(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射ガンを用いてワークに溶射被膜させたコーティングの膜厚を予測するコーティング
膜厚予測方法であって、
前記溶射ガンと前記ワークとの溶射角度、前記溶射ガンと前記ワークとの溶射距離、前記溶射ガンと前記ワークとの相対移動速度、及び前記溶射ガンと前記ワークとのガン回転角度の各パラメータを直交表に割り付けて溶射条件を取得する工程と、各前記溶射条件で溶射した際の溶射膜厚を測定することで前記溶射条件と前記溶射膜厚との関係を取得する工程と、
取得した前記溶射条件と前記溶射膜厚との関係に基づいて重回帰分析により膜厚を予測する関係式を求める工程と、
を有し、
前記ガン回転角度は、溶射ガンが中心軸線を中心として回転する回転角度であることを
特徴とするコーティング膜厚予測方法。
【請求項２】
前記溶射ガンから狙った溶射位置の理論値と実際値との差に基づいて前記関係式を補正
する工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のコーティング膜厚予測方法。
【請求項３】
前記溶射ガンの電極消耗度に基づいて前記関係式を補正する工程をさらに有することを
特徴とする請求項１又は２に記載のコーティング膜厚予測方法。
【請求項４】
前記電極消耗度は、使用時間又は着火回数から求められることを特徴とする請求項３に
記載のコーティング膜厚予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶射ガンを用いてワークに溶射被膜させたコーティングの膜厚を予測するコーティング膜厚予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被加工物の表面へのコーティングとしては、溶射施工がある。この場合、溶射ガンを備えた多軸ロボットに対して、被加工物の表面形状に合わせた動作プログラムや移動速度を指示することで、被加工物表面のコーティングを規定膜厚内となるように調整して施工している。
ところで、多軸ロボットの動作プログラムは、ティーチングソフトを用いてオフラインの状態で作成している。そのため、被加工物表面の膜厚分布が規定内に収まらない場合には、現場で作業者がプログラムを変更し、移動速度の修正をしてから実機に適用している。そのため、プログラム修正中の間、溶射設備の稼動を停止しなければならず、生産の稼働率が低下している現状がある。
【０００３】
これに対して、多軸ロボットの動作に応じた膜厚予測を動作プログラムに反映させる膜厚予測管理方法が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１には、溶射ガンから射出される溶射粒子の飛行軌跡をＣＣＤカメラ等で計測し、その飛行軌跡の分布データを入力して、各溶射粒子の軌跡と被加工物表面との幾何学的関係から、溶射粒子の被加工物表面への付着量を推定し、さらに溶射粒子の付着量から膜厚・膜質を予測して出力する構成について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３３０７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のコーティング膜厚予測方法においては、以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１では、溶射粒子の飛行軌跡の分布を計測する構成であり、大掛かりな設備が必要となる不具合がある。
また、溶射粒子毎の付着量を推定するため、極めて多数の粒子の計算をすることになり、計算に時間がかかるという問題があった。さらに、溶射粒子の付着量を膜厚に変換するといった計算過程が増える欠点があった。
