JPH01316416A

JPH01316416A - レーザによる部分表面熱処理方法とその装置

Info

Publication number: JPH01316416A
Application number: JP63148343A
Authority: JP
Inventors: Osami Ichiko; 市古　修身; Shinsuke Nakanishi; 伸介中西; Norio Ikenaga; 池永　則夫
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-06-17
Filing date: 1988-06-17
Publication date: 1989-12-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は鉄鋼、非鉄金属等の材料表面の定められた部分
のみを選択的に改質し、その特性を向上させるための表
面熱処理方法及びその装置に関するものである。

［従来の技術］構造物、成形加工品、機械部品等において、その表面の
必要な部分だけを熱処理して耐摩耗性。

強度、耐食性等の特性を向上させたいというニーズは大
きい、熱処理炉等に入れて全体な熱処理する方法に比べ
て、真に必要とする部分だけの特性を上げることかでき
れば、設備費、ランニングコスト等の面から大巾に有利
になるわけである。従来このような技術として高周波焼
入法、レーザ焼入法が例えば歯車の焼入（日本熱処理技
術協会線熱処理技術シリーズ３「表面熱処理」８４５発
行ｐ、１３１　）　、自動車部品の焼入（Ｍａｎｕｆａ
ｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｊｕｎｅ　１
９７６、ｐ３５〜：１７“Ｌａ５ｅｒ　Ｈａｒｄｅ−ｎ
ｉｎｇ″）等に取り入れられてきた。

しかしながらこれら従来技術は ■適用対象が単純形状のものに限られる。

■熱処理のヒートサイクルが、パワー投入による加熱、
パワー停止による冷却開始のような単純なパターンに限
られる。

（３）熱処理部位の位置設定は、被加工材の移動によっ
て行なわれるため、熱処理位置の選択精度か被加工材の
装着機構のみによって支配される。

等の限界があった。

［発明が解決しようとずろ課題］従って、例えば自動車ボディのような大型複雑形状の加
工品の表面のある定められた範囲を、加熱速度、加熱温
度、保持時間、冷却速度等を厳密に制御したヒートサイ
クルで熱処理することは、これまでの方法ては不可能で
あった。本発明は上記従来技術の問題点を解決するため
になされたものであり、その目的とするところは大型複
雑形状の加工品の真に必要な部分のみの特性を向上する
ための方法と装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］本発明の要旨は大型複雑形状の被加工物の表面の定めら
れた範囲にレーザビームを照射し、その結果生じるその
部分の温度上昇を温度センサーで検知し、その結果をレ
ーザ発振器へ戻し、レーザ出力を制御しながら、あらか
じめ決められた熱サイクルで表面熱処理することを特徴
とするレーザによる部分表面熱処理方法、または上記方法において必要に応じて、レーザビーム照
射時に不活性ガスを吹き付け、被照射部表面近傍の雰囲
気を制御し、照射される部分の酸化を防止すること、定
められた熱サイクルでレーザ照射を行った後、直ちに、
冷却媒体を吹き付け、定められた冷却速度で冷却するこ
と、被加工物の表面の定められた範囲を位置センサーで
検出し、その結果をもとに、レーザ加工ヘッドを位置決
めした後、レーザビームを照射することも行う、レーザ
による部分表面熱処理方法、または表面の定められた範囲を自在に移動するレーザ加
工ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドを移動させるための
ロボット本体と、レーザビームを出射するためのレーザ
発振器とからなるレーザによる熱処理装置において、前
記レーザ加工ヘッド先端部分に雰囲気ガスまたは冷却媒
体の噴出のためのリングノズルと、被熱処理部の測温の
ための温度センサーと、被熱処理部検出のための位置セ
ンサーと、被熱処理面との距離検出のためのギャップセ
ンサーとを備えたことを特徴とするレーザによる部分表
面熱処理装置にある。

以下本発明について詳細に説明する。

［作用および実施例］本発明の作用を第１図に従って説明する。レーザ発振器
１から出射したレーザビーム２は自在アームを有するロ
ボット３の中に入り、その内部に固定された方向転換ミ
ラー４によって自在アーム５−１内へ導かれる。自在ア
ーム５−１は、ロボット架台６との間で、上下スライド
及び回動自在になっていると共に、その関節７−１によ
って屈曲自在となされている。関節７−１内には図示さ
れていない方向転換ミラーが装備されていて、ミラー４
からのレーザビームを自在アーム５−２内へ導く。

