JP3695984B2

JP3695984B2 - Laser assist high speed flame spraying method and apparatus

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Publication number: JP3695984B2
Application number: JP08800499A
Authority: JP
Inventors: 田弘文園; 原繁北; 村治通市
Original assignee: 日鐵溶接工業株式会社
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000282215A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶射ガンにて高温，高速燃焼炎に溶射材料を載せ溶射基材に衝突させる高速フレ−ム溶射とこの溶射皮膜を溶融するＹＡＧレ−ザ照射とを同時に並行して行なう溶射に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属表面等（基材）に各種機能皮膜を形成する溶射法には、ガス溶射，アーク溶射，プラズマ溶射，高速フレーム溶射等がある。これらの目的とする形成皮膜の性質は、耐摩耗性，潤滑性，耐熱性，滑り性等である。溶射温度が低温のガス溶射やアーク溶射は、比較的低融点の金属溶射に向き、高温のプラズマ溶射は高融点材料のセラミックス，Ｍｏ粉末の溶射も可能である。高速フレーム溶射は、燃焼を利用した高速流（ジェット）により、粉末を基材を衝突させ皮膜を形成するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上何れの溶射法においても、皮膜への気孔の形成は免れなく、皮膜の緻密性，基材との密着性等に難があった。またプラズマ溶射は、高融点材料の溶射が可能であるが、大気中での溶融においては、空気の巻き込みによる飛行粉末の酸化が発生するので、その皮膜は本来の高融点材料の性質を得られないという欠点があった。これらを改善する一方法として、プラズマ溶射にＣＯ₂ レーザまたはＹＡＧレーザを組み合わせた複合（ハイブリッド）溶射法が行われている。これらの実施例は、何れも研究・実験室レベルでの試みで、理想的な皮膜を得るために、皮膜の酸化を避ける目的で減圧チャンバー内で空気を排除あるいは不活性ガス（Ａｒ等）に置換した雰囲気にて溶射を行っている。このため減圧チャンバーが必要であり、大型な溶射対象物の場合は大型の減圧チャンバーが必要であり、減圧に要する時間がかかる上、バッチ生産にならざるを得ない。更に不活性ガスに置換する場合は、減圧チャンバーの大きさに応じたガスを消費する。
【０００４】
本発明は、大気中での溶射を実現し、皮膜の基材との密着性を高くすることを第１の目的とし、緻密な皮膜を形成することを第２の目的とし、所要厚の溶射皮膜を確実に形成することを第３の目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
高速フレーム溶射法は、溶射材粉末を燃焼を利用した高速・高温気流に乗せ、溶融あるいは半溶融（粉末の融点による）で基材に衝突させるものである。高速フレーム溶射法には、燃焼の酸化剤として酸素を使用するＨＶＯＦ(High Velocity Oxy Fuel)、および、空気を使用するＨＶＡＦ(High Velocity Air Fuel)があり、それぞれ特徴を持っているが、皮膜の緻密性は比較的良好である。酸素を助燃剤として使用するＨＶＯＦと比較し、ＨＶＡＦによる溶射は、空気を助燃剤とするため溶射皮膜の酸化がきわめて少なく、大気中であっても良好な皮膜を得られる。
【０００６】
しかし、ＨＶＡＦの燃焼温度は２４００°Ｋ程度であるので、ＨＶＡＦ高速フレ−ム溶射は、高融点材料の溶射には不向きである。ＨＶＡＦで高融点材料を溶射した場合、材料粉末を溶融出来ずその形成皮膜は末溶融粉末が積層した状態であり、基材との密着性に欠け、粉末粒子間の緻密性、結合性もない。そこでレ−ザビ−ム照射を併用する。この併用により、高融点金属のＭｏ（モリブテン），Ｗ（タングステン），高融点セラミックスのＺｒＯ₂（ジルコニア），ＭｇＯ（マグネシア），ＡＬ₂Ｏ₃（アルミナ）の、酸化のない緻密性，基材との密着性等に優れた高機能な皮膜を得ることが出来る。
【０００７】
ＹＡＧレーザはパワーを光ファイバ（ファイバーコア径はφ0.6〜1.0mm）で伝送できる波長であるため、集光させる先端（光学レンズ系を持ち、レーザビームを集光させ照射する。通常レーザ加工ヘッドという。）を自由に、フレキシブルに移動させることが出来る。このような特徴を持つＨＶＡＦとＹＡＧレーザを組み合わせたレーザアシスト高速フレーム溶射法（複合、ハイブリッド）により、高機能な溶射皮膜（皮膜の緻密性，基材の密着性等）をシンプルなシステムにより得ることが出来る。
【０００８】
ところで、溶射皮膜にレ−ザ照射をする場合、皮膜形成後表面温度が低下してから皮膜表面にレーザ照射を行うと、急熱のため割れを生じる。第１パスの高速フレーム溶射のときその溶射位置にレ−ザ照射を同時に行なうことにより、割れや気孔の形成がなく溶射皮膜の基材との密着性が向上する。第２パス以降では溶射直後にレーザ照射する。この場合も割れを生じることなく、緻密な皮膜表面となる。ＨＶＡＦの標準的溶射条件は、速度200mm/sec，形成皮膜厚15μm/１パスである。同時に移動するＹＡＧレーザビームの出力は、この速度に対応する出力である必要がある。また照射範囲を広げるため焦点位置をずらす（デフォーカス）必要がある。以上のことから、単位面積当たりの必要投入熱量からＹＡＧレーザの出力は４〜５ＫＷを必要とする。この高容量のレ−ザビ−ムは、コア径φ1.0mmの光ファイバでレ−ザ照射ヘッドに導くことができる。
【０００９】
高速フレ−ム溶射ガンに対するレーザ照射ヘッドの角度を溶射皮膜層により変更することにより、更に効果が出る。即ち、レーザ照射ヘッドの溶射ガンに対する角度調整機構を設け、例えば１パス目は溶射皮膜を形成する位置に皮膜形成と同時にＹＡＧレ−ザを照射し、第２パス以降では高速フレ−ム溶射によって溶射皮膜を形成した直後に該溶射皮膜にＹＡＧレ−ザを照射する。このための角度変更は段階的でも、連続的でも良い。
【００１０】
更にレーザアシスト高速フレーム溶射法を実際の溶射対象物に適用するためには、溶射走査方向が自由であるのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（１）本発明の第１実施態様では、溶射作業に先立って、高速フレ−ム溶射ガン (1) およびＹＡＧレ−ザ照射ヘッド (51) を支持する部材 (2) および溶射基材 (6/36) の少くとも一方 (2) を他方 (6/36) に対して相対的に駆動して、前記支持部材 (2) で担持した距離測定器 (5) にて溶射基材 (6/36) の複数点の各距離を計測し；
大気中で溶射ガン (1) が噴射する高速フレ−ムが溶射基材 (6/36) を走査するように、前記支持部材 (2) および溶射基材 (6/36) の少くとも一方を他方に対して相対的に駆動すると共に、溶射ガン(1)にて高温，高速燃焼炎に溶射材料を載せ溶融あるいは半溶融状態で溶射基材(6/36)に衝突させる高速フレ−ム溶射と、この溶射皮膜を溶融するＹＡＧレ−ザ照射(51)とを同時に並行して行ない、高速フレ−ム溶射によって溶射皮膜を形成する位置に皮膜形成と同時にＹＡＧレ−ザを照射し、かつ、高速フレ−ムおよびＹＡＧレ−ザが走査した溶射基材表面の距離を距離測定器 (5) にて計測し、溶射作業に先立って計測した値，今回の計測値および溶射皮膜厚目標値に従って溶射皮膜厚が目標値に達したかを判定する。
【００１２】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【００１３】
これによれば、割れや気孔の形成がなく溶射皮膜の基材との密着性が向上する。溶射作業前の溶射基材 (6/36) の距離計測値と溶射を開始した後の距離計測値との差が溶射皮膜厚であり、この差を溶射皮膜厚目標値と比較すると、差が目標値以上をもって所要の膜厚が得られたとすることができる。溶射作業前および溶射作業中の距離計測がいずれも自動的に行なわれ、しかも上述の差が目標値以上の判定を溶射作業中にリアルタイムで実行するので、溶射皮膜厚管理労力が激減し、所要厚の溶射皮膜を確実に形成することができる。
【００１４】
（２）本発明の第２実施態様では、溶射ガン(1)にて高温，高速燃焼炎に溶射材料を載せ溶融あるいは半溶融状態で溶射基材(6/36)に衝突させる高速フレ−ム溶射と、この溶射皮膜を溶融するＹＡＧレ−ザ照射(51)とを同時に並行して大気中で行ない、第１パスの高速フレ−ム溶射のときはそれによって溶射皮膜を形成する位置に皮膜形成と同時にＹＡＧレ−ザを照射し、第２パス以降では高速フレ−ム溶射によって溶射皮膜を形成した直後に該溶射皮膜にＹＡＧレ−ザを照射する。
【００１５】
これによれば、第１パスの溶射で割れや気孔の形成がなく溶射皮膜の基材との密着性が向上する。第２パス以降では、緻密な皮膜表面となる。
【００１６】
（３）本発明の第３実施態様では、溶射作業に先立って、高速フレ−ム溶射ガン(1)およびＹＡＧレ−ザ照射ヘッド(51)を支持する部材(2)および溶射基材(6/36)の少くとも一方(2)を他方(6/36)に対して相対的に駆動して、前記支持部材(2)で担持した距離測定器(5)にて溶射基材(6/36)の複数点の各距離を計測し；
溶射作業中は、溶射ガン(1)が噴射する高速フレ−ムが溶射基材(6/36)を走査するように、前記支持部材(2)および溶射基材(6/36)の少くとも一方を他方に対して相対的に駆動すると共に、高速フレ−ムおよびＹＡＧレ−ザが走査した溶射基材表面の距離を距離測定器(5)にて計測し、溶射作業に先立って計測した値，今回の計測値および溶射皮膜厚目標値に従って溶射皮膜厚が目標値に達したかを判定する。
【００１７】
