JP6027461B2

JP6027461B2 - 肉盛り加工装置

Info

Publication number: JP6027461B2
Application number: JP2013038048A
Authority: JP
Inventors: 均鈴木; 松壽青嶋
Original assignee: 鈴木電機工業株式会社; テクノコート株式会社
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: JP2014161905A

Description

本発明は、被加工物に対して同種または異種の材料を付着させて肉盛りする肉盛り加工装置に関する。

従来から、金属材などの導体やガラスなどの不導体で構成される部品の部分的な補修または機械的特性を向上させることを目的として肉盛り加工が行われている。肉盛り加工は、被加工物と同種または異種の材料を溶着させて補強する加工であり、一般的に肉盛り加工装置によって行われている。例えば、下記特許文献１には、被加工物および被加工物に肉盛りする肉盛り材料をそれぞれ加熱する熱源としてＹＡＧレーザを用いた肉盛り加工装置が開示されている。

特開２００２−１７８１５７号公報

しかしながら、上記した肉盛り加工装置においては、熱源としてＹＡＧレーザを用いているため、装置構成が大型化、複雑化および重量化するとともに加工精度および加工効率が低いという問題があった。すなわち、従来のＹＡＧレーザを用いた肉盛り加工装置においては、ＹＡＧレーザを出射する光源にキセノンランプを用いているため装置構成が大型化するとともに、この光源を冷却するための水冷型の冷却装置が必要となって装置構成が複雑化する。このため、従来のＹＡＧレーザを用いた肉盛り加工装置においては、被加工物を肉盛り加工装置の設置場所に移動させる必要があり、移動が困難な被加工物に対して肉盛り加工を行い難いという問題があった。

また、ＹＡＧレーザを用いた肉盛り加工装置は、レーザ光のスポット径が７ｍｍ程度と比較的大きいため光ビームが広がり易く加工精度が低下し易いという問題があった。さらに、ＹＡＧレーザを用いた肉盛り加工装置は、電気エネルギの光エネルギへの変換効率が１０％以下と低いため、加工効率が低いという問題もあった。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、装置構成を簡単化かつ小型化できるとともに加工精度および加工効率を向上させることができる肉盛り加工装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、被加工物に対して同種または異種の材料を付着させて肉盛りする肉盛り加工装置において、希土類が添加された光ファイバによって光を増幅したファイバレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、ファイバレーザ発振器に電力を供給するレーザ電源部と、レーザ電源部の作動を制御する制御部と、ファイバレーザ発振器から出力されたレーザ光を被加工物に対して照射する照射トーチとを備え、照射トーチは、ファイバレーザ光が出射する出射口を有して手で保持できる大きさに形成されたトーチ本体と、トーチ本体における出射口の外側に設けられて被加工物との接触を電気的に検出するための導電性部材を有したワーク検出手段とを備え、ワーク検出手段は、被加工物に対して前記材料を供給する材料供給ノズルで構成されており、制御部は、ワーク検出手段によって被加工物を電気的に検出したとき、ファイバレーザ光を出射させることにある。

これらのように構成した本発明の特徴によれば、肉盛り加工装置は、被加工物および被加工物に肉盛りする肉盛り材料をそれぞれ加熱する熱源としてファイバレーザ光を発振するファイバレーザ発振器を備えて構成されている。この場合、ファイバレーザ発振器は、ファイバレーザ光を発振する発振器が光ファイバで構成されているとともに従来技術における水冷型の冷却器も不要になるため、装置構成を簡単化および小型化することができる。また、ファイバレーザ発振器は、出射するファイバレーザ光の径が０.１ｍｍと小さくビーム径が広がり難いとともにエネルギの変換効率が３０〜４０％と高いという特徴と有している。これらにより、本発明に係る肉盛り加工装置においては、装置構成を簡単化かつ小型化できるとともに加工精度および加工効率を向上させることができる。

また、本発明の特徴によれば、肉盛り加工装置は、照射トーチがファイバレーザ光を出射する出射口を有して手で保持できる大きさに形成されたトーチ本体および出射口の外側に設けられて被加工物との接触を検出するためのワーク検出手段を備えて構成されるとともに、制御部がワーク検出手段によって被加工物を検出したとき、ファイバレーザ光を出射させるように構成されている。これにより、肉盛り加工装置は、作業者に把持される照射トーチのワーク検出手段によって被加工物が検出されたときにファイバレーザ光が出射されるため、ファイバレーザ光を精度良く被加工物上に集光させることできるとともにファイバレーザ光の不意の照射を防止してより安全に肉盛り加工を行うことができる。

