JP2024000746A - 成膜条件生成装置、成膜装置、成膜条件生成方法、成膜方法及び成膜条件生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】膜厚が不均一になることを抑制する。【解決手段】成膜条件生成装置は、ワークと溶射ガンとの相対角度と、溶射ガンからワークまでの距離と、溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、溶射ガンを用いてワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出部と、膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いたパラメータに基づいて成膜条件を設定し、膜厚の予測値が許容範囲外である場合には、膜厚の最適化計算によりパラメータを更新するパラメータ設定部と、予測値算出部は、更新されたパラメータを用いて、膜厚の予測値を再度算出する。【選択図】図５

Description

本開示は、成膜条件生成装置、成膜装置、成膜条件生成方法、成膜方法及び成膜条件生成プログラムに関するものである。

製品にコーティングする技術が知られている。例えば、特許文献１には、溶射膜厚と、溶射距離と、溶射ガンの移動速度と、溶射ガンとワークとの角度とに基づき、コーティング膜厚の予測方法が開示されている。

特開２０１１－１８４７７８号公報

しかし、ワークの形状によっては溶射ガンのパスを重ねる必要が生じるなどの理由により、膜厚が不均一になるおそれがある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、膜厚が不均一になることを抑制可能な膜厚条件生成装置、成膜装置、成膜条件生成方法、成膜方法及び成膜条件生成プログラムを提供することを目的とする。

本開示に係る成膜条件生成装置は、ワークと溶射ガンとの相対角度と、前記溶射ガンから前記ワークまでの距離と、前記溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、前記溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、前記溶射ガンを用いて前記ワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出部と、前記膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、前記膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、前記膜厚の最適化計算により前記パラメータを更新するパラメータ設定部と、前記予測値算出部は、更新された前記パラメータを用いて、前記膜厚の予測値を再度算出する。

本開示に係る成膜条件生成方法は、ワークと溶射ガンとの相対角度と、前記溶射ガンから前記ワークまでの距離と、前記溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、前記溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、前記溶射ガンを用いて前記ワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出ステップと、前記膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、前記膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、前記膜厚の最適化計算により前記パラメータを更新するパラメータ設定ステップと、前記予測値算出ステップは、更新された前記パラメータを用いて、前記膜厚の予測値を再度算出する。

本開示に係る成膜条件生成プログラムは、ワークと溶射ガンとの相対角度と、前記溶射ガンから前記ワークまでの距離と、前記溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、前記溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、前記溶射ガンを用いて前記ワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出ステップと、前記膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、前記膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、前記膜厚の最適化計算により前記パラメータを更新するパラメータ設定ステップと、前記予測値算出ステップは、更新された前記パラメータを用いて、前記膜厚の予測値を再度算出すること、をコンピュータに実行させる。

本開示によれば、膜厚が不均一になることを抑制できる。

図１は、本実施形態の成膜システムを示す概略構成図である。 図２は、成膜装置の模式的なブロック図である。 図３は、成膜方法の一例を示す図である。 図４は、成膜方法の一例を示す図である。 図５は、成膜条件生成装置のブロック図である。 図６は、パラメータを説明するための模式図である。 図７は、成膜条件生成装置の処理を示すフローチャートである。 図８は、コーティングの施工例を示す模式図である。 図９は、ワークに突起部がある場合のコーティングの施工例を示す模式図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下に記載した実施形態における構成要素は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

＜成膜システム＞
図１は、本実施形態の成膜システムを表す概略構成図である。

本実施形態において、図１に示すように、成膜システム１は、成膜装置１０と、成膜条件生成装置１１と、ロボット１２と、溶射ガン１４と、ターンテーブル１８とを有する。

（成膜装置）
成膜装置１０は、成膜条件生成装置１１により設置された成膜条件に基づいて、ロボット１２及び溶射ガン１４を制御することで、コーティングの対象となる部材であるワークＷにコーティングを施す装置である。成膜装置１０は、ロボット１２及び溶射ガン１４を制御することで、ワークＷの施工面Ｗａに対して溶射物２０を溶射させ、施工面Ｗａ上に、溶射物２０が固化することでコーティングを形成させる。

図２は、成膜装置の模式的なブロック図である。成膜装置１０は、例えばコンピュータであり、図２に示すように、記憶部１０Ａと、制御部１０Ｂとを有する。記憶部１０Ａは、制御部１０Ｂの演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つを含む。

