JP2016107299A - Laser cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、部材表面を覆う酸化被膜や塗装膜やめっき層や錆び・汚れ等の被膜を除去するのに好適なレーザクリーニング装置に関するものである。 The present invention relates to a laser cleaning apparatus suitable for removing, for example, an oxide film, a coating film, a plating layer, a rust / dirt film covering a member surface, and the like.
レーザクリーニングは、部材表面の被膜構成物質が高エネルギー密度のレーザ光を受けることで、部材表面から蒸散する現象（レーザアブレーション）を利用したものである。 The laser cleaning utilizes a phenomenon (laser ablation) in which the film constituent material on the surface of the member evaporates from the surface of the member by receiving a high energy density laser beam.
このレーザクリーニングには、例えば、アルミニウム合金の表面を覆う酸化被膜（アルマイト）を溶接の前処理として除去する際に採用されているサンドブラストやグラインダーによる研削のような機械的除去手段と比べて、部材にほとんどダメージを与えずに被膜を除去することができる点や、粉じん対策を必要としない点等のメリットがある。
また、このレーザクリーニングには、上記酸化被膜を除去する際に用いられる薬剤による化学的除去手段と比べても、廃液処理を必要としないというメリットがある。
Compared to mechanical removal means such as sand blasting or grinding with a grinder, which is used when removing the oxide film (alumite) covering the surface of the aluminum alloy as a pretreatment for welding in this laser cleaning, for example, There are merits such as that the film can be removed with almost no damage and that no dust countermeasure is required.
In addition, this laser cleaning has an advantage that no waste liquid treatment is required compared with chemical removal means using chemicals used when removing the oxide film.
従来、このようなレーザクリーニングに用いられるレーザクリーニング装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものがある。
このレーザクリーニング装置は、レーザ発振器と、このレーザ発振器からパルス発振されるレーザ光を集光して部材の表面上の被膜に照射しつつ走査するレーザヘッドと、このレーザヘッドを部材の表面に沿って移動させる駆動部と、部材の表面上における被膜の蒸散状態をモニタする撮影手段を備えており、このレーザクリーニング装置では、部材の表面上の被膜に対して、パルス発振されたレーザ光をレーザヘッドから照射しつつ一定の周波数で走査することで、部材の表面を覆う被膜、例えば、アルミニウム合金の表面を覆う酸化被膜を除去するようにしている。
Conventionally, as a laser cleaning apparatus used for such laser cleaning, for example, there is one described in Patent Document 1.
The laser cleaning apparatus includes a laser oscillator, a laser head that collects laser light pulsed from the laser oscillator and irradiates the film on the surface of the member while scanning the laser head, and the laser head along the surface of the member. And a driving unit for moving the film and an imaging means for monitoring the transpiration state of the film on the surface of the member. In this laser cleaning device, laser light pulsed against the film on the surface of the member is laser A film covering the surface of the member, for example, an oxide film covering the surface of the aluminum alloy is removed by scanning at a constant frequency while irradiating from the head.
上記したレーザクリーニング装置には、まず部材の表面に被膜を残さないことが要求される。したがって、上記したレーザクリーニング装置によって被膜を除去する場合には、部材の表面への入熱量を多目に設定したレーザ光照射が行われるが、被膜の厚さの多少によって、部材への入熱量が多すぎて部材の表面に少なからずダメージを与えてしまうことがある。 The laser cleaning apparatus described above is required to leave no film on the surface of the member. Therefore, when the coating is removed by the laser cleaning device described above, laser light irradiation is performed with a large amount of heat input to the surface of the member. The amount of heat input to the member depends on the thickness of the coating. Too much may damage the surface of the member.
つまり、上記した従来のレーザクリーニング装置では、被膜を残さず且つ部材の表面にダメージを与えずに除去を行うことが容易ではないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっている。 That is, the above-described conventional laser cleaning apparatus has a problem that it is not easy to remove without leaving a film and damaging the surface of the member, and solving this problem is a conventional problem. ing.
本発明は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、被膜の厚さの多少にかかわらず、部材の表面にダメージを与えることなく簡単且つ確実に被膜を除去することが可能なレーザクリーニング装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and can easily and reliably remove a film without damaging the surface of a member regardless of the thickness of the film. An object is to provide a possible laser cleaning device.
