(57)【要約】【課題】  バルブシート（シリンダヘッド）回転時のバルブ孔位置を精度よく特定することで高い加工精度を実現できるレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステムと位置決め方法、およびレーザクラッド加工システムと加工方法を提供する。【解決手段】  位置決めシステム１０は、シリンダヘッドＣを少なくとも１回転させた際のバルブシートＶの位置を計測するセンサ１と、回転時のバルブシートＶの位置に関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブシート位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの位置を特定する位置算出装置４と、を備えている。実際のレーザクラッド加工は、位置算出装置４にて算定された座標中心を回転中心とした姿勢で実行される。【選択図】  図１
2008093681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施すに際し、該バルブシートの位置を特定する位置決めシステムであって、
シリンダヘッドを少なくとも１回転させた際のバルブシートの位置を計測するセンサと、回転時のバルブシートの位置に関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブシート位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの位置を特定する位置算出装置と、を少なくとも具備することを特徴とする、レーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステム。
【請求項２】
エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施す加工システムであって、
シリンダヘッドを保持した姿勢で回転させる載置台と、加工用レーザ照射装置と、請求項１に記載の位置決めシステムと、を少なくとも具備しており、
該位置決めシステムにて決定されたバルブシートの中心座標をレーザクラッド加工時の回転軸に一致させながらレーザクラッド加工をおこなうことを特徴とするレーザクラッド加工システム。
【請求項３】
エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施すに際し、該バルブシートの位置を特定する位置決め方法であって、
シリンダヘッドを少なくとも１回転させた際のバルブシートの位置を計測する計測ステップと、
回転時のバルブシートの位置に関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブシート位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの回転中心座標を特定する中心座標特定ステップと、
からなることを特徴とするレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決め方法。
【請求項４】
エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施す加工方法であって、
シリンダヘッドを少なくとも１回転させた際のバルブシートの位置を計測する計測ステップと、
回転時のバルブシートに関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブ孔位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの中心座標を特定する中心座標特定ステップと、
バルブシートの前記中心座標が回転軸に一致するようにシリンダヘッドを移動させ、該回転軸まわりにバルブシートを回転させることによってレーザクラッド加工を施す加工ステップと、
からなることを特徴とするレーザクラッド加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン用シリンダヘッドのバルブシートに対し例えば粉体状の肉盛り材料を供給しながらレーザを照射し、バルブシートを回転させることで肉盛り層を形成する