制御部１０Ｂは、演算装置であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算回路を含む。制御部１０Ｂは、成膜条件取得部１０Ｂ１と成膜部１０Ｂ２とを含む。制御部１０Ｂは、記憶部１０Ａからプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで、成膜条件取得部１０Ｂ１と成膜部１０Ｂ２を実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部１０Ｂは、１つのＣＰＵによって処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵを備えて、それらの複数のＣＰＵで、処理を実行してもよい。また、成膜条件取得部１０Ｂ１と成膜部１０Ｂ２との少なくとも一部を、ハードウェア回路で実現してもよい。また、記憶部１０Ａが保存する制御部１０Ｂ用のプログラムは、成膜装置１０が読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよい。

成膜条件取得部１０Ｂ１は、成膜条件生成装置１１により設定された成膜条件を取得する。成膜条件とは、ワークＷにコーティングを施す際の、成膜部１０Ｂ２による制御条件を指す。本実施形態における成膜条件としては、例えば、溶射ガン１４のワークＷに対する移動速度と、溶射ガン１４の移動経路とが挙げられる。例えば、成膜条件取得部１０Ｂ１は、図示しない通信部を介して、成膜条件生成装置１１により設定された成膜条件を取得してもよいし、成膜条件生成装置１１により設定された成膜条件が、図示しない入力部に入力されることで、成膜条件を取得してもよい。成膜条件生成装置１１による成膜条件の設定については後述する。

成膜部１０Ｂ２は、成膜条件取得部１０Ｂ１により取得された成膜条件（成膜条件生成装置１１により設定された成膜条件）に基づいて、ワークＷの施工面Ｗａに対して溶射物２０を溶射させることで、施工面Ｗａ上にコーティングを施す。本実施形態の例では、成膜部１０Ｂ２は、成膜条件に基づいて、ロボット１２、溶射ガン１４及びターンテーブル１８を制御して、ワークＷの施工面Ｗａに対して溶射物２０を溶射させる。

ロボット１２は、成膜装置１０（成膜部１０Ｂ２）の制御により、溶射ガン１４の位置及び向きの少なくとも一方を変化させる機構であり、本実施形態では、溶射ガン１４の位置及び向きの両方を変化させる。ロボット１２は、溶射ガン１４の位置及び向きの少なくとも一方を変化可能な任意の機構であってよいが、例えば、垂直多関節６軸のロボットであり、上部に溶射ガン１４が取り付けられる。

溶射ガン１４は、成膜装置１０（成膜部１０Ｂ２）の制御により、溶射物２０を射出する装置である。溶射ガン１４は、溶射物２０を射出する溶射口１６（図３、図４参照）に対向する位置に配置されたワークＷの施工面Ｗａに対して、溶射物２０を溶射して、施工面Ｗａにコーティングを生成する。

ターンテーブル１８は、ワークＷを支持する機構である。ターンテーブル１８は、成膜装置１０（成膜部１０Ｂ２）の制御により、指示したワークＷの位置及び向きの少なくとも一方を変化させる機構であり、本実施形態では、ワークＷの位置及び向きの両方を変化させる。ターンテーブル１８は、ワークＷの位置及び向きの少なくとも一方を変化させる任意の機構であってよいが、本実施形態の例では、溶射ガン１４の溶射口１６に対向する位置に施工面Ｗａが向くように回転するテーブルである。

（成膜方法）
図３及び図４は、成膜方法の一例を示す図である。

図３に示すように、溶射ガン１４は、基部１５と、基部１５の先端に設けられて、溶射物２０を射出する溶射口１６とを有する。図４に示すように、成膜装置１０（成膜部１０Ｂ２）は、取得した成膜条件に示される移動経路及び移動速度に従って、溶射ガン１４を移動させつつ、溶射物２０を溶射させる。本実施形態の例では、移動経路は、図４に示すようにラダー状に設定されるため、溶射ガン１４は、移動経路に沿ってラダー状に移動しつつ、溶射物２０を溶射する。より詳しくは、図４の例では、移動経路は、Ｙ方向に沿った一方向に移動した後に、ピッチＰの長さ分だけＸ方向に移動して、Ｙ方向に沿った他方に移動するラダー状の軌跡であるが、それに限られず、移動経路は任意の軌跡であってよい。

（成膜条件生成装置）
図５は、成膜条件生成装置のブロック図である。成膜条件生成装置１１は、例えばコンピュータであり、図５に示すように、入力部４０と、出力部４２と、記憶部４４と、制御部４６と、を有する。

入力部４０は、ユーザによる操作を受け付ける機構であり、例えばマウス、キーボード、タッチパネルなどであってよい。また、記憶部４４に記憶されているパラメータを読み出して、自動で入力してもよい。出力部４２は、画像を表示するディスプレイ等の表示装置を含み、出力制御部５２により、制御部４６に処理された情報を出力する。