また、本発明の他の特徴は、前記肉盛り加工装置において、材料供給ノズルは、被加工物の表面におけるレーザ光が集光する部分に向かって前記材料を吐出する向きに開口していることにある。

また、本発明の他の特徴は、前記肉盛り加工装置において、材料供給ノズルは、前記材料を吐出する吐出口の位置および向きが変更可能であることにある。

また、本発明の他の特徴は、前記肉盛り加工装置において、材料供給ノズルは、トーチ本体における出射口の外側に２つ設けられて被加工物上の二か所に接触することにある。

また、本発明の他の特徴は、前記肉盛り加工装置において、制御部は、レーザ電源部の作動を制御することによってファイバレーザ発振器から出力エネルギが断続的に変化するとともに１パルス内で、被加工物および肉盛りのための材料の溶融体積を増加させるメインヒート工程の実行前に同メインヒート工程よりも低温で被加工物を予熱するプレヒート工程、およびメインヒート工程より高出力かつ長時間のトリガーヒート工程をそれぞれ実行する可変パルスレーザ光を出射させることにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、肉盛り加工装置は、制御部がレーザ電源部の作動を制御することによってファイバレーザ発振器から出力エネルギが断続的に変化するパルスレーザ光（ＱＣＷレーザ光）を出射させるため、被加工物および被加工物に肉盛りする肉盛り材料の過熱を防止して精度良く肉盛り加工を行うことができる。また、本発明の他の特徴によれば、肉盛り加工装置は、制御部がレーザ電源部の作動を制御してファイバレーザ発振器から出力エネルギが１パルス内で変化する可変パルスレーザ光を出射させる。この場合、制御部は、被加工物および肉盛り材料の特性に応じたパルス分の出力エネルギプロファイルを設定することによって、被加工物および肉盛り材料の加熱を過不足なく行うことができ、肉盛り加工の精度をより向上させることができる。

これらの場合、前記肉盛り加工装置において、ワーク検出手段は、被加工物への接触によって押下される機械的な接触検出スイッチで構成することができる。また、これらの場合、前記肉盛り加工装置において、ファイバレーザ発振器、レーザ電源部および制御部を備える装置本体が、人手によって移動可能に構成することができる。また、これらの場合、前記肉盛り加工装置において、さらに、照射トーチに肉盛りのための材料を供給する材料供給装置を備え、材料供給装置は、人手によって移動可能に構成することができる。

これらの場合、前記肉盛り加工装置において、制御部は、レーザ電源部の作動を制御することによってファイバレーザ発振器から出力エネルギが一定のＣＷレーザ光を出射させることができる。これによれば、前記肉盛り加工装置は、制御部がレーザ電源部の作動を制御することによってファイバレーザ発振器から出力エネルギが一定のＣＷレーザ光を出射させるため、被加工物および肉盛り材料を急速に加熱することができるとともに、被加工物を焼入れ温度まで加熱した後急冷処理することによって被加工物に熱処理を施すことができる。

本発明の一実施形態に係る肉盛り加工装置の物理的な構成を概略的に示す模式図である。図１に示す肉盛り加工装置の制御的な構成を概略的に示すブロック図である。図１に示す肉盛り加工装置を構成する照射トーチの全体構成を概略的に示す一部破断正面図である。図３に示す照射トーチの使用状態を概略的に示す側面図である。図２に示すファイバレーザ発振器から出力されるファイバレーザ光の１パルス分の出力エネルギプロファイルを示すグラフである。本発明の変形例に係るファイバレーザ発振器から出力されるファイバレーザ光の１パルス分の出力エネルギプロファイルを示すグラフである。本発明の他の変形例に係る照射トーチの外観構成を概略的に示す側面図である。本発明の他の変形例に係る肉盛り加工装置の物理的な構成を概略的に示す模式図である。

以下、本発明に係る肉盛り加工装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る肉盛り加工装置１００の物理的な構成を概略的に示す模式図である。また、図２は、図１に示す肉盛り加工装置１００の制御的な構成を概略的に示すブロック図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。この肉盛り加工装置１００は、金属製の被加工物ＷＫに金属材料からなる肉盛り材料を溶着させて肉盛り加工を行う機械装置である。この場合、金属製の被加工物としては、例えば、各種金型、配管、機械加工工具、機械加工用治具および機械部品などが相当する。

