CN114007802B - 控制信息生成装置及控制信息生成方法 - Google Patents

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Abstract

控制信息生成装置(10)生成用于对层叠造形装置进行控制的控制信息，该层叠造形装置使用一边使加工位置沿造形路径移动，一边将熔融的加工材料附加于对象面而形成的造形物即焊道，对层形状进行造形，对层叠有层形状的三维形状进行造形，该控制信息生成装置(10)具有：焊道宽度修正部(11)，其基于造形路径和焊道的剖面的基准宽度，求出焊道不重叠而用于相邻的剖面的宽度即修正宽度；路径修正部(12)，其基于造形路径及修正宽度而求出修正路径；以及控制信息输出部(15)，其对表示修正路径及修正宽度的控制信息进行输出。

Description

控制信息生成装置及控制信息生成方法
技术领域
本发明涉及生成控制信息的控制信息生成装置及控制信息生成方法，该控制信息用于控制使加工材料层叠而对三维形状进行造形的层叠造形装置。
背景技术
使熔融的加工材料层叠而对三维形状进行造形的层叠造形装置，将一边沿控制信息所示的造形路径使加工位置移动，一边使加工材料熔融而附加于对象面所形成的造形物即焊道排列而造形出层形状，通过将层形状层叠而造形出三维形状。
在专利文献1中，公开了生成层叠造形装置所使用的控制信息的控制信息生成装置。在专利文献1中记载的控制信息生成装置，生成将焊道间的重叠率设为使得层的上表面成为预先确定的平坦度的特定的重叠率的造形路径。该控制信息生成装置关于焊道间的重叠率没有成为特定的重叠率的部分，对加工材料的附加量等层叠条件进行调整。
专利文献1：日本特开2017－144458号公报
发明内容
但是，根据上述现有技术，在造形路径的方向变化的部分，与在造形路径的内侧发生的焊道的重叠相应地，以成为规定的平坦度的方式对加工材料的附加量等层叠条件进行调整，但由于造形路径的内侧部分的焊道的重叠，存在有时造形品质降低这样的问题。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到能够使造形品质提高的控制信息生成装置。
为了解决上述的课题，达到目的，本发明所涉及的控制信息生成装置生成用于对层叠造形装置进行控制的控制信息，该层叠造形装置使用一边使加工位置沿造形路径移动，一边将熔融的加工材料附加于对象面而形成的造形物即焊道对层形状进行造形，对层叠有层形状的三维形状进行造形。该控制信息生成装置具有：焊道宽度修正部，其基于造形路径和焊道的剖面的基准宽度，求出焊道不重叠而用于相邻的剖面的宽度即修正宽度；路径修正部，其基于造形路径及修正宽度而求出修正路径；以及控制信息输出部，其对表示修正路径及修正宽度的控制信息进行输出。
发明的效果
本发明所涉及的控制信息生成装置具有能够使造形品质提高的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的层叠造形系统的结构的图。
图2是用于对图1所示的CAM装置的动作进行说明的流程图。
图3是表示图1所示的造形形状数据取得部所取得的造形形状数据的一个例子的图。
图4是表示将图3所示的造形形状分割后的部分即层形状的图。
图5是图4所示的层形状的俯视图。
图6是图4所示的层形状的侧视图。
图7是图4所示的层形状的俯视图。
图8是图4所示的层形状的侧视图。
图9是表示图5及图6所示的层形状的轮廓部的造形路径的一个例子的图。
图10是表示图5及图6所示的层形状的内部区域的造形路径的一个例子的图。
图11是用于对图10所示的基准宽度进行说明的图。
图12是用于对图2的步骤S203的详细内容进行说明的流程图。
图13是表示相对于图9所示的造形路径计算出的修正宽度的图。
图14是表示相对于图10所示的造形路径计算出的修正宽度的图。
图15是表示将图13所示的修正宽度附加于造形路径数据而得到的数据的图。
图16是表示将图14所示的修正宽度附加于造形路径数据而得到的数据的图。