記憶部４４は、制御部４６の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭと、ＲＯＭのような主記憶装置と、ＨＤＤなどの外部記憶装置のうち、少なくとも１つを含む。記憶部４４が記憶する制御部４６用のプログラムは、成膜条件生成装置１１が読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよい。

制御部４６は、成膜条件の設定を行う演算装置であり、例えばＣＰＵなどの演算回路を含む。制御部４６は、予測値算出部４８と、パラメータ設定部５０と、出力制御部５２とを含む。制御部４６は、記憶部４４からプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで、予測値算出部４８と、パラメータ設定部５０と、出力制御部５２とを実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部４６は、１つのＣＰＵによってこれらの処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵを備えてそれらの複数のＣＰＵで、処理を実行してもよい。また、予測値算出部４８と、パラメータ設定部５０と、出力制御部５２との処理の少なくとも一部を、ハードウェア回路で実現してもよい。

（予測値算出部）
予測値算出部４８は、溶射ガン１４からワークＷに溶射されて形成されるコーティングの膜厚の予測値を、予測値を算出するためのパラメータに基づいて算出する。具体的には、予測値算出部４８は、予測値を算出するためのパラメータを用いて、溶射ガン１４の動作を模擬した解析（ロボットシミュレーション）を実行することで、膜厚の予測値を算出する。

（パラメータの取得）
図６は、パラメータを説明するための模式図である。予測値算出部４８は、予測値を算出するためのパラメータを取得する。予測値算出部４８は、相対角度φと距離Ｄと移動速度Ｖと移動経路とを、パラメータとして取得する。相対角度φとは、解析上でのワークＷと溶射ガン１４とのなす角度を指し、例えば、溶射ガン１４の溶射口１６の中心軸と、ワークＷの施工面Ｗａに直交する軸とのなす角度であってよい。また、距離Ｄとは、解析上での溶射ガン１４からワークＷまでの距離を指し、例えば、溶射ガン１４の溶射口１６からワークＷの施工面Ｗａまでの間の最短距離であってよい。また、移動速度Ｖとは、解析上での、溶射ガン１４のワークＷに対する移動速度を指す。また、移動経路とは、解析上での溶射ガン１４が移動する経路の情報を指し、例えば、タイミング毎の溶射ガン１４の位置（座標）を示す情報であってよい。

本実施形態においては、予測値算出部４８は、後述のパラメータ設定部５０により設定された、移動速度Ｖと移動経路とを取得する。また、予測値算出部４８は、パラメータ設定部５０により設定された移動経路に基づいて、移動経路に沿った溶射ガン１４の位置毎に、相対角度φと距離Ｄとを設定する。具体的には、予測値算出部４８は、移動経路と、解析上におけるワークＷの位置とに基づいて、移動経路に沿った溶射ガン１４の位置毎に、解析上において溶射ガン１４とワークＷが干渉するかを判断する。予測値算出部４８は、相対角度φと距離Ｄとを予め決められた所定値としつつ、設定された移動経路で溶射ガン１４を移動させた際に、溶射ガン１４とワークＷが干渉する場合に、溶射ガン１４とワークＷが干渉すると判断し、その際に溶射ガン１４とワークＷが干渉しない場合には、溶射ガン１４とワークＷが干渉しないと判断する。予測値算出部４８は、溶射ガン１４とワークＷが干渉しないと判断した場合には、相対角度φと距離Ｄとを、予め決められた所定値に設定する。一方、予測値算出部４８は、溶射ガン１４とワークＷが干渉すると判断した場合には、相対角度φと距離Ｄの少なくとも一方を、所定値から異ならせる。言い換えれば、予測値算出部４８は、ワークＷと干渉しない溶射ガン１４の位置においては、相対角度φと距離Ｄとを所定値に保ち、ワークＷと干渉する溶射ガン１４の位置においては、相対角度φと距離Ｄとを、所定値から異ならせる。なお、所定値は、予め決められた任意の値であってよいが、このように、干渉しないと想定される場合には、相対角度φと距離Ｄとを所定値に保ち、干渉すると想定される場合には所定値からずらすことで、実際の溶射ガン１４の動作を高精度に模擬して、膜厚の予測値を高精度に算出できる。

