JP3424510B2 - 溶接金属粉末供給装置 - Google Patents
溶接金属粉末供給装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接による
肉盛溶接における溶接金属粉末供給装置、特にその粉末
供給制御に関する。
肉盛溶接における溶接金属粉末供給装置、特にその粉末
供給制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンのシリンダヘッドのバルブシー
トなどの表面に耐摩耗性や耐蝕性を持たせるためその表
面を銅合金などで被覆する場合や、部品搬送中などにお
ける消耗した部分を補修する場合には、レーザ溶接によ
る肉盛溶接が行われる。このレーザ溶接による肉盛溶接
方法は、粉末供給ノズルの先端部から耐摩耗性などのあ
る溶接金属の粉末を母材表面の溶接部に供給し、その供
給された溶接金属粉末に集束されたレーザビームを照射
することで該溶接金属粉末を溶融して、母材表面に該溶
接金属を盛り上げている。
トなどの表面に耐摩耗性や耐蝕性を持たせるためその表
面を銅合金などで被覆する場合や、部品搬送中などにお
ける消耗した部分を補修する場合には、レーザ溶接によ
る肉盛溶接が行われる。このレーザ溶接による肉盛溶接
方法は、粉末供給ノズルの先端部から耐摩耗性などのあ
る溶接金属の粉末を母材表面の溶接部に供給し、その供
給された溶接金属粉末に集束されたレーザビームを照射
することで該溶接金属粉末を溶融して、母材表面に該溶
接金属を盛り上げている。
【０００３】溶接金属粉末を母材表面に供給する粉末供
給ノズルとしては、例えば、図７に示すように、上下動
自在のノズルピン１２を備えた重力落下方式の粉末供給
ノズル１１がある。この粉末供給ノズル１１は、ノズル
ピン１２を上げると、粉末が重力により落下してノズル
先端部（吐出口）から母材表面に供給される構造となっ
ている。ノズルピン１２の上下動は、空気圧シリンダや
電気式サーボモータなどによる。
給ノズルとしては、例えば、図７に示すように、上下動
自在のノズルピン１２を備えた重力落下方式の粉末供給
ノズル１１がある。この粉末供給ノズル１１は、ノズル
ピン１２を上げると、粉末が重力により落下してノズル
先端部（吐出口）から母材表面に供給される構造となっ
ている。ノズルピン１２の上下動は、空気圧シリンダや
電気式サーボモータなどによる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常ノ
ズルピン１２の先端形状は曲線的であるため、ノズルピ
ン１２を単一に上げると、粉末を一定の流量（例えば、
４ｇ/sec）で供給することができない。また、供給の過
程において、目づまりが発生するおそれもある。したが
って、結果として、母材表面への粉末の供給量が不均一
となり、肉盛（品質）ＮＧとなってしまうおそれがあ
る。
ズルピン１２の先端形状は曲線的であるため、ノズルピ
ン１２を単一に上げると、粉末を一定の流量（例えば、
４ｇ/sec）で供給することができない。また、供給の過
程において、目づまりが発生するおそれもある。したが
って、結果として、母材表面への粉末の供給量が不均一
となり、肉盛（品質）ＮＧとなってしまうおそれがあ
る。
【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、溶接部への溶接金属粉末
の迅速な定量供給が可能な溶接金属粉末供給装置を提供
することを目的とする。
着目してなされたものであり、溶接部への溶接金属粉末
の迅速な定量供給が可能な溶接金属粉末供給装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、溶接金属の粉末を上下動自
在のノズルピンを備えた粉末供給ノズルを介して重力落
下により母材表面に供給する溶接金属粉末供給装置にお
いて、前記粉末供給ノズルから吐出される粉末の流量を
検出する粉末流量検出手段と、前記ノズルピンを上下に
駆動するノズルピン駆動手段と、前記粉末供給ノズルを
加振する加振手段と、前記粉末流量検出手段によって検
出される流量の実際値が目標値と一致するように前記ノ
ズルピン駆動手段および前記加振手段を制御する制御手
段とを有することを特徴とする。
め、請求項１記載の発明は、溶接金属の粉末を上下動自
在のノズルピンを備えた粉末供給ノズルを介して重力落
下により母材表面に供給する溶接金属粉末供給装置にお
いて、前記粉末供給ノズルから吐出される粉末の流量を
検出する粉末流量検出手段と、前記ノズルピンを上下に
駆動するノズルピン駆動手段と、前記粉末供給ノズルを
加振する加振手段と、前記粉末流量検出手段によって検
出される流量の実際値が目標値と一致するように前記ノ
ズルピン駆動手段および前記加振手段を制御する制御手
段とを有することを特徴とする。
【０００７】本発明の構成によると、ノズルピン駆動手
段はノズルピンを上下に駆動する。粉末供給ノズルから
吐出される粉末の流量は、ノズルピンが上がると増加
し、下がると減少する。加振手段は粉末供給ノズルを加
振する。このように粉末供給ノズルを加振することによ
って、目づまりが防止されるとともに、粉末供給ノズル
から吐出される粉末の流量が増加する。そして、粉末流
