JPH07108390A - 肉盛り加工方法および肉盛り加工装置 - Google Patents

肉盛り加工方法および肉盛り加工装置

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JPH07108390A
JPH07108390A JP5255858A JP25585893A JPH07108390A JP H07108390 A JPH07108390 A JP H07108390A JP 5255858 A JP5255858 A JP 5255858A JP 25585893 A JP25585893 A JP 25585893A JP H07108390 A JPH07108390 A JP H07108390A
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JP
Japan
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processing
build
cladding
light
shape
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Pending
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JP5255858A
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English (en)
Inventor
Hironori Sakamoto
元 宏 規 坂
Kimihiro Shibata
田 公 博 柴
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 肉盛りビードを形成する際の肉盛り品質の良
否を肉盛り加工中にオンラインで知ることができるよう
にする。 【構成】 レーザビーム4を用い、被肉盛り加工部材2
の上に肉盛り粉末8を肉盛り加工するに際し、波長が既
知である光10で肉盛り加工部3を照射すると共に、光
10の波長のみを透過するフィルタ13をそなえたCC
Dカメラ14により肉盛り加工部3の形状を検知し、肉
盛り加工部3の画像から、その寸法,形状を画像処理に
より求め、肉盛り加工部3の寸法,形状データをレーザ
加工機制御部16からレーザ加工機6にフィードバック
して加工条件を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ある金属材料上にこの
金属材料と同種ないしは異種の別の金属材料を肉盛り加
工するのに利用される肉盛り加工方法および肉盛り加工
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】製品,部品,部材等に要求される性能と
しては、剛性,軽量,耐摩耗性,耐食性など様々なもの
がある。一般に、これらの性能を全て満足する材料は存
在せず、仮に存在したとしても高価であり使用する対象
は限られている。
【0003】そこで、上記のような性能を同時に満足で
きるようにするため、複数の材料を組み合わせてひとつ
の部材を構成することが行われている。例えば、できる
だけ軽量で耐摩耗性に優れる特性を持つ摺動部材を得よ
うとする場合、母材をアルミニウム合金とし表面のみを
耐摩耗性に優れた銅合金とすることで、所望の特性を持
つ摺動部材を実現できる。
【0004】肉盛り加工は、ある金属材料の表面を異な
る特性を持つ金属材料で冶金的結合を介して被覆するこ
とにより、上記のような異なる特性を持つ金属材料の組
み合わせを実現する加工方法のひとつである。
【0005】肉盛り加工部材に所望の特性を付与するた
めには、母材表面をわずかに溶融させつつ適当量の肉盛
り材を供給しながら、母材表面に必要にして十分な厚さ
の肉盛り層を形成する必要がある。
【0006】これまで、肉盛り層の厚さの管理は、肉盛
り加工後に、目視,接触あるいは非接触の形状測定によ
って行われることが一般的であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、肉盛り加工後に検査する方法であるため、原
理的に肉盛り加工中にオンラインでのモニタリングは不
