特許 5997804 表面処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5997804

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月28日

(54)【発明の名称】表面処理装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/36 20140101AFI20160915BHJP

   B23K 26/08 20140101ALI20160915BHJP

   B23K 26/03 20060101ALI20160915BHJP

   B23K 26/00 20140101ALI20160915BHJP

   B08B 7/00 20060101ALI20160915BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/36

   B23K26/08 Z

   B23K26/03

   B23K26/00 G

   B08B7/00

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-112719(P2015-112719)

(22)【出願日】2015年6月3日

【審査請求日】2015年6月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(73)【特許権者】

【識別番号】000198318

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ検査計測

(74)【代理人】

【識別番号】100118267

【弁理士】

【氏名又は名称】越前 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】岩崎 初美

(72)【発明者】

【氏名】久住 智勇

(72)【発明者】

【氏名】平田 賢輔

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 幸三

(72)【発明者】

【氏名】大脇 桂

【審査官】 本庄 亮太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２４５２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２８５８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４００９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５４００６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／３６

Ｂ０８Ｂ ７／００

Ｂ２３Ｋ ２６／００

Ｂ２３Ｋ ２６／０３

Ｂ２３Ｋ ２６／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

突起物を有する構造物の表面に配置され、前記突起物の表面にレーザ光を照射して前記突起物の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、
前記突起物を囲うように前記構造物の表面に配置されるハウジングと、
前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記ハウジングの上部に配置され前記レーザ光を前記ハウジング内に照射するように偏向させるスキャナユニットと、
前記ハウジング内に配置され前記スキャナユニットにより偏向されたレーザ光を前記突起物に向かって反射させる反射ミラーと、
前記反射ミラーを前記突起物の外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置と、を備え、
前記ハウジングは、前記構造物の表面に対する垂直軸方向に伸縮可能に構成されている、
ことを特徴とする表面処理装置。

【請求項2】

突起物を有する構造物の表面に配置され、前記突起物の表面にレーザ光を照射して前記突起物の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、
前記突起物を囲うように前記構造物の表面に配置されるハウジングと、
前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記ハウジングの上部に配置され前記レーザ光を前記ハウジング内に照射するように偏向させるスキャナユニットと、
前記ハウジング内に配置され前記スキャナユニットにより偏向されたレーザ光を前記突起物に向かって反射させる反射ミラーと、
前記反射ミラーを前記突起物の外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置と、を備え、
複数の突起物が一列に配置されている場合に、前記複数の突起物の配列方向に沿って配置される支持台と、該支持台上を走行可能に配置された台車と、を備え、前記台車に前記ハウジングが固定されている、
ことを特徴とする表面処理装置。

【請求項3】

突起物を有する構造物の表面に配置され、前記突起物の表面にレーザ光を照射して前記突起物の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、
前記突起物を囲うように前記構造物の表面に配置されるハウジングと、
前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、
前記ハウジングの上部に配置され前記レーザ光を前記ハウジング内に照射するように偏向させるスキャナユニットと、
前記ハウジング内に配置され前記スキャナユニットにより偏向されたレーザ光を前記突起物に向かって反射させる反射ミラーと、
前記反射ミラーを前記突起物の外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置と、を備え、
前記ハウジングは、その外周面に隣接した突起物に係止可能な係止部を有する、
ことを特徴とする表面処理装置。

【請求項4】

前記スキャナユニットは、前記レーザ光を一方向に偏向させる第一スキャナユニットと、前記レーザ光を他方向に偏向させる第二スキャナユニットと、を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の表面処理装置。

【請求項5】

前記レーザ光の焦点を調整する焦点調整ユニットを含み、前記突起物の前記構造物の表面に近い部分を処理する場合に前記焦点調整ユニットにより前記レーザ光の焦点を絞り、前記突起物の前記構造物の表面から離れた部分を処理する場合に前記焦点調整ユニットにより前記レーザ光の焦点をぼかすようにした、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の表面処理装置。

【請求項6】

前記突起物を撮像可能なカメラを備えた、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の表面処理装置。

【請求項7】

前記突起物の中心を計測可能な計測装置を備えた、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の表面処理装置。

