JP2019155449A - レーザ切断システム及び壁面切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく、かつ、高い安全性で作業を行うことができるレーザ切断システム及び壁面切断方法を提供する。【解決手段】レーザを出力するレーザ出力装置と、レーザ出力装置から出力されたレーザを切断対象物と対向した状態でレーザを射出するレーザヘッドと、切断対象物を介してレーザヘッドと対面し、切断対象物を通過したレーザを遮蔽するダンパ装置と、レーザヘッド及びダンパ装置を移動させる移動装置と、レーザヘッド及びダンパ装置が配置されている加工領域を覆う防塵ユニットと、防塵ユニット内の空気を吸引し、粉塵を除去する粉塵回収ユニットと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ切断システム及び壁面切断方法に関する。

一般の建築物や道路、鉄道等の橋梁、高架橋のコンクリート壁の撤去作業において、コンクリート鋸盤が用いられる。コンクリート鋸盤でコンクリート壁を切断する場合、作業者の介在作業が発生する可能性がある。例えばコンクリート壁に存在する配管のような障害物にコンクリート鋸盤の鋸が噛み込む可能性があり、障害物と鋸との噛み込みを解除するために作業者の介在作業が必要となる。また、コンクリート鋸盤においては鋸の折損が発生する可能性がある。作業者の介在作業又は鋸の折損は、コンクリート壁の切断作業の作業性の低下をもたらす。また、原子炉建屋等の高放射線環境下や深海などの作業者の近接作業が難しい環境下では、コンクリート壁の切断作業において作業者の介在作業を削減したいという要望がある。

コンクリート壁の切断方法としてレーザ切断装置を用いる切断方法が期待されている。レーザ切断装置は、レーザ及びシールドガスを射出するノズルを有し、ノズルとコンクリート壁とを対向させた状態でノズルから射出されたレーザをコンクリートに照射する。ノズルから射出されたレーザによりコンクリート壁の一部が溶融し、アシストガス用ノズルから噴射されたアシストガスによりコンクリート壁の溶融物（ドロス）が除去されることにより、コンクリートが切断される。レーザ切断装置を用いるコンクリート壁の切断方法は、コンクリート鋸盤のような折損は発生せず、遠隔操作に適しており、作業者の介在作業を抑制できる。レーザにより厚板を切断する加工装置に関する技術が特許文献１に開示されている。

特開平０７−１１６８８５号公報

特許文献１は、厚板を高品質で切断する切断方法であるが、効率よく、かつ、高い安全性で作業を行うには課題がある。本発明は、上述した課題を解決するものであり、効率よく、かつ、高い安全性で作業を行うことができるレーザ切断システム及び壁面切断方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、レーザ切断システムであって、レーザを出力するレーザ出力装置と、前記レーザ出力装置から出力されたレーザを切断対象物と対向した状態で前記レーザを射出するレーザ切断ユニットと、前記切断対象物を介して前記レーザヘッドと対面し、前記切断対象物を通過したレーザを遮蔽するダンパユニットと、前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットを移動させる移動装置と、前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットが配置されている加工領域を覆う防塵ユニットと、前記防塵ユニット内の空気を吸引し、粉塵を除去する粉塵回収ユニットと、を有することを特徴とする。

前記レーザ出力装置が収納されたコンテナと、前記粉塵回収ユニットが収納されたコンテナをそれぞれ備えるコンテナユニットをさらに有することが好ましい。

前記コンテナユニットは、前記切断対象物に設置された構台に載置されることが好ましい。

前記構台に配置され、切断した切断対象物を収容する仮置き容器をさらに有することが好ましい。

前記防塵ユニットは、前記切断対象物とダンパ装置を覆うカバーを有することが好ましい。

切断対象物は、放射性物質に汚染された構造物の壁面であっても対応可能である。

上記の目的を達成するために、本発明は、構造物の壁面を切断する壁面切断方法であって、前記壁面の外側面に構台を設置するステップと、前記構台にコンテナに収納された各機器を設置するステップと、前記壁面にレーザ切断ユニット及びダンパユニットを設置するステップと、前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットと前記コンテナに収納された各機器とを接続するステップと、前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットが配置されている加工領域を覆う防塵ユニットを設置するステップと、前記レーザ切断ユニットで前記壁面を切断するステップと、を有することを特徴とする

前記構台に配置された仮置きユニットに切断して分離した壁面を収納するステップをさらに有することが好ましい。

本発明によれば、効率よく、かつ、高い安全性で作業を行うことができる。

図１は、本実施形態のレーザ切断システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、本実施形態のレーザ切断システムの概略構成を示す斜視図である。 図３は、本実施形態の移動ユニットの概略構成を示す模式図である。 図４は、本実施形態のレーザ切断システムが切断する壁面の周辺部の概略構成を示す模式図である。 図５は、本実施形態のダンパユニットの概略構成を示す模式図である。 図６は、本実施形態の粉塵回収ユニットの概略構成を示す模式図である。 図７は、本実施形態のレーザ切断装置を用いてコンクリート壁を切断する方法を示すフローチャートである。 図８は、他の実施形態のレーザ切断システムの概略構成を示す斜視図である。