なお、相対角度φと距離Ｄについての所定値は、予め決められた任意の値であってよく、例えば溶射ガン１４の位置毎に一定であることが好ましい。例えば、相対角度φの所定値は、２０度から３０度であることが好ましいが、最大４５度までとすることができる。また、予測値算出部４８は、相対角度φと距離Ｄとを所定値から異ならせる場合には、相対角度φと距離Ｄとが、所定値に対して所定範囲内に収まるように、相対角度φと距離Ｄとを設定することが好ましい。言い換えれば、予測値算出部４８は、相対角度φと距離Ｄとの自由度を制限することが好ましい。ここでの所定範囲は任意に設定してよいが、例えば、相対角度φの所定範囲については、所定値に対して一方向側に最大４５度ずれた値から、他方向側に最大４５度ずれた値までの範囲としてよい。また例えば、距離Ｄの所定範囲については、所定値に対して５％短い値から、所定値に対して１１％長い値までの範囲としてよい。このように相対角度φと距離Ｄとの自由度を制限することで、実際の溶射ガン１４の動作を高精度に模擬して、膜厚の予測値を高精度に算出できる。また、所定値は、相対角度φと距離Ｄとを溶射ガン１４がワークＷのいずれにも干渉しないように予め決めておき、解析する際に移動速度Ｖと移動経路とを調整してよい。

また、パラメータ設定部５０により設定される移動速度Ｖについても、所定値に対して所定範囲内に収まるように設定されることが好ましい。ここでの所定範囲は任意に設定してよいが、例えば、所定値に対して３３％低い値から、所定値に対して３３％高い値までの範囲としてよい。このように移動速度Ｖの自由度を制限することで、実際の溶射ガン１４の動作を高精度に模擬して、膜厚の予測値を高精度に算出できる。なお、パラメータのうちの移動経路（ピッチＰ）については、実機とシミュレーションとで膜厚への影響が近く分かりやすいため、所定値に対して所定範囲内に収まるように設定しなくてよく、言い換えれば、特に制限を設けなくてよい。

（予測値の算出）
予測値算出部４８は、以上のように取得したパラメータに基づいて、膜厚の予測値を算出する。すなわち、予測値算出部４８は、取得したパラメータに示される相対角度φと距離Ｄと移動速度Ｖと移動経路とに従って、溶射ガン１４がワークＷに溶射を行うことを模擬した解析を実行することで、ワークＷの施工面Ｗａ上の位置毎の、コーティングの膜厚の予測値を算出する。具体的には、予測値算出部４８は、溶射ガン１４の停止状態での膜厚を予測する膜厚予測式を用いて、取得したパラメータに基づいて、停止状態での膜厚の予測値を算出する。そして、予測値算出部４８は、溶射ガン１４が、パラメータで示された移動速度Ｖと移動経路に従って移動したことを模擬するように、停止状態での膜厚の予測値を施工面Ｗａ上の位置毎に重ね合わせることで、施工面Ｗａ上の位置毎の、膜厚の予測値を算出する。なお、膜厚予測式は、例えば次の式（１）に示されたものを用いてよい。

Ｔ＝Ｔ０・Δφ・ΔＤ・ΔＶ ・・・（１）

ここで、Ｔは、膜厚の予測値である。また、Δφは、相対角度φの所定値からのずれ量が、膜厚に与える影響度合いを示す値であり、例えば、予め設定された係数と、相対角度φの所定値からのずれ量とに基づいて算出される。また、ΔＤは、距離Ｄの所定値からのずれ量が、膜厚に与える影響度合いを示す値であり、例えば、予め設定された係数と、距離Ｄの所定値からのずれ量とに基づいて算出される。また、ΔＶは、移動速度Ｖの所定値からのずれ量が、膜厚に与える影響度合いを示す値であり、例えば、予め設定された係数と、移動速度Ｖの所定値からのずれ量とに基づいて算出される。また、Ｔ０は、膜厚の基準値であり、相対角度φ、距離Ｄ、及び移動速度Ｖが所定値である場合の膜厚の予測値である。Ｔ０は、予め設定された値を用いてよい。式（１）の膜厚計算式により１筋の成膜部の断面膜厚情報を得ることができる。全体の膜厚は、筋を重ねることにより形成されるので、ピッチＰ（隣り合う移動経路同士の間の距離）に基づいて算出される。すなわち、式（１）で算出した１筋の成膜部を、ピッチＰ毎に重ね合わせることで、全体の膜厚を算出できる。

なお、予測値算出部４８は、膜厚の予測値と共に、コーティングに要する施工時間の予測値も算出することが好ましい。ここでの施工時間とは、溶射を開始してから終了するまでの時間を指し、上述の解析により、膜厚の予測値と共に算出される。