（肉盛り加工装置１００の構成）
肉盛り加工装置１００は、装置本体１０１を備えている。装置本体１０１は、肉盛り加工装置１００を構成するファイバレーザ発振器１１０、レーザ電源部１２０、制御部１３０、レーザ出力検出回路１４０およびＬＣＤタッチパネル１５０をそれぞれ収める筺体であり、鋼板を板金加工により箱状に形成して構成されている。この装置本体１０１は、底部に装置本体１０１を移動させるためのキャスタ１０２が設けられており、人手によって容易に移動可能に構成されている。また、この装置本体１０１には、外表面にＬＣＤタッチパネル１５０およびハンドグリップ１０３がそれぞれ露出した状態で設けられている。

ファイバレーザ発振器１１０は、ファイバレーザ光ＦＬを発生させるための光源である。このファイバレーザ発振器１１０は、主として、いずれも図示しない励起光源、発振用光ファイバ、一対の反射ミラーを含んで構成されている。この場合、励起光源は、ファイバレーザを励起するための光を出射する光源であり、複数のレーザダイオード（ＬＤ）によって構成されている。この励起光源は、各レーザダイオードがレーザ電源部によってそれぞれ作動が制御される。この励起光源は、発振用光ファイバに出射光を入射させるように配置されている。本実施形態においては、励起光源は、出力が１０Ｗのレーザダイオードを１０台備えて構成されている。

発振用光ファイバは、励起光源から出射した光（レーザ光）を増幅してファイバレーザ光ＦＬを生成するための光ファイバであり、コア部分にＹｂ（イッテルビウム）やＥｒ（エルビウム）などの希土類をドープ（添加）して構成されている。一対の反射ミラーは、発振用光ファイバの両端部にそれぞれ配置されて発振用光ファイバ内から伝播する光を反射させて再び発振用光ファイバ内に導く。この場合、一対を構成する反射ミラーのうちの一方反射ミラーは、発振用光ファイバ内から伝播する光の一部を透過させることにより発振用光ファイバ内を往復伝播する光の一部をファイバレーザ光ＦＬとして発振用光ファイバの外に導くハーフミラーで構成されている。

レーザ電源部１２０は、図示しない外部電源から供給される電力を制御部１３０の作動制御に応じてファイバレーザ発振器１１０が備える励起光源に供給して励起光源の作動を制御するためのドライバとして機能するスイッチング電源である。このレーザ電源部１２０は、制御部１３０の作動制御によって励起光源をパルス（断続）駆動または連続駆動する。

制御部１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、ＲＯＭなどの記憶装置に予め記憶された制御プログラムを実行することにより、レーザ電源部１２０を含む肉盛り加工装置１００全体の各種作動を総合的に制御する。また、制御部１３０は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えており、レーザ電源部１２０の作動を制御、すなわち、励起光源をパルス駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルス信号を生成する。この制御部１３０は、前記以外にＡ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器およびインターフェースなどを備えているが、これらについては本発明に直接関わらないため、その説明は省略する。また、この制御部１３０には、詳しくは後述する材料供給装置２００が接続されている。

レーザ出力検出回路１４０は、ファイバレーザ発振器１１０から出射されたファイバレーザ光ＦＬの一部をハーフミラー１４１を介して入力するとともに入力したファイバレーザ光ＦＬの光量に応じた電気信号である出力検出信号を制御部１３０に出力する電気回路である。このレーザ出力検出回路１４０は、図示しないフォトダイオードを備えており、ハーフミラー１４１を介して入力したファイバレーザ光ＦＬの光量に応じた出力検出信号を制御部１３０に出力する。

ＬＣＤタッチパネル１５０は、制御部１３０に作動制御されて肉盛り加工装置１００の作動状況を表示するとともに制御部１３０に対して作業者からの指示を入力する入出力機器である。

この装置本体１０１に内蔵されたファイバレーザ発振器１１０には、接続ケーブル１６０を介して照射トーチ１７０が接続されている。接続ケーブル１６０は、ファイバレーザ発振器１１０から出射されたファイバレーザ光ＦＬを照射トーチ１７０に伝送するとともに照射トーチ１７０と制御部１３０とを電気的に接続するためのケーブルであり、自由に曲げることができる光ファイバおよび電線によって構成されている。この接続ケーブル１６０は、制御部１３０および照射トーチ１７０に対してそれぞれ図示しない接続コネクタを介して着脱自在に接続されている。なお、図１においては、接続ケーブル１６０が長尺物のため中間部分を省略して示している。