上記した目的を達成するために成された本発明の第１の態様は、部材の表面の被膜を除去するレーザクリーニング装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器からパルス発振されるレーザ光を集光して前記部材の表面上の被膜に照射しつつ走査するレーザヘッドと、前記レーザヘッドを前記部材の表面に沿って移動させる駆動部と、前記レーザ発振器，前記レーザヘッド及び前記駆動部に接続されて、レーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径をコントロールする制御部と、前記部材の表面上の被膜を除去した後の良好と判定される場合の除去条件である前記部材の材質及び前記被膜の厚みと、この除去条件に対応する除去施工条件としてのレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径がデータとして蓄積されるデータベースを備え、前記データベースは、前記部材の表面上の被膜を除去するにあたって前記除去条件が入力されることで、該データベースに蓄積した前記除去施工条件の中から、入力された前記除去条件に対応する最適な除去施工条件としてのレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径を選定して前記制御部に出力する構成としている。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a laser cleaning device for removing a coating on the surface of a member, comprising: a laser oscillator; and a laser beam pulsed from the laser oscillator. A laser head that focuses and scans the film on the surface of the member while scanning; a driving unit that moves the laser head along the surface of the member; and the laser oscillator, the laser head, and the driving unit. Connected to control unit for controlling laser output, pulse frequency, film removal speed, laser light scanning speed, laser light scanning width and laser light spot diameter, and judged good after removing the film on the surface of the member The material of the member and the thickness of the coating, which are the removal conditions in the case of being removed, the laser output, the pulse frequency, the coverage as the removal conditions corresponding to the removal conditions A database in which removal speed, laser beam scanning speed, laser beam scanning width, and laser beam spot diameter are accumulated as data is provided, and the database is input with the removal conditions in removing the coating on the surface of the member. The laser output, the pulse frequency, the film removal speed, the laser beam scanning speed, the laser beam scanning width as the optimum removal condition corresponding to the inputted removal condition from among the removal condition stored in the database. The laser beam spot diameter is selected and output to the control unit.
また、本発明の第２の態様は、前記レーザ発振器がファイバーレーザ発振器であり、前記レーザヘッドがガルバノスキャナである構成としている。 According to a second aspect of the present invention, the laser oscillator is a fiber laser oscillator, and the laser head is a galvano scanner.
さらに、本発明の請求項３に係るレーザクリーニング装置において、前記駆動部が多関節ロボットである構成としている。 Furthermore, in the laser cleaning apparatus according to claim 3 of the present invention, the drive unit is an articulated robot.
さらにまた、本発明の請求項４に係るレーザクリーニング装置は、前記部材の表面上の前記レーザ光が照射されたレーザ光照射部の温度計測を行う温度測定手段と、前記部材の表面上における被膜の蒸散状態をモニタする撮影手段を備え、前記温度測定手段で取得したレーザ光照射部の温度及び前記撮影手段で撮影した前記部材の表面上における被膜の蒸散状態は、前記データベースにフィードバックされて除去施工条件として蓄積される構成としている。 Furthermore, the laser cleaning apparatus according to claim 4 of the present invention is a temperature measuring means for measuring a temperature of a laser beam irradiation portion irradiated with the laser beam on the surface of the member, and a coating on the surface of the member. The imaging means for monitoring the transpiration state of the film, and the temperature of the laser light irradiation part acquired by the temperature measuring means and the transpiration state of the film on the surface of the member imaged by the imaging means are fed back to the database and removed. The construction is stored as construction conditions.
さらにまた、本発明の請求項５に係るレーザクリーニング装置は、前記除去条件である前記部材の材質がアルミニウムであり、前記除去条件である前記部材の表面上における酸化被膜の厚みが５〜２０μｍである場合、前記データベースでは、前記除去条件が入力されることで、前記除去施工条件として少なくとも１０〜５０Ｗのレーザ出力と、１０〜４０ｋＨｚのパルス周波数と、２００〜５００ｍｍ／ｍｉｎの被膜除去速度と、最大３００Ｈｚのレーザ光走査速度と、最大１００ｍｍのレーザ光走査幅を選定して前記制御部に出力する構成としている。 Furthermore, in the laser cleaning apparatus according to claim 5 of the present invention, the material of the member that is the removal condition is aluminum, and the thickness of the oxide film on the surface of the member that is the removal condition is 5 to 20 μm. In some cases, in the database, when the removal condition is input, a laser output of at least 10 to 50 W, a pulse frequency of 10 to 40 kHz, a film removal rate of 200 to 500 mm / min as the removal construction condition, A laser beam scanning speed of a maximum of 300 Hz and a laser beam scanning width of a maximum of 100 mm are selected and output to the control unit.
本発明の第１の態様に係るレーザクリーニング装置では、部材の表面を覆っている被膜を除去するに際して、制御部に対して除去条件である部材の材質を入力すると共に、同じく除去条件である被膜の厚みを入力すると、この入力した除去条件に対応する最適な除去施工条件が、データベースに蓄積されている除去施工条件の中から選りすぐられて、制御部に出力される。 In the laser cleaning apparatus according to the first aspect of the present invention, when removing the coating covering the surface of the member, the material of the member which is the removal condition is input to the control unit, and the coating which is also the removal condition When the thickness is input, the optimum removal condition corresponding to the input removal condition is selected from the removal condition stored in the database and output to the control unit.