レーザクラッド加工システムと加工方法、およびレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステムと位置決め方法に係り、特に、バルブシート（シリンダヘッド）回転時のバルブ孔位置を精度よく特定することで高い加工精度を実現できるレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステムと位置決め方法、およびレーザクラッド加工システムと加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジン用シリンダヘッドのバルブシートに対し、例えば粉体（粉末）状の肉盛り材料を供給しながらレーザを照射し、バルブシートとレーザを相対回転させることによって肉盛り層（クラッド層）を形成するレーザ加工が一般におこなわれている。これは、シリンダヘッドの燃焼室に必要な機械加工、例えばバルブ孔形成加工等がおこなわれたシリンダヘッドに対し、そのバルブシートとなるべき領域に銅合金等からなる粉体状の肉盛り材料を供給しつつレーザ照射を実行し、最終的にバルブシートとなるべきリング状の肉盛り層、すなわち肉盛りビード部を形成するというものである。この技術は一般に、レーザクラッド加工と称されている。
【０００３】
上記するバルブシートにおけるレーザ加工においては、加工部位に対して特定の方向からレーザを照射することが肉盛り層の品質安定化の観点から好ましいこと、および肉盛り材料供給機構やレーザ光学機構などの設備レイアウト上種々の制約があること、などの理由から、レーザ光を固定側としてバルブシート部を相対回転させるとともに、シリンダヘッドの回転方向を特定の一方向に規定しながらその加工がおこなわれている。
【０００４】
ところで、本出願人は特許文献１において、かかるレーザクラッド加工にかかる装置と方法に関する技術の開示をおこなっている。この技術は、シリンダヘッドを固定する載置台をＸ軸スライダとＹ軸スライダから構成することでＸＹ平面内で連続的かつ自由な位置決めがおこなわれるようにし、バルブ孔の軸心を回転テーブルの回転軸と一致するように移動させ、回転テーブルを回転させながらレーザを照射するというものである。バルブシートには、排気系バルブ用と吸気系バルブ用の２種類のバルブ孔が存在し、通常はそのピッチや孔径が異なっていることから一つのスライダ機構にて吸気系、排気系双方の加工を連続して実行することは、当該特許文献にかかる技術以前には単純に実行できる状況ではなかった。したがって、まず排気系バルブシートの加工を終了させ、その後に吸気系バルブシートの加工がおこなわれるものであり、さらには、吸気系、排気系ごとに別個の加工装置を用意する必要もあって、作業の煩雑性、歩留まりの低下、加工装置の製作コストやその設置スペースの問題等、様々な問題があった。かかる種々の問題が当該特許文献に開示の技術によって解決できるというものである。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２８６６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示のレーザ加工装置によれば、載置台の回転軸心と加工するバルブシートのバルブ孔軸心とを載置台位置調整機構によって合わせながらレーザビームの照射位置にバルブシートが位置するようにし、この状態で回転駆動手段によって載置台を回転させながらレーザビームを照射することでバルブシート全体にわたって均一な加工をおこなうことが可能となる。そして、従来の載置台位置を位置決めピンを用いて間欠的に位置決めする装置に比べて、２次元平面内で自由に連続的に移動させる機構としているので、載置台位置の調整が速やかで異なる種類のシリンダヘッドの加工の場合でも容易に対応が可能となる。
【０００７】
ところで、シリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにクラッド加工をおこなう場合、シリンダヘッドにはその重量に相応した回転時の慣性力が作用する結果、実際のレーザ加工時におけるバルブシート位置は当初位置決めした位置からずれてしまうことは必然である。また、６気筒、８気筒といったエンジンの仕様の相違によってその重量が異なること、エンジン重量の相異に伴なって相異する慣性力ごとにシリンダヘッドを回転させる回転軸や各種治具の回転時の変位量も異なること、同一エンジンにおいてもバルブ孔位置によって撓みによるバルブシートの実際の位置が異なること、などの原因から、エンジン仕様とバルブ孔位置に固有の加工時の位置ずれが存在する。この位置ずれを原因として、レーザクラッド加工時の従来の加工誤差はせいぜい±０．１ｍｍのオーダーとなっており、これ以下のより高精度のレーザ加工を実現することはできなかった。これは、特許文献１に開示の技術をもってしても解決することは困難な問題である。このような誤差オーダーでレーザクラッド加工がおこなわれた場合、バルブシートには欠肉部が形成されて偏摩耗が齎され、結果としてエンジン性能の低下を早期に引き起こす原因となってしまう。
【０００８】
