(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工点に粉末状肉盛り材料を供給するノズルと、加工点に供給された粉末状肉盛り材料にレーザビームを照射して肉盛り部を形成するレーザ照射部を備えたレーザ肉盛り装置において、加工点における粉末状肉盛り材料の到達位置のずれおよび広がり幅の誤差を検出する到達状況検出手段を設けると共に、ノズルを駆動して到達状況検出手段で得た粉末状肉盛り材料の到達位置のずれを修正するノズル駆動機構およびノズルの口径を変化させて到達状況検出手段で得た粉末状肉盛り材料の広がり幅の誤差を修正するノズル径可変機構を設けたことを特徴とするレーザ肉盛り装置。
【請求項２】
到達状況検出手段は、加工点を中心にして略９０゜の間隔をおいて配置されて加工点に向けてそれぞれレーザビームを照射する２個の照射部と、加工点を間にして２個の照射部とそれぞれ対向配置された２個の受光部を備えている請求項１に記載のレーザ肉盛り装置。
【請求項３】
到達状況検出手段は、加工点を中心にして略９０゜の間隔をおいて巴状に配置された４個の振動センサを備えている請求項１に記載のレーザ肉盛り装置。
【請求項４】
ノズル駆動機構は、レーザ照射部に取り付けてある請求項１ないし３のいずれかに記載のレーザ肉盛り装置。
【請求項５】
ノズル径可変機構は、対向して配置されて互いに接近離間する２枚のプレートを具備し、両プレート間に径方向に変形可能としたノズルを挟み込んでなっている請求項１ないし４のいずれかに記載のレーザ肉盛り装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、エンジンのシリンダヘッドのバルブシート部に被覆金属のビードを形成するのに利用されるレーザ肉盛り装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ肉盛り装置では、加工点に粉末状肉盛り材料を供給するノズルがレーザ照射部に固定されているので、ロット毎の吸湿状態や密度分布などの違いにより粉末状肉盛り材料の供給状況が変化すると、例えば、バルブシート部にビードを形成する場合には、▲１▼ノズルの中心がレーザビームの中心に対してずれてしまうと、バルブシート部に粉末状肉盛り材料が供給されていない部位が発生して割れが生じる、▲２▼加工点に到達した粉末状肉盛り材料の幅がレーザビームの幅よりも大きくなると、ビードの両側に残ってしまう粉末状肉盛り材料が隣接するバルブシート部に入り込み、このバルブシート部へのビーム形成時に粉末状肉盛り材料過多による未溶着部分が発生する、▲３▼加工点に到達した粉末状肉盛り材料の幅がレーザビームの幅よりも小さくなると、ビードの両側に希釈部分ができて割れが生じる、といった問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００３】
【発明の目的】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ロット毎の吸湿状態や密度分布などの違いにより粉末状肉盛り材料の供給状況が変化したとしても、肉盛り部ないしその近傍に未溶着部分や割れなどの欠陥が生じるのを防ぐことができるレーザ肉盛り装置を提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係わる発明は、加工点に粉末状肉盛り材料を供給するノズルと、加工点に供給された粉末状肉盛り材料にレーザビームを照射して肉盛り部を形成するレーザ照射部を備えたレーザ肉盛り装置において、加工点における粉末状肉盛り材料の到達位置のずれおよび広がり幅の誤差を検出する到達状況検出手段を設けると共に、ノズルを駆動して到達状況検出手段で得た粉末状肉盛り材料の到達位置のずれを修正するノズル駆動機構およびノズルの口径を変化させて到達状況検出手段で得た粉末状肉盛り材料の広がり幅の誤差を修正するノズル径可変機構を設けた構成としたことを特徴としており、このレーザ肉盛り装置の構成を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００５】
本発明の請求項２に係わるレーザ肉盛り装置において、到達状況検出手段は、加工点を中心にして略９０゜の間隔をおいて配置されて加工点に向けてそれぞれレーザビームを照射する２個の照射部と、加工点を間にして２個の照射部とそれぞれ対向配置された２個の受光部を備えている構成としている。
