JP2003027207A - 検出表面温度に基き溶射成形過程を制御する方法及び装置 - Google Patents
検出表面温度に基き溶射成形過程を制御する方法及び装置Info
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- C23C4/18—After-treatment
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶射過程において材料における熱勾配を最小
に維持する。 【解決手段】 成形される鋼製ビレットの表面温度分布
をリアル・タイムに計測する二波長画像式高温計の形態
の赤外線センサーを組み込んだ金属溶射成形過程に、方
法及び装置である。鋼製ビレットは、金属成形過程、射
出成形、ダイキャストなど、自動車産業における様な強
固な金型を必要とする処理における、金型として、有利
な形で用いられ得る。鋼製ビレットは、表面温度分布を
一様にし、それにより、製造される鋼製品内で生じる熱
応力を最小化する様に、成形される。
に維持する。 【解決手段】 成形される鋼製ビレットの表面温度分布
をリアル・タイムに計測する二波長画像式高温計の形態
の赤外線センサーを組み込んだ金属溶射成形過程に、方
法及び装置である。鋼製ビレットは、金属成形過程、射
出成形、ダイキャストなど、自動車産業における様な強
固な金型を必要とする処理における、金型として、有利
な形で用いられ得る。鋼製ビレットは、表面温度分布を
一様にし、それにより、製造される鋼製品内で生じる熱
応力を最小化する様に、成形される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概略的には、溶射
成形方法及び装置に関し、より具体的には、溶射成形過
程の測定及び制御面の自動化に関する。
成形方法及び装置に関し、より具体的には、溶射成形過
程の測定及び制御面の自動化に関する。
【０００２】
【従来の技術】融解用アーク・ガンとそこに供給される
金属ワイヤーを用いて、ある種の製品を溶射成形する方
法が知られている。ワイヤーを融解し、溶射可能な金属
液滴を形成するために、一般的には熱として明白なかな
りの量のエネルギーが、アーク・ガンにおいてワイヤー
に加えられる。結果として、液滴の温度がかなり上昇
し、この上昇した温度が少なくとも部分的に、溶射成形
される製品に向けて伝達される。液滴が製品の上に落ち
て、その構成部分になると、熱エネルギーの一部が製品
に伝導し、同時に残りの熱エネルギーは周囲の雰囲気に
放散する。結果として、製品の温度は、二次元及び三次
元で考えると、通常の金属溶射成形過程において極めて
変動し易い場合が多い。溶射成形過程で製品の本体が経
験する、このような変動つまり温度勾配は、完成品に対
して、かなり望ましくない影響を与える可能性がある。
金属ワイヤーを用いて、ある種の製品を溶射成形する方
法が知られている。ワイヤーを融解し、溶射可能な金属
液滴を形成するために、一般的には熱として明白なかな
りの量のエネルギーが、アーク・ガンにおいてワイヤー
に加えられる。結果として、液滴の温度がかなり上昇
し、この上昇した温度が少なくとも部分的に、溶射成形
される製品に向けて伝達される。液滴が製品の上に落ち
て、その構成部分になると、熱エネルギーの一部が製品
に伝導し、同時に残りの熱エネルギーは周囲の雰囲気に
放散する。結果として、製品の温度は、二次元及び三次
元で考えると、通常の金属溶射成形過程において極めて
変動し易い場合が多い。溶射成形過程で製品の本体が経
験する、このような変動つまり温度勾配は、完成品に対
して、かなり望ましくない影響を与える可能性がある。
【０００３】起こる可能性のある、より大きな悪影響の
一つは、製造後に実質的に固体の製品内に生じる内部応
力として顕著に成るのが一般的である。小さな潜在応力
が完成品に大きく影響することはないものの、制御され
ていない溶射過程においては、完成品において、歪んだ
り、そうでなくても変形又は曲げを起こすだけの大きさ
の応力を生じるのが、一般的でないわけではない。その
様な過程において、100℃程度の温度変化を製品本体全
体にわたり経験するのが、一般的でないわけではない。
更にまた、内部応力による小さな曲げであっても、特定
の完成品に精密加工が要求される場合においては、通常
の溶射成形加工過程を使用不能なものにする。
一つは、製造後に実質的に固体の製品内に生じる内部応
力として顕著に成るのが一般的である。小さな潜在応力
が完成品に大きく影響することはないものの、制御され
ていない溶射過程においては、完成品において、歪んだ
り、そうでなくても変形又は曲げを起こすだけの大きさ
の応力を生じるのが、一般的でないわけではない。その
様な過程において、100℃程度の温度変化を製品本体全
体にわたり経験するのが、一般的でないわけではない。
更にまた、内部応力による小さな曲げであっても、特定
の完成品に精密加工が要求される場合においては、通常
の溶射成形加工過程を使用不能なものにする。
【０００４】別の観点で、金属製品を溶射成形する技術
及び方法が進歩しているので、以前よりはるかに大型の
単一物の製造が可能になっている。しかしながら、結果
として、その様なより大きな溶射成形体で経験される温
度勾配は、そのx-, y-そしてまた z-方向の寸法が大き
いが故に、より顕著になっている。加えて、この様な大
きな物体を完成するのに要する時間が長いが故に、経験
される温度勾配は結果として大きくなる。溶射製品の厚
さ（z-寸法）もまた、より質量のある本体の形状を実現
するためには、大きくなることになる。溶射過程のある
時点においてアーク・ガンが加熱された溶融金属液滴を
塗布する所定の場所からの距離に比例して、より大きな
熱が放散するのが許容されるので、上記の様な特性のそ
れぞれが、経験される温度変化に寄与する。結果とし
て、完成品の全体に亘って望ましくなく移動する「ホッ
ト・スポット」又は跡となり得る。
及び方法が進歩しているので、以前よりはるかに大型の
単一物の製造が可能になっている。しかしながら、結果
として、その様なより大きな溶射成形体で経験される温
度勾配は、そのx-, y-そしてまた z-方向の寸法が大き
いが故に、より顕著になっている。加えて、この様な大
きな物体を完成するのに要する時間が長いが故に、経験
される温度勾配は結果として大きくなる。溶射製品の厚
さ（z-寸法）もまた、より質量のある本体の形状を実現
するためには、大きくなることになる。溶射過程のある
時点においてアーク・ガンが加熱された溶融金属液滴を
塗布する所定の場所からの距離に比例して、より大きな
熱が放散するのが許容されるので、上記の様な特性のそ
れぞれが、経験される温度変化に寄与する。結果とし
て、完成品の全体に亘って望ましくなく移動する「ホッ
ト・スポット」又は跡となり得る。
【０００５】溶射成形された製品全体にわたり経験され
た温度勾配の不利な影響は、長く認識されてきた。それ
らの最も小さくはないものが、内部応力の発生であり得
るし、そうである場合が多い。更にまた、現時点で利用
可能な技術は、ユーザーに、融解過程におけるワイヤー
への熱エネルギー入力の量を制御する能力を提供する。
しかし、必要性が認識されているにも関わらず、この分
野で欠けていたのは、溶射成形過程中にリアル・タイム
で製品の表面で経験される温度を正確に監視し計測する
ことが出来ない、ということであった。結果として、溶
射成形される製品で誘発される温度勾配に伴う問題を未
然に防止するために、少なくとも金属への熱エネルギー
入力に対する適切な制御に同様にリアル・タイムで影響
を及ぼすことは不可能であった。
た温度勾配の不利な影響は、長く認識されてきた。それ
らの最も小さくはないものが、内部応力の発生であり得
るし、そうである場合が多い。更にまた、現時点で利用
可能な技術は、ユーザーに、融解過程におけるワイヤー
への熱エネルギー入力の量を制御する能力を提供する。
しかし、必要性が認識されているにも関わらず、この分
野で欠けていたのは、溶射成形過程中にリアル・タイム
で製品の表面で経験される温度を正確に監視し計測する
ことが出来ない、ということであった。結果として、溶
射成形される製品で誘発される温度勾配に伴う問題を未
然に防止するために、少なくとも金属への熱エネルギー
入力に対する適切な制御に同様にリアル・タイムで影響
を及ぼすことは不可能であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】成形中の製品全体にわ
たる温度変化／勾配を考えたときに、未測定で未制御の
溶射成形過程に伴う上述の問題を解消し、ユーザーに更
なる利益をもたらすことが、本発明の目的である。この
様な改良及び利益は、本発明の図示の実施形態につい
て、より詳細に後述される。
たる温度変化／勾配を考えたときに、未測定で未制御の
溶射成形過程に伴う上述の問題を解消し、ユーザーに更
なる利益をもたらすことが、本発明の目的である。この
様な改良及び利益は、本発明の図示の実施形態につい
て、より詳細に後述される。
【０００７】主に自動車産業を念頭に置き、ラピッド・
ツーリング法（rapid tooling process）に適応する新
規な溶射成形用セルが開発され、その中においては、セ
ラミック基材上に溶融鋼を溶射成形することにより、金
型を作ることが出来る。溶融鋼は、特定の形状の金型を
製作する様に構成されたセラミック基材模型に溶射され
る。プレス金型の製造の場合には、模型の形状は、製作
された金型を用いてプレス成形で製造されるべき製品に
対応する。実施形態の一つにおいて、複数のツイン・ワ
イヤー・アーク・プラズマ・トーチ又はガンを用いて、
噴霧が作られる。一例としての実施形態においては、４
つのその様なガンが用いられ、それらの移動及び性能は
自動化されている。つまり、ガンは、コンピューター／
ロボット制御されている。最も一般的な溶射過程は、25
0ミクロン（0.0098インチ）程度の薄い皮膜を作るもの
であるが、本発明の溶射過程は、例えば、最大で75 mm
（0.24626フィート）のはるかに厚い堆積物を成形する
のに用いられる。
ツーリング法（rapid tooling process）に適応する新
規な溶射成形用セルが開発され、その中においては、セ
ラミック基材上に溶融鋼を溶射成形することにより、金
型を作ることが出来る。溶融鋼は、特定の形状の金型を
製作する様に構成されたセラミック基材模型に溶射され
る。プレス金型の製造の場合には、模型の形状は、製作
された金型を用いてプレス成形で製造されるべき製品に
対応する。実施形態の一つにおいて、複数のツイン・ワ
イヤー・アーク・プラズマ・トーチ又はガンを用いて、
噴霧が作られる。一例としての実施形態においては、４
つのその様なガンが用いられ、それらの移動及び性能は
自動化されている。つまり、ガンは、コンピューター／
ロボット制御されている。最も一般的な溶射過程は、25
0ミクロン（0.0098インチ）程度の薄い皮膜を作るもの
であるが、本発明の溶射過程は、例えば、最大で75 mm
（0.24626フィート）のはるかに厚い堆積物を成形する
のに用いられる。
【０００８】溶射過程中には、材料中の熱勾配が最小に