（パラメータ設定部）
パラメータ設定部５０は、予測値算出部４８により算出された膜厚の予測値に基づいて、膜厚の予測値を算出し直すためのパラメータを設定する。

（パラメータの再設定）
パラメータ設定部５０は、予測値算出部４８により算出された膜厚の予測値が、許容範囲内であるかを判断して、許容範囲外である場合には、膜厚の最適化計算により、パラメータを再設定する（パラメータを更新する）。例えば、パラメータ設定部５０は、施工面Ｗａ上の位置毎の膜厚の少なくとも１つが許容範囲外である場合に、膜厚の予測値が許容範囲外と判断してよく、位置毎の膜厚の全てが許容範囲内である場合に、膜厚の予測値が許容ないと判断してよい。ここでの許容範囲は任意に設定してよい。本実施形態では、パラメータ設定部５０は、膜厚の予測値算出に用いるパラメータのうちの、移動速度Ｖと移動経路とを再設定する。パラメータ設定部５０は、最適化計算として、粒子群最適化法を用いる。パラメータ設定部５０は、例えば、膜厚の許容値を制約（ペナルティ関数ｐ（ｘ））とし、位置毎の膜厚の予測値のばらつきを目的関数ｆ（ｘ）として、評価関数ｇ（ｘ）＝ｆ（ｘ）＋ａ・ｐ（ｘ）が最小となる移動経路と移動速度Ｖとを算出して、膜厚の予測値を算出し直すための値とする。パラメータ設定部５０は、移動速度Ｖを、所定値に対して所定範囲内に収まるように設定することが好ましい。ここでの所定範囲は任意に設定してよいが、例えば、所定値に対して３３％低い値から所定値に対して３３％高い値までの範囲としてよい。一方、パラメータ設定部５０は、移動経路（ピッチＰ）については、所定値に対して所定範囲内に収まるように設定しなくてもよく、言い換えれば、自由度を制限しなくてよい。

予測値算出部４８は、パラメータ設定部５０により再設定されたパラメータ（ここでは移動速度Ｖと移動経路）を用いて、上述の方法で解析を行うことで、膜厚の予測値を算出する。予測値算出部４８及びパラメータ設定部５０は、膜厚の予測値が許容範囲内となるまでこの処理を繰り返す。なお、予測値算出部４８が最初に膜厚の予測値を算出する際のパラメータは、例えばあらかじめ決められた所定値を用いてよい。

（成膜条件の設定）
パラメータ設定部５０は、予測値算出部４８により算出された膜厚の予測値が、許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いたパラメータに基づいて、成膜条件を設定する。本実施形態では、パラメータ設定部５０は、許容範囲内となった膜厚の予測値算出に用いたパラメータそのものを成膜条件として設定する。具体的には、パラメータ設定部５０は、許容範囲内となった膜厚の予測値算出に用いた移動経路と移動速度Ｖとを、成膜条件として設定する。ただしそれに限られず、許容範囲内となった膜厚の予測値算出に用いたパラメータを調整した値を、成膜条件として設定してもよい。

（出力制御部）
出力制御部５２は、パラメータ設定部５０により設定された成膜条件の情報を、成膜装置１０に送信する。成膜装置１０は、出力制御部５２から送信された成膜条件に基づいて、コーティングを実行する。

＜処理フロー＞
次に、成膜条件生成装置１１の処理の流れを、図７を用いて説明する。図７は、成膜条件生成装置の処理を示すフローチャートである。

成膜条件生成装置１１は、予測値算出部４８により、パラメータを取得する（ステップＳ１２）。本実施形態では、予測値算出部４８は、パラメータ設定部５０により設定された移動速度Ｖと移動経路とを取得し、パラメータ設定部５０により設定された移動経路に基づいて、相対角度φと距離Ｄとを設定する。

成膜条件生成装置１１は、予測値算出部４８により、パラメータに基づいて、膜厚の予測値を算出する（ステップＳ１４）。具体的に、予測値算出部４８は、パラメータに基づいて解析を実行することで膜厚の予測値と施工時間の予測値とを算出する。

成膜条件生成装置１１は、パラメータ設定部５０により、膜厚の予測値が、許容範囲内であるかを判断する（ステップＳ１６）。許容範囲は任意に設定されてよく、例えばオペレータにより予め設定されてもよい。パラメータ設定部５０は、膜厚の予測値が許容範囲外と判断した場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、最適化計算によりパラメータを更新する（ステップＳ１８）。具体的には、パラメータ設定部５０は、移動速度Ｖと移動経路とを設定する。その後、ステップＳ１２に戻り、予測値算出部４８は、更新されたパラメータを用いて、膜厚の予測値を算出し直す。

