JP4202265B2 - 溶射器 - Google Patents

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Description

本発明は、溶射トーチ（以下、トーチと称する）を用いて溶融材料を溶射することにより表面をコーティングすることに関し、特に、溶射を監視して管理するための装置を有する溶射器に関する。
溶射は、融点が高い材料で固体表面をコーティングするための良く知られた方法である。溶射では、表面に向けられた高速の高温ガス流中で材料が溶かされる。この場合、ガス流は、小さな溶融滴として材料を霧状にするとともに、この溶融滴を表面に対して伴出させる。依然として溶融状態にある溶融滴は、表面上で平坦化され、表面に付着するとともに、表面と接触した状態で凝固する。溶融滴が混入されたガス流は、ジェットと称される。コーティングは、表面に対してジェットを移動させることによる連続的なパスによって得られる。
溶射は、様々な目的、例えば、装飾、熱バリア、酸化または化学的腐食に対する保護、材料の再塗布、表面の機械特性の向上、特に耐摩耗性の向上において使用することができる。
噴射材料は、モリブデンまたはチタン等の純金属、ＮｉＣｒ、ＮｉＡｌ、ＮｉＣｒＡｌＹ等の金属合金、Ｃｒ２Ｏ３やＺｒＯ２等のセラミック、ＷＣまたはＣｒ３Ｃ２等のカーバイド、Ｃｒ３Ｃ２／ＮｉＣｒ等のサーメットであっても良い。
様々な溶射方法が知られており、それぞれの方法は特定のトーチを使用する。
所謂「フレーム」溶射では、アセチレンおよび酸素等の発熱量が高いガスを燃焼させることによって、フレーム（炎）が形成され、温度上昇によって高速ガス流が生じるとともに、このガス流中に粉状または線状の噴射材料が注入される。この材料は、フレームと接触して溶けるとともに、熱い燃焼ガス流の中で小さな溶融滴として霧状にされ、このガス流によって伴出されてジェットを形成する。
所謂「アークワイヤ」溶射では、噴射材料から成る２つのワイヤ間で電気アークが形成されるとともに、アルゴンＡｒ等の中性ガス流が高速で電気アークに通される。ワイヤ材料は、電気アークの存在下で液化するとともに、熱い燃焼ガス流の中で小さな溶融滴として霧状にされ、このガス流によって伴出されてジェットを形成する。
所謂「アークプラズマ」溶射では、プラズマ形成ガス流中で電気アークを持続させることにより熱が生成され、プラズマの形成によってガスの温度が著しく上昇されるとともに、噴射される粉末材料がプラズマ形成ガス流中に注入される。この粉末は、不活性な所謂「キャリア」ガスによって流動化されて運ばれる。プラズマ形成ガス、キャリアガス、およびプラズマ形成ガスと接触して細かい溶滴として溶融された材料の組み合わせは、ジェットを形成する。
ジェットは、トーチの出口において開散した円錐の形態を成している。高温を伴うため、トーチは、使用するにつれて次第に劣化し、この劣化により、トーチの動作に偏りが生じるとともに、ジェットが変形および偏心する。特定のタイプのアークプラズマトーチにおいては、トーチの出口で、プラズマ形成ガス流に対して垂直に粉末注入が行なわれ、これにより、ジェットが垂直に偏る。
従来のトーチは小さいため、カバーされる表面の前方でトーチを都合良く移動させることができる。このトーチは、電流およびトーチの動作に必要な様々な原料をトーチに供給する制御ユニットに接続されている。原料という用語は、前述したガスおよび材料のことを意味している。
溶射によって形成される堆積物の品質基準は、従来、硬度、コーティングされる表面に対する密着性、孔隙率、クラックが無いこと、非溶融割合（ｕｎｍｏｌｔｅｎ ｆｒａｃｔｉｏｎ）、金属材料の場合には酸化物レベルである。用語「非溶融割合」とは、溶融状態を経なかった堆積物を構成する材料の割合を意味している。噴射効率、すなわち、実際に堆積物を構成する使用材料の割合にも注意が払われる。残りの材料は、溶射装置の周囲の壁上で損失される。
堆積物の品質および堆積作業効率は、明らかに、使用される材料によって決まるが、それだけでなく、トーチの設置条件やタイプによっても左右される。材料の流量（例えば、グラム／分）は、明らかに、全てのトーチに共通のパラメータである。フレーム溶射の場合には、例えばリットル／分で表わされる、可燃および酸化ガスの流量を設定する必要もある。アークワイヤ溶射の場合には、アーク強度（アンペア）およびガス流量を設定する必要もある。アークプラズマ溶射の場合には、アーク強度、プラズマ形成ガスの流量、およびキャリアガスの流量を設定する必要がある。
一定の堆積品質を得ることは難しい。これは、トーチ及びその原料供給が、不正確さに晒され且つ経時的なドリフトを受け、それにより明らかにこの品質に影響が及ぶからである。コーティング作業が行なわれる前に、サンプルを用いてトーチを検査し、必要に応じて設置条件を調整する必要がある。しかし、これだけでは十分ではない。コーティング作業中に、サンプルに基づいて定期的にチェックを行なうとともに、設置条件を変更し、あるいは、必要に応じてトーチを交換する必要もある。これは、トーチを使用するにつれて、トーチ、特に、トーチの熱い部分、例えば射出ノズルが劣化するためであり、また、これらの劣化によって、トーチの特性が変動し、ジェットが変形したり変位したりする可能性があるためである。堆積物の品質自体が許容限界の外側に逸れてしまう前に、ドリフトの発生を十分早期に検知でき、且つトーチの設置条件を変更できるように、これらのチェックは頻繁に行なわなければならない。明らかに、これらのチェックおよびこれらの調整は、時間を要し、装置の生産性を低下させる。長期にわたるコーティング作業の場合には、更に、トーチまたは堆積物の品質をチェックするためにコーティング作業を中断し、また、必要に応じて、トーチの設置条件を変更し、あるいは、トーチを交換する必要があるかもしれない。
達成すべき第１の目的は、その特性が意図する特性に適合する堆積物を、トーチが形成できることを確認することである。この確認は、溶射作業中にリアルタイムで行なう必要がある。また、ドリフトが見つかった時に、このトーチの動作をリアルタイムで補正することも目的とする。
第２の目的は、これらの結果を安価な手段によって達成することである。
第３の目的は、トーチがもはや正常に動作できなくなり、その結果、不良コーティングを生じる虞がある場合に、トーチを自動的に停止することである。
第１の目的を達成するため、本発明は、溶射トーチを有する溶射器であって、トーチは、その幾何学的な軸に沿ってジェットを噴射することができ、ジェットは、噴射される材料の溶融粒子が混入された高温のガス流から成り、溶射器は、通信される供給パラメータを利用することにより原料をトーチに供給する制御ユニットを有し、溶射器は、ユニットコンピュータ接続部により供給パラメータを制御ユニットに通信するコンピュータを有し、溶射器は、トーチの動きを監視することができるセンサを有し、センサは、トーチの動作に関する情報をコンピュータに送信することができ、この送信が、センサコンピュータ接続部によって行なわれる溶射器を提供する。
このような溶射器は、以下の点が注目に値する。
ａ．コンピュータは、情報をリアルタイムで解析し、この解析から少なくとも１つの所謂「噴射」パラメータの測定値を繰り返し演繹することにより、この測定値が安定する時期を見つけ、この噴射特性を「処理」する、すなわち、処理される噴射特性に固有の値についての予め設定された所謂「許容」範囲から噴射特性の測定値が外れている場合に、新たな供給パラメータ値を計算してそれを制御ユニットに送信するためのソフトウェアを有し、供給パラメータのこの新たな値は、噴射特性をその許容範囲に戻すのに適し、
ｂ．センサは、ジェットの長さの一部にわたって外形で見られるジェットのデジタル画像の形態で情報を定期的にコンピュータに供給することができるカメラを有し、
ｃ．画像から測定される噴射特性が、ジェットの最大輝度Ｉｍａｘである。