【請求項8】

前記構造物は、橋梁を含む鋼構造物である、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の表面処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、表面処理装置に関し、特に、ボルトヘッド等の突起物の表面における塗膜や付着物等の除去に適した表面処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、橋梁等の鋼構造物の接合部には、締結具としてボルトを使用することが多い。かかるボルトは、一般に、風雨に晒されることから、表面に防錆等の塗装が施されることが多い。また、長期間の使用により、塗膜が劣化したり、表面に酸化物や汚れが付着したりすることから、定期的に洗浄や塗装の塗り替え等のメンテナンスが必要となる。なお、塗装を塗り替える際には、古い塗膜を剥離（ケレンを含む）してから新しい塗装を施すのが一般的である。

【0003】

ところで、ボルトヘッドは、鋼構造物の表面から突出した略六角柱形状を有する突起物であり、その表面の塗膜を剥離する作業はそれ自体が面倒である。加えて、ボルトヘッドと鋼構造物の表面とにより形成される角隅部に入り込んだ塗膜の剥離は特に困難である。

【0004】

かかる塗膜の剥離等には、一般に、電動工具を用いた手作業のほか、鉄粒や砂粒等の投射体を構造物の表面に吹き付けるショットブラスト等が用いられる。また、特許文献１に記載されたように、レーザ光を用いた方法も既に提案されている。特許文献１に記載された発明では、ボルトヘッドが突出した構造物表面に先端内周面にミラーを備えたアタッチメントを配置し、レーザ光をミラーに反射させてボルトヘッドの側面に照射するようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５５７４３５４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、電動工具を用いた手作業では作業時間が長くなりやすく、ショットブラストを用いた方法では大量の廃棄物や騒音を生じるという問題があった。また、特許文献１に記載された方法では、回転基準軸を中心にレーザ光を回転させながら照射していることから、剥離の容易なボルトヘッドの表面と剥離の困難なボルトヘッドの側面との両方に交互にレーザ光が照射されることとなり、作業効率が悪いという問題があった。また、特に剥離の難しいボルトヘッドの角隅部にレーザ光を集中的に照射することができず、結局、作業時間が長くなってしまうという問題があった。

【0007】

なお、かかる問題は、ボルトヘッドに限定される課題ではなく、リベットヘッド、ナット、構造物の形状等、構造物の表面に突出したその他の突起物においても同様に生じ得る課題である。

【0008】

本発明は、上述した問題点に鑑み創案されたものであり、突起物を有する複雑な表面であっても、廃棄物や騒音の発生を抑制しつつ作業効率の向上を図ることができる、表面処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明によれば、突起物を有する構造物の表面に配置され、前記突起物の表面にレーザ光を照射して前記突起物の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、前記突起物を囲うように前記構造物の表面に配置されるハウジングと、前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記ハウジングの上部に配置され前記レーザ光を前記ハウジング内に照射するように偏向させるスキャナユニットと、前記ハウジング内に配置され前記スキャナユニットにより偏向されたレーザ光を前記突起物に向かって反射させる反射ミラーと、前記反射ミラーを前記突起物の外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置と、を備え、前記ハウジングは、前記構造物の表面に対する垂直軸方向に伸縮可能に構成されている、ことを特徴とする表面処理装置が提供される。

【0010】

また、本発明によれば、突起物を有する構造物の表面に配置され、前記突起物の表面にレーザ光を照射して前記突起物の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、前記突起物を囲うように前記構造物の表面に配置されるハウジングと、前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記ハウジングの上部に配置され前記レーザ光を前記ハウジング内に照射するように偏向させるスキャナユニットと、前記ハウジング内に配置され前記スキャナユニットにより偏向されたレーザ光を前記突起物に向かって反射させる反射ミラーと、前記反射ミラーを前記突起物の外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置と、を備え、複数の突起物が一列に配置されている場合に、前記複数の突起物の配列方向に沿って配置される支持台と、該支持台上を走行可能に配置された台車と、を備え、前記台車に前記ハウジングが固定されている、ことを特徴とする表面処理装置が提供される。

【0011】

また、本発明によれば、突起物を有する構造物の表面に配置され、前記突起物の表面にレーザ光を照射して前記突起物の表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置において、前記突起物を囲うように前記構造物の表面に配置されるハウジングと、前記レーザ光を発振するレーザ発振器と、前記ハウジングの上部に配置され前記レーザ光を前記ハウジング内に照射するように偏向させるスキャナユニットと、前記ハウジング内に配置され前記スキャナユニットにより偏向されたレーザ光を前記突起物に向かって反射させる反射ミラーと、前記反射ミラーを前記突起物の外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置と、を備え、前記ハウジングは、その外周面に隣接した突起物に係止可能な係止部を有する、ことを特徴とする表面処理装置が提供される。