維持されることが重要である。つまり、溶射成形される
製品全体にわたり、均一な温度が望まれる。代表的な実
施形態において、製品は、自動車製造過程で用いられる
ことの多いもののような、高生産量のプレス成形で用い
られるのに適したプレス金型である。ガンの噴流は溶射
成形される製品又はビレットに比較して小さいので、噴
霧パターンの注意深い制御が要求される。噴霧堆積過程
での製品全体にわたり均一な熱分布を得て、それを確実
なものとするために、製品の温度のリアル・タイムの測
定が必要とされる。
維持されることが重要である。つまり、溶射成形される
製品全体にわたり、均一な温度が望まれる。代表的な実
施形態において、製品は、自動車製造過程で用いられる
ことの多いもののような、高生産量のプレス成形で用い
られるのに適したプレス金型である。ガンの噴流は溶射
成形される製品又はビレットに比較して小さいので、噴
霧パターンの注意深い制御が要求される。噴霧堆積過程
での製品全体にわたり均一な熱分布を得て、それを確実
なものとするために、製品の温度のリアル・タイムの測
定が必要とされる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、溶射成
形製品の表面温度分布をリアル・タイムで計測するため
に、二波長画像式高温計が利用される。画像式高温計
は、鋼製ビレットの高解像度（32,000ピクセル程度）の
熱画像を、溶射成形過程の間中連続して提供する。画像
式高温計は、200℃（華氏392度）程度の低い温度まで計
測し、高い感度を持つのが好ましい。二波長式検出の使
用により、高温計は、溶射成形過程での埃の多い環境に
も関わらず、表面温度分布を正確に計測することが出来
る。同様に、選択された高温計はまた、装置の光学ウイ
ンドウに埃が付着して、そこでの光透過率が大幅に低下
するときの様な、不透明度の問題にも関わらず、温度分
布を正確に計測することが出来る。
形製品の表面温度分布をリアル・タイムで計測するため
に、二波長画像式高温計が利用される。画像式高温計
は、鋼製ビレットの高解像度（32,000ピクセル程度）の
熱画像を、溶射成形過程の間中連続して提供する。画像
式高温計は、200℃（華氏392度）程度の低い温度まで計
測し、高い感度を持つのが好ましい。二波長式検出の使
用により、高温計は、溶射成形過程での埃の多い環境に
も関わらず、表面温度分布を正確に計測することが出来
る。同様に、選択された高温計はまた、装置の光学ウイ
ンドウに埃が付着して、そこでの光透過率が大幅に低下
するときの様な、不透明度の問題にも関わらず、温度分
布を正確に計測することが出来る。
【００１０】動作上の観点からは、その様なリアル・タ
イムの温度計測機器の組み込みは、既知の過程で応力が
引起す特性を最小にする又は無くす、制御方法を可能に
する。例えば、成形中の製品の露出面の、正確で、リア
ル・タイムな二次元温度マップを用いて、特に、噴霧ガ
ンの動作及び移動パターンを、製品の温度変動を最小化
する様に、他のことと共に、変更することが出来る。測
定又はフィードバックの観点からは、高温計により可能
となったリアル・タイムの温度測定は、溶射成形される
製品への影響に関し、ガンにおいて影響を受けた変化を
評価するのを可能とする。
イムの温度計測機器の組み込みは、既知の過程で応力が
引起す特性を最小にする又は無くす、制御方法を可能に
する。例えば、成形中の製品の露出面の、正確で、リア
ル・タイムな二次元温度マップを用いて、特に、噴霧ガ
ンの動作及び移動パターンを、製品の温度変動を最小化
する様に、他のことと共に、変更することが出来る。測
定又はフィードバックの観点からは、高温計により可能
となったリアル・タイムの温度測定は、溶射成形される
製品への影響に関し、ガンにおいて影響を受けた変化を
評価するのを可能とする。
【００１１】上述の有利な影響は、金属溶射成形過程の
リアル・タイムの測定及び制御に関して、典型的な機
器、機構及び方法に対して、当てはまるのが一般的であ
る。この様な利益をもたらす具体的な構造及び工程が、
以下により詳細に説明される。
リアル・タイムの測定及び制御に関して、典型的な機
器、機構及び方法に対して、当てはまるのが一般的であ
る。この様な利益をもたらす具体的な構造及び工程が、
以下により詳細に説明される。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の詳細な実施形態がここに
開示される。しかしながら、開示された実施形態は、種
々の代替形態で実施され得る本発明の単なる例であるこ
とが、理解されるべきである。図面は必ずしも縮尺が合
っておらず、特定の構成部分の詳細を示すために、ある
部分が拡大されていたり、最小化されている場合があ
る。それで、ここに開示されている特定の構造及び機能
の詳細は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、請
求項の基礎として、そして、当業者が本発明を種々に利
用する際の基礎となるものの代表的なものとして、解釈
されるべきである。
開示される。しかしながら、開示された実施形態は、種
々の代替形態で実施され得る本発明の単なる例であるこ
とが、理解されるべきである。図面は必ずしも縮尺が合
っておらず、特定の構成部分の詳細を示すために、ある
部分が拡大されていたり、最小化されている場合があ
る。それで、ここに開示されている特定の構造及び機能
の詳細は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、請
求項の基礎として、そして、当業者が本発明を種々に利
用する際の基礎となるものの代表的なものとして、解釈
されるべきである。
【００１３】以下に述べられ、添付の図面に図示されて
いる様に、本発明の装置および方法を利用して、試行例
が実行された。この様な試行において、画像式高温計
が、一般的に溶射成形セルとも呼ばれる構造であるラピ
ッド・ツーリング（rapid tooling）溶射成形施設に組
み込まれた。代表的なセルが図1乃至３に示されてい
る。セル10の外部は主に図１に示されている。模型保持
プラットフォーム若しくはテーブル12及びスプレー・ガ
ン又はトーチ14を含む、セル10の内部構成が、図２及び
３に示されている。図１及び２は、セル10内の空気の交
換を行うと共に、空気中を漂う粒子などの視界を遮る物
質を排出する様に構成された空気排出装置15を省略した
形で示している。省略して図示されたダクト15を超え
て、排気が浮遊している固体を除去するためのフィルタ
ー・システムに導かれる。図３は、セル10の天井近くに
配置されるのが望ましく、処理の測定及び制御の目的で
用いられる、セル10のある構成部品を示している。これ
らの構成部品には、本発明に従い構成される画像式高温
計16及び、ビデオ・カメラ18が、含まれる。
いる様に、本発明の装置および方法を利用して、試行例
が実行された。この様な試行において、画像式高温計
が、一般的に溶射成形セルとも呼ばれる構造であるラピ
ッド・ツーリング（rapid tooling）溶射成形施設に組
み込まれた。代表的なセルが図1乃至３に示されてい
る。セル10の外部は主に図１に示されている。模型保持
プラットフォーム若しくはテーブル12及びスプレー・ガ
ン又はトーチ14を含む、セル10の内部構成が、図２及び
３に示されている。図１及び２は、セル10内の空気の交
換を行うと共に、空気中を漂う粒子などの視界を遮る物
質を排出する様に構成された空気排出装置15を省略した
形で示している。省略して図示されたダクト15を超え
て、排気が浮遊している固体を除去するためのフィルタ
ー・システムに導かれる。図３は、セル10の天井近くに
配置されるのが望ましく、処理の測定及び制御の目的で
用いられる、セル10のある構成部品を示している。これ
らの構成部品には、本発明に従い構成される画像式高温
計16及び、ビデオ・カメラ18が、含まれる。
【００１４】本発明の発明概念を評価するためには、ラ
ピッド・ツーリング・セル10のある種の試行又は試験運
転を行うことが必要であった。この様な試行において、
より詳細に後述される様に、成形中の製品の全体で計測
されると、100℃（華氏212度）を超える温度勾配を持つ
可能性がある。上述の様に、この様な温度勾配の影響
は、より大型の製品や金型の堆積過程中に特に重要とな
る。
ピッド・ツーリング・セル10のある種の試行又は試験運
転を行うことが必要であった。この様な試行において、
より詳細に後述される様に、成形中の製品の全体で計測
されると、100℃（華氏212度）を超える温度勾配を持つ
可能性がある。上述の様に、この様な温度勾配の影響
は、より大型の製品や金型の堆積過程中に特に重要とな
る。
【００１５】いくつかの小さな試験片が、より大型の成
形体と共に、本発明の内容に従い、成功裏に溶射成形さ
れた。より大型の物体の一つは、インナー・フード用プ
レス型の断面の形状をしていたが、成功裏に、溶射成形
され、プレス処理で利用された。これまでは、その様な
大きな製品は、適切な測定及び制御のための装置及び方
法が利用可能でなかったために、溶射成形することが出
来なかった。
形体と共に、本発明の内容に従い、成功裏に溶射成形さ
れた。より大型の物体の一つは、インナー・フード用プ
レス型の断面の形状をしていたが、成功裏に、溶射成形
され、プレス処理で利用された。これまでは、その様な
大きな製品は、適切な測定及び制御のための装置及び方
法が利用可能でなかったために、溶射成形することが出
来なかった。
【００１６】本発明の有効性を試すために、高温計を用
いて計測された表面温度の光学的計測値を、熱電対によ
る直接接触の計測値と比較するために、熱電対が固定さ
れてから溶射されるセラミック基体が用いられた。この
試験装置が図４に示されている。２つの計測値は、製品
の堆積層が非常に厚くなり、計測値が異なるまで、一致
していた。その点において、熱電対は、セラミックと鋼
の境界温度を計測していた。一方、光学式高温計16は、
境界から離れて堆積している鋼の露出面の温度を計測し
ていた。
いて計測された表面温度の光学的計測値を、熱電対によ
る直接接触の計測値と比較するために、熱電対が固定さ
れてから溶射されるセラミック基体が用いられた。この
試験装置が図４に示されている。２つの計測値は、製品
の堆積層が非常に厚くなり、計測値が異なるまで、一致
していた。その点において、熱電対は、セラミックと鋼
の境界温度を計測していた。一方、光学式高温計16は、
境界から離れて堆積している鋼の露出面の温度を計測し
ていた。
【００１７】ここで述べた試行例は、本発明に従い行わ
れた光学的画像式計測値が有効であることを示した。溶
射された種々の検体のいくつかの熱画像が得られ、それ
らは、従来の溶射法が用いられていたときにビレットに
存在する可能性のあった大きな熱勾配を示していた。一
般的に、熱マップは、溶射体全体にわたる温度分布をよ
り均一にするために溶射特性及びパターンが調整されな
ければならない場所を示す。それで、本発明の実施形態
の一つにおいて、熱画像システムは、少なくともワイヤ
ー・アーク・トーチ14へ加えられる熱エネルギー又は電
力についての、そしてまたラスタリング[rastering]
