(57)【要約】【課題】肉盛層の品質を精度よく判定することができる肉盛層の品質判定方法及びレーザ肉盛装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る肉盛層の品質判定方法は、金属粉２６を供給しつつ、レーザビーム３０を照射することにより形成される肉盛層１６の品質を判定する品質判定方法であって、肉盛層１６を形成している間、溶融プール３１及びその近傍を撮像する工程と、撮像した画像から、溶融プール３１に吸収された玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数を測定する工程と、測定した大きさ及び個数に基づいて、肉盛層１６の品質を判定する工程と、を備える。【選択図】図１
2017019002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粉を供給しつつ、レーザビームを照射することにより形成される肉盛層の品質を判定する肉盛層の品質判定方法であって、
前記肉盛層を形成している間、溶融プール及びその近傍を撮像する工程と、
撮像した画像から、前記溶融プールに吸収された玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数を測定する工程と、
測定した前記大きさ及び個数に基づいて、前記肉盛層の品質を判定する工程と、を備えた、
肉盛層の品質判定方法。
【請求項２】
前記溶融プールを照射する前記レーザビームの光軸と、前記溶融プール及びその近傍を撮像するための光の光軸とを一致させる、
請求項１に記載の肉盛層の品質判定方法。
【請求項３】
金属粉を供給する供給部と、
レーザビームを出力するレーザ発振器と、を備え、
前記供給部から金属粉を供給しつつ、前記レーザビームを照射することにより肉盛層を形成するレーザ肉盛装置であって、
溶融プール及びその近傍を撮像する撮像部と、
撮像した画像から、前記溶融プールに吸収された玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数を測定する測定部と、をさらに備え、
前記金属粉凝集体の大きさ及び個数に基づいて、前記肉盛層の品質を判定する、
レーザ肉盛装置。
【請求項４】
中心軸を有するノズルをさらに備え、前記溶融プールを照射する前記レーザビームの光軸、及び、前記溶融プール及びその近傍を撮像するための光の光軸は、前記中心軸と一致する、
請求項３に記載のレーザ肉盛装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肉盛層の品質判定方法及びレーザ肉盛装置に関するものであり、例えば、バルブシート用の肉盛層の品質判定方法及びバルブシート用のレーザ肉盛装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属粉を供給しながらレーザビームを照射して肉盛層を形成するレーザ肉盛加工（いわゆるレーザクラッド法）は、例えばシリンダヘッドのバルブシートを形成するために用いられている。
【０００３】
ところで、特許文献１には、レーザ肉盛加工において溶融プールから発生する光の強度を複数の光センサにより観察し、肉盛層における異常の有無を判定する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−１９２８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者らは、溶融プールの進行方向前方に堆積した余剰な金属粉（余剰粉）が凝集し、レーザビームが近づくことにより半ば溶融してある程度の大きさの玉（玉状の金属凝集体）になった後、溶融プールに吸収されると、空孔（ブローホール）が発生することを見出した。特許文献１に開示された装置では、溶融プールから発生する光の強度しか観察しておらず、このような空孔を発生させる上述の玉状の金属凝集体を検出する機能は備えていないため、肉盛層の品質を精度よく判定することができなかった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、肉盛層の品質を、精度よく判定することができる肉盛層の品質判定方法及びレーザ肉盛装置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】