本発明を実施するための実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

図１から図７を用いて、本実施形態について説明する。図１は、本実施形態のレーザ切断システムの概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態のレーザ切断システムの概略構成を示す斜視図である。図３は、本実施形態の移動ユニットの概略構成を示す模式図である。図４は、本実施形態のレーザ切断システムが切断する壁面の周辺部の概略構成を示す模式図である。レーザ切断システム１０は、切断対象物である壁面１にレーザを照射して、壁面１を切断する。本実施形態において、壁面１は、コンクリート壁である。壁面１は、例えば原子炉建屋に使用される鉄筋コンクリート壁である。壁面１は、薄板上の壁部１ａと、断面が矩形の柱部１ｂと、を有する。レーザ切断システム１０は、壁部１ａ、柱部１ｂの両方を切断する。

レーザ切断システム１０は、図１に示すように、レーザ切断ユニット１２と、レーザ出力装置１４と、レーザ切断ユニット付帯機器１６と、ダンパユニット１８と、ダンパ付帯機器２０と、防塵ユニット２２と、粉塵回収ユニット２４と、移動ユニット２６と、仮置き容器２７と、制御装置２８と、構台３２と、コンテナユニット３４と、を有する。

図１及び図２を用いて各部の配置について説明する。構台３２は、壁面１の外表面側、つまり建物の外壁側に設置されている。構台３２は、レーザ切断システム１０の各部が設置される基台である。本実施形態の構台３２は、壁面１の周りに設置されている。レーザ切断システム１０は、コンテナユニット３４と、仮置き容器２７とが、構台３２の上に設置されている。コンテナユニット３４は、複数のコンテナ３６を有する。コンテナ３６には、レーザ出力装置１４、レーザ切断ユニット付帯機器１６、ダンパ付帯機器２０、粉塵回収ユニット２４がそれぞれ格納されている。レーザ切断ユニット１２と、ダンパユニット１８は、移動ユニット２６によって支持されている。本実施形態の移動ユニット２６は、ワイヤ２０４で吊るされている。ワイヤ２０４は、例えばクレーンで支持され、必要に応じて、移動ユニット２６の位置を調整する。移動ユニット２６に支持されたレーザ切断ユニット１２とダンパユニット１８とは、壁面１の切断時に壁面１を挟んで対面する。防塵ユニット２２は、移動ユニット２６に支持されている。防塵ユニット２２は、移動ユニット２６の一部も含まれる。制御装置２８は、壁面１から離れた位置に配置されている。制御装置２８は、各部を遠隔で操作する。

次に、各部の構成と機能について説明する。レーザ切断ユニット１２は、壁面１にレーザを照射し、壁面１を切断する。レーザ切断ユニット１２は、切断ヘッド４０と、カメラ４２と、センサ４４と、を有する。切断ヘッド４０は、壁面１に向けてレーザを照射する先端部である。切断ヘッド４０は、レーザを通過させる開口、アシストガスを噴射するアシストガス供給部、冷却媒体を循環する冷却経路等が形成されている。カメラ４２は、切断ヘッド４０の近傍に配置され、切断ヘッド４０がレーザを照射する領域及び周辺をモニタする。カメラ４２は、モニタした画像を制御装置２８に送る。センサ４４は、切断ヘッド４０及び壁面１の状況を検出する素子である。センサ４４が、検出する情報としては、温度、流量、レーザの出力、切断ヘッド４０と加工位置との距離等が例示される。センサ４４は、検出結果を制御装置２８に送る。

レーザ出力装置１４は、レーザを発振する。レーザ出力装置１４は、例えば、ファイバレーザ源である。ファイバレーザ源は、光ファイバを媒質としてレーザを出力する。ファイバレーザ出力装置として、例えば、ファブリペロー型ファイバレーザ出力装置又はリング型ファイバレーザ出力装置が用いられてもよい。ファイバレーザ出力装置のファイバとして、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、及びイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加されたシリカガラスが用いられてもよい。なお、レーザ出力装置１４は、パルスレーザ源でもよい。パルスレーザ源は、例えば高出力のＹＡＧレーザパルス光源も使用可能である。レーザ出力装置１４は、１ｋＷ以上２００ｋＷのレーザを出力する。対象とするコンクリート板厚、鉄筋の量を考慮し、必要な切断速度が得られるレーザ出力を選択する。

レーザ出力装置１４は、レーザ伝送経路５０でレーザ切断ユニット１２に接続されている。レーザ伝送経路５０は、光ファイバ等、レーザを案内する機構であり、レーザ出力装置１４とレーザ切断ユニット１２とを接続する。レーザ出力装置１４は、発振したレーザをレーザ伝送経路５０に入射し、レーザ切断ユニット１２に送信する。なお、レーザ伝送経路５０は、レーザ切断ユニット１２と着脱可能な状態で接続している。