（移動）自動制御ソフトウェアについての、処理制御情
報を提供するために、用いられる。
れた光学的画像式計測値が有効であることを示した。溶
射された種々の検体のいくつかの熱画像が得られ、それ
らは、従来の溶射法が用いられていたときにビレットに
存在する可能性のあった大きな熱勾配を示していた。一
般的に、熱マップは、溶射体全体にわたる温度分布をよ
り均一にするために溶射特性及びパターンが調整されな
ければならない場所を示す。それで、本発明の実施形態
の一つにおいて、熱画像システムは、少なくともワイヤ
ー・アーク・トーチ14へ加えられる熱エネルギー又は電
力についての、そしてまたラスタリング[rastering]
（移動）自動制御ソフトウェアについての、処理制御情
報を提供するために、用いられる。
【００１８】本発明を実施するのに用いられる画像式高
温計16は、この処理に特有の要求に基き、特に溶射環境
のために開発された。高温計16は、二波長高温測定技術
を用いて高い表面温度の分布を計測する様に構成されて
いる。この構成は、単一の焦点面アレイに合成される光
源又は目標の２つの画像を発生する光学式ヘッドを組み
込むものである。光学的な配置及びソフトウェアが、両
波長の画像の正確な配列及び強度を提供する。同時に得
られる二波長画像の対応するピクセルの二つのもののい
ずれも、正確な表面温度読取値を得るために一緒に用い
られる二波長放射計として考えることが出来る。
温計16は、この処理に特有の要求に基き、特に溶射環境
のために開発された。高温計16は、二波長高温測定技術
を用いて高い表面温度の分布を計測する様に構成されて
いる。この構成は、単一の焦点面アレイに合成される光
源又は目標の２つの画像を発生する光学式ヘッドを組み
込むものである。光学的な配置及びソフトウェアが、両
波長の画像の正確な配列及び強度を提供する。同時に得
られる二波長画像の対応するピクセルの二つのもののい
ずれも、正確な表面温度読取値を得るために一緒に用い
られる二波長放射計として考えることが出来る。
【００１９】溶射成形過程においては比較的低い温度が
監視されるべきであるので、高温計16は、より長い波長
範囲で動作する様に開発されている。高温計16は、0.95
ミクロン（0.0000374インチ）から1.75ミクロン（0.000
0689インチ）の高い量子効率を持つ。低温での応答を最
適化するために、1.65ミクロン（0.0000650インチ）か
ら1.40ミクロン（0.0000551インチ）でそれぞれ、長波
長及び短波長の画像が形成される。解像度は、320 x 24
0ピクセルである。それぞれの強度分布が、高温計16の
半分をカバーし、それは160 x 240ピクセルであるの
で、熱映像の解像度は、同じハーフ・フレーム・フォー
マットである。光学特性は同様に、長波長で動作する様
に設計される。カメラ16は、30 Hzのフレーム・レート
を持ち、画像強度は、12ビットのダイナミック・レンジ
でデジタル化される。大きなダイナミック・レンジが、
広範囲の温度が検出されるべきときには、特に重要であ
る。これは、小さな温度変化が大きな強度変化を起こす
低温において、特に言えることである。
監視されるべきであるので、高温計16は、より長い波長
範囲で動作する様に開発されている。高温計16は、0.95
ミクロン（0.0000374インチ）から1.75ミクロン（0.000
0689インチ）の高い量子効率を持つ。低温での応答を最
適化するために、1.65ミクロン（0.0000650インチ）か
ら1.40ミクロン（0.0000551インチ）でそれぞれ、長波
長及び短波長の画像が形成される。解像度は、320 x 24
0ピクセルである。それぞれの強度分布が、高温計16の
半分をカバーし、それは160 x 240ピクセルであるの
で、熱映像の解像度は、同じハーフ・フレーム・フォー
マットである。光学特性は同様に、長波長で動作する様
に設計される。カメラ16は、30 Hzのフレーム・レート
を持ち、画像強度は、12ビットのダイナミック・レンジ
でデジタル化される。大きなダイナミック・レンジが、
広範囲の温度が検出されるべきときには、特に重要であ
る。これは、小さな温度変化が大きな強度変化を起こす
低温において、特に言えることである。
【００２０】二波長画像式高温計16は、光源若しくは目
標と高温計との間に不透明部があるときには、単波長高
温計に対して、大きな利点を持つ。不透明部は、埃粒子
により起こされる光（波）の散乱、そして／又は、他の
形態の光路の障害から、来るものである。これは、セル
10内の溶射環境が考慮される際には、重要な特性であ
る。トーチ14におけるフィード・ワイヤーの融解により
生じる多量の煙だけでなく、かなりの量の空気中を漂う
粒子も、溶射過程で生成される。従来の排気システムを
用いてセル10の空気の不透明部を取除く取組みがなされ
ているにも関わらず、上記の特性のそれぞれが組合わさ
って、セル10の空気の不透明部を生じる。
標と高温計との間に不透明部があるときには、単波長高
温計に対して、大きな利点を持つ。不透明部は、埃粒子
により起こされる光（波）の散乱、そして／又は、他の
形態の光路の障害から、来るものである。これは、セル
10内の溶射環境が考慮される際には、重要な特性であ
る。トーチ14におけるフィード・ワイヤーの融解により
生じる多量の煙だけでなく、かなりの量の空気中を漂う
粒子も、溶射過程で生成される。従来の排気システムを
用いてセル10の空気の不透明部を取除く取組みがなされ
ているにも関わらず、上記の特性のそれぞれが組合わさ
って、セル10の空気の不透明部を生じる。
【００２１】二波長画像式高温計16は、不透明部に対す
るその低感度故に、とくに有利な構成である。この特性
は、検出温度が、長波強度の短波強度に対する比率から
求められるという事実に、主に寄与する。不透明部が長
波強度と短波強度の両方を同じ割合で減らす場合には、
比率温度は変化しない。反対に、単波長高温計における
不透明部の影響は、低下した強度が温度の低下として誤
って解釈されるので、大きなものとなる。例えば、単波
長装置は、送信される波長の強度を10分の1に減らせる
不透明部が出現するのに応じて、50度の温度降下を計測
する可能性がある。二波長画像式高温計16の利点は、処
理が長時間続く可能性があり、高温計16が、金属溶射成
形過程で生成される、レベルの変動するダストや他の障
害となるガスの中で動作しなければならないような産業
分野で、特に重要である。
るその低感度故に、とくに有利な構成である。この特性
は、検出温度が、長波強度の短波強度に対する比率から
求められるという事実に、主に寄与する。不透明部が長
波強度と短波強度の両方を同じ割合で減らす場合には、
比率温度は変化しない。反対に、単波長高温計における
不透明部の影響は、低下した強度が温度の低下として誤
って解釈されるので、大きなものとなる。例えば、単波
長装置は、送信される波長の強度を10分の1に減らせる
不透明部が出現するのに応じて、50度の温度降下を計測
する可能性がある。二波長画像式高温計16の利点は、処
理が長時間続く可能性があり、高温計16が、金属溶射成
形過程で生成される、レベルの変動するダストや他の障
害となるガスの中で動作しなければならないような産業
分野で、特に重要である。
【００２２】二波長画像式高温計は、単波長画像式高温
計、又は一般的な熱映像式カメラに対し、表面放射率が
未知又は変化する場合には、更に有利となる。熱映像式
カメラは、１近くの放射率を持つ黒体を用いて校正され
るのが一般的であるので、その出力は、放射率が１未満
であるときには、修正されなければならない。放射率の
見積もりがかなり不確実である場合には、この係数は、
処理される温度の誤差に対して最も大きな影響を与え
る。再び、二波長高温計16は、独特の解決策を提供す
る。放射率が、長帯域と短帯域において比例して低下す
るならば、比率温度は正しく検出される。
計、又は一般的な熱映像式カメラに対し、表面放射率が
未知又は変化する場合には、更に有利となる。熱映像式
カメラは、１近くの放射率を持つ黒体を用いて校正され
るのが一般的であるので、その出力は、放射率が１未満
であるときには、修正されなければならない。放射率の
見積もりがかなり不確実である場合には、この係数は、
処理される温度の誤差に対して最も大きな影響を与え
る。再び、二波長高温計16は、独特の解決策を提供す
る。放射率が、長帯域と短帯域において比例して低下す
るならば、比率温度は正しく検出される。
【００２３】全ての波長において放射率の値が１である
物体は、黒体として知られている。放射率が１未満であ
るが、全ての波長において等しい場合には、物体は、灰
色体放射をすると言われる。二波長高温計は、灰色体放
射器である全ての物体についての正確な温度を計測す
る。幸運なことに、灰色体という見込みは、金属溶射成
形過程で生成されるもののような広い範囲の鋼の溶融面
について、有効である。
物体は、黒体として知られている。放射率が１未満であ
るが、全ての波長において等しい場合には、物体は、灰
色体放射をすると言われる。二波長高温計は、灰色体放
射器である全ての物体についての正確な温度を計測す
る。幸運なことに、灰色体という見込みは、金属溶射成
形過程で生成されるもののような広い範囲の鋼の溶融面
について、有効である。
【００２４】二波長画像式高温計は、物体の表面に亘っ
て、放射率が変化するときには、別の点で有利である。
変化し得る放射率に起因する誤差は、ピクセルの各対が
長波長の短波長に対する強度比率を形成するために用い
られ、それにより、直接的に比率温度を計測するので、
最小化される。視野内で放射率が高い値から低い値へと
降下するならば、単波長画像式カメラは、物体の放射率
の変動を追跡する変動修正係数を必要とすることにな
る。
て、放射率が変化するときには、別の点で有利である。
変化し得る放射率に起因する誤差は、ピクセルの各対が
長波長の短波長に対する強度比率を形成するために用い
られ、それにより、直接的に比率温度を計測するので、
最小化される。視野内で放射率が高い値から低い値へと
降下するならば、単波長画像式カメラは、物体の放射率
の変動を追跡する変動修正係数を必要とすることにな
る。
【００２５】本発明で用いられる画像式高温計16は、約
200℃（華氏392度）未満の比較的低い温度で動作する様
に設計されている。この好ましいパラメーターは、溶射
成形過程での標準的な温度は300〜400℃（華氏572〜752
度）であることがこれまでの計測値から判っているから
である。溶射成形された鋼の表面は、灰色体放射を発す
るので、放射は、波長へのプランク依存を持つことにな
る。この低い温度範囲において、強度は、約5ミクロン
（0.000197インチ）においてピークを持ち、ピークから
両方向に離れるにつれて降下する。プランク依存におい
て、強度は、ピークの短波長側において大きく降下す
る。約0.9〜1.7ミクロン（0.0000354〜0.0000669イン
チ）高温計16の感応域は、最大強度の短波長側に位置す
るので、長波長及び短波長のフィルターが、この応答範
囲の長波長端に配置される。短波長及び長波長フィルタ