可能であった。また、加工時間に比べて相対的に長い検
査時間を必要とするため、全数検査には不適当で、全数
検査をするためには多くの検査ラインを持たねばならな
いという問題点があり、このような問題点を解決するこ
とが課題であった。
【0008】
【発明の目的】本発明は、このような従来の課題に着目
してなされたものであって、肉盛りビードを形成する際
の肉盛り品質の良否を肉盛り加工中にオンラインで知る
ことができ、全数検査を行うことも可能であって、安定
した肉盛り加工を行うことができるようにすることを目
的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる肉盛り加
工方法は、高エネルギ密度熱源を用い、ある金属材料上
にこの金属材料と同種ないしは異種の別の金属材料を肉
盛り加工するに際し、波長が既知である光で肉盛り加工
部を照射すると共に、前記光の波長のみを透過するフィ
ルタを備えた撮像装置により肉盛り加工部の形状を検知
する構成としたことを特徴としており、実施態様におい
ては、肉盛り加工部の画像から、その寸法,形状を画像
処理により求めるようにし、同じく実施態様において、
肉盛り加工部の寸法,形状データを加工機にフィードバ
ックして加工条件を制御するようにしたことを特徴とし
ている。
【0010】また、本発明に係わる肉盛り加工装置は、
高エネルギ密度熱源を肉盛り加工部に照射する加工ヘッ
ドをそなえた加工機と、波長が既知である光を肉盛り加
工部に照射する照明用光学系と、前記光の波長のみを透
過するフィルタを備えていて肉盛り加工部の形状を検知
する撮像装置を具備してなる構成としたことを特徴とし
ており、実施態様においては、肉盛り加工部の画像か
ら、その寸法,形状を画像処理により求める画像処理装
置を具備してなる構成とし、同じく実施態様において、
肉盛り加工部の寸法,形状データを加工機にフィードバ
ックして加工条件を制御する加工機制御部を具備してな
る構成としたことを特徴としている。
【0011】
【発明の作用】本発明に係わる肉盛り加工方法および肉
盛り加工装置は、上述した構成としたから、高エネルギ
密度熱源が肉盛り加工部に照射されて、肉盛り加工部分
が局部加熱される間に、波長が既知である光で肉盛り加
工部が照射され、前記光の波長のみを透過するフィルタ
を備えた撮像装置によって肉盛り加工部の形状が明確に
検知されることとなり、これによって、肉盛り加工部の
品質の良否が肉盛り加工中にオンラインでかつ高精度で
検知されることとなる。
【0012】
【実施例】図1および図2は、本発明に係わる肉盛り加
工方法の実施に使用される肉盛り加工装置の一実施例を
示すものであって、ここに示す肉盛り加工装置1は、金
属材料よりなる被肉盛り加工部材(この実施例ではアル
ミニウム合金板)2の肉盛り加工部3に高エネルギ密度
熱源としてのレーザビーム4を照射する加工ヘッド5を
そなえたレーザ加工機6と、前記レーザビーム4により
局部加熱された加工点溶融部7に金属材料よりなる肉盛
り粉末(この実施例では銅合金粉末)8を供給する肉盛
り粉末供給ノズル9と、前記加工点溶融部7を照射し且
つ波長が既知である光10を発射する照明用光学系11
および照明用光源12と、前記光10の波長のみを透過
するフィルタ13を備えていると共に前記加工点溶融部
7に向いていて肉盛り加工部3の形状を検知する撮像装
置としてのCCD(電荷結合素子)カメラ14と、前記
肉盛り加工部3の画像からその寸法,形状を画像処理に
より求める画像処理装置15と、前記肉盛り加工部3の
寸法,形状データをレーザ加工機6にフィードバックし
て加工条件を制御する加工制御部16を具備してなる構
成を有するものとなっている。
【0013】さらに、図2にも示すように、レーザ加工
機6の加工ヘッド5より出射されるレーザビーム4は、
レーザ発振器17において発射したレーザビームがビー
ム伝送光学系18を介して伝送されて加工ヘッド5に至
るものとしてあり、また、肉盛り粉末供給ノズル9より
肉盛り粉末8を供給するための肉盛り粉末供給装置19
および粉末供給装置制御部20をそなえ、さらにまた、
局部加熱源であるレーザビーム4を出射する加工ヘッド
5の位置を変化させる加工ヘッド駆動手段として加工ヘ