レーザ切断ユニット付帯機器１６は、レーザ切断ユニット１２の稼働に必要な各種媒体を供給する。レーザ切断ユニット付帯機器１６は、ヘッド冷却チラー４６と、アシストガス供給部４６とを有する。ヘッド冷却チラー４６は、切断ヘッド４０を冷却する冷却媒体を冷却する。アシストガス供給部４６は、切断ヘッド４０から噴射させるアシストガスを供給する。本実施形態において、アシストガスは、切断ヘッド４０の先端部に設けられた開口から噴射される。アシストガスとして、例えば、空気、窒素ガス、アルゴンガス、キセノンガス、ヘリウムガス、または、これらの混合ガスを用いることができる。

冷却媒体配管５２は、レーザ切断ユニット１２とヘッド冷却チラー４６とを接続する。冷却媒体配管５２は、レーザ切断ユニット１２とヘッド冷却チラー４６との間で冷却媒体が流通する循環経路を形成する。ガス供給配管５４は、レーザ切断ユニット１２とアシストガス供給部４６とを接続する。ガス供給配管５４は、アシストガス供給部４６からレーザ切断ユニット１２にアシストガスを供給する。冷却媒体配管５２、ガス供給配管５４は、可撓性を有する配管であり、レーザ切断ユニット１２に着脱可能な状態で接続されている。

図５は、本実施形態のダンパユニットの概略構成を示す模式図である。また、図５には、ダンパユニット１８に接続されるダンパ付帯機器２０も合わせて示している。ダンパユニット１８は、壁面１を挟んで、レーザ切断ユニット１２と対面して配置されている。ダンパユニット１８は、レーザ切断ユニット１２から照射されるレーザの光路上に配置されている。ダンパユニット１８は、レーザ切断ユニット１２から出力される加工用の高出力レーザを遮蔽する装置である。ここで、ダンパユニット１８によって遮蔽される高出力レーザは、ｋＷオーダーの出力となっており、レーザの照射エネルギーが大きいことから、ダンパユニット１８は、高出力レーザの照射エネルギーを効率よく吸収可能なものとなっている。

図５に示すように、ダンパユニット１８は、筐体１１５と、水カーテン（液体カーテン）１１６と、水カーテン１１７と、レーザ受け板１１８と、水循環機構１１９と、を備えている。また、ダンパ付帯機器２０は、ダンパユニット１８の稼働に必要な各種媒体を供給する。ダンパ付帯機器２０は、ポンプ１４２と、エア供給源１４４と、ダンパ給水タンク１５２と、ダンパ用チラー１５４とを有する。ポンプ１４２、ダンパ用チラー１５４は、水循環機構１１９の一部となる。

筐体１１５は、方形の箱状に形成されており、その内部に、水カーテン１１６、水カーテン１１７及びレーザ受け板１１８を収容している。筐体１１５は、その内部にレーザ及びアシストガスを導入する開口１２５が貫通形成され、開口１２５は、筐体１１５の側面に貫通形成されている。このため、開口１２５を介して筐体１１５内部に導入されるレーザは、その照射方向が水平方向となる。また、筐体１１５は、内部の下部側が、水カーテン１１６、水カーテン１１７で用いられる水（液体）を溜める水槽１２６となっている。この水槽１２６には、後述する水循環機構１１９が接続されている。さらに、筐体１１５には、内部に導入されるアシストガス及び水カーテン１１６で用いられるガスを排出するためのガス排出口（ガス排出流路）１２７が形成される。ガス排出口１２７は、水カーテン１１６から噴射されるガスが吹き当たる筐体１１５の側面の部位、または、水カーテン１１６から噴射されるガスの流れ方向の下流側近傍の筐体１１５の側面の部位に貫通形成される。

水カーテン１１６は、筐体１１５内部において、水膜（液膜）１３５を形成している。水カーテン１１６は、チャンバ１３１にスリット開口（流出口）１３２が形成されている。チャンバ１３１は、筐体１１５内部の天井に取り付けられ、レーザの照射方向に対して直交する方向を長手方向とし、長手方向に延在して設けられている。チャンバ１３１の内部に供給される水は、チャンバ１３１の長手方向に亘って行き渡る。スリット開口１３２は、チャンバ１３１内に供給された水を流出させる流出口となっており、チャンバ１３１の下面側に設けられている。また、スリット開口１３２は、チャンバ１３１の長手方向に延在して形成されている。なお、水カーテン１１６では、水を用いたが、レーザの照射エネルギーを吸収可能な液体であればいずれであってもよい。この水カーテン１１６に、水が供給されると、水は、チャンバ１３１の長手方向に亘って行き渡り、スリット開口１３２から流出する。スリット開口１３２から流出した水は、レーザの照射方向に直交する面を有する、カーテン状の水膜１３５となる。ここで、水カーテン１１６に水を供給する経路には、エア供給源１４４が接続されている。水カーテン１１６は、水に加え、空気が供給される。水カーテン１１６は、水と空気が供給されることで、スリット開口１３２から離れるにしたがって幅が広がる水膜１３５が形成される。