このような構成によれば、コーティングの酸化物レベルを効果的に制御することができる。これは、コーティングの酸化物レベルが、ジェットの最大強度Ｉｍａｘに大きく依存していることが分かったからである。
また、コンピュータが、ジェットの幅Ｌを測定して処理し、Ｌが噴射特性を構成し、噴射特性の処理において優先順位が規定されるが、最大輝度Ｉｍａｘの処理に優先順位が与えられ、カメラは、少なくとも０．５ｍｍに等しい解像度をもってジェットを観察することができ、Ｌは、ジェットに対して垂直な幾何学的ラインに沿ったジェットの輝度分布の標準偏差に比例することが有利である。
このような構成によれば、コーティングの硬度を調整することができる。これは、この硬度がジェットの幅Ｌに大きく依存していることが分かったからである。
また、コンピュータは、ジェットの位置Ｐを測定して処理し、Ｐも噴射特性を構成し、噴射特性の処理において優先順位が規定され、最大輝度Ｉｍａｘの処理に最も高い優先順位が与えられ、カメラは、少なくとも０．５ｍｍに等しい解像度をもってジェットを観察することができ、Ｐは、一定の値Ｐ０に対する、ジェットに対して垂直な幾何学的ラインに沿ったジェットの輝度分布の平均であることが有利である。
このような構成によれば、コーティングのクラックのレベルを調整することもできる。これは、このクラックのレベルがジェットの位置Ｐに大きく依存していることが分かったからである。
また、有利には、
ｄ．センサは、トーチの前方に位置決めされたコーティングされる特定の対象物の表面での熱放射を遠隔的に測定することができる光高温計を有し、光高温計は、計測視野が狭く、計測視野が対象物でジェットに対しできる限り接近するが、このジェットと干渉しないように位置決めされ、光高温計は、センサコンピュータ接続部により、温度測定値をコンピュータに対して定期的に送信することができ、
ｅ．コンピュータは、コーティングの放射係数に応じて温度測定値を補正することができ、この測定値Ｔも噴射特性を構成し、コンピュータは、所定の優先順位で噴射特性を処理することができ、最大輝度Ｉｍａｘの処理が最も高い優先順位を有し、温度Ｔの処理が２番目の優先順位を有する。
このような構成によれば、トーチの通常の動作範囲を広げることができる。これは、酸化物レベルが、ジェットの最大強度Ｉｍａｘほどではないが、堆積物の温度に依存していることが分かったからである。したがって、トーチが非常に劣化しているため、もはや供給パラメータをその通常の動作範囲から逸脱させることなくＩｍａｘを補正することができない場合でも、溶射器は、依然として、堆積物温度Ｔを変更して、選択された酸化物レベルを確保することができる。
カメラは、ＣＣＤ型であり、マトリクスのピクセルの電荷蓄積効果によって、ジェットの高周波振動を濾過し、その結果、ジェットの特性の評価を向上させ、溶射をうまく調整できることが好ましい。測定は、可視光スペクトルで単に行なわれても良い。非常に良好な製造プロセスの調整を必要とする用途の場合、例えば、航空および宇宙産業の用途においては、噴射特性の調整、ひいては、形成される堆積物の特性の調整を向上させるため、少なくとも０．１ｍｍに等しい解像度でジェットの画像を与えるカメラが選択される。
使用するカメラ、高温計、および計算手段は、市場で容易に入手でき、安価である。そのため、第２の目的が達成される。
幾つかの典型的な数値例に関する以下の詳細な説明、および添付図面を検討すると、本発明をより明確に理解することができ、また、本発明が与える利点が直ぐに明らかになる。
まず最初に、本発明に係る溶射型の装置、及びこの装置に結合された監視装置について説明する。
まず、図１を参照する。溶射器１０は、幾何学的な軸１４を有する溶射トーチ１２を備えている。溶射トーチは、この幾何学的な軸１４に沿って、被噴射溶融材料、すなわち、金属、金属合金、セラミック、または、サーメット等の溶滴が混入された高温ガス流から成るジェット１６を噴射する。ジェット１６は、従来のごとく幾何学的な軸１４を中心とする軸対称な円錐の形態を成して拡散する。時として、ジェット１６によって形成される円錐の頂点の近傍で、非常に明るいフレーム１７が、トーチ１２から出現する。プラズマトーチの場合、このフレーム１７は、８０００°Ｋの温度に達する場合がある。ジェットは、このフレーム１７を超えても依然として明るいが、この光度は、基本的に、溶融材料の溶滴のみに起因している。ジェット１６は、通常、幾何学的な軸１４を中心としている。トーチ１２で使用される高温により、また、これらのトーチ１２と一体の冷却装置にもかかわらず、トーチ１２は、その使用中、特に腐食により劣化し、これらの劣化により、ジェット１６の特性が変化し、また、ジェット１６が変形し或いは幾何学的な軸１４が偏心してしまう可能性がある。
ここで、図１および図２の両方を参照する。トーチ１２は、側方注入を使用するタイプのアークプラズマトーチであり、トーチの幾何学的な軸１４と直交する幾何学的な軸２０を有する注入器を有している。この注入器１８により、所謂キャリアガスを用いて、噴射される粉末材料が、ジェット１６中に注入される。この注入は、ジェット１６によって形成される円錐の頂点の近傍のトーチ１２の出口で行なわれるとともに、ジェット１６と垂直に行なわれ、注入器１８と反対側の方向へのジェット１６の偏りを引き起こす。それにより、ジェット１６は、通常、幾何学的な軸１４から離れる。
ジェット１６により噴射される溶融材料の溶滴は、高速に達して、被覆対象物２２の表面で平らにされ、これにより、意図する堆積物２４が凝固および溶着により前記表面上に形成される。この堆積物２４は、通常、被覆対象物２２の表面上にわたってトーチ１２により繰り返し吹付けられる連続する複数の層から成る。ジェット１６に所定時間晒された対象物２２の表面が、参照符号２６で示されている。
また、溶射器１０は、管路２８と、制御ユニット３０とを有しており、この制御ユニット３０は、管路２８により原料をトーチ１２に供給する。この供給は、トーチが動作するために必要な原料をトーチ１２に与えることによって行なわれる。これらの原料の流量を「供給パラメータ」と称する。
アークプラズマトーチの場合、トーチの基本的な供給パラメータは、
・アークプラズマトーチによって生じるアーク電流Ｉおよび電圧Ｖ、
・例えばリットル／分で表わされる水素Ｈ２やアルゴンＡｒ等のプラズマ形成ガスの流量（リットルは大気圧で考慮される）、
・例えばグラム／分で表わされる材料の流量Ｄｍ、
・例えばリットル／分で表わされるキャリアガス流量（このガスは、通常アルゴンであり、Ａｒｃａｒｒｉｅｒで表わされる）、
である。
トーチ１２は、水の循環によって冷却される。
トーチは、例えば金属から成る土木構造体を修復できるように、手持ち式となっていても良い。トーチは、殆どの場合、処理される対象物２２に対してトーチ１２を保持し、位置決めし、且つ移動する好ましくは自動化された装置４０において使用される。装置４０は、トーチ１２を支持するロボットアーム４２と、トーチ１２の前側で対象物２２を保持する固定された或いは旋回する対象物ホルダ４４とを有していることが好ましい。
ここで、図３を参照する。本発明においては、溶射中にトーチの移動状態を監視するため、溶射器１０は、トーチ１２に取り付けられた搭載センサ５２を有しており、そのため、これらの搭載センサ５２は、トーチ１２に対して一定の相対位置を保っている。
まず、搭載センサ５２は、ジェット１６のデジタル画像を提供することができるＣＣＤカメラ５４から成る。これらのデジタル画像は、このジェット１６に対して横断方向すなわち垂直に撮られる。ジェット１６が、その開始部分にフレーム１７を有している場合、カメラ５４は、フレーム１７を超えたジェット１６の画像すなわちフレーム１７の下流側のジェット１６の画像を提供するように位置決めされており、これにより、ジェット１６の画像が、フレーム１７の光によってぼやけないようになっている。カメラ５４の幾何学的な結像軸が、参照符号５６で示されている。カメラ５４は、トーチ１２の近傍に配置され、且つカメラ５４の前方に４５°の角度で設けられた結像ミラー５８によってジェット１６を観測することが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。この場合、結像ミラー５８は、ＣＣＤカメラの幾何学的な軸５６を９０°逸らせ、ＣＣＤカメラ５４によってジェット１６を見ることができるようにする。