成膜条件生成装置１１は、膜厚の予測値が、許容範囲内であると判断した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、その予測値に用いたパラメータに基づいて成膜条件を設定する（ステップＳ２０）。

なお、以上の説明では、成膜条件を設定する成膜条件生成装置１１と、成膜条件に基づき成膜を実行する成膜装置１０とが、別の装置であった。ただしそれに限られず、成膜条件生成装置１１と成膜装置１０とが、同じ装置であってよい。すなわち例えば、成膜装置１０が、成膜条件生成装置１１の機能を兼ね備えて、予測値算出部４８及びパラメータ設定部５０の処理を実行して成膜条件を設定しつつ、その成膜条件に基づいて成膜を実行してもよい。

次に、施工例について説明する。図８は、コーティングの施工例を示す模式図である。

図８に示すように、成膜装置１０は、移動経路３２ａの範囲でコーティング３０ａを成膜し、移動経路３２ａと一部が重複する移動経路３２ｂの範囲でコーティング３０ｂを成膜する場合がある。このように、移動経路３２ｂが重複する場合には、重複して成膜されることで膜厚が不均一になるおそれがあるが、本実施形態のように、膜厚の予測値を算出と最適化計算とを繰り返して成膜条件を設定することで、移動経路が重複するケースもあらかじめ想定して、膜厚が不均一とならないように成膜条件を決めることができる。

図９は、ワークに突起部がある場合のコーティングの施工例を示す模式図である。

図９に示すように、施工面Ｗａから突起部６０が突出している形状のワークＷに対して、コーティングする場合がある。このような場合には、図８に示した平板に対してコーティングを行う場合よりも、移動経路が複雑になり、膜厚が不均一になりやすい。例えば、図９の移動経路３２ａ、３２ｂに示すように、移動経路同士を重ねる必要性が高くなり、膜厚が特に不均一になりやすい。それに対して、本実施形態のように、膜厚の予測値を算出と最適化計算とを繰り返して成膜条件を設定することで、移動経路が複雑となるケースも予め想定して、膜厚が不均一とならないように成膜条件を決めることができる。具体的に、移動経路３２ａと、移動経路３２ｂとが重なる領域ＡＲは、同移動速度、同ピッチで成膜を行うと、膜厚がほぼ倍増する。厚くなった膜厚を均一化するために、例えば、移動経路３２ｂは、位置３２ｂＡから加速し、領域ＡＲを通過した位置３２ｂＢから減速して、施工面Ｗａ外で折り返す。折り返す際には、位置３２ｂＢから加速し、位置３２ｂＡから減速する。このように領域ＡＲで減速することで、膜厚を調整できる。移動経路３２ａについても同様である。ただし、ロボット１２は、急な加減速ができない。特に、溶射成膜において、ロボット１２の能力に対して、速い移動速度での移動が要求され、加減速がある領域（位置３２ａＡ、３２ｂＡ）では、膜厚のばらつきが生じやすい。このため、領域ＡＲの加速を確実にするため、早めの加速を指示すると、位置３２ａＡ、３２ｂＡの手前が薄くなる。一方、加速の指示が遅すぎると、領域ＡＲに厚い膜圧が生じる。現状の産業用ロボットの加減速能力では、速度のみで完璧に膜厚を均一化することは不可能に近いが、本実施形態のように、ピッチＰと移動速度Ｖの両方を最適化することで、要求値によっては、許容の誤差範囲に入れることができる。しかし、複雑な現象の場合には、マニュアルで制御することはほぼ不可能である。これに対し、ロボットシミュレーションでは、上述のような加減速能力を踏まえた実際の速度を予測できるため、予測に基づいた膜厚分布も予測できる。本実施形態のようなシミュレーション結果をもとに、移動速度Ｖ、ピッチＰを最適方向に再設定する手順を繰り返す手法を用いることで、膜厚分布が最適となるロボットへの指示値を予測することができる。

＜効果＞
本開示の第１態様に係る成膜条件生成装置１１は、ワークＷと溶射ガン１４との相対角度φと、溶射ガン１４からワークＷまでの距離Ｄと、溶射ガン１４のワークＷに対する移動速度Ｖと、溶射ガン１４の移動経路とを含むパラメータに基づいて、溶射ガン１４を用いてワークＷに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出部４８と、膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、膜厚の最適化計算によりパラメータを更新するパラメータ設定部５０と、予測値算出部４８は、更新されたパラメータを用いて、膜厚の予測値を再度算出する。

