激光熔敷加工中的质量管理方法以及激光熔敷加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光熔敷加工中的质量管理方法以及激光熔敷加工装置。
【背景技术】
[0002]以往，例如为了提高发动机用气缸盖的气门座的耐久性并提高其设计自由度，已知有如下的激光加工:相对于气门座，一边供给例如粉体(粉末)状的熔敷材料一边照射激光，并使气门座与激光相对旋转，由此来形成恪敷层(cladding layer，堆焊层)。该激光加工是一般被称为激光熔敷加工的如下的技术:相对于已进行了发动机的燃烧室所需要的机械加工、例如气门孔形成加工等的气缸盖，向其应当成为气门座的区域供给由铜合金等构成的具有耐磨性的粉体状的熔敷材料并执行激光照射，最终形成应当成为气门座的环状的熔敷层、即熔敷焊道部。
[0003]作为对通过这样的激光熔敷加工形成的熔敷层(堆焊层)的质量进行管理的方法，例如已知有基于亮度计测的方法、基于放射温度计测的方法、基于使用了图像处理的形状计测的方法等，在专利文献1、2中公开了这种现有技术。
[0004]专利文献I所公开的熔敷层的质量判定方法是如下的方法:使亮度计的受光部朝向熔敷层的熔池，根据基于在设定于熔池的规定位置的规定直径的计测点计测到的亮度得到的计测信号的变化来判定熔敷层的质量的好坏。
[0005]此外，专利文献2所公开的熔敷件的质量保证方法是如下的方法:通过利用具备聚光光学系统的多个光传感器观察光强度来判定熔敷加工件有无异常，其中，上述聚光光学系统将从在局部加热源的照射中部件表面以及熔敷材料熔融而在照射点形成的熔池产生的光会聚至熔池的大小以下。
[0006]专利文献1:日本特开2002 - 48718号公报
[0007]专利文献2:日本特开平9 - 192861号公报
[0008]根据专利文献I所公开的熔敷层的质量判定方法，基本上不会计测没有熔融的部分或落下供给到母材上的熔敷材料的亮度，基于所计测到的亮度而获得的计测信号的偏差小，即便当在激光熔敷加工点的熔池产生的变化不显著的情况下也能够判定熔敷层的质量的好坏。
[0009]此外，根据专利文献2所公开的熔敷件的质量保证方法，通过利用具备聚光光学系统的多个光传感器观察光强度，能够在线(online)判定熔敷加工件有无异常，其中，上述聚光光学系统将从在局部加热源的照射中部件表面以及熔敷材料熔融而在照射点形成的熔池产生的光会聚至熔池的大小以下。
[0010]但是，对于专利文献I或专利文献2所公开的方法，一边在被加工物的加工部位形成熔敷层一边在线判定熔敷层的质量的好坏或检测熔敷加工时的异常的产生，因此，存在当制作出质量不良的产品时该产品变得无用，该产品的制造成本高昂的问题。此外，从熔池产生的光的亮度或光强度根据被加工物的组成等变动，因此，存在无法精密地检测要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量的好坏或熔敷加工时的异常的产生的可能性。
【发明内容】
[0011]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制制造成本，形成为简单的结构，并且能够可靠地进行要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量管理的激光熔敷加工中的质量管理方法以及激光熔敷加工装置。
[0012]为了达成上述目的，本发明人等进行了深入研宄，结果发现:通过测定向激光排出的金属粉末借助该激光在空中熔融时产生的红外光的强度(红外线量)，即便实际上不在被加工物的加工部位形成熔敷层，也能够对熔敷层的质量进行管理。
[0013]即，对于本发明的激光熔敷加工中的质量管理方法，在上述激光熔敷加工中，向照射至被加工物的加工部位的激光排出并被供给至上述被加工物的加工部位的金属粉末借助上述激光在上述被加工物的加工部位熔融，由此在上述被加工物的加工部位形成熔敷层，其中，基于当向上述激光排出的上述金属粉末借助上述激光在空中熔融时从上述金属粉末产生的红外光的强度对熔敷层的质量进行管理。
[0014]根据上述的质量管理方法，通过基于当向激光排出的金属粉末借助该激光在空中熔融时产生的红外光的强度对熔敷层的质量进行管理，能够实际上在被加工物的加工部位不形成熔敷层，进行要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量管理。因此，能够抑制被加工物的制造成本，并且能够精密且可靠地判定要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量的好坏。
[0015]此外，上述的激光熔敷加工中的质量管理方法优选为，从上述激光的周围向上述激光排出上述金属粉末。
