CN112912200A - 数控装置、附加制造装置及附加制造装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

数控装置(1)对附加制造装置(100)进行控制，该附加制造装置(100)向通过驱动部即旋转电动机(4)的驱动力送出的材料即线材(5)照射光束，将熔融的材料向被加工物附加而制造造形物。数控装置(1)具有对使材料堆积的高度方向上的被加工物的高度的误差进行检测的误差检测部(31)。数控装置(1)具有基于误差对材料的供给量进行调整的调整部即条件调整部(25)。

Description

数控装置、附加制造装置及附加制造装置的控制方法

技术领域

本发明涉及对附加制造装置进行控制的数控装置、向被加工物附加材料而制造造形物的附加制造装置及附加制造装置的控制方法。

背景技术

已知通过指向性能量堆积(Direct Energy Deposition：DED)方式制造立体形状的造形物的附加制造装置。在附加制造装置中，通过从加工头射出的光束局部地使材料熔融，将熔融的材料向被加工物附加而制造造形物。作为材料而使用金属材料的线材的附加制造装置，一边向光束的照射位置供给线材、一边使照射位置移动，由此形成熔融的金属材料的凝固物即线状的焊道。附加制造装置通过使焊道堆积而制造造形物。

在焊道的堆积物时，由于堆积物中的蓄热或者其他原因，有时会产生高度的误差即凹凸。在产生了凹凸的堆积物对按照一定的加工条件形成的焊道进行堆积，由此在堆积而成的焊道形成与该凹凸相同的凹凸或者与该凹凸相比高低差扩张的凹凸。附加制造装置因形成如上所述的凹凸，从而难以得到高加工精度。

在专利文献1中公开了下述方法，即，在一边向金属材料供给线材、一边照射激光而对金属材料进行焊接的方法中，基于用于送出线材的驱动源即电动机的负载电流对加工条件进行调整。在专利文献1的方法中，通过负载电流对线材和被加工物的接触状态进行判定，进行使负载电流的值接近预先设定的基准值的调整，由此实现了接触状态的稳定化。

专利文献1：日本特开平8－309535号公报

发明内容

在上述的专利文献1所涉及的现有技术中，即使进行用于接触状态的稳定化的调整，也无法抑制如上述所示凹凸及其扩张而实现高度的均一化，存在有时得不到高加工精度的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够使附加制造装置进行高加工精度的加工的数控装置、附加制造装置及附加制造装置的控制方法。

为了解决上述的课题，达到目的，本发明所涉及的数控装置对附加制造装置进行控制，该附加制造装置对通过驱动部的驱动力送出的材料照射光束，将熔融的材料向被加工物附加而制造造形物。本发明所涉及的数控装置具有：误差检测部，其对使材料堆积的高度方向上的被加工物的高度的误差进行检测；以及调整部，其基于误差对材料的供给量进行调整。

发明的效果

本发明所涉及的数控装置具有下述效果，即，能够使附加制造装置进行高加工精度的加工。

附图说明

图1是表示由本发明的实施方式1所涉及的NC装置进行控制的附加制造装置的图。

图2是表示对图1所示的附加制造装置进行控制的NC装置的功能结构的图。

图3是表示实施方式1所涉及的NC装置的硬件结构的框图。

图4是对通过图2所示的NC装置所具有的状态判定部实施的判定进行说明的图。

图5是对调整进行说明的图，该调整基于通过图2所示的NC装置所具有的状态判定部得到的判定结果。

图6是对调整进行说明的图，该调整基于通过图2所示的NC装置所具有的误差检测部得到的检测结果。

图7是表示通过图1所示的附加制造装置进行的动作的顺序的流程图。

图8是对在图2所示的NC装置所具有的状态判定部中的判定中使用的阈值进行说明的图。

图9是对在图1所示的附加制造装置中线材熔融的位置进行说明的图。

图10是对通过图2所示的NC装置所具有的误差检测部实施的被加工物的高度的推定进行说明的图。

图11是对图2所示的NC装置的处理中的多个区间的设定进行说明的图。

图12是对通过图2所示的NC装置实施的针对每个区间的误差的检测和针对每个区间的供给量的调整进行说明的图。

图13是对通过图2所示的NC装置实施的区间内的供给速度的调整进行说明的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的数控装置、附加制造装置及附加制造装置的控制方法详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。在下面的说明中，有时将数控装置称为NC(Numerical Control)装置。

实施方式1.

图1是表示由本发明的实施方式1所涉及的NC装置1进行控制的附加制造装置100的图。附加制造装置100是向通过驱动部的驱动力送出的材料照射光束，将熔融的材料向被加工物附加而制造造形物的工作机械。在实施方式1中，光束设为激光束，材料设为金属材料的线材5。

附加制造装置100使焊道堆积于基体材料17，由此将通过金属材料堆积的堆积物18形成于基体材料17的表面。焊道是熔融的线材5凝固而形成的线状的物体。基体材料17放置于工作台15。在下面的说明中，被加工物是指基体材料17和堆积物18。造形物是指将按照加工程序的材料附加结束后的基体材料17和堆积物18。图1所示的基体材料17为板材。基体材料17也可以是除了板材以外的材料。

附加制造装置100具有加工头10，该加工头10具有光束喷嘴11、线材供给嘴12和气体喷嘴13。光束喷嘴11将使材料熔融的激光束朝向被加工物射出。线材供给嘴12使线材5朝向被加工物中的激光束的照射位置行进。气体喷嘴13将用于抑制堆积物18的氧化及用于焊道的冷却的气体朝向被加工物喷出。

光束源即激光振荡器2使激光束振荡。来自激光振荡器2的激光束经过光传输路径即纤维线缆3向光束喷嘴11传输。气体供给装置7经过配管8向气体喷嘴13供给气体。

卷绕有线材5的线材卷线筒6是材料的供给源。伺服电动机即旋转电动机4是对线材卷线筒6进行驱动的驱动部。旋转电动机4产生用于从线材卷线筒6将线材5送出的驱动力。伴随旋转电动机4的驱动，线材卷线筒6进行旋转。线材5通过线材卷线筒6的旋转而从线材卷线筒6送出。