ーは、1.4〜1.65ミクロン（0.0000551〜0.0000650イン
チ）に中心が置かれる。それらの帯域幅は、約200 nm
（0.00000787インチ）である。低い温度計測値に対して
は、この部分が、高温計16からの最大信号を供給する。
200℃（華氏392度）未満の比較的低い温度で動作する様
に設計されている。この好ましいパラメーターは、溶射
成形過程での標準的な温度は300〜400℃（華氏572〜752
度）であることがこれまでの計測値から判っているから
である。溶射成形された鋼の表面は、灰色体放射を発す
るので、放射は、波長へのプランク依存を持つことにな
る。この低い温度範囲において、強度は、約5ミクロン
（0.000197インチ）においてピークを持ち、ピークから
両方向に離れるにつれて降下する。プランク依存におい
て、強度は、ピークの短波長側において大きく降下す
る。約0.9〜1.7ミクロン（0.0000354〜0.0000669イン
チ）高温計16の感応域は、最大強度の短波長側に位置す
るので、長波長及び短波長のフィルターが、この応答範
囲の長波長端に配置される。短波長及び長波長フィルタ
ーは、1.4〜1.65ミクロン（0.0000551〜0.0000650イン
チ）に中心が置かれる。それらの帯域幅は、約200 nm
（0.00000787インチ）である。低い温度計測値に対して
は、この部分が、高温計16からの最大信号を供給する。
【００２６】先に暗示した様に、特別に構成された高温
計16を校正するために、熱源が開発された。図４は、本
発明の内容に従い特別に構成された高温計16の校正に用
いられ得るその様な熱源の例を図示している。熱源は、
12.7 mm（0.5インチ）の厚さの鋼板の100 mm x 100 mm
（3.94インチx 3.94インチ）のピース20から、作られて
いる。４つのカートリッジ・ヒーターが、鋼板20の一側
からあけられた穴22に取付けられて、100 mm x 100 mm
（3.94インチx 3.94インチ）の熱源を構成する。鋼板20
の表面は、高放射率の黒色塗料で塗装され、熱電対が、
鋼板の中で、検出対象又は目標面上に取付けられる。熱
源の温度が、熱電対に基く温度制御器を用いて、制御さ
れる。そして、画像が記録される。
計16を校正するために、熱源が開発された。図４は、本
発明の内容に従い特別に構成された高温計16の校正に用
いられ得るその様な熱源の例を図示している。熱源は、
12.7 mm（0.5インチ）の厚さの鋼板の100 mm x 100 mm
（3.94インチx 3.94インチ）のピース20から、作られて
いる。４つのカートリッジ・ヒーターが、鋼板20の一側
からあけられた穴22に取付けられて、100 mm x 100 mm
（3.94インチx 3.94インチ）の熱源を構成する。鋼板20
の表面は、高放射率の黒色塗料で塗装され、熱電対が、
鋼板の中で、検出対象又は目標面上に取付けられる。熱
源の温度が、熱電対に基く温度制御器を用いて、制御さ
れる。そして、画像が記録される。
【００２７】図４の実施例に言及すると、熱源が高温計
16から70 cm（27.56インチ）の距離に配置される。1個
の熱電対24が、熱源の表面に取付けられ、見ることが出
来るのが、図４に示されている。鋼板20の回りに配置さ
れて使用される複数の熱電対からの相対的な読取値に基
き、鋼板20の内部から露出面に向けての温度降下は、数
度であることが判明した。それで、計測された前面若し
くは露出面の温度、つまり、高温計16により見られるも
のは、本発明の校正過程で利用される。
16から70 cm（27.56インチ）の距離に配置される。1個
の熱電対24が、熱源の表面に取付けられ、見ることが出
来るのが、図４に示されている。鋼板20の回りに配置さ
れて使用される複数の熱電対からの相対的な読取値に基
き、鋼板20の内部から露出面に向けての温度降下は、数
度であることが判明した。それで、計測された前面若し
くは露出面の温度、つまり、高温計16により見られるも
のは、本発明の校正過程で利用される。
【００２８】典型的な校正過程において、熱源の温度
は、20℃（華氏68度）変えられ、表面に取付けられた熱
電対近くの領域の放射は、二波長画像式高温計16を用い
て、計測された。各温度読取値において、長波長の強度
が、短波長の強度で除算された。計測された比率が、装
置の応答の理論値と比較された。この関係が図５のグラ
フに示されている。理論値つまり予測値には、高温計の
光学特性や、焦点面のスペクトル応答関数についての具
体的な考慮が含まれる。図５から判る様に、理論モデル
と計測値との間には、良好な一致が検出され、それによ
り、溶射成形セル環境での二波長高温計16の有用性が確
認された。
は、20℃（華氏68度）変えられ、表面に取付けられた熱
電対近くの領域の放射は、二波長画像式高温計16を用い
て、計測された。各温度読取値において、長波長の強度
が、短波長の強度で除算された。計測された比率が、装
置の応答の理論値と比較された。この関係が図５のグラ
フに示されている。理論値つまり予測値には、高温計の
光学特性や、焦点面のスペクトル応答関数についての具
体的な考慮が含まれる。図５から判る様に、理論モデル
と計測値との間には、良好な一致が検出され、それによ
り、溶射成形セル環境での二波長高温計16の有用性が確
認された。
【００２９】本発明の方法及び装置の試行中において、
上述の二波長画像式高温計は、図６に示される様に、溶
射成形セル10の屋根の高さに組み込まれる。高温計組立
体16の裏側は、セル10のエンクロージャーの外側に配置
され、画像式高温計16の焦点つまりレンズ部分は、天井
を貫通する開口内に挿入される様に構成されるのが望ま
しい。更にまた、保護目的で、高温計16のレンズが、セ
ル10の内部から離れて開口内に引っ込められているのが
望ましい。
上述の二波長画像式高温計は、図６に示される様に、溶
射成形セル10の屋根の高さに組み込まれる。高温計組立
体16の裏側は、セル10のエンクロージャーの外側に配置
され、画像式高温計16の焦点つまりレンズ部分は、天井
を貫通する開口内に挿入される様に構成されるのが望ま
しい。更にまた、保護目的で、高温計16のレンズが、セ
ル10の内部から離れて開口内に引っ込められているのが
望ましい。
【００３０】デジタル・インターフェース・ケーブル26
が、高温計16をデータ収集コンピューター28に接続す
る。コンピューター28は、セル10内の動作を観察そして
管理するために用いられる隣接した監視制御室に配置さ
れ、配置例が図３に示されている。この頭上の位置か
ら、高温計をベースにした画像式システムの視界（fiel
d ofvision略してFOV）が、溶射成形場の全体をカバー
する。
が、高温計16をデータ収集コンピューター28に接続す
る。コンピューター28は、セル10内の動作を観察そして
管理するために用いられる隣接した監視制御室に配置さ
れ、配置例が図３に示されている。この頭上の位置か
ら、高温計をベースにした画像式システムの視界（fiel
d ofvision略してFOV）が、溶射成形場の全体をカバー
する。
【００３１】典型的な構成においては、４つのワイヤー
・アーク・トーチ又はガン14が、溶融鋼をセラミックの
マスター模型上に堆積するために、用いられる。トーチ
14は、プログラムされたラスター・パターン（予め規定
された移動又はパターン）で、その上に金型を成形する
ために溶射金属を受ける様に構成されたセラミック模型
の露出面の上方約100 mm（3.94インチ）の高さで、動作
する。
・アーク・トーチ又はガン14が、溶融鋼をセラミックの
マスター模型上に堆積するために、用いられる。トーチ
14は、プログラムされたラスター・パターン（予め規定
された移動又はパターン）で、その上に金型を成形する
ために溶射金属を受ける様に構成されたセラミック模型
の露出面の上方約100 mm（3.94インチ）の高さで、動作
する。
【００３２】模型28は、その上で成形された溶射体の部
分と一緒に、その方向及び位置を変更する様に構成され
た、機械的なプラットフォーム若しくはテーブル12に取
付けられ得る。構造の単純化のために、この操作の好ま
しい実施形態は、溶射成形過程中の制御された回転、つ
まり、回転を示す矢印により図７に示される特性であ
る。この装置は、他にも理由があるが、融解した金属が
セラミック上に堆積する際に、形成される製品の表面全
体にわたる熱勾配を最小にするのを可能とするために、
設けられる。溶射成形装置とセラミック製マスター模型
28の例が、図７に示されている。図７において、マスタ
ー模型28は、500 mm x 500 mm（19.69インチｘ 19.69イ
ンチ）の大きさのセラミック製のフード部分28であり、
回転テーブル若しくはプラットフォーム12の中央に配置
されている。注意深く制御された支持アーム及びガンの
ためのロボット軌跡が、基体テーブル12の回転速度と共
に、溶融金属の溶射過程で規制される製品の熱勾配を最
小化するために用いられる。溶射過程の全体にわたる画
像式高温計16により作られるリアルタイムの読取値に基
き、フィードバック測定及びフィードフォワード制御情
報が作られ、特に、この装置の軌跡及びトーチ用の自動
制御コンピューター及びソフトウェアに供給される。
分と一緒に、その方向及び位置を変更する様に構成され
た、機械的なプラットフォーム若しくはテーブル12に取
付けられ得る。構造の単純化のために、この操作の好ま
しい実施形態は、溶射成形過程中の制御された回転、つ
まり、回転を示す矢印により図７に示される特性であ
る。この装置は、他にも理由があるが、融解した金属が
セラミック上に堆積する際に、形成される製品の表面全
体にわたる熱勾配を最小にするのを可能とするために、
設けられる。溶射成形装置とセラミック製マスター模型
28の例が、図７に示されている。図７において、マスタ
ー模型28は、500 mm x 500 mm（19.69インチｘ 19.69イ
ンチ）の大きさのセラミック製のフード部分28であり、
回転テーブル若しくはプラットフォーム12の中央に配置
されている。注意深く制御された支持アーム及びガンの
ためのロボット軌跡が、基体テーブル12の回転速度と共
に、溶融金属の溶射過程で規制される製品の熱勾配を最
小化するために用いられる。溶射過程の全体にわたる画
像式高温計16により作られるリアルタイムの読取値に基
き、フィードバック測定及びフィードフォワード制御情
報が作られ、特に、この装置の軌跡及びトーチ用の自動
制御コンピューター及びソフトウェアに供給される。
【００３３】４つのワイヤー・アーク・プラズマ・トー
チを持つのが一般的な溶射ヘッド14が、動作中にかなり
の量のプラズマを発生する。アーク・ガン14において発
生した光は、溶融金属が噴霧される際に、画像式高温計
16を満たし、それにより正確な温度の読取を妨げそして
不可能にするのに充分な強度を持つ。頻繁に溶射過程を
開始及び停止するのは、一般的に実現可能なことではな
い。結果として、高温計16を用いて正確な読取がなされ
るのを可能にする、装置及び方法が開発された。バケッ
ト型のエンクロージャー30の形態の容器が、図２及び３
に例示的に示される様に、セル10内に設けられる。そこ