图17是表示基于图15所示的数据而生成的修正路径的图。
图18是表示在图17所示的修正路径附加修正宽度数据而得到的数据的图。
图19是表示基于图16所示的数据而生成的修正路径的图。
图20是表示在图19所示的修正路径附加修正宽度数据而得到的数据的图。
图21是表示图1所示的控制信息生成装置相对于交叉的造形路径而计算出的修正宽度的图。
图22是表示基于图21所示的数据而生成的修正路径的图。
图23是表示相对于图7所示的层形状而生成的修正路径的图。
图24是图23所示的层形状的侧视图。
图25是表示关于图23所示的点Pc而计算出的层形状的剖面形状的图。
图26是用于对图1所示的点造形路径变换部中的点造形路径的生成进行说明的图。
图27是表示用于实现图1所示的CAM装置的功能的专用的硬件的图。
图28是表示用于实现图1所示的CAM装置的功能的的控制电路的结构的图。
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控制信息生成装置及控制信息生成方法详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的层叠造形系统100的结构的图。层叠造形系统100具有：层叠造形装置21；CAM(Computer Aided Manufacturing)装置1，其生成用于对层叠造形装置21进行控制的控制信息；以及控制信息存储部20，其对由CAM装置1生成的控制信息进行存储。
CAM装置1具有控制信息生成装置10，生成用于对层叠造形装置21进行控制的控制信息。CAM装置1具有造形形状数据取得部2、路径定义数据取得部3、层形状生成部4、造形路径生成部5、造形形状数据存储部6、路径定义数据存储部7、层形状数据存储部8和造形路径数据存储部9。
造形形状数据取得部2从CAM装置1的外部取得表示造形目标的形状即造形形状的造形形状数据。造形形状数据取得部2使所取得的造形形状数据存储于造形形状数据存储部6。
路径定义数据取得部3从CAM装置1的外部取得用于对造形路径进行定义的路径定义数据。路径定义数据取得部3所取得的路径定义数据，例如包含用于对分割造形形状的层进行定义的层定义数据和表示在生成造形路径时使用的焊道剖面的基准宽度的基准焊道宽度数据。另外，路径定义数据能够还包含用于指示是否变换为表示点造形路径的点造形路径数据的点造形路径变换指示数据、和用于对点造形路径进行定义的数据即点造形路径定义数据，该点造形路径数据通过离散的多个点表示造形路径。下面，将使用点造形路径的层叠造形称为点造形。路径定义数据取得部3使所取得的路径定义数据存储于路径定义数据存储部7。
层形状生成部4基于在造形形状数据存储部6中存储的造形形状数据和在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据，生成将造形形状分割为多个层的层形状。具体地说，层形状生成部4能够将造形形状数据所示的造形形状分割为路径定义数据所包含的层定义数据所示的多个层而生成多个层形状。层形状生成部4使表示生成的多个层形状的层形状数据存储于层形状数据存储部8。
造形路径生成部5基于在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据和在层形状数据存储部8中存储的层形状数据，生成造形路径。具体地说，造形路径生成部5使用路径定义数据所包含的基准焊道宽度数据和层形状数据，生成用于通过具有基准宽度的焊道而形成层形状数据所示的形状的造形物的造形路径。造形路径生成部5将表示生成的造形路径的造形路径数据存储于造形路径数据存储部9。
造形形状数据存储部6对由造形形状数据取得部2从CAM装置1的外部取得的造形形状数据进行存储。路径定义数据存储部7对由路径定义数据取得部3从CAM装置1的外部取得的路径定义数据进行存储。层形状数据存储部8对由层形状生成部4生成的层形状数据进行存储。造形路径数据存储部9对由造形路径生成部5生成的造形路径数据进行存储。