したがって、このような構成によれば、トーチ１２と対象物２２との間の空間をできる限り大きく開放することができる。
カメラは、ジェット１６に関する０．５ｍｍの細部をとらえることができる十分な解像度を有していなければならない。これは、ジェットの０．５ｍｍの偏りを検出して測定するためには、そのような解像度が必要だからである。航空分野における用途の場合には、十分な精度をもって堆積特性を調整するため、この解像度は、実際には、少なくとも０．１ｍｍ程度でなければならない。この例において、カメラは、露光時間が１／３０秒から１／２０００秒の範囲にある６４０×４８０ピクセルのＣＣＤ（電荷結合素子）マトリクスを有しており、これにより、光度が非常に異なるジェットを、十分な精度で観察できるようにするとともに、マトリクスのピクセルを飽和させないようにしている。ＣＣＤカメラの感度は、可視スペクトルに限られても良い。白黒カメラでも十分であるが、カラーカメラを使用することもできる。そのようなカメラは、市場において低価格で簡単に入手することができる。カメラは、溶射中に放出される熱に対して十分な安定性を有していれば十分である。
粉末材料を噴射するための注入器１８をトーチ１２が有している場合、カメラ５４は、注入器１８の幾何学的な軸２０に対して略垂直な幾何学的な軸５６に沿って、ジェット１６を見ることができるように位置決めされている。このような位置決めにより、この注入モードに起因するジェット１６の偏りを最適に見ることができ、この位置決めの結果、ジェット１６の偏りを、より効果的に監視することができる。
線形アレイのフォトダイオード等の従来の取得装置と比較して、このＣＣＤカメラは、以下の利点を有している。
・ＣＣＤマトリクスのピクセルにおける電荷蓄積効果により得られるジェットの高周波振動が滑らかになる。この電荷蓄積は、ピクセルが受ける光に比例して生じるものであり、高周波振動におけるこの平滑化により、測定値の無効および不安定なトーチ管理の導入が避けられる。具体的には、露光時間中に受けた光をセンサが統合し、それにより、これらの振動に起因するジェット１６の輝度の変化が、比率ｄ／ｔで割られるようになっている。ここで、ｄは露光時間であり、ｔはジェットの振動の周期である。従来の装置においては、各感光素子にローパス電子フィルタを設ける必要があり、そのため、感光素子が大型化し、感光素子の数が限られていた。
・小さな体積、すなわち、数立方センチメートルで、高い解像度が得られる。
・安価な装置により、画像を取得できるとともに、市販されている標準的な手段により画像をコンピュータに送信することができる。
また、搭載センサ５２は、幾何学的な軸７２を有する光高温計７０を含む。この光高温計７０は、所謂「測定」面７３によって発せられる熱放射を遠隔的に測定するものであり、測定面７３は、幾何学的な軸７２に沿う寸法が小さい。光高温計７０は、指向性のものであり、噴射領域２６に対してできる限り接近して対象物２２に狙いを定めることができるが、この噴射領域２６と干渉しない。すなわち、測定領域７３は、噴射領域２６に近く或いは近接しているが、この噴射領域２６と干渉しない。つまり、光高温計７０は、計測視野が狭く、計測視野が、対象物２２でジェット１６に対しできる限り接近するが、このジェット１６と干渉しないように位置決めされる。このような構成により、非常に明るいジェット１６が、光高温計の計測視野、特に測定領域７３から外れたままとなり、それにより、光高温計７０は、堆積物の温度の測定を無効にし得るジェット１６の光放射ではなく、堆積物２４の熱放射を受ける。光高温計７０の位置決めを容易にするため、光高温計７０は、光点を測定領域７３に投影するレーザ照準器７４を有していることが好ましい。
熱放射の測定は、従来と同様に、赤外線範囲、すなわち０．８μｍから１４μｍの範囲の電磁放射帯域で行なわれる。アークプラズマトーチといった特定の場合には、安定且つ正確で安価な測定を行なえるように、熱放射の測定は、８μｍから１４μｍの帯域で行なわれることが好ましい。これは、この種のトーチを用いると、空気中に含まれる水蒸気Ｈ２Ｏおよび二酸化炭素ガスＣＯ２の電離が、ジェット１６の近傍で行なわれ、この電離により、水蒸気においては０．８μｍから３．４６μｍの帯域および４．７８μｍから８μｍの帯域の赤外線が吸収され、二酸化炭素ガスにおいては４．２μｍから４．５μｍの帯域の赤外線が吸収されることが分かったからである。これらの吸収帯域を除外することなく行なわれた温度測定は、不安定であり、背景雑音によって影響されるため、これらの吸収帯域を使用することが難しいことが分かった。したがって、８μｍから１４μｍの帯域で測定値を取得することが好ましい。この帯域は十分に幅広いため、光高温計７０に安価なフィルタを設けることができる。また、この測定を３．４６μｍから４．２μｍの帯域または４．５μｍから４．７８μｍの帯域で行なうこともできるが、これらの帯域は狭いため、光高温計７０に高性能の狭帯域フィルタすなわち高価な狭帯域フィルタを設ける必要がある。
照準器７４の一例が図４に示されている。照準器７４は、光高温計７０の幾何学的な軸７２に沿って、狭いレーザビーム７８を投影する。この目的のため、照準器は、光高温計７０の近傍に配置されたダイオードレーザ７６を有している。このダイオードレーザ７６は、光高温計７０よりも前方に、光高温計７０の幾何学的な軸７２と平行なレーザビーム７８を放射し、レーザビーム７８は、２つのミラー８０、８２から成る従来のセットにより光高温計の幾何学的な軸７２へと投入される。この場合、第２のミラー８２は、半反射型のものであり、光高温計の幾何学的な軸７２に沿って位置されている。このような構成を用いると、光高温計７０と、その温度が測定される対象物の表面との間の距離とは無関係に照準器を設置できる。
なお、光高温計７０は、完全な黒体においてのみ、正確な温度測定値を与える。実際には、温度が測定される材料の放射係数Ｅを考慮する必要がある。この放射係数Ｅは０から１の範囲にあり、実際の温度Ｔは、以下の関係により、光高温計によって観測される温度Ｔｏｂｓに対して関連付けられる。
Figure 0004202265
Ｔｏｂｓはケルビン度で表わされる絶対温度であり、Ｔは、便宜上、セルシウス度（摂氏）で表わされる。
したがって、アナログ手段またはデジタル手段によって、測定される温度を計算することができる。
ここで、再び、図３を参照する。搭載センサ５２は、搭載センサを外的因子から保護する閉じられた区画室９０内に配置されているが、この区画室９０は、カメラ５４によってジェット１６を見ることができ、且つ光高温計７０によって対象物２２の表面を見ることができるようにする開口９２を有している。この区画室９０には圧縮空気供給９４が成され、この圧縮空気は、開口９２を通じて導出されて、トーチ１２の動作中に埃塵および溶滴が区画室内に侵入することを防止する障害を形成する。そのような埃塵および溶滴は、センサ５２上に堆積する傾向があり、特に、センサの光学部品を汚染しがちである。
ここで、再び、図１を参照する。溶射器１０は、接続部１１０によって搭載センサ５２すなわちカメラ５４および光高温計７０に対して接続されたコンピュータ１００も有している。この接続部１１０により、コンピュータ１００は、カメラ５４からのデジタル画像１１２と光高温計７０からの温度読取情報１１４とをリアルタイムで受けることができる。また、コンピュータ１００は、接続部１２０により制御ユニット３０に接続されている。この接続部１２０により、コンピュータ１００は、供給パラメータを制御ユニット３０にリアルタイムで送ることができる。また、この接続部１２０により、コンピュータは、供給パラメータ、例えばプラズマトーチの場合にはアークの電圧Ｖを、制御ユニット３０からリアルタイムで受けることができる。用語「リアルタイム」とは、情報が受けられると直ぐにその情報の値が加えられること、あるいは、情報の現在の値が送信されることを意味している。コンピュータ１００は、センサ５２および制御ユニット３０に繋がる接続部１１０、１２０にそれぞれ接続できるような適当な接続手段が設けられた、市販のマイクロコンピュータであっても良い。また、このコンピュータ１００は、適切な周波数で処理作業を行なうことができる十分な能力を有している必要もある。