このように、計測が大掛かりなうえ計算が複雑になることから、簡単な計算方法で動作プログラムを作成できる方法が求められており、その点で改良の余地があった。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単な方法で且つ短時間で膜厚予測計算式を作成することができ、溶射用成膜プログラム作成の効率化と設備稼働率を向上させることができるコーティング膜厚予測方法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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係るコーティング膜厚予測方法では、溶射ガンを用いてワークに溶射被膜させたコーティングの膜厚を予測するコーティング膜厚予測方法であって、前記溶射ガンと前記ワークとの溶射角度、前記溶射ガンと前記ワークとの溶射距離、前記溶射ガンと前記ワークとの相対移動速度、及び前記溶射ガンと前記ワークとのガン回転角度の各パラメータを直交表に割り付けて溶射条件を取得する工程と、各前記溶射条件で溶射した際の溶射膜厚を測定することで前記溶射条件と前記溶射膜厚との関係を取得する工程と、取得した前記溶射条件と前記溶射膜厚との関係に基づいて重回帰分析により膜厚を予測する関係式を求める工程と、を有し、前記ガン回転角度は、溶射ガンが中心軸線を中心として回転する回転角度であることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、第１工程により溶射ガンの溶射角度を測定し、第２工程によりワークまでの距離を測定し、第３工程により溶射ガンとワークとの相対移動速度を測定し、第４工程により溶射ガンとワークとの向き（ガン回転角度）を測定し、これら第１工程から第４工程までのそれぞれの工程によって得られた複数の溶射条件と膜厚分布との関係から、重回帰分析を用いて膜厚を予測する関係式を簡単に且つ短時間で作成することができる。
このように膜厚予測計算式を求めることにより、オフラインでワークの表面上のコーティング膜厚予測をすることが可能となる。そして、この膜厚を予測した関係式を利用することで、プログラム修正の少ない精度の高い溶射用成膜プログラムを作成することができる。
そして、膜厚を予測する関係式は、溶射粉末の種類（成分、粒度分布）や、溶射ガンの種類毎に予め作成しておくことで、溶射粉末や溶射ガンを変更する場合であっても速やかに溶射用成膜プログラムの変更を行うことができる。
【０００９】
また、本発明に係るコーティング膜厚予測方法では、溶射ガンから狙った溶射位置の理論値と実際値との差に基づいて関係式を補正する工程をさらに有することが好ましい。
本発明では、溶射ガン側からの狙い位置（理論値）とワークの表面上での射芯位置（実際値）とのずれを補正量とし、第１工程〜第５工程で作成した関係式を補正することで、ずれに対応したより精度の高い関係式を求めることができる。
【００１０】
また、本発明に係るコーティング膜厚予測方法では、溶射ガンの電極消耗度に基づいて関係式を補正する工程をさらに有することが好ましい。
ここで、電極消耗度は、使用時間又は着火回数から求めることができる。
本発明では、使用時間又は着火回数の溶射時の電極消耗による膜厚分布のばらつきの影響を、第１工程〜第５工程で作成した関係式に反映させて補正することで、より精度の高い関係式を求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のコーティング膜厚予測方法によれば、測定した溶射ガンの溶射角度、ワークまでの距離、溶射ガンとワークとの相対移動速度、溶射ガンの回転角度の複数の溶射条件と膜厚分布とから重回帰分析を用いて膜厚を予測する関係式を簡単な方法で且つ短時間で作成することができる。
したがって、作成した膜厚予測計算式によりオフラインで被加工物の表面上のコーティング膜厚予測をすることが可能となり、その膜厚予測計算式を用いることで精度の高い溶射用成膜プログラムを作成することができ、従来のようなプログラム修正作業を大幅に削減することが可能となり、これにより設備稼働率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態によるコーティング膜厚予測方法の第１工程〜第３工程を説明するための図である。
【図２】膜厚予測計算式の作成手段の構成を示す模式図である。
【図３】ワークの溶射面に溶射される溶射形状を示す図であって、第４工程等を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態によるコーティング膜厚予測方法について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。
【００１４】