そして、最適な除去施工条件のレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径を満たすべく、駆動部，レーザ発振器及びレーザヘッドが制御部によりコントロールされてそれぞれ作動するので、被膜の厚さの多少にかかわらず、部材の表面にダメージを与えることなく、取り残しのない被膜除去が簡単且つ確実に成されることとなる。 The drive unit, laser oscillator, and laser head are controlled by the control unit so as to satisfy the laser output, pulse frequency, coating removal rate, laser beam scanning speed, laser beam scanning width, and laser beam spot diameter under optimum removal conditions. Therefore, regardless of the thickness of the coating, removal of the coating without leaving any damage is easily and reliably performed without damaging the surface of the member.
また、本発明の第２の態様に係るレーザクリーニング装置では、レーザ発振器として高輝度のファイバーレーザ発振器を用いているので、部材が金属である場合には、その表面におけるレーザ光の反射を防ぐための前処理（黒染色）が不要となり、加えて、レーザヘッドとしてガルバノスキャナを用いているので、高速且つスムーズな被膜除去を行い得ることとなる。 In the laser cleaning apparatus according to the second aspect of the present invention, since a high-intensity fiber laser oscillator is used as the laser oscillator, in order to prevent reflection of laser light on the surface when the member is a metal. This pre-treatment (black dyeing) becomes unnecessary, and in addition, since the galvano scanner is used as the laser head, the coating can be removed quickly and smoothly.
さらに、本発明の第３の態様に係るレーザクリーニング装置では、駆動部として多関節ロボットを採用しているので、部材の表面が湾曲しているような場合であったとしても、柔軟に対応し得ることとなる。 Furthermore, since the laser cleaning apparatus according to the third aspect of the present invention employs an articulated robot as the drive unit, even if the surface of the member is curved, it can flexibly cope with it. Will get.
さらにまた、本発明の第４の態様に係るレーザクリーニング装置では、温度測定手段で取得したレーザ光照射部の温度及び撮影手段で撮影した被膜の蒸散状態をデータベースにフィードバックして除去施工条件として蓄積するようにしているので、除去施工の品質の安定化が図られることとなる。 Furthermore, in the laser cleaning apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the temperature of the laser light irradiation unit obtained by the temperature measuring means and the transpiration state of the film photographed by the photographing means are fed back to the database and stored as removal construction conditions. As a result, the quality of the removal work is stabilized.
さらにまた、本発明の第５の態様に係るレーザクリーニング装置では、除去条件として部材の材質がアルミニウムであること、及び、酸化被膜の厚みが５〜２０μｍであることを制御部に入力すると、データベースでは、除去施工条件として少なくとも１０〜５０Ｗのレーザ出力と、１０〜４０ｋＨｚのパルス周波数と、２００〜５００ｍｍ／ｍｉｎの被膜除去速度と、最大３００Ｈｚのレーザ光走査速度と、最大１００ｍｍのレーザ光走査幅を選定して制御部に出力するので、これらの最適な除去施工条件を満たすべく、駆動部，レーザ発振器及びレーザヘッドが制御部によりコントロールされてそれぞれ作動することとなり、酸化被膜の厚さの多少にかかわらず、部材の表面にダメージを与えることなく、取り残しのない被膜除去が簡単且つ確実に成されることとなる。 Furthermore, in the laser cleaning apparatus according to the fifth aspect of the present invention, when the controller inputs that the material of the member is aluminum and the thickness of the oxide film is 5 to 20 μm as the removal condition, the database Then, as removal construction conditions, a laser output of at least 10 to 50 W, a pulse frequency of 10 to 40 kHz, a coating removal rate of 200 to 500 mm / min, a laser beam scanning speed of maximum 300 Hz, and a laser beam scanning width of maximum 100 mm In order to satisfy these optimum removal conditions, the drive unit, laser oscillator, and laser head are controlled by the control unit, and the oxide film thickness is somewhat Regardless of the material, it is easy to remove the film without leaving any damage on the surface of the member. One becomes be reliably made.
本発明に係るレーザクリーニング装置によれば、被膜の厚さの多少にかかわらず、部材の表面にダメージを与えることなく簡単且つ確実に被膜を除去することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。 According to the laser cleaning apparatus of the present invention, it is possible to remove the coating easily and reliably without damaging the surface of the member regardless of the thickness of the coating. Brought about.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザクリーニング装置を示しており、この実施形態では、本発明に係るレーザクリーニング装置により、アルミニウム板の表面を覆う酸化被膜を除去する場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a laser cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, an example in which an oxide film covering the surface of an aluminum plate is removed by the laser cleaning apparatus according to the present invention is taken as an example. I will explain.