【0012】

前記スキャナユニットは、前記レーザ光を一方向に偏向させる第一スキャナユニットと、前記レーザ光を他方向に偏向させる第二スキャナユニットと、を含んでいてもよい。

【0013】

前記表面処理装置は、前記レーザ光の焦点を調整する焦点調整ユニットを含み、前記突起物の前記構造物の表面に近い部分を処理する場合に前記焦点調整ユニットにより前記レーザ光の焦点を絞り、前記突起物の前記構造物の表面から離れた部分を処理する場合に前記焦点調整ユニットにより前記レーザ光の焦点をぼかすようにしてもよい。

【0014】

また、前記表面処理装置は、前記突起物を撮像可能なカメラを備えていてもよいし、前記突起物の中心を計測可能な計測装置を備えていてもよい。

【0015】

また、前記構造物は、例えば、橋梁を含む鋼構造物である。

【発明の効果】

【0016】

上述した本発明の表面処理装置によれば、反射ミラーを突起物の外周に沿って回転移動させながらレーザ光を突起物の側面に照射するようにしたことから、塗膜等の被膜や酸化物等の付着物を除去したい部分にレーザ光を集中させることができる。また、レーザ光を使用して表面処理を行うようにしたことから、鉄粒や砂粒等の投射体を物体の表面に衝突させる必要がない。したがって、本発明によれば、突起物を有する複雑な表面であっても、廃棄物や騒音の発生を抑制しつつ作業効率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の第一実施形態に係る表面処理装置を示す概略全体構成図である。

【図2】図１に示した表面処理装置の表面処理手順を示す説明図であり、（ａ）は始点及び走査方向を示す突起物の側面図、（ｂ）は突起物の側面に照射されるレーザ光を示す側面図、（ｃ）は反射ミラーの移動軌跡を示す平面図、を示している。

【図3】本発明の他の実施形態に係る表面処理装置を示す側面断面図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、を示している。

【図4】本発明の第四実施形態に係る表面処理装置を示す側面断面図であり、（ａ）はハウジングの収縮状態、（ｂ）はハウジングの伸張状態、を示している。

【図5】本発明の第五実施形態に係る表面処理装置を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、を示している。

【図6】本発明の第六実施形態に係る表面処理装置を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、を示している。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施形態について図１〜図６（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る表面処理装置を示す概略全体構成図である。図２は、図１に示した表面処理装置の表面処理手順を示す説明図であり、（ａ）は始点及び走査方向を示す突起物の側面図、（ｂ）は突起物の側面に照射されるレーザ光を示す側面図、（ｃ）は反射ミラーの移動軌跡を示す平面図、を示している。

【0019】

本発明の第一実施形態に係る表面処理装置１は、図１に示したように、突起物Ｐを有する構造物Ｓの表面に配置され、突起物Ｐの表面にレーザ光Ｌを照射して突起物Ｐの表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置であって、突起物Ｐを囲うように構造物Ｓの表面に配置されるハウジング２と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器３と、ハウジング２の上部（例えば、天井部２１）に配置されレーザ光Ｌをハウジング２内に照射するように偏向させるスキャナユニット４と、ハウジング２内に配置されスキャナユニット４により偏向されたレーザ光Ｌを突起物Ｐに向かって反射させる反射ミラー５と、反射ミラー５を突起物Ｐの外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置６と、を備えている。

【0020】

構造物Ｓは、例えば、橋梁等の鋼構造物である。また、突起物Ｐは、例えば、構造物Ｓの接合部等に使用されるボルトのボルトヘッドである。ここで、突起物Ｐは、ボルトヘッドに限定されるものではなく、リベットヘッド、ナット、構造物Ｓの形状等、構造物Ｓの表面に突出した種々の突起物を含む趣旨である。また、構造物Ｓは、鋼構造物に限定されるものではなく、コンクリート構造物等の他の構造物であってもよい。

【0021】

ハウジング２は、例えば、図１に示したように、構造物Ｓの表面に突出した一つの突起物Ｐを囲う容器である。具体的には、略円筒形状を有し、一端（図の下側）が開放されており、他端（図の上側）には略中心部に開口部２１ａを備えた天井部２１が形成されている。また、ハウジング２の外周面には、表面処理装置１を運搬したり固定したりするための把持部２２が配置されていてもよい。ハウジング２の形状は、図示した形状に限定されるものではなく、角筒形状や円錐台形状等であってもよい。