本開示によると、膜厚を均一化することができる。また、膜厚が局所的に薄くなることを抑制できる。

さらに言えば、溶射成膜では、溶射ガンを高速で動かす必要があり、加減速が必要な加工面に対する制御は、溶射ガンの能力を超える場合がある。このような場合には、移動速度が指示通り出ておらず、さらには、移動経路である教示点も指示通り動かない場合（溶射ガンが近道を通る等）が起こりうるため、マニュアルでは、溶射ガンの能力に起因するばらつきまで考慮したプログラミングはできない。そのため、例えば図９の領域ＡＲなどの移動経路が重なる領域などにおいて、特に膜厚の不均一が発生しやすい。それに対して、本実施形態によると、溶射ガンの能力を考慮した解析によりパラメータを設定するため、溶射ガンの能力を適切に反映して、膜厚を均一化することが可能となる。

また、溶射ガンは、加工面を越えて折り返すように移動経路が設定される場合があるため、折り返し時間を短くしないと、施工時間が延びてしまい、コストや工数が増加するおそれがある。一方、折り返し時間を短くするために折り返し箇所を近づけすぎると、加工面の縁の膜厚に影響が生じる。このため、折り返し箇所を最適にする必要がある。それに対して、本実施形態によると、折り返し箇所も含めて移動経路を設定することで、折り返し箇所も最適化することが可能となる。

また、膜厚のばらつきにより膜厚の厚い方の許容値を軽微に超えた場合には、超えた部分を研磨することで、許容値内に収めることもできる。一方、膜厚が許容値よりも薄い場合には、追加成膜を行う必要があるが、追加成膜は、研磨より工数やコストが大きい。このため、実際の膜厚が軽微な許容範囲外であっても、追加成膜をなくし、研磨を行う方が良好である。すなわち例えば、加工面が複雑で全体を許容範囲内に入れられない場合においても、少なくとも、許容範囲より厚くなることを許容しつつ許容範囲より薄くなることを許容するように成膜条件を設定することができる。これにより、工数やコストの大幅な増加を抑制できる。

本開示の第２態様に係る成膜条件生成装置１１は、第１態様に係る成膜条件生成装置１１であって、パラメータ設定部５０は、最適化計算により、パラメータのうちの、移動速度Ｖと移動経路とを設定する。本開示によると、膜厚の均一化の精度を向上できる。

本開示の第３態様に係る成膜条件生成装置１１は、第１態様又は第２態様に係る成膜条件生成装置１１であって、予測値算出部４８は、相対角度φ、距離Ｄ、及び移動速度Ｖが所定範囲に収まる条件下で、膜厚の予測値を算出する。本開示によると、予測したい条件範囲と予測精度の両方を向上できる。

本開示の第４態様に係る成膜条件生成装置１１は、第１態様から第３態様のいずれかに係る成膜条件生成装置１１であって、予測値算出部４８は、移動経路に沿った溶射ガン１４の位置毎に、溶射ガン１４とワークＷが干渉するかを判断し、干渉しないと判断した位置における相対角度φ及び距離Ｄを、所定値に保ち、かつ、干渉すると判断した位置における相対角度φ及び距離Ｄの少なくとも一方を、所定値から異ならせる条件下で、膜厚の予測値を算出する。本開示によると、施工面から突起部が突出していても、その接合部周辺の膜厚も均一化することができる。また、施工面の周囲に溶射ガンが干渉する干渉物があっても、膜厚を均一化することができる。

本開示の第５態様に係る成膜条件生成装置１１は、第１態様から第４態様のいずれかに係る成膜条件生成装置１１であって、予測値算出部４８は、コーティングに要する施工時間の予測値も算出する。本開示によると、施工時間を把握することができ、工数の削減につながる。

本開示の第６態様に係る成膜条件生成装置１１は、第１態様から第５態様のいずれかに係る成膜条件生成装置１１であって、パラメータ設定部５０は、最適化計算として、粒子群最適化法を利用する。本開示によると、膜厚の均一化の精度を向上できる。

本開示の成膜装置１０は、第１態様から第６態様のいずれかに係る成膜条件生成装置１１により設定された成膜条件に基づき、成膜を実行する。本開示によると、予測した膜厚を実際にワークの施工面に成膜できる。

本開示の成膜条件生成装置１１の成膜条件生成方法は、ワークＷと溶射ガン１４との相対角度φと、溶射ガン１４からワークＷまでの距離Ｄと、溶射ガン１４のワークＷに対する移動速度Ｖと、溶射ガン１４の移動経路とを含むパラメータに基づいて、溶射ガン１４を用いてワークＷに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出ステップと、膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、膜厚の最適化計算によりパラメータを更新するパラメータ設定ステップと、予測値算出ステップは、更新されたパラメータを用いて、膜厚の予測値を再度算出する。