[0016]根据上述的质量管理方法，通过从激光的周围向该激光排出金属粉末，从激光的周围排出的金属粉末在激光的照射轴线上碰撞，借助激光而熔融的金属粉末存在于激光的照射轴线上，因此，能够提高在熔敷层的质量管理中使用的红外光的强度，能够更精密且可靠地判定要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量的好坏。
[0017]此外，上述的激光熔敷加工中的质量管理方法优选为，基于在上述激光的照射轴线方向产生的红外光的强度对熔敷层的质量进行管理。
[0018]根据上述的质量管理方法，通过测定在激光的照射轴线方向产生的红外光的强度来对熔敷层的质量进行管理，无论被加工物的形状、尤其是被加工物的加工部位周围的形状如何，都能够可靠地测定从借助激光在空中熔融的金属粉末产生的红外光的强度，因此，能够更精密且可靠地判定要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量的好坏。此外，能够共享在熔敷层的质量管理中使用的红外光的路径和激光的路径，因此，也能够简化在激光熔敷加工中使用的激光熔敷加工装置的结构。
[0019]此外，对于本发明的激光熔敷加工装置，向照射至被加工物的加工部位的激光排出并被供给至上述被加工物的加工部位的金属粉末借助上述激光在上述被加工物的加工部位熔融，由此在上述被加工物的加工部位形成熔敷层，其中，上述激光熔敷加工装置具备:测定部，该测定部测定当向上述激光排出的上述金属粉末借助上述激光在空中熔融时从上述金属粉末产生的红外光的强度；以及处理部，该处理部对由上述测定部测定到的红外光的强度进行处理，从而对熔敷层的质量进行管理。
[0020]上述的激光熔敷加工装置具备:测定部，该测定部测定当向激光排出的金属粉末借助激光在空中熔融时产生的红外光的强度；以及处理部，该处理部对由该测定部测定到的红外光的强度进行处理，从而对熔敷层的质量进行管理，由此，能够实际上不在被加工物的加工部位形成熔敷层，进行要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量管理。因此，能够抑制被加工物的制造成本，并且能够精密且可靠地判定要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量的好坏。
[0021]从以上的说明可以理解，根据本发明，形成为基于当向激光排出的金属粉末借助该激光在空中熔融时产生的红外光的强度对熔敷层的质量进行管理的简单的结构，即便实际上不在被加工物的加工部位形成熔敷层，也能够可靠地进行要在被加工物的加工部位形成的熔敷层的质量管理。
【附图说明】
[0022]图1是示出本发明的激光熔敷加工装置的整体结构的立体图。
[0023]图2是示意性地说明基于图1所示的激光熔敷加工装置的质量管理方法的说明图。
[0024]图3是示出在图2所示的管理装置显示的红外光的强度的一例的图。
【具体实施方式】
[0025]以下，参照附图对本发明的激光熔敷加工中的质量管理方法以及激光熔敷加工装置的实施方式进行说明。
[0026][激光熔敷加工装置]
[0027]图1是示出本发明的激光熔敷加工装置的整体结构的立体图。
[0028]图示的激光熔敷加工装置9例如是在气缸盖(被加工物)H的气门座部(加工部位)进行激光熔敷加工的装置，主要具备:使气缸盖H偏转并进行保持的气缸盖保持装置I ;一边对加工部位照射激光一边排出粉末金属(例如以铜或镍为主成分的材料)的激光加工头2 ;使激光加工头2相对于铅垂方向倾斜并进行保持，且使该激光加工头2绕铅垂轴线旋转的旋转装置3 ;以及朝激光加工头2供给粉末金属的粉体供给装置(送料器)4。
[0029]气缸盖保持装置I以使得气门座部的中心轴线沿着铅垂方向的方式使气缸盖H偏转，或者以使得气门座部的中心轴线与激光加工头2的旋转轴线一致的方式使气缸盖H朝水平方向二维地移动。
[0030]激光加工头2具有:产生激光的激光产生部5 ；内置有对激光进行聚光的聚光透镜等的光学系统部6;以及使激光通过并且从该激光的周围排出粉末金属的双重管构造的同轴喷嘴7，该同轴喷嘴7经由供给管8与送料器4连接。该激光熔敷加工装置9从送料器4朝同轴喷嘴7供给与要在加工部位形成的熔敷层(堆焊层)相应的量的粉末金属，利用激光产生部5生成与该粉末金属相应的输出的激光，经由同轴喷嘴7朝加工部位一边照射激光一边排出粉末金属，由此能够在气缸盖H的气门座部形成所希望的熔敷层。
[0031]此外，在图示的激光熔敷加工装置9配设有用于对要在例如气缸盖H的气门座部形成的熔敷层的质量进行管理的管理装置10。
[0032]该管理装置10主要具有:测定向激光排出的金属粉末借助该激光在空中熔融时产生的红外光的强度(红外线量)的放射温度计(测定部)11;以及对由放射温