ここで、図５を参照する。コンピュータ１００は、溶射を監視して管理するために必要な情報を収容するデータベース１３０も有している。この例においては、情報がモデルとしてグループ化され、各モデルは、トーチを用いた溶射による堆積作業、堆積物の組成、および特定の堆積物特性を管理するために必要な情報を与える。
まず、モデルは、モデルを示す以下の情報を含んでいる。
・使用されるトーチモデル、
・形成される堆積物組成、
・得られる堆積物特性。
この情報により、モデルを明確に示すことができるとともに、例えば簡単な多基準サーチ（ｍｕｌｔｉｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｓｅａｒｃｈ）により、適したモデルをデータベースから選択することができる。
モデルは、以下のような一般的な情報を含んでいる。
・光高温計によって与えられた測定値から正確な温度を計算するための放射係数、
・ＣＣＤカメラの画像取得周期、
・バッチ当りの画像数、
・背景雑音レベル、
・ジェットの安定性閾値レベル。
モデルは、考慮し且つ管理する必要がある以下のような噴射特性を含んでいる。
・Ｉｍａｘ：ジェットの最大輝度、
・Ｌ：ジェットの幅、
・Ｐ：ジェットの位置、
・Ｔ：堆積物の温度。
これらの各噴射特性毎に、モデルは、以下も含んでいる。
・優先順位、
・最小値および最大値によって規定される所謂「許容」範囲、
・最小値および最大値によって規定される所謂「最適」範囲（無論、この最適範囲は、対応する噴射特性の許容範囲内に含まれている）。
モデルは、噴射特性を管理するために変更される必要がある供給パラメータを含んでいる。これらのパラメータは、使用されるトーチモデルに伴って明確に変化する。例えば、プラズマトーチの場合には、
・Ｉ：アーク強度、
・Ａｒ：プラズマを形成するアルゴンの流量、
・Ｈ２：プラズマを形成する水素の流量、
・Ａｒｃａｒｒｉｅｒ：キャリアアルゴンの流量、
である。
各供給パラメータ毎に、モデルは、以下を含んでいる。
・溶射作業が開始される際に、制御ユニットに対して送信される初期値、
・供給パラメータが影響を与える全ての溶射特性における供給パラメータに対してデフォルトにより均等に加えられる優先順位、
・最小値および最大値によって表わされるトーチの通常の動作範囲（この範囲も任意に等式の有効限界を表わしている）、
・補正ステップサイズ。
なお、特定の更に複雑なケースにおいて、優先順位および通常動作範囲は、当該供給パラメータを含む各等式毎に定められることに留意されたい。
最後に、モデルは、噴射特性とトーチの供給パラメータとの間の統計的な関係を、等式の系の形態で与える。各等式は、以下の多項式である。
Figure 0004202265
 ・Ｋは、プラスまたはマイナスの定数、
・Ｃｉは、供給パラメータｉに関連付けられたプラスまたはマイナスの係数、
・Ｐｉは、供給パラメータｉの現在の値、
・Ｃｊｋは、２つの供給パラメータｊ、ｋの積に関連付けられたプラスまたはマイナスの係数。
実際には、各多項式は、線形多項式であり、時には２次の多項式である。更に高次の多項式も考えられるが、その場合には、噴射特性と供給パラメータとの間の関係および依存度を評価することが難しくなる。
これらの関係は、明らかに統計学的であり、また、実験室での研究により明らかにされる。これらの関係は、許容できるばらつきをもって、各供給パラメータ毎に定められる値範囲内でのみ有効である。例えば、所謂「通常動作」範囲は、以下のいずれかに対応している。
・トーチの限界、
・または、当該噴射特性と噴射特性が依存する供給パラメータとの間の許容できると考えられる依存度に対応する等式の有効性の限界。
好ましくは、
・等式の次数は、噴射特性が補正されるべき優先順位を与える。
・各等式における供給パラメータの次数は、対応する噴射特性を補正するために、供給パラメータを変更する必要性がある優先順位を与える。
ここで、噴射特性について更に正確に規定するとともに、図１および図５の両方を参照する。
ジェットの最大強度Ｉｍａｘは、ジェット１６の最大輝度である。ジェットのこの最大輝度は、従来と同様、トーチ１２から出現し得る任意のフレーム１７の外側下流の側方から見て、ジェット１６の中心にある。輝度は、ワット／平方メートル／ステラジアン（ｗ／ｍ２／ｓｒ）で表わすことができる物理量である。ＣＣＤカメラ５４のマトリクスによって与えられる点１１２のピクセルの最大光レベルを採用することが好ましい。この光レベルは、ビットマップ、ＧＩＦ、ＰＳＤ等の知られている画像規格に共通している。光レベルは、従来と同様、８ビットにわたってコード化され、その結果、０から２５５までの大きさである。使用されるＣＣＤカメラ５４が、カラー画像すなわち赤−緑−青の付加的トリクロミシティ（ａｄｄｉｔｉｖｅ ｔｒｉｃｈｒｏｍｉｃｉｔｙ）を形成する場合には、緑色の最大光レベルが単に採用されても良いが、必ずしもそうである必要はない。この緑色は、白黒ＣＣＤカメラの挙動に最も似ている色である。
ジェットの幅Ｌは、ジェット１６の幅を特徴付けるために選択される量である。ジェット１６の縁部は、分散しており、あまり明確ではないため、ジェットの幅方向におけるジェットの輝度分布の標準偏差σに比例する量を採用することが好ましい。実際には、例えばトーチの幾何学的な軸１４の画像１１２における位置１４ａに対して垂直なピクセル列１５４に沿った、この画像１１２上のジェット１６ａの幅方向におけるジェットの画像１１２にわたるピクセルの光レベル分布の標準偏差σが採用される。例えば、ミリメートルで表わされるＬ＝２σが採用される。
ジェットの位置Ｐは、トーチ１２の幾何学的な軸１４に対するジェットの位置である。ジェット１６の縁部は、分散しており、あまり明確ではないため、Ｐは、例えば前述したようにトーチの幾何学的な軸１４の画像１１２における位置１４ａに対して垂直なピクセル列１５４に沿った、画像１１２のジェット１６ａの幅方向におけるジェットの輝度分布の平均であることが好ましい。
画像１１２上のジェット１６ａの幅方向におけるピクセルの光レベル分布は、以下の形式の良く知られたガウスの法則にほぼ従うことが分かった。
Figure 0004202265
 Ｉ＝ジェットの幅方向におけるピクセルの光レベル、
ｘ＝ピクセルの位置、
Ｐ０＝トーチの幾何学的な軸１４の画像１１２上における位置１４ａ（この位置１４ａは、トーチ１２のノズル内にロッドを取り付け、且つこのロッドの画像１１２を撮ることによって簡単に見出される）。
したがって、この更なる情報を処理するとともに、前述したように画像１１２におけるジェット１６ａの幅方向で、且つ前述したようにトーチの幾何学的な軸１４の画像１１２上における位置１４ａに対して垂直なピクセル列１５４に沿った、ピクセルの光レベル分布のガウスの法則Ｇの評価から、Ｉｍａｘ、Ｐ、σを演繹することが好ましい。この場合、この評価は、良く知られた所謂「最小２乗」法によって得られても良い。
溶射装置の周囲のあらゆる種類の迷光および反射光の影響を減らすためには、その光レベルが「背景雑音レベル」と称される閾値よりも高いピクセルだけを考慮することが好ましい。なお、この迷光は、画像１１２のジェットの像１６ａの両側に、拡散影１５６を生じさせるとともに、反射に起因する明るい点１５８を生じさせる傾向があり、この影及びこれらの明るい点１５６は、ジェットの特性の評価を非反復的に無効にする傾向がある。この閾値は、幾つかの試験画像を個別に解析することによって容易に決定される。実際には、この閾値は、画像１１２の光レベルにおける０から２５５の範囲のスケールで、４または５に相当する。