【０００６】
本発明の請求項３に係わるレーザ肉盛り装置において、到達状況検出手段は、加工点を中心にして略９０゜の間隔をおいて巴状に配置された４個の振動センサを備えている構成としている。
【０００７】
本発明の請求項４に係わるレーザ肉盛り装置において、ノズル駆動機構は、レーザ照射部に取り付けてある構成としている。
【０００８】
本発明の請求項５に係わるレーザ肉盛り装置において、ノズル径可変機構は、対向して配置されて互いに接近離間する２枚のプレートを具備し、両プレート間に径方向に変形可能としたノズルを挟み込んでなっている構成としている。
【０００９】
【発明の作用】
本発明の請求項１に係わるレーザ肉盛り装置では、例えば、バルブシート部にビードを形成するに際して、ロット毎の吸湿状態や密度分布などの違いにより粉末状肉盛り材料の供給状況が変化して、ノズルの中心がレーザビームの中心に対してずれている場合には、すなわち、加工点における粉末状肉盛り材料の到達位置がずれている場合には、このずれが到達状況検出手段により検出され、これに基づいてノズル駆動機構によりノズルを作動して粉末状肉盛り材料の到達位置のずれを修正すれば、バルブシート部に粉末状肉盛り材料が供給されていない部位ができることがなく、その結果、ビードの近傍に割れが生じることが回避されることとなる。
【００１０】
一方、加工点に到達した粉末状肉盛り材料の幅がレーザビームの幅よりも大きかったり小さかったりした場合には、すなわち、加工点における粉末状肉盛り材料の広がり幅に誤差がある場合には、この誤差が到達状況検出手段によって検出され、これに基づいてノズル径可変機構によってノズルの口径を変化させて粉末状肉盛り材料の広がり幅の誤差を修正すると、ビード近傍に粉末状肉盛り材料が残ることや希釈部分が生じることがなくなり、ビードに未溶着部分が発生したりビードの近傍に割れが発生したりすることが阻止されることとなる。
【００１１】
本発明の請求項２に係わるレーザ肉盛り装置では、２個の照射部から２個の受光部に対してレーザビームをそれぞれ照射すると、加工点に供給される粉末状肉盛り材料の影が２個の受光部にそれぞれ生じることとなり、粉末状肉盛り材料を避けて２個の受光部に到達したレーザビームから２方向の影の幅を測定すると、加工点における粉末状肉盛り材料の到達位置のずれおよび広がり幅の誤差が確実に検出されることとなる。
【００１２】
本発明の請求項３に係わるレーザ肉盛り装置では、巴状をなして位置している４個の振動センサのうちの互いに対向する振動センサを各々所定の間隔をおいて配置すると、加工点における粉末状肉盛り材料の到達位置がずれていたり広がり幅に誤差があったりした場合には、所定位置を外れている粉末状肉盛り材料が４個の振動センサのうちのいずれかの振動センサに接触するので、粉末状肉盛り材料の到達位置のずれおよび広がり幅の誤差が確実に検出されることとなる。
【００１３】
本発明の請求項４に係わるレーザ肉盛り装置では、上記した構成としているので、装置の小形化を図ったうえで、ビードないしその近傍に未溶着部分や割れなどの欠陥が生じるのが回避されることとなり、本発明の請求項５に係わるレーザ肉盛り装置において、上記した構成としていることから、簡単な構造でノズルの口径を変化させ得ることとなる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係わるレーザ肉盛り装置では、上記した構成としていることから、例えば、バルブシート部にビードを形成するに際して、ロット毎の吸湿状態や密度分布などの違いにより粉末状肉盛り材料の供給状況が変化したとしても、ビードないしその近傍に未溶着部分や割れなどの欠陥が生じるのを防止することが可能であるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１５】
本発明の請求項２および３に係わるレーザ肉盛り装置では、加工点における粉末状肉盛り材料の到達位置のずれおよび広がり幅の誤差を確実に検出することが可能であるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１６】