そこで、仮に慣性力が作用した場合でも変位が生じない程度まで装置の剛性を高めるとともに、シリンダヘッド回転時の位置を高精度にセンシング可能なセンサ機構とそれに付随する制御機構を搭載した加工装置を製作することも不可能ではないが、その製作コストが極めて高価なものとなることは明らかであり、現実的な方策とは言えない。
【０００９】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、製作コストを高騰させることなく、レーザクラッド加工時の加工精度を従来に比して格段に高めることのできるレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステムと位置決め方法、およびレーザクラッド加工システムと加工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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明によるレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステムは、エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施すに際し、該バルブシートの位置を特定する位置決めシステムであって、シリンダヘッドを少なくとも１回転させた際のバルブシートの位置を計測するセンサと、回転時のバルブシートの位置に関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブシート位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの位置を特定する位置算出装置と、を少なくとも具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の位置決めシステムは、特に、エンジンのシリンダヘッドのバルブシートにレーザ肉盛り加工を施すレーザクラッド加工に際し、その加工精度を高めるために、実際にレーザ加工が実行されるべきシリンダヘッド回転時のバルブシート位置、例えば回転軸座標を求めておく装置である。
【００１２】
上述するように、シリンダヘッドにはその重量に応じた慣性力が作用し、さらに、そのバルブ孔の位置ごとに撓みによる位置ずれ量も相異することから、エンジンの仕様と該エンジンに開設されたバルブ孔（バルブシート）ごとにシリンダヘッド回転時の位置を特定しておく必要がある。
【００１３】
そこで、本発明の位置決めシステムでは、レーザクラッド加工に際し、まずシリンダヘッドを予備的に少なくとも１回転させ、この回転時にバルブシートの外周円奇跡上の複数点をレーザ変位計等のセンサにて計測する。この計測ポイントは、例えば、外周円奇跡の９０度ピッチの４点で任意に設定された平面ＸＹ座標における外周円の最頂部と最下部、それらに対して９０度の位置の４点を計測することができる。この４点のＸ座標、Ｙ座標中心を算出してバルブシート回転時におけるバルブシートの暫定的な中心座標（回転中心座標）を算出する。この暫定的な中心座標は本システムを構成する位置算出装置に適宜送信される。
【００１４】
暫定的な中心座標に対して、上記の位置算出装置では、さらに予め設定されている補正係数を乗じる等することで、レーザ加工装置において実際にシリンダヘッドが回転され、レーザクラッド加工が実行される際のバルブシート位置（バルブシートの回転中心）を特定することができる。ここで、補正係数とは、４気筒、６気筒、８気筒といったエンジン性能にかかる仕様、乗用車用、トラック用といったエンジン規模にかかる仕様、といった各種仕様の相異によって決定される、シリンダヘッド重量、該シリンダヘッドに開設されるバルブ孔位置とその静止時における撓み量、などの種々の要素に基づいて、発明者等がこれまで実験するとともに蓄積してきたデータから算定された補正係数である。なお、レーザクラッド加工されるバルブ孔位置に応じて回転スピードも相異するため、この点からもバルブ孔位置ごとに回転時の位置ずれの程度は相異することとなる。そこで、本システムの位置算出装置を介し、例えば、車名：○○用の４気筒エンジン（型式△△）の第１番の吸気系バルブシートに関しては、計測データに基づく奇跡円の中心座標に補正係数０．８を乗じた値をレーザクラッド加工時の回転軸座標とするといった具合に回転時のバルブシートの位置決めが実行できる。なお、この補正係数は、レーザクラッド加工時に使用される加工装置において、シリンダヘッドを回転駆動する回転軸部材等に固有の補正係数でもあり、装置の構成が変化した場合には、装置固有のデータを再度集積して補正係数が求められることとなる。
【００１５】
