して前処理を実施した。具体的には、本発明のレーザー照射装置を使用して、直線状の複数の切れ込みを幅約3〜10mmの間隔で縦方向及び横方向に入れ、格子状のセグメント(面積約9〜100mm2)を形成した。レーザーの出力は、約200Wであり、レーザーの直線走査の速度は、約20mm/sである。切れ込みの深さは、1.0〜1.2mm程度であり、母材まで達する。なお、本例では、経年劣化の進んだ比較的厚い塗膜を除去するため、前処理時のセグメントの面積を比較的小さく設定したが、これに限定されない。塗膜の状態などに応じてセグメントの形状及び面積は適宜設定することができ、セグメントの態様に応じて、レーザー照射の態様も適宜設定することができる。 First, the sample was pretreated. Specifically, using the laser irradiation apparatus of the present invention, a plurality of straight cuts are made in the vertical and horizontal directions at intervals of about 3 to 10 mm in width, and lattice segments (area about 9 to 100 mm 2). ) Was formed. The power of the laser is about 200 W, and the linear scanning speed of the laser is about 20 mm / s. The depth of the cut is about 1.0 to 1.2 mm and reaches the base material. In this example, in order to remove a relatively thick coating film that has deteriorated over time, the area of the segment during the pretreatment is set to be relatively small. However, the present invention is not limited to this. The shape and area of the segment can be set as appropriate according to the state of the coating film, and the mode of laser irradiation can also be set as appropriate according to the mode of the segment.
そして、このセグメントが形成されたサンプルに対して剥離処理を実施した。具体的には、本発明のレーザー照射装置を使用し、剥離処理領域に、約500Wの出力のレーザーを直径約14mmの円状の態様(回転駆動手段3000RPM)で照射しながら、レーザーを約20mm/sの速度で移動させた(図5参照)。本例では、30mm×35mmの剥離処理領域(1050mm2)の塗膜を約22秒で剥離させることができた。また、前処理を実施しない通常の塗膜除去に比べて、処理後の母材における円状のレーザーの照射痕が少なく、滑らかな仕上がりとなった。 And the peeling process was implemented with respect to the sample in which this segment was formed. Specifically, using the laser irradiation apparatus of the present invention, a laser beam of about 20 mm is applied to the peeling treatment area while irradiating a laser with an output of about 500 W in a circular form (rotation drive means 3000 RPM) with a diameter of about 14 mm. It was moved at a speed of / s (see FIG. 5). In this example, the 30 mm × 35 mm peeling treatment area (1050 mm 2 ) could be peeled off in about 22 seconds. Moreover, compared with the normal coating film removal which does not implement pre-processing, there were few irradiation marks of the circular laser in the base material after a process, and it became a smooth finish.
1 レーザー発振器
2 ファイバ
3 レーザーヘッド
4 走査光学系
20 表面
23 切れ込み
28 セグメント
30 レーザー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Fiber 3 Laser head 4 Scanning optical system 20 Surface 23 Notch 28 Segment 30 Laser
Claims (17)
前記塗膜に切れ込みを形成する前処理と、
前記切れ込みを含む領域の塗膜にレーザーを照射し、前記塗膜の少なくとも一部を剥離する剥離処理とを備えることを特徴とする塗膜除去方法。 A method of removing a coating film on the surface of a structure,
Pretreatment to form a cut in the coating film;
A coating film removing method comprising: irradiating a coating film in a region including the cuts with a laser to remove at least a part of the coating film.
前記レーザーヘッドは、
その走査光学系が、前記レーザーを前記光軸に対して偏向させるウェッジプリズムと、前記ウェッジプリズムを所定の回転速度及び回転方向で光軸回りに回転させる駆動手段と、を有し、
前記レーザーを走査して前記塗膜に切れ込みを形成した後、前記切れ込みを含む領域の塗膜に前記レーザーを円状に照射してその塗膜の少なくとも一部を剥離することを特徴とするレーザー照射装置。 A laser oscillator, a fiber for transmitting a laser output from the laser oscillator, and a portable laser head for focusing the laser transmitted through the fiber and irradiating the coating film on the surface of the structure; A laser irradiation device including:
The laser head is
The scanning optical system includes a wedge prism that deflects the laser with respect to the optical axis, and a drive unit that rotates the wedge prism around the optical axis at a predetermined rotational speed and direction.
After the laser is scanned to form a cut in the coating film, the laser is applied to the coating film in a region including the cut in a circle to peel off at least a part of the coating film. Irradiation device.
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