これによれば、溶射作業前の溶射基材(6/36)の距離計測値と溶射を開始した後の距離計測値との差が溶射皮膜厚であり、この差を溶射皮膜厚目標値と比較すると、差が目標値以上をもって所要の膜厚が得られたとすることができる。溶射作業前および溶射作業中の距離計測がいずれも自動的に行なわれ、しかも上述の差が目標値以上の判定を溶射作業中にリアルタイムで実行するので、溶射皮膜厚管理労力が激減し、所要厚の溶射皮膜を確実に形成することができる。
【００１８】
（４）高温，高速燃焼炎に溶射材料を載せ溶融あるいは半溶融状態で溶射基材(6/36)に衝突させる高速フレ−ム溶射ガン(1)；
該溶射ガン(1)を支持する部材(2)；
該支持部材(2)で支持されたＹＡＧレ−ザ照射ヘッド(51)；
前記高速フレ−ム溶射ガン(1)が噴射する高速フレ−ムが溶射基材(6/36)を走査するように、前記支持部材(2)および溶射基材(6/36)の少くとも一方(2)を他方(6/36)に対して相対的に駆動する走査手段(図3)；および、
該ＹＡＧレ−ザ照射ヘッド(51)を、その指向線(Lbc1/Lbc2)が、前記高速フレ−ム溶射ガン(1)が噴射する高速フレ−ムの溶射基材上の衝突点に交わる姿勢と、走査移動に関して該衝突点より後方で溶射皮膜と交わる姿勢に設定するための、姿勢制御手段(53,30)；
を備えるレ−ザアシスト高速フレ−ム溶射装置。
【００１９】
（５）前記ＹＡＧレ−ザ照射ヘッド(51)がレ−ザを照射した溶射皮膜厚を検出するために、前記支持部材(2)で支持した計測器(5)；を更に備えるレ−ザアシスト高速フレ−ム溶射装置。
【００２０】
（６）溶射ガン(1)に対してはその噴射ノズルを中心に回動自在に、ガン支持部材(2)で支持され、前記計測器(5)を支持する部材(32)；を更に備えるレ−ザアシスト高速フレ−ム溶射装置。
【００２１】
これによれば、溶射ガン(1)をｘ方向に走査する場合には溶射ガン(1)と計測器(5)がｘ方向に並びしかも走査方向に関して溶射ガン(1)よりも後方に位置するように、計測器支持部材(32)の回動角を設定することができ、また、溶射ガン(1)をｙ方向走査に変更するときは、溶射ガン(1)と計測器(5)がｙ方向に並びしかも走査方向に関して溶射ガン(1)よりも後方に位置するように、計測器支持部材(32)の回動角を設定することができるので、走査方向の選択自由度が高くなる。
【００２２】
（７）前記計測器支持部材(32)を溶射ガン(1)の噴射ノズルを中心に回動駆動する電動機構(図7)；を更に備えるレ−ザアシスト高速フレ−ム溶射装置。
【００２３】
これによれば、例えば長いｙ往走査の次に短いｘ往走査をし次に長いｙ復走査をして次に短いｘ往走査をして、このようｙ往走査＋ｘ往走査＋ｙ復走査を繰返して弓形軌跡で走査する場合、あるいはジグザグ走査する場合、ｙ往走査の終り点（又はｙ復走査の始点）で計測器支持部材(32)を１８０度回動させることにより、ｙ往走査で走査の後方にあった計測器(5)をｙ復走査でも走査の後方に自動的に駆動することができる。
【００２４】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００２５】
【実施例】
−第１実施例−
図１に、本発明の第１実施例の外観を示す。この実施例では、床の上方に２本の水平ｙ梁４ａ，４ｂがあり、これらにｙ方向に移動自在に水平ｘ梁３が結合し、この水平ｘ梁３に、ｘ方向に移動自在にガンキャリッジ２が結合し、このキャリッジ２で、ＨＶＡＦ高速フレ−ム溶射ガン１が支持されている。キャリッジ２と水平ｘ梁３には、キャリッジ２をｘ方向に駆動する電動ｘ駆動装置が装備されているが、その機構の図示は省略した。該電動ｘ駆動装置の電気モ−タは、図２上では単にＭと表記して、図３上ではＭｘと表記している。
【００２６】
また、水平ｘ梁３と水平ｙ梁４ａ，４ｂには、水平ｘ梁３をｙ方向に駆動する電動ｙ駆動装置が装備されているが、その機構の図示も省略した。該電動ｙ駆動装置の電気モ−タは、図２上では単にＭと表記して、図３上ではＭｙと表記した。これらｘ，ｙ駆動装置によって高速フレ−ム溶射ガン１（の下向きのＨＶＡＦ高速フレ−ム噴射ノズル）を、所定位置の所定サイズのｘ，ｙ平面上の任意点に位置決めすることができる。
【００２７】
ガンキャリッジ２にはア−ム３２が固着されており、このア−ム３２の先端にレ−ザ距離計の計測ヘッド５が固定され、ア−ム３２の中程にＹＡＧレ−ザ照射ヘッド５１があって、ア−ム３２で支持されている。溶射ガン１の下向きの噴射ノズルの中心線があるｙ，ｚ平面上にヘッド５１のレ−ザ照射指向線（中心線）があり、しかも該ｙ，ｚ平面上に計測ヘッド５のねらい線（ヘッド５の中心線）もある。
【００２８】
このｙ，ｚ平面上でヘッド５１のレ−ザ照射指向線がｘ軸を中心に回動しうるように、ＹＡＧレ−ザ照射ヘッド５１は、ｘ方向に延びるピンを中心に回動可であり、通常はソレノイド（電磁コイル装置）５３の圧縮コイルスプリングの反発力でプランジャが押され、このプランジャに連結したア−ムを介してヘッド５１が回動強制され、これによってヘッド５１のレ−ザ照射指向線はＬｂｃ２の位置となっている。ヘッド５１のこの姿勢が、２パス目以降の溶射を行なうときに設定される待機姿勢である。ソレノイド５３に通電があると電気コイルが発生する磁力によってプランジャが、圧縮コイルスプリングの反発力に抗して下方向に引き込まれ、これによりヘッド５１が反時計方向に回動してそのレ−ザ照射指向線はＬｂｃ１の位置となる。この指向線Ｌｂｃ１は、溶射対象の基材であるロ−ル６の表面と、溶射ガン１のノズル中心に対向する位置で、交わる。ヘッド５１のこの姿勢が、１パス目の溶射を行なうときに設定される初期姿勢である。
【００２９】
図１に示す実施例では、床に、図示しないロ−ル支持スタンドがあり、それに電動回転駆動機構付の軸チャックがあり、該軸チャックによって、溶射基材であるロ−ル６の軸７ａ，７ｂが固定支持されている。電動回転駆動機構の電気モ−タ（図２，図３上のＭｒ）によって軸チャックが回転駆動され、これにより溶射基材であるロ−ル６が回転する。ＨＶＡＦ高速フレ−ム溶射ガン１は、ロ−ル６のドラム状周面の、最上部（頂点）の上方にある。
【００３０】
レ−ザ距離計の計測ヘッド５の距離計測のねらい線（ヘッド５の中心線）は、ロ−ル６の中心線と直交する。溶射時はロ−ル６が、符号７ａの近くの矢印の方向（以下これを反時計方向と称す）に回転駆動され、そのときガン１のノズルに対向したロ−ル面は、ロ−ル６が角度Ｄｒ（°）回転したときに計測ヘッド５のねらい線に達し、そしてそれを横切る。すなわち計測ヘッド５は、溶射基材であるロ−ル６の回転すなわち溶射基材の走査、に関して後方（回転角度でＤｒ°後方）に位置する。レ−ザ照射ヘッド５１は、第１パス溶射のときにはガン１のノズルに対向したロ−ル面をねらう（Ｌbc１）が、第２パス以降の溶射のときには、ガン１のノズルに対向したロ−ル面と計測ヘッド５の距離計測点の間のロ−ル面をねらう（Ｌbc２）。
【００３１】
図１に示す溶射機構は、図２に示す溶射システムの一部であり、中継箱３０の電気装置によって走査駆動される。中継箱３０の電気装置にはホストとしてパソコン４１が接続されており、このパソコン４１が、溶射スケジュ−ルに従って溶接条件および制御指令を中継箱３０の電気装置に与える。
【００３２】
図３に、中継箱３０の電気要素の概要を示す。上述の、ガン１のｘ，ｙ駆動機構には、それぞれに運動範囲を定める始端リミットスイッチＬｘｏ，Ｌｙｏおよび終端リミットスイッチＬｘｅ，Ｌｙｅが備わっており、ガン１が各機構の始端相当位置にあるときに始端リミットスイッチが開、終端リミットスイッチは閉であり、ガン１が始端相当位置と終端相当位置の間にあるときには両スイッチ共に閉、ガン１が各機構の終端相当位置にあるときに始端リミットスイッチは閉、終端リミットスイッチは開である。
【００３３】
上述のｘ，ｙ移動機構および基材回転駆動機構それぞれの電気モ−タＭｘ，Ｍｙ，およびＭｒの回転軸には、ロ−タリエンコ−ダＲｘ，ＲｙおよびＲｒが結合されており、これらは電気モ−タの所定小角度の回転につき１個の電気パルスを発生する。また、基材回転駆動機構には、ロ−ル６の１回転につき１個の電気パルスを発生する回転角度基点検出用のロ−タリエンコ−ダＲｈが備わっている。
【００３４】
ガン１を走査駆動しているとき、マイクロプロセッサを含むコントロ−ラ２１ｘ，２１ｙが、電気モ−タＭｘ，Ｍｙを正転付勢しているときにはロ−タリエンコ−ダＲｘ，Ｒｙが発生する電気パルスをカウントアップし、逆転付勢しているときにはロ−タリエンコ−ダＲｘ，Ｒｙが発生する電気パルスをカウントダウンし、始端リミットスイッチＬｘｏ，Ｌｙｏが開のときにはカウント値をクリアする（カウントデ−タを０を示すものにする）。例えば、コントロ−ラ２１ｘは、それ自身に電源が投入されると、始端リミットスイッチＬｘｏが開（ガン１のｘ位置が始端位置）であるかをチェックし、それが閉（始端位置にない）であると、モ−タドライバ２２ｘにモ−タ逆転付勢を指示し、モ−タドライバ２２ｘが逆転通電回路を閉じる。この逆転通電回路に始端リミットスイッチＬｘｏが含まれておりそれが閉であるので、電気モ−タＭｘに逆転電流が流れ電気モ−タＭｘが逆回転する。この逆回転で始端リミットスイッチＬｘｏが開になると、逆転通電回路が開となって電気モ−タＭｘへの逆転電流が遮断されて電気モ−タＭｘが停止する。一方コントロ−ラ１ｘは、始端リミットスイッチＬｚｏが閉から開に切換わると、モ−タドライバ２２ｘへの逆転指示を解除し、ｘ移動位置レジスタ（マイクロプロセッサの内部ＲＡＭの１領域）をクリアする。ここで溶射ガン１のｘ移動位置がｘ移動範囲の始端にあり、ｘ移動位置レジスタのデ−タは０（基点）を示すものになっていることになる。コントローラ２１ｙの動作も２１ｘのものと同様であり、モータドライバ２２ｙの動作も２２ｘのものと同様である。
【００３５】