照射トーチ１７０は、詳しくは、図３および図４にそれぞれ示すように、被加工物ＷＫの表面に肉盛り材料ＲＭを供給しつつファイバレーザ発振器１１０から出射されたファイバレーザ光ＦＬを集光するための機具であり、主として、トーチ本体１７１および材料供給ノズル１７５を備えて構成されている。これらのうち、トーチ本体１７１は、ファイバレーザ光ＦＬを出射させる筒状の部品であり、人手で把持して扱える程度の太さおよび長さに形成されている。このトーチ本体１７１は、両端部のうちの一方の端部に接続ケーブル１６０が接続されるとともに他方の端部にファイバレーザ光ＦＬを出射するための出射口１７２が形成されている。

また、このトーチ本体１７１には、外周部における略中央部に手元スイッチ１７３が設けられているとともにトーチ本体１７１の内部にファイバレーザ発振器１１０から出射されたファイバレーザ光ＦＬを被加工物ＷＫの表面で集光するための集光レンズ１７４を含む図示しない光学系を備えている。この場合、手元スイッチ１７３は、作業者の押下操作によって制御部１３０に対してファイバレーザ光ＦＬおよび肉盛り材料ＲＭの供給開始および停止を指示するための入力装置であり、制御部１３０に接続ケーブル１６０を介して電気的に接続されている。

材料供給ノズル１７５は、被加工物ＷＫの表面に粉末状の肉盛り材料ＲＭを供給するとともに被加工物ＷＫへの接触を検出するための部品であり、金属材などの導電性を有する材料を管状に形成して構成されている。より具体的には、材料供給ノズル１７５は、肉盛り材料ＲＭを吐出する吐出口１７６が出射口１７２の外側近傍であってかつファイバレーザ光ＦＬが集光する被加工物ＷＫの表面に向かって肉盛り材料ＲＭを吐出する向きに開口するように支持金具１７７を介してトーチ本体１７１に取り付けられている。この場合、材料供給ノズル１７５は、１つのトーチ本体１７１に対して２つの材料供給ノズル１７５がそれぞれ取り付けられている。

支持金具１７７は、材料供給ノズル１７５における吐出口１７６の位置および向きを変更可能に材料供給ノズル１７５をトーチ本体１７１に対して保持することができる部品である。そして、これら２つの各材料供給ノズル１７５は、制御部１３０に対して接続ケーブル１６０を介して電気的に接続されているとともに材料供給管１７８を介して材料供給装置２００に接続されている。なお、図１においては、材料供給管１７８が長尺物のため中間部分を省略して示している。

材料供給装置２００は、照射トーチ１７０における２つの材料供給ノズル１７５に対してそれぞれ粉末状の肉盛り材料ＲＭを供給する機械装置であり、制御部１３０によって作動が制御される。この材料供給装置２００は、装置本体１０１と同様に、キャスタによって装置本体１０１とともに人手で移動できる大きさに形成されている。

（肉盛り加工装置１００の作動）
次に、上記のように構成した肉盛り加工装置１００の作動について説明する。まず、被加工物ＷＫに対して肉盛り作業を行う作業者は、被加工物ＷＫの存在する場所に肉盛り加工装置１００および材料供給装置２００をそれぞれ用意する。次いで、作業者は、肉盛り加工装置１００と材料供給装置２００とを互いに接続する。具体的には、作業者は、制御部１３０を材料供給装置２００に電気的に接続するとともに、照射トーチ１７０における材料供給ノズル１７５を材料供給管１７８を介して材料供給装置２００に接続する。

次に、作業者は、肉盛り加工装置１００および材料供給装置２００の電源をＯＮにした後、肉盛り加工装置１００に対して肉盛り加工における加工条件を設定する。ここで、肉盛り加工装置１００に設定する加工条件とは、ファイバレーザ光ＦＬの出力に関するパラメータであり、具体的には、ファイバレーザ光ＦＬのパルス幅、繰返し周波数、出力および光スポット径などである。この場合、作業者は、ファイバレーザ光ＦＬの１パルスにおける出力エネルギを一定値に設定することができるほか、ファイバレーザ光ＦＬの１パルスにおける出力エネルギを変化させることもできる。