本開示によると、膜厚を均一化することができる。また、膜厚が局所的に薄くなることを抑制できる。

本開示の成膜方法は、成膜条件生成方法により設定された成膜条件に基づき、成膜を実行する。本開示によると、予測した膜厚を実際にワークの施工面に成膜できる。

本開示の成膜条件生成装置１１の成膜条件生成プログラムは、ワークＷと溶射ガン１４との相対角度φと、溶射ガン１４からワークＷまでの距離Ｄと、溶射ガン１４のワークＷに対する移動速度Ｖと、溶射ガン１４の移動経路とを含むパラメータに基づいて、溶射ガン１４を用いてワークＷに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出ステップと、膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、膜厚の最適化計算によりパラメータを更新するパラメータ設定ステップと、予測値算出ステップは、更新されたパラメータを用いて、膜厚の予測値を再度算出すること、をコンピュータに実行させる。

本開示によると、膜厚を均一化することができる。また、膜厚が局所的に薄くなることを抑制できる。

１０ 成膜装置
１１ 成膜条件生成装置
１４ 溶射ガン
４８ 予測値算出部
５０ パラメータ設定部
Ｄ 距離
Ｖ 移動速度
Ｗ ワーク
φ 相対角度

Claims (10)

1. ワークと溶射ガンとの相対角度と、前記溶射ガンから前記ワークまでの距離と、前記溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、前記溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、前記溶射ガンを用いて前記ワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出部と、
   前記膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、前記膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、前記膜厚の最適化計算により前記パラメータを更新するパラメータ設定部と、
   前記予測値算出部は、更新された前記パラメータを用いて、前記膜厚の予測値を再度算出する、
   成膜条件生成装置。
2. 前記パラメータ設定部は、最適化計算により、前記パラメータのうちの、前記移動速度と前記移動経路とを設定する、
   請求項１に記載の成膜条件生成装置。
3. 前記予測値算出部は、前記相対角度、前記距離、及び前記移動速度が所定範囲に収まる条件下で、前記膜厚の予測値を算出する、
   請求項１又は請求項２に記載の成膜条件生成装置。
4. 前記予測値算出部は、
   前記溶射ガンの位置毎に、前記移動経路に沿った前記溶射ガンと前記ワークが干渉するかを判断し、
   干渉しないと判断した位置における前記相対角度及び前記距離を、所定値に保ち、かつ、干渉すると判断した位置における前記相対角度及び前記距離の少なくとも一方を、前記所定値から異ならせる条件下で、前記膜厚の予測値を算出する、
   請求項１又は請求項２に記載の成膜条件生成装置。
5. 前記予測値算出部は、コーティングに要する施工時間の予測値も算出する、
   請求項１又は請求項２に記載の成膜条件生成装置。
6. 前記パラメータ設定部は、前記最適化計算として、粒子群最適化法を利用する、
   請求項１又は請求項２に記載の成膜条件生成装置。
7. 請求項１又は請求項２に記載の成膜条件生成装置により設定された前記成膜条件に基づき、成膜を実行する、
   成膜装置。
8. ワークと溶射ガンとの相対角度と、前記溶射ガンから前記ワークまでの距離と、前記溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、前記溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、前記溶射ガンを用いて前記ワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出ステップと、
   前記膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、前記膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、前記膜厚の最適化計算により前記パラメータを更新するパラメータ設定ステップと、
   前記予測値算出ステップは、更新された前記パラメータを用いて、前記膜厚の予測値を再度算出する、
   成膜条件生成方法。
9. 請求項８に記載の成膜条件生成方法により設定された前記成膜条件に基づき、成膜を実行する、
   成膜方法。
10. ワークと溶射ガンとの相対角度と、前記溶射ガンから前記ワークまでの距離と、前記溶射ガンの前記ワークに対する移動速度と、前記溶射ガンの移動経路とを含むパラメータに基づいて、前記溶射ガンを用いて前記ワークに溶射されるコーティングの膜厚の予測値を算出する予測値算出ステップと、
    前記膜厚の予測値が許容範囲内である場合には、その予測値の算出に用いた前記パラメータに基づいて成膜条件を設定し、前記膜厚の予測値が前記許容範囲外である場合には、前記膜厚の最適化計算により前記パラメータを更新するパラメータ設定ステップと、
    前記予測値算出ステップは、更新された前記パラメータを用いて、前記膜厚の予測値を再度算出すること、
    をコンピュータに実行させる、
    成膜条件生成プログラム。

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