量検出手段は粉末供給ノズルから吐出される粉末の流量
（実際値）を検出し、制御手段は、その粉末流量検出手
段によって検出される流量の実際値が目標値と一致する
ようにノズルピン駆動手段および加振手段を制御する。
これにより、実際の流量が目標値と一致するように、ノ
ズルピンが上下動し、かつ、必要に応じて適宜粉末供給
ノズルに振動が与えられる。
段はノズルピンを上下に駆動する。粉末供給ノズルから
吐出される粉末の流量は、ノズルピンが上がると増加
し、下がると減少する。加振手段は粉末供給ノズルを加
振する。このように粉末供給ノズルを加振することによ
って、目づまりが防止されるとともに、粉末供給ノズル
から吐出される粉末の流量が増加する。そして、粉末流
量検出手段は粉末供給ノズルから吐出される粉末の流量
（実際値）を検出し、制御手段は、その粉末流量検出手
段によって検出される流量の実際値が目標値と一致する
ようにノズルピン駆動手段および加振手段を制御する。
これにより、実際の流量が目標値と一致するように、ノ
ズルピンが上下動し、かつ、必要に応じて適宜粉末供給
ノズルに振動が与えられる。
【０００８】請求項２記載の発明は、上記請求項１に記
載の溶接金属粉末供給装置において、前記制御手段は、
流量の目標値と実際値との差に基づいて、前記ノズルピ
ン駆動手段および前記加振手段に与える指令信号を作出
することを特徴とする。
載の溶接金属粉末供給装置において、前記制御手段は、
流量の目標値と実際値との差に基づいて、前記ノズルピ
ン駆動手段および前記加振手段に与える指令信号を作出
することを特徴とする。
【０００９】本発明の構成によると、流量の目標値と実
際値との差（流量偏差）に基づいてノズルピン駆動手段
および加振手段に与えられる指令信号が作出されるの
で、流量偏差が大きいほど各指令信号の値が大きくな
り、ノズルピンの上下動の量が大きくなり、また粉末供
給ノズルに与えられる振動の量が大きくなる。
際値との差（流量偏差）に基づいてノズルピン駆動手段
および加振手段に与えられる指令信号が作出されるの
で、流量偏差が大きいほど各指令信号の値が大きくな
り、ノズルピンの上下動の量が大きくなり、また粉末供
給ノズルに与えられる振動の量が大きくなる。
【００１０】請求項３記載の発明は、上記請求項２に記
載の溶接金属粉末供給装置において、前記制御手段は、
目標値よりも実際値のほうが小さい場合にのみ前記加振
手段を動作させることを特徴とする。
載の溶接金属粉末供給装置において、前記制御手段は、
目標値よりも実際値のほうが小さい場合にのみ前記加振
手段を動作させることを特徴とする。
【００１１】本発明の構成によると、目標値よりも実際
値のほうが小さい場合、つまり実際の流量が目標流量よ
りも少ない場合には、ノズルピンを上げるとともに加振
手段を動作させて粉末供給ノズルに振動を与えるので、
実際の流量を効率的に増加させることができる。他方、
そうでない場合、つまり実際の流量が目標流量よりも多
い場合には、実際の流量を増やす必要はないため、加振
手段は動作させない。加振手段を動作させないことで、
動作させる場合と比べて流量の減少量が多くなり、より
早く目標流量に到達することになる。
値のほうが小さい場合、つまり実際の流量が目標流量よ
りも少ない場合には、ノズルピンを上げるとともに加振
手段を動作させて粉末供給ノズルに振動を与えるので、
実際の流量を効率的に増加させることができる。他方、
そうでない場合、つまり実際の流量が目標流量よりも多
い場合には、実際の流量を増やす必要はないため、加振
手段は動作させない。加振手段を動作させないことで、
動作させる場合と比べて流量の減少量が多くなり、より
早く目標流量に到達することになる。
【００１２】請求項４記載の発明は、上記請求項２に記
載の溶接金属粉末供給装置において、前記ノズルピン駆
動手段に対する指令信号は比例＋積分動作によって得ら
れ、前記加振手段に対する指令信号は比例動作によって
得られることを特徴とする。
載の溶接金属粉末供給装置において、前記ノズルピン駆
動手段に対する指令信号は比例＋積分動作によって得ら
れ、前記加振手段に対する指令信号は比例動作によって
得られることを特徴とする。
【００１３】本発明の構成によると、ノズルピンの上下
動の量は比例＋積分動作によって制御されるので、積分
動作の程度を適当に設定することにより、オフセットの
ないしかも安定性と速応性とを両立させた制御を行うこ
とができる。また、粉末供給ノズルの加振の量は比例動
作によって制御されるので、必要量に応じた制御を行う
ことができる。
動の量は比例＋積分動作によって制御されるので、積分
動作の程度を適当に設定することにより、オフセットの
ないしかも安定性と速応性とを両立させた制御を行うこ
とができる。また、粉末供給ノズルの加振の量は比例動
作によって制御されるので、必要量に応じた制御を行う
ことができる。
【００１４】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、実際の流
量が目標値と一致するようにノズルピンが上下動しかつ
粉末供給ノズルに振動が与えられるので、母材表面への
粉末の供給量が一定となり、溶接部への溶接金属粉末の
定量供給が可能となる。
量が目標値と一致するようにノズルピンが上下動しかつ