例えば、作業者は、図５に示すように、１パルス内において、ｔ_１からｔ_２の時間内の出力エネルギをＰ_１とし、ｔ_２からｔ_４の時間内の出力エネルギをＰ_４とし、ｔ_４からｔ_５の時間内の出力エネルギをＰ_３とし、ｔ_５からｔ_８の時間内の出力エネルギをＰ_２として出力エネルギを変化させることができる。この場合、ｔ_１からｔ_２の時間内で出力エネルギＰ_１を出力する工程は被加工物ＷＫを予熱するプレヒート工程であり、ｔ_２ないしｔ_４の時間内で出力エネルギＰ_４を出力する工程は被加工物ＷＫにキーホールを成形するトリガーヒート工程であり、ｔ_４からｔ_５の時間内で出力エネルギＰ_３を出力する工程は被加工物ＷＫおよび肉盛り材料ＲＭの溶融体積を増加させるメインヒート工程であり、ｔ_５からｔ_８の時間内で出力エネルギＰ_２を出力する工程は被加工物ＷＫおよび肉盛り材料ＲＭの溶融部を成形するアフタヒート工程に相当する。

したがって、作業者は、ＬＣＤタッチパネル１５０を介して肉盛り加工装置１００に設定する加工条件を設定する。なお、このようなファイバレーザ光ＦＬにおける１パルス内の出力エネルギプロファイルは、被加工物ＷＫの材質や加工条件に応じて適宜設定されるものである。

次に、作業者は、被加工物ＷＫに対する肉盛り加工を開始する。具体的には、作業者は、ＬＣＤタッチパネル１５０を介して肉盛り加工装置１００に対して肉盛り加工の開始を指示する。この指示に応答して、肉盛り加工装置１００における制御部１３０は、図示しない肉盛り加工プログラムを実行することによってレーザ電源部１２０および材料供給装置２００の作動制御を開始するとともに、材料供給ノズル１７５を被加工物ＷＫへの接触センサとして機能させる。具体的には、制御部１３０は、２つの材料供給ノズル１７５に対して電圧を印加するとともに２つの材料供給ノズル１７５間での通電状態を監視する。

一方、作業者は、照射トーチ１７０を把持して被加工物ＷＫにおける肉盛り加工部分に照射トーチ１７０の先端部、すなわち、材料供給ノズル１７５を接触させて手元スイッチ１７３を押下操作する。この場合、被加工物ＷＫは金属材料で構成、すなわち、導電性を有した材料で構成されている。したがって、制御部１３０は、２つの材料供給ノズル１７５がそれぞれ被加工物ＷＫに接触した場合には、これら２つの材料供給ノズル１７５間の通電を検出することができる。

そして、制御部１３０は、材料供給ノズル１７５が被加工物ＷＫに接触して通電状態を検出し、かつ手元スイッチ１７３の押下操作を検出した場合にのみレーザ電源部１２０および材料供給装置２００の作動を制御してファイバレーザ発振器１１０からファイバレーザ光ＦＬを出射させるとともに材料供給装置２００から肉盛り材料ＲＭの供給を開始させる。これにより、作業者は、被加工物ＷＫに対してファイバレーザ光ＦＬおよび肉盛り材料ＲＭが供給されて肉盛り加工を行うことができる。

この場合、ファイバレーザ発振器１１０から出射されるファイバレーザ光ＦＬは、作業者が予め設定した前記加工条件に応じた仕様となっている。すなわち、ファイバレーザ発振器１１０から出射されるファイバレーザ光ＦＬは、１パルス内の出力エネルギが変化する可変パルスレーザ光である。本実施形態においては、ファイバレーザ発振器１１０は、出力エネルギが２Ｗ〜１５００Ｗ、光スポット径が０.１ｍｍ〜１ｍｍのファイバレーザ光ＦＬを作業者の設定値に応じて出力する。また、このファイバレーザ光ＦＬの出射時においては、制御部１３０は、レーザ検出回路１４０から出力検出信号を入力してファイバレーザ光ＦＬの出力状態を維持するようにフィードバック制御する。