図１に概略的に示すように、このレーザクリーニング装置１は、アルミニウム板（部材）Ｗの表面Ｗａを覆う酸化被膜を除去するものであって、ファイバーレーザ発振器２と、このファイバーレーザ発振器２からパルス発振されるレーザ光Ｌを集光してアルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上の酸化被膜に照射しつつ走査するレーザヘッドとしてのガルバノスキャナ４と、ファイバーレーザ発振器２からのレーザ光Ｌをレーザヘッド４へ導く光ファイバ５と、レーザヘッド４をアルミニウム板Ｗの表面Ｗａに沿って移動させると共に表面Ｗａに接近離間させる多関節ロボット（駆動部）６と、ファイバーレーザ発振器２，ガルバノスキャナ４及び多関節ロボット６に接続されて、レーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径をコントロールする制御部７を備えている。 As schematically shown in FIG. 1, the laser cleaning apparatus 1 removes an oxide film covering the surface Wa of an aluminum plate (member) W, and includes a fiber laser oscillator 2 and a fiber laser oscillator 2. The galvano scanner 4 as a laser head that scans while condensing the pulsed laser beam L and irradiating the oxide film on the surface Wa of the aluminum plate W, and the laser beam 4 from the fiber laser oscillator 2. An optical fiber 5 that leads to the surface, a multi-joint robot (drive unit) 6 that moves the laser head 4 along the surface Wa of the aluminum plate W and moves the laser head 4 close to and away from the surface Wa, a fiber laser oscillator 2, a galvano scanner 4, and a multi-joint Connected to the robot 6, laser output, pulse frequency, coating removal speed, laser beam scanning speed, laser And a control unit 7 for controlling the scan width and the laser spot diameter.
また、このレーザクリーニング装置１において、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上の酸化被膜を除去した後の良好と判定される場合の除去条件である部材の材質（アルミニウム）及び酸化被膜の厚みと、この除去条件に対応する除去施工条件としてのレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径がデータとして蓄積されるデータベース８を備えており、このデータベース８は、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上の酸化被膜を除去するにあたって除去条件が入力されることで、データベース８に蓄積した除去施工条件の中から、入力された除去条件に対応する最適な除去施工条件としてのレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径を選定して制御部７に出力するようになっている。 Further, in the laser cleaning apparatus 1, the material (aluminum) of the member and the thickness of the oxide film, which are the removal conditions when it is determined to be good after the oxide film on the surface Wa of the aluminum plate W is removed, and the removal A database 8 in which laser output, pulse frequency, film removal rate, laser beam scanning speed, laser beam scanning width, and laser beam spot diameter as accumulation conditions corresponding to the conditions are stored as data is provided. As the removal condition is inputted when removing the oxide film on the surface Wa of the aluminum plate W, the optimum removal condition corresponding to the inputted removal condition is selected from the removal conditions accumulated in the database 8. Laser output, pulse frequency, coating removal speed, laser beam scanning speed, laser beam scanning width and laser beam spot And outputs to the control unit 7 selects the diameter.
さらに、このレーザクリーニング装置１において、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上のレーザ光Ｌが照射されたレーザ光照射部Ｐの温度計測を行う赤外線温度計（温度測定手段）９と、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上における酸化被膜の蒸散状態をモニタする高速度カメラ（撮影手段）１０を備えており、このレーザクリーニング装置１では、赤外線温度計９で取得したレーザ光照射部Ｐの温度及び高速度カメラ１０で撮影したアルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上における酸化被膜の蒸散状態をデータベース８にフィードバックして除去施工条件として蓄積するようにしている。 Furthermore, in this laser cleaning device 1, an infrared thermometer (temperature measuring means) 9 that measures the temperature of the laser beam irradiation part P irradiated with the laser beam L on the surface Wa of the aluminum plate W, and the surface of the aluminum plate W A high-speed camera (photographing means) 10 for monitoring the transpiration state of the oxide film on Wa is provided. In this laser cleaning device 1, the temperature of the laser light irradiation part P acquired by the infrared thermometer 9 and the high-speed camera 10 are provided. The transpiration state of the oxide film on the surface Wa of the aluminum plate W photographed in step 1 is fed back to the database 8 and accumulated as removal work conditions.
この実施形態のレーザクリーニング装置１では、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上における酸化被膜を除去する場合、除去条件として部材の材質（アルミニウム）及び酸化被膜の厚み（５〜２０μｍ）を制御部７に入力すると、データベース８において、この入力した除去条件に対応する最適な除去施工条件、すなわち、除去施工条件として少なくとも１０〜５０Ｗのレーザ出力と、１０〜４０ｋＨｚのパルス周波数と、２００〜５００ｍｍ／ｍｉｎの被膜除去速度と、最大３００Ｈｚのレーザ光走査速度と、最大１００ｍｍのレーザ光走査幅を選定して制御部７に出力するようになっている。 In the laser cleaning apparatus 1 of this embodiment, when removing the oxide film on the surface Wa of the aluminum plate W, the material of the member (aluminum) and the thickness of the oxide film (5 to 20 μm) are input to the control unit 7 as the removal conditions. Then, in the database 8, the optimum removal execution conditions corresponding to the input removal conditions, that is, as the removal execution conditions, a laser output of at least 10 to 50 W, a pulse frequency of 10 to 40 kHz, and a coating of 200 to 500 mm / min. A removal speed, a laser beam scanning speed of a maximum of 300 Hz, and a laser beam scanning width of a maximum of 100 mm are selected and output to the control unit 7.