【0022】

また、ハウジング２には、バキューム管２３が配置されていてもよい。バキューム管２３には、例えば、フレキシブルホース等が接続され、フレキシブルホース等は図示しないバキュームタンクに接続される。表面処理装置１の使用時に、ハウジング２内の空気をバキュームタンクに引くことにより、突起物Ｐの表面から剥離した被膜等を拡散することなく、バキュームタンクに回収することができる。また、本実施形態では、鉄粒や砂粒等の投射体を使用していないことから、ハウジング２からバキュームタンクに回収する廃棄物の分量を低減することができ、バキュームタンクの小型化を図ることもできる。なお、バキュームタンクは、例えば、作業場から離隔した場所に配置される。

【0023】

レーザ発振器３は、例えば、ＣＯ_２レーザ、ファイバーレーザ、ＹＡＧレーザ等である。レーザ発振器３は、市販されているものから、構造物Ｓ及び突起物Ｐの種類や表面処理の対象に応じて任意に選択して使用することができる。レーザ発振器３により生成されたレーザ光Ｌは、例えば、光ファイバー３１を介して、ハウジング２の天井部２１に配置されたビームエキスパンダ３２に伝送される。ビームエキスパンダ３２は、レーザ光Ｌのビーム径を調整する装置である。なお、本実施形態では、ハウジング２から離隔した位置にレーザ発振器３を配置する場合について図示しているが、かかる配置に限定されるものではない。例えば、小型のレーザ発振器３を使用する場合には、レーザ発振器３をハウジング２に据え付けるようにしてもよい。

【0024】

また、ビームエキスパンダ３２の下流側には、レーザ光Ｌの焦点を調整する焦点調整ユニット３３を配置するようにしてもよい。焦点調整ユニット３３は、例えば、ハウジング２の天井部２１に配置される。焦点調整ユニット３３は、例えば、ビームエキスパンダ３２からレーザ光Ｌを受け入れる入射レンズ３３ａと、外部にレーザ光Ｌを射出する射出レンズ３３ｂと、を備え、入射レンズ３３ａと射出レンズ３３ｂとの距離を調整することにより、レーザ光Ｌの焦点（例えば、焦点距離、焦点深度等）を調整するように構成されている。

【0025】

スキャナユニット４は、例えば、レーザ光Ｌを一方向（例えば、Ｘ軸方向）に偏向させる第一スキャナユニット４１と、レーザ光Ｌを他方向（例えば、Ｙ軸方向）に偏向させる第二スキャナユニット４２と、第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２を支持するカバー部材４３と、を有している。カバー部材４３は、ハウジング２の天井部２１に形成された開口部２１ａを封止するように配置される。なお、図１において、第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２の支持構造については、説明の便宜上、図を省略してある。

【0026】

第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２は、いわゆる２軸のスキャナユニット４を構成しており、レーザ光ＬをＸ軸方向及びＹ軸方向に走査可能に構成されている。例えば、第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２は、それぞれ、レーザ光Ｌを反射するガルバノミラーと、ガルバノミラーを回転又は往復回動させる駆動モータと、を有している。

【0027】

かかるスキャナユニット４によれば、焦点調整ユニット３３から射出されたレーザ光Ｌを第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２を介して、ハウジング２内に向かってレーザ光Ｌを容易に照射することができる。レーザ光Ｌは、突起物Ｐの上面に直接照射するようにスキャナユニット４により偏向してもよいし、反射ミラー５に向かって照射するようにスキャナユニット４により偏向してもよい。

【0028】

反射ミラー５は、突起物Ｐの側面に対してスキャナユニット４に向かって所定の傾斜角度で傾斜するようにミラー支持部材５１に固定されたミラーである。傾斜角度は、表面処理装置１の構成や突起物Ｐの種類等に応じて任意に設定することができる。ミラー支持部材５１は、例えば、一端に反射ミラー５が固定され、他端が反射ミラー駆動装置６に固定されたアームである。なお、ミラー支持部材５１は、反射ミラー５を固定可能、かつ、反射ミラー５と反射ミラー駆動装置６とを接続可能な形状であればよく、図示した形状に限定されるものではない。

【0029】

反射ミラー駆動装置６は、例えば、ハウジング２の天井部２１の内面に回転可能に支持された駆動ギア６１と、駆動ギア６１を回転させる駆動モータ６２と、駆動ギア６１の端部に形成されたフランジ部６３と、有している。駆動ギア６１は、中心部に開口部２１ａと連通する開口部６１ａを有し、外周に歯が形成されている。また、駆動ギア６１は、例えば、天井部２１の開口部２１ａの外縁に立設された円筒壁に軸受を介して回転可能に支持される。