また、作業者は、手元スイッチ１７３の押下状態を解消または照射トーチ１７０の先端部、すなわち、材料供給ノズル１７５を被加工物ＷＫの表面から離隔させる。これにより、制御部１３０は、ファイバレーザ発振器１１０からファイバレーザ光ＦＬの出射および材料供給装置２００からの肉盛り材料ＲＭの供給をそれぞれ停止させる。したがって、作業者は、照射トーチ１７０を肉盛り加工を行う任意の場所に位置させるとともに材料供給ノズル１７５の接触状態を確認しながら手元スイッチ１７３を操作することによって照射トーチ１７０からファイバレーザ光ＦＬおよび肉盛り材料ＲＭの出力の可否を制御しながら肉盛り加工を行うことができる。

そして、作業者は、肉盛り加工を終了する際には、肉盛り加工装置１００および材料供給装置２００の電源をＯＦＦにした後、肉盛り加工装置１００および材料供給装置２００を肉盛り加工現場から撤収することにより肉盛り加工を終了することができる。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、肉盛り加工装置１００は、被加工物ＷＫおよび被加工物に肉盛りする肉盛り材料ＲＭをそれぞれ加熱する熱源としてファイバレーザ光ＦＬを発振するファイバレーザ発振器１１０を備えて構成されている。この場合、ファイバレーザ発振器１１０は、ファイバレーザ光ＦＬを発振する発振器が光ファイバで構成されているとともに従来技術における水冷型の冷却器も不要になるため、装置構成を簡単化および小型化することができる。また、ファイバレーザ発振器１１０は、出射するファイバレーザ光ＦＬの径が０.１ｍｍと小さくビーム径が広がり難いとともにエネルギの変換効率が３０〜４０％と高いという特徴と有している。これらにより、本発明に係る肉盛り加工装置１００においては、装置構成を簡単化かつ小型化できるとともに加工精度および加工効率を向上させることができる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記各変形例において、上記実施形態と同様の構成部分については同じ符号を付して、その説明を省略する。

（ファイバレーザ光ＦＬに関する変形例）
例えば、上記実施形態においては、肉盛り加工装置１００は、ファイバレーザ光ＦＬとして１パルス内で出力エネルギが４段階に変化する可変パルスレーザ光を出射するように構成した。しかし、肉盛り加工装置１００が出射するファイバレーザ光ＦＬは、肉盛り加工の仕様に応じて適宜決定されるものではあり、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、例えば、ファイバレーザ光ＦＬは、１パルス内での出力エネルギが３段階以下または５段階以上に変化する可変パルスレーザ光であってもよい。

この場合、ファイバレーザ光ＦＬは、図６に示すように、１パルス内での出力エネルギが連続的に変化する可変パルスレーザ光であってもよいし、１パルス内での出力エネルギが段階的変化および連続的変化を含む可変パルスレーザ光であってもよい。このように、ファイバレーザ光ＦＬにおける１パルス内での出力エネルギを連続的に変化させることによって肉盛り加工部分をより円滑（滑らか）に加熱することができ、加工精度を向上させることができる。また、ファイバレーザ光ＦＬは、１パルス内での出力エネルギが一定のパルスレーザ光であってもよい。

また、上記実施形態においては、肉盛り加工装置１００は、パルスレーザ光（ＱＣＷレーザ光）を用いて被加工物ＷＫの肉盛り加工を行った。しかし、上記実施形態における肉盛り加工装置１００は、肉盛り加工における加工条件の設定時おいてファイバレーザ光ＦＬが常に一定の出力エネルギで連続的に出力されるＣＷレーザ光を出力するように設定することもできる。これによれば、肉盛り加工装置１００は、被加工物ＷＫおよび肉盛り材料ＲＭを急速に加熱することができるとともに、被加工物ＷＫを焼入れ温度まで加熱した後急冷処理することによって被加工物ＷＫに部分的な熱処理を施すことができる。

（ワーク検出手段に関する変形例）
また、上記実施形態においては、肉盛り加工装置１００は、照射トーチ１７０における材料供給ノズル１７５を導電性の材料で構成して電圧を印加することによって被加工物ＷＫへの接触を検出するように構成した。すなわち、材料供給ノズル１７５および制御部１３０が本発明に係るワーク検出手段に相当する。しかし、ワーク検出手段は、ファイバレーザ光ＦＬの焦点位置において照射トーチ１７０の接触を検出できれば、上記実施形態に限定されるものではない。