この実施形態のレーザクリーニング装置１では、上記したように、データベース８から除去条件に対応する最適な除去施工条件が制御部７に出力されると、これらの最適な除去施工条件を満たすべく、ファイバーレーザ発振器２，ガルバノスキャナ４及び多関節ロボット６が制御部７によりコントロールされてそれぞれ作動するので、酸化被膜の厚さの多少にかかわらず、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａにダメージを与えることなく、取り残しのない被膜除去が簡単且つ確実に成されることとなる。 In the laser cleaning device 1 of this embodiment, as described above, when the optimum removal work conditions corresponding to the removal conditions are output from the database 8 to the control unit 7, the fiber is set to satisfy these optimum removal work conditions. Since the laser oscillator 2, the galvano scanner 4 and the articulated robot 6 are controlled and operated by the control unit 7, they are left without damaging the surface Wa of the aluminum plate W regardless of the thickness of the oxide film. The removal of the film without any trouble is easily and reliably performed.
また、このレーザクリーニング装置１では、レーザ発振器として高輝度のファイバーレーザ発振器２を用いているので、アルミニウム板Ｗの表面Ｗａにおけるレーザ光Ｌの反射を防ぐための前処理（黒染色）が不要となり、加えて、レーザヘッドとしてガルバノスキャナ４を用いているので、高速且つスムーズな被膜除去を行い得ることとなる。 Further, in the laser cleaning apparatus 1, since the high-intensity fiber laser oscillator 2 is used as the laser oscillator, pretreatment (black staining) for preventing the reflection of the laser light L on the surface Wa of the aluminum plate W is not required. In addition, since the galvano scanner 4 is used as the laser head, the coating can be removed quickly and smoothly.
さらに、このレーザクリーニング装置１では、駆動部として多関節ロボット６を採用しているので、部材の表面が湾曲しているような場合であったとしても、柔軟に対応し得ることとなる。 Furthermore, since the articulated robot 6 is employed as the drive unit in the laser cleaning device 1, even if the surface of the member is curved, the laser cleaning device 1 can flexibly cope with it.
さらにまた、このレーザクリーニング装置１では、赤外線温度計９で取得したレーザ光照射部Ｐの温度及び高速度カメラ１０で撮影したアルミニウム板Ｗの表面Ｗａ上における酸化被膜の蒸散状態をデータベース８にフィードバックして除去施工条件として蓄積するようにしているので、除去施工の品質の安定化が図られることとなる。 Furthermore, in this laser cleaning device 1, the temperature of the laser light irradiation part P acquired by the infrared thermometer 9 and the transpiration state of the oxide film on the surface Wa of the aluminum plate W taken by the high speed camera 10 are fed back to the database 8. In this way, the removal construction conditions are accumulated, so that the quality of the removal construction can be stabilized.
そこで、材質がアルミニウム(Ａ６０６３押出材)であり、酸化被膜の厚みが２０μｍ，１０μｍ，５μｍの３通りの試験片Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を用意し、これらの試験片Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６に対して、上記レーザクリーニング装置１により酸化被膜の除去を実施した。 Therefore, three test pieces S2, S4, and S6 having aluminum (A6063 extruded material) and oxide film thicknesses of 20 μm, 10 μm, and 5 μm are prepared, and these test pieces S2, S4, and S6 are prepared. The oxide film was removed by the laser cleaning apparatus 1.
すなわち、試験片Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６の材質及び酸化被膜の厚みを除去条件としてレーザクリーニング装置１の制御部７に入力したところ、データベース８において、５０Ｗのレーザ出力と、２００ｍｍ／ｍｉｎの被膜除去速度と、２０ｋＨｚのパルス周波数が選定されるのに加えて、１００Ｈｚの走査速度及び１０ｍｍの走査幅が選定されて制御部７に出力されて、酸化被膜の除去が行われた。 That is, when the material of the test pieces S2, S4, and S6 and the thickness of the oxide film were input to the control unit 7 of the laser cleaning apparatus 1 as the removal conditions, the laser output of 50 W and the film removal rate of 200 mm / min in the database 8 In addition to selecting a pulse frequency of 20 kHz, a scanning speed of 100 Hz and a scanning width of 10 mm were selected and output to the control unit 7 to remove the oxide film.
この際、比較のため、材質がアルミニウム(Ａ６０６３押出材)であり、酸化被膜の厚みが２０μｍ，１０μｍ，５μｍの３通りの試験片Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を用意し、制御部７に５０Ｗのレーザ出力と、２００ｍｍ／ｍｉｎの被膜除去速度と、５０ｋＨｚのパルス周波数と、１００Ｈｚの走査速度と、１０ｍｍの走査幅を直接入力して、試験片Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５に対しても酸化被膜の除去を行った。
なお、この酸化被膜の除去加工における各試験片Ｓ１〜Ｓ６に対する除去施工条件を表１にまとめて示す。
At this time, for comparison, three test pieces S1, S3, and S5 having aluminum (A6063 extruded material) and oxide film thicknesses of 20 μm, 10 μm, and 5 μm were prepared, and a 50 W laser was supplied to the control unit 7. Direct input of output, 200 mm / min film removal rate, 50 kHz pulse frequency, 100 Hz scanning speed, and 10 mm scanning width allows removal of oxide film on test pieces S1, S3, and S5. went.