粉末供給ノズルに振動が与えられるので、母材表面への
粉末の供給量が一定となり、溶接部への溶接金属粉末の
定量供給が可能となる。
【００１５】請求項２記載の発明によれば、上記請求項
１に記載の発明の効果に加え、偏差に基づきノズルピン
上下動の量および粉末供給ノズルへの加振量を制御する
ので、応答（追従性）が良好になり、溶接部への溶接金
属粉末の定量供給の迅速化が図られる。
１に記載の発明の効果に加え、偏差に基づきノズルピン
上下動の量および粉末供給ノズルへの加振量を制御する
ので、応答（追従性）が良好になり、溶接部への溶接金
属粉末の定量供給の迅速化が図られる。
【００１６】請求項３記載の発明によれば、上記請求項
２に記載の発明の効果に加え、流量を増加させる必要が
あるときのみ粉末供給ノズルに振動を与えるので、実際
の流量を効率的に増加させたり、あるいは流量の減少量
を相対的に多くすることができ、目標流量への追従性が
向上する。
２に記載の発明の効果に加え、流量を増加させる必要が
あるときのみ粉末供給ノズルに振動を与えるので、実際
の流量を効率的に増加させたり、あるいは流量の減少量
を相対的に多くすることができ、目標流量への追従性が
向上する。
【００１７】請求項４記載の発明によれば、上記請求項
２に記載の発明の効果に加え、ノズルピンの上下動の量
を比例＋積分動作によって制御し、粉末供給ノズルの加
振の量を比例動作によって制御するので、制御対象に適
した制御動作を行うことができ、目標流量への追従性が
向上する。
２に記載の発明の効果に加え、ノズルピンの上下動の量
を比例＋積分動作によって制御し、粉末供給ノズルの加
振の量を比例動作によって制御するので、制御対象に適
した制御動作を行うことができ、目標流量への追従性が
向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、ここでは、エンジンのシリ
ンダヘッドのバルブシートの表面に対してレーザ溶接に
よる肉盛溶接を行う場合を例にとる。
に基づいて説明する。なお、ここでは、エンジンのシリ
ンダヘッドのバルブシートの表面に対してレーザ溶接に
よる肉盛溶接を行う場合を例にとる。
【００１９】図１は本発明の一実施の形態に係る溶接金
属粉末供給装置およびレーザ溶接装置本体を示す概略構
成図である。同図に示すように、ヘリウムガスやアルゴ
ンガスなどの不活性ガスからなる搬送ガスを封入したボ
ンベ１が、弁を介して粉末混合装置２のガス投入口に接
続されるとともに、銅合金（Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅを含有）
からなる平均粒径６０μｍの溶接金属粉末を収納したタ
ンク３が、弁を介して粉末混合装置２の粉末投入口に接
続されている。
属粉末供給装置およびレーザ溶接装置本体を示す概略構
成図である。同図に示すように、ヘリウムガスやアルゴ
ンガスなどの不活性ガスからなる搬送ガスを封入したボ
ンベ１が、弁を介して粉末混合装置２のガス投入口に接
続されるとともに、銅合金（Ｎｉ、Ａｌ、Ｆｅを含有）
からなる平均粒径６０μｍの溶接金属粉末を収納したタ
ンク３が、弁を介して粉末混合装置２の粉末投入口に接
続されている。
【００２０】粉末混合装置２の排出口には、供給ホース
４の一端部が接続され、該供給ホース４の他端部は、溶
接金属粉末供給装置（以下単に「粉末供給装置」とい
う）１０の本体、つまり粉末供給ノズル１１の粉末用入
口１１ａに接続されている。また、粉末供給ノズル１１
の粉末用出口１１ｂには、粉末吐出用ノズル１３が接続
されている。
４の一端部が接続され、該供給ホース４の他端部は、溶
接金属粉末供給装置（以下単に「粉末供給装置」とい
う）１０の本体、つまり粉末供給ノズル１１の粉末用入
口１１ａに接続されている。また、粉末供給ノズル１１
の粉末用出口１１ｂには、粉末吐出用ノズル１３が接続
されている。
【００２１】この粉末供給装置１０は、粉末供給ノズル
１１の内部に上下動自在のノズルピン１２を備えた重力
落下方式のものであって、ノズルピン１２が上昇する
と、粉末用出口１１ｂが開いて、粉末が重力により落下
して粉末吐出用ノズル１３の先端部（吐出口）から母材
表面に供給される構造となっている。ノズルピン１２
は、ノズルピン駆動手段としてのノズルピン上下用サー
ボモータ１４によって上下に駆動される。また、粉末供
給ノズル１２の外周壁には振動伝達部材１５が当接し、
この振動伝達部材１５には加振手段としての加振用サー
ボモータ１６が連結されている。さらに、粉末供給ノズ
ル１２の先端部には、粉末流量検出手段としての流量セ
ンサ１７が取り付けられている。
１１の内部に上下動自在のノズルピン１２を備えた重力
落下方式のものであって、ノズルピン１２が上昇する
と、粉末用出口１１ｂが開いて、粉末が重力により落下
して粉末吐出用ノズル１３の先端部（吐出口）から母材
表面に供給される構造となっている。ノズルピン１２
は、ノズルピン駆動手段としてのノズルピン上下用サー
ボモータ１４によって上下に駆動される。また、粉末供
給ノズル１２の外周壁には振動伝達部材１５が当接し、
この振動伝達部材１５には加振手段としての加振用サー
ボモータ１６が連結されている。さらに、粉末供給ノズ