本発明の一態様に係る肉盛層の品質判定方法は、
金属粉を供給しつつ、レーザビームを照射することにより形成される肉盛層の品質を判定する肉盛層の品質判定方法であって、
前記肉盛層を形成している間、溶融プール及びその近傍を撮像する工程と、
撮像した画像から、前記溶融プールに吸収された玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数を測定する工程と、
測定した前記大きさ及び個数に基づいて、前記肉盛層の品質を判定する工程と、を備える。
このような構成により、測定した玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数に基づいて、玉状の金属粉凝集体による空孔の発生を精度よく予測することができるため、肉盛層の品質を精度よく判定することができる。
【０００８】
また、前記溶融プールを照射する前記レーザビームの光軸と、前記溶融プール及びその近傍を撮像するための光の光軸とを一致させることが好ましい。このような構成により、溶融プール及びその近傍を全体にわたり撮像することができる。
【０００９】
本発明の一態様に係るレーザ肉盛装置は、
金属粉を供給する供給部と、
レーザビームを出力するレーザ発振器と、を備え、
前記供給部から前記金属粉を供給しつつ、レーザビームを照射することにより肉盛層を形成するレーザ肉盛装置であって、
溶融プール及びその近傍を撮像する撮像部と、
撮像した画像から、前記溶融プールに吸収された玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数を測定する測定部と、をさらに備え、
前記金属粉凝集体の大きさ及び個数に基づいて、前記肉盛層の品質を判定する。
このような構成により、測定した玉状の金属粉凝集体の大きさ及び個数に基づいて、玉状の金属粉凝集体による空孔の発生を精度よく予測することができるため、肉盛層の品質を精度よく判定することができる。
【００１０】
また、中心軸を有するノズルをさらに備え、前記溶融プールを照射する前記レーザビームの光軸、及び、前記溶融プール及びその近傍を撮像するための光の光軸を、前記中心軸と一致させることが好ましい。このような構成により、溶融プール及びその近傍を全体にわたり撮像することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、肉盛層の品質を精度よく判定することができる肉盛層の品質判定方法及びレーザ肉盛装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置を例示する構成図である。
【図２】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置のレーザクラッドヘッドを例示する断面図である。
【図３】実施の形態１に係るレーザ肉盛方法を例示する斜視図である。
【図４】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置における溶融プール及びその近傍を例示する写真である。
【図５】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置における溶融プール及びその近傍を例示する写真である。
【図６】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置により形成された肉盛層を燃焼室側から見た円環断面のＣＴ画像を例示する写真である。
【図７】図６に示すＡ−Ａ’線による断面のＣＴ画像を例示する写真である。
【図８】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置において、溶融プールに吸い込まれた玉の大きさと肉盛層の内部における空孔の有無の相関を例示したグラフであり、横軸は、溶融プールに吸い込まれた玉の大きさを示し、縦軸は、度数を示す。
【図９】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置における肉盛層の品質判定方法を例示するフローチャートである。
【図１０】実施の形態１に係るレーザ肉盛装置により形成された肉盛層の品質判定基準を例示する図である。