Table 1 summarizes the removal conditions for the test pieces S1 to S6 in the removal process of the oxide film.
この実施形態に係るレーザクリーニング装置１によって最適な除去施工条件で除去加工が成された試験片Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６は、図２の表面外観写真，図３の断面形態の電子顕微鏡写真及び図４の表面粗さに示すように、酸化被膜が概ね良好に除去されていると共に、酸化被膜除去後の表面の凹凸が少なく、総合評価が○か△であることが判った。 The test pieces S2, S4, and S6 that have been subjected to the removal processing under the optimum removal conditions by the laser cleaning device 1 according to this embodiment are the surface appearance photograph of FIG. 2, the electron micrograph of the sectional form of FIG. 3, and FIG. As shown in the surface roughness, it was found that the oxide film was removed almost satisfactorily, the surface unevenness after removal of the oxide film was small, and the overall evaluation was ○ or Δ.
一方、比較のために最適とは言えない除去施工条件で除去加工が成された試験片Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５は、図５の表面外観写真，図６の断面形態の電子顕微鏡写真及び図７の表面粗さに示すように、多くの酸化被膜が除去されずに残っていると共に、酸化被膜除去後の表面に大きい凹凸が多く、総合評価がいずれも×であることが判った。 On the other hand, the test pieces S1, S3, and S5 subjected to the removal processing under the non-optimal removal conditions for comparison are the surface appearance photograph of FIG. 5, the electron micrograph of the cross-sectional form of FIG. As shown in the surface roughness, it was found that many oxide films remained without being removed, and there were many large irregularities on the surface after the oxide film removal, and the overall evaluation was x.
また、試験片Ｓ２の酸化被膜除去後の部材溶融深さを測定したところ、図８の断面形態の電子顕微鏡写真に示すように、溶融境界が浅いことが判った。加えて、試験片Ｓ２の酸化被膜除去後のビッカース硬さを測定したところ、図９のグラフに示すように、レーザ光照射によるビッカース硬さへの影響がほとんどないことが判った。 Moreover, when the member melting depth after removing the oxide film of the test piece S2 was measured, it was found that the melting boundary was shallow as shown in the electron micrograph of the cross-sectional form of FIG. In addition, when the Vickers hardness after removing the oxide film of the test piece S2 was measured, it was found that there was almost no influence on the Vickers hardness by laser light irradiation as shown in the graph of FIG.
次に、制御部７に５０Ｗのレーザ出力と、２０ｋＨｚのパルス周波数と、最大限である３００Ｈｚの走査速度と、１０ｍｍの走査幅を直接入力すると共に、被膜除去速度を２００ｍｍ／ｍｉｎ，５００ｍｍ／ｍｉｎ及び１０００ｍｍ／ｍｉｎの３通りに設定して、試験片Ｓ２に対して酸化被膜の除去を行った。 Next, a laser output of 50 W, a pulse frequency of 20 kHz, a maximum scanning speed of 300 Hz, and a scanning width of 10 mm are directly input to the control unit 7, and film removal speeds are 200 mm / min and 500 mm / min. Then, the oxide film was removed from the test piece S2 at three settings of 1000 mm / min.
図１０の表面外観写真に示すように、被膜除去速度を２００ｍｍ／ｍｉｎ及び５００ｍｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定して酸化被膜の除去を行った場合には、酸化被膜が良好に除去されているのに対して、被膜除去速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎに設定して酸化被膜の除去を行った場合には、酸化被膜除去後の表面に縞模様が残っていることが判った。 As shown in the surface appearance photograph of FIG. 10, when the oxide film was removed with the film removal rate set to 200 mm / min and 500 mm / min, respectively, the oxide film was removed well. Thus, it was found that when the oxide film was removed at a film removal rate of 1000 mm / min, a striped pattern remained on the surface after the oxide film was removed.
２００ｍｍ／ｍｉｎ及び５００ｍｍ／ｍｉｎの被膜除去速度は、データベース８において、最適な除去施工条件として選定される被膜除去速度の範囲内なので、選択される除去施工条件の範囲内であれば、酸化被膜除去後の表面の状態から被膜除去速度が遅い場合により除去効果が高まることが判った。 The film removal speeds of 200 mm / min and 500 mm / min are within the range of the film removal speed selected as the optimum removal work conditions in the database 8, so that the oxide film removal is within the range of the selected removal work conditions. From the state of the later surface, it was found that the removal effect is enhanced when the film removal rate is slow.