ル１２の先端部には、粉末流量検出手段としての流量セ
ンサ１７が取り付けられている。
【００２２】図２は粉末供給装置１０の一例を示す断面
図である。ノズルピン１２をサーボモータ１４によって
上下動させるための機構として、ここではボールスプラ
イン４０を利用している。つまり、ノズルピン１２をボ
ールスプラインブッシュ４１と連結するとともに、ノズ
ルピン上下用サーボモータ１４の出力軸を継手（カップ
リング）４３を介してボールスプラインシャフト４２と
連結してある。これにより、ノズルピン１２は、旋回し
ながら上下動することになる。具体的には、例えば、２
７０°回転する間に２０ｍｍ上下する。なお、同図中、
４４は廻り止めピン、４５は粉末阻止用のダストシー
ル、４６はロック防止用のワイパ、Ｐは粉末混合装置２
から供給された溶接金属粉末をそれぞれ示している。
図である。ノズルピン１２をサーボモータ１４によって
上下動させるための機構として、ここではボールスプラ
イン４０を利用している。つまり、ノズルピン１２をボ
ールスプラインブッシュ４１と連結するとともに、ノズ
ルピン上下用サーボモータ１４の出力軸を継手（カップ
リング）４３を介してボールスプラインシャフト４２と
連結してある。これにより、ノズルピン１２は、旋回し
ながら上下動することになる。具体的には、例えば、２
７０°回転する間に２０ｍｍ上下する。なお、同図中、
４４は廻り止めピン、４５は粉末阻止用のダストシー
ル、４６はロック防止用のワイパ、Ｐは粉末混合装置２
から供給された溶接金属粉末をそれぞれ示している。
【００２３】また、図１中、２０はレーザ溶接装置本体
を示し、レーザ発振器２１から出力されたレーザビーム
２２をミラー２３によって所定位置まで伝送し、集光レ
ンズ２４によって該レーザビーム２２を母材３０表面の
溶接部３１に集束させるようになっている。上記構成の
粉末供給装置を利用したレーザ溶接による肉盛は、図１
に示すように、あらかじめ、粉末吐出用ノズル１３の先
端部を母材３０表面の溶接部３１に向けるとともに、ミ
ラー２３および集光レンズ２４を調整してレーザビーム
２２が該溶接部３１で集束可能に設定しておく。
を示し、レーザ発振器２１から出力されたレーザビーム
２２をミラー２３によって所定位置まで伝送し、集光レ
ンズ２４によって該レーザビーム２２を母材３０表面の
溶接部３１に集束させるようになっている。上記構成の
粉末供給装置を利用したレーザ溶接による肉盛は、図１
に示すように、あらかじめ、粉末吐出用ノズル１３の先
端部を母材３０表面の溶接部３１に向けるとともに、ミ
ラー２３および集光レンズ２４を調整してレーザビーム
２２が該溶接部３１で集束可能に設定しておく。
【００２４】そして、粉末混合装置２で溶接金属粉末が
搬送ガスに混入され、搬送ガスのガス圧によって、その
搬送ガスおよび粉末が、供給ホース４を通って粉末供給
装置１０（の粉末供給ノズル１１）内に送られる。粉末
供給装置１０（の粉末供給ノズル１１）内に供給された
搬送ガスおよび粉末は、適当な方法によって搬送ガスか
ら溶接金属粉末が分離される。分離された粉末は、粉末
供給ノズル１１内に一時貯蔵される。
搬送ガスに混入され、搬送ガスのガス圧によって、その
搬送ガスおよび粉末が、供給ホース４を通って粉末供給
装置１０（の粉末供給ノズル１１）内に送られる。粉末
供給装置１０（の粉末供給ノズル１１）内に供給された
搬送ガスおよび粉末は、適当な方法によって搬送ガスか
ら溶接金属粉末が分離される。分離された粉末は、粉末
供給ノズル１１内に一時貯蔵される。
【００２５】この状態でノズルピン１２を上げると、粉
末用出口１１ｂが開き、粉末が重力により落下して粉末
吐出用ノズル１３の先端から溶接部３１に向けて吐出さ
れる。また、当該溶接金属粉末の供給に同期をとってレ
ーザ溶接装置本体２０が作動して、集光レンズ２４で集
束されたレーザビーム２２が、供給された溶接金属粉末
に照射され、該粉末が母材３０表面に肉盛される。３２
は、肉盛された溶接金属を示している。
末用出口１１ｂが開き、粉末が重力により落下して粉末
吐出用ノズル１３の先端から溶接部３１に向けて吐出さ
れる。また、当該溶接金属粉末の供給に同期をとってレ
ーザ溶接装置本体２０が作動して、集光レンズ２４で集
束されたレーザビーム２２が、供給された溶接金属粉末
に照射され、該粉末が母材３０表面に肉盛される。３２
は、肉盛された溶接金属を示している。
【００２６】本発明では、目標流量への追従性が良好な
定量供給可能な粉末供給装置１０を提供すべく、実際の
流量が目標値と一致するようにノズルピン上下用サーボ
モータ１４および加振用サーボモータ１６を制御する。
図３に模式的に示すように、ノズルピン上下用サーボモ
ータ１４を制御することによってノズルピン１２が上下
動し、加振用サーボモータ１６を制御することによって
振動伝達部材１５を介して粉末供給ノズル１１に振動が
与えられる。そして、このようなノズルピン１２の上下
動と粉末供給ノズル１１の加振とによって、粉末供給ノ
ズル１１から吐出される粉末の流量Ｑが制御される。
定量供給可能な粉末供給装置１０を提供すべく、実際の
流量が目標値と一致するようにノズルピン上下用サーボ
モータ１４および加振用サーボモータ１６を制御する。
図３に模式的に示すように、ノズルピン上下用サーボモ