ッド5を矢印A方向に移動させる肉盛り加工位置調整方
向駆動部21をそなえていると共に、加工ヘッド5を矢
印B方向に移動させる肉盛り加工方向駆動部22をそな
えている。
【0014】次に、このような構造を有する肉盛り加工
装置1を用いて、アルミニウム合金板よりなる被肉盛り
加工部材2の上に銅合金粉末よりなる肉盛り粉末8を肉
盛りする場合には、レーザ発振器17においてレーザビ
ームを発生させ、ビーム伝送光学系18により伝送した
レーザビーム4を加工ヘッド5から出射して、レーザビ
ーム4を被肉盛り加工部材2の肉盛り加工部3に照射す
ると共に、肉盛り粉末供給装置19から肉盛り粉末供給
ノズル9を通して肉盛り粉末8を肉盛り加工部3に供給
する。
【0015】そして、加工ヘッド5から出射したレーザ
ビーム4は、被肉盛り加工部材2の肉盛り加工部3を照
射して加熱する結果、レーザビーム4が照射された位置
では局部加熱されることによって加工点溶融部7が形成
され、肉盛り粉末8も溶融する。
【0016】これと共に、レーザビーム4と肉盛り粉末
供給ノズル9は相対的な位置関係を一定に保った状態で
所定の速度で移動し、CCDカメラ14は加工点溶融部
7との相対的位置関係を一定に保った状態で加工点溶融
部7付近を撮影する。
【0017】この加工点溶融部7はかなりの高温になっ
ており、溶融金属からの輻射によって極めて明るいこと
から、加工点溶融部7の形状を直接に撮影することは困
難である。そこで、波長が既知である光10による照明
と、その光10の波長のみを透過するフィルタ13とを
組み合わせて用いることにより、このようなフィルタ1
3を備えたCCDカメラ14によって鮮明な画像の撮影
が可能となる。ここで、波長が既知である光10として
は、可視域に波長をもち、十分な強度が得られるアルゴ
ンレーザ等が用いられる。
【0018】波長が既知である光10を発生する照明用
光学系11とCCDカメラ14との配置については、両
者の加工面に対する角度が等しくなるよう配置すること
により、加工面に平行な面が正反射面となり、母材表面
および肉盛りビード25の頂上部を最も鮮明に撮影する
ことができるようになる。
【0019】CCDカメラ14によって撮影された画像
は、画像処理装置15に送られ、肉盛りビード25の寸
法,形状が画像処理により測定される。
【0020】図3の(a)は良好な肉盛り加工が行われ
たときの加工点溶融部7の映像を示したものであり、図
3の(b)は肉盛りビード25の幅方向断面を示したも
のであり、図3の(c)は肉盛りビード25の長手方向
断面を示したものであって、図3の(a)に示すよう
に、加工面に水平となる肉盛りビード25の頂点25a
がもっとも鮮明に撮影されている。そして、溶融状態に
ある部分は自らの輻射によりやや明るく写っており、固
体である被肉盛り加工部材2との境界部26には明瞭な
コントラストが得られる。これらの映像情報から、左右
の境界部26とビード頂点25aとにより形成される三
角形によって肉盛りビード25の高さと幅を検知するこ
とができる。
【0021】一方、肉盛り不良発生のパターンとして
は、以下に述べる2種類が代表的なものである。
【0022】(1)レーザ出力の低下などによる入熱の
不足が生じた場合、図4に示すように、加工点溶融部7
の幅が小さくなる。
【0023】(2)粉末の供給が不足した場合、図5に
示すように、肉盛りビード25の高さが低くなる。
【0024】以上のように、画像情報をモニタし、画像
処理によりその形状を解析することによって、最終的に
得られるビード形状をオンラインで知ることができる。
【0025】さらには、この情報を加工機制御部16を
介してレーザ加工機6にフィードバックし、溶融部形状
がある一定の範囲内に安定するように、レーザ出力,加
工速度,粉末供給速度等,肉盛りビード形状に影響をお
よぼす因子を制御することにより、不良のない安定な肉
盛り加工を実現することが可能となる。
【0026】そして、最適な肉盛り加工の条件は、材料
の種類,適用部材等によって異なるため、各々の実施状
況に応じて、最適な条件とそのときの溶融部形状および
条件の許容範囲等を求めておく必要がある。
【0027】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、高エネルギ密度熱源を用い、ある金属材料上に別の