从线材卷线筒6送出的线材5经过线材供给嘴12向激光束的照射位置供给。此外，也可以在线材供给嘴12设置用于从线材卷线筒6将线材5拉出的动作机构。附加制造装置100通过设置与线材卷线筒6连结的旋转电动机4和线材供给嘴12的动作机构中的至少一者，从而能够向激光束的照射位置供给线材5。该动作机构是用于材料供给的驱动部。在图1中省略了线材供给嘴12的动作机构的图示。

加工头驱动部14使加工头10向X轴方向、Y轴方向及Z轴方向的各方向移动。X轴、Y轴及Z轴是彼此垂直的3轴。X轴及Y轴是与水平方向平行的轴。Z轴方向是使材料堆积的高度方向，且是铅垂方向。此外，有时将X轴方向之中的通过图中箭头表示的方向称为正X方向，将与正X方向相反的方向称为负X方向。有时将Y轴方向之中的通过图中箭头表示的方向称为正Y方向，将与正Y方向相反的方向称为负Y方向。有时将Z轴方向之中的通过图中箭头表示的方向称为正Z方向，将与正Z方向相反的方向称为负Z方向。正Z方向为铅垂上方向。负Z方向为铅垂下方向。

加工头驱动部14具有构成用于使加工头10向X轴方向移动的动作机构的伺服电动机、构成用于使加工头10向Y轴方向移动的动作机构的伺服电动机、和构成用于使加工头10向Z轴方向移动的动作机构的伺服电动机。加工头驱动部14是能够进行3轴各自的方向的平移运动的动作机构。在图1中省略了各伺服电动机的图示。附加制造装置100通过加工头驱动部14的驱动而使加工头10移动，由此使被加工物中的激光束的照射位置移动。

图1所示的加工头10使激光束从光束喷嘴11向负Z方向行进。线材供给嘴12在XY面内设置于远离光束喷嘴11的位置，使线材5向相对于Z轴倾斜的方向行进。除此以外，加工头10也可以设为以沿从光束喷嘴11射出的激光束的中心轴的方式使线材5行进。即，光束喷嘴11和线材供给嘴12也可以彼此配置于同轴上。光束喷嘴11可以射出将光束剖面的形状调整为以线材5为中心的环状的激光束、或者以线材5为中心而分散于线材5的周围的多个光束。该激光束调整为收敛于被加工物的照射位置。

在图1所示的加工头10中，气体喷嘴13在XY面内设置于远离光束喷嘴11的位置，向相对于Z轴倾斜的方向喷出气体。除此以外，加工头10也可以以沿从光束喷嘴11射出的激光束的中心轴的方式喷出气体。即，光束喷嘴11和气体喷嘴13也可以配置于同轴上。

旋转驱动部16是能够进行以2轴各自为中心的旋转运动的动作机构。旋转驱动部16具有将用于使工作台15绕Z轴旋转的动作机构构成的伺服电动机和用于使工作台15绕X轴旋转的动作机构构成的伺服电动机。在图1中省略了各伺服电动机的图示。旋转驱动部16使被加工物与工作台15一起旋转。附加制造装置100通过旋转驱动部16使工作台15旋转，由此能够使被加工物的姿态成为适于加工的姿态。

NC装置1按照加工程序对附加制造装置100进行控制。NC装置1向加工头驱动部14输出轴指令，由此对加工头驱动部14进行控制。NC装置1将与光束输出的条件相对应的指令即输出指令向激光振荡器2输出，由此对通过激光振荡器2实施的激光振荡进行控制。

NC装置1将与材料的供给量的条件相对应的指令即供给指令向旋转电动机4输出，由此对旋转电动机4进行控制。NC装置1对旋转电动机4进行控制，由此对线材5从线材卷线筒6朝向照射位置的速度进行调整。在下面的说明中，有时将该速度称为供给速度。供给速度表示每单位时间的材料的供给量。

NC装置1将与气体的供给量的条件相对应的指令向气体供给装置7输出，由此对从气体供给装置7向气体喷嘴13的气体的供给量进行控制。NC装置1向旋转驱动部16输出旋转指令，由此对旋转驱动部16进行控制。此外，NC装置1可以是附加制造装置100的结构要素的1个，也可以是附加制造装置100的外部装置。

图2是表示对图1所示的附加制造装置100进行控制的NC装置1的功能结构的图。向NC装置1输入由计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing：CAM)装置创建出的NC程序即加工程序20。加工程序20通过相对于在工作台15放置的被加工物使加工头10移动的移动路径的指示，对使激光束的照射位置移动的路径即加工路径进行指定。

NC装置1具有加工条件表21，该加工条件表21储存有各种加工条件的数据。在加工程序20中包含有用于从在加工条件表21中储存有数据的加工条件中对加工条件进行选择的指令。

NC装置1具有：程序解析部22，其对加工程序20进行解析；以及轴指令生成部23，其基于通过程序解析部22得到的解析结果而生成轴指令。程序解析部22基于在加工程序20中记述的处理的内容，对使加工头10移动的移动路径进行解析。程序解析部22将表示解析出的移动路径的数据向轴指令生成部23输出。轴指令生成部23生成针对移动路径上的每个单位时间的插补点组即轴指令。

NC装置1具有：条件设定部24，其对加工条件进行设定；条件调整部25，其对加工条件进行调整；以及条件指令生成部26，其生成按照加工条件的指令。程序解析部22从加工程序20取得用于对加工条件进行指定的信息，将取得的信息向条件设定部24输出。条件设定部24基于来自程序解析部22的信息，从加工条件表21读出在加工程序20中所指定的加工条件的数据。由此，条件设定部24对用于附加加工的加工条件进行设定。