ータ１４を制御することによってノズルピン１２が上下
動し、加振用サーボモータ１６を制御することによって
振動伝達部材１５を介して粉末供給ノズル１１に振動が
与えられる。そして、このようなノズルピン１２の上下
動と粉末供給ノズル１１の加振とによって、粉末供給ノ
ズル１１から吐出される粉末の流量Ｑが制御される。
【００２７】図４は粉末供給装置１０の制御系のブロッ
ク図である。制御部５０は制御手段として機能するもの
であって、例えば、マイコンで構成されている。制御部
５０には、粉末供給ノズル１１から供給される粉末の流
量を検出する前記流量センサ１７が接続されている。ま
た、制御部５０には、ノズルピン上下用サーボモータ１
４を駆動する駆動回路５１と、加振用サーボモータ１６
を駆動する駆動回路５２とが接続されている。駆動回路
５１、５２は、例えば、サーボアンプで構成されてい
る。制御部５０は、流量センサ１７からの流量信号を入
力して、その検出値（実際の流量）が目標値と一致する
ように、駆動回路（サーボアンプ）５１にノズルピン上
下用サーボモータ１４への指令信号を出力し、駆動回路
（サーボアンプ）５２に加振用サーボモータ１６への指
令信号を出力する。ノズルピン上下用サーボモータ１４
への指令信号は、これによってノズルピン１２の上下動
が制御されるため、供給される粉末流量Ｑを直接的に制
御する信号（流量制御信号）であり、加振用サーボモー
タ１６への指令信号は、流量Ｑを増加させたい場合など
に補助的に粉末供給ノズル１１を加振するための信号
（加振制御信号）である。
ク図である。制御部５０は制御手段として機能するもの
であって、例えば、マイコンで構成されている。制御部
５０には、粉末供給ノズル１１から供給される粉末の流
量を検出する前記流量センサ１７が接続されている。ま
た、制御部５０には、ノズルピン上下用サーボモータ１
４を駆動する駆動回路５１と、加振用サーボモータ１６
を駆動する駆動回路５２とが接続されている。駆動回路
５１、５２は、例えば、サーボアンプで構成されてい
る。制御部５０は、流量センサ１７からの流量信号を入
力して、その検出値（実際の流量）が目標値と一致する
ように、駆動回路（サーボアンプ）５１にノズルピン上
下用サーボモータ１４への指令信号を出力し、駆動回路
（サーボアンプ）５２に加振用サーボモータ１６への指
令信号を出力する。ノズルピン上下用サーボモータ１４
への指令信号は、これによってノズルピン１２の上下動
が制御されるため、供給される粉末流量Ｑを直接的に制
御する信号（流量制御信号）であり、加振用サーボモー
タ１６への指令信号は、流量Ｑを増加させたい場合など
に補助的に粉末供給ノズル１１を加振するための信号
（加振制御信号）である。
【００２８】図５は図４に示す制御系のブロック線図で
あり、図６は図５のブロック線図の構成によって実現さ
れる粉末供給制御のフローチャートである。なお、図５
中、１４ａはノズルピン上下用サーボモータ１４の回転
位置を検出するためのエンコーダ、１６ａは加振用サー
ボモータ１６の回転位置を検出するためのエンコーダで
ある。
あり、図６は図５のブロック線図の構成によって実現さ
れる粉末供給制御のフローチャートである。なお、図５
中、１４ａはノズルピン上下用サーボモータ１４の回転
位置を検出するためのエンコーダ、１６ａは加振用サー
ボモータ１６の回転位置を検出するためのエンコーダで
ある。
【００２９】制御部５０は、スタート信号を入力する
と、加振フラグＦの値をゼロ（０）にリセットし（ＯＦ
Ｆ）（ステップＳ１）、目標流量（流量目標値）Ｒを設
定する（ステップＳ２）。加振フラグＦは加振中かどう
かを示すフラグであって、加振用サーボモータ１６への
指令信号（加振制御信号）を出力している時には１（Ｏ
Ｎ）に設定され、出力されていない時には０（ＯＦＦ）
に設定される。目標流量Ｒの設定は、オペレータによる
所定のスイッチ操作により流量設定信号を入力すること
で行われる。
と、加振フラグＦの値をゼロ（０）にリセットし（ＯＦ
Ｆ）（ステップＳ１）、目標流量（流量目標値）Ｒを設
定する（ステップＳ２）。加振フラグＦは加振中かどう
かを示すフラグであって、加振用サーボモータ１６への
指令信号（加振制御信号）を出力している時には１（Ｏ
Ｎ）に設定され、出力されていない時には０（ＯＦＦ）
に設定される。目標流量Ｒの設定は、オペレータによる
所定のスイッチ操作により流量設定信号を入力すること
で行われる。
【００３０】目標流量Ｒが設定されると、流量センサ１
７の検出値（実際値）Ｑを入力し（ステップＳ３）、目
標値Ｒと検出値Ｑとの差（流量偏差）ｅを算出する（ス
テップＳ４）。流量偏差ｅは、目標値Ｒから検出値Ｑを
引き算して求められる（ｅ＝Ｒ−Ｑ）。
７の検出値（実際値）Ｑを入力し（ステップＳ３）、目
標値Ｒと検出値Ｑとの差（流量偏差）ｅを算出する（ス
テップＳ４）。流量偏差ｅは、目標値Ｒから検出値Ｑを
引き算して求められる（ｅ＝Ｒ−Ｑ）。
【００３１】流量偏差ｅが求められると、ノズルピン上
下用サーボモータ１４に対する位置操作量ΔＸを算出す
る（ステップＳ５）。ここでは、ノズルピン上下用サー
ボモータ１４は比例＋積分動作によって制御される。サ
ーボモータ１４用の比例ゲインをＰ1 、積分ゲインをＩ