【0030】

駆動モータ６２は、ハウジング２の天井部２１に本体部が配置され、先端に駆動ギア６１と噛合するピニオンギアが配置されている。駆動モータ６２の先端は、天井部２１に形成された開口部からハウジング２内に挿入される。なお、図１では、説明の便宜上、駆動モータ６２の支持部材の図を省略してある。

【0031】

フランジ部６３は、駆動ギア６１とミラー支持部材５１とを接続する部品である。フランジ部６３は、中心部に開口部６１ａと連通する開口部６３ａを有し、例えば、駆動ギア６１よりも大きな径を有している。フランジ部６３を形成することにより、ミラー支持部材５１の形状をＩ字形状やＬ字形状のように簡略化することができる。なお、図示しないが、ミラー支持部材５１をクランク状に形成して、駆動ギア６１に直接接続し、フランジ部６３を省略するようにしてもよい。

【0032】

上述した反射ミラー駆動装置６の構成は、単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。例えば、反射ミラー駆動装置６は、ハウジング２の内面（側面又は天井部）に接触して転動するローラにより構成されていてもよいし、ベルト駆動機構により構成されていてもよい。また、反射ミラー駆動装置６は、駆動ギア６１と駆動モータ６２との間に減速歯車機構を有していてもよい。

【0033】

また、表面処理装置１は、突起物Ｐを撮像可能なカメラ７を備えていてもよい。カメラ７は、例えば、図１に示したように、突起物Ｐの上面に正対するようにスキャナユニット４のカバー部材４３に配置されている。この位置にカメラ７を配置する場合、第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２は、カメラ７の視野を阻害しないように、中心部にカメラ７の視野を形成可能な空間を確保するように配置される。

【0034】

かかるカメラ７を配置することにより、ハウジング２を突起物Ｐに被せた状態で、突起物Ｐを撮像することによって、ハウジング２と突起物Ｐとの軸合わせを容易に行うことができる。カメラ７とハウジング２とは、既に同軸上に配置されていることから、突起物Ｐを撮像し、その外形から中心点を算出することにより、突起物Ｐがハウジング２と同軸上に位置しているか否かを容易に把握することができる。突起物Ｐが中心に位置しているか否かは、例えば、音、ランプ、液晶表示等の外部出力手段により作業員に通知される。

【0035】

また、表面処理装置１は、突起物Ｐの中心を計測可能な計測装置８を備えていてもよい。計測装置８は、例えば、レーザポインタであるが、赤外線や超音波を利用したものであってもよい。計測装置８は、例えば、カメラ７に近接した位置に配置されており、突起物Ｐにレーザ光を照射し、その反射光の光量によって突起物Ｐの中心を計測する。かかる計測装置８を配置することにより、例えば、ハウジング２の内部の照度が不十分である場合であっても、突起物Ｐの中心を容易に計測することができる。なお、計測装置８は必要に応じて省略することができる。

【0036】

また、表面処理装置１は、カメラ７の出力に応じて、ビームエキスパンダ３２、焦点調整ユニット３３、第一スキャナユニット４１、第二スキャナユニット４２、駆動モータ６２等を制御する制御装置９を備えていてもよい。制御装置９は、例えば、突起物Ｐに対するハウジング２の位置決め（軸合わせ）を完了した後、以下の手順によって、突起物Ｐの表面にレーザ光Ｌを照射して被膜や付着物の除去を行う。

【0037】

まず、制御装置９は、カメラ７を使用して突起物Ｐの形状を認識し、表面処理を行う対象面Ｐ_ｎを決定する。制御装置９は、図２（ｃ）に実線で示したように、対象面Ｐ_ｎに対峙する位置に反射ミラー５を移動させる。

【0038】

次に、制御装置９は、カメラ７により取得した突起物Ｐの形状及び予め制御装置９に記憶された突起物Ｐに関する形状データ（径の大きさ、側面の幅、高さ等）から対象面Ｐ_ｎにおける始点Ｑを決定する。制御装置９は、反射ミラー５から反射したレーザ光Ｌが始点Ｑに照射されるように、第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２のガルバノミラーの姿勢を制御する。始点Ｑは、例えば、図２（ａ）に示したように、対象面Ｐ_ｎのエッジ部であって、対象面Ｐ_ｎと構造物Ｓの表面とにより形成される角隅部に位置するように決定される。ただし、始点Ｑの位置は任意に設定することができる。