堆積物の温度Ｔは、光高温計７０によって測定される温度であり、堆積物の放射率に応じて補正される。
通常の用途においては０．５ｍｍの信頼度をもって、また、航空分野における用途にあっては０．１ｍｍの信頼度をもって、ジェットの幅Ｌおよびジェットの位置Ｐを測定するためには、ＣＣＤカメラは十分な解像度を有していなければならない。このことは、測定が反復性のものでなければならず、また、測定される量の変化における０．５ｍｍおよび０．１ｍｍの差をそれぞれ検出できることを意味している。ここで、使用されるカメラは、６４０×４８０ピクセルのマトリクスを有している。
ここで、図１および図６の両方を参照する。コンピュータ１００には、データベース１３０にアクセスして、以下の機能を果たす監視ソフトウェアが設けられている。
・堆積作業が開始される時に、制御ユニットに供給パラメータの初期値を与える。
・ＣＣＤカメラからの画像１１２を毎秒Ｎ回取得するとともに、それらの画像をグループ化して、Ｎ１個の画像から成るバッチを形成し、また、各画像バッチの最後に光高温計から温度測定値１１４を取得する。
・各画像毎に、ジェットの画像１６ａと直交するピクセル列１５４から選択され、且つその光レベルｎｌが背景画像の光レベルよりも高い画像ピクセルに基づいて、使用されるジェット特性を計算する。
・ｘが、ピクセル列１５４に沿うピクセルのランクを示し、Ｐ０が、トーチの幾何学的な軸１４の画像１１２における位置１４ａを示し、ｎｌが、ピクセルの光レベルを示し、ｎが、ピクセルの数を示している場合、Ｉｍａｘ、Ｌ、およびＰは、以下の式によって計算することができる。
・Ｉｍａｘ＝最大（ｎｌ）
Figure 0004202265
Figure 0004202265
 ・好ましくはガウスの法則から演繹されるＩｍａｘ、Ｐ、およびＬは、ピクセル列に沿うピクセルの光レベルｎｌの分布に基づいて、例えば良く知られた所謂「最小２乗」法によって定められる。このガウスの法則は、
Figure 0004202265
 の形式を成している。
これは、ジェットの位置Ｐが、トーチ１２の幾何学的な軸に対応する基準位置Ｐ０に対して評価される本発明の好ましい実施形態である。一定の値の範囲内に計算されるＰに関する他の任意の評価が同じ結果を与えることは言うまでもない。噴射特性Ｐに影響を与える供給パラメータに応じて、噴射特性Ｐを与える等式中の定数項を変えるだけで足りる。
表現を簡略化するため、噴射特性を使用して新たな供給パラメータを計算し、且つこれらの供給パラメータを制御ユニットに送信することを、「処理」と称する。これに関連して、コンピュータ１００は、以下の機能を果たす。
・各バッチ毎に、バッチの画像間におけるジェット特性の差が、多くてもジェットの安定性閾値レベルと等しいことを検証することにより、ジェット１６が安定していることを確認する。
・安定していると評価されたジェット１６に関連する各画像バッチ毎に、
・Ｉｍａｘ、Ｌ、Ｐの測定値を平均化するとともに、測定される表面の放射率に応じて温度Ｔを補正することにより、噴射特性を計算する。
・その所定の許容範囲から逸脱した最も重要な噴射特性を見つけるとともに、噴射特性をその許容範囲に戻すのに適した、補正される供給パラメータ及びその新たな値を決定して制御ユニット３０に送信する。
・全ての供給パラメータをその所定の通常の動作範囲から逸脱させることなく、噴射パラメータをその許容範囲に戻すことができない場合には、警告信号を発するとともに、停止命令を制御ユニットに送信する。
・全ての噴射特性が、それぞれその許容範囲内にある場合には、その所定の最適範囲外にある最も重要な噴射特性を見つけるとともに、噴射特性をその最適範囲に戻すのに適した、補正される供給パラメータ及びその新たな値を決定して制御ユニットに送信する。便宜上、義務的ではないが、噴射特性は、同じ優先順位で処理される。
図６は、これらの機能を合成的形態で果たすためのアルゴリズムの一例を示している。このアルゴリズムは、噴射特性の評価、噴射特性の選択、対応する補正される供給パラメータ、およびこの補正の計算を、簡単なプログラミングによって得ることができるので、トーチの動作の監視および管理についての一般的な論理のみを与えるため、合成的である。
ここで、本発明の幾つかの典型的な実施形態を検討する。使用されるトーチは、外部注入を伴うプラズマ溶射トーチ、より具体的には、Ｓｕｌｚｅｒ Ｍｅｔｃｏという名のスイスの会社で販売されているモデルＦ４ＭＢである。これらの例において、トーチは、ほぼ共通の動作範囲で使用され、そのため、同じ等式を使用できる。
一般的な情報は、以下の通りである。
・画像取得頻度＝Ｎ＝１００／秒
・バッチ当りの画像数＝Ｎ１＝１０
・雑音レベル＝５
・ジェット安定レベル＝１％。
なお、画像および温度測定値は、本発明者等によって製造された装置のコンピュータのポートで直接に利用できることに留意されたい。
噴射特性Ｉｍａｘ、Ｐ、Ｌ、およびＴの値は、以下の等式によって与えられる。
Ｉｍａｘ＝−４５．２９５７−１．５１１７５×Ａｒ＋３８．２０８３×Ｈ２＋０．２３４７３９×Ｉ−８．９４×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３９７２４×Ａｒ×Ｈ２−０．００２７２５５７×Ａｒ×Ｉ＋１．０４４６３×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１７００２８×Ｈ２×Ｉ−６．４６５６３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２３１９３２×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｐ＝−７．８５８８９＋０．０７９５８９８×Ａｒ−０．０２４４１４１×Ｈ２＋０．００７７６８１１×Ｉ＋２．２２１６８×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０００７１２０７７×Ａｒ×Ｈ２−０．００００５２１５７３×Ａｒ×Ｉ−０．０２６６１１３×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０００６１６５９９×Ｈ２×Ｉ＋０．１０３７６×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０００９９８７５７×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｌ＝１７．９６３２−０．３０３７５×Ａｒ−０．３７７０８３×Ｈ２−０．００７２５×Ｉ−０．０２５×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１０７２９２×Ａｒ×Ｈ２＋０．０００１２６１３６×Ａｒ×Ｉ＋０．０４６７５×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．００００４７３４８５×Ｈ２×Ｉ＋０．０３９５８３３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．００２０６８１８×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｔ＝−４１７．１２５＋３．７８７５×Ａｒ＋６１．５６２５×Ｈ２＋０．７２９５４５×Ｉ＋５１．２５×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３８０２０８×Ａｒ×Ｈ２−０．００２４４３１８×Ａｒ×Ｉ−０．０６２５×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２６０４１７×Ｈ２×Ｉ−６．７７０８３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０３５２２７３×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