に示される様に、エンクロージャー30は、ガン14の溶射
ヘッドの挿入を許容し、それにより、その回りの特別の
光捕集部を形成する様に構成されている。好ましい実施
形態において、光捕集部を形成するバケット型エンクロ
ージャーには、開口付きの壁が含まれる。この開口は、
融解用アーク・ガンがエンクロージャー内で作動させら
れる際に、融解された金属の背圧及び吹き返しが最小化
される様に、壁に設けられている。壁に貫通孔を設ける
ことで、エンクロージャーの内部空間が比較的小さい状
態で動作する際に、ガンが汚れるのを防止することにも
なる。
チを持つのが一般的な溶射ヘッド14が、動作中にかなり
の量のプラズマを発生する。アーク・ガン14において発
生した光は、溶融金属が噴霧される際に、画像式高温計
16を満たし、それにより正確な温度の読取を妨げそして
不可能にするのに充分な強度を持つ。頻繁に溶射過程を
開始及び停止するのは、一般的に実現可能なことではな
い。結果として、高温計16を用いて正確な読取がなされ
るのを可能にする、装置及び方法が開発された。バケッ
ト型のエンクロージャー30の形態の容器が、図２及び３
に例示的に示される様に、セル10内に設けられる。そこ
に示される様に、エンクロージャー30は、ガン14の溶射
ヘッドの挿入を許容し、それにより、その回りの特別の
光捕集部を形成する様に構成されている。好ましい実施
形態において、光捕集部を形成するバケット型エンクロ
ージャーには、開口付きの壁が含まれる。この開口は、
融解用アーク・ガンがエンクロージャー内で作動させら
れる際に、融解された金属の背圧及び吹き返しが最小化
される様に、壁に設けられている。壁に貫通孔を設ける
ことで、エンクロージャーの内部空間が比較的小さい状
態で動作する際に、ガンが汚れるのを防止することにも
なる。
【００３４】光捕集部を用いる方法が、溶融金属32がマ
スター模型に向けられる図８を、溶射ヘッド14が捕集部
30内に配置される図９と比較することにより、示されて
いる。光シールド30の組み込みは、高温計16からプラズ
マ光を引き離して、それにより、ヘッド14がシールドさ
れている間に正確な表面温度を計測するのを可能にす
る、有効な方法及び装置であることが、判る。
スター模型に向けられる図８を、溶射ヘッド14が捕集部
30内に配置される図９と比較することにより、示されて
いる。光シールド30の組み込みは、高温計16からプラズ
マ光を引き離して、それにより、ヘッド14がシールドさ
れている間に正確な表面温度を計測するのを可能にす
る、有効な方法及び装置であることが、判る。
【００３５】更にまた、エンクロージャー30は、使用さ
れる融解金属が遮蔽過程中に収集される容器を構成す
る。望ましい場合には、この蓄積された金属を、取り出
して再利用することが出来、それにより、今まで述べた
本発明の方法及び装置に更なる効果を加えることにな
る。
れる融解金属が遮蔽過程中に収集される容器を構成す
る。望ましい場合には、この蓄積された金属を、取り出
して再利用することが出来、それにより、今まで述べた
本発明の方法及び装置に更なる効果を加えることにな
る。
【００３６】以下に、温度がまず、長方形のセラミック
基材で計測された、具体的なケース・スタディについ
て、述べる。上に鋼製ビレットが堆積される試験用セラ
ミック基材32の概略図が図11に示されている。セラミッ
ク基材32は、四角形のキャビティ若しくは凹み34及び隆
起した四角形のプラットフォーム36を保持している。溶
射ヘッド14は、実質的に一様なパターンで走査若しくは
前後に移動する様に予めプログラムされている。長方形
のセラミック製基材32は、長さが500 mm（19.69イン
チ）であり、四角形の成形体34, 36の公称の大きさは12
0 mm（4.72インチ）である。その様に単純な物体で計測
を行う目的は、組み込み過程で生じた可能性のあるシス
テムの欠陥を検出し、修正するためである。これはま
た、装置の校正の一種と考えることも出来る。
基材で計測された、具体的なケース・スタディについ
て、述べる。上に鋼製ビレットが堆積される試験用セラ
ミック基材32の概略図が図11に示されている。セラミッ
ク基材32は、四角形のキャビティ若しくは凹み34及び隆
起した四角形のプラットフォーム36を保持している。溶
射ヘッド14は、実質的に一様なパターンで走査若しくは
前後に移動する様に予めプログラムされている。長方形
のセラミック製基材32は、長さが500 mm（19.69イン
チ）であり、四角形の成形体34, 36の公称の大きさは12
0 mm（4.72インチ）である。その様に単純な物体で計測
を行う目的は、組み込み過程で生じた可能性のあるシス
テムの欠陥を検出し、修正するためである。これはま
た、装置の校正の一種と考えることも出来る。
【００３７】最初の溶射作業において、アーク・ガン又
はトーチ14からのプラズマ光源が明る過ぎて、光捕集部
30を利用できれば有利であることが、確認された。制御
コンピューター28上で動作するロボット制御ソフトウェ
アは、最初に、鋼製ビレットの所望の厚さが得られるま
で、制御されたパターンで、セラミック基体32上へ鋼を
溶射するための設定が行われた。ビレットのかなりの部
分を高温計から隠す程に溶射ヘッド14が大きく、そして
プラズマ光のレベルが高いので、自動制御ソフトウェア
は、ヘッド14を周期的にテーブル12の側に移動させ、そ
して、それを、トーチが点火したままで、5秒間にわた
り、遮蔽容器30内に留める様に、構成された。この周期
的な休止期間に、鋼製ビレットの一連の画像が記録さ
れ、温度マップが作成そして表示される。
はトーチ14からのプラズマ光源が明る過ぎて、光捕集部
30を利用できれば有利であることが、確認された。制御
コンピューター28上で動作するロボット制御ソフトウェ
アは、最初に、鋼製ビレットの所望の厚さが得られるま
で、制御されたパターンで、セラミック基体32上へ鋼を
溶射するための設定が行われた。ビレットのかなりの部
分を高温計から隠す程に溶射ヘッド14が大きく、そして
プラズマ光のレベルが高いので、自動制御ソフトウェア
は、ヘッド14を周期的にテーブル12の側に移動させ、そ
して、それを、トーチが点火したままで、5秒間にわた
り、遮蔽容器30内に留める様に、構成された。この周期
的な休止期間に、鋼製ビレットの一連の画像が記録さ
れ、温度マップが作成そして表示される。
【００３８】図12において、長方形のセラミック製基体
32の合成可能な二波長画像38（長から短）が一例として
示され、四角形の隆起36がそれぞれの画像の上側にあ
り、キャビティ34が下側にあるのを示している。トーチ
14が、光強度を低下するために、光シールド30内に配置
さた後で、長方形の鋼製ビレットの熱映像が記録され
た。図14においては、鋼製ビレットの二波長画像38（長
及び短）は、トーチ14が光シールド30内に配置されてか
ら約5秒の時点でのものが示されている。浅い正方形の
キャビティ34は、正方形隆起36よりも明るく、それは、
キャビティ34が、正方形隆起36よりも多くの溶融鋼液滴
を受け保持し、最近に溶融された溶射金属の量が多いが
故に高い温度を持つ、ことを示している。これらの領域
間の温度差は、カラー・コンピューター・スクリーン・
ディスプレーを表す図15に示された合成若しくは比率温
度マップ40に示されている。浅いキャビティ34内の温度
は、約320℃（華氏608度）であるのに対し、正方形隆起
36の温度は約10度低い。隣接する明るい画像は、キャビ
ティ及び凹みそれぞれの側におけるオーバー・スプレー
デポジット37を示している。
32の合成可能な二波長画像38（長から短）が一例として
示され、四角形の隆起36がそれぞれの画像の上側にあ
り、キャビティ34が下側にあるのを示している。トーチ
14が、光強度を低下するために、光シールド30内に配置
さた後で、長方形の鋼製ビレットの熱映像が記録され
た。図14においては、鋼製ビレットの二波長画像38（長
及び短）は、トーチ14が光シールド30内に配置されてか
ら約5秒の時点でのものが示されている。浅い正方形の
キャビティ34は、正方形隆起36よりも明るく、それは、
キャビティ34が、正方形隆起36よりも多くの溶融鋼液滴
を受け保持し、最近に溶融された溶射金属の量が多いが
故に高い温度を持つ、ことを示している。これらの領域
間の温度差は、カラー・コンピューター・スクリーン・
ディスプレーを表す図15に示された合成若しくは比率温
度マップ40に示されている。浅いキャビティ34内の温度
は、約320℃（華氏608度）であるのに対し、正方形隆起
36の温度は約10度低い。隣接する明るい画像は、キャビ
ティ及び凹みそれぞれの側におけるオーバー・スプレー
デポジット37を示している。
【００３９】図15の温度マップ40は、堆積物の長方形状
を示していないが、これは、ある領域においては、短波
長画像の強度が閾値を下回るからである、ことを説明し
ておく必要がある。溶射ヘッド14の軌跡が、その様な低
光強度領域を生じたので、相殺用調整が、将来のために
なされることになる。光強度が低下したのは、一様な温
度を維持するには充分な量の材料が溶射されなかった結
果である。この欠陥を補うために適切な調整が、後の処
理において可能である。
を示していないが、これは、ある領域においては、短波
長画像の強度が閾値を下回るからである、ことを説明し
ておく必要がある。溶射ヘッド14の軌跡が、その様な低
光強度領域を生じたので、相殺用調整が、将来のために
なされることになる。光強度が低下したのは、一様な温
度を維持するには充分な量の材料が溶射されなかった結
果である。この欠陥を補うために適切な調整が、後の処
理において可能である。
【００４０】大型の溶射成形製品については、溶射パタ
ーンと取付けテーブル12の操作が、溶射過程で制御可能
となるべき重要な特性である。2.4ｍ2（7.87平方フィー
ト）までとそれを超えるビレットが、本発明に従い構成
そして実施される装置及び方法により、望ましい形で適
応され得る。この大型の製品に対しては、ガン14の制御
が、自動化され、マスター模型28を保持するプラットフ
ォーム12の操作と理想的に一体化されるのが好ましい。
溶融金属の塗布位置と速度に関して、溶射パラメーター
と塗布パターンを注意深く制御することが、この様な用
途においては、最も重要となる。
ーンと取付けテーブル12の操作が、溶射過程で制御可能
となるべき重要な特性である。2.4ｍ2（7.87平方フィー
ト）までとそれを超えるビレットが、本発明に従い構成
そして実施される装置及び方法により、望ましい形で適
応され得る。この大型の製品に対しては、ガン14の制御
が、自動化され、マスター模型28を保持するプラットフ
ォーム12の操作と理想的に一体化されるのが好ましい。
溶融金属の塗布位置と速度に関して、溶射パラメーター
と塗布パターンを注意深く制御することが、この様な用
途においては、最も重要となる。
【００４１】一例として、大型の自動車フード用部品の
溶射中に、熱が計測された。インナー・フード部品用マ
スター模型のセラミック基材28が、この様に大きなビレ
ットを溶射成形する際に得られる熱パターンを検討する
為に、用いられた。セラミック基体28の大きさは、約0.