1 とすると、ノズルピン上下用サーボモータ１４への指
令信号、つまり位置操作量ΔＸは、次の式、 ΔＸ＝Ｐ1（１＋Ｉ1 ／ｓ）ｅ で与えられる。ステップＳ５で得られた操作量ΔＸは、
サーボアンプ５１へ出力される（ステップＳ６）。これ
により、サーボアンプ５１はエンコーダ１４ａからの位
置フィードバック信号を受けながらノズルピン上下用サ
ーボモータ１４を前記操作量ΔＸだけ回転させて、ノズ
ルピン１２を操作量ΔＸに対応する距離だけ上下に移動
させる。ノズルピン１２の移動方向は、操作量ΔＸがプ
ラス（＋）のとき、つまり目標値Ｒよりも実際値Ｑのほ
うが小さいときには、流量を増加させるべく上昇し、操
作量ΔＸがマイナス（−）のとき、つまり目標値Ｒより
も実際値Ｑのほうが大きいときには、流量を減少させる
べく下降する。こうして、実際の流量Ｑが目標値Ｒに近
づいていく（以上、図５参照）。
下用サーボモータ１４に対する位置操作量ΔＸを算出す
る（ステップＳ５）。ここでは、ノズルピン上下用サー
ボモータ１４は比例＋積分動作によって制御される。サ
ーボモータ１４用の比例ゲインをＰ1 、積分ゲインをＩ
1 とすると、ノズルピン上下用サーボモータ１４への指
令信号、つまり位置操作量ΔＸは、次の式、 ΔＸ＝Ｐ1（１＋Ｉ1 ／ｓ）ｅ で与えられる。ステップＳ５で得られた操作量ΔＸは、
サーボアンプ５１へ出力される（ステップＳ６）。これ
により、サーボアンプ５１はエンコーダ１４ａからの位
置フィードバック信号を受けながらノズルピン上下用サ
ーボモータ１４を前記操作量ΔＸだけ回転させて、ノズ
ルピン１２を操作量ΔＸに対応する距離だけ上下に移動
させる。ノズルピン１２の移動方向は、操作量ΔＸがプ
ラス（＋）のとき、つまり目標値Ｒよりも実際値Ｑのほ
うが小さいときには、流量を増加させるべく上昇し、操
作量ΔＸがマイナス（−）のとき、つまり目標値Ｒより
も実際値Ｑのほうが大きいときには、流量を減少させる
べく下降する。こうして、実際の流量Ｑが目標値Ｒに近
づいていく（以上、図５参照）。
【００３２】一方で、ノズルピン１２の上下動による流
量制御と並行して、粉末供給ノズル１１の加振制御を補
助的に行う。
量制御と並行して、粉末供給ノズル１１の加振制御を補
助的に行う。
【００３３】すなわち、ステップＳ４で求めた流量偏差
ｅがゼロ（０）よりも大きいかどうかを判断し（ステッ
プＳ７）、ＹＥＳであれば、つまり目標値Ｒよりも実際
値Ｑのほうが小さければ、加振フラグＦの値を１に設定
して（ＯＮ）（ステップＳ８）、加振用サーボモータ１
６に対する目標回転数Ｎを算出する（ステップＳ９）。
ここでは、加振用サーボモータ１６は比例動作によって
制御される。サーボモータ１６用の比例ゲインをＰ2 と
すると、加振用サーボモータ１６への指令信号、つまり
目標回転数Ｎは、次の式、 Ｎ＝Ｐ2 ｅ で与えられる。そして、得られた目標回転数Ｎがゼロ
（０）でなければ（ステップＳ１０）、ステップＳ９で
求めた目標回転数Ｎをサーボアンプ５２へ出力する（ス
テップＳ１１）。これにより、サーボアンプ５２はエン
コーダ１６ａからの回転数フィードバック信号を受けな
がら加振用サーボモータ１６を前記目標回転数Ｎで回転
させ、該目標回転数Ｎに対応する加振量を振動伝達部材
１５を介して粉末供給ノズル１１に与える。このよう
に、目標値Ｒよりも実際値Ｑのほうが小さいとき、つま
り実際の流量Ｑが目標流量Ｒよりも少ないときにノズル
ピン１２を上げる（ステップＳ５、ステップＳ６参照）
とともに流量偏差ｅに応じた振動を粉末供給ノズル１２
に与えることで、実際の流量を効率的に増加させること
ができ、目標値Ｒへの追従性が向上する（以上、図５参
照）。
ｅがゼロ（０）よりも大きいかどうかを判断し（ステッ
プＳ７）、ＹＥＳであれば、つまり目標値Ｒよりも実際
値Ｑのほうが小さければ、加振フラグＦの値を１に設定
して（ＯＮ）（ステップＳ８）、加振用サーボモータ１
６に対する目標回転数Ｎを算出する（ステップＳ９）。
ここでは、加振用サーボモータ１６は比例動作によって
制御される。サーボモータ１６用の比例ゲインをＰ2 と
すると、加振用サーボモータ１６への指令信号、つまり
目標回転数Ｎは、次の式、 Ｎ＝Ｐ2 ｅ で与えられる。そして、得られた目標回転数Ｎがゼロ
（０）でなければ（ステップＳ１０）、ステップＳ９で
求めた目標回転数Ｎをサーボアンプ５２へ出力する（ス
テップＳ１１）。これにより、サーボアンプ５２はエン
コーダ１６ａからの回転数フィードバック信号を受けな
がら加振用サーボモータ１６を前記目標回転数Ｎで回転
させ、該目標回転数Ｎに対応する加振量を振動伝達部材
１５を介して粉末供給ノズル１１に与える。このよう
に、目標値Ｒよりも実際値Ｑのほうが小さいとき、つま
り実際の流量Ｑが目標流量Ｒよりも少ないときにノズル
ピン１２を上げる（ステップＳ５、ステップＳ６参照）
とともに流量偏差ｅに応じた振動を粉末供給ノズル１２
に与えることで、実際の流量を効率的に増加させること
ができ、目標値Ｒへの追従性が向上する（以上、図５参
照）。
【００３４】なお、ステップＳ１０の判断の結果として
ＹＥＳであれば、目標回転数Ｎの値がゼロ（０）であ
り、加振を行わないので、加振フラグＦの値をゼロ
（０）に設定する（ＯＦＦ）（ステップＳ１３）。