此外，NC装置1也可以从预先储存于加工条件表21的各种加工条件的数据中，除了得到所指定出的加工条件的数据以外，基于记述有加工条件的数据的加工程序20而得到加工条件的数据。在该情况下，程序解析部22通过对加工程序20进行解析，从而也能够得到加工条件的数据。程序解析部22将得到的加工条件的数据向条件调整部25输出。

条件调整部25从条件设定部24取得所设定的加工条件的数据，进行加工条件的调整。条件调整部25将调整后的加工条件的数据向条件指令生成部26输出。条件调整部25是基于被加工物的高度的误差对线材5的供给量进行调整的调整部。

条件指令生成部26从条件调整部25取得加工条件的数据，生成按照加工条件的各种指令。条件指令生成部26具有：输出指令生成部27，其生成用于激光束的输出控制的输出指令；以及供给指令生成部28，其生成用于线材5的供给控制的供给指令。NC装置1将由轴指令生成部23生成的轴指令、由输出指令生成部27生成的输出指令和由供给指令生成部28生成的供给指令进行输出。

图1所示的加工头驱动部14具有对加工头驱动部14所具有的各伺服电动机的驱动进行控制的伺服放大器32。伺服放大器32按照从NC装置1输出的轴指令对各伺服电动机的驱动进行控制。

图1所示的激光振荡器2具有对激光振荡进行控制的振荡控制部33。振荡控制部33按照从NC装置1输出的输出指令对激光振荡进行控制。图1所示的旋转电动机4具有对旋转动作进行控制的伺服放大器34。伺服放大器34按照从NC装置1输出的供给指令对旋转电动机4的驱动进行控制。另外，伺服放大器34将施加于旋转电动机4的干扰转矩的推定值进行输出。

除此以外，条件指令生成部26将与气体的供给量的条件相对应的指令向气体供给装置7输出。轴指令生成部23向旋转驱动部16输出旋转指令。在图2中省略了与向气体供给装置7的指令的输出和向旋转驱动部16的旋转指令的输出有关的图示。NC装置1输出各种指令，由此对附加制造装置100的整体进行控制。

NC装置1具有：取得部29，其从伺服放大器34取得施加于旋转电动机4的干扰转矩的推定值；状态判定部30，其对线材5和被加工物的接触状态进行判定；以及误差检测部31，其对被加工物的高度的误差进行检测。取得部29将从伺服放大器34取得的推定值向状态判定部30和误差检测部31输出。

状态判定部30基于从取得部29取得的推定值，对线材5和被加工物的接触状态进行判定。状态判定部30将通过接触状态的判定得到的判定结果向条件调整部25输出。条件调整部25基于来自状态判定部30的判定结果，对加工条件进行调整。

误差检测部31基于从取得部29取得的推定值，对Z轴方向上的被加工物的高度的误差进行检测。误差检测部31在由状态判定部30判定为接触状态是能够进行稳定的加工的状态的情况下，对误差进行检测。误差检测部31将通过误差的检测得到的检测结果向条件调整部25输出。条件调整部25基于来自误差检测部31的检测结果，对加工条件进行调整。条件调整部25在由状态判定部30判定为接触状态是能够进行稳定的加工的状态的情况下，基于通过误差检测部31检测出的误差而对线材5的供给量进行调整。

接下来，对NC装置1的硬件结构进行说明。图2所示的NC装置1的各功能部是用于执行实施方式1的附加制造装置100的控制方法的程序即控制程序通过使用硬件被执行而实现的。

图3是表示实施方式1所涉及的NC装置1的硬件结构的框图。NC装置1具有：执行各种处理的CPU(Central Processing Unit)41、包含数据储存区域的RAM(Random AccessMemory)42、非易失性存储器的ROM(Read Only Memory)43、外部存储装置44和用于向NC装置1的信息输入及用于来自NC装置1的信息输出的输入输出接口45。图3所示的各部分经由总线46相互地连接。

CPU 41执行在ROM 43及外部存储装置44中存储的程序。图2所示的程序解析部22、轴指令生成部23、条件设定部24、条件调整部25、条件指令生成部26、输出指令生成部27、供给指令生成部28、状态判定部30及误差检测部31是使用CPU 41而实现的。

外部存储装置44是HDD(Hard Disk Drive)或者SSD(Solid State Drive)。外部存储装置44对控制程序和各种数据进行存储。外部存储装置44对图2所示的加工程序20和加工条件表21进行存储。在ROM 43中存储有用于NC装置1即计算机或者控制器的基本控制的程序即BIOS(Basic Input/Output System)或者UEFI(Unified Extensible FirmwareInterface)这样的启动加载器，且存储有对硬件进行控制的软件或者程序。此外，控制程序也可以存储于ROM 43。

在ROM 43及外部存储装置44中存储的程序载入至RAM 42。CPU 41将控制程序在RAM 42展开而执行各种处理。输入输出接口45是与NC装置1的外部装置的连接接口。向输入输出接口45输入加工程序20和储存于加工条件表21的数据。另外，输入输出接口45输出各种指令。图2所示的取得部29是使用输入输出接口45而实现的。NC装置1可以具有如键盘及指点设备这样的输入设备及如显示器这样的输出设备。

控制程序可以存储于能够由计算机进行读取的存储介质。NC装置1可以将在存储介质中存储的控制程序向外部存储装置44储存。存储介质可以是软盘即移动型存储介质、或者半导体存储器即闪存。控制程序可以从其他计算机或者服务器装置经由通信网络而向成为NC装置1的计算机或者控制器进行安装。

NC装置1的功能可以通过用于附加制造装置100的控制的专用的硬件即处理电路而实现。处理电路为单一电路、复合电路、被程序化的处理器、被并行程序化的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)或它们的组合。NC装置1的功能可以将一部分通过专用的硬件实现，将另一部分通过软件或者固件实现。