自在アーム５−２は自在アーム５−１と同様の構造。

機能を有しており、関節７−２内の方向転換ミラーによ
り、レーザビームを加工ヘッド８内へ導く。

加工ヘッド８は自在アーム５−２とスライド自在、屈曲
自在に接続されていると共に、その内部に１個又はそれ
以上のレンズ又はミラーよりなる集光光学系を有する。

第１図においては、球面ミラー９および積分ミラーｌＯ
よりなる複合光学系により、レーザビームの方向転換お
よび集光形状制御を行ない、被加工体１６へ照射する場
合を示している。加工ヘッド８の先端には、冷却媒体部
よび雰囲気ガス噴出のためのリングノズル１１が、支持
ステー１２を介して装備されている。又加工ヘッド側壁
には被熱処理部検出のためのカメラ１３、被熱処理面と
の距離検出のためのギャップセンサー１４および被熱処
理部の測温のための温度センサー１５が取り付けられて
いる。

カメラ１３およびギャップセンサー１４の検出信号がロ
ボットの制御部へ送られ、演算処理後、アーム移動機構
を駆動させ、加工ヘッド８を被熱処理部分に対して適正
な位置にセットする。レーザビームの照射による、被熱
処理部分表面の温度上昇は温度センサー１５により検出
され、その信号はレーザ発振器の、図示されていない出
力制御部に送られ、定められたヒートサイクルとなるよ
う、レーザ出力が制御される。レーザ照射が終わると同
時に、図示されていない冷却媒体制御部へ指令が伝達さ
れ、リングノズル１１から冷却媒体が噴出し、ヒートサ
イクルに定められた冷却速度で処理される。

尚、必要に応じて、レーザ照射中にリングノズル１１よ
り雰囲気ガス（不活性ガス）を噴出することにより、加
工中の雰囲気を制御して酸化防止等を行なうことができ
る。

［発明の効果コ本発明により、自動車、大型車輛部品、構造物等の大型
複雑形状の加工品の、真に必要な部分のみ特性向上を実
現できる結果、使用材料の低グレード化、板厚の減少等
が可能となり、その産業社会へ与える効果は極めて大き
いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様の全体を示す概要図である
。１・・・レーザ発振器、２・・・レーザビーム、３・・
・ロボット、４・・・方向転換ミラー、５−１．５−２
−・・自在アーム、６・・・ロボット架台、７−１．７
−２・・・関節、８・・・加工ヘッド、９・・・球面ミ
ラー、１０・・・積分ミラー、ＩＩ・・・リングノズル
、１２・・・支持ステー、１３・・・位置検出用カメラ
、１４・・・ギャップセンサー、１５・・・温度センサ
ー、１６・・・被加工体。

Claims

【特許請求の範囲】１、大型複雑形状の被加工物の表面の定められた範囲に
レーザビームを照射し、その結果生じるその部分の温度
上昇を温度センサーで検知し、その結果をレーザ発振器
へ戻し、レーザ出力を制御しながら、あらかじめ決めら
れた熱サイクルで表面熱処理することを特徴とするレー
ザによる部分表面熱処理方法。２、レーザビーム照射時に不活性ガスを吹き付け、被照
射部表面近傍の雰囲気を制御し、照射される部分の酸化
を防止することを特徴とする請求項１に記載のレーザに
よる部分表面熱処理方法。３、定められた熱サイクルでレーザ照射を行った後、直
ちに、冷却媒体を吹き付け、定められた冷却速度で冷却
することを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ
による部分表面熱処理方法。４、被加工物の表面の定められた範囲を、位置センサー
で検出し、その結果をもとに、レーザ加工ヘッドを位置
決めした後、レーザビームを照射する請求項１ないし３
のいずれかの項に記載のレーザによる部分表面熱処理方
法。５、表面の定められた範囲を自在に移動するレーザ加工
ヘッドと、前記レーザ加工ヘッドを移動させるためのロ
ボット本体と、レーザビームを出射するためのレーザ発
振器とからなるレーザによる熱処理装置において、前記
レーザ加工ヘッド先端部分に雰囲気ガスまたは冷却媒体
の噴出のためのリングノズルと、被熱処理部の測温のた
めの温度センサーと、被熱処理部検出のための位置セン
サーと、被熱処理面との距離検出のためのギャップセン
サーとを備えたことを特徴とするレーザによる部分表面
熱処理装置。