ロ−ル６を回転駆動しているとき、マイクロプロセッサを含むコントロ−ラ２１Ｒが、ロ−タリエンコ−ダＲｒが発生する電気パルスをカウントアップし、ロ−タリエンコ−ダＲｈが電気パルスを発生するとカウント値を０に初期化する。カウント値は、ロ−ル６の、回転角度基点からの回転角度を表わす。パソコン４１の、ソレノイド５３のオン／オフ指令は、ＣＰＵ２４およびコントロ−ラ２１Ｒを介してソレノイドドライバ２２Ｓに与えられ、ドライバ２２Ｓが、オン指令のときにはソレノイド５３に通電し、オフ指令が与えられると通電を停止する。コントローラ２１ｃはＣＰＵ２４の指示に応じて、レ−ザ照射ヘッド５１に接続した光ファイバにレ−ザを出射するＹＡＧレ−ザ光源１６には、電流・電圧および電源オン（通電）／オフ（通電停止）ならびにレ−ザ照射オン（出射）／オフ（停止）を指定する信号を与え、ＨＶＡＦ高速フレ−ム溶射ガン１にジェット燃料および酸化気体（主に空気）を圧送する流体供給装置１７には、流量，圧力およびオン（供給）／オフ（停止）を指示する信号を与え、溶射皮膜の原料である溶射材粉体をガン１に送給する粉体送給装置１８には供給速度およびオン（供給）／オフ（供給停止）を指示する信号を与える。ＣＰＵ２４には、入出力（Ｉ／Ｏ）ポート２３を介してコントローラ２１ｘ，２１ｙ，２１Ｒおよび２１ｃ、ならびに操作ペンダント８が選択的に接続される。この接続は、システムコントローラ２５を介してＣＰＵ２４が指定する。ＣＰＵ２４のアドレスバス，データバスにはＲＯＭ２６およびＲＡＭ２７が接続されている。システムコントローラ２５は、ＣＰＵ２４が指示する制御信号をＲＯＭ２６，ＲＡＭ２７および操作ペンダント８に与える。
【００３６】
再度図２を参照する。パソコン４１には２次元ディスプレイ４２ならびにキ−ボ−ドおよびマウス４３が接続されており、これら全体のコンピュ−タシステムが制御盤として構成され、パソコン４１に、オペレ−タ入力に対応して溶射スケジュ−ルを生成し、溶射スケジュ−ルに従って溶射機構を駆動し溶射を行なうプログラム、が格納されている。
【００３７】
図４に、該プログラムによって実現する機能を、オペレ−タの作業フロ−に従って示す。制御盤４０に電源が投入されてパソコン４１が電源オン応答の初期化を終えると、該プログラムが起動されて、ディスプレイに、溶射作業メニュ−が表示される。該メニュ−上の主な項目は、
溶射条件作成編集（溶射条件作成，溶射条件編集）
目標厚，ピッチ入力
溶射前計測
溶射
計測デ−タの編集
である。オペレ−タは、パソコン４１の表示メニュ−の「溶射条件作成編集」を選択して、その中のサブメニュ−の「溶射条件作成」又は「溶射条件編集」で溶射条件を生成又は編集して今回の溶射作業用に登録し、次に「目標厚，ピッチ入力」を選択して、溶射皮膜厚目標値，溶射のｘ軸スタ−ト位置Ｘｓ，エンド位置Ｘｅ，周方向サンプリングピッチＰｒおよびｘ方向サンプリングピッチＰｘを入力する。
【００３８】
次に操作ペンダント８の入力キ−を操作して溶射ガン１をｘ軸スタ−ト位置Ｘｓに設定し、そして「溶射前計測」を選択しその実行（スタ−ト）を指示する。これに応答してパソコン４１が、「溶射前距離計測」５を実行する。すなわち溶射前距離計測のプログラムを起動し、レ−ザ距離計（ヘッド５＋計測回路５ｐｃ）による、ロ−ル６周面の距離計測を行なって計測値を溶射前計測値テ−ブル（パソコン４１内部のメモリの一領域）に書込む。この内容は、図５を参照して後述する。この計測を終了するとパソコン４１は、自動的に「目標距離演算」６を実行して、溶射前計測値テ−ブルの各計測値を順次に読出して読出し値から溶射皮膜目標値を減算した値を目標値テ−ブルに書込む。これを終了するとパソコン４１が、目標距離設定の完了を報知する。
【００３９】
オペレ−タが「溶射」を選択しその実行（スタ−ト）を指示すると、パソコン４１が「溶射」７を実行する。この内容は、図６を参照して後述する。「計測デ−タの編集」８は、オペレ−タの指示（対話入力）に応じて、溶射前距離（溶射前計測値テ−ブルのデ−タ）および溶射各パスｉ直後の距離（ｉテ−ブルのデ−タ）を出力用に編集し、および又は、それらのデ−タに基づいて各パスの溶射皮膜厚および全パスの総皮膜厚を算出し出力用に編集するものであり、編集前，後のデ−タをディスプレイ４２に表示し、プリント出力指示に応じて外部接続のプリンタでプリントアウトする。
【００４０】
図５を参照して「溶射前距離計測」５の内容を説明する。この処理に進むとパソコン４１は、入力ボ−ド４３又は操作ペンダント８から計測スタ−ト指示が与えられるのを待ち、その間操作ペンダント８から溶射ガン１のｘ，ｙ駆動入力があるとこれに応答した溶射ガン駆動をＣＰＵ２４に許可する（ステップ５１，５２）。以下、カッコ内には、ステップという語を省略して、ステップＮｏ．数字のみを記す。
【００４１】
計測スタ−ト指示があるとパソコン４１は、溶射条件の中のロ−ル回転速度（指定値）Ｖroでの定速回転駆動を中継箱３０に指示し、ＣＰＵ２４がコントロ−ラ２１Ｒにこの定速回転を指定する（ステップ５３）。コントロ−ラ２１Ｒは、ロ−ラ６の回転駆動を開始し、その回転速度が略Ｖroに達して定速制御をスタ−トしたときに、速度レディを、ＣＰＵ２４に報知し、ＣＰＵ２４が通信コントロ−ラ９を介してこれをパソコン４１に報知する（ステップ５４）。これに応答してパソコン４１は、中継箱３０（のＣＰＵ２４）にＸｓへの溶射ガン駆動を指示し（ステップ５５）、ロ−タリエンコ−ダＲｈが、角度基点パルスＰＲｈを発生するのを待ち（５６）、それが発生するとロ−タリエンコ−ダＲｒが発生するパルスＰＲｒのカウントアップを開始し（５７）、カウント値がＤｒになるのを待つ（５８）。すなわち、ロ−ル６の周方向基点位置（回転角基点）が計測ヘッド５のねらい線に達するのを待つ。
【００４２】
カウント値がＤｒになると、パソコン４１は、溶射条件のｘ方向溶射ガン駆動速度（指定値）Ｖxoでの定速回転駆動を中継箱３０に指示する（５９）。次に、ロ−タリエンコ−ダＲｒ，Ｒｘが発生するパルスに応答してその発生数をカウントアップする、パソコン自身のＲｒ，Ｒｘ割込み処理、を許可（設定）し（６０）、溶射前計測値テ−ブルの書込みアドレスＡｄを初期化する（６１）。そして書込みアドレスＡｄを、書込み第１アドレスに進めてそこに、レ−ザ距離計（５＋５pc）の計測距離デ−タを書込む（６２）。Ｒｒ，Ｒｘ割込み処理を許可したことにより、ロ−タリエンコ−ダＲｒが１パルス発生するとカウントレジスタＣＲｒのカウントデ−タが１インクレメントされ、ロ−タリエンコ−ダＲｘが１パルス発生するとカウントレジスタＣＲｘのカウントデ−タが１インクレメントされる。レジスタＣＲｒのカウントデ−タはロ−ル６の回転量を示し、レジスタＣＲｘのカウントデ−タは、溶射ガン１のｘ方向の移動量を示す。
【００４３】
その後は、ロ−ル６の、周方向に１ピッチ（Ｐｒ°）分の回転量毎に、この回転量デ−タ（レジスタＣＲｒのデ−タＣＲｒ）を初期化して（６３，６４）、溶射前計測値テ−ブルの書込みアドレスＡｄを次に進めてそこに、レ−ザ距離計（５＋５pc）の計測距離デ−タを書込む（６５）。この繰返しにより、ロ−ル６の一周（第１ライン）上の、ヘッド５／ロ−ル表面間距離デ−タが、Ｐｒピッチで溶射前計測値テ−ブルに書込まれる。
【００４４】
この一周分の書込を終えたときに、ロ−タリエンコ−ダＲｈが１パルスを発生し、レジスタＣＲｘのデ−タの値ＣＲｘが１となる。これに応答してパソコン４１は、ロ−タリエンコ−ダＲｒが発生するパルスのカウントアップ（パルスＰＲｒ割込み）を禁止し（６７，６８）、レジスタＣＲｘのデ−タが、ｘ方向ピッチＰｘに等しくなるのを待ち（６９）、そうなるとレジスタＣＲｒ，ＣＲｘをクリアして（７０）、パルスＰＲｒ割込みを許可し（７１）、溶射前計測値テ−ブルの書込みアドレスＡｄを進めて、そこにレ−ザ距離計（５＋５ｐｃ）の計測距離デ−タを書込む（６２）。
【００４５】
その後は、ロ−ル６の、周方向に１ピッチ（Ｐｒ°）分の回転量毎に、この回転量デ−タ（レジスタＣＲｒのデ−タＣＲｒ）を初期化して（６３，６４）、溶射前計測値テ−ブルの書込みアドレスＡｄを次に進めてそこに、レ−ザ距離計（５＋５pc）の計測距離デ−タを書込む（６５）。この繰返しにより、ロ−ル６の一周（第２ライン）上の、ヘッド５／ロ−ル表面間距離デ−タが、Ｐｒピッチで溶射前計測値テ−ブルに書込まれる。上記第１ラインと第２ラインのｘ方向距離がｘピッチＰｘである。
【００４６】
パソコン４１は、上述の各一周の計測距離値の溶射前計測値テ−ブルの書込みを、溶射ガン１（ヘッド５）がｘ軸のＸｅ位置になるまで繰返す。そしてＸｅ位置になるとパソコン４１は、溶射ガン１のｘ駆動を停止し、ロ−ル６の回転駆動を停止する。
【００４７】
次にパソコン４１は、「目標距離演算」６（図４）に進んで、溶射前計測値テ−ブルの計測値を順次に読出して計測値より溶射皮膜目標値を差し引いた値を距離目標値として目標値テ−ブル（パソコン４１内のメモリの一領域）に書込む。次に、図６を参照して「溶射」７の内容を説明する。ここではまず、溶射ガン１より高速フレ−ム（燃焼ジェット）の噴射を開始しかつ溶射条件にて溶射材粉体の送給を行なって溶射材フレ−ムを噴射させる（７３，７４）。そしてスタ−ト指示があると、ロ−ル６を溶射条件の中の回転速度Ｖroで回転駆動する（７５，７６）。
【００４８】
ロ−ル６の回転速度がＶroに達すると、ソレノイド５３に通電してレ−ザ照射ヘッド５１を第１パス用の初期姿勢（Ｌbc１）に設定し、第１パス溶射後計測値テ−ブルを、距離計測値の書込みに定め（７７，７８）、溶射ガン１を開始位置Ｘｓに駆動し（７９）、レジスタＰＦＦをクリアする（８０）。なお以後においてレジスタＰＦＦのデ−タ０は、溶射皮膜厚目標値以上の溶射が終わっていることを意味し、デ−タ１は、溶射皮膜厚目標値未満（溶射の継続要）を意味する。その後は、ヘッド５１からのＹＡＧレ−ザの出射を開始し（８２）、そして上述の溶射前距離計測のときと同様に、溶射ガン１（およびヘッド５１，５）を、溶射条件の中のｘ駆動速度Ｖxoでｘ方向に駆動し（８１〜８４）、ロ−ル６の周方向にＰｒピッチで、距離計測値を第１パス溶射後計測値テ−ブルに書込み（８５〜８８）、同時に対応位置の距離目標値を目標値テ−ブルより読出して（８９）、今回の距離計測値＞距離目標値（溶射皮膜目標厚の溶射が完了していない）かをチェックして（９０）、そうであるとレジスタＰＦＦに１（溶射継続要）を書込む（９１）。以下、上述の溶射前距離計測のときと同様に、周方向Ｐｒピッチ、ｘ方向Ｐｘピッチで上述の距離計測値のテ−ブルへの書込みと距離計測値＞距離目標値のチェックを行なう（８７〜１００）。