接下来，对通过状态判定部30实施的判定进行说明。图4是对通过图2所示的NC装置1所具有的状态判定部30实施的判定进行说明的图。在图4中，将图1所示的附加制造装置100之中的加工头10和设置于加工头10的光束喷嘴11及线材供给嘴12简化表示。

附加制造装置100通过一边向激光束的照射位置供给线材5、一边使加工头10移动，从而形成焊道。在图4所示的例子中，附加制造装置100通过向正X方向使加工头10移动，从而形成以X轴方向为长度方向的焊道。第1层的焊道在基体材料17直接载置而形成。第2层的焊道载置于第1层的焊道而形成。附加制造装置100通过使多个焊道堆积而形成堆积物18。在图4中示出了形成于堆积物18的1个焊道50。图4所示的加工头10表示形成该焊道50的1个之上的焊道时的加工头10。

附加制造装置100通过用于使Z轴方向上的焊道50的厚度为均一厚度的一定的加工条件而形成了焊道50。在这里，将焊道50和加工头10之间的距离设为间距P。将焊道50以均一厚度形成的情况下的间距P设为基准间距。

在对附加制造装置100进行了控制以使得形成均一厚度的焊道50的情况下，由于堆积物18中的蓄热或者其他要因，有时在形成的焊道50会产生凹凸。由于在焊道50产生的凹凸，在包含该堆积物18的被加工物产生高度误差。

高度H0设为是形成有焊道50时的被加工物的高度、且形成有均一厚度的焊道50的情况下的高度。被加工物的高度设为从基准面起的高度。基准面例如设为工作台15之中的放置基体材料17的面。凸部51设为焊道50之中的与高度H0相比向正Z方向侧凸出的部分。凹部52设为焊道50之中的与高度H0相比向负Z方向凹陷的部分。

在图4中，位置x1、x2、x3各自设为X轴方向上的位置。位置x1中的焊道50的上端的高度为高度H0。在激光束的光束剖面中心处于位置x1时，间距P成为基准间距。此时，以按照供给指令的供给速度送出的线材5的前端朝向光束剖面中心行进，由此到达焊道50。线材5以适当的强度与焊道50接触、熔融。稳定状态设为线材5以适当的强度与焊道50接触，可进行稳定加工的适当的负载施加于线材5时的接触状态。

位置x2是形成有凸部51的位置。在激光束的光束剖面中心处于位置x2时，间距P比基准间距短。在光束剖面中心处于位置x2时，以按照供给指令的供给速度送出的线材5的前端朝向光束剖面中心行进，由此不到达光束剖面中心而是与焊道50的表面抵接。与间距P为基准间距的情况相比，焊道50之中的线材5抵接的位置和线材供给嘴12之间的距离变短，另一方面，旋转电动机4试图持续以按照供给指令的供给速度的线材5的送出，由此线材5会以过度的强度与焊道50接触。将此时的线材5和焊道50的接触状态设为过负载状态。在过负载状态下，有时会发生线材5的振动或者线材5的损坏这样的现象。在图4中示出了在光束剖面中心处于位置x2时线材5振动的情形。过负载状态设为不可进行稳定加工的程度的过大的负载施加于线材5时的接触状态。

位置x3是形成有凹部52的位置。在激光束的光束剖面中心处于位置x3时，间距P比基准间距长。在光束剖面中心处于位置x3时，以按照供给指令的供给速度送出的线材5的前端朝向光束剖面中心行进，由此在不与焊道50接触的状态下熔融。此时，线材5和焊道50为非接触状态。在非接触状态下，不对线材5施加负载。在非接触状态下，有时会发生下述现象，即，在比焊道50高的位置处线材5熔融，熔融的材料形成的液滴53向焊道50滴下。焊道50之中的液滴53落下的部分与进行上述的稳定状态下的加工的情况相比材料的供给量增加，因此形状精度恶化。

状态判定部30基于干扰转矩的推定值，对接触状态与稳定状态、过负载状态和非接触状态的哪一状态相对应进行判定。在下面的说明中，有时将干扰转矩的推定值称为推定干扰转矩。过负载状态下的推定干扰转矩高于稳定状态下的推定干扰转矩。状态判定部30在推定干扰转矩超过预先设定的阈值的情况下，判定为过负载状态。该阈值表示线材5所承受的负载为能够进行稳定加工的负载的上限时的干扰转矩。另一方面，在线材5为非接触状态的情况下，由于不存在经过线材5的旋转电动机4的干扰要素，因此推定干扰转矩成为零。状态判定部30在推定干扰转矩为零的情况下，判定为非接触状态。状态判定部30在判定为均不是过负载状态和非接触状态的情况下，判定为稳定状态。如上所述，状态判定部30基于推定干扰转矩对线材5的状态进行推定，由此对接触状态与稳定状态、过负载状态和非接触状态的哪一状态相对应进行判定。

此外，状态判定部30也可以将施加于线材5的负载极低、虽然少量接触但立即可能成为非接触的状态，包含于非接触状态。在该情况下，在状态判定部30中，预先设定有与用于过负载状态的判定的阈值即第1阈值不同的阈值即第2阈值。状态判定部30在推定干扰转矩小于第2阈值的情况下，判定为非接触状态。

在这里，对干扰转矩进行说明。伺服放大器34对施加于旋转电动机4的推定干扰转矩进行计算。旋转电动机4用于驱动的转矩即实际转矩是轴的旋转所需的转矩即旋转转矩、和经过线材5而施加于轴的干扰转矩之和。旋转转矩被推定为表示由轴的旋转力矩产生的转矩的惯性项和表示由摩擦产生的转矩的粘性项之和。惯性项及粘性项之和即推定转矩是基于旋转体即轴的物性值进行计算的。因此，推定干扰转矩是从实际转矩减去推定转矩而计算的。