【図１１】実施の形態２に係るレーザ肉盛装置を例示する構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置を例示する構成図である。
図１を参照して、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置の構成を説明する。レーザ肉盛装置１００は、供給部１、レーザ発振器２、制御部３、レーザ加工部４、画像処理部５、測定・判定部６及び判定結果表示部７を有している。レーザ加工部４は、撮像部８、筐体９及びレーザクラッドヘッド２０を含んでいる。
【００１５】
供給部１は、金属粉２６を供給する。供給部１は、キャリアガス２５に金属粉２６を混合させ、キャリアガス２５とともに金属粉２６をレーザクラッドヘッド２０に供給する。また、供給部１は、センターガス２４をレーザクラッドヘッド２０に供給する。センターガス２４及びキャリアガス２５は、例えば、窒素またはアルゴン等の不活性ガスである。金属粉２６は、例えば、銅粉末を含むものである。
【００１６】
レーザ発振器２は、レーザビーム３０を出力する。出力されたレーザビーム３０は、筐体９及びレーザクラッドヘッド２０を通って、加工点（溶融プール３１）を照射する。
【００１７】
制御部３は、供給部１における粉末の供給及び供給の停止、並びに、レーザ発振器２におけるレーザの出力及び停止を制御する。また、制御部３は、センターガス２４及びキャリアガス２５の流量、金属粉２６の供給量並びにレーザビーム３０の出力を制御する。
【００１８】
レーザ加工部４における筐体９の内部には、ビームスプリッタ４１が設けられている。ビームスプリッタ４１は、入射した光の一部を反射し、一部を透過させる。ビームスプリッタ４１は、レーザ発振器２からのレーザビーム３０の一部を加工点（溶融プール３１）側に透過させ、溶融プール３１及びその近傍からの発光の一部を撮像部８側に反射する。
【００１９】
レーザクラッドヘッド２０は、筐体９に取り付けられている。レーザクラッドヘッド２０は、ビームスプリッタ４１を透過したレーザビーム３０を加工点に出射する。また、レーザクラッドヘッド２０は、供給された金属粉２６を加工点に吐出する。このように、金属粉２６を供給しつつ、レーザビーム３０を照射することにより肉盛層１６が形成される。肉盛層１６のレーザクラッドヘッド２０との対向面には溶融プール３１が形成される。レーザクラッドヘッド２０は、溶融プール３１及びその近傍からの発光をビームスプリッタ４１へ到達させる。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置のレーザクラッドヘッドを例示する断面図である。
図２に示すように、レーザクラッドヘッド２０は、内側ノズル２１、外側ノズル２２、原料供給管２３を備えている。すなわち、レーザクラッドヘッド２０は、ともにレーザビーム３０の光軸Ａ１を中心軸とする内側ノズル２１及び外側ノズル２２からなる同軸二重管構造を有している。
【００２１】
内側ノズル２１からレーザビーム３０が出射される。また、反対に、内側ノズル２１に、溶融プール３１及びその近傍を撮像するための光が入射する。したがって、溶融プール３１を照射するレーザビーム３０の光軸Ａ１と、溶融プール３１及びその近傍を撮像するための光の光軸とがレーザクラッドヘッド２０において一致している。内側ノズル２１からセンターガス２４が吐出される。また、内側ノズル２１と外側ノズル２２との間からは、原料供給管２３を介して供給されたキャリアガス２５及び金属粉２６が吐出される。つまり、溶融プール３１を照射するレーザビーム３０の光軸Ａ１及び溶融プール３１及びその近傍を撮像するための光の光軸は、内側ノズル２１及び外側ノズル２２の中心軸と一致している。
【００２２】
レーザビーム３０の照射と、センターガス２４、キャリアガス２５及び金属粉２６の供給とが一体化されることにより、レーザ加工部４をコンパクトにすることができる。また、溶融プール３１を照射するレーザビーム３０の光軸と、溶融プール３１及びその近傍を撮像するための光の光軸とがレーザクラッドヘッド２０において一致しているので、溶融プール３１及びその近傍を全体にわたり撮像することができる。
【００２３】