【0039】

始点Ｑに照射されたレーザ光Ｌは、例えば、図２（ａ）及び図２（ｃ）に点線の矢印で示したように、ＸＹ平面内で往復移動される。このとき、制御装置９は、第一スキャナユニット４１及び第二スキャナユニット４２のガルバノミラーの姿勢を制御する。

【0040】

また、制御装置９は、レーザ光ＬをＺ軸方向に移動させる場合には、レーザ光Ｌのビーム径や焦点を調整する。具体的には、制御装置９は、突起物Ｐの構造物Ｓの表面に近い部分（例えば、角隅部）を処理する場合にレーザ光Ｌの焦点を絞り、突起物Ｐの構造物Ｓの表面から離れた部分を処理する場合にレーザ光Ｌの焦点をぼかすように、焦点調整ユニット３３を制御する。このとき、焦点に合わせて、ビーム径を調整したい場合には、制御装置９によりビームエキスパンダ３２を制御するようにしてもよい。

【0041】

一般に、突起物Ｐと構造物Ｓの表面とにより形成される角隅部に入り込んだ塗膜等は剥離することが難しいことから、図２（ｂ）に実線の矢印で示したように、レーザ光Ｌの焦点を絞ってエネルギー密度の高いレーザ光Ｌを照射することが好ましい。一方、突起物Ｐの上面に近い部分は、塗膜等を剥離しやすいことから、レーザ光Ｌの焦点をぼかしてエネルギー密度の低いレーザ光Ｌを照射した場合であっても、必要な表面処理を行うことができる。

【0042】

このように、レーザ光Ｌの焦点をぼかすことにより、図２（ａ）に点線の円で示したように、反射ミラー５によって反射されるレーザ光Ｌの照射範囲を徐々に又は段階的に拡大することができ、対象面Ｐ_ｎに照射されるレーザ光ＬのＺ軸方向成分を増大させることができる。例えば、最大限にレーザ光Ｌの焦点をぼかした場合には、図２（ｂ）に灰色で塗り潰した範囲にレーザ光Ｌを照射することができ、対象面Ｐ_ｎの全面にレーザ光Ｌを照射することができる。

【0043】

本実施形態では、突起物Ｐの表面に形成された塗膜や付着物の性質に応じて、レーザ光Ｌの焦点を制御することによって、対象面Ｐ_ｎに照射されるレーザ光Ｌのエネルギー密度を制御することができ、ＸＹ平面内でレーザ光Ｌを走査させつつ焦点を調整するだけで、対象面Ｐ_ｎの全面の表面処理を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、Ｚ軸方向にレーザ光Ｌを走査させるガルバノミラーを配置する必要がなく、ＸＹ平面内でレーザ光Ｌを走査させつつＺ軸方向に走査させる複雑な制御を行う必要もない。

【0044】

次に、制御装置９は、対象面Ｐ_ｎの表面処理が完了した後、図２（ｃ）に実線の矢印で示したように、対象面Ｐ_ｎに隣接する側面に対峙する位置に反射ミラー５を回転移動させ、上述した手順と同様にして表面処理を行う。以下、この手順を繰り返すことにより、制御装置９は、突起物Ｐの各側面の表面処理を行う。なお、突起物Ｐの上面を表面処理する場合には、例えば、図１に示したように、反射ミラー５を介さずに、スキャナユニット４（例えば、第二スキャナユニット４２）からレーザ光Ｌを直接照射するようにすればよい。

【0045】

上述した本実施形態に係る表面処理装置１によれば、反射ミラー５を突起物Ｐの外周に沿って回転移動させながらレーザ光Ｌを突起物Ｐの側面に照射するようにしたことから、塗膜等の被膜や酸化物等の付着物を除去したい部分にレーザ光Ｌを集中させることができる。また、レーザ光Ｌを使用して表面処理を行うようにしたことから、鉄粒や砂粒等の投射体を物体の表面に衝突させる必要がない。したがって、本実施形態に係る表面処理装置１によれば、突起物Ｐを有する複雑な表面であっても、廃棄物や騒音の発生を抑制しつつ作業効率の向上を図ることができる。