金属材料を肉盛り加工するに際し、波長が既知である光
で肉盛り加工部を照射すると共に、前記光の波長のみを
透過するフィルタを備えた撮像装置により肉盛り加工部
の形状を検知する肉盛り加工方法の構成とし、また、こ
の肉盛り加工方法を実施するために、高エネルギ密度熱
源を肉盛り加工部に照射する加工ヘッドをそなえた加工
機と、波長が既知である光を肉盛り加工部に照射する照
明用光学系と、前記光の波長のみを透過するフィルタを
備えていて肉盛り加工部の形状を検知する撮像装置を具
備してなる肉盛り加工装置の構成としたから、肉盛りビ
ードを形成する際の肉盛り品質の良否を肉盛り加工中に
オンラインで知ることが可能となり、また、全数検査が
可能であって信頼性のある品質保証技術を提供すること
ができるとともに、安定した肉盛り加工を実現すること
が可能になるという著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による肉盛り加工装置のとく
に加工ヘッド,撮像装置および肉盛り粉末供給ノズル部
分を示す斜面説明図である。
【図2】本発明の一実施例による肉盛り加工装置の全体
的基本構成を示す斜面説明図である。
【図3】良好な肉盛り加工が行われているときの加工点
溶融部の映像(図3の(a))ならびに肉盛りビード幅
方向の断面図(図3の(b))および肉盛りビード長手
方向の断面図(図3の(c))である。
【図4】入力不足を生じているときの加工点溶融部の映
像(図4の(a))ならびに肉盛りビード幅方向の断面
図(図4の(b))である。
【図5】粉末の供給不足を生じているときの加工点溶融
部の映像(図5の(a))ならびに肉盛りビード幅方向
の断面図(図5の(b))である。
【符号の説明】
1 肉盛り加工装置 2 被肉盛り加工部材(金属材料) 3 肉盛り加工部 4 レーザビーム(高エネルギ密度熱源) 5 加工ヘッド 6 レーザ加工機(加工機) 7 加工点溶融部 8 肉盛り粉末(金属材料) 9 肉盛り粉末供給ノズル 10 光 11 照明用光学系 12 照明用光源 13 フィルタ 14 CCDカメラ(撮像装置) 15 画像処理装置 16 加工機制御部 17 レーザ発振器 19 肉盛り粉末供給装置 25 肉盛りビード

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高エネルギ密度熱源を用い、ある金属材
    料上に別の金属材料を肉盛り加工するに際し、波長が既
    知である光で肉盛り加工部を照射すると共に、前記光の
    波長のみを透過するフィルタを備えた撮像装置により肉
    盛り加工部の形状を検知することを特徴とする肉盛り加
    工方法。
  2. 【請求項2】 肉盛り加工部の画像から、その寸法,形
    状を画像処理により求めることを特徴とする請求項1に
    記載の肉盛り加工方法。
  3. 【請求項3】 肉盛り加工部の寸法,形状データを加工
    機にフィードバックして加工条件を制御することを特徴
    とする請求項1または2に記載の肉盛り加工方法。
  4. 【請求項4】 高エネルギ密度熱源を肉盛り加工部に照
    射する加工ヘッドをそなえた加工機と、波長が既知であ
    る光を肉盛り加工部に照射する照明用光学系と、前記光
    の波長のみを透過するフィルタを備えていて肉盛り加工
    部の形状を検知する撮像装置を具備してなることを特徴
    とする肉盛り加工装置。
  5. 【請求項5】 肉盛り加工部の画像から、その寸法,形
    状を画像処理により求める画像処理装置を具備してなる
    ことを特徴とする請求項4に記載の肉盛り加工装置。
  6. 【請求項6】 肉盛り加工部の寸法,形状データを加工
    機にフィードバックして加工条件を制御する加工機制御
    部を具備してなることを特徴とする請求項4または5に
    記載の肉盛り加工装置。
JP5255858A 1993-10-13 1993-10-13 肉盛り加工方法および肉盛り加工装置 Pending JPH07108390A (ja)

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