上記する位置決めシステムは、シリンダヘッドを仮に回転可能に固定する回転装置を備え、レーザ照射位置に相当する位置に計測センサを備え、計測結果が送信され、格納されるパーソナルコンピュータを備えた構成から構築することができる。このパーソナルコンピュータは上記する位置算出装置を構成するものであり、該コンピュータ内には車種、搭載エンジン、バルブ孔位置ごとに決定された上記補正係数が格納されている。このコンピュータ内に計測データが送信されると、上記例示のごとく暫定的な中心座標が算定され、この値に補正係数が乗じられてシリンダヘッド回転時の回転中心座標が決定されるものである。
【００１６】
また、本発明によるレーザクラッド加工システムは、エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施す加工システムであって、シリンダヘッドを保持した姿勢で回転させる載置台と、加工用レーザ照射装置と、前記位置決めシステムと、を少なくとも具備しており、該位置決めシステムにて決定されたバルブシートの中心座標をレーザクラッド加工時の回転軸に一致させながらレーザクラッド加工をおこなうことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の加工システムは、上記する位置決めシステムと実際にレーザクラッド加工をおこなうレーザ加工装置とから構成されるレーザ加工システムである。レーザ加工装置における載置台は、上記するようなＸＹテーブルや回転軸部材等を備えており、位置決めシステムからの情報に基づいて制御機構によって該ＸＹテーブルが移動しながらシリンダヘッドの対象となるバルブシートの中心位置が回転軸位置にくるように移動制御される。
【００１８】
バルブシートが所定の被加工位置に固定された段階で、バルブシート（シリンダヘッド）が回転駆動され、銅合金等からなる粉体が供給されてレーザビームが照射されることにより、バルブシートにレーザクラッド加工が実行される。
【００１９】
なお、上記レーザ加工システムでは、レーザ加工を実行するレーザ加工装置と、位置決めシステムとが実質的に分離され、双方の装置が制御機構を介して相互関連された形態であるが、レーザ加工用の載置台上に配設された加工用レーザ照射装置に計測用センサが固定され、この載置台上でシリンダヘッドを１回転させて回転時の奇跡を計測するようなシステム形態であってもよい。
【００２０】
上記する本発明のレーザ加工装置によれば、レーザクラッド加工における回転時のあらゆる誤差成分が勘案された中心座標を回転軸とし、この回転軸まわりでレーザクラッド加工が実行されることから、極めて高い精度でのレーザクラッド加工を実現することができる。また、このレーザクラッド加工においては、その位置決めを実現するために加工システムの剛性を高めたり、高精度かつ高価なセンシング機構、リアルタイムな位置制御機構等を必要としないため、システム製作に要するコストが高騰する虞はない。なお、発明者等の実機に基づく検証によれば、従来の誤差精度の１／１０に当たる±０．０１ｍｍオーダーの加工誤差を実現できることが分かっている。
【００２１】
また、本発明によるレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決め方法は、エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施すに際し、該バルブシートの位置を特定する位置決め方法であって、シリンダヘッドを少なくとも１回転させた際のバルブシートの位置を計測する計測ステップと、回転時のバルブシートの位置に関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブシート位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの回転中心座標を特定する中心座標特定ステップと、からなることを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、本発明によるレーザクラッド加工方法は、エンジンのシリンダヘッドを回転させながらそのバルブシートにレーザクラッド加工を施す加工方法であって、シリンダヘッドを少なくとも１回転させた際のバルブシートの位置を計測する計測ステップと、回転時のバルブシートに関する計測データを、少なくともシリンダヘッドの重量やバルブ孔位置におけるたわみ量が加味された補正係数に基づいて補正することにより、シリンダヘッド回転時のバルブシートの中心座標を特定する中心座標特定ステップと、バルブシートの前記中心座標が回転軸に一致するようにシリンダヘッドを移動させ、該回転軸まわりにバルブシートを回転させることによってレーザクラッド加工を施す加工ステップと、からなることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明のレーザクラッド加工方法によれば、エンジン重量、バルブシート位置に固有の撓み、回転時における回転軸部材の変位量等、レーザクラッド加工における回転時のあらゆる誤差成分が加味された回転中心まわりでバルブシートが回転しながらレーザクラッド加工がおこなわれるため、極めて高い加工精度を実現することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明のレーザクラッド加工におけるバルブシートの位置決めシステムと位置決め方法、およびレーザクラッド加工システムと加工方法によれば、シリンダヘッドを模擬的に回転させて回転奇跡を計測し、これにエンジン、バルブ孔位置等に固有の補正係数を乗じて実際の回転中心座標を求め、この回転中心座標まわりにバルブシートを回転させながらレーザクラッド加工をおこなうことで、加工システムを高価なものとせずに、極めて高い加工精度を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。      
【００２６】
図１は、本発明の位置決めシステムの一実施の形態を示した模式図であり、図２は、位置決めシステムにおける位置決め方法に関するブロック図である。図３は、計測データからＸＹ座標における暫定的回転中心座標が決定されることを説明した図であり、図４は、計測データと補正係数から回転中心座標を算定するデータシートの一実施の形態を示した図である。図５は、本発明の加工システムの一実施の形態を示した模式図であり、図６は、バルブシートに加工されるクラッド層を説明した模式図である。図７は、バルブシートにおけるクラッド加工の断面形状を模式的に示した図であって、図７ａは従来の加工システムによる図であり、図７ｂは本発明の加工システムにおける図である。図８は、本発明の加工システムと従来の加工システムにおける加工精度を検証したグラフである。なお、図示する実施の形態では、位置決めシステム１０とレーザ加工装置３０とが制御装置２０を介してレーザ加工システムを構成する構成となっているが、レーザ加工装置３０に位置決めシステム１０を構成するレーザセンサ１が設けられ、レーザ加工装置３０を構成するＸＹテーブル上で計測データが得られる構成であってもよいことは勿論のことである。また、図では、４気筒で１気筒あたり４つのバルブ孔、すなわち排気系バルブ孔２個、吸気系バルブ孔２個が形成されたシリンダヘッドが図示されているが、図示以外の仕様のシリンダヘッドに本発明の各装置が適用されることは勿論のことである。
【００２７】
図１に位置決めシステムの一実施の形態を示している。この位置決めシステム１０は、不図示の移動機構により、回転テーブル２上に載置固定されたシリンダヘッドＣに開設されたバルブシートＶの位置が回転軸θ上にくるように該回転テーブル２を移動させ、サーボモータ等からなる回転装置３にて少なくとも該回転軸θまわりに１回転させた際のバルブシートＶの回転奇跡上の複数点をレーザセンサ１にて計測し（レーザＬ）、この計測データを位置算出装置４に送信し、この位置算出装置４にてすべてのバルブシートＶに関する計測データを蓄積するようになっている。ここで、回転テーブル２の傾斜角度は実際にレーザクラッド加工を実施するＸＹテーブルの傾斜角度と同じ状態に設定されている。
【００２８】
位置算出装置４はパーソナルコンピュータから構成されており、位置決めアルゴリズムを確定するソフトウエアが内蔵されている。このアルゴリズムに関するブロック図を図２に示している。
【００２９】
位置決めシステム１０によって計測されたバルブシートの回転奇跡上の複数点に関するデータは、Ｉ／Ｆ回路４３を介して計測データ格納部４４に送られ、蓄積される。位置決めシステム１０では、例えば４気筒エンジンにおいては吸気バルブと排気バルブを合わせて１６のバルブ孔が設けられることから、各バルブ孔に対応したバルブシートごとの回転奇跡に関するデータが蓄積されることとなる。
【００３０】
ここで、計測データの一例を図３に基づいて説明する。回転テーブル２上に任意に設定されたＸＹ座標に対し、計測対象のバルブシートを回転軸θまわりに一回転させた際の回転円奇跡上の４点を９０度ピッチで計測し、プロットする。図では、円奇跡の最頂部をＰ１とし、それから時計まわりに９０度ピッチでＰ２、Ｐ３，Ｐ４の計４点がプロットされている。この４点から、例えば、Ｐ１とＰ３のＹ座標中心をＹ１、Ｐ２とＰ４のＸ座標中心をＸ１とし、この（Ｘ１，Ｙ１）をもって暫定的なバルブシートの回転中心座標とする。図２に戻り、計測データ格納部４４には、この各バルブシートごとの暫定的な回転中心座標に関するデータ、または図中のＰ１〜Ｐ４の座標データが送信される。