接下来，对基于通过状态判定部30得到的判定结果的通过条件调整部25实施的加工条件的调整进行说明。条件调整部25在判定为接触状态是过负载状态的情况和判定为是非接触状态的情况下进行供给速度的调整。NC装置1通过由条件调整部25进行的供给速度的调整，使线材5的接触状态从过负载状态或者非接触状态向稳定状态改善。

图5是对基于通过图2所示的NC装置1所具有的状态判定部30得到的判定结果的调整进行说明的图。条件调整部25关于位置x2，进行用于从过负载状态向稳定状态改善的调整。条件调整部25关于位置x2，进行与基于条件设定部24中的设定的供给速度的值相比降低速度值的调整。通过与加工条件的设定相比使线材5的行进延迟，从而线材5与以基于设定的供给速度行进的情况相比在正Z方向侧的位置处熔融。附加制造装置100通过在焊道50之中的线材5抵接的位置处使线材5熔融，从而能够从过负载状态向稳定状态改善。

条件调整部25关于位置x3，进行用于从非接触状态向稳定状态改善的调整。条件调整部25关于位置x3，进行与基于条件设定部24中的设定的供给速度的值相比提高速度值的调整。通过与加工条件的设定相比加快线材5的行进，从而线材5与以基于设定的供给速度行进的情况相比在负Z方向侧的位置处熔融。附加制造装置100在焊道50之中的线材5抵接的位置处使线材5熔融，由此能够从非接触状态向稳定状态改善。

NC装置1通过基于状态判定部30的判定结果的供给速度的调整，能够使加工稳定化。NC装置1在该稳定化后，进行通过误差检测部31实施的误差的检测。并且，NC装置1基于误差的检测结果，进行用于被加工物的高度的均一化的调整。

接下来，对通过误差检测部31实施的误差的检测进行说明。NC装置1在将堆积物18中的凹凸改善为能够进行稳定加工的程度后，进行通过误差检测部31实施的误差的检测。误差检测部31在取得的推定干扰转矩是在状态判定部30中判定为稳定状态的范围内的值的情况下，进行误差的检测。即，误差检测部31在取得的推定干扰转矩小于第1阈值、且取得的推定干扰转矩大于第2阈值的情况下，对误差进行检测。

误差检测部31在取得的推定干扰转矩是在状态判定部30中判定为稳定状态的范围内的值的情况下，不进行误差的检测。即，误差检测部31在取得的推定干扰转矩大于第1阈值的情况下和取得的推定干扰转矩小于第2阈值的情况下，不进行误差的检测。此外，误差检测部31也可以在取得的推定干扰转矩与第1阈值相同的情况下和取得的推定干扰转矩与第2阈值相同的情况下，对误差进行检测，或者也可以不对误差进行检测。此外，误差检测部31也可以从状态判定部30取得状态判定部30的判定结果，基于取得的判定结果而判断可否进行误差的检测。

间距P与基准间距相比越短，则线材5所承受的负载变得越大，因此推定干扰转矩变得越大。另外，间距P与基准间距相比变得越长，则线材5所承受的负载变得越小，因此推定干扰转矩变得越小。误差检测部31基于推定干扰转矩而求出被加工物的高度的推定值。误差检测部31将间距P为基准间距时的被加工物的高度作为基准高度，对基准高度和该推定值的差分即误差进行计算。

如上所述，误差检测部31基于推定干扰转矩对被加工物的高度进行推定，由此对误差进行检测。此外，在线材5从被加工物乖离的状态即推定干扰转矩为零的情况下，误差检测部31无法进行基于推定干扰转矩的高度的推定。因此，误差检测部31在通过基于状态判定部30的判定结果的调整而实现稳定化后，进行误差的检测。

NC装置1基于旋转电动机4的推定干扰转矩对被加工物的高度进行推定，由此能够使用附加制造装置100的已有的结构要素即旋转电动机4而求出被加工物的高度。附加制造装置100与另外需要用于对被加工物的高度进行检测的传感器的情况相比，能够减少部件个数。另外，与使用如激光传感器这样的非接触式的传感器的情况相比，能够减小附加制造装置100的制造成本。

接下来，对通过基于误差检测部31的检测结果的条件调整部25实施的加工条件的调整进行说明。图6是对基于通过图2所示的NC装置1所具有的误差检测部31得到的检测结果的调整进行说明的图。

在图6中，焊道60设为是在上述的稳定化后形成的，且在上述的焊道50形成之后形成的。在焊道60形成有比焊道50中的凸部51低的凸部62和比焊道50中的凹部52浅的凹部63。由于在焊道60产生的凹凸，在包含该焊道60的被加工物产生高度误差。

高度H1设为形成有焊道60时的被加工物的高度，且形成有均一厚度的焊道60的情况下的高度。高度H1是间距P为基准间距时的基准高度。图6所示的加工头10表示形成该焊道60的1个之上的焊道61时的加工头10。

位置x1处的焊道60的上端的高度为高度H1。位置x1处的误差通过误差检测部31检测为零。条件调整部25关于位置x1处的供给速度，不进行基于条件设定部24中的设定的从供给速度起的调整。旋转电动机4向位置x1以基于设定的供给速度将线材5送出。

位置x2是形成有凸部62的位置。位置x2处的误差通过误差检测部31检测为正的误差。正的误差是指被加工物的高度高于高度H1的情况下的误差。条件调整部25关于位置x2，进行与基于条件设定部24中的设定的供给速度的值相比降低速度值的调整。条件调整部25以与误差相对应的调整幅度对速度值进行调整。旋转电动机4向位置x2以比基于设定的供给速度低的速度将线材5送出。

位置x3是形成有凹部63的位置。位置x3处的误差通过误差检测部31检测为负的误差。负的误差是指被加工物的高度低于高度H1的情况下的误差。条件调整部25关于位置x3，进行与基于条件设定部24中的设定的供给速度的值相比提高速度值的调整。条件调整部25以与误差相对应的调整幅度对速度值进行调整。旋转电动机4向位置x3以比基于设定的供给速度高的速度将线材5送出。