【００４９】
そして溶射ガン１がエンド位置Ｘｅに達するとパソコン４１は、ヘッド５１からのレ−ザ出射は停止し、ソレノイド５３の通電を停止してレ−ザ照射ヘッド５１を、第２パス以降用の待機姿勢に戻し、次パス用の溶射後計測値テ−ブルを指定する（１０１）。そしてレジスタＰＦＦのデ−タをチエックして（１０２）、それが１（溶射皮膜目標厚の溶射が完了していない）であると、溶射ガン１を開始位置Ｘｓに戻して再度上述の、ステップ８０以下の、１パス溶射処理（８０〜１０１）を行なう。１パス溶射処理の開始時にレジスタＰＦＦをクリアして（８０）、そのデ−タを０（溶射皮膜目標厚の溶射が完了）に設定するが、１パス溶射（開始点Ｘｓ〜Ｘｅ）のサンプリング点の１つでも溶射が未完（距離計測値＞距離目標値）であると、そこでレジスタＰＦＦに１（溶射未完）を書込む（９０，９１）ので、その場合には次パスの溶射に進む（１０１−１０２−７９）。１パス溶射のサンプリング点のすべてで距離計測値≦距離目標値（溶射皮膜厚が目標値以上）であるとステップ９１のレジスタＰＦＦへのデ−タ１の書込みは実行しないので、レジスタＰＦＦのデ−タが０（溶射皮膜厚が目標値以上）に留まる。このときには、該パスを終了した時点で、溶射を停止する（１０２，１０３）。
【００５０】
「計測デ−タの編集」８では、パソコン４１がディスプレイ４２に、計測デ−タの編集メニュ−を表示する。その中に、パス毎溶射皮膜厚演算および総皮膜厚演算があり、オペレ−タが総皮膜厚演算を指定すると、パソコン４１はまず最終パス（ｉが最大値）の距離計測値テ−ブルと溶射前距離計測値テ−ブルとを指定して、両テ−ブル上の対応サンプリング点（同一Ａｄ）の計測値の差すなわち総皮膜厚を算出して総皮膜厚テ−ブルに書込むと共にディスプレイに表示する。パス毎溶射皮膜厚演算が指定され、パスＮｏ．ｊが入力されると、パソコン４１は、ｉ＝ｊの距離計測値テ−ブルとｉ＝ｊ−１の距離計測値テ−ブルを指定して、両テ−ブル上の対応サンプリング点の計測値の差すなわち第ｊパス溶射皮膜厚を算出して第ｊパス皮膜厚テ−ブルに書込むと共にディスプレイに表示する。オペレ−タは、ディスプレイに表示中のテ−ブル（デ−タ群）およびメモリ上のテ−ブル（デ−タ群）を指定してディスプレイ上でレイアウトおよび量表示形態（数字表示，グラフ表示）を編集し、プリント指示することができる。
【００５１】
−第２実施例−
第２実施例の機構概要を図７に示す。この第２実施例は、溶射基材３６を溶射ガン１でｘ，ｙ２次元走査する態様である。図７に示すようにｙ方向に一列に、ＨＶＡＦ高速フレ−ム溶射ガン１，レ−ザ照射ヘッド５１およびレ−ザ距離計測ヘッド５を配列し、それらを支持する水平ｙ梁２を、ｘ方向には比較的に高速で往復走査しつつｙ方向には低速で＋ｙ（一方向）走査することにより、あるいは、＋ｘ方向の往走査の終点で＋ｙ方向に所定短距離駆動し、そして−ｘ方向に復走査し、その終点で＋ｙ方向に所定短距離駆動し、そして＋ｘ方向の往走査をするという具合にｘ駆動とｙ駆動を交互に繰返すことにより、溶射対象材である基材３６に対する溶射２次元走査が実現する。この場合、２パス目以降のレ−ザ照射指向線Ｌｂｃ２の基材との交点は、図７に示す位置よりも、溶射ガン１のノズル直下に近付けることができるので、第１パスと第２パス目以降のいずれでも、溶射ガン１の溶射点に対して所望位置にレ−ザ照射点を定めることができる。
【００５２】
しかしレ−ザ距離計測ヘッド５による距離計測点はｙ方向にかなりずれ、ある位置を溶射してからその位置の距離計測値が得られるまでに、数回又は数十回分のｘ方向往復走査の遅れを生ずる。この遅れを短縮するためには、溶射ガン１の走行の後方に距離計測のためのヘッド５を位置決めしなければならない。上述のように溶射２次元走査する場合、＋ｘ方向の走査を終えて＋ｙ方向に所定短距離駆動し、そして−ｘ方向に走査するときには、レ−ザ距離計の距離計測ヘッド５を支持するア−ム３２を、溶射ガン１の噴射ノズルを中心に１８０度回転駆動する必要がある。
【００５３】
このような回転駆動を自動で円滑かつ高速で行なうために、第２実施例（図７）では、リング状の平歯車を、溶射ガン１廻りには回動自在にして溶射ガンキャリッジ２で吊り支持し、平歯車にヘッド支持ア−ム３２を固着し、平歯車に噛合う小径ギアを電気モ−タＭｒで回転駆動するようにした。
【００５４】
この第２実施例の溶射システムは、大略で図２に示すものと同様であるが、図２上の回転駆動機構１２を、図７に示すア−ム３２を回転駆動する機構（上述の平歯車，小径ギアおよび電気モ−タＭｒ）に置換したものとなる。第２実施例の溶射システムで用いられる中継箱３０も図３に示すものと同様であるが、図３上のモ−タＭｒおよびロ−タリエンコ−ダＲｒ，Ｒｈは、図７上に示すものとなる。
【００５５】
図８に、ｘ方向一走査毎にヘッド支持ア−ム３２を１８０度旋回駆動する態様の平面図を示す。図８上に実線で示すように、＋ｘ方向に走査移動するときにはア−ム３２をｘ軸に平行かつ走査移動方向に関して溶射ヘッド１の後方とし、−ｘ方向に走査移動するときには図８上に仮想線（２点鎖線）で示すように、ア−ム３２を、溶射ヘッド１を中心に１８０度旋回駆動した位置とすることにより、ｘ走査各ラインの溶射後の距離を該ラインの溶射中に計測することができる。
【００５６】
この態様での「溶射前距離計測」５は、溶射作業のときと同じく、溶射ガン１を溶射軌跡に沿って自動駆動しつつ、設定位置でア−ム３２を１８０°旋回駆動し、設定されたサンプリングピッチでレ−ザ距離計（ヘッド５＋計測回路５pc）の計測値を読込んでメモリに書込む。ただし、溶射ガン１は溶射付勢しない。ヘッド５１はレ−ザを出射しない。また、サンプリング領域を溶射領域始点（Ｘｓ，Ｙｓ）と終点（Ｘｅ，Ｙｓ）を対角コ−ナとする矩形領域とし、その外は計測値サンプリングのマスク領域とする。そして溶射ガン１のｘ，ｙ位置からヘッド５のｘ，ｙ位置を算出して、ヘッド位置が該矩形領域内にあることを条件に、距離計測値を読込む。
【００５７】
この態様での「溶射」７は、溶射ガン１より溶射流を噴射しヘッド５１からレ−ザを出射しつつ溶射ガン１をｘ，ｙ２次元走査し、かつ、上記「溶射前距離計測」５と同じ態様でレ−ザ距離計（ヘッド５＋計測回路５pc）の計測値を読込んでメモリに書込むと共に、目標距離と比較する。第２実施例の溶射システムのその他の構成および機能は、上述の第１実施例の溶射システムと同様である。
【００５８】
なお、すでに触れたが、図７に示すように、溶射ガン１を＋ｘ方向に往走査しその終点で＋ｙ方向に短距離駆動し、そして−ｘ方向に復走査しその終点で＋ｙ方向に短距離駆動し、この走査を繰返してｘ，ｙ２次元走査する場合、溶射ガン１の走査方向（＋ｘ／−ｘ）が変わっても、ヘッド５を走査方向の後方に置くための旋回駆動は不要である。この態様のみでよい場合には、ヘッド支持ア−ム３２を溶射ガンキャリッジ２に固定し、ア−ム３２を回転駆動するための機構は省略する。これにより、溶射ガン１周りの機構が簡易になる。
【００５９】
なお、図７および図８に２点鎖線で示す、溶射ガン１用の走査領域を、始点（Ｘｓ，Ｙｓ）と終点（Ｘｅ，Ｙｓ）を対角コ−ナとする矩形領域に設定してその外を距離計測値サンプリングのマスク領域とすると、溶射ガン１が実質上該矩形領域内で移動するので、溶射ガン１／ヘッド５間距離分該矩形領域の境界から内側の領域の距離計測が行なわれない。この距離計測をも行なうためには、溶射ガン１を、該矩形領域よりも溶射ガン１／ヘッド５間距離分外側まで余分に移動させればよい。しかし、溶射ガン１の走査移動領域（前記矩形領域）の一部の溶射皮膜厚計測値が得られなくても、溶射装置の実用性は損なわれない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の機構の概要を示す斜視図である。
【図２】図１に示す機構を駆動する溶射システムの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す中継箱３０の電気要素と図１に示す機構に組込まれた電気モ−タおよびロ−タリエンコ−ダとの組合せ構成を示すブロック図である。
【図４】図２に示す溶射システムを使用するオペレ−タの作業フロ−に従って、図２に示すパソコン４１の機能を示すフロ−チャ−トである。
【図５】図４に示す「溶射前距離計測」５の内容を示すフロ−チャ−トである。
【図６】図４に示す「溶射」７の内容を示すフロ−チャ−トである。
【図７】本発明の第２実施例の機構の概要を、簡便な距離計測を行なう態様に設定した状態で示す斜視図である。
【図８】図７に示す機構を、溶射から距離計測までの遅れを短縮する態様で示す平面図である。
【符号の説明】
１：溶射溶射ガン２：溶射ガンキャリッジ
３：ｘ梁４ａ，４ｂ：ｙ梁
５：距離計測ヘッド６：ロ−ル（溶射基材）
７ａ，７ｂ：軸Ｍ，Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｒ：電気モ−タ
Ｒx,Ｒy,Ｒr,Ｒh：ロ−タリエンコ−ダ
Ｌxo,Ｌxe,Ｌyo,Ｌye：リミットスイッチ
３２：ヘッド支持ア−ム３６：溶射基材
５１：レ−ザ照射ヘッド５３：ソレノイド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a thermal spraying method in which a high-speed flame spraying which places a thermal spray material on a high-temperature, high-speed combustion flame with a thermal spray gun and collides with a thermal spray base material and YAG laser irradiation for melting the thermal spray coating are performed simultaneously in parallel. .