これらの等式において、
・Ｉはアンペアで表わされる。
・ガス流量Ａｒ、Ａｒｃａｒｒｉｅｒ、Ｈ２は、大気圧に標準化されたリットル／分で表わされる。
・供給パラメータは、各等式において同じ優先順位を有しており、したがって、以下の順に従う優先順位、すなわち、Ａｒ、Ｈ２、Ｉ、Ａｒｃａｒｒｉｅｒの順番で供給パラメータが取得される。優先順位に関するこの識別は、このトーチのみに関連付けられ、一般的には適用されない。
実際には、トーチの動作は、最大損失電力すなわち５５ｋＷのみによって制限される。１０ｋＷの安全限界が採用される場合には、トーチはもはや４５ｋＷを超えて使用されず、アーク強度は、以下の式によって条件付けられる。
Ｉ≦４５０００／Ｖ
ここで、Ｖは、ボルトで表わされ且つ制御ユニット３０とコンピュータ１００との間の接続部１２０を介して制御ユニット３０によりコンピュータ１００に与えられるプラズマアークの電圧である。
最小アーク強度、および他の供給パラメータすなわちＡｒ、Ｈ２、およびＡｒｃａｒｒｉｅｒの通常動作範囲は、これらの等式が有効な範囲に対応している。
例えば、
・Ｉｍａｘを減らす必要がある場合には、Ａｒが、そのステップサイズに等しい値だけ増大される。これは、この等式におけるＡｒの係数がマイナスであり、−１．５１１７５に等しいからである。しかし、逆にＩｍａｘを増やす必要がある場合には、Ａｒがそのステップサイズに等しい値だけ減少される。
・Ａｒがその通常の動作範囲から出る場合、また、Ｉｍａｘを減らす必要がある場合には、Ｈ２が、そのステップサイズに等しい値だけ減少される。これは、この等式におけるＨ２の係数がプラスであり、＋３８．２０８３に等しいからである。しかし、逆にＩｍａｘを増やす必要がある場合には、Ｈ２がそのステップサイズに等しい値だけ増大される。
第１の数値例においては、堆積物がＣｕＮｉＩｎ（銅、ニッケル、インジウム）であり、多くても２％に等しい酸化物レベルを有する必要がある。観測によれば、パーセンテージすなわち０％から１００％の範囲の値で表わされる酸化物のレベルは、以下の式によって与えられることが分かった。
酸化物レベル＝０．０１６３２１３×Ｉｍａｘ＋０．００７７８６５３×Ｔ
ここで、変数Ｉｍａｘは変数Ｔよりも優先順位が高く、したがって、この堆積物に対応するモデルは、ＩｍａｘおよびＴを与える前述した等式を含んでいる。
それぞれが最小値および最大値によって表わされる、ＩｍａｘおよびＴの最適な範囲および許容範囲は、以下の通りである。
Figure 0004202265
最小値／最大値で表わされる、供給パラメータの初期値および通常動作範囲は、以下の表によって与えられる。
Figure 0004202265
第２の数値例において、堆積物は、少なくとも１２０Ｈｖに等しい硬度を有していなければならない。この堆積物は、前述したトーチおよび堆積物組成を使用することによって形成される。実験によれば、Ｈｖで表わされる硬度は、以下の式によって与えられることが分かった。
硬度＝８．４×Ｌ＋５．２×Ｉｍａｘ
変数Ｌの効果が最大であるため、オペレータは、Ｌの優先順位がＩｍａｘよりも高い以下の等式系を使用する。
Ｌ＝１７．９６３２−０．３０３７５×Ａｒ−０．３７７０８３×Ｈ２−０．００７２５×Ｉ−０．０２５×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１０７２９２×Ａｒ×Ｈ２＋０．０００１２６１３６×Ａｒ×Ｉ＋０．０４６７５×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．００００４７３４８５×Ｈ２×Ｉ＋０．０３９５８３３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．００２０６８１８×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｉｍａｘ＝−４５．２９５７−１．５１１７５×Ａｒ＋３８．２０８３×Ｈ２＋０．２３４７３９×Ｉ−８．９４×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３９７２４×Ａｒ×Ｈ２−０．００２７２５５７×Ａｒ×Ｉ＋１．０４４６３×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１７００２８×Ｈ２×Ｉ−６．４６５６３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２３１９３２×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
最小値／最大値で表わされる、ＬおよびＩｍａｘの最適な範囲および許容範囲は、以下の通りである。
Figure 0004202265
最小値／最大値で表わされる、供給パラメータの初期値および通常動作範囲は、以下の表によって与えられる。
Figure 0004202265
この第３の数値例は、先の２つの数値例を組み合わせたものであり、堆積物は、多くても２％に等しい酸化物レベル、および少なくとも１２０Ｈｖに等しい硬度を有する必要がある。この堆積物は、前述したトーチおよび堆積物組成を使用することによって形成される。実験によれば、パーセンテージすなわち０％から１００％の範囲の値で表わされる酸化物のレベル、およびＨｖで表わされる硬度は、以下の式によって与えられることが分かった。
酸化物レベル＝０．０１６３２１３×Ｉｍａｘ＋０．００７７８６５３×Ｔ
硬度＝８．４×Ｌ＋５．２×Ｉｍａｘ
ここで、オペレータは、Ｉｍａｘの優先順位がＬよりも高く、且つＬの優先順位がＴよりも高い以下の等式系を使用する。
Ｉｍａｘ＝−４５．２９５７−１．５１１７５×Ａｒ＋３８．２０８３×Ｈ２＋０．２３４７３９×Ｉ−８．９４×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３９７２４×Ａｒ×Ｈ２−０．００２７２５５７×Ａｒ×Ｉ＋１．０４４６３×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１７００２８×Ｈ２×Ｉ−６．４６５６３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２３１９３２×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｌ＝１７．９６３２−０．３０３７５×Ａｒ−０．３７７０８３×Ｈ２−０．００７２５×Ｉ−０．０２５×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１０７２９２×Ａｒ×Ｈ２＋０．０００１２６１３６×Ａｒ×Ｉ＋０．０４６７５×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．００００４７３４８５×Ｈ２×Ｉ＋０．０３９５８３３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．００２０６８１８×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｔ＝−４１７．１２５＋３．７８７５×Ａｒ＋６１．５６２５×Ｈ２＋０．７２９５４５×Ｉ＋５１．２５×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３８０２０８×Ａｒ×Ｈ２−０．００２４４３１８×Ａｒ×Ｉ−０．０６２５×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２６０４１７×Ｈ２×Ｉ−６．７７０８３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０３５２２７３×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