控制信息生成装置10基于在层形状数据存储部8中存储的层形状数据、在造形路径数据存储部9中存储的造形路径数据和在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据所包含的基准焊道宽度数据、点造形路径变换指示数据及点造形路径定义数据，生成控制信息，将控制信息输出至CAM装置1的外部，该控制信息表示焊道不重叠而用于相邻的焊道剖面的宽度即修正宽度、焊道高度数据和以焊道不重叠而相邻的方式修正后的造形路径即修正路径。
控制信息生成装置10具有焊道宽度修正部11、路径修正部12、焊道高度计算部13、点造形路径变换部14和控制信息输出部15。
焊道宽度修正部11基于在造形路径数据存储部9中存储的造形路径数据所示的造形路径和在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据所包含的基准焊道宽度数据所示的基准宽度，求出焊道不重叠而用于相邻的造形路径上的焊道剖面的宽度即修正宽度。焊道宽度修正部11基于造形路径的曲率，能够求出修正宽度。例如焊道宽度修正部11在曲率大而基准宽度的焊道重叠的情况下，通过减小修正宽度而使得焊道不重叠。焊道宽度修正部11将造形路径数据和表示求出的修正宽度的修正宽度数据输出至路径修正部12。
路径修正部12基于由焊道宽度修正部11输出的造形路径数据及修正宽度数据，对焊道不重叠而用于相邻的焊道剖面的位置即修正位置进行计算，将造形路径数据所示的造形路径的位置变更为该计算出的修正位置而生成修正路径。路径修正部12将表示生成的修正路径的修正路径数据和修正宽度数据输出至焊道高度计算部13。
焊道高度计算部13基于由路径修正部12输出的修正路径数据及修正宽度数据和在层形状数据存储部8中存储的层形状数据，对层形状的造形所需的造形路径上的焊道剖面中的高度即焊道高度进行计算。焊道高度计算部13将表示计算出的焊道高度的焊道高度数据、修正宽度数据和修正路径数据输出至点造形路径变换部14。
点造形路径变换部14基于在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据所包含的点造形路径变换指示数据，对是否将造形路径变换为点造形路径进行判断。在将造形路径变换为点造形路径的情况下，点造形路径变换部14基于由焊道高度计算部13输出的修正路径数据、修正宽度数据及焊道高度数据和在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据所包含的点造形路径定义数据，将造形路径变换为点造形路径，生成表示点造形路径的点造形路径数据。在不将造形路径变换为点造形路径的情况下，点造形路径变换部14将由焊道高度计算部13输出的修正路径数据直接输出至控制信息输出部15。
控制信息输出部15生成控制信息而输出至CAM装置1的外部，该控制信息表示由点造形路径变换部14输出的修正路径数据或者点造形路径数据、修正宽度和焊道高度。控制信息例如是控制程序。
层叠造形装置21具有控制装置22。控制装置22对层叠造形装置21的动作进行控制。控制装置22读入从CAM装置1输出的控制信息，基于控制信息所示的修正路径、修正宽度和焊道高度，决定供给加工材料的速度、造形路径上的进给速度等造形条件而对层叠造形装置21的动作进行控制。
接下来，对CAM装置1的动作进行说明。图2是用于对图1所示的CAM装置1的动作进行说明的流程图。CAM装置1的造形形状数据取得部2从CAM装置1的外部取得造形形状数据，路径定义数据取得部3从CAM装置1的外部取得路径定义数据(步骤S200)。造形形状数据存储于造形形状数据存储部6，路径定义数据存储于路径定义数据存储部7。
层形状生成部4基于造形形状数据及路径定义数据，生成表示将造形形状分割为多个层后的部分即层形状的层形状数据，将生成的层形状数据存储于层形状数据存储部8(步骤S201)。