[0002]
[Prior art]
  Thermal spraying methods for forming various functional coatings on a metal surface or the like (base material) include gas spraying, arc spraying, plasma spraying, and high-speed flame spraying. The properties of the film formed for these purposes are wear resistance, lubricity, heat resistance, slipperiness, and the like. Gas spraying or arc spraying with a low spraying temperature is suitable for metal spraying with a relatively low melting point, and high-temperature plasma spraying can also spray ceramics and Mo powders of high melting point materials. High-speed flame spraying forms a film by colliding powder with a substrate by a high-speed flow (jet) using combustion.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  In any of the above thermal spraying methods, the formation of pores in the coating is inevitable, and there are difficulties in the denseness of the coating and the adhesion to the substrate. Plasma spraying can spray high-melting-point materials, but in the melting in the air, the oxidation of the flying powder occurs due to the entrainment of air, so the film can obtain the properties of the original high-melting-point material. There was a drawback of not. One way to improve these is to apply plasma spraying to CO.₂ A composite (hybrid) thermal spraying method combining a laser or a YAG laser is performed. All of these examples are research / laboratory attempts, and in order to obtain an ideal film, the air is eliminated in the vacuum chamber or inert gas (Ar, etc.) in order to avoid oxidation of the film. Thermal spraying is performed in a substituted atmosphere. For this reason, a decompression chamber is necessary, and in the case of a large thermal spray target, a large decompression chamber is necessary.TheI don't get it. Further, when replacing with an inert gas, a gas corresponding to the size of the decompression chamber is consumed.
[0004]
  The first object of the present invention is to achieve thermal spraying in the air and to increase the adhesion of the film to the base material, and to form a dense film as the second object. A third object is to reliably form a film.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  In the high-speed flame spraying method, a thermal spray powder is placed on a high-speed, high-temperature air stream using combustion and is made to collide with a substrate by melting or semi-melting (depending on the melting point of the powder). High-speed flame spraying methods include HVOF (High Velocity Oxy Fuel), which uses oxygen as an oxidant for combustion, and HVAF (High Velocity Air Fuel), which uses air. The denseness is relatively good. Compared with HVOF, which uses oxygen as an auxiliary combustor, thermal spraying by HVAF uses air as an auxiliary combustor, so that the thermal spray coating is very little oxidized, and a good coating can be obtained even in the atmosphere.
[0006]
  However, since the combustion temperature of HVAF is about 2400 ° K, HVAF high-speed flame spraying is not suitable for spraying high melting point materials. When high melting point material is sprayed by HVAF, the material powder cannot be melted, and the formed film is in a state where powdered powder is laminated, lacks adhesion to the base material, and there is no denseness and bonding between the powder particles . Therefore, laser beam irradiation is used in combination. With this combination, refractory metals Mo (molybdenum), W (tungsten), refractory ceramics ZrO₂(Zirconia), MgO (magnesia), AL₂O_ThreeA highly functional film of (alumina) excellent in denseness without oxidation, adhesion to the substrate, and the like can be obtained.
[0007]
  The YAG laser has a wavelength that allows power to be transmitted through an optical fiber (fiber core diameter: φ0.6 to 1.0 mm), so it has a converging tip (having an optical lens system, which focuses and irradiates a laser beam. Head)) can be moved freely and flexibly. High-performance sprayed coating (dense coating, adhesion of substrate, etc.) can be obtained with a simple system by laser-assisted high-speed flame spraying (composite, hybrid) combining HVAF and YAG laser with such characteristics. I can do it.
[0008]
  By the way, when laser irradiation is performed on the thermal spray coating, if laser irradiation is performed on the surface of the coating after the surface temperature is lowered after the coating is formed, cracking occurs due to rapid heating. In the first pass high-speed flame spraying, laser irradiation is simultaneously performed on the sprayed position, so that there is no formation of cracks or pores and adhesion of the sprayed coating to the base material is improved. After the second pass, laser irradiation is performed immediately after thermal spraying. In this case, the surface of the film is dense without cracking. The standard spraying conditions for HVAF are a speed of 200 mm / sec and a formed film thickness of 15 μm / 1 pass. The output of the simultaneously moving YAG laser beam needs to be an output corresponding to this speed. Further, it is necessary to shift the focus position (defocus) in order to widen the irradiation range. From the above, the output of the YAG laser requires 4 to 5 kW from the required input heat amount per unit area. This high-capacity laser beam can be guided to the laser irradiation head by an optical fiber having a core diameter of φ1.0 mm.
[0009]
  A further effect can be obtained by changing the angle of the laser irradiation head with respect to the high-speed frame spray gun by the spray coating layer. That is, an angle adjustment mechanism for the spray gun of the laser irradiation head is provided. For example, in the first pass, the YAG laser is irradiated simultaneously with the film formation at the position where the spray coating is formed, and in the second and subsequent passes, high-speed frame spraying is performed. Immediately after forming the thermal spray coating, the thermal spray coating is irradiated with a YAG laser. The angle change for this may be stepwise or continuous.
[0010]
  Further, in order to apply the laser-assisted high-speed flame spraying method to an actual spraying object, it is preferable that the spraying scanning direction is free.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  (1) In the first embodiment of the present invention,Prior to spraying, high-speed flame spray gun (1) And YAG laser irradiation head (51) Supporting member (2) And thermal spray substrate (6/36) At least one of (2) The other (6/36) Driven relative to the support member (2) Distance measuring device supported by (Five) Sprayed substrate (6/36) Measure each distance of multiple points;
  Spray gun in the atmosphere (1) High speed frame sprayed by spray (6/36) The support member so as to scan (2) And thermal spray substrate (6/36) Driving at least one of them relative to the other,The spray gun (1) places a spray material on a high-temperature, high-speed combustion flame, and melts it in a semi-molten state or impinges it on the spray substrate (6/36), and a YAG layer that melts this spray coating. The YAG laser is simultaneously applied to the position where the sprayed coating is formed by high-speed flame spraying.A distance measuring device for measuring the distance of the surface of the sprayed substrate scanned by the high speed frame and the YAG laser. (Five) Determine whether the spray coating thickness has reached the target value according to the value measured prior to spraying, the current measurement value, and the spray coating thickness target valueTo do.
[0012]
  In addition, in order to make an understanding easy, the code | symbol of the corresponding element or the corresponding matter of the Example shown in drawing and mentioned later is added in the parenthesis for reference. The same applies to the following.
[0013]
  According to this, there is no formation of cracks or pores, and the adhesion of the sprayed coating to the base material is improved.Thermal spray substrate before thermal spraying (6/36) The difference between the measured distance value and the measured distance after spraying is the spray coating thickness. When this difference is compared with the spray coating thickness target value, the required film thickness is obtained when the difference is greater than the target value. can do. Distance measurement is performed automatically before and during spraying, and the above-mentioned difference is equal to or greater than the target value in real time during spraying. A thick sprayed coating can be reliably formed.
[0014]
  (2) In the second embodiment of the present invention, a high-speed frame in which a spray material is placed on a high-temperature, high-speed combustion flame with a spray gun (1) and collides with a sprayed substrate (6/36) in a molten or semi-molten state. In parallel with thermal spraying and YAG laser irradiation (51) that melts this thermal spray coatingIn the atmosphereWhen performing high-speed flame spraying in the first pass, the YAG laser is irradiated at the same time as the coating is formed at the position where the sprayed coating is to be formed. In the second and subsequent passes, the sprayed coating is formed by high-speed frame spraying. Immediately after the irradiation, the sprayed coating is irradiated with a YAG laser.
[0015]
  According to this, there is no formation of cracks or pores in the thermal spraying of the first pass, and the adhesion of the thermal spray coating to the base material is improved. In the second and subsequent passes, a dense coating surface is obtained.
[0016]
  (3) In the third embodiment of the present invention, prior to the spraying operation, the member (2) for supporting the high-speed frame spray gun (1) and the YAG laser irradiation head (51) and the spray base material (6 At least one (2) of (36) is driven relative to the other (6/36), and the sprayed substrate (6/36) is measured by the distance measuring device (5) carried by the support member (2). 36) measure each distance of multiple points;
  During the spraying operation, at least the support member (2) and the sprayed substrate (6/36) are scanned so that the high-speed frame sprayed by the spray gun (1) scans the sprayed substrate (6/36). While driving one relative to the other, the distance of the sprayed substrate surface scanned by the high-speed frame and the YAG laser was measured with the distance measuring device (5) and measured prior to the spraying operation. It is determined whether the spray coating thickness has reached the target value in accordance with the value, the current measurement value, and the spray coating thickness target value.
[0017]
  According to this, the difference between the distance measurement value of the sprayed substrate (6/36) before the spraying operation and the distance measurement value after the start of spraying is the spray coating thickness, and this difference is the spray coating thickness target value. By comparison,Difference is above target valueThe required film thickness can be obtained. Both distance measurement before and during thermal spraying work is performed automatically andDifference is above target valueSince this determination is executed in real time during the spraying operation, the labor for controlling the thickness of the sprayed coating is drastically reduced, and a sprayed coating having the required thickness can be reliably formed.