【0046】

次に、本発明の他の実施形態に係る表面処理装置１について、図３（ａ）〜図６（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の他の実施形態に係る表面処理装置を示す側面断面図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、を示している。図４は、本発明の第四実施形態に係る表面処理装置を示す側面断面図であり、（ａ）はハウジングの収縮状態、（ｂ）はハウジングの伸張状態、を示している。図５は、本発明の第五実施形態に係る表面処理装置を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図、を示している。図６は、本発明の第六実施形態に係る表面処理装置を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、を示している。なお、上述した第一実施形態に係る表面処理装置１と同じ構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

【0047】

図３（ａ）に示した第二実施形態に係る表面処理装置１は、カメラ７の代わりに、作業員がハウジング２の内部を目視するための監視窓２４をハウジング２に配置したものである。このとき、作業員は、監視窓２４からハウジング２の内部を監視しながら、制御装置９に接続されたリモートコントローラ９１を操作し、ハウジング２や反射ミラー５の位置決めを行うようにしてもよい。このように、カメラ７は必要に応じて省略することができる。なお、図３（ａ）において、説明の便宜上、レーザ発振器３、把持部２２等の図を省略してある。

【0048】

図３（ｂ）に示した第三実施形態に係る表面処理装置１は、レーザ発振器３をハウジング２の上方（具体的には、カバー部材４３の上部）に配置したものである。ハウジング２に対して小型のレーザ発振器３を使用することができる場合には、図示したように、レーザ発振器３をハウジング２に搭載することにより、表面処理装置１の小型化及び省スペース化を図ることができる。このとき、カバー部材４３の上部にカメラ７を配置することができない場合には、図示したように、カメラ７をハウジング２の側面に配置するようにしてもよい。なお、図３（ｂ）において、説明の便宜上、把持部２２等の図を省略してある。

【0049】

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した第四実施形態に係る表面処理装置１は、ハウジング２を構造物Ｓの表面に対する垂直軸方向に伸縮可能に構成したものである。具体的には、ハウジング２は、例えば、スキャナユニット４等を搭載した本体部２ａと、本体部２ａの先端に配置されたスライド部２ｂと、により構成される。本体部２ａの外周面には、スライド部２ｂの上限を規定するストッパ２ｃ及び下限を規定するストッパ２ｄが形成されていてもよい。スライド部２ｂは、例えば、本体部２ａの外周面に沿って挿通可能な筒形状を有しており、ストッパ２ｃ，２ｄに係止可能な爪２ｅを有している。

【0050】

図示しないが、ハウジング２は、本体部２ａに対するスライド部２ｂの位置決めを行うロック機構（例えば、ロックピン等）を有していてもよい。また、アクチュエータやラック・ピニオン機構等の駆動手段により、スライド部２ｂを本体部２ａに沿って移動させるようにしてもよい。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、説明の便宜上、レーザ発振器３、把持部２２等の図を省略してある。

【0051】

本実施形態に係る表面処理装置１では、スライド部２ｂを構造物Ｓの表面に接触させた状態で、本体部２ａをＺ軸方向に移動させることができ、突起物Ｐに対する反射ミラー５のＺ軸方向位置を調整することができる。したがって、例えば、突起物Ｐの構造物Ｓの表面から離れた部分においても、レーザ光Ｌの焦点を絞ってエネルギー密度の高いレーザ光Ｌを照射することができる。

【0052】

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した第五実施形態に係る表面処理装置１は、複数の突起物Ｐが一列に配置されている場合に、複数の突起物Ｐの配列方向に沿って配置される支持台１１と、支持台１１上を走行可能に配置された台車１２と、を備え、台車１２にハウジング２を固定したものである。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）において、説明の便宜上、レーザ発振器３、光ファイバー３１等の図を省略してある。

【0053】

支持台１１は、例えば、構造物Ｓの表面に接地される少なくとも四本の脚部１１ａと、脚部１１ａの上部に配置される枠体１１ｂと、を有している。枠体１１ｂの上面は、台車１２を走行するレール面を形成している。なお、図示しないが、支持台１１を垂直面に配置する場合には、構造物Ｓの一部に支持台１１を固定する固定治具を使用すればよい。

【0054】

台車１２は、例えば、ハウジング２の上部を挿通可能な枠体１２ａと、枠体１２ａの両側に配置された車輪１２ｂと、ハウジング２の把持部２２を拘束可能な拘束部１２ｃと、により構成される。なお、台車１２を駆動させる電源及びケーブルについては、図を省略してある。かかる支持台１１及び台車１２を用いることにより、例えば、一方向に複数の突起物Ｐが配列している場合に、表面処理装置１の移動を容易かつ迅速に行うことができ、作業効率の向上を図ることができる。なお、支持台１１及び台車１２の構成は、図示した構成に限定されるものではなく、例えば、拘束部１２ｃは把持部２２以外の部分でハウジング２を拘束するようにしてもよい。