図１に示すように、撮像部８は、筐体９に取り付けられている。撮像部８は、溶融プール３１及びその近傍から発生した光を筐体９におけるビームスプリッタ４１で反射させて取り込む。これにより、撮像部８は、溶融プール３１及びその近傍を撮像する。撮像部８は、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）カメラである。
【００２４】
画像処理部５は、撮像部８で撮像した画像を処理する。例えば、画像処理部５は、明るさの強度によって画像に白黒のコントラストをつける。
【００２５】
測定・判定部６は、処理された画像をもとに測定・判定の処理を行う。これにより、測定・判定部６は、撮像した画像から、溶融プール３１に吸収された玉状の金属粉凝集体（玉）の大きさ及び個数を測定する。また、測定・判定部６は、肉盛層１６内の空孔の個数を測定する。さらに、測定・判定部６は、画像処理部５で施されたコントラストごとに面積を算出する。
【００２６】
判定結果表示部７は、撮像した画像及び画像処理した画像を表示する。また、判定結果表示部７は、測定した玉の大きさ及び個数を表示する。さらに、判定結果表示部７は、空孔の個数を表示する。また、判定結果表示部７は、測定した肉盛層１６の品質の判定結果を表示する。判定結果表示部７は、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）である。
【００２７】
図３は、実施の形態１に係るレーザ肉盛方法を例示する斜視図である。
図３を参照して、シリンダヘッド粗形材１０を説明する。シリンダヘッド粗形材１０は、例えば鋳鉄やアルミニウム合金などからなる鋳物である。シリンダヘッド粗形材１０は、複数の燃焼室１１を備えている。各燃焼室１１は、吸気ポート１２及び排気ポート１３を備えている。吸気ポート１２及び排気ポート１３のそれぞれにおいて、燃焼室１１側の開口１４の周縁に、開口１４を囲む円環状のザグリ溝１５が形成されている。ザグリ溝１５は、機械加工により形成される。
【００２８】
図３に示されたシリンダヘッド粗形材１０は、４気筒１６バルブ用であって、４つの燃焼室１１のそれぞれに吸気ポート１２及び排気ポート１３を２つずつ備えている。当然のことながら、燃焼室１１や吸気ポート１２及び排気ポート１３の個数はこの図の例に限定されるものではなく、適宜決定されるものである。
【００２９】
次に、本実施形態に係るレーザ肉盛装置１００の動作を説明する。動作を、肉盛層１６の形成方法、溶融プール３１の撮像方法、撮像された画像における玉１８の測定方法及び肉盛層１６の品質判定方法に分けて説明する。まず、肉盛層１６の形成方法を説明する。
【００３０】
図１に示すように、制御部３は、供給部１において、キャリアガス２５及び金属粉２６を混合させる。また、制御部３は、レーザ発振器２を稼働させる。制御部３は、供給部１を制御して、センターガス２４及び金属粉２６を混合させたキャリアガス２５をレーザクラッドヘッド２０に対して供給させる。それと同時に、制御部３は、レーザ発振器２を制御して、レーザビーム３０を筐体９に対して出射させる。制御部３は、金属粉２６の供給及びレーザビーム３０の出射のタイミングを合わせる。筐体９に出射されたレーザビーム３０は、筐体９の中をとおり、ビームスプリッタ４１に到達する。ビームスプリッタ４１は、レーザビーム３０の一部を透過させる。
【００３１】
図１及び図２に示すように、レーザクラッドヘッド２０に供給されたセンターガス２４は、内側ノズル２１から吐出される。キャリアガス２５及び金属粉２６は、内側ノズル２１と外側ノズル２２との間から、ザグリ溝１５の内部に吐出される。一方、ビームスプリッタ４１を透過したレーザビーム３０は、レーザクラッドヘッド２０の内側ノズル２１を通って、ザグリ溝１５の内部の加工点（溶融プール３１）を照射する。
【００３２】
このように、レーザ肉盛装置１００は、供給部１からザグリ溝１５に金属粉２６を供給しつつ、レーザビーム３０（光軸Ａ１）を照射する。これにより、ザグリ溝１５の内部において、金属粉２６が溶融・凝固し、バルブシート用の肉盛層１６が形成される。肉盛層１６におけるレーザビーム３０の対向面には溶融プール３１が形成される。
【００３３】
図３に示すように、レーザクラッドヘッド２０を、円環状のザグリ溝１５の中心軸Ａ２を軸として回転させる。このようにして、ザグリ溝１５の全周に肉盛層１６を形成する。レーザクラッドヘッド２０を移動させる方向を加工方向１７という。また、中心軸Ａ２とは、ザグリ溝１５の円環形状が形づける円環の中心を中心Ｏとした場合に、円環において直交する２つの直径に垂直で、中心Ｏを通る軸をいう。