本実施の形態によるコーティング膜厚予測方法は、図１に示す被加工物（ワークＷ）の表面形状にコーティングする膜厚を予測する膜厚予測計算式を作成するものであり、この膜厚予測計算式をワークＷの表面Ｗａのコーティングを行うための溶射ガン１を取り付けた多軸ロボット（図示省略）に適用するティーチングプログラムに適用するものである。
【００１５】
すなわち、コーティング膜厚予測方法は、溶射ガン１とワークＷとの溶射角度φ毎に溶射膜厚を測定する第１工程と、溶射ガン１とワークＷとの溶射距離ｄ毎に溶射膜厚を測定する第２工程と、溶射ガン１とワークＷとの相対移動速度ｖ毎に溶射膜厚を測定する第３工程と、溶射ガン１とワークＷとの向き（ガン回転角度θ）毎に溶射膜厚を測定する第４工程と、第１工程から第４工程までのそれぞれの工程によって得られた測定値に基づいて重回帰分析により膜厚を予測する関係式（以下、膜厚予測計算式という）を求める第５工程とを有している。
【００１６】
そして、図２に示すように、コーティング膜厚予測方法では、溶射ガン１から狙った溶射位置の理論値Ｐ０と実際値Ｐ１との差に基づいて膜厚予測計算式を補正する第１補正工程をさらに有している。
さらに、溶射ガン１の電極消耗度に基づいて膜厚予測計算式を補正する第２補正工程をさらに有している。
【００１７】
ここで、膜厚予測計算式を求めるための構成（作成手段）について、図２を用いて説明する。
つまり前記作成手段は、第１工程による溶射角度φとその溶射膜厚を測定する角度測定手段１０と、第２工程による溶射距離ｄとその溶射膜厚を測定する距離測定手段１１と、第３工程による相対移動速度ｖとその溶射膜厚を測定する移動速度測定手段１２と、第４工程によるガン回転角度θとその溶射膜厚を測定する向き測定手段１３と、これら各手段１０〜１３で得られた測定値に基づいて重回帰分析により膜厚予測計算式を求める計算部１４とを備えている。
【００１８】
図１に示す第１工程で測定される溶射角度φは、ワークＷの溶射面Ｗａの面方向に対する溶射ガン１の中心軸線Ｏ方向に対する倒れ角であり、図２に示す角度測定手段１０によって測定される。
第２工程で測定される溶射距離ｄは、溶射ガン１の先端１ａからワークＷの溶射面Ｗａまでの溶射ガン１の中心軸線Ｏに沿った距離に相当し、図２に示す距離測定手段１１によって測定される。
第３工程で測定される相対移動速度ｖは、溶射ガン１をワークＷの溶射面Ｗに沿って移動させる速度であり、図２に示す溶射速度測定手段１２によって測定される。
【００１９】
また、第４工程で測定されるガン回転角度θは、溶射ガン１が中心軸線Ｏを中心として回転する回転角度であり、図２に示す向き測定手段によって測定される。
ここで、図３に示すように、溶射ガン１からから射出される粉末のワークＷの溶射面Ｗａ上の溶射形状Ｍ（実線）は、短軸Ｌ１と長軸Ｌ２からなる楕円形状になっている。そのため、溶射ガン１がガン回転角度θで回転すると、溶射形状Ｍは射芯中心Ｐ１を中心にして点線で示す符号Ｍ´の溶射形状の位置となり、膜厚分布が変わることになる。
【００２０】
次に、図２に示す計算部１４で求める膜厚予測計算式は、下記の（１）〜（６）式であり、上述した測定手段により得られた測定値（パラメータ）に基づいて下記膜厚予測計算式を用いて重回帰分析が行われる。
【００２１】
ここで、式中に示す符号は、Ａ：標準膜厚、ｄ：実溶射距離（溶射フレーム中心軸線上の距離）、ｄ0：標準溶射距離（溶射形状の中心軸線上の距離）、ｖ：実溶射速度、ｖ0：標準溶射速度、ｒθ：標準溶射距離ｄ0における溶射方向から見た溶射形状幅の近似値、ｔ：実膜厚（溶射幅中心）、ｔb：標準条件時膜厚（溶射幅中心）、θ：ガン回転角度、φ：溶射角度、Ｌ１：溶射フレームの標準溶射距離ｄ0での楕円断面形状の短軸幅、Ｌ２：溶射フレームの標準溶射距離ｄ0での楕円断面形状の長軸幅、である。
【００２２】
【数１】
0005901102.tif 000002
【００２３】
【数２】
0005901102.tif 000003
【００２４】
【数３】
0005901102.tif 000004
【００２５】
【数４】
0005901102.tif 000005
【００２６】
【数５】
0005901102.tif 000006
【００２７】
そして、重回帰分析の際には、（１）式〜（５）式の両辺の対数を取り、下記（６）式の線形方程式に変換して行う。ここに、ａ0＝InAであり、重回帰分析においてａ0＝０とした。
【００２８】
【数６】