ＹＥＳであれば、目標回転数Ｎの値がゼロ（０）であ
り、加振を行わないので、加振フラグＦの値をゼロ
（０）に設定する（ＯＦＦ）（ステップＳ１３）。
【００３５】また、ステップＳ７の判断の結果としてＮ
Ｏであれば、つまり流量の実際値Ｑが目標値Ｒ以上であ
れば、実際の流量Ｑを減らす方向に制御しなければなら
ず、流量を増加させる目的で粉末供給ノズル１１を加振
する必要はないので、もし現在加振中であれば（ステッ
プＳ１２）、ただちに加振を中止させる、つまり加振フ
ラグＦの値をゼロ（０）に設定する（ＯＦＦ）（ステッ
プＳ１３）。
Ｏであれば、つまり流量の実際値Ｑが目標値Ｒ以上であ
れば、実際の流量Ｑを減らす方向に制御しなければなら
ず、流量を増加させる目的で粉末供給ノズル１１を加振
する必要はないので、もし現在加振中であれば（ステッ
プＳ１２）、ただちに加振を中止させる、つまり加振フ
ラグＦの値をゼロ（０）に設定する（ＯＦＦ）（ステッ
プＳ１３）。
【００３６】その後、ステップＳ１４で、ストップ信号
の入力の有無により、供給が終了したかどうかを判断
し、ＮＯの場合、つまり供給が終了していない場合に
は、ステップＳ３に戻って、一連の処理を繰り返す。
の入力の有無により、供給が終了したかどうかを判断
し、ＮＯの場合、つまり供給が終了していない場合に
は、ステップＳ３に戻って、一連の処理を繰り返す。
【００３７】具体的に、想定される動作の一例は、次の
とおりである。
とおりである。
【００３８】まず、粉末供給の目標値Ｒを設定する。
【００３９】次に、粉末供給の実際の流量Ｑを取り込
み、流量偏差ｅ（＝Ｒ−Ｑ）を算出する。このとき、ｅ
＞０となり（実際の流量Ｑのほうが少ない）、次の処理
に移行する。すなわち、一方で、ノズルピン上下用サー
ボモータ１４への指令値ΔＸを、 ΔＸ＝Ｐ1（１＋Ｉ1 ／ｓ）ｅ として、この指令値ΔＸをサーボアンプ５１に出力し、
他方で、加振フラグＦをＯＮして、加振用サーボモータ
１６への指令値Ｎを、 Ｎ＝Ｐ2 ｅ として、この指令値Ｎをサーボアンプ５２に出力する。
み、流量偏差ｅ（＝Ｒ−Ｑ）を算出する。このとき、ｅ
＞０となり（実際の流量Ｑのほうが少ない）、次の処理
に移行する。すなわち、一方で、ノズルピン上下用サー
ボモータ１４への指令値ΔＸを、 ΔＸ＝Ｐ1（１＋Ｉ1 ／ｓ）ｅ として、この指令値ΔＸをサーボアンプ５１に出力し、
他方で、加振フラグＦをＯＮして、加振用サーボモータ
１６への指令値Ｎを、 Ｎ＝Ｐ2 ｅ として、この指令値Ｎをサーボアンプ５２に出力する。
【００４０】その後、再度、実際の流量Ｑを取り込み、
流量偏差ｅを算出する。このとき、ｅ＞０となり（ただ
し、上記した１回目の処理によりｅの値は０に近くなっ
ている）、 一方で、ノズルピン上下用サーボモータ１
４への指令値ΔＸ＝Ｐ1（１＋Ｉ1 ／ｓ）ｅを算出し
て、サーボアンプ５１に出力し、他方で、加振フラグＦ
をＯＮして、加振用サーボモータ１６への指令値Ｎ＝Ｐ
2 ｅを算出して、サーボアンプ５２に出力する。
流量偏差ｅを算出する。このとき、ｅ＞０となり（ただ
し、上記した１回目の処理によりｅの値は０に近くなっ
ている）、 一方で、ノズルピン上下用サーボモータ１
４への指令値ΔＸ＝Ｐ1（１＋Ｉ1 ／ｓ）ｅを算出し
て、サーボアンプ５１に出力し、他方で、加振フラグＦ
をＯＮして、加振用サーボモータ１６への指令値Ｎ＝Ｐ
2 ｅを算出して、サーボアンプ５２に出力する。
【００４１】この２回目の処理により流量偏差ｅの値は
ほとんどゼロ（０）となり（ｅ≒０）、ノズルピン１２
の位置はほぼ固定され、粉末供給ノズル１１の加振は行
わない。
ほとんどゼロ（０）となり（ｅ≒０）、ノズルピン１２
の位置はほぼ固定され、粉末供給ノズル１１の加振は行
わない。
【００４２】したがって、本実施の形態によれば、目標
流量Ｒを設定し、流量センサ１７の検出値Ｑが目標値Ｒ
と一致するよう、流量偏差ｅに基づいてノズルピン１２
を上下動させ、かつ流量を増加させる必要がある場合に
はさらに粉末供給ノズル１１に流量偏差ｅに応じた加振
量を与えるようにしたので、目標流量Ｒへの追従性が向
上し、溶接部３１への溶接金属粉末の定量供給の迅速化
が図られる。
流量Ｒを設定し、流量センサ１７の検出値Ｑが目標値Ｒ
と一致するよう、流量偏差ｅに基づいてノズルピン１２
を上下動させ、かつ流量を増加させる必要がある場合に
はさらに粉末供給ノズル１１に流量偏差ｅに応じた加振
量を与えるようにしたので、目標流量Ｒへの追従性が向
上し、溶接部３１への溶接金属粉末の定量供給の迅速化
が図られる。
【００４３】なお、本実施の形態では、実際の流量Ｑが
目標値Ｒよりも小さい場合（ｅ＞０）にのみ粉末供給ノ
ズル１１を加振するようにしているが、実際の流量Ｑが
目標値Ｒよりも大きくノズルピン１２を下げる必要があ
る場合であっても、目づまり防止効果を優先的に考慮し
て、粉末供給ノズル１１を加振するようにしてもよい。
目標値Ｒよりも小さい場合（ｅ＞０）にのみ粉末供給ノ
ズル１１を加振するようにしているが、実際の流量Ｑが
目標値Ｒよりも大きくノズルピン１２を下げる必要があ
る場合であっても、目づまり防止効果を優先的に考慮し
て、粉末供給ノズル１１を加振するようにしてもよい。
【００４４】また、粉末供給装置１０の構造は、図２に
示すものに限定されるわけではなく、本発明は重力落下