したがって、この実施形態に係るレーザクリーニング装置１では、酸化被膜の厚さの多少にかかわらず、部材の表面にダメージを与えることなく、取り残しのない被膜除去を簡単且つ確実に行い得ることが実証できた。 Therefore, in the laser cleaning apparatus 1 according to this embodiment, it can be demonstrated that the remaining film removal can be easily and reliably performed without damaging the surface of the member regardless of the thickness of the oxide film. It was.
本発明に係るレーザクリーニング装置の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 The configuration of the laser cleaning apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
１ レーザクリーニング装置
２ ファイバーレーザ発振器（レーザ発振器）
４ ガルバノスキャナ（レーザヘッド）
６ 多関節ロボット（駆動部）
７ 制御部
８ データベース
９ 赤外線温度計（温度測定手段）
１０ 高速度カメラ（撮影手段）
Ｌ レーザ光
Ｐ レーザ光照射部
Ｗ アルミニウム板（部材）
Ｗａ アルミニウム板の表面
1 Laser cleaning device 2 Fiber laser oscillator (laser oscillator)
4 Galvano scanner (laser head)
6 Articulated robot (drive unit)
7 Control unit 8 Database 9 Infrared thermometer (temperature measuring means)
10 High-speed camera (photographing means)
L Laser light P Laser light irradiation part W Aluminum plate (member)
Wa Aluminum plate surface
Claims (5)
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器からパルス発振されるレーザ光を集光して前記部材の表面上の被膜に照射しつつ走査するレーザヘッドと、
前記レーザヘッドを前記部材の表面に沿って移動させる駆動部と、
前記レーザ発振器，前記レーザヘッド及び前記駆動部に接続されて、レーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径をコントロールする制御部と、
前記部材の表面上の被膜を除去した後の良好と判定される場合の除去条件である前記部材の材質及び前記被膜の厚みと、この除去条件に対応する除去施工条件としてのレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径がデータとして蓄積されるデータベースを備え、
前記データベースは、前記部材の表面上の被膜を除去するにあたって前記除去条件が入力されることで、該データベースに蓄積した前記除去施工条件の中から、入力された前記除去条件に対応する最適な除去施工条件としてのレーザ出力，パルス周波数，被膜除去速度，レーザ光走査速度，レーザ光走査幅及びレーザ光スポット径を選定して前記制御部に出力するレーザクリーニング装置。 A laser cleaning device for removing a coating on the surface of a member,
A laser oscillator;
A laser head that scans while condensing laser light pulsed from the laser oscillator and irradiating the film on the surface of the member;
A drive unit for moving the laser head along the surface of the member;
A control unit connected to the laser oscillator, the laser head, and the driving unit to control a laser output, a pulse frequency, a film removal speed, a laser beam scanning speed, a laser beam scanning width, and a laser beam spot diameter;
The material of the member and the thickness of the film, which are the removal conditions when it is determined that the film on the surface of the member is good, and the laser output and pulse frequency as the removal conditions corresponding to the removal condition , Including a database in which film removal speed, laser beam scanning speed, laser beam scanning width and laser beam spot diameter are accumulated as data,
In the database, when the removal condition is input when removing the coating on the surface of the member, the optimum removal corresponding to the input removal condition is selected from the removal work conditions accumulated in the database. A laser cleaning device that selects laser output, pulse frequency, film removal speed, laser light scanning speed, laser light scanning width, and laser light spot diameter as construction conditions and outputs them to the control unit.
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Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106346146A (en) * | 2016-11-04 | 2017-01-25 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | High-energy short-pulse laser machining method for removing ceramic coatings on metal surfaces |
| CN107252797A (en) * | 2017-06-13 | 2017-10-17 | 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 | Wide focal regions laser cleaning method and device |
| CN107378165A (en) * | 2017-09-13 | 2017-11-24 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | A kind of method for laser welding |
| CN109623138A (en) * | 2018-11-28 | 2019-04-16 | 深圳供电局有限公司 | Method and device for treating surface of composite material |
| KR20190113058A (en) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 삼성중공업 주식회사 | Laser cleaning device having height adjustable tool |
| JP2020069522A (en) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | ファナック株式会社 | Welding tip maintenance device and wending robot system |
| WO2020202975A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 東京エレクトロン株式会社 | Laser processing device and laser processing method |
| WO2020202976A1 (en) * | 2019-04-05 | 2020-10-08 | 東京エレクトロン株式会社 | Laser processing device, substrate processing system, laser processing method, and substrate processing method |
| CN112657949A (en) * | 2020-12-04 | 2021-04-16 | 王嘉桦 | Laser cleaning and derusting efficiency detection trial device based on robot control |