水カーテン１１７は、筐体１１５内部において、水膜１３６を形成している。水カーテン１１７は、チャンバ１３１にスリット開口（流出口）１３７が形成されている。チャンバ１３１は、筐体１１５内部の天井に取り付けられ、レーザの照射方向に対して直交する方向を長手方向とし、長手方向に延在して設けられている。チャンバ１３１の内部に供給される水は、チャンバ１３１の長手方向に亘って行き渡る。スリット開口１３７は、チャンバ１３１内に供給された水を流出させる流出口となっており、チャンバ１３１の下面側に設けられている。また、スリット開口１３２は、チャンバ１３１の長手方向に延在して形成されている。なお、水カーテン１１７では、水を用いたが、レーザの照射エネルギーを吸収可能な液体であればいずれであってもよい。この水カーテン１１６に、水が供給されると、水は、チャンバ１３１の長手方向に亘って行き渡り、スリット開口１３７から流出する。スリット開口１３７から流出した水は、レーザの照射方向に直交する面を有する、カーテン状の水膜１３６となる。ここで、水カーテン１１７は、空気が供給されない。水カーテン１１７は、水のみが供給されることで、スリット開口１３７から離れるにしたがって広がる幅が水膜１３５よりも小さい水膜１３６が形成される。

水カーテン１１６、１１７により形成される水膜１３５、１３６には、レーザが照射される。水膜１３５、１３６は、レーザの照射エネルギーを吸収しており、鉛直方向の上方側から下方側に向かって流れる。つまり、水膜１３５、１３６は、筐体１１５内部の上部の天井側から、筐体１１５内部の下部の水槽１２６に向かって流れる。水膜１３５、１３６は、レーザの照射方向における厚さである膜厚が、１０ｍｍ程度となっている。また、水膜１３５、１３６は、その流速が、２ｍ／ｓ以上２８ｍ／ｓ以下の範囲となっている。ここで、下限となる水膜１３５の流速は、水膜１３５にレーザが照射されることにより水が蒸発しないような流速である。また、上限となる水膜１３５、１３６の流速は、ジェット流のような気泡が発生し易い流速とはなっておらず、気泡が発生し難い流速となっている。

また、水カーテン１１６と水カーテン１１７とは、レーザの照射方向に並んで配置されており、水カーテン１１６が、水カーテン１１７に対して照射方向の下流側に配置され、換言すれば、水カーテン１１７が、水カーテン１１６に対して照射方向の上流側に配置されている。

水カーテン１１７により形成される水膜１３６には、レーザの周囲にあるアシストガスが噴き当たる。水膜１３６は、噴き当たるアシストガスの水膜１３５への流入を抑制している。この水膜１３６は、鉛直方向の上方側から下方側に向かって流れる。つまり、水膜１３６は、筐体１１５内部の上部の天井側から、筐体１１５内部の下部の水槽１２６に向かって流れ、筐体１１５内部の一方の側面から、筐体１１５内部の他方の側面に向かって流れる。水膜１３６は、水膜１３５よりも広がりが小さい膜であるため、アシストガスをより遮断することができ、下流側の水膜１３５へのアシストガスの影響を低減することができる。

水カーテン１１６により形成される水膜１３５は、内部に気体が混合された状態で噴射されることで、水がレーザを吸収し、さらに通過するレーザを気体と液体の境界で散乱させる。これにより、通過するレーザのエネルギーを吸収し、散乱させることで、単位面積当たりの出力を低減させる。

レーザ受け板１１８は、水カーテン１１６、水カーテン１１７により減衰したレーザを受ける部材であり、例えば、金属を用いた金属板となっている。レーザ受け板１１８は、レーザを受けることで、筐体１１５内部においてレーザを遮蔽する。

水循環機構１１９は、筐体１１５の水槽１２６に溜まった水を、水カーテン１１６に循環させる機構となっている。水循環機構１１９は、循環流路１４１と、循環流路１４１に設けられるポンプ１４２と、を有している。循環流路１４１は、その一方が筐体１１５の水槽１２６に接続され、その他方が水カーテン１１６のチャンバ１３１に接続されている。ポンプ１４２は、水槽１２６に溜まった水を、水カーテン１１６へ向けて圧送する。

水圧計１４６は、循環流路１４１に配置され、水カーテン１１６に供給される水の圧力を検出する。水圧計１４８は、循環流路１４１に配置され、水カーテン１１７に供給される水の圧力を検出する。圧力計１５０は、エア供給源１４４から水カーテン１１６に供給される空気の圧力を検出する。水圧計１４６、１４８と、圧力計１５０とは、計測した結果を制御装置２８に送る。ダンパ給水タンク１５２は、水を貯留するタンクであり、水循環機構１１９で循環する水を補給する。ダンパ用チラー１５４は、循環流路１４１に配置され、循環流路１４１を流れる水を冷却する。