本発明の請求項４に係わるレーザ肉盛り装置では、上記した構成としたから、装置を小形に保ちつつ、ビードないしその近傍に未溶着部分や割れなどの欠陥が生じるのを防ぐことが可能であるという極めて優れた効果がもたらされ、本発明の請求項５に係わるレーザ肉盛り装置では、上記した構成としたため、構造を複雑化させることなく、ノズルの口径を変化させることができるという極めて優れた効果がもたらされる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図４は本発明に係わるレーザ肉盛り装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係わるレーザ肉盛り装置によってエンジンのシリンダヘッドのバルブシート部にビードを形成する場合を示す。
【００１９】
図１に示すように、このレーザ肉盛り装置１は、粉末状肉盛り材料Ｍを加工点Ｗ側に送給する肉盛り材料送給部２と、この肉盛り材料送給部２から流路３および受け口９を介して送られた粉末状肉盛り材料Ｍを加工点Ｗに向けて供給するノズル４と、このノズル４から加工点Ｗに供給された粉末状肉盛り材料ＭにレーザビームＬを照射してビード（肉盛り部）Ｂを形成する集光ヘッド（レーザ照射部）５を備えている。
【００２０】
このレーザ肉盛り装置１には、ノズル４から加工点Ｗに供給された粉末状肉盛り材料Ｍが所定位置に到達しているか否かを検出する、すなわち、加工点Ｗにおける粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置のずれおよび広がり幅Ｗｐの誤差を検出する到達状況検出手段が設けてある。
【００２１】
この到達状況検出手段は、図２にも示すように、加工点Ｗを中心にして略９０゜の間隔をおいて配置されて加工点Ｗに向けてそれぞれ検出用レーザビームＬ１，Ｌ２を照射する２個の照射部６Ａ，６Ａと、加工点Ｗを間にして２個の照射部６Ａ，６Ａとそれぞれ対向配置された２個の受光部６Ｂ，６Ｂを備えており、この到達状況検出手段では、加工中において、２個の照射部６Ａ，６Ａから検出用レーザビームＬ１，Ｌ２を各々照射して、加工点Ｗに供給された粉末状肉盛り材料Ｍの影Ｓ１，Ｓ２を２個の受光部６Ｂ，６Ｂにそれぞれ投影し、粉末状肉盛り材料Ｍを避けて２個の受光部６Ｂ，６Ｂに到達した検出用レーザビームＬ１，Ｌ２に基づいて、２方向の影Ｓ１，Ｓ２の幅を測定することにより、加工点Ｗにおける粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置のずれおよび広がり幅Ｗｐの誤差を検出するようになっている。
【００２２】
また、このレーザ肉盛り装置１には、集光ヘッド５に取り付けられてロッド７を介してノズル４を位置調整可能に支持するノズル駆動機構８が設けてあり、このノズル駆動機構８では、到達状況検出手段（６Ａ，６Ｂ）で得た粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置のずれに基づいてノズル４を駆動して前記位置ずれを修正するようになっている。
【００２３】
さらに、このレーザ肉盛り装置１には、ノズル４の口径Ｄを変化させるノズル径可変機構１０が設けてあって、このノズル径可変機構１０は、図３および図４に示すように、対向して配置されて互いに接近離間する２枚のプレート１１，１１を具備し、両プレート１１，１１間に合成樹脂から形成されて径方向に変形可能としたノズル４を挟み込んでなっており、両プレート１１，１１の間隔を適宜狭めて図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態とすることによって、すなわち、ノズル４の口径Ｄを一方向に変化させて口径Ｄ１とすることによって、粉末状肉盛り材料Ｍの広がり幅Ｗｐの誤差を修正するようにしている。
【００２４】
この実施例によるレーザ肉盛り装置１により、バルブシート部にビードＢを形成する場合には、肉盛り材料送給部２から流路３および受け口９を介して送られた粉末状肉盛り材料Ｍをノズル４から加工点Ｗに向けて供給し、この加工点Ｗに供給された粉末状肉盛り材料Ｍに対して集光ヘッド５からレーザビームＬを照射してビードＢを形成する。
【００２５】