【００３４】
次に、溶融プール３１の撮像方法を説明する。
図１に示すように、溶融プール３１及びその近傍からの発光のうち、撮像するための光は、レーザクラッドヘッド２０を通って、ビームスプリッタ４１に到達する。このように、溶融プール３１を照射するレーザビーム３０の光軸と、溶融プール３１及びその近傍を撮像するための光の光軸とをレーザクラッドヘッド２０において一致させる。
【００３５】
撮像するための光の中には、溶融プール３１からの発光の他、溶融プール３１の近傍に存在する金属粉凝集体からの発光及び反射光も含まれている。ビームスプリッタ４１は、溶融プール３１及びその近傍からの光の一部を反射する。反射された光は、撮像部８に到達する。これにより、撮像部８は、肉盛層１６を形成している間、溶融プール３１及びその近傍を撮像する。撮像部８で撮像された画像は、画像処理部５で画像処理される。
【００３６】
図４及び図５は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置における溶融プール及びその近傍を例示する写真である。
図４に示すように、形成過程における肉盛層１６の先端には、溶融プール３１が形成されている。溶融プール３１の加工方向１７の前方には、玉１８（図示せず）及び金属粉凝集体は見当たらない。玉１８とは、金属粉凝集体のうち、玉状になったものをいう。
【００３７】
一方、図５に示すように、溶融プール３１の加工方向１７の前方には、玉１８が存在する。玉１８は、肉盛層１６の内部欠陥の原因となるものである。このように、撮像部８は、肉盛層１６を形成している間、溶融プール３１及びその近傍を撮像する。また、撮像部８は、溶融プール３１に吸収された玉状の金属粉凝集体（玉１８）を撮像する。
【００３８】
図６は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置により形成された肉盛層を燃焼室側から見た円環断面のＣＴ画像を例示する写真である。
図６に示すように、肉盛層１６を燃焼室１１側から見た円環断面には、空孔１９が観察される（円１９の中）。空孔１９が観察された箇所は、溶融プール３１の観察時における玉１８を吸い込んだ箇所（玉吸込部２７）と対応している。一方、空孔１９が観察された箇所は、溶融プール３１の観察時における金属粉凝集体を吸い込んだ箇所（金属粉凝集体の吸込部３２）とは必ずしも対応していない。
【００３９】
図７は、図６に示すＡ−Ａ’線による断面のＣＴ画像を例示する写真である。
図７に示すように、肉盛層１６の円環断面のＣＴ画像で空孔１９が観察された箇所では、空孔１９が観察される。このように、本実施形態のレーザ肉盛装置１００は、空孔１９が観察された箇所と、玉吸込部２７とを対応づけることができる。
【００４０】
次に、撮像された画像における玉１８の測定方法を説明する。
図１に示すように、画像処理部５で処理された画像は、測定・判定部６に送られる。測定・判定部６は、撮像した画像から、溶融プール３１に吸収された玉１８（玉状の金属粉凝集体）の大きさ及び個数を測定する。その結果は、判定結果表示部７に表示される。金属粉凝集体の大きさ及び個数に基づいて、肉盛層１６の品質は判定される。
【００４１】
図８は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置において、溶融プールに吸い込まれた玉の大きさと肉盛層の内部における空孔の有無の相関を例示したグラフであり、横軸は、溶融プールに吸い込まれた玉の大きさを示し、縦軸は、度数を示す。白柱は、空孔１９が観察されなかった肉盛層１６の結果をまとめたものである。一方、黒柱は、空孔１９が観察された肉盛層１６の結果をまとめたものである。
【００４２】
図８に示すように、空孔１９が観察されなかった肉盛層１６（白柱）では、大きさが1.0mmφ以下の玉１８が35カウント、1.1〜1.5mmφの玉１８は78カウント、1.6〜2.0mmφの玉１８は4カウントである。これに対して、空孔１９が観察された肉盛層１６（黒柱）では、大きさが1.0mmφ以下の玉１８が0カウント、1.1〜1.5mmφの玉１８は20カウント、1.6〜2.0mmφの玉１８は10カウントである。このように、黒柱（空孔１９が観察された肉盛層）においては、1.6〜2.0mmφの大きさの玉１８のカウント数が、白柱（空孔１９が観察されなかった肉盛層１６）よりも多い。すなわち、玉１８が大きいほど空孔が発生する割合が増加する。