附加制造装置100在位置x2处，以比基于设定的供给速度低的速度将线材5送出，由此能够与位置x1处的线材5的供给量相比减少位置x2处的线材5的供给量。在位置x2处，线材5的供给量减少，由此上述的正的误差被抵消。附加制造装置100在位置x3处，以比基于设定的供给速度高的速度将线材5送出，由此与位置x1处的线材5的供给量相比使位置x3处的线材5的供给量增加。在位置x3处，线材5的供给量增加，由此上述的负的误差被抵消。附加制造装置100使形成有焊道61时的被加工物的高度的误差减少。由此，附加制造装置100能够使被加工物的高度均一化。

图7是表示通过图1所示的附加制造装置100进行的动作的顺序的流程图。NC装置1进行与在被加工物使加工行进的方向上划分出的多个区间各自有关的接触状态的判定和高度的误差检测。在图7中，示出了直至在多个区间之中的任意区间用于高度的均一化的调整被执行为止的动作的顺序。

在步骤S1中，附加制造装置100开始被加工物的加工。在步骤S2中，状态判定部30从取得部29读入区间中的推定干扰转矩即Td。在步骤S3中，状态判定部30对该区间的Td是否满足Thb≤Td≤Tha进行判定。Tha是用于过负载状态的判定的第1阈值。Thb是用于非接触状态的判定的第2阈值。

图8是对在图2所示的NC装置1所具有的状态判定部30中的判定中使用的阈值进行说明的图。随着间距P变大而Td变小。如果线材5从被加工物乖离，则Td成为零。在判定为不满足Thb≤Td≤Tha的情况下(步骤S3，No)，状态判定部30判定为过负载状态或者非接触状态。在Tha＜Td的情况下，状态判定部30判定为过负载状态。在Td＜Thb的情况下，状态判定部30判定为非接触状态。如果判定为过负载状态或者非接触状态，则在步骤S4中，条件调整部25对与该区间有关的供给速度进行调整。

在条件调整部25预先设定有推定干扰转矩的基准值。条件调整部25以使按照供给指令的驱动中的Td接近该基准值的方式对速度值的增加或者减少进行调整。NC装置1通过将Td和该基准值的差填埋这样的供给指令的反馈控制，进行用于从过负载状态向稳定状态改善的调整和用于从非接触状态向稳定状态改善的调整。

供给指令生成部28生成按照调整后的供给速度的供给指令。在步骤S8中，附加制造装置100向该区间实施按照生成的供给指令的加工。在被加工物的加工没有完成的情况下(步骤S9，No)，附加制造装置100重复从步骤S2起的顺序所涉及的动作。NC装置1直至加工稳定化为止，重复步骤S4的工序。

在步骤S3中判定为满足Thb≤Td≤Tha的情况下(步骤S3，Yes)，在步骤S5中，误差检测部31对该区间中的被加工物的高度的误差即ΔH进行检测。

NC装置1将线材5的前端部作为用于被加工物的高度推定的接触式的传感器起作用。误差检测部31基于表示在线材5与被加工物接触时线材5所承受的负载的Td，对被加工物的高度进行推定。为了将线材5的前端部作为接触式的传感器起作用，在对高度进行推定时，线材5的前端部需要在激光束内的始终相同的位置处熔融。

图9是对在图1所示的附加制造装置100中线材5熔融的位置进行说明的图。线材5的前端部熔融的位置即点A是根据激光束的输出和线材5的供给速度的关系而决定的。线材5的温度与激光束向线材5照射的时间成正比地上升。如果线材5的温度到达金属材料的熔点，则线材5熔融。

线材5的前端部在从前端部进入至激光束的光束剖面内至线材5到达熔点为止的时间Tw中，在光束剖面内进行移动。光束剖面的外缘和点A之间的X轴方向上的距离D满足下面的式(1)。距离D的单位设为mm。V设为线材5的供给速度。供给速度V的单位设为m²/秒。θ设为线材5的行进方向相对于上述的基准面的角度。角度θ的单位设为rad。时间Tw的单位设为秒。根据式(1)，在表示光束剖面中的点A的位置的距离D和供给速度V中比例关系成立。

D＝Vcosθ×Tw···(1)

图10是对通过图2所示的NC装置1所具有的误差检测部31实施的被加工物的高度的推定进行说明的图。在图10中示出了表示被加工物的高度和推定干扰转矩之间的关系的图形。在图9所示的点A是按照指令的线材5的前端位置，被加工物的高度高于基准高度的情况下，线材5的前端位置成为从点A偏离的位置。旋转电动机4通过伺服放大器34，进行与线材5的前端位置和指令上的点A的偏离相对应的比例控制，因此产生与该偏离成正比的干扰转矩。由此，在推定干扰转矩的大小和被加工物的高度中比例关系成立。

如图10所示，随着被加工物的高度H高于点A处的高度即高度H1，Td变大。在被加工物的高度H低于高度H1的情况下，Td成为零。误差检测部31在被加工物的高度H高于高度H1的情况下，基于图10所示的关系对被加工物的高度H进行推定。误差检测部31对推定出的高度H和高度H1的误差即ΔH进行检测。

在步骤S6中，条件调整部25将ΔH的绝对值|ΔH|和第3阈值即Thc进行比较，对|ΔH|是否大于Thc进行判断。Thc存在该长度的误差，设为能够将被加工物的高度视作与高度H1均一的长度。在满足|ΔH|＞Thc的情况下(步骤S6，Yes)，在步骤S7中，条件调整部25对与该区间有关的供给速度进行调整。供给指令生成部28生成按照调整后的供给速度的供给指令。在步骤S8中，附加制造装置100向该区间实施按照生成的供给指令的加工。如上所述，条件调整部25在满足|ΔH|＞Thc的情况下，视作被加工物的高度不是均一的高度，对供给速度进行调整。