したがって、ワーク検出手段は、例えば、材料供給ノズル１７５を不導体で構成するとともに、この不導体で構成された材料供給ノズル１７５の一部に制御部１３０に電気的に導電性を有する部材を設けて構成することもできる。

また、ワーク検出手段は、被加工物ＷＫの電気的に接触を検出するほかに、機械的に被加工物ＷＫへの接触を検出することでもできる。例えば、ワーク検出手段は、図７に示すように、トーチ本体１７１の出射口１７２の外側前方に張り出した状態で被加工物ＷＫへの接触によって押下される機械的なスイッチを先端部に備えた接触検出スイッチ１８０によって構成することもできる。これによれば、肉盛り加工装置１００は、導電性を有する被加工物ＷＫのほかに、不導体で構成された被加工物ＷＫへの接触を検出することもできる。

また、ワーク検出手段は、光学的に被加工物ＷＫへの接触を検出することでもできる。例えば、ワーク検出手段は、図７に示す接触検出スイッチ１８０に代えてまたは加えてレーザ距離計（図示せず）を設けることによって被加工物ＷＫへの接触を検出することもできる。この場合、レーザ距離計は、出射したレーザ光の反射光を検出することによって対象物体との間の距離を測定することができる機器であり、制御部１３０によって作動が制御される。

（肉盛り材料に関する変形例）
また、上記実施形態においては、肉盛り加工装置１００は、肉盛り材料ＲＭとして被加工物ＷＫと同じ材料を粉末したものを用いた。しかし、肉盛り材料ＲＭは、肉盛り加工の仕様に応じて適宜決定されるものであり、必ずしも、上記実施形態に限定されるものではない。したがって、肉盛り材料は、例えば、被加工物ＷＫとは異なる材料を粉末にしたものを用いるようにしてもよいし、被加工物ＷＫと同じまたは異なる材料をペースト状や棒状に構成したものを用いるようにしてもよい。

（照射トーチに関する変形例）
また、上記実施形態においては、肉盛り加工装置１００は、ファイバレーザ光ＦＬを出射させる照射トーチ１７０が人手で把持して扱える大きさに形成した。これにより、肉盛り加工装置１００は、被加工物ＷＫにおける肉盛箇所に容易に照射トーチ１７０を位置させて肉盛り加工を行うことができる。すなわち、肉盛り加工装置１００は、照射トーチ１７０をハンディー型に構成することにより被加工物ＷＫの設置場所での肉盛り加工を行うことができる。

しかし、肉盛り加工装置１００は、照射トーチ１７０を所定の位置に固定して構成することもできる。例えば、図８に示す肉盛り加工装置３００は、主として、照射装置３１０、電源装置３２０およびワーク支持テーブル３３０を備えて構成されている。この場合、レーザ照射装置３１０は、ファイバレーザ光ＦＬを出射する光源であり、上記実施形態におけるファイバレーザ発振器１１０、照射トーチ１７０、ハーフミラー１４１を備えるとともに顕微鏡部３１１を備えて構成されている。

顕微鏡部３１１は、被加工物ＷＫ上におけるファイバレーザ光ＦＬを照射した部分を拡大して観察することができる光学装置であり、主として、レンズなどの光学素子や肉盛り加工部分を照らす照明装置を備えている。そして、このレーザ照射装置３１０は、床面に対して起立する支持ポール３１２に支持されている。

電源装置３２０は、レーザ照射装置３１０に対して電力を供給する電気回路であり、上記実施形態におけるレーザ電源部１２０、制御部１３０、レーザ出力検出回路１４０、手元スイッチ１７３およびＬＣＤタッチパネル１５０を備えて構成されている。この電源装置３２０は、電気ケーブル３２１を介してレーザ照射装置３１０に対して電気的に接続されている。また、ワーク支持テーブル３３０は、被加工物ＷＫを互いに直交する３軸方向に変位可能に保持する可動型の台であり、主として、被加工物ＷＫを載置する載置台３３１、載置台３３１を変位させる駆動モータを備えた駆動機構３３２、駆動機構３３２の作動を制御する制御部（図示せず）および駆動機構３３２の駆動を操作する操作子３３３を備えて構成されている。

