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国立研究开发法人日本原子能研究开发机构的研发小组全球率先开发出了可通过照射激光后产生的反射光来监控切割性能(锋利度)的自动控制装置。当检测到切割性能降低时，可调节激光输出和切割速度，始终保持适当的切割性能。该装置已于2018年1月5日申请专利(第6265417号)。
【研究成果】
清除燃料残渣等时，需要处理表面形状不规则、凹凸不平的金属与陶瓷材料混合物。为此，研发小组开发了通过激光扫描仪识别不规则的表面形状，并以此为基础利用x-y-z 3轴机器人控制激光加工头的装置。另外，该装置还附加了使向金属材料连续照射激光进行熔断，以及向陶瓷材料照射脉冲激光进行粉碎的机器人联动控制功能(参见图1)。
图1：激光溶断及粉碎，适应控制装置的构成
图2为上述功能的性能确认照片。针对在碳钢表面上的不规则形状陶瓷材料(氧化铝锭片)试验体，利用激光扫描仪识别表面形状后，使激光的连续照射和脉冲照射，并同时与机器人联动进行熔断与粉碎。结果确认，能切实熔断和粉碎表面形状不规则的金属材料与陶瓷材料混合物，该控制装置可用来清除福岛第一核电站中的燃料残渣。
图2：激光溶断及粉碎，适应控制试验的一个示例
进行激光熔断时，通过照射激光会产生反射光。被激光熔断的金属如果排出情况良好(切割良好)，则反射光信号较弱并且保持稳定，如果排出情况不好(切割不良)，反射光信号会急剧增加，同时还会大幅振动。
图3是以试片厚度在背面从2mm逐渐增至50mm的不规则形状材料为对象实施的熔断适应控制试验的照片，试验确认，根据随着试片厚度的增加而发生变化的反射光特性，通过激光输出和辅助气体压力的恢复及缓解动作维持了熔断性能，准确执行了最大厚度为50mm的熔断。
图3：激光溶断，适应控制试验的一个示例
文 客观日本编辑部