另一方面，在不满足|ΔH|＞Thc的情况下，即|ΔH|小于或等于Thc的情况下(步骤S6，No)，条件调整部25将通过步骤S7进行动作跳过。供给指令生成部28生成按照通过条件设定部24设定的供给速度的供给指令。在步骤S8中，附加制造装置100向该区间实施按照生成的供给指令的加工。如上所述，条件调整部25在不满足|ΔH|＞Thc的情况下，视作被加工物的高度为均一的高度，省略供给速度的调整。

在步骤S8后，附加制造装置100通过步骤S9对被加工物的加工是否完成进行判断。在被加工物的加工没有完成的情况下(步骤S9，No)，附加制造装置100重复从步骤S2起的顺序所涉及的动作。在被加工物的加工完成的情况下(步骤S9，Yes)，附加制造装置100结束图7所示的顺序所涉及的动作。

接下来，对NC装置1的处理中的多个区间的设定进行说明。图11是对图2所示的NC装置1的处理中的多个区间的设定进行说明的图。在被加工物中，高度的误差产生为在被加工物中的加工的行进方向上连续地变化。与此相对，条件调整部25由于旋转电动机4的加减速处理或者旋转电动机4的响应速度这样的影响，难以使线材5的供给速度连续地变化。因此，条件调整部25对在被加工物中的加工的行进方向上划分出的多个区间各自中的线材5的供给速度进行调整。

在图11中示出了形成于被加工物的1个焊道70。在图11所示的例子中，形成焊道70时的加工的行进方向为X轴方向。状态判定部30在X轴方向上将被加工物划分为多个区间，从取得部29读入针对每个区间的推定干扰转矩。各区间在X轴方向上具有Δx的长度。状态判定部30基于针对每个区间读入的推定干扰转矩，判定针对每个区间的接触状态。条件调整部25关于在状态判定部30中判定为过负载状态的区间，进行降低供给速度的调整。条件调整部25关于在状态判定部30中判定为非接触状态的区间，进行提高供给速度的调整。

误差检测部31与状态判定部30同样地，从取得部29读入针对每个区间的推定干扰转矩。误差检测部31基于针对每个区间读入的推定干扰转矩，检测针对每个区间的高度的误差。

图12是对通过图2所示的NC装置1实施的针对每个区间的误差的检测和针对每个区间的供给量的调整进行说明的图。焊道71设为是在焊道70的1个之上形成的焊道。误差检测部31在形成焊道71时，检测针对焊道70的每个区间的误差。

在光束剖面中心到达焊道71之中的、多个区间之中的负X方向侧的端的区间即区间72的加工开始的位置73后，在推定干扰转矩整定为止的时间经过时，误差检测部31读入区间72中的推定干扰转矩。误差检测部31基于读入的推定干扰转矩和上述的图10所示的关系，求出与区间72有关的高度的推定值。该推定值被计算为H1。通过误差检测部31将计算出的推定值即H1和基准高度即高度H1的误差即ΔH计算为零。附加制造装置100基于ΔH为零的检测结果，不进行通过条件设定部24所设定的供给速度的调整，向区间72供给线材5。由此，附加制造装置100在区间72中进行以按照加工条件的供给量的加工，由此形成到达高度H2的焊道71。

误差检测部31关于除了区间72以外的区间，也与区间72同样地对误差进行检测。图12所示的区间74是包含焊道70的凸部的区间的1个。关于区间74，误差检测部31在光束剖面中心到达区间74的加工开始的位置75后，在直至推定干扰转矩整定为止的时间经过时，读入区间74中的推定干扰转矩。与区间74有关的高度的推定值被计算为H3。通过误差检测部31将ΔH计算为(H3－H1)。在ΔH的绝对值即|H3－H1|大于上述Thc的情况下，条件调整部25进行与基于条件设定部24中的设定的供给速度的值相比降低区间74中的速度值的调整。由此，附加制造装置100在区间74中进行以比按照加工条件的供给量少的供给量的加工。附加制造装置100如上所述对供给量进行调整，使区间74中的高度的误差抵消，由此在区间74中也形成到达高度H2的焊道71。如上所述，附加制造装置100能够使被加工物的高度均一化。

条件调整部25在各区间中，在光束剖面中心经过区间的期间进行使供给速度变化的调整。图13是对通过图2所示的NC装置1实施的区间内的供给速度的调整进行说明的图。图13所示的图形表示2个区间内的供给速度的推移。图形的纵轴表示线材5的供给速度V，横轴表示时刻t。速度值V1设为按照加工条件的速度值。

NC装置1通过重复针对每个区间的误差检测和供给速度的调整，从而使被加工物的高度均一化。NC装置1在用于高度的均一化的控制中，执行接下来所示的第1至第5工序。

在第1工序中，条件调整部25进行将供给速度V设为速度值V1的调整。在第2工序中，误差检测部31基于速度值V1的线材5的供给时的推定干扰转矩对被加工物的高度进行推定，对误差进行检测。在第3工序中，条件调整部25对能够将检测出的误差抵消的线材5的供给量进行计算。在第4工序中，条件调整部25将计算出的供给量变换为供给速度V的时间序列数据。在第5工序中，供给指令生成部28生成基于时间序列数据的供给指令，将生成的供给指令进行输出。

在图13中，时间Ta设为光束剖面中心经过图12所示的区间74的时间。时间Ta是以按照加工条件的进给速度F1使加工头10以Δx移动所需的时间。在直至时间Ta开始时之前，通过用于区间74中的高度推定的第1工序，在时间Ta开始时将供给速度V调整为速度值V1。时间t1是在直至速度值V1为止的供给速度的加速后推定干扰转矩整定为止所需的时间。在时间t1中，NC装置1进行第2工序至第4工序。

误差检测部31基于线材5被送出的速度即供给速度V为速度值V1且整定时的推定干扰转矩，对高度的误差进行检测。由此，误差检测部31能够在线材5的前端的位置稳定的状态下对误差进行检测。