| KR20220066521A (en) * | 2020-11-16 | 2022-05-24 | (주)티티에스 | Restoration apparatus of parts surfice |
| CN114850681A (en) * | 2022-06-22 | 2022-08-05 | 中国原子能科学研究院 | Mechanical arm for laser sodium removal and laser sodium removal system |
| KR20230000580A (en) * | 2021-06-25 | 2023-01-03 | 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 | Tire mold laser cleaning apparatus |
| CN115945465A (en) * | 2023-02-01 | 2023-04-11 | 南昌航空大学 | A method for removing zirconia thermal barrier coating |
| JP7479214B2 (en) | 2020-06-18 | 2024-05-08 | 日鉄テックスエンジ株式会社 | Surface preparation method and surface preparation device |
| EP4316723A4 (en) * | 2021-03-26 | 2024-11-27 | Amada Co., Ltd. | LASER MACHINING DEVICE AND LASER MACHINING METHOD |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013108977A (en) * | 2011-10-25 | 2013-06-06 | The Wakasa Wan Energy Research Center | Laser decontamination device |
| JP2014210290A (en) * | 2012-03-09 | 2014-11-13 | 株式会社トヨコー | Laser irradiation device, laser irradiation system, and method for removing coating film or deposit |
-
2014
- 2014-12-05 JP JP2014246595A patent/JP2016107299A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013108977A (en) * | 2011-10-25 | 2013-06-06 | The Wakasa Wan Energy Research Center | Laser decontamination device |
| JP2014210290A (en) * | 2012-03-09 | 2014-11-13 | 株式会社トヨコー | Laser irradiation device, laser irradiation system, and method for removing coating film or deposit |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106346146A (en) * | 2016-11-04 | 2017-01-25 | 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 | High-energy short-pulse laser machining method for removing ceramic coatings on metal surfaces |
| CN107252797A (en) * | 2017-06-13 | 2017-10-17 | 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 | Wide focal regions laser cleaning method and device |
| CN107252797B (en) * | 2017-06-13 | 2019-05-24 | 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 | Wide focal regions laser cleaning method and device |
| CN107378165A (en) * | 2017-09-13 | 2017-11-24 | 安徽江淮汽车集团股份有限公司 | A kind of method for laser welding |
| KR20190113058A (en) * | 2018-03-27 | 2019-10-08 | 삼성중공업 주식회사 | Laser cleaning device having height adjustable tool |
| KR102138774B1 (en) * | 2018-03-27 | 2020-07-28 | 삼성중공업 주식회사 | Laser cleaning device having height adjustable tool |
| JP7176929B2 (en) | 2018-11-02 | 2022-11-22 | ファナック株式会社 | Welding tip maintenance device and welding robot system |
| JP2020069522A (en) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | ファナック株式会社 | Welding tip maintenance device and wending robot system |
| CN109623138A (en) * | 2018-11-28 | 2019-04-16 | 深圳供电局有限公司 | Method and device for treating surface of composite material |
| WO2020202975A1 (en) * | 2019-03-29 | 2020-10-08 | 東京エレクトロン株式会社 | Laser processing device and laser processing method |
| WO2020202976A1 (en) * | 2019-04-05 | 2020-10-08 | 東京エレクトロン株式会社 | Laser processing device, substrate processing system, laser processing method, and substrate processing method |
| JPWO2020202976A1 (en) * | 2019-04-05 | 2020-10-08 | ||
| TWI850014B (en) * | 2019-04-05 | 2024-07-21 | 日商東京威力科創股份有限公司 | Substrate processing system |
| JP7118245B2 (en) | 2019-04-05 | 2022-08-15 | 東京エレクトロン株式会社 | Substrate processing system and substrate processing method |
| JP7479214B2 (en) | 2020-06-18 | 2024-05-08 | 日鉄テックスエンジ株式会社 | Surface preparation method and surface preparation device |
| KR20220066521A (en) * | 2020-11-16 | 2022-05-24 | (주)티티에스 | Restoration apparatus of parts surfice |
| KR102432964B1 (en) * | 2020-11-16 | 2022-08-18 | (주)티티에스 | Restoration apparatus of parts surfice |
| CN112657949A (en) * | 2020-12-04 | 2021-04-16 | 王嘉桦 | Laser cleaning and derusting efficiency detection trial device based on robot control |
| EP4316723A4 (en) * | 2021-03-26 | 2024-11-27 | Amada Co., Ltd. | LASER MACHINING DEVICE AND LASER MACHINING METHOD |
| KR20230000580A (en) * | 2021-06-25 | 2023-01-03 | 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 | Tire mold laser cleaning apparatus |
| KR102515805B1 (en) * | 2021-06-25 | 2023-03-29 | 한국타이어앤테크놀로지 주식회사 | Tire mold laser cleaning apparatus |
| CN114850681B (en) * | 2022-06-22 | 2023-09-29 | 中国原子能科学研究院 | A mechanical arm and laser sodium removal system for laser sodium removal |
| CN114850681A (en) * | 2022-06-22 | 2022-08-05 | 中国原子能科学研究院 | Mechanical arm for laser sodium removal and laser sodium removal system |
| CN115945465A (en) * | 2023-02-01 | 2023-04-11 | 南昌航空大学 | A method for removing zirconia thermal barrier coating |
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