[0018]
  (4) A high-speed flame spray gun (1) in which a thermal spray material is placed on a high-temperature, high-speed combustion flame and collides with the sprayed substrate (6/36) in a molten or semi-molten state.
  A member (2) for supporting the spray gun (1);
  A YAG laser irradiation head (51) supported by the support member (2);
  At least the support member (2) and the sprayed substrate (6/36) are scanned so that the high-speed frame sprayed by the high-speed frame spray gun (1) scans the sprayed substrate (6/36). Scanning means for driving one (2) relative to the other (6/36) (FIG. 3); and
  The YAG laser irradiation head (51) is positioned so that its directional line (Lbc1 / Lbc2) intersects a collision point on the spray base of the high-speed frame sprayed by the high-speed frame spray gun (1). And attitude control means (53, 30) for setting the attitude to cross the sprayed coating behind the collision point with respect to scanning movement;
A laser-assisted high-speed flame spraying apparatus.
[0019]
  (5) A laser assist further comprising a measuring instrument (5) supported by the support member (2) in order to detect the thickness of the sprayed coating irradiated with the laser by the YAG laser irradiation head (51). High speed flame spraying equipment.
[0020]
  (6) The spray gun (1) further includes a member (32) supported by the gun support member (2) and rotatably supporting the measuring instrument (5) about the spray nozzle. Laser assist high speed flame spraying equipment.
[0021]
  According to this, when the thermal spray gun (1) is scanned in the x direction, the thermal spray gun (1) and the measuring instrument (5) are arranged in the x direction and are located behind the thermal spray gun (1) in the scanning direction. Thus, the rotation angle of the measuring instrument support member (32) can be set, and when changing the spray gun (1) to y-direction scanning, the spray gun (1) and the measuring instrument (5) Since the rotation angle of the measuring instrument support member (32) can be set so as to be arranged in the y direction and behind the spray gun (1) in the scanning direction, the degree of freedom in selecting the scanning direction is increased. .
[0022]
  (7) A laser-assisted high-speed frame spraying device further comprising: an electric mechanism (FIG. 7) for rotationally driving the measuring instrument support member (32) around the spray nozzle of the spray gun (1).
[0023]
  According to this, for example, a short x forward scan is performed next to a long y forward scan, then a long y backward scan is performed, and then a short x forward scan is performed. Thus, such a y forward scan + x forward scan + y backward scan is performed. When repeatedly scanning with an arcuate trajectory or zigzag scanning, the measuring instrument support member (32) is rotated 180 degrees at the end of the y forward scan (or the start of the y backward scan). The measuring instrument (5) located behind the scan can be automatically driven behind the scan even in the y backward scan.
[0024]
  Other objects and features of the present invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the drawings.
[0025]
【Example】
  -1st Example-
  FIG. 1 shows the appearance of the first embodiment of the present invention. In this embodiment, there are two horizontal y-beams 4a and 4b above the floor, and a horizontal x-beam 3 is coupled to these horizontal x-beams 3 so as to be movable in the y-direction. The gun carriage 2 is coupled, and the carriage 2 supports the HVAF high-speed frame spray gun 1. The carriage 2 and the horizontal x beam 3 are equipped with an electric x driving device for driving the carriage 2 in the x direction, but the mechanism is not shown. The electric motor of the electric x drive device is simply denoted as M on FIG. 2 and Mx on FIG.
[0026]
  The horizontal x beam 3 and the horizontal y beams 4a and 4b are equipped with an electric y driving device for driving the horizontal x beam 3 in the y direction, but the illustration of the mechanism is also omitted. The electric motor of the electric y driving device is simply expressed as M on FIG. 2 and My on FIG. The high-speed frame spray gun 1 (downward HVAF high-speed frame injection nozzle) can be positioned at an arbitrary point on the x, y plane of a predetermined size at a predetermined position by these x, y driving devices.
[0027]
  An arm 32 is fixed to the gun carriage 2, a measuring head 5 of a laser distance meter is fixed to the tip of the arm 32, and a YAG laser irradiation head is located in the middle of the arm 32. 51 is supported by the arm 32. The laser irradiation directing line (center line) of the head 51 is on the y, z plane where the center line of the downward spray nozzle of the thermal spray gun 1 is located, and the aim line of the measuring head 5 (on the y, z plane) There is also a center line of the head 5).
[0028]
  The YAG laser irradiation head 51 is rotatable about a pin extending in the x direction so that the laser irradiation directional line of the head 51 can rotate about the x axis on the y, z plane. In general, the plunger is pushed by the repulsive force of the compression coil spring of the solenoid (electromagnetic coil device) 53, and the head 51 is forced to rotate through the arm connected to the plunger. The irradiation directing line is at the position of Lbc2. This posture of the head 51 is a standby posture that is set when spraying after the second pass. When the solenoid 53 is energized, the plunger is pulled downward against the repulsive force of the compression coil spring by the magnetic force generated by the electric coil, whereby the head 51 rotates counterclockwise and the laser is moved. The irradiation directing line is at the position of Lbc1. The directivity line Lbc1 intersects the surface of the roll 6 that is the base material to be sprayed at a position facing the nozzle center of the spray gun 1. This posture of the head 51 is an initial posture set when spraying the first pass.
[0029]
  In the embodiment shown in FIG. 1, there is a roll support stand (not shown) on the floor, and there is a shaft chuck with an electric rotational drive mechanism. By this shaft chuck, the shaft 7a of the roll 6 which is a thermal spray base. , 7b are fixedly supported. The shaft chuck is rotationally driven by an electric motor (Mr in FIGS. 2 and 3) of the electric rotation driving mechanism, whereby the roll 6 which is a thermal spray base material rotates. The HVAF high-speed flame spray gun 1 is located above the uppermost portion (vertex) of the drum-like peripheral surface of the roll 6.
[0030]
  The distance measurement target line (the center line of the head 5) of the measuring distance 5 of the laser distance meter is orthogonal to the center line of the roll 6. During spraying, the roll 6 is rotationally driven in the direction of the arrow near the reference numeral 7a (hereinafter referred to as the counterclockwise direction), and the roll surface facing the nozzle of the gun 1 is then rolled. When the 6 rotates by an angle Dr (°), it reaches the aiming line of the measuring head 5 and crosses it. In other words, the measuring head 5 is located rearward (in the direction of Dr ° behind the rotation angle) with respect to the rotation of the roll 6 that is the thermal spray base, that is, scanning of the thermal spray base. The laser irradiation head 51 aims at the roll surface facing the nozzle of the gun 1 during the first pass spraying (Lbc1), but the laser facing the nozzle of the gun 1 during the second and subsequent passes. Aim at the roll plane between the roll plane and the distance measurement point of the measuring head 5 (Lbc2).
[0031]
  The thermal spraying mechanism shown in FIG. 1 is a part of the thermal spraying system shown in FIG. A personal computer 41 is connected to the electrical device of the junction box 30 as a host, and this personal computer 41 gives welding conditions and control commands to the electrical device of the junction box 30 according to the thermal spray schedule.
[0032]
  In FIG. 3, the outline | summary of the electrical element of the junction box 30 is shown. The x and y drive mechanisms of the gun 1 described above are provided with the start limit switches Lxo and Lyo and the end limit switches Lxe and Lye that define the range of motion, respectively, and when the gun 1 is at a position corresponding to the start end of each mechanism. The start limit switch is open and the end limit switch is closed. When the gun 1 is between the start end position and the end end position, both switches are closed. When the gun 1 is at the end position of each mechanism, the start end limit switch is closed. The switch is closed and the end limit switch is open.
[0033]
  The rotary encoders Rx, Ry, and Rr are coupled to the rotation shafts of the electric motors Mx, My, and Mr of the x, y moving mechanism and the substrate rotation driving mechanism, respectively. One electrical pulse is generated per rotation of the motor at a predetermined small angle. Further, the substrate rotation driving mechanism is provided with a rotary encoder Rh for detecting a rotation angle base point for generating one electric pulse for each rotation of the roll 6.
[0034]
  When the gun 1 is driven to scan, the controllers 21x and 21y including the microprocessor generate electric power generated by the rotary encoders Rx and Ry when the electric motors Mx and My are energized forward. The pulse is counted up, and when the reverse rotation is energized, the electric pulse generated by the rotary encoders Rx and Ry is counted down. When the start limit switches Lxo and Lyo are open, the count value is cleared (the count data is changed). 0). For example, when the controller 21x is powered on, it checks whether the start limit switch Lxo is open (the x position of the gun 1 is the start position) and is closed (not at the start position). If this is the case, the motor driver 22x is instructed to rotate the motor in reverse, and the motor driver 22x closes the reverse energization circuit. Since the reverse limit energization circuit includes the start limit switch Lxo and is closed, a reverse current flows through the electric motor Mx and the electric motor Mx rotates in the reverse direction. When the start limit switch Lxo is opened due to the reverse rotation, the reverse energization circuit is opened, the reverse current to the electric motor Mx is interrupted, and the electric motor Mx is stopped. On the other hand, when the start end limit switch Lzo is switched from closed to open, the controller 1x cancels the reverse rotation instruction to the motor driver 22x and clears the x movement position register (one area of the internal RAM of the microprocessor). Here, the x movement position of the spray gun 1 is at the start of the x movement range, and the data in the x movement position register indicates 0 (base point). The operation of the controller 21y is the same as that of 21x, and the operation of the motor driver 22y is the same as that of 22x.
[0035]
  When the roller 6 is driven to rotate, the controller 21R including the microprocessor counts up the electric pulse generated by the rotary encoder Rr, and the rotary encoder Rh generates an electric pulse. The count value is initialized to 0. The count value represents the rotation angle of the roll 6 from the rotation angle base point. An on / off command for the solenoid 53 of the personal computer 41 is given to the solenoid driver 22S via the CPU 24 and the controller 21R. When the driver 22S is an on command, the solenoid 53 is energized. To stop. In response to an instruction from the CPU 24, the controller 21c supplies current / voltage and power on (energization) / off (energization) to the YAG laser light source 16 that emits the laser to the optical fiber connected to the laser irradiation head 51. A fluid supply device 17 for supplying jet fuel and oxidizing gas (mainly air) to the HVAF high-speed flame spraying gun 1 by giving a signal designating laser beam on (exit) / off (stop). Supplies a flow rate, a pressure, and a signal instructing ON (supply) / OFF (stop), and supplies the spray material powder, which is a raw material of the spray coating, to the gun 1 with a supply speed and Gives a signal indicating ON (supply) / OFF (supply stop). Controllers 21x, 21y, 21R and 21c and the operation pendant 8 are selectively connected to the CPU 24 via an input / output (I / O) port 23. This connection is designated by the CPU 24 via the system controller 25. A ROM 26 and a RAM 27 are connected to the address bus and data bus of the CPU 24. The system controller 25 gives a control signal instructed by the CPU 24 to the ROM 26, the RAM 27 and the operation pendant 8.