【００３１】
一方、４気筒、６気筒、８気筒といったエンジン性能にかかる仕様、乗用車用、トラック用といったエンジン規模にかかる仕様、といった各種仕様の相異によって決定される、シリンダヘッド重量、該シリンダヘッドに開設されるバルブ孔位置とその静止時における撓み量など、種々の要素に基づいて補正係数が設定されており、管理者がキーボード入力、フロッピー入力等することで補正係数に関するデータがＩ／Ｆ回路４１を介して補正係数格納部４２に蓄積される。
【００３２】
計測データ格納部４４に蓄積された各バルブシートごとの暫定的な回転中心座標に対し、対応する補正係数を補正係数格納部４２から読み出して双方を乗じることにより、レーザ加工装置において実際にレーザクラッド加工が実行される際のバルブシートの回転中心座標が決定される。この演算は、ＣＰＵ４６によって回転中心座標算定部４５が実行されることでおこなわれる。
【００３３】
ここで、回転中心座標算定部４５にて作成されるデータシートの一例を図４に基づいて説明する。データシートには、車種、エンジンの型式等が入力されており、かかるＩＤによってバルブ孔の数や大きさ等が規定される。各バルブ孔（バルブシート）ごとに上記する計測データＰ１〜Ｐ４が自動入力されており、これによって暫定的な回転中心座標が決定され、さらに、対応する補正係数が乗じられてレーザ加工時の回転中心座標が決定される。
【００３４】
図２に戻り、算定された各バルブシートごとの回転中心座標は回転中心座標格納部４７に蓄積される。実際にレーザクラッド加工が実行される際には、対象のバルブシートに対応した回転中心座標に関するデータがＩ／Ｆ回路４８を介してレーザ加工装置３０に送信され、レーザ加工装置３０を構成するテーブルが回転中心座標データに基づいて移動することにより、所定の加工位置に位置決めされることとなる。
【００３５】
次に、図５に基づいてレーザ加工装置の概要を説明する。機台３６には水平面に対して所定角度傾いた面３５が設けられており、回転軸がこの面３５に垂直になるように回転用サーボモータ３４が取付けられている。回転テーブル３３はサーボモータ３４の回転軸に不図示の減速機を介して連結されており、サーボモータ３４が回転することによって回転できるようになっている。
【００３６】
回転テーブル３３上には、Ｙ方向にＹ軸ガイドレール３２ａ，３２ｂが配置され、Ｙ軸ガイドレール３２ａ，３２ｂに係合するＹ軸スライダ３２が該Ｙ軸ガイドレールに案内されて移動できるようになっている。このＹ軸スライダ３２の移動機構として送りネジ機構が適用されている。
【００３７】
Ｙ軸スライダ３２上には、Ｘ方向にＸ軸ガイドレール３１ａ，３１ｂが配置され、これに係合するＸ軸スライダ３１が該Ｘ軸ガイドレール３１ａ，３１ｂに案内されて移動できるようになっている。Ｘ軸スライダ３１の移動機構も送りネジ機構が適用されている。
【００３８】
Ｘ軸スライダ３１は不図示の揺動機構によって揺動自在となっており、このＸ軸スライダ３１上にシリンダヘッドＣが固定される。
【００３９】
揺動機構は、シリンダヘッドＣの回転軸θ’に対する角度、すなわち排気系か吸気系のバルブ孔の軸心の方向を２つの位置に切り替えるためのものである。これによってシリンダヘッドＣに形成された排気系のバルブ孔の軸心、または吸気系のバルブ孔の軸心のいずれかを回転テーブル３３の回転軸θ’と平行にすることができる。
【００４０】
上記する回転用サーボモータ３４、送りネジ機構を駆動するＹ軸サーボモータ、Ｘ軸サーボモータ、揺動機構を駆動する揺動モータは、不図示の制御装置に接続されており、各アクチュエータが駆動制御されることでシリンダヘッドＣをＸ−Ｙ平面内で任意の位置に、また任意の向きに移動させることが可能である。
【００４１】
機台３６の上方には、レーザビーム照射装置３７が配置されており、回転するシリンダヘッドＣのバルブシートに金属粉体が不図示の供給手段から供給されながらレーザビームＬが照射される。このレーザ加工装置３０は、位置決めシステム１０と共通の制御装置２０に接続されており、位置決めシステム１０から送られる回転中心座標に基づいて上記するＸ軸スライダ３１やＹ軸スライダ３２等が移動制御される。
【００４２】
次に、図示するレーザ加工装置３０を用いたレーザクラッド加工方法について説明する。シリンダヘッドＣはＸ軸スライダ３１からなる載置台上に載置され、クランプ機構によって位置決め固定される。それから、不図示の揺動機構によってシリンダヘッドＣを例えば吸気系のバルブ孔の軸心が回転テーブル３３の回転軸θ’に平行になるように傾ける。そして、最初の加工対象のバルブシートＶのバルブ孔軸心が回転テーブル３３の回転軸θ’と一致するように不図示のＸ軸モータとＹ軸モータを駆動してＸ軸スライダ３１、Ｙ軸スライダ３２を移動させる。回転テーブル３３の回転軸θ’は上記する回転中心座標を通るように調整されることで、位置決めシステムで設定された回転中心まわりにバルブシートを回転させながらレーザクラッド加工をおこなうことが可能となる。