ダンパユニット１８は、加工機械で使用される高出力レーザ等のレーザが照射されると、照射されたレーザは、レーザの周囲のアシストガスと共に、筐体１１５の開口１２５を介して、筐体１１５内部に導入される。筐体１１５内部に導入されたレーザ及びアシストガスは、先ず、水カーテン１１７により形成される水膜１３６と交差する。アシストガスは、水膜１３６と交差することで、水膜１３５への流通が阻まれる。レーザは、水膜１３６と交差することで、照射エネルギーが吸収されることで減衰する。水膜１３６を通過したレーザは、水カーテン１１６により形成される水膜１３５と交差する。レーザは、水膜１３５と交差することで、照射エネルギーが吸収されることで減衰する。減衰したレーザは、水膜１３５で散乱され、照射範囲を広げられた後、レーザ受け板１１８に入射し、レーザ受け板１１８により遮蔽される。

防塵ユニット２２は、カバー１７０と、カバー１７２とを有する。カバー１７０は、壁面１のレーザ切断ユニット１２側の面を覆っている。つまり、カバー１７０は、切断位置のレーザ切断ユニット１２側を覆っている。カバー１７２は、壁面１のダンパユニット１８側の面を覆っている。つまり、カバー１７０は、切断位置のダンパユニット１８側を覆っている。防塵ユニット２２は、壁面１のレーザ切断システム１０で加工される領域を、カバー１７０と、カバー１７２で覆う。これにより、加工時に生じる粉塵をカバー１７０、１７２の外に漏れることを抑制する。ここで、粉塵には、切断で生じるヒュームやダストが含まれる。カバー１７０、１７２には、開口部１７４が設けられている。開口部１７４には、配管１７６が接続されている。配管１７６は、カバー１７０、１７２の開口部１７４と接続し、他方が粉塵回収ユニット２４に接続されている。

図６は、本実施形態の粉塵回収ユニットの概略構成を示す模式図である。粉塵回収ユニット２４は、配管１７６と接続されており、防塵ユニット２２の内部の粉塵を回収する。粉塵回収ユニット２４は、例えばサイクロン１８０と、電気集塵機１８２と、フィルタユニット１８４と、粉塵回収ファン１８６と、を有する。粉塵回収ユニット２４は、配管１７６の上流から、サイクロン１８０と、電気集塵機１８２と、フィルタユニット１８４と、粉塵回収ファン１８６の順で接続されている。サイクロン１８０は、配管１７６から供給される粉塵を含む気体を遠心分離し、気体から粉塵を回収する。電気集塵機１８２は、サイクロン１８０を通過した気体に含まれる粉塵を回収する。フィルタユニット１８４は、例えば、ＨＥＰＡフィルタであり、サイクロン１８０、電気集塵機１８２で捕集できない粉塵を捕集する。粉塵回収ファン１８６は、配管１７６に防塵ユニット２２から粉塵回収ユニット２４に向かう空気の流れを形成する。つまり、防塵ユニット２２内の空気を吸引する。粉塵回収ユニット２４は、サイクロン１８０、電気集塵機１８２、フィルタユニット１８４の順で粉塵を回収することで、効率よく粉塵を回収し、防塵ユニット２２内の粉塵を回収する。

移動ユニット２６は、レーザ切断ユニット１２の切断ヘッド４０と、ダンパユニット１８のレーザを遮蔽する領域とを連動して移動させる。移動ユニット２６は、移動筐体２０２と、ワイヤ２０４と、ヘッド移動機構２０６と、ダンパ移動機構２０８と、を有する。移動筐体２０２は、ヘッド移動機構２０６と、ダンパ移動機構２０８とを支持する。移動筐体２０２は、細長い板状の天井面２１０と、天井面２１０の対抗する長辺の２辺にそれぞれ連結され、鉛直方向下側に延びた板状の側面２１２、２１４とを有する。天井面２１０は、切断時に壁面１の鉛直方向上側の面と対面する。天井面２１０は、鉛直方向上側の面にワイヤ２０４が連結される例えば２つの取っ手２２０が設けられている。側面２１２は、鉛直方向上側の面が天井面２１０と連結し、加工時に壁面１の外側の面（建物の外壁となる面）と対面する。側面２１２は、鉛直方向上側の面が天井面２１０と連結し、加工時に壁面１の外側の面（建物の外壁となる面）と対面する。側面２１４は、鉛直方向上側の面が天井面２１０と連結し、加工時に壁面１の内側の面（建物の内壁となる面）と対面する。天井面２１０、側面２１２、２１４は、防塵ユニット２２の一部となる。