[0036]
  Refer to FIG. 2 again. A personal computer 41 is connected to a two-dimensional display 42, a keyboard and a mouse 43, and the entire computer system is configured as a control panel. The thermal spray schedule corresponding to the operator input is stored in the personal computer 41. A program for generating a spray and driving the spraying mechanism according to the spraying schedule to perform spraying is stored.
[0037]
  FIG. 4 shows the functions realized by the program according to the operator's work flow. When power is turned on to the control panel 40 and the personal computer 41 finishes initialization of the power-on response, the program is started and a spraying operation menu is displayed on the display. The main items on the menu are:
            Spraying condition creation edit (spraying condition creation, spraying condition edit)
            Target thickness and pitch input
            Measurement before spraying
            Thermal spraying
            Editing measurement data
It is. The operator selects “spraying condition creation / edit” from the display menu of the personal computer 41, and generates or edits the spraying condition by “spraying condition creation” or “spraying condition edit” in the sub-menu. Next, select "Target thickness, pitch input", and select the target value of spray coating thickness, x-axis start position Xs of spraying, end position Xe, circumferential sampling pitch Pr and x direction The sampling pitch Px is input.
[0038]
  Next, the input key of the operation pendant 8 is operated to set the spray gun 1 to the x-axis start position Xs, and "Measurement before spraying" is selected and its execution (start) is instructed. In response to this, the personal computer 41 executes “pre-spray distance measurement” 5. That is, a pre-spray distance measurement program is started, and the distance measured on the circumferential surface of the roll 6 is measured by a laser distance meter (head 5 + measurement circuit 5pc), and the measured value is stored in a pre-spray measured value table (PC 41). Write to one area of internal memory. This content will be described later with reference to FIG. When this measurement is completed, the personal computer 41 automatically executes “target distance calculation” 6 to sequentially read out the measured values of the measurement value table before spraying and subtract the spray coating target value from the read value. Is written in the target value table. When this is finished, the personal computer 41 notifies the completion of the target distance setting.
[0039]
  When the operator selects “spraying” and instructs execution (start), the personal computer 41 executes “spraying” 7. This content will be described later with reference to FIG. “Editing of measurement data” 8 is performed in accordance with the operator's instruction (dialog input), the distance before spraying (data of the measured value table before spraying) and the distance immediately after each spray i (i Table data) is edited for output and / or based on these data, the sprayed coating thickness of each pass and the total coating thickness of all passes are calculated and edited for output. The data before and after editing are displayed on the display 42 and printed out by an externally connected printer in response to a print output instruction.
[0040]
  The content of “distance measurement before spraying” 5 will be described with reference to FIG. When proceeding to this process, the personal computer 41 waits for a measurement start instruction from the input board 43 or the operation pendant 8, and during that time, if there is an x, y drive input of the spray gun 1 from the operation pendant 8. Responsive spray gun drive is permitted to the CPU 24 (steps 51 and 52). In the following, the word “step” is omitted in parentheses, and step no. Write numbers only.
[0041]
  When there is a measurement start instruction, the personal computer 41 instructs the relay box 30 to drive at a constant speed at the roll rotation speed (specified value) Vro in the spraying conditions, and the CPU 24 instructs the controller 21R to perform this constant rotation. A fast rotation is designated (step 53). The controller 21R starts to rotate the roller 6, and when the rotation speed reaches approximately Vro and starts constant speed control, the controller 24R notifies the CPU 24 of the speed ready, and the CPU 24 communicates with the communication controller. -This is notified to the personal computer 41 via LA 9 (step 54). In response to this, the personal computer 41 instructs the relay box 30 (CPU 24) to drive the spray gun to Xs (step 55) and waits for the rotary encoder Rh to generate the angle reference pulse PRh ( 56) When this occurs, the rotary encoder Rr starts counting up the pulse PRr generated (57), and waits for the count value to become Dr (58). That is, it waits for the circumferential base point position (rotation angle base point) of the roll 6 to reach the target line of the measuring head 5.
[0042]
  When the count value becomes Dr, the personal computer 41 instructs the relay box 30 to drive at a constant speed at the x-direction spray gun drive speed (specified value) Vxo of the spray conditions (59). Next, in response to the pulses generated by the rotary encoders Rr and Rx, the personal computer's own Rr and Rx interrupt processing is counted up (60), and the measured values before spraying are counted. The table write address Ad is initialized (61). Then, the write address Ad is advanced to the write first address, and the measurement distance data of the laser distance meter (5 + 5 pc) is written therein (62). By permitting the Rr, Rx interrupt processing, when one pulse of the rotary encoder Rr is generated, the count data of the count register CRr is incremented by one, and when one pulse of the rotary encoder Rx is generated, the count register CRx The count data is incremented by one. The count data in the register CRr indicates the amount of rotation of the roll 6, and the count data in the register CRx indicates the amount of movement of the spray gun 1 in the x direction.
[0043]
  Thereafter, this rotation amount data (data CRr of register CRr) is initialized for each rotation amount of one pitch (Pr °) in the circumferential direction of the roll 6 (63, 64), Next, the write address Ad of the measurement value table before spraying is advanced, and the measurement distance data of the laser distance meter (5 + 5 pc) is written (65). By repeating this operation, the head 5 / roll surface distance data on one turn (first line) of the roll 6 is written in the measurement value table before spraying at the Pr pitch.
[0044]
  When the writing for one round is completed, the rotary encoder Rh generates one pulse, and the data value CRx of the register CRx becomes 1. In response to this, the personal computer 41 prohibits counting of pulses generated by the rotary encoder Rr (pulse PRr interrupt) (67, 68), and the data in the register CRx is equal to the pitch Px in the x direction. (69), then the registers CRr and CRx are cleared (70), the pulse PRr interrupt is permitted (71), the write address Ad of the measurement value table before spraying is advanced, and the label is stored there. The measurement distance data of the distance meter (5 + 5 pc) is written (62).
[0045]
  Thereafter, this rotation amount data (data CRr of register CRr) is initialized for each rotation amount of one pitch (Pr °) in the circumferential direction of the roll 6 (63, 64), Next, the write address Ad of the measurement value table before spraying is advanced, and the measurement distance data of the laser distance meter (5 + 5 pc) is written (65). By repeating this operation, the head 5 / roll surface distance data on one rotation (second line) of the roll 6 is written in the measurement value table before spraying at the Pr pitch. An x-direction distance between the first line and the second line is an x pitch Px.
[0046]
  The personal computer 41 repeats the writing of the measurement value table before spraying of the measurement distance value of each round described above until the spray gun 1 (head 5) is in the Xe position on the x axis. At the Xe position, the personal computer 41 stops the x drive of the spray gun 1 and stops the rotation of the roll 6.
[0047]
  Next, the personal computer 41 proceeds to “target distance calculation” 6 (FIG. 4), sequentially reads the measurement values in the measurement value table before spraying, and subtracts the spray coating target value from the measurement value to obtain the distance target value. As a target value table (one area of memory in the personal computer 41). Next, the content of “thermal spraying” 7 will be described with reference to FIG. Here, first, spraying of a high-speed frame (combustion jet) is started from the spray gun 1, and spray powder is supplied under spraying conditions to spray the spray frame (73, 74). When a start instruction is issued, the roll 6 is rotationally driven at the rotational speed Vro in the spraying conditions (75, 76).
[0048]
  When the rotational speed of the roll 6 reaches Vro, the solenoid 53 is energized to set the laser irradiation head 51 to the initial posture for the first pass (Lbc1), and the measurement value table after the first pass spraying. Is set to write the distance measurement value (77, 78), the spray gun 1 is driven to the start position Xs (79), and the register PFF is cleared (80). In the following, data 0 in the register PFF means that the thermal spraying of the thermal spray coating thickness target value or more has been completed, and data 1 means less than the thermal spray coating thickness target value (necessary to continue thermal spraying). . Thereafter, emission of the YAG laser from the head 51 is started (82), and the spray gun 1 (and the heads 51 and 5) are set in the spraying conditions in the same manner as in the above-described pre-spray distance measurement. Drive in the x direction at the x drive speed Vxo (81-84), write the distance measurement value to the measurement value table after the first pass spraying at the Pr pitch in the circumferential direction of the roll 6 (85-88), At the same time, the distance target value of the corresponding position is read from the target value table (89), and it is checked whether the current distance measurement value> distance target value (spraying of the thermal spray coating target thickness is not completed) (90). If so, 1 (necessary to continue spraying) is written in the register PFF (91). Thereafter, similarly to the above-mentioned distance measurement before thermal spraying, the above-mentioned distance measurement value is written in the table at the circumferential direction Pr pitch and the x direction Px pitch, and the distance measurement value> distance target value is checked (87). ~ 100).
[0049]
  When the spray gun 1 reaches the end position Xe, the personal computer 41 stops laser emission from the head 51, stops energization of the solenoid 53, and makes the laser irradiation head 51 stand by for the second and subsequent passes. Returning to the posture, a post-spray measurement value table for the next pass is designated (101). Then, the data in the register PFF is checked (102), and if it is 1 (spraying of the spray coating target thickness is not completed), the spray gun 1 is returned to the start position Xs and again the above-described step. One pass spraying process (80 to 101) of 80 or less is performed. At the start of the one-pass spraying process, the register PFF is cleared (80), and the data is set to 0 (spraying of the spray coating target thickness is completed), but sampling of one-pass spraying (starting points Xs to Xe) is performed. If spraying is incomplete at one of the points (distance measurement value> distance target value), 1 (spraying incomplete) is written in the register PFF (90, 91), and in this case, the process proceeds to the next pass spraying. (101-102-79). If the distance measurement value ≦ distance target value (the thermal spray coating thickness is equal to or greater than the target value) at all sampling points for one-pass spraying, the writing of data 1 to the register PFF in step 91 is not executed. -Stays at 0 (spray coating thickness is above target value). At this time, thermal spraying is stopped when the pass is completed (102, 103).
[0050]
  In “edit measurement data” 8, the personal computer 41 displays a measurement data edit menu on the display 42. Among them, there are spray coating thickness calculation and total coating thickness calculation for each pass, and when the operator specifies the total coating thickness calculation, the personal computer 41 first determines the distance measurement value table of the final pass (i is the maximum value). Specify the distance measurement value table before spraying, calculate the difference between the measurement values of the corresponding sampling points (same Ad) on both tables, that is, calculate the total film thickness and write it to the total film thickness table. Show on the display. Thermal spray coating thickness calculation for each pass is specified, and pass No. When j is input, the personal computer 41 designates the distance measurement value table of i = j and the distance measurement value table of i = j−1, and measures the corresponding sampling points on both tables. The difference between the values, that is, the jth pass sprayed coating thickness is calculated and written in the jth pass coating thickness table and displayed on the display. The operator designates the table (data group) being displayed on the display and the table (data group) on the memory, and displays the layout and quantity display form (numerical display, graph display) on the display. ) Can be edited and printed.