【００４３】
次に、肉盛層１６の品質判定方法を説明する。
図９は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置における肉盛層の品質判定方法を例示するフローチャートである。
図９のステップＳ１に示すように、まず、測定・判定部６は、画像処理部５で処理された加工点（溶融プール３１）の画像を取り込む。例えば、明るさに応じて白黒のコントラストをつけた画像を取り込む。
【００４４】
次に、ステップＳ２に示すように、溶融プール３１の加工方向の前方に観察された玉１８の大きさの測定と個数のカウントを行う。大きさの測定は、例えば、コントラストをつけた画像の面積を測定することにより行う。
次に、ステップＳ３に示すように、測定した玉１８の大きさ及びカウントした玉１８の個数が、品質判定基準における閾値より小さいか判断する。測定した玉１８の大きさ及びカウントした玉１８の個数が閾値より小さい（Yesの）場合には、ステップＳ４に進む。大きい（Noの）場合には、ステップＳ５に進む。
【００４５】
次に、ステップＳ４に示すように、測定した玉１８の大きさ及びカウントした玉１８の個数が閾値より小さい場合には、形成された肉盛層１６は良品としてＯＫと判定される。その後、ステップＳ６に進む。
一方、ステップＳ５に示すように、測定した玉１８の大きさ及びカウントした玉１８の個数が閾値より大きい場合には、形成された肉盛層１６は不良品としてＮＧと判定される。その後、ステップＳ６に進む。
【００４６】
次に、ステップＳ６に示すように、判定結果が出力される。例えば、判定結果表示部７に出力される。
このようにして、測定した玉１８の大きさ及び個数に基づいて、肉盛層１６の品質を判定する。
【００４７】
次に、肉盛層１６の品質判定方法における品質判定基準の一例を説明する。
図１０は、実施の形態１に係るレーザ肉盛装置により形成された肉盛層の品質判定基準を例示する図である。
図１０に示すように、あらかじめ、溶融プール３１に吸収された玉１８の大きさ及び個数と、肉盛層１６内に存在する空孔１９の個数との相関関係を求める。相関関係を求めるためには、まず、肉盛層１６の形成時に溶融プール３１に吸収された玉１８の大きさと個数を観察する。そして、観察した玉１８の大きさ及び個数から、玉１８の個数の総和を算出する。ここで、玉１８の個数の総和とは、玉１８の大きさ別に重み係数を掛けた、吸い込まれた玉１８の個数の総和をいう。例えば、総和は、以下の（１）式により求める。
【００４８】
【数１】
2017019002.tif 000003
ここで、Ciは、玉１８の大きさ別の重み係数であり、玉１８が大きいほど係数が大きいものである。Niは、玉１８の個数である。
【００４９】
このようにして、玉の個数の総和を求める。次に、観察した肉盛層１６の内部に存在する空孔１９の個数を調べる。空孔１９の個数は、例えば、ＣＴ画像により観察する。そして、横軸に玉１８の個数の総和をとり、縦軸に肉盛層１６の内部に存在する空孔１９の個数をとった散布図を作成する。いくつかの肉盛層１６を観察して求めた玉１８の個数の総和と、空孔１９の個数とを散布図にプロットする。これらのプロットは正の相関関係を示す。このようにして、玉１８の大きさ及び個数と、肉盛層１６内に存在する空孔１９の個数との相関関係を求める。
【００５０】
次に、この相関関係を用いた肉盛層１６の品質判定方法を説明する。
肉盛層１６の品質を決定する一つの要因は、肉盛層１６の内部に存在する空孔１９の個数である。そこで、まず、図１０に示すように、肉盛層１６の内部に存在する空孔１９の許容レベルを閾値として設定する。空孔１９の個数が閾値以下の肉盛層１６が良品である。空孔１９の個数が閾値を超える肉盛層１６は不良品である。次に、求めた相関関係を用いて、閾値に対応する玉１８の個数の総和を設定する。設定した玉１８の個数の総和以下の肉盛層１６は良品としてＯＫとなる。一方、設定した玉の個数の総和を超えた肉盛層は不良品としてＮＧとなる。
【００５１】