【0055】

本実施形態では、突起物Ｐに干渉しないように表面処理装置１を移動させる必要があることから、例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した第四実施形態に係る表面処理装置１を使用することが好ましい。突起物Ｐの表面処理を行う場合には、例えば、図５（ｂ）において一点鎖線で示したように、ハウジング２のスライド部２ｂを構造物Ｓの表面に接触させておく。そして、突起物Ｐの表面処理が完了し、隣接する突起物Ｐの表面処理を行う場合には、例えば、図５（ｂ）において実線で示したように、ハウジング２のスライド部２ｂを本体部２ａ側に移動させた状態で、台車１２を移動させる。なお、ハウジング２が伸縮機構を有しない場合には、図示しないが、台車１２にハウジング２を昇降させる昇降機構を配置するようにしてもよい。

【0056】

図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した第六実施形態に係る表面処理装置１は、ハウジング２の外周面の両側に隣接した突起物Ｐに係止可能な係止部２５をハウジング２に形成したものである。例えば、橋梁等の構造物Ｓに使用されるボルトは、行方向及び列方向に所定の間隔で複数配置されていることが多く、ボルト径に応じてボルト間距離もほぼ同じ数値である。

【0057】

したがって、表面処理を行う場所のボルトの配置に対応した係止部２５をハウジング２の外周面に取り付けることにより、係止部２５を隣接するボルト（突起物Ｐ）に係止させるだけでハウジング２の位置決めを容易に行うことができる。また、図示しないが、表面処理を行う突起物Ｐに対するハウジング２の位置決め（軸合わせ）を行うための目印をハウジング２の表面や係止部２５に表示するようにしてもよい。なお、係止部２５の形状は、図示したようなロッド形状に限定されるものではなく、Ｌ字形状であってもよいし、環状に形成されていてもよい。

【0058】

上述した第一実施形態〜第六実施形態に係る表面処理装置１を使用することにより、例えば、突起物Ｐの表面に形成された塗膜・酸化物（錆び）・舗装・コンクリート・樹脂材・ライニング・ゴム材・接着剤・化学生成物・汚れ等の除去を効率よく行うことができる。また、突起物Ｐは、水平面に突出した部分であってもよいし、垂直面に突出した部分であってもよいし、傾斜面に突出した部分であってもよい。

【0059】

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0060】

１ 表面処理装置
２ ハウジング
２ａ 本体部
２ｂ スライド部
２ｃ，２ｄ ストッパ
２ｅ 爪
３ レーザ発振器
４ スキャナユニット
５ 反射ミラー
６ 反射ミラー駆動装置
７ カメラ
８ 計測装置
９ 制御装置
１１ 支持台
１１ａ 脚部
１１ｂ 枠体
１２ 台車
１２ａ 枠体
１２ｂ 車輪
１２ｃ 拘束部
２１ 天井部
２１ａ 開口部
２２ 把持部
２３ バキューム管
２４ 監視窓
２５ 係止部
３１ 光ファイバー
３２ ビームエキスパンダ
３３ 焦点調整ユニット
３３ａ 入射レンズ
３３ｂ 射出レンズ
４１ 第一スキャナユニット
４２ 第二スキャナユニット
４３ カバー部材
５１ ミラー支持部材
６１ 駆動ギア
６１ａ 開口部
６２ 駆動モータ
６３ フランジ部
６３ａ 開口部
９１ リモートコントローラ

【要約】

【課題】突起物を有する複雑な表面であっても、廃棄物や騒音の発生を抑制しつつ作業効率の向上を図ることができる、表面処理装置を提供する。
【解決手段】突起物Ｐを有する構造物Ｓの表面に配置され、突起物Ｐの表面にレーザ光Ｌを照射して突起物Ｐの表面に形成された被膜又は付着物を除去する表面処理装置１は、突起物Ｐを囲うように構造物Ｓの表面に配置されるハウジング２と、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器３と、ハウジング２の天井部２１に配置されレーザ光Ｌをハウジング２内に照射するように偏向させるスキャナユニット４と、ハウジング２内に配置されスキャナユニット４により偏向されたレーザ光Ｌを突起物Ｐに向かって反射させる反射ミラー５と、反射ミラー５を突起物Ｐの外周に沿って回転移動させる反射ミラー駆動装置６と、を備えている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】