この肉盛り加工の間において、到達状況検出手段を構成する２個の照射部６Ａ，６Ａからは、加工点Ｗを挟んで各照射部６Ａ，６Ａと対向する２個の受光部６Ｂ，６Ｂに対して検出用レーザビームＬ１，Ｌ２が各々照射されているので、ロット毎の吸湿状態や密度分布などの違いにより粉末状肉盛り材料Ｍの供給状況が変化して、ノズル４の中心がレーザビームＬの中心に対してずれている場合には、すなわち、加工点Ｗにおける粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置がずれている場合には、２個の受光部６Ｂ，６Ｂにそれぞれ投影される粉末状肉盛り材料Ｍの２方向の影Ｓ１，Ｓ２の幅を測定することによって、上記位置ずれが検出され、これに基づいてノズル駆動機構８によりノズル４を作動して粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置のずれを修正すると、バルブシート部に粉末状肉盛り材料Ｍが供給されていない部位ができることがなく、したがって、ビードＢの近傍に割れが生じることが阻止されることとなる。
【００２６】
一方、加工点Ｗに到達した粉末状肉盛り材料Ｍの幅がレーザビームＬの幅よりも大きい場合や小さい場合には、すなわち、加工点Ｗにおける粉末状肉盛り材料Ｍの広がり幅Ｗｐに誤差がある場合には、上記と同様に、２個の受光部６Ｂ，６Ｂにそれぞれ投影される粉末状肉盛り材料Ｍの２方向の影Ｓ１，Ｓ２の幅を測定することで、広がり幅Ｗｐの誤差が検出され、これに基づいてノズル径可変機構１０の両プレート１１，１１の間隔を適宜変えてノズル４の口径Ｄを変化させることによって粉末状肉盛り材料Ｍの広がり幅Ｗｐの誤差を修正すれば、ビードＢの近傍に粉末状肉盛り材料Ｍが残ることや希釈部分が生じることがなく、その結果、ビードＢに未溶着部分が発生したりビードＢの近傍に割れが発生したりすることが回避されることとなる。
【００２７】
また、この実施例によるレーザ肉盛り装置１では、ノズル４を位置調整可能に支持するノズル駆動機構８を集光ヘッド５に取り付けていることから、装置の小形化が図られることとなり、加えて、接近離間可能に対向配置した２枚のプレート１１，１１間に、径方向に変形可能とした合成樹脂からなるノズル４を挟み込んでノズル径可変機構１０を構成しているので、簡単な構造でノズル４の口径Ｄを変化させ得ることとなる。
【００２８】
図５は本発明に係わるレーザ肉盛り装置における到達状況検出手段の他の構成例を示している。
【００２９】
図５に示すように、この到達状況検出手段は、加工点Ｗを中心にして略９０゜の間隔をおいて巴状に配置された４個の振動センサ１６を備えており、この到達状況検出手段では、４個の振動センサ１６のうちの互いに対向する振動センサ１６を各々所定の間隔をおいて配置すると、ノズル４から加工点Ｗに供給される粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置がずれていたり広がり幅Ｗｐに誤差があったりした場合には、所定位置から外れた粉末状肉盛り材料Ｍが４個の振動センサ１６のうちのいずれかの振動センサ１６に接触するので、粉末状肉盛り材料Ｍの到達位置のずれおよび広がり幅Ｗｐの誤差が確実に検出されることとなる。
【００３０】
なお、本発明に係わるレーザ肉盛り装置の詳細な構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザ肉盛り装置の一実施例を示す正面説明図である。
【図２】図１におけるレーザ肉盛り装置の到達状況検出手段を示す拡大斜視説明図である。
【図３】図１におけるレーザ肉盛り装置のノズル径可変機構を示す拡大正面説明図である。
【図４】図３に示したノズル径可変機構の動作説明図（ａ），（ｂ）である。
【図５】本発明に係わるレーザ肉盛り装置における到達状況検出手段の他の構成例を示す拡大斜視説明図である。
【符号の説明】
１  レーザ肉盛り装置
４  ノズル（ノズル径可変機構）
５  集光ヘッド（レーザ照射部）
６Ａ  照射部（到達状況検出手段）
６Ｂ  受光部（到達状況検出手段）
８  ノズル駆動機構
１０  ノズル径可変機構
１１  プレート（ノズル径可変機構）
１６  振動センサ（到達状況検出手段）
Ｂ  ビード（肉盛り部）
Ｄ  ノズルの口径
Ｌ  レーザビーム
Ｌ１，Ｌ２  検出用レーザビーム
Ｍ  粉末状肉盛り材料
Ｗ  加工点
Ｗｐ  粉末状肉盛り材料の広がり幅
【図１】
0003614000.tif 000002
【図２】
0003614000.tif 000003
【図３】
0003614000.tif 000004
【図４】
0003614000.tif 000005
【図５】
0003614000.tif 000006