0005901102.tif 000007
【００２９】
次に、図３に示すように、溶射位置の理論値と実際値との差により補正する第１補正工程では、溶射ガン１側からの狙い位置Ｐ（理論値）とワークＷの表面Ｗａ上での射芯位置Ｐ´（実際値）のずれを補正量とし、第１工程〜第５工程で作成した膜厚予測計算式に反映させて補正することで、ずれに対応したより精度の高い関係式を求めることができる。
【００３０】
さらに、電極消耗度により補正する第２補正工程では、第１工程〜第５工程で作成した膜厚予測計算式に溶射時の電極消耗による膜厚分布のばらつきの影響を反映させて補正するものである。この電極消耗度は、使用時間又は着火回数から求められる。
具体的には、溶射ガン１の電極における個体差や、表１に示すような消耗状況（使用時間、着火回数）等の電極性能が及ぼす膜厚への相関関係を求めておき、この電極性能による膜厚のばらつきを補正値として上記作成した膜厚予測計算式に反映させて補正することで、より精度の高い関係式を求めることができる。
【００３１】
【表１】
0005901102.tif 000008
【００３２】
上述した本コーティング膜厚予測方法では、図１に示すワークＷに相当する試験片を用いて、第１工程〜第４工程において、溶射ガン１と被加工物の表面との溶射角度φ、溶射距離ｄ、ガン回転角度θ、および相対移動速度ｖが及ぼす膜厚への相互作用、すなわち複数の溶射条件と膜厚分布との関係を直交表などを用いて求めることができ、この求められた結果から重回帰分析を用いて、上述した膜厚予測計算式を簡単に且つ短時間で作成することができる。
【００３３】
このように膜厚予測計算式を求めることにより、オフラインでワークＷの表面Ｗａ上のコーティング膜厚予測をすることが可能となる。そして、この膜厚予測計算式を利用することで、プログラム修正の少ない精度の高い溶射用成膜プログラムを作成することができる。
具体的には、作成した膜厚予測計算式を用いて、オフラインで作成したティーチングソフト上で、被加工物の表面の膜厚分布を出力し、膜厚分布が規定の範囲内を満たしているかを確認した後現場に適用すればよい。
【００３４】
また、膜厚予測計算式は、溶射粉末の種類（成分、粒度分布）や、溶射ガン１の種類毎に予め作成しておくことで、溶射粉末や溶射ガン１を変更する場合であっても速やかに溶射用成膜プログラムの変更を行うことができる。
【００３５】
上述した本実施の形態によるコーティング膜厚予測方法では、測定した溶射ガン１の溶射角度φ、ワークＷまでの溶射距離ｄ、溶射ガン１とワークＷとの相対移動速度ｖ、溶射ガン１のガン回転角度θの複数の溶射条件と膜厚分布とから重回帰分析を用いて膜厚を予測する膜厚予測計算式を、簡単な方法で且つ短時間で作成することができる。
したがって、作成した膜厚予測計算式によりオフラインで被加工物の表面上のコーティング膜厚予測をすることが可能となり、その膜厚予測計算式を用いることで精度の高い溶射用成膜プログラムを作成することができ、従来のようなプログラム修正作業を大幅に削減することが可能となり、これにより設備稼働率の向上を図ることができる。
【００３６】
以上、本発明によるコーティング膜厚予測方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では溶射ガン１から狙った溶射位置の理論値と実際値との差に基づいて膜厚予測計算式を補正する第１補正工程と、溶射ガン１の電極消耗度に基づいて膜厚予測計算式を補正する第２補正工程とを設けているが、これらの補正工程に限定されることはなく、例えば補正工程を設けない方法であってもよいし、いずれか一方の補正工程のみであってもかまわない。
【００３７】
また、第１工程〜第４工程において各種溶射条件（溶射角度φ、溶射距離ｄ、相対移動速ｖ、ガン回転角度θ）とその溶射膜厚とを測定する測定手段は、適宜な手段を採用することが可能である。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  溶射ガン
１ａ  先端
１０  角度測定手段
１１  距離測定手段
１２  移動速度測定手段
１３  向き測定手段
１４  計算部
Ｗ  ワーク
【図１】
0005901102.tif 000009
【図２】
0005901102.tif 000010
【図３】
0005901102.tif 000011