式のすべての粉末供給装置に適用可能である。
示すものに限定されるわけではなく、本発明は重力落下
式のすべての粉末供給装置に適用可能である。
【図１】 本発明の一実施の形態に係る溶接金属粉末供
給装置およびレーザ溶接装置本体を示す概略構成図であ
る。
給装置およびレーザ溶接装置本体を示す概略構成図であ
る。
【図２】 粉末供給装置の一例を示す断面図である。
【図３】 粉末供給装置の制御状態を示す模式図であ
る。
る。
【図４】 粉末供給装置の制御系のブロック図である。
【図５】 図４に示す制御系のブロック線図である。
【図６】 図５のブロック線図の構成によって実現され
る粉末供給制御のフローチャートである。
る粉末供給制御のフローチャートである。
【図７】 重力落下方式の粉末供給ノズルの先端を示す
模式図である。
模式図である。
１０…溶接金属粉末供給装置
１１…粉末供給ノズル
１２…ノズルピン
１４…ノズルピン上下用サーボモータ（ノズルピン駆動
手段） １６…加振用サーボモータ（加振手段） １７…流量センサ（粉末流量検出手段） ３０…母材 ５０…制御部（制御手段）
手段） １６…加振用サーボモータ（加振手段） １７…流量センサ（粉末流量検出手段） ３０…母材 ５０…制御部（制御手段）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０１Ｌ 3/24 Ｆ０１Ｌ 3/24 Ｅ
Claims (4)
- 【請求項１】 溶接金属の粉末を上下動自在のノズルピ
ンを備えた粉末供給ノズルを介して重力落下により母材
表面に供給する溶接金属粉末供給装置において、 前記粉末供給ノズルから吐出される粉末の流量を検出す
る粉末流量検出手段と、 前記ノズルピンを上下に駆動するノズルピン駆動手段
と、 前記粉末供給ノズルを加振する加振手段と、 前記粉末流量検出手段によって検出される流量の実際値
が目標値と一致するように前記ノズルピン駆動手段およ
び前記加振手段を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする溶接金属粉末供給装置。 - 【請求項２】 前記制御手段は、流量の目標値と実際値
との差に基づいて、前記ノズルピン駆動手段および前記
加振手段に与える指令信号を作出することを特徴とする
請求項１に記載の溶接金属粉末供給装置。 - 【請求項３】 前記制御手段は、目標値よりも実際値の
ほうが小さい場合にのみ前記加振手段を動作させること
を特徴とする請求項２に記載の溶接金属粉末供給装置。 - 【請求項４】 前記ノズルピン駆動手段に対する指令信
号は比例＋積分動作によって得られ、前記加振手段に対
する指令信号は比例動作によって得られることを特徴と
する請求項２に記載の溶接金属粉末供給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18819997A JP3424510B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 溶接金属粉末供給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18819997A JP3424510B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 溶接金属粉末供給装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1133759A JPH1133759A (ja) | 1999-02-09 |
| JP3424510B2 true JP3424510B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=16219515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18819997A Expired - Fee Related JP3424510B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 溶接金属粉末供給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3424510B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6916407B1 (ja) * | 2020-11-06 | 2021-08-11 | ヤマザキマザック株式会社 | 付加製造装置、複合加工装置、付加製造装置の制御方法、及び、付加製造装置の制御プログラム |
-
1997
- 1997-07-14 JP JP18819997A patent/JP3424510B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1133759A (ja) | 1999-02-09 |
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|---|---|---|---|
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