このように構成された肉盛り加工装置３００によれば、作業者は、被加工物ＷＫをワーク支持テーブル３３０上に載置した後、顕微鏡部３１１で被加工物ＷＫ上における加工部分を目視により確認しながらレーザ照射装置３１０からファイバレーザ光ＦＬを照射させつつ操作子３３３を介して被加工物ＷＫの位置を変化させることによって被加工物ＷＫ上での所望する位置に精度良く肉盛り加工を行うことができる。

（その他の変形例）
また、上記実施形態においては、肉盛り加工装置１００は、材料供給装置２００を用いて粉末状の肉盛り材料ＲＭのみを被加工物ＷＫにおける肉盛り加工部分に供給するように構成した。しかし、肉盛り加工装置１００は、被加工物ＷＫにおける肉盛り加工部分に肉盛り材料とともに、または肉盛り材料とは別にアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを供給するように構成することもできる。これにより、肉盛り加工装置１００は、肉盛り加工中における肉盛り加工部の酸化による劣化を抑制することができる。また、この場合、不活性ガスを肉盛り材料ＲＭとともに供給、具体的には、材料供給ノズル１７５から肉盛り材料ＲＭとともに不活性ガスを供給することにより照射トーチ１７０の構成を簡単かつ軽量化することができる。

ＷＫ…被加工物、ＲＭ…肉盛り材料、ＦＬ…ファイバレーザ光、
１００…肉盛り加工装置、１０１…装置本体、１０２…キャスタ、１０３…ハンドグリップ、
１１０…ファイバレーザ発振器、
１２０…レーザ電源部、
１３０…制御部、
１４０…レーザ出力検出回路、１４１…ハーフミラー、
１５０…ＬＣＤタッチパネル、
１６０…接続ケーブル
１７０…照射トーチ、１７１…トーチ本体、１７２…出射口、１７３…手元スイッチ、１７４…集光レンズ、１７５…材料供給ノズル、１７６…吐出口、１７７…支持金具、１７８…材料供給管、
１８０…接触検出スイッチ、
２００…材料供給装置、
３００…肉盛り加工装置、３１０…レーザ照射装置、３１１…顕微鏡部、３１２…支持ポール、３２０…電源装置、３３０…ワーク支持テーブル、３３１…載置台、３３２…駆動機構、３３３…操作子。

Claims

被加工物に対して同種または異種の材料を付着させて肉盛りする肉盛り加工装置において、
希土類が添加された光ファイバによって光を増幅したファイバレーザ光を出力するファイバレーザ発振器と、
前記ファイバレーザ発振器に電力を供給するレーザ電源部と、
前記レーザ電源部の作動を制御する制御部と、
前記ファイバレーザ発振器から出力された前記レーザ光を前記被加工物に対して照射する照射トーチとを備え、
前記照射トーチは、
前記ファイバレーザ光が出射する出射口を有して手で保持できる大きさに形成されたトーチ本体と、
前記トーチ本体における前記出射口の外側に設けられて前記被加工物との接触を電気的に検出するための導電性部材を有したワーク検出手段とを備え、
前記ワーク検出手段は、
前記被加工物に対して前記材料を供給する材料供給ノズルで構成されており、
前記制御部は、
前記ワーク検出手段によって前記被加工物を電気的に検出したとき、前記ファイバレーザ光を出射させることを特徴とする肉盛り加工装置。
請求項１に記載した肉盛り加工装置において、
前記材料供給ノズルは、
前記被加工物の表面における前記レーザ光が集光する部分に向かって前記材料を吐出する向きに開口していることを特徴とする肉盛り加工装置。
請求項１または請求項２に記載した肉盛り加工装置において、
前記材料供給ノズルは、
前記材料を吐出する吐出口の位置および向きが変更可能であることを特徴とする肉盛り加工装置。
請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載した肉盛り加工装置において、
前記材料供給ノズルは、
前記トーチ本体における前記出射口の外側に２つ設けられて前記被加工物上の二か所に接触することを特徴とする肉盛り加工装置。
請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載した肉盛り加工装置において、
前記制御部は、
前記レーザ電源部の作動を制御することによって前記ファイバレーザ発振器から出力エネルギが断続的に変化するとともに１パルス内で、前記被加工物および前記肉盛りのための前記材料の溶融体積を増加させるメインヒート工程の実行前に同メインヒート工程よりも低温で前記被加工物を予熱するプレヒート工程、および前記メインヒート工程より高出力かつ長時間のトリガーヒート工程をそれぞれ実行する可変パルスレーザ光を出射させることを特徴とする肉盛り加工装置。