5ｍ2（1.64平方フィート）であった。この模型の形状
は、この溶射過程で生成される鋼製ビレットを用いて将
来プレス成形されるべき実際の部品に、一致している。
セラミック・フードの部分模型28が、図７に示される様
に、回転テーブル12の中央に配置された。セラミック基
体28は、約75 mm（2.95インチ）の厚さであった。そし
て、プラズマ・トーチ14は、セラミック面の約100 mm
（3.94インチ）上方から噴霧した。噴霧されるべき部分
の寸法が大きいので、堆積物が画像式高温計16により見
ることの出来る温度まで加熱するには、数分を要した。
しかしながら、溶射過程に入って数分後に、隆起面の部
分がビレットの残りよりも迅速に上昇したことが明らか
であった。相殺のための調整が有効にされた。つまり、
検出温度が一様になるまで、これらの「ホット・スポッ
ト」には、少ない熱で少ない量の金属が溶射された。イ
ンナー・フード用鋼製ビレットの表示された放射画像
は、図16に表される様に、広い範囲の強度レベルを持っ
ていた。明らかに、熱表示光は、移動するガン14により
近く配置された隆起部分から、より多く発せられてい
た。溶射ガン14からはるかに離れていた谷から発せられ
ていた光は、はるかに少なかった。放射画像は、操作者
に対して見易くするために、図17の表示された温度画像
を構築する過程において、閾値未満が削除された。しか
しながら、本発明の監視及び制御機能を利用して、溶射
過程での温度勾配がかなり最小化されてビレットが成形
された。
溶射中に、熱が計測された。インナー・フード部品用マ
スター模型のセラミック基材28が、この様に大きなビレ
ットを溶射成形する際に得られる熱パターンを検討する
為に、用いられた。セラミック基体28の大きさは、約0.
5ｍ2（1.64平方フィート）であった。この模型の形状
は、この溶射過程で生成される鋼製ビレットを用いて将
来プレス成形されるべき実際の部品に、一致している。
セラミック・フードの部分模型28が、図７に示される様
に、回転テーブル12の中央に配置された。セラミック基
体28は、約75 mm（2.95インチ）の厚さであった。そし
て、プラズマ・トーチ14は、セラミック面の約100 mm
（3.94インチ）上方から噴霧した。噴霧されるべき部分
の寸法が大きいので、堆積物が画像式高温計16により見
ることの出来る温度まで加熱するには、数分を要した。
しかしながら、溶射過程に入って数分後に、隆起面の部
分がビレットの残りよりも迅速に上昇したことが明らか
であった。相殺のための調整が有効にされた。つまり、
検出温度が一様になるまで、これらの「ホット・スポッ
ト」には、少ない熱で少ない量の金属が溶射された。イ
ンナー・フード用鋼製ビレットの表示された放射画像
は、図16に表される様に、広い範囲の強度レベルを持っ
ていた。明らかに、熱表示光は、移動するガン14により
近く配置された隆起部分から、より多く発せられてい
た。溶射ガン14からはるかに離れていた谷から発せられ
ていた光は、はるかに少なかった。放射画像は、操作者
に対して見易くするために、図17の表示された温度画像
を構築する過程において、閾値未満が削除された。しか
しながら、本発明の監視及び制御機能を利用して、溶射
過程での温度勾配がかなり最小化されてビレットが成形
された。
【００４２】高温計の精度を試験する取組みの中で、高
温計の計測値との比較のために表面近くの温度を計測す
るために、セラミック板に熱電対が係合された。試験を
完了するために、５つの穴又は開口がその板に開けら
れ、熱電対が溶射成形されるべき模型の表面と面一に取
付けられた。この装置の構成の例が図13に図示されてい
る。その板は、回転台12上に配置され、保護用鋼板が、
熱電対の配線を覆って配置された。
温計の計測値との比較のために表面近くの温度を計測す
るために、セラミック板に熱電対が係合された。試験を
完了するために、５つの穴又は開口がその板に開けら
れ、熱電対が溶射成形されるべき模型の表面と面一に取
付けられた。この装置の構成の例が図13に図示されてい
る。その板は、回転台12上に配置され、保護用鋼板が、
熱電対の配線を覆って配置された。
【００４３】鋼製ビレットが、セラミック基体42上に約
30分の期間にわたり溶射成形された。セラミック基体42
は、回転されなかった。表面近くの温度が、熱電対を用
いて5点で監視された。表面温度マップが、画像式高温
計16を用いて計測された様に、成形過程の間中表示され
た。堆積過程中の溶射ヘッド14の軌跡は、堆積物の残り
の部分と比較して模型の上縁の上で消費される時間を変
化させた。予測された様に、この軌跡は、図18に表され
た様に、高温計16において証明された様に、上方領域で
高い範囲の温度を発生した。図19に示されたビレットの
明度画像は、この領域からより多くの光が発せられ、よ
り高い熱量が存在していることを示している。
30分の期間にわたり溶射成形された。セラミック基体42
は、回転されなかった。表面近くの温度が、熱電対を用
いて5点で監視された。表面温度マップが、画像式高温
計16を用いて計測された様に、成形過程の間中表示され
た。堆積過程中の溶射ヘッド14の軌跡は、堆積物の残り
の部分と比較して模型の上縁の上で消費される時間を変
化させた。予測された様に、この軌跡は、図18に表され
た様に、高温計16において証明された様に、上方領域で
高い範囲の温度を発生した。図19に示されたビレットの
明度画像は、この領域からより多くの光が発せられ、よ
り高い熱量が存在していることを示している。
【００４４】高温計の読取値と、互いに離間して配置さ
れた熱電対の計測値との間の良好な一致が、溶射過程に
入って約15分間の間、存在した。しかしながら、溶射過
程が連続し、溶射成形体又はビレットがセラミック基体
42上で厚くなると、熱電対の計測値が、高温計16の表面
温度計測値から離れ始めた。30分間の溶射過程の終了ま
でに、ビレットの厚さは、約6 mm（0.236インチ）まで
成長した。ビレットの厚さが成長すると、ビレット／セ
ラミックの境界面温度が、連続している溶射成形過程に
直接晒されている表面の温度から離れて降下し始めた。
れた熱電対の計測値との間の良好な一致が、溶射過程に
入って約15分間の間、存在した。しかしながら、溶射過
程が連続し、溶射成形体又はビレットがセラミック基体
42上で厚くなると、熱電対の計測値が、高温計16の表面
温度計測値から離れ始めた。30分間の溶射過程の終了ま
でに、ビレットの厚さは、約6 mm（0.236インチ）まで
成長した。ビレットの厚さが成長すると、ビレット／セ
ラミックの境界面温度が、連続している溶射成形過程に
直接晒されている表面の温度から離れて降下し始めた。
【００４５】ビレットの表面温度は、溶射トーチ14がオ
フにされた後の時間の関数として、追跡された。高温計
16は、1 Hzの速度で画像が記録された。図20は、ガン14
がオフされた後での高温計16の最初の読取値を表す、コ
ンピューター・スクリーン・カラー・ディスプレーを表
している。図21の図は、2分が経過した後の対応する読
取値を示している。驚くべきことではないが、ビレット
は、大きな熱質量から予測される通りに、ゆっくりと冷
却した。
フにされた後の時間の関数として、追跡された。高温計
16は、1 Hzの速度で画像が記録された。図20は、ガン14
がオフされた後での高温計16の最初の読取値を表す、コ
ンピューター・スクリーン・カラー・ディスプレーを表
している。図21の図は、2分が経過した後の対応する読
取値を示している。驚くべきことではないが、ビレット
は、大きな熱質量から予測される通りに、ゆっくりと冷
却した。
【００４６】本発明の主要なそして重要な観点は、二波
長画像式高温計16を測定と制御目的で溶射過程に組み込
むことである。ここで述べた様に、高温計16を用いて溶
射されるビレット又は製品の温度を監視することは、そ
の有用な機能性のごく一部である。温度値が確認され、
溶射される製品の位置に割当てられる、温度データが、
作られる。その位置又は領域の大きさに応じて、ビレッ
トに沿っての温度変化に関して、おおよそ正確なマッピ
ングが可能とされる。小ピクセル型の点の場合には、本
質的に連続的なマッピングが適応され、それは高度な解
像度を持つ。一般的にこれらの温度値は、既知の基準点
から計測される座標を用いて配置される。この様にし
て、複数の温度値が、いかなる特定の位置又は領域に連
動され、読取時期に基き互いに差別化され得る。それ
で、その場所の温度が、現在の状態情報として測定さ
れ、同じ情報がまた、将来の制御目的に用いられ得る。
この構成はまた、処理後の解析のため、又は制御パラメ
ーターの設定における予測のために、用いられ得る、温
度計測値の履歴の収集を可能とする。
長画像式高温計16を測定と制御目的で溶射過程に組み込
むことである。ここで述べた様に、高温計16を用いて溶
射されるビレット又は製品の温度を監視することは、そ
の有用な機能性のごく一部である。温度値が確認され、
溶射される製品の位置に割当てられる、温度データが、
作られる。その位置又は領域の大きさに応じて、ビレッ
トに沿っての温度変化に関して、おおよそ正確なマッピ
ングが可能とされる。小ピクセル型の点の場合には、本
質的に連続的なマッピングが適応され、それは高度な解
像度を持つ。一般的にこれらの温度値は、既知の基準点
から計測される座標を用いて配置される。この様にし
て、複数の温度値が、いかなる特定の位置又は領域に連
動され、読取時期に基き互いに差別化され得る。それ
で、その場所の温度が、現在の状態情報として測定さ
れ、同じ情報がまた、将来の制御目的に用いられ得る。
この構成はまた、処理後の解析のため、又は制御パラメ
ーターの設定における予測のために、用いられ得る、温
度計測値の履歴の収集を可能とする。
【００４７】図３は、図１乃至３に示された溶射成形セ
ル1で行われる溶射成形過程のための制御室の内部を示
している。図３に示される様に、制御室の上部モニター
44には、セル10内部のリアルタイムの画像又はビデオが
表示される。この様な画像を提供するカメラ18は、図10
に示される様に、溶射セル10の右上部の隅に、見ること
が出来る。保護目的で、カメラ18は、シールドで覆われ
得ると有利であり、そして、それは、取付け固定されて
も、遠隔操作可能とされても良い。操作可能である場合
には、噴霧中のビレットを見たり、溶射成形過程中に操
作者が興味を持つセル10内の他の領域を見るために、視
野が調整可能とされても良い。
ル1で行われる溶射成形過程のための制御室の内部を示
している。図３に示される様に、制御室の上部モニター
44には、セル10内部のリアルタイムの画像又はビデオが
表示される。この様な画像を提供するカメラ18は、図10
に示される様に、溶射セル10の右上部の隅に、見ること