図２及び図３に示すように、ヘッド移動機構２０６は、側面２１２の側面２１４側の面に配置されている。ヘッド移動機構２０６は、レーザ切断ユニット１２を側面２１２に沿って、つまり壁面１に沿って移動させる機構であり、水平方向移動機構２２０と、鉛直方向移動機構２２２と、を有する。水平方向移動機構２２０は、例えば水平方向に延びたレールとレールに沿って移動する移動部を有する。鉛直方向移動機構２２２は、水平方向移動機構２２０の移動部に固定され、鉛直方向に延びるレールと、レールを移動する移動部とを有する。鉛直方向移動機構２２２の移動部にレーザ切断ユニット１２が固定されている。ヘッド移動機構２０６は、鉛直方向移動機構２２２でレーザ切断ユニット１２を鉛直方向に移動させ、水平方向移動機構２２０で鉛直方向移動機構２２２を水平方向に移動させることで、レーザ切断ユニット１２を水平方向に移動させる。

ダンパ移動機構２０８は、側面２１４の側面２１２側の面に配置されている。ダンパ移動機構２０８は、ダンパユニット１８を側面２１４に沿って、つまり壁面１に沿って移動させる機構であり、水平方向移動機構２３０と、鉛直方向移動機構２３２と、を有する。水平方向移動機構２３０は、水平方向に延びたレールとレールに沿って移動する移動部を有する。鉛直方向移動機構２３２は、水平方向移動機構２３０の移動部に固定され、鉛直方向に延びるレールと、レールを移動する移動部とを有する。鉛直方向移動機構２３２の移動部にダンパユニット１８が固定されている。ダンパ移動機構２０８は、鉛直方向移動機構２３２でダンパユニット１８を鉛直方向に移動させ、水平方向移動機構２３０で鉛直方向移動機構２３２を水平方向に移動させることで、ダンパユニット１８を水平方向に移動させる。

移動ユニット２６は、移動筐体２０２で、ヘッド切断ユニット１２とダンパユニット１８を壁面１の切断位置の近傍を挟む位置に移動させ、加工時は、ヘッド移動機構２０６でヘッド切断ユニット１２を移動させ、ダンパ移動機構２０８でダンパユニット１８を移動させる。また、移動ユニット２６は、切断した壁面を搬送する搬送機構をさらに備えることが好ましい。

仮置き容器２７は、上面が開放された箱であり、構台３２に移動可能な状態で設置されている。仮置き容器２７は、切断した壁面１が収容される。仮置き容器２７は、クレーン等で構台３２から移動可能である。レーザ切断ユニット１０は、複数の仮置き容器２７を交換して使用しても、１つの仮置き容器２７を繰り返し使用してもよい。

制御装置２８は、壁面１から離れた位置に配置されている。制御装置２８は、演算処理部、表示部、操作部等を備えており、作業者の入力や、センサの検出結果、予め設定されているプログラムに基づいて、レーザ切断ユニット１０、ダンパユニット１８、レーザ出力装置１４、レーザ切断ユニット付帯機器１６、ダンパ付帯機器２０及び粉塵回収ユニット２４の各部の動作を制御する。

次に、本実施形態に係るレーザ切断システム１０を用いて壁面１を切断する方法（壁面切断方法）について、図７のフローチャートを参照して説明する。以下、レーザ切断システム１０が実行する処理として記載するが、切断までの準備作業は、作業者が行っても、作業装置が自動で行っても、作業装置を作業者が遠隔操作して行ってもよい。

レーザ切断システム１０は、壁面１の外側に構台３２を設置する（ステップＳ１２）。構台３２は、壁面１の切断する高さの近傍に設置する。レーザ切断システム１０は、コンテナ３４を構台３２上に設置する（ステップＳ１４）。各部が格納されたコンテナ３４を構台３２上に設置することで、レーザ切断システム１０の各部を切断する領域の近くに配置する。レーザ切断システム１０は、レーザ切断ユニット１２とダンパユニット１８を壁面に設置する（ステップＳ１６）。移動ユニット２６でレーザ切断ユニット１２とダンパユニット１８を一体で移動させ、壁面１の切断する位置に設置する。次に、レーザ切断システム１０は、各部の系統を接続する（ステップＳ１８）。コンテナ３４に収納された各部と、レーザ切断ユニット１２及びダンパユニット１８を接続する。具体的には、レーザ伝送経路５０、冷却媒体配管５２、ガス供給配管５４、循環流路１３４に加え、制御用の配線や、電線を各部に接続する。次に、レーザ切断システム１０は、防塵ユニット２２を設置する（ステップＳ２０）。防塵ユニット２２は、移動ユニット２６に事前に設置しておいてもよい。

レーザ切断システム１０は、壁面１を切断する（ステップＳ２２）。レーザ切断システム１０は、移動ユニット２６で、レーザ切断ユニット１２からレーザを照射しつつ、レーザ切断ユニット１２とダンパユニット１８とを移動させることで、壁面１を切断する。移動ユニット２６は、レーザ切断ユニット１２を、水平方向、鉛直方向にそれぞれ直線上に移動させ、壁面１を矩形に切断する。レーザ切断システム１０は、切断した壁面１を仮置き容器２７に収容する（ステップＳ２４）。切断した壁面１は、移動ユニット２６の移動筐体２０２に配置した搬送装置で搬送しても、別の搬送機構で搬送してもよい。