在时间Ta之中的时间t1及其以后的时间t2、t3中，与按照加工条件的供给量和计算出的供给量的差相应地使供给速度V变化。在区间74中，误差为上述的正误差，因此对比按照加工条件的供给量少的供给量进行计算。条件调整部25在时间t1之后的时间t2中使线材5的供给从速度值V1减速，在时间t2之后的时间t3中使线材5的供给加速。条件调整部25在时间t2和时间t3中，进行与按照加工条件的供给量相比使供给量减少的调整。

在时间t2中，供给速度V从速度值V1降低至速度值Va。在时间t3中，供给速度V从速度值Va增加至速度值V1。在该时间t3中，进行用于在正X方向上位于区间74的相邻处的区间中的高度推定的第1工序。时间t2和时间t3可以是相同长度的时间。条件调整部25与计算出的供给量相应地决定速度值Va。

将光束剖面中心移动距离x的期间的供给量设为W，下面的式(2)成立。供给量W的单位设为mm。时间t1、时间t2及时间t3的单位设为秒。速度值V1及速度值Va的单位设为mm/秒。式(2)的右边在图13中，表示被时间Ta中的供给速度V的图形和横轴夹着的部分的面积。

W＝V1×t1+{(V1+Va)×t2}/2+{(V1+Va)×t3}/2···(2)

设为t2＝t3成立，向式(2)的t3代入t2，且使式(2)变形，由此得到下面的式(3)。条件调整部25基于计算出的供给量W和式(3)，对速度值Va进行计算。

Va＝{W－V1(t1+t2)}/t2···(3)

时间Tb是光束剖面中心经过图12所示的区间74的相邻区间的时间，且是与时间Ta相同长度的时间。在时间Tb中，NC装置1也与时间Ta同样地使供给速度V推移。条件调整部25与关于该区间计算出的供给量相应地，决定时间Tb中的速度值Vb。

根据实施方式1，NC装置1基于干扰转矩的推定值对被加工物的高度的误差进行检测，基于误差对线材5的供给量进行调整。附加制造装置100通过由NC装置1进行的供给量的调整，能够将被加工物的高度均一化。由此，NC装置1具有下述效果，即，能够使附加制造装置100进行高加工精度的加工。

此外，在实施方式1中，光束可以是除了激光束以外的光束，也可以是电子光束。附加制造装置100可以具有光束源即电子光束发生源。NC装置1在光束为除了激光束以外的光束的情况下，也能够使附加制造装置100进行高加工精度的加工。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1NC装置，2激光振荡器，3纤维线缆，4旋转电动机，5线材，6线材卷线筒，7气体供给装置，8配管，10加工头，11光束喷嘴，12线材供给嘴，13气体喷嘴，14加工头驱动部，15工作台，16旋转驱动部，17基体材料，18堆积物，20加工程序，21加工条件表，22程序解析部，23轴指令生成部，24条件设定部，25条件调整部，26条件指令生成部，27输出指令生成部，28供给指令生成部，29取得部，30状态判定部，31误差检测部，32、34伺服放大器，33振荡控制部，41CPU，42RAM，43ROM，44外部存储装置，45输入输出接口，46总线，50、60、61、70、71焊道，51、62凸部，52、63凹部，53液滴，72、74区间，73、75位置，100附加制造装置。

Claims (9)

1.一种数控装置，其对附加制造装置进行控制，该附加制造装置对通过驱动部的驱动力送出的材料照射光束，将熔融的所述材料向被加工物附加而制造造形物，

该数控装置的特征在于，具有：

误差检测部，其对使所述材料堆积的高度方向上的所述被加工物的高度的误差进行检测；以及

调整部，其基于所述误差对所述材料的供给量进行调整。

2.根据权利要求1所述的数控装置，其特征在于，

所述误差检测部对在所述被加工物中的加工的行进方向上划分出的多个区间各自中的所述误差进行检测，

所述调整部对所述多个区间各自中的所述供给量进行调整。

3.根据权利要求1或2所述的数控装置，其特征在于，

所述调整部将所述误差的绝对值和阈值进行比较，在所述误差的绝对值大于阈值的情况下对所述供给量进行调整。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的数控装置，其特征在于，

具有状态判定部，该状态判定部对所述材料向所述被加工物的接触状态进行判定，

所述误差检测部在由所述状态判定部判定为是能够进行稳定加工的接触状态的情况下，对所述误差进行检测。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的数控装置，其特征在于，

所述误差检测部基于施加于所述驱动部的干扰转矩的推定值对所述误差进行检测。

6.根据权利要求5所述的数控装置，其特征在于，

所述误差检测部基于将所述材料送出的速度为按照加工条件的速度时的所述推定值对所述误差进行检测。

7.根据权利要求5或6所述的数控装置，其特征在于，

将用于对所述材料以过度的强度与所述被加工物接触的过负载状态进行判定的阈值设为第1阈值，将用于对所述材料不与所述被加工物接触的非接触状态进行判定的阈值设为第2阈值，所述误差检测部在所述推定值小于第1阈值、且所述推定值大于第2阈值的情况下，对所述误差进行检测。

8.一种附加制造装置，其将通过光束的照射而熔融的材料向被加工物附加而制造造形物，

该附加制造装置的特征在于，具有：

驱动部，其产生用于从所述材料的供给源将所述材料送出的驱动力；

误差检测部，其对使所述材料堆积的高度方向上的所述被加工物的高度的误差进行检测；以及

调整部，其基于所述误差对所述材料的供给量进行调整。

9.一种附加制造装置的控制方法，其由数控装置对附加制造装置进行控制，该附加制造装置向通过驱动部的驱动力送出的材料照射光束，将熔融的所述材料向被加工物附加而制造造形物，

该附加制造装置的控制方法的特征在于，包含下述工序：

对使所述材料堆积的高度方向上的所述被加工物的高度的误差进行检测；以及

基于所述误差对所述材料的供给量进行调整。

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