[0051]
  -Second Example-
  An outline of the mechanism of the second embodiment is shown in FIG. The second embodiment is an aspect in which the thermal spray base 36 is scanned two-dimensionally by the thermal spray gun 1. As shown in FIG. 7, the HVAF high-speed flame spraying gun 1, the laser irradiation head 51, and the laser distance measuring head 5 are arranged in a line in the y direction, and the horizontal y beam 2 supporting them is arranged as x By reciprocating at a relatively high speed in the direction and scanning at + y (one direction) at a low speed in the y direction, or by driving a predetermined short distance in the + y direction at the end of the forward scanning in the + x direction, and -x By reversely scanning in the direction, driving at the end point by a predetermined short distance in the + y direction, and performing forward scanning in the + x direction. Thermal spray two-dimensional scanning is realized. In this case, the intersection of the laser irradiation directing line Lbc2 in the second and subsequent passes with the base material can be closer to the position immediately below the nozzle of the spray gun 1 than the position shown in FIG. The laser irradiation point can be determined at a desired position with respect to the spray point of the spray gun 1 in any of the passes.
[0052]
  However, the distance measurement point by the laser distance measuring head 5 is considerably shifted in the y direction, and several times or several tens of times of the x-direction reciprocating scanning is performed after spraying a certain position until the distance measurement value at that position is obtained. Cause delay. In order to shorten this delay, the head 5 for distance measurement must be positioned behind the traveling of the thermal spray gun 1. When the two-dimensional spraying is performed as described above, the scanning in the + x direction is finished, the driving is performed for a predetermined short distance in the + y direction, and the scanning for the −x direction is performed, the arm that supports the distance measuring head 5 of the laser distance meter. It is necessary to rotate the nozzle 32 by 180 degrees around the spray nozzle of the spray gun 1.
[0053]
  In order to perform such rotational driving automatically and smoothly at high speed, in the second embodiment (FIG. 7), a ring-shaped spur gear is pivoted around the spray gun 1 and suspended by the spray gun carriage 2. The head support arm 32 was fixed to the spur gear, and the small-diameter gear engaged with the spur gear was driven to rotate by the electric motor Mr.
[0054]
  The thermal spraying system of this second embodiment is roughly the same as that shown in FIG. 2, but the rotary drive mechanism 12 in FIG. 2 is rotated by a mechanism for driving the arm 32 shown in FIG. Gears, small-diameter gears, and electric motors (Mr). The relay box 30 used in the thermal spraying system of the second embodiment is the same as that shown in FIG. 3, but the motor Mr and the rotary encoders Rr and Rh in FIG. 3 are those shown in FIG. It becomes.
[0055]
  FIG. 8 shows a plan view of an aspect in which the head support arm 32 is driven to rotate 180 degrees for each scan in the x direction. As indicated by the solid line in FIG. 8, the arm 32 is set parallel to the x axis and behind the thermal spray head 1 with respect to the scanning movement direction when moving in the + x direction, and is moved upward in FIG. 8 when moving in the -x direction. As indicated by the phantom line (two-dot chain line), by setting the arm 32 to a position rotated 180 degrees around the thermal spraying head 1, the distance after thermal spraying of each line of x scanning is being sprayed. Can be measured.
[0056]
  The “distance measurement before spraying” 5 in this mode is set by turning the arm 32 180 ° at the set position while automatically driving the spray gun 1 along the spraying locus as in the case of the spraying operation. The measured value of the laser distance meter (head 5 + measuring circuit 5 pc) is read at the sampling pitch and written into the memory. However, the spray gun 1 is not energized. The head 51 does not emit the laser. The sampling area is a rectangular area having a spray area start point (Xs, Ys) and an end point (Xe, Ys) as diagonal corners, and the other area is a mask area for measurement value sampling. Then, the x and y positions of the head 5 are calculated from the x and y positions of the spray gun 1, and the distance measurement value is read on condition that the head position is within the rectangular area.
[0057]
  The “spraying” 7 in this mode is a two-dimensional scanning of the spraying gun 1 while spraying the spraying flow from the spraying gun 1 and emitting the laser from the head 51, and the “pre-spraying distance measurement” 5 described above. In the same manner as above, the measured value of the laser distance meter (head 5 + measurement circuit 5pc) is read and written to the memory, and compared with the target distance. Other configurations and functions of the thermal spraying system of the second embodiment are the same as those of the thermal spraying system of the first embodiment described above.
[0058]
  Although already mentioned, as shown in FIG. 7, the spray gun 1 is scanned forward in the + x direction, driven at a short distance in the + y direction at its end point, and then rescanned in the -x direction and short in the + y direction at the end point. When the x, y two-dimensional scanning is repeated by driving the distance and repeating the scanning, even if the scanning direction (+ x / −x) of the thermal spray gun 1 is changed, the turning driving for placing the head 5 behind the scanning direction is unnecessary. is there. In the case where only this mode is required, the head support arm 32 is fixed to the spray gun carriage 2 and a mechanism for rotationally driving the arm 32 is omitted. Thereby, the mechanism around the spray gun 1 is simplified.
[0059]
  7 and 8, the scanning region for the spray gun 1 is set to a rectangular region with the start point (Xs, Ys) and the end point (Xe, Ys) as diagonal corners. If the outside is used as a mask area for distance measurement value sampling, the spray gun 1 moves substantially within the rectangular area, and therefore, distance measurement between the boundary of the rectangular area and the area inside the spray gun 1 / head 5 is performed. Not done. In order to perform this distance measurement as well, the spray gun 1 may be moved to the outside of the rectangular region by a distance between the spray gun 1 and the head 5. However, the utility of the thermal spraying device is not spoiled even if the sprayed coating thickness measurement value of a part of the scanning movement region (the rectangular region) of the thermal spray gun 1 is not obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an outline of a mechanism of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a thermal spraying system that drives the mechanism shown in FIG.
3 is a block diagram showing a combined configuration of an electric element of the relay box 30 shown in FIG. 2 and an electric motor and a rotary encoder incorporated in the mechanism shown in FIG. 1;
4 is a flowchart showing the functions of the personal computer 41 shown in FIG. 2 in accordance with the operation flow of the operator using the thermal spraying system shown in FIG.
5 is a flowchart showing the contents of “pre-spray distance measurement” 5 shown in FIG.
6 is a flowchart showing the contents of “spraying” 7 shown in FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing an outline of a mechanism according to a second embodiment of the present invention in a state where a simple distance measurement mode is set.
8 is a plan view showing the mechanism shown in FIG. 7 in a mode in which a delay from thermal spraying to distance measurement is shortened. FIG.
[Explanation of symbols]
1: Thermal spray gun 2: Thermal spray gun carriage
3: x beam 4a, 4b: y beam
5: Distance measuring head 6: Roll (spraying substrate)
7a, 7b: Axis M, Mx, My, Mr: Electric motor
Rx, Ry, Rr, Rh: Rotary encoder
Lxo, Lxe, Lyo, Lye: Limit switch
32: Head support arm 36: Thermal spray base material
51: Laser irradiation head 53: Solenoid

Claims

Prior to the spraying operation, at least one of the member supporting the high-speed frame spray gun and the YAG laser irradiation head and the spray base is driven relative to the other, and the distance carried by the support member Measure the distance of multiple points on the sprayed substrate with a measuring instrument;
At least one of the support member and the spray base is driven relative to the other so that a high-speed frame sprayed by the spray gun in the atmosphere scans the base. , High-speed flame spraying by spraying a spray material on a high-speed combustion flame and colliding with a sprayed substrate in a molten or semi-molten state and YAG laser irradiation for melting this sprayed coating are performed simultaneously in parallel. A YAG laser is irradiated at the same time as the coating is formed at the position where the sprayed coating is formed by film spraying , and the distance of the sprayed substrate surface scanned by the high-speed frame and the YAG laser is measured with a distance meter. It is determined whether the spray coating thickness has reached the target value in accordance with the value measured prior to the spraying operation, the current measurement value and the spray coating thickness target value; laser-assisted high-speed frame spraying method.

In parallel, high-speed flame spraying is performed in parallel with the high-temperature, high-speed combustion flame with a thermal spray gun and high-speed flame spraying that collides against the sprayed substrate in a molten or semi-molten state and YAG laser irradiation that melts this sprayed coating. When the high-speed flame spraying of the first pass is performed in the atmosphere , the YAG laser is irradiated at the same time as the coating is formed at the position where the sprayed coating is formed, and after the second pass, the thermal spraying is performed by the high-speed frame spraying. A laser-assisted high-speed flame spraying method in which a YAG laser is irradiated to the sprayed coating immediately after the coating is formed.

Prior to the spraying operation, at least one of the member supporting the high-speed frame spray gun and the YAG laser irradiation head and the spray base is driven relative to the other, and the distance carried by the support member Measure the distance of multiple points on the sprayed substrate with a measuring instrument;
During the thermal spraying operation, at least one of the support member and the thermal spray base is driven relative to the other so that the high speed frame sprayed by the thermal spray gun scans the thermal spray base. The distance of the sprayed substrate surface scanned by the YAG laser and the YAG laser is measured with a distance measuring device, and the spray coating thickness is the target value according to the value measured prior to the spraying operation, the current measurement value and the spray coating thickness target value. determine reached; claim 2, wherein, Le - Zaashisuto fast frame - beam spraying method.

A high-speed flame spray gun in which a thermal spray material is placed on a high-temperature, high-speed combustion flame and collides with the sprayed substrate in a molten or semi-molten state;
A member for supporting the spray gun;
A YAG laser irradiation head supported by the support member;
Scanning means for driving at least one of the support member and the sprayed substrate relative to the other so that the high-speed frame sprayed by the high-speed frame spray gun scans the sprayed substrate; and
The YAG laser irradiation head has a posture in which a directivity line intersects a collision point on the spray base of the high-speed frame sprayed by the high-speed frame spray gun and a position behind the collision point with respect to scanning movement. Attitude control means for setting the attitude to intersect with the thermal spray coating;
A laser-assisted high-speed flame spraying apparatus.

5. The laser-assisted high-speed frame spraying device according to claim 4, further comprising a measuring instrument supported by the support member in order to detect the thickness of the sprayed coating irradiated with the laser by the YAG laser irradiation head.