レーザ切断システム１０は、仮置き容器２７にさらに切断した壁面を収容できるかを判定する（ステップＳ２６）。レーザ切断システム１０は、仮置き容器２７に切断した壁面を収容できない、つまり仮置き容器２７が満載である（ステップＳ２６でＮｏ）と判定した場合、仮置き容器２７内の壁面を除去する（ステップＳ２８）。レーザ切断システム１０は、仮置き容器２７を交換して、構台３２に設置されている仮置き容器２７内の切断された壁面を除去しても、仮置き容器２７を構台３２から、地面に移動させ、内部の切断された壁面を除去し、再度仮置き容器２７を構台３２に移動させてもよい。

レーザ切断システム１０は、仮置き容器２７にさらに切断した壁面を収容できる（ステップＳ２６でＹｅｓ）と判定した場合、ステップＳ３０に進む。レーザ切断システム１０は、仮置き容器２７の壁面を除去した場合、仮置き容器２７の新たな壁面を収容できる場合、切断終了かを判断する（ステップＳ３０）。レーザ切断システム１０は、切断終了ではない（ステップＳ３０でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ２２に戻り、壁面の切断を行う。レーザ切断システム１０は、移動ユニット２６でレーザ切断ユニット１２、ダンパユニット１８の位置を移動させ、残っている壁面１の切断を行う。レーザ切断システム１０は、切断終了である（ステップＳ３０でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。

レーザ切断システム１０は、以上のように、移動ユニット２６でレーザ切断ユニット１２を移動可能とし、防塵ユニット２２、粉塵回収ユニット２４を設けることで、建物等の建造物の壁面を安全に切断することができる。具体的には、原子力施設の建造物等、放射線環境下で切断する場合でも、レーザを用いて非接触及び遠隔で切断することで、加工機器が壁面１に食い込んで取れなくなることを防止でき、且つ作業者の被曝低減が図れる。また、防塵ユニット２２、粉塵回収ユニット２４で加工時に生じるヒューム、埃を回収することで、外部に放射線物質が飛散することを抑制することができる。

また、レーザ切断システム１０は、コンテナユニットに各部を収納し、ユニット化することで、各部を壁面１の近傍に簡単に配置することができる。また、壁面１に構台３２を設けることで、切断する壁面１の近傍に各種機器を配置することができ、アシストガスや、冷却媒体等を効率よく供給することができる。また、構台３２に仮置き容器２７を置くことができる。また、仮置き容器２７を設けることで、切断した壁面をすぐに収容することができ、効率よく解体作業を行うことができる。また、レーザ照射ユニット１２とダンパユニット１８を相対的に移動させつつ、加工を行うことで装置を小型化することができる。

図８は、他の実施形態のレーザ切断システムの概略構成を示す斜視図である。図８に示すレーザ切断システム１０ａは、基本的な構成は、レーザ切断システム１０と同様であるので、レーザ切断システム１０ａに特有の点を説明する。レーザ切断システム１０ａは、ダンパユニット１８ａを有する。ダンパユニット１８ａは、ヘッド移動ユニット２６ａがレーザ切断ユニット１２を移動させる範囲の全域に配置されている。

レーザ切断ユニット１２を移動させるヘッド移動機構２５０は、構台３２に固定されている。ヘッド移動機構２５０は、レーザ切断ユニット１２を側面２１２に沿って、つまり壁面１に沿って移動させる機構であり、水平方向移動機構２５０と、鉛直方向移動機構２５２と、を有する。水平方向移動機構２５０は、水平方向に延びたレール２５０ａとレール２５０ａに沿って移動する移動部２５２を有する。レール２５０ａは、構台３２に固定されている。鉛直方向移動機構２５２は、水平方向移動機構２５０の移動部に固定され、鉛直方向に延びるレール２５２ａと、レール２５２ａを移動する移動部２５２ｂとを有する。鉛直方向移動機構２５２の移動部２５２ｂにレーザ切断ユニット１２が固定されている。ヘッド移動機構２５０は、鉛直方向移動機構２５２でレーザ切断ユニット１２を鉛直方向に移動させ、水平方向移動機構２５０で鉛直方向移動機構２５２を水平方向に移動させることで、レーザ切断ユニット１２を水平方向に移動させる。

また、レーザ切断システム１０ａは、シート状で変形可能なカバー２５２を有する。カバー２５２は、壁面１のレーザ切断ユニット１２側の構造物に一端が固定され、ダンパユニット１８側に延在する。カバー２５２は、壁面１のレーザ切断ユニット１２側からダンパユニット１８側に延びることで、壁面１の鉛直方向上側の面と、ダンパユニット１８側の面を覆う。防塵ユニット２２は、加工で生じ、ダンパユニット１８ａ側の面に排出されるドロスを回収するドロス回収部２５４を有する。ドロス回収部２５４は、ダンパユニット１８と壁面１の間で、ダンパユニット１８よりも鉛直方向下側に配置されている。ドロス回収部２５４は、ドロスを回収することで、周囲に飛散することを防止する。