が出来る。保護目的で、カメラ18は、シールドで覆われ
得ると有利であり、そして、それは、取付け固定されて
も、遠隔操作可能とされても良い。操作可能である場合
には、噴霧中のビレットを見たり、溶射成形過程中に操
作者が興味を持つセル10内の他の領域を見るために、視
野が調整可能とされても良い。
【００４８】溶射成形過程の測定及びフィードバックの
別の観点が、図３に一例として示されている。そこに
は、製品の寸法を計測する装置17が示されている。溶射
中に、一つ又はそれ以上の固定点から製品の露出面まで
の距離を反復的に計測するために、ビレットの増大して
いく厚さが、マップ化され、溶射成形過程のための制御
ロジックにおいて、考慮され得る。より具体的には、こ
の情報は、時間が記されて、高温計により生成され、コ
ンピューター・システムを管理する時間ベースの温度情
報に、関連付けられ得る。
別の観点が、図３に一例として示されている。そこに
は、製品の寸法を計測する装置17が示されている。溶射
中に、一つ又はそれ以上の固定点から製品の露出面まで
の距離を反復的に計測するために、ビレットの増大して
いく厚さが、マップ化され、溶射成形過程のための制御
ロジックにおいて、考慮され得る。より具体的には、こ
の情報は、時間が記されて、高温計により生成され、コ
ンピューター・システムを管理する時間ベースの温度情
報に、関連付けられ得る。
【００４９】図３に示されたビデオ・モニター44直下の
コンピューター・モニターは、溶射成形されている製品
の温度マップの視覚表示を行なう。好ましくは、この表
示は、操作者が認識し易い様に、カラーであるのが好ま
しい。これらの表示を生成するもとになるデータは、好
ましくはここで述べた様な二波長高温計の形態である、
センサーから受ける。この表示は、リアルタイムで、連
続的に更新され、変化し易いものであっても、ある時点
の特定の点の代表的な「スナップ・ショット」であって
も良い。温度計測値の特性に関わらず、本発明は、将来
の溶射の制御パラメーターとして、測定された温度情報
を用いる。
コンピューター・モニターは、溶射成形されている製品
の温度マップの視覚表示を行なう。好ましくは、この表
示は、操作者が認識し易い様に、カラーであるのが好ま
しい。これらの表示を生成するもとになるデータは、好
ましくはここで述べた様な二波長高温計の形態である、
センサーから受ける。この表示は、リアルタイムで、連
続的に更新され、変化し易いものであっても、ある時点
の特定の点の代表的な「スナップ・ショット」であって
も良い。温度計測値の特性に関わらず、本発明は、将来
の溶射の制御パラメーターとして、測定された温度情報
を用いる。
【００５０】上述の様に、溶射過程は、自動化されるの
が好ましい。つまり、溶射ガン14の動作パラメーターの
少なくともあるものが、好ましくはアルゴリズムをベー
スにするコンピューター・プログラムに基き、自動制御
される。これらのパラメーターには一例として、アーク
・ガン14における融解過程中に溶射可能な金属への熱エ
ネルギー入力の量が、ガン14の速度及び、動作経路つま
りラスターと共に、含まれる。この様にして、上記の様
なパラメーターに影響を与えることにより、ビレットの
温度が、一様で、可能であれば製品全体にわたり連続し
た温度へと、調整される。例えば、低い温度が検出され
る場合には、その領域の温度を高め、それにより、製品
全体にわたる温度の均一性を向上させるために、一つ又
はそれ以上のガン14が、製品のその領域に向けられ、高
エネルギーの溶融金属がそこに溶射される。この様にし
て、溶射成形過程の動作が、温度変動を最小化し、製品
内の内部応力の発生を回避する様に、自動化され得る。
が好ましい。つまり、溶射ガン14の動作パラメーターの
少なくともあるものが、好ましくはアルゴリズムをベー
スにするコンピューター・プログラムに基き、自動制御
される。これらのパラメーターには一例として、アーク
・ガン14における融解過程中に溶射可能な金属への熱エ
ネルギー入力の量が、ガン14の速度及び、動作経路つま
りラスターと共に、含まれる。この様にして、上記の様
なパラメーターに影響を与えることにより、ビレットの
温度が、一様で、可能であれば製品全体にわたり連続し
た温度へと、調整される。例えば、低い温度が検出され
る場合には、その領域の温度を高め、それにより、製品
全体にわたる温度の均一性を向上させるために、一つ又
はそれ以上のガン14が、製品のその領域に向けられ、高
エネルギーの溶融金属がそこに溶射される。この様にし
て、溶射成形過程の動作が、温度変動を最小化し、製品
内の内部応力の発生を回避する様に、自動化され得る。
【００５１】コンピューター28のモニターはまた、溶射
過程の制御パラメーターを視覚的に表わし得る。図示の
様に、この様な制御のための入力は、例えば、二波長画
像式高温計16の温度マッピング機能から、基本的に自動
的に、提供され得る。この様な自動制御は、操作者入力
と、上書き機能で、補われると有利である。図示の様
に、操作者入力装置は、一例として、コンピューター・
キーボード46の形態をしているが、溶射過程の制御に操
作者による変更を加える様に適応されていれば、いかな
る入力装置の形態で設けても良い。
過程の制御パラメーターを視覚的に表わし得る。図示の
様に、この様な制御のための入力は、例えば、二波長画
像式高温計16の温度マッピング機能から、基本的に自動
的に、提供され得る。この様な自動制御は、操作者入力
と、上書き機能で、補われると有利である。図示の様
に、操作者入力装置は、一例として、コンピューター・
キーボード46の形態をしているが、溶射過程の制御に操
作者による変更を加える様に適応されていれば、いかな
る入力装置の形態で設けても良い。
【００５２】制御命令を規定し、操作者の入力を受入れ
るプロセッサー28よりも下流に、ガン14と、マスター模
型と製品が保持されるプラットフォーム12を操作するた
めに、指示が伝達される。指示の伝達は、適切なもので
あればいかなる伝達路上でも、なされ得るが、2つの例
を挙げれば、配線接続と、ラジオ送受信構成とが、あ
る。
るプロセッサー28よりも下流に、ガン14と、マスター模
型と製品が保持されるプラットフォーム12を操作するた
めに、指示が伝達される。指示の伝達は、適切なもので
あればいかなる伝達路上でも、なされ得るが、2つの例
を挙げれば、配線接続と、ラジオ送受信構成とが、あ
る。
【００５３】要約すると、これまで述べられた特徴付け
及び間接的なデータは、本発明の、二波長画像式高温計
16を溶射過程に有利に統合させることの有用性とその成
功を示している。この溶射成形過程は、要求される表面
構造を表したセラミック基体へ溶融鋼を噴霧することに
より、複雑な表面形状を持つ鋼製ビレット48を生成する
のに有利に用いられる。その様な構造の二つの例が、図
22に例示されている。その様な鋼製ビレットは、金型、
具体的には、自動車産業や、金属面の型を必要とする業
界における、プレス金型として、用いられ得る。この様
な金型は、溶射成形過程を用いて、迅速に生成され得る
と、有利である。プレス成形された金属板52が、一例と
して図23に示されている。図24に示された自動車のイン
ナー・フード用のものの様な大型プレス金型54は、互い
につなぎ合せられる複数の小さな金型から生成されて
も、単一物として溶射されても良い。
及び間接的なデータは、本発明の、二波長画像式高温計
16を溶射過程に有利に統合させることの有用性とその成
功を示している。この溶射成形過程は、要求される表面
構造を表したセラミック基体へ溶融鋼を噴霧することに
より、複雑な表面形状を持つ鋼製ビレット48を生成する
のに有利に用いられる。その様な構造の二つの例が、図
22に例示されている。その様な鋼製ビレットは、金型、
具体的には、自動車産業や、金属面の型を必要とする業
界における、プレス金型として、用いられ得る。この様
な金型は、溶射成形過程を用いて、迅速に生成され得る
と、有利である。プレス成形された金属板52が、一例と
して図23に示されている。図24に示された自動車のイン
ナー・フード用のものの様な大型プレス金型54は、互い
につなぎ合せられる複数の小さな金型から生成されて
も、単一物として溶射されても良い。
【００５４】上述の様に、大型鋼製金型の溶射成形は、
熱応力の発生を回避するために、処理全般にわたり、注
意深い制御が実行されなければならないので、複雑であ
る。溶射成形された金型内の応力を低減するためには、
処理全般にわたり金型全体での温度勾配が最小にされ、
正しい噴霧温度が出来るだけ正確に維持されることが、
極めて重要である。二波長画像式高温計16の利用は、溶
射成形過程全般にわたり金型全体での表面温度分布の効
率的で精密な計測を可能にし、温度制御を通じて応力を
制御することの長く認識されてきた必要性にも関わら
ず、これまでなされなかった結果を可能にする。
熱応力の発生を回避するために、処理全般にわたり、注
意深い制御が実行されなければならないので、複雑であ
る。溶射成形された金型内の応力を低減するためには、
処理全般にわたり金型全体での温度勾配が最小にされ、
正しい噴霧温度が出来るだけ正確に維持されることが、
極めて重要である。二波長画像式高温計16の利用は、溶
射成形過程全般にわたり金型全体での表面温度分布の効
率的で精密な計測を可能にし、温度制御を通じて応力を
制御することの長く認識されてきた必要性にも関わら
ず、これまでなされなかった結果を可能にする。
【００５５】本発明の種々の好ましい実施形態を、本発
明の種々の目的を達成するものとして、記載した。これ
らの実施形態は、本発明の原理を単に示すものであるこ
とが、認識されるべきである。それの多くの変更や適応
例が、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、
この分野の当業者に明らかとなろう。
明の種々の目的を達成するものとして、記載した。これ
らの実施形態は、本発明の原理を単に示すものであるこ
とが、認識されるべきである。それの多くの変更や適応
例が、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、
この分野の当業者に明らかとなろう。
【００５６】
【発明の効果】以上述べた様に本発明によれば、溶射過
程において材料における熱勾配を最小に維持して、従来
の溶射成形過程に伴う問題を解消することが出来る。
程において材料における熱勾配を最小に維持して、従来
の溶射成形過程に伴う問題を解消することが出来る。
【図１】本発明の実施形態を示す溶射成形セルの外部の
斜視図である。
斜視図である。
【図２】模型保持用プラットフォーム及び溶射ガン又は
トーチも示す、溶射成形セルの内部の斜視図である。
トーチも示す、溶射成形セルの内部の斜視図である。
【図３】間に位置する観察用窓を持ち隣接する測定及び