最小値／最大値で表わされる、Ｉｍａｘ、Ｌ、およびＴの最適な範囲および許容範囲は、以下の通りである。
Figure 0004202265
最小値／最大値で表わされる、供給パラメータの初期値および通常動作範囲は、以下の表によって与えられる。
Figure 0004202265
第５の数値例において、堆積物の残留応力は、圧縮であり−４００ＭＰａ（メガパスカル）に制限されなければならない。この堆積物は、前述したトーチおよび堆積物組成を使用することによって形成される。実験によれば、残留応力が以下の式によって与えられることが分かった。
応力Ｍｐａ＝７２０．９２−２．５３４２×Ｔ
オペレータは、ここでは１つの等式、すなわち、Ｔに関する等式を使用する。
Ｔ＝−４１７．１２５＋３．７８７５×Ａｒ＋６１．５６２５×Ｈ２＋０．７２９５４５×Ｉ＋５１．２５×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３８０２０８×Ａｒ×Ｈ２−０．００２４４３１８×Ａｒ×Ｉ−０．０６２５×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２６０４１７×Ｈ２×Ｉ−６．７７０８３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０３５２２７３×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
最小値／最大値で表わされる、ＬおよびＴの最適な範囲および許容範囲は、以下の通りである。
Figure 0004202265
最小値／最大値で表わされる、供給パラメータの初期値および通常動作範囲は、以下の表によって与えられる。
Figure 0004202265
第４の数値例においては、クラックが無い堆積物が望ましい。この堆積物は、トーチおよび堆積物ｐｆ ＷＣＣｏ（タングステン、コバルト、カーバイド）を使用することによって形成される。実験によれば、１ｍｍ２当りのクラックの数は、以下の式によって与えられることが分かった。
クラックの数＝−０．２２＋０．５×Ｐ＋０．００００９×Ｉｍａｘ
この式において、０よりも小さいクラックの数は、クラックが存在していないことを意味している。
ここで、オペレータは、Ｐの優先順位がＩｍａｘよりも高く、Ｐが主な効果を有し且つＩｍａｘが副次的効果を有する以下の等式系を使用する。
Ｐ＝−７．８５８８９＋０．０７９５８９８×Ａｒ−０．０２４４１４１×Ｈ２＋０．００７７６８１１×Ｉ＋２．２２１６８×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０００７１２０７７×Ａｒ×Ｈ２−０．００００５２１５７３×Ａｒ×Ｉ−０．０２６６１１３×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０００６１６５９９×Ｈ２×Ｉ＋０．１０３７６×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０００９９８７５７×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
Ｉｍａｘ＝−４５．２９５７−１．５１１７５×Ａｒ＋３８．２０８３×Ｈ２＋０．２３４７３９×Ｉ−８．９４×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．３９７２４×Ａｒ×Ｈ２−０．００２７２５７×Ａｒ×Ｉ＋１．０４４６３×Ａｒ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ＋０．０１７００２８×Ｈ２×Ｉ−６．４６５６３×Ｈ２×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ−０．０２３１９３２×Ｉ×Ａｒｃａｒｒｉｅｒ
最小値／最大値で表わされる、ＰおよびＩｍａｘの最適な範囲および許容範囲は、以下の通りである。
Figure 0004202265
最小値／最大値で表わされる、供給パラメータの初期値および通常動作範囲は、以下の表によって与えられる。
Figure 0004202265
このように、本発明によれば、堆積物のそれぞれの特性に関して定められた噴射特性の範囲が重なり合う場合、堆積物の複数の特性を同時に確保することができる。これらの範囲が重なり合わない場合には、これらの範囲を大きくして、堆積物の特性のうちの幾つかの特性における大きなばらつきを許容する必要がある。
本発明は、噴射特性の測定値を収集し且つ供給パラメータの新たな値を制御ユニットに送信するのに適したインタフェースを備えた、市販のマイクロコンピュータを用いて、容易に実施することができる。他の等価な計算アーキテクチャも可能であり、そのようなアーキテクチャも本発明の範囲から逸脱しない。例えば、計算手段は、複数のマシンにより共有されるワークステーションの計算手段であっても良い。一方、第１のコンピュータ、例えばセンサが搭載されたコンピュータで測定値を計算し、第２のコンピュータ、例えば制御ユニット内に組み込まれるコンピュータで処理演算を実行することもできる。
本発明は、トーチの効果に基づいて、典型例としては、トーチが生成するジェットに基づいて、また、堆積物の温度に基づいて、堆積物管理のために使用される測定が実行されるため、任意のタイプの溶射トーチに適用できることは言うまでもない。
また、本発明の範囲から逸脱する器具を用いることなく、様々なアルゴリズムを用いて、この特許出願で請求されている前述した機能を果たすソフトウェアが、様々な方法で書き込まれても良い。
また、提案されたデータベースは、本発明の好ましい実施形態であるが、絶対に必要なものではないことは言うまでもない。例えば、溶射作業に必要なデータをその都度コンピュータに入力するという基本的な解決方法も考え得る。
情報システムに関して提案された本例は、簡単であり、溶射作業に必要な情報を体系化するこができる。情報の繰り返しを制限する更に精巧なモデルも考え得る。
時として、動作範囲、補正ステップサイズ、あるいは優先順位を、等式／供給パラメータ関係に対して加えることが必要な場合もあるが、提案した本例は、そのようにする必要がない。
また、溶射が行なわれる際には、溶射をセンサによって監視できなければならないことは言うまでもない。トーチが移動式の場合、これらのセンサは、トーチに取り付けられることが有益であるが、他の手段によってトーチの動きを監視しても良い。また、特許請求の範囲は、トーチが固定され、且つコーティングされる対象物がトーチの前方に移動する装置の場合も網羅している。
溶射装置を概略的に示す図である。 図１に参照符号５６で示される幾何学的な軸に沿ってジェットを見た、堆積される粉末材料の側方注入を伴うアークプラズマ溶射トーチを示す図である。 ＣＣＤカメラおよび光高温計を有する搭載センサを示す図である。 光高温計及びその照準器を示す図である。 データベースの情報の関連図の一例を示す図である。 コンピュータによって処理される画像を示す図である。 コンピュータの機能を果たすためのアルゴリズムの合成例を示す図である。

Claims (16)

  1. 溶射トーチ（１２）を有する溶射器（１０）であり、トーチ（１２）は幾何学的な軸（１４）を有し、トーチ（１２）は、幾何学的な軸（１４）に沿ってジェット（１６）を噴射することができ、ジェット（１６）は、噴射される材料の溶融粒子が混入された高温のガス流から成り、溶射器（１０）は、通信される供給パラメータ（１２２）を利用することにより原料をトーチ（１２）に供給する制御ユニット（３０）を有し、溶射器（１０）は、ユニットコンピュータ接続部（１２０）により供給パラメータ（１２２）を制御ユニット（３０）に通信するコンピュータ（１００）を有し、溶射器（１０）は、トーチ（１２）の動きを監視することができるセンサ（５２）を有し、センサ（５２）は、トーチ（１２）の動作に関する情報（１１２、１１４）をコンピュータ（１００）に送信することができ、送信が、センサコンピュータ接続部（１００）によって行なわれる、溶射器であって、