レーザ切断システム１０ａは、ダンパユニット１８ａを、全面に配置することで、ダンパユニットを移動させる機構を設けることなく、切断を行うことができる。また、変形可能な材料で形成されたカバー２５２を設けることで、切断により形状が変化する壁面１に追従して、周囲を覆うことが可能となり、粉塵の排出をより抑制することができる。

また、レーザ切断システム１０ａは、ダンパユニット１８ａをレーザ切断ユニット１２に合わせて移動させない場合、ダンパユニット１８ａを隣接する柱部１ｂに固定するようにしてもよい。柱部１ｂにダンパユニット１８ａを固定することで、柱１ｂとダンパユニット１８ａで、ダンパユニット１８ａ側の空間を遮蔽することができ、柱１ｂとダンパユニット１８ａを防塵ユニット２２のカバーとして用いることができる。また、粉塵が漏れることをより好適に抑制することができる。また、ダンパユニット１８ａを柱１ｂに固定することで、移動ユニット２６が加工時に支持する重量を少なくすることができる。また、壁面１の内側に支持機構を設ける必要もなくなる。

また、防塵ユニット２２は、効率よく粉塵を除去できるため、壁面１の加工領域の近傍を覆うようにしたが、壁面１を有する構造物の全体を覆うようにしてもよい。

１ 壁面
１ａ 壁部
１ｂ 柱部
１０、１０ａ レーザ切断システム
１２ レーザ切断ユニット
１４ レーザ出力装置
１６ レーザ切断ユニット付帯機器
１８、１８ａ ダンパユニット
２０ ダンパ付帯機器
２２ 防塵ユニット
２４ 粉塵回収ユニット
２６ 移動ユニット
２７ 仮置き容器
２８ 制御装置
３２ 構台
３４ コンテナユニット
３６ コンテナ
４０ 切断ヘッド
４２ カメラ
４４ センサ
４６ ヘッド冷却用チラー
４８ アシストガス供給部
５０ レーザ伝送経路
５２ 冷却媒体配管
５４ ガス供給配管
１１５ 筐体
１１６ 水カーテン
１１７ 水カーテン
１１８ レーザ受け板
１１９ 水循環機構
１２０ 制御部
１２５ 開口
１２６ 水槽
１２７ ガス排出口
１３２ スリット開口
１３５、１３６ 水膜
１３７ 噴射ノズル
１４１ 循環流路
１４２ ポンプ
１４４ エア供給源
１４６、１４８ 水圧計
１５０ 圧力計
１５２ ダンパ給水タンク
１５４ ダンパ用チラー
１７０、１７２ カバー
１７４ 開口部
１７６ 配管
１８０ サイクロン
１８２ 電気集塵機
１８４ フィルタユニット
１８６ 粉塵回収ブロア
２０２ 移動筐体
２０４ ワイヤ
２０６ ヘッド移動機構
２０８ ダンパ移動機構

Claims (8)

1. レーザを出力するレーザ出力装置と、
   前記レーザ出力装置から出力されたレーザを切断対象物と対向した状態で前記レーザを射出するレーザ切断ユニットと、
   前記切断対象物を介して前記レーザ切断ユニットと対面し、前記切断対象物を通過したレーザを遮蔽するダンパユニットと、
   前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットを移動させる移動装置と、
   前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットが配置されている加工領域を覆う防塵ユニットと、
   前記防塵ユニット内の空気を吸引し、粉塵を除去する粉塵回収ユニットと、を有することを特徴とするレーザ切断システム。
2. 前記レーザ出力装置が収納されたコンテナと、前記粉塵回収ユニットが収納されたコンテナをそれぞれ備えるコンテナユニットをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレーザ切断システム。
3. 前記コンテナユニットは、前記切断対象物に設置された構台に載置されることを特徴とする請求項２に記載のレーザ切断システム。
4. 前記構台に配置され、切断した切断対象物を収容する仮置き容器をさらに有することを特徴とする請求項３に記載のレーザ切断システム。
5. 前記防塵ユニットは、前記切断対象物とダンパ装置を覆うカバーを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザ切断システム。
6. 切断対象物は、放射性物質に汚染された構造物の壁面である請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザ切断システム。
7. 構造物の壁面を切断する壁面切断方法であって、
   前記壁面の外側面に構台を設置するステップと、
   前記構台にコンテナに収納された各機器を設置するステップと、
   前記壁面にレーザ切断ユニット及びダンパユニットを設置するステップと、
   前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットと前記コンテナに収納された各機器とを接続するステップと、
   前記レーザ切断ユニット及び前記ダンパユニットが配置されている加工領域を覆う防塵ユニットを設置するステップと、
   前記レーザ切断ユニットで前記壁面を切断するステップと、を有することを特徴とする壁面切断方法。
8. 前記構台に配置された仮置きユニットに切断して分離した壁面を収納するステップをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の壁面切断方法。

Images