つまり、溶融プール３１に吸い込まれた玉１８が小さく個数が少ないほど、肉盛層１６の品質はよいと判定される。逆に、溶融プール３１に吸い込まれた玉１８が大きく個数が多いほど、肉盛層１６の品質は不良と判定される。このようにして、肉盛層１６の品質の判定基準に従って判定を行う。
【００５２】
次に、本実施形態にかかるレーザ肉盛装置を用いた品質判定方法の効果を説明する。
本実施形態にかかる品質判定方法は、撮像した画像から、溶融プール３１に吸収された玉１８（玉状の金属粉凝集体）の大きさ及び個数を測定する工程と、測定した大きさ及び個数に基づいて、肉盛層１６の品質を判定する工程と、を備えている。測定した玉１８（玉状の金属粉凝集体）の大きさ及び個数に基づいて、玉１８により形成された空孔の発生を精度よく予測することができる。そのため、肉盛層１６の品質を精度よく判定することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、外観検査ではわからない肉盛層１６の内部の品質を非破壊かつリアルタイムで判定することができる。
【００５４】
特許文献１では、溶融プールから発生する光の強度を観察することにより、肉盛層における異常の有無を判断している。特許文献１の方法では、溶融プールから発生する光の強度により熱の過不足は推定できる。しかし、空孔の発生を予測することはできない。したがって、肉盛層の品質を精度よく判定することはできない。
【００５５】
特許文献１に対して、本実施形態では、肉盛層１６の形成中に、溶融プール３１及びその近傍の画像から、肉盛層１６の内部に発生する空孔１９の原因となる現象を捉えている。これにより、従来技術では困難であった肉盛層１６の内部の品質(大きな空孔１９の存在)を判定することができる。
【００５６】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係るレーザ肉盛方法を説明する。本実施形態は、撮像部８が筐体９から離れている実施形態である。
【００５７】
図１１は、実施の形態２に係るレーザ肉盛装置を例示する構成図である。
図１１に示すように、レーザ肉盛装置２００において、撮像部８は、筐体９から切り離している。溶融プール３１及びその近傍からの光を、レーザクラッドヘッド２０を通して取り込まない。その結果、溶融プール３１を照射するレーザビーム３０の光軸Ａ１と、溶融プール３１及びその近傍を撮像するための光の光軸とが一致していない。そのような撮像部８で撮像した画像をもとにして判定を行う。その他の構成は、実施の形態１の構成とどうようであるので、説明を省略する。
【００５８】
本実施形態のレーザ肉盛装置２００は、溶融プール３１及びその近傍を全体にわたり視野に入れることが困難になる。そのため、実施の形態１のように、レーザビーム３０と同軸方向から撮影する構成に比べると、品質の判定精度が低下する可能性はある。しかしながら、撮像箇所の選択の自由度が大きくなる。これにより、所望の個所に注目して撮像することができる。
【００５９】
以上、本発明にかかる肉盛層の品質判定装置及びレーザ肉盛装置の実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  供給部
２  レーザ発振器
３  制御部
４  レーザ加工部
５  画像処理部
６  測定・判定部
７  判定結果表示部
８  撮像部
９  筐体
１０  シリンダヘッド粗形材
１１  燃焼室
１２  吸気ポート
１３  排気ポート
１４  開口
１５  ザグリ溝
１６  肉盛層
１７  加工方向
１８  玉
１９  空孔
２０  レーザクラッドヘッド
２１  内側ノズル
２２  外側ノズル
２３  原料供給管
２４  センターガス
２５  キャリアガス
２６  金属粉        
２７  玉吸込部
３０  レーザビーム
３１  溶融プール
３２  金属粉凝集体の吸込部
４１  ビームスプリッタ
１００  レーザ肉盛装置
２００  レーザ肉盛装置
Ａ１  光軸
Ａ２  中心軸
Ｏ  中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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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