【００４３】
任意のバルブシートに対して各スライダの移動〜レーザクラッド加工が実行された後に、次のバルブシートの回転中心座標が読み込まれ、この座標データと回転軸θ’が一致するように各スライダが移動した後にレーザクラッド加工が実行される。すべてのバルブシートに対して上記操作が順次おこなわれることで、その回転時における回転軸がバルブシートの座標中心と一致した姿勢でレーザクラッド加工がおこなわれることになる。
【００４４】
図６は、本実施例における４気筒で１気筒あたり排気系バルブ孔２個、吸気系バルブ孔２個の計４個のバルブ孔が形成されたシリンダヘッドＣにおける排気系バルブ孔ＥＸと吸気系バルブ孔ＩＮの断面視形状が示されている。各バルブ孔先端のバルブシートＶ１，Ｖ２にリング状のレーザクラッド層Ａ１，Ｂ１が加工されることになる。
【００４５】
図７は、上記するクラッド層の加工状態を示した模式図であり、図７ａは従来のレーザ加工装置によって加工されたクラッド層を、図７ｂは本発明のレーザ加工システムによって加工されたクラッド層をそれぞれ示している。
【００４６】
従来のレーザ加工装置では、図７ａに示したように、クラッド層Ａ１に加工誤差による偏りが生じてしまい、図中のＱで示した欠肉部が形成されることが往々にしてあった。この欠肉部が存在することで、バルブシートが偏摩耗され、結果としてエンジン性能の低下を早期に引き起こす原因となってしまう。
【００４７】
上記欠肉部が形成される最大の原因は、上記するように当初設定されたシリンダヘッド回転時の回転座標中心が、実際の回転軸心上に存在しないことによるものである。
【００４８】
そこで、本発明による位置決めシステムによって回転時の回転座標中心を求め、この座標をレーザ加工装置における回転軸上に位置決めすることにより、図７ｂに示すように欠肉部の存在しないクラッド層Ａ１を形成することができる。
【００４９】
[レーザクラッド加工精度と不良率に関する実験とその結果]
発明者等は、従来のレーザ加工装置と、図１〜図５に示す本発明のレーザ加工システムとを用意し、それぞれの装置にてレーザクラッド加工をおこなった際の加工精度とクラッド加工位置の位置ずれに起因する不良率の関係を求めた。この実験結果を図８に示している。
【００５０】
図８より、従来のレーザ加工装置では、加工精度が±０．０５ｍｍ以上となり、その値に応じて１０％〜３０％程度の不良率が齎されてしまう（図中のＴ２領域）。それに対し、本発明によるレーザ加工システムを適用した場合の加工精度は±０．０１ｍｍオーダーとなり、不良率０％を実現することができた（図中のＴ１領域）。
【００５１】
本実験より、レーザクラッド加工においてはシリンダヘッド回転時の対象バルブシートの回転中心座標を如何に精度よく求めておけるかが、その加工精度を左右する重要なファクターであることが分かる。
【００５２】
また、本発明によるレーザ加工システムでは、高精度の回転中心座標を求めるに際し、特別高価な装置や制御機構を具備する必要は一切なく、実際のレーザ加工装置においては従来の装置をそのまま適用できることから、安価な製作コストで高精度なレーザクラッド加工を実現することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の位置決めシステムの一実施の形態を示した模式図である。
【図２】位置決めシステムにおける位置決め方法に関するブロック図である。
【図３】計測データからＸＹ座標における暫定的回転中心座標が決定されることを説明した図である。
【図４】計測データと補正係数から回転中心座標を算定するデータシートの一実施の形態を示した図である。
【図５】本発明の加工システムの一実施の形態を示した模式図である。
【図６】バルブシートに加工されるクラッド層を説明した模式図である。
【図７】クラッド加工の断面形状を模式的に示した図であって、（ａ）は従来の加工システムによる図であり、（ｂ）は本発明の加工システムにおける図である。
【図８】本発明の加工システムと従来の加工システムにおける加工精度を検証したグラフである。
【符号の説明】
【００５５】
１…レーザセンサ、２…回転テーブル、３…回転装置、４…位置算出装置、１０…位置決めシステム、２０…制御装置、３０…レーザ加工装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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