    ａ．コンピュータ（１００）が、情報（１１２、１１４）をリアルタイムで解析し、該解析から少なくとも１つの所謂「噴射」パラメータの測定値を繰り返し演繹することにより、該測定値が安定する時期を見つけ、噴射パラメータを「処理」する、すなわち処理される噴射パラメータに固有の値についての予め設定された所謂「許容」範囲から、噴射パラメータの測定値が外れている場合に、新たな供給パラメータ値（１２２）を計算して該供給パラメータを制御ユニット（３０）に送信するためのソフトウェアを有し、供給パラメータの新たな値は、噴射パラメータを噴射パラメータの許容範囲に戻すのに適しており、
    ｂ．センサ（５２）は、ジェットの長さの一部にわたって外形で見られるジェット（１６）のデジタル画像（１１２）の形態で、情報（１１２、１１４）を定期的にコンピュータ（１００）に供給することができるカメラ（５４）を有し、
    ｃ．画像（１１２）から測定される噴射パラメータが、ジェット（１６）の最大輝度Ｉｍａｘであることを特徴とする、溶射器。
  2. コンピュータ（１００）が、ジェット（１６）の幅Ｌを測定して処理し、Ｌが噴射パラメータを構成し、噴射パラメータの処理において優先順位が規定されるが、最大輝度Ｉｍａｘの処理に優先順位が与えられ、カメラ（５４）は、少なくとも０．５ｍｍに等しい解像度をもってジェット（１６）を観察することができ、Ｌは、ジェット（１６）に対して垂直な幾何学的ライン（１５４）に沿ったジェット（１６）の輝度分布の標準偏差に比例し、これにより、堆積物（２４）の硬度も調整することを特徴とする、請求項１に記載の溶射器。
  3. コンピュータ（１００）は、ジェット（１６）の位置Ｐを測定して処理し、Ｐも噴射パラメータを構成し、噴射パラメータの処理において優先順位が規定され、最大輝度Ｉｍａｘの処理に最も高い優先順位が与えられ、カメラ（５４）は、少なくとも０．５ｍｍに等しい解像度をもってジェット（１６）を観察することができ、Ｐは、一定の値Ｐ０に対する、ジェット（１６）に対して垂直な幾何学的ライン（１５４）に沿ったジェット（１６）の輝度分布の平均であり、これにより、堆積物（２４）のクラックのレベルを調整することを特徴とする、請求項１または２に記載の溶射器。
  4. ｄ．センサ（５２）は、トーチ（１２）の前方に位置決めされた、特定の被覆対象物（２２）の表面での熱放射を遠隔的に測定することができる光高温計（７０）も有し、光高温計（７０）は、計測視野が狭く、計測視野が、対象物（２２）でジェット（１６）に対しできる限り接近するが、ジェット（１６）と干渉しないように位置決めされ、光高温計（７０）は、センサコンピュータ接続部（１１０）により、温度測定値をコンピュータ（１００）に対して定期的に送信することができ、コンピュータに送信された温度測定値（１１４）が参照され、
    ｅ．コンピュータ（１００）は、堆積物（２４）の放射係数に応じて温度測定値（１１４）を補正することができ、測定値Ｔも噴射パラメータを構成し、コンピュータ（１００）は、所定の優先順位で噴射パラメータを処理することができ、最大輝度Ｉｍａｘの処理が最も高い優先順位を有し、温度Ｔの処理が２番目の優先順位を有し、これにより、トーチ（１２）の通常の動作範囲を広げることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の溶射器。
  5. コンピュータは、噴射パラメータが噴射パラメータの許容範囲から外れている場合に、警告信号を発することができるとともに、供給パラメータのために予め設定された所謂「通常動作」範囲から供給パラメータの値を逸脱させることなく、新たな供給パラメータ値を計算することができないことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の溶射器。
  6. 噴射パラメータが噴射パラメータの許容範囲から外れている場合には溶射動作が中断され、コンピュータ（１００）は、供給パラメータのために予め設定された所謂「通常動作」範囲から供給パラメータの値を逸脱させることなく、新たな供給パラメータ値を計算することができないことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の溶射器。
  7. コンピュータ（１００）は、使用される全ての噴射パラメータが、それぞれ予め設定された許容範囲にあるという状況を識別することができるとともに、処理される噴射パラメータに固有の値についての予め設定された所謂「最適」範囲から噴射パラメータの測定値が外れている場合に、新たな供給パラメータ値（１２２）を計算して新たな供給パラメータ値を制御ユニット（３０）に送信することができ、最適範囲は許容範囲に含まれ、供給パラメータの新たな値は、噴射パラメータを噴射パラメータの許容範囲に戻すのに適していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の溶射器。
  8. カメラ（５２）が、電荷蓄積マトリクスを有していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の溶射器。
  9. カメラは、少なくとも０．１ｍｍに等しい解像度をもってジェットの画像（１１２）を供給することができることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の溶射器。
  10. ジェット（１６）によって形成される円錐の頂点の近傍でトーチ（１２）からフレーム（１７）が出現し、カメラ（５４）は、フレーム（１７）の下流側のジェット（１６）の画像（１２２）を供給するように位置決めされていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の溶射器。
  11. トーチ（１２）は、粉末を噴射するための注入器（１８）を有し、注入は、トーチの幾何学的な軸（１４）に対して略垂直な幾何学的な軸（２０）に沿ってトーチ（１２）の出口で行なわれ、カメラ（５４）は、注入器（１８）の幾何学的な軸（２０）に対して略直交する幾何学的な軸（５６）に沿ってジェット（１６）を見ることができるように位置決めされていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の溶射器。
  12. 処理中に考慮されるジェット（１６）の輝度は、画像（１１２）のピクセルの光レベルであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の溶射器。
  13. コンピュータ（１００）は、光レベルが予め設定された値よりも高い画像（１１２）のピクセルだけを考慮することができることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の溶射器。
  14. コンピュータ（１００）によって処理されるジェット（１６）の最大輝度Ｉｍａｘ、幅Ｌ、および位置Ｐは、バッチにグループ化される画像にわたった平均であることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の溶射器。
  15. 画像（１１２）から取得された測定値、すなわち、ジェット（１６）の最大輝度Ｉｍａｘ、幅Ｌ、および位置Ｐのうちの少なくとも１つは、ガウスの法則の式
    Figure 0004202265
    によって演繹されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の溶射器。
  16. 光高温計（７０）がレーザ照準器（７４）を有していることを特徴とする、請求項４に記載の溶射器。
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