制御室を持つ、溶射成形セルの内部の一部断面斜視図で
ある。
制御室を持つ、溶射成形セルの内部の一部断面斜視図で
ある。
【図４】本発明に従い構成される高温計を構成するのに
利用可能な制御可能な熱板若しくは熱源の一例を示す斜
視図である。
利用可能な制御可能な熱板若しくは熱源の一例を示す斜
視図である。
【図５】計測された温度を、本発明の実施形態の一つに
よる、放射率を考慮した高温計の応答の理論的予測値と
の、典型的な比較を示すグラフである。
よる、放射率を考慮した高温計の応答の理論的予測値と
の、典型的な比較を示すグラフである。
【図６】溶射成形セルの天井高さに組み込まれた二波長
画像式高温計の一例を示す、一部断面側面図である。
画像式高温計の一例を示す、一部断面側面図である。
【図７】セラミック製マスター模型が保持プラットフォ
ーム若しくはテーブル上に配置され、ガンとテーブルが
矢印の方向に制御可能に移動することを示す、溶射成形
装置の一部の概略斜視図である。
ーム若しくはテーブル上に配置され、ガンとテーブルが
矢印の方向に制御可能に移動することを示す、溶射成形
装置の一部の概略斜視図である。
【図８】一例として4個のワイヤー・アーク・プラズマ
・トーチを持ち、セラミック模型に溶融金属と、それの
副産物として生成される高強度の光を向ける、溶射ヘッ
ドの一例の概略斜視図である。
・トーチを持ち、セラミック模型に溶融金属と、それの
副産物として生成される高強度の光を向ける、溶射ヘッ
ドの一例の概略斜視図である。
【図９】光遮蔽用エンクロージャー内に溶射ヘッドが配
置される、図８の装置の概略斜視図である。
置される、図８の装置の概略斜視図である。
【図１０】動作プラズマ・トーチが発生する高強度の光
を一時的に遮蔽し、それにより、高温計の読取値の精度
を高めるために、溶射セル内に設けられ得る、円筒形若
しくはバケット形のエンクロージャーの形態の、光遮蔽
用容器の一例を示す、斜視図である。
を一時的に遮蔽し、それにより、高温計の読取値の精度
を高めるために、溶射セル内に設けられ得る、円筒形若
しくはバケット形のエンクロージャーの形態の、光遮蔽
用容器の一例を示す、斜視図である。
【図１１】本発明に付随した評価過程で用いられる試験
用セラミック基体若しくは模型の概略斜視図である。
用セラミック基体若しくは模型の概略斜視図である。
【図１２】図11の長方形セラミック基体の一対の二波長
画像（長波長と短波長の強度）を示す概略斜視図であ
る。
画像（長波長と短波長の強度）を示す概略斜視図であ
る。
【図１３】表面温度の計測が可能な熱電対が取付けられ
た試験用形状を示す図である。
た試験用形状を示す図である。
【図１４】トーチが光シールド内に配置されて約5秒後
の時点における、図11の模型上に溶射成形された鋼製ビ
レットの一例としての二波長画像を示す図である。
の時点における、図11の模型上に溶射成形された鋼製ビ
レットの一例としての二波長画像を示す図である。
【図１５】溶射されたビレットの全体に亘る温度変化を
表す図14の鋼製ビレットの一対の二波長画像を一例とし
て示すコンピューターで合成されたスクリーン・ディス
プレーを示す図である。
表す図14の鋼製ビレットの一対の二波長画像を一例とし
て示すコンピューターで合成されたスクリーン・ディス
プレーを示す図である。
【図１６】かなりの範囲にわたる強度範囲若しくはその
勾配を示す、比較的大きなインナー・フード用鋼製ビレ
ットの放射画像のスクリーン・ディスプレーを示す図で
ある。
勾配を示す、比較的大きなインナー・フード用鋼製ビレ
ットの放射画像のスクリーン・ディスプレーを示す図で
ある。
【図１７】温度操作者が読み取り可能な温度画像を作成
する過程で、温度閾値範囲を用いて、フィルター処理若
しくはコンピューターにより一部削除された、図16に基
く放射画像のスクリーン表示を、そこに隣接して配置さ
れた温度凡例と共に示す図である。
する過程で、温度閾値範囲を用いて、フィルター処理若
しくはコンピューターにより一部削除された、図16に基
く放射画像のスクリーン表示を、そこに隣接して配置さ
れた温度凡例と共に示す図である。
【図１８】ガンをオフにした後での、初期の高温計読取
値のスクリーン表示を示す図である。
値のスクリーン表示を示す図である。
【図１９】二分間が経過した後での対応する高温計の読
取値のスクリーン表示を、そこに隣接して配置された温
度凡例と共に示す図である。
取値のスクリーン表示を、そこに隣接して配置された温
度凡例と共に示す図である。
【図２０】冷却中のビレットの別の高温計読取値のスク
リーン表示を示す図である。
リーン表示を示す図である。
【図２１】冷却中のビレットの別の高温計読取値のスク
リーン表示
リーン表示
【図２２】本発明により、溶融鋼を必要とされる表面構
造を持つセラミック基体へ溶射することにより生成され
た、複雑な表面形状を持つ鋼製ビレット若しくは金型の
二つの例の斜視図である。
造を持つセラミック基体へ溶射することにより生成され
た、複雑な表面形状を持つ鋼製ビレット若しくは金型の
二つの例の斜視図である。
【図２３】図22に示されたものの様なプレス金型を用い
てプレス成形された金属板製品の一例を示す斜視図であ
る。
てプレス成形された金属板製品の一例を示す斜視図であ
る。
【図２４】互いに組合せられる複数の小さな金型から生
成されることも、本発明の少なくとも一つの実施形態に
従い、一体品として溶射されることも出来る、自動車用
インナー・フード用の大型プレス金型の一例の斜視図で
ある。
成されることも、本発明の少なくとも一つの実施形態に
従い、一体品として溶射されることも出来る、自動車用
インナー・フード用の大型プレス金型の一例の斜視図で
ある。
16 赤外線センサー
28 型材
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ケビン パトリック リーガン
アメリカ合衆国 ミシガン州 48098，ト
ロイ ゴードン ドライヴ 120
(72)発明者 リチャード エル．アロー
アメリカ合衆国 ミシガン州 48152，リ
ボニア クラリタ 36294
Ｆターム(参考） 4D075 AA17 AA37 AA85 AA86 BB83Y
CA47 DA23 DA29 DB14 DC16
EA15 EB01
4F035 AA04 BA21 BB04 BB07 BB16
BB22
4K031 AA03 AA08 AB01 CA05 CB21
DA03 DA04 EA01 EA03 EA10
EA12
Claims (10)
- 【請求項１】 溶射成形製品の製造を制御する方法であ
って、 溶射成形製品の製造中に複層の溶射成形材料を型材上に
塗布する工程、 溶射成形材料の塗布中に溶射成形材料の露出面の温度を
赤外線センサーで検出する工程、及び成形中の製品の露
出面の検出温度に基き、次に塗布される層の溶射成形材
料の塗布条件を制御する工程、 を有する方法。 - 【請求項２】 溶射成形製品の露出面の温度を複数の位
置で同時に検出する工程、を更に有する請求項１の方
法。 - 【請求項３】 上記露出面についての二次元の温度マッ
プを作る工程、を更に有する請求項２の方法。 - 【請求項４】 上記二次元の温度マップを作る工程は更
に、温度値を確定する工程及び、上記露出面における上
記確定温度値に位置を割当てる工程を有する、請求項３
の方法。 - 【請求項５】 上記確定温度値に位置を割当てる工程は
更に、高解像度の温度マップを作る様に、確定温度値に
小ピクセル型位置点を割当てる工程を有する、請求項４
の方法。 - 【請求項６】 上記確定温度値の位置を割当てる工程は
更に、所定の基準点から計測される座標を用いて、上記
確定温度値の位置点を割当てる工程を有する、請求項４
の方法。 - 【請求項７】 上記露出面の温度を計測する工程は更
に、複数の点で同時に、複数回温度を検出する工程を有
する、請求項２の方法。 - 【請求項８】 温度を確定して、露出面における確定温
度に位置点を割当てることにより、露出面の二次元マッ
プを作る工程及び、検出時期に基き割当てられた位置点
のそれぞれについての温度値を互いに識別する工程を、
更に有する、請求項７の方法。 - 【請求項９】 溶射成形製品の露出面全体にわたり実質
的に連続的に温度を検出する工程を、更に有する、請求
項１の方法。 - 【請求項１０】 上記露出面の実質的に全体にわたる二
次元温度マップを作る工程を、更に有する、請求項９の
方法。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US60/284,167 | 2001-04-17 | ||
| US28416701P | 2001-04-18 | 2001-04-18 | |
| US09/683,153 | 2001-11-27 | ||
| US09/683,153 US6648053B2 (en) | 2001-04-18 | 2001-11-27 | Method and apparatus for controlling a spray form process based on sensed surface temperatures |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003027207A true JP2003027207A (ja) | 2003-01-29 |
Family
ID=26962452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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| EP (1) | EP1390556A1 (ja) |
| JP (1) | JP2003027207A (ja) |
| CA (1) | CA2381847A1 (ja) |
| WO (1) | WO2002083971A1 (ja) |
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-
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-
2002
- 2002-04-16 WO PCT/GB2002/001676 patent/WO2002083971A1/en not_active Application Discontinuation
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- 2002-04-18 JP JP2002115741A patent/JP2003027207A/ja active Pending
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