图3是表示图1所示的造形形状数据取得部2所取得的造形形状数据的一个例子的图。造形形状包含使用加工材料而造形的造形对象的形状400、和表示在进行造形时将层堆积的基座的基座形状401。层定义数据例如包含对成为层的基准的面402进行指定的基准面指定数据和表示层的高度HB的高度数据。
图4是表示将图3所示的造形形状分割后的部分即层形状的图。图4示出了将图3所示的形状400与面402平行地以高度HB为单位分割后的状态。生成的层形状存在高度恒定的层形状410和不恒定的层形状411。
图5是图4所示的层形状410的俯视图。在图5示出了xy平面中的层形状410。图6是图4所示的层形状410的侧视图。在图6示出了yz平面中的层形状410。层形状410具有恒定的高度HB。
图7是图4所示的层形状411的俯视图。在图7示出了xy平面中的层形状411。图8是图4所示的层形状411的侧视图。在图8示出了yz平面中的层形状411。层形状411具有与高度HB相比高度低的部分。
返回图2的说明。造形路径生成部5基于在层形状数据存储部8中存储的层形状数据和在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据，针对每个层形状数据而生成造形路径，使表示生成的造形路径的造形路径数据存储于造形路径数据存储部9(步骤S202)。
图9是表示图5及图6所示的层形状的轮廓部Ro的造形路径的一个例子的图。图9示出了使按照P1、P2、···、P14、P2、P1的顺序附加加工材料的位置移动的造形路径。在这里，点P1、点P2之间等通过虚线表示的路径示出了不进行加工材料的附加的移动。
图10是表示图5及图6所示的层形状的内部区域Ri的造形路径的一个例子的图。图10示出了使按照点P15、P16、···、P32的顺序附加加工材料的位置移动的造形路径。与图9同样地，图10所示的虚线示出了不进行加工材料的附加的移动。图10所示的造形路径是在使用具有基准宽度WB的焊道实现的造形中，以焊道间的重叠容许并在焊道间不空出间隙的方式生成的路径。
图11是用于对图10所示的基准宽度WB进行说明的图。基准宽度WB是将实际不是长方体形状的剖面形状的焊道重叠而形成的造形区域形状针对每个焊道分解后的等价的长方体形状的剖面形状的宽度。
图9所示的造形路径将层形状的轮廓部Ro能够比较高精度地进行造形，但在通过宽度恒定的焊道进行的造形中，在造形路径中的点P3、P8、P9、P14等造形路径的角部、点P4和P5、点P6和P7、点P10和P11及点P12和P13之间的半径小于WB的一半的圆弧路径部分中，在路径的内侧部分发生焊道的重叠，产生造形精度降低这样的问题。为了使造形精度提高，已知进行造形量的调整等方法，但依然在路径的内侧部分焊道重叠，由此成为偏向内侧的造形。
另外，图10所示的造形路径是在内部区域Ri的中腹部能够高精度地造形，但在发生焊道与图9所示的造形路径的重叠的部分中有时发生由造形的不平均引起的与上述相同的问题。本实施方式的目的在于抑制由如上所述的造形的不平均引起的造形精度的降低。
返回图2的说明。控制信息生成装置10基于在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据、在层形状数据存储部8中存储的层形状数据和在造形路径数据存储部9中存储的造形路径数据而生成控制信息，对生成的控制信息进行输出，该控制信息表示以焊道不重叠而相邻的方式修正后的造形路径即修正路径、修正路径的焊道宽度即修正宽度和焊道高度(步骤S203)。
图12是用于对图2的步骤S203的详细内容进行说明的流程图。焊道宽度修正部11基于造形路径数据所示的造形路径和路径定义数据所包含的基准焊道宽度数据所示的焊道剖面的基准宽度WB，对焊道剖面不重叠而用于相邻的焊道剖面的宽度即修正宽度进行计算。焊道宽度修正部11将表示计算出的修正宽度的焊道宽度数据和造形路径数据输出至路径修正部12(步骤S300)。
焊道宽度修正部11在造形路径上的第1点处，对在造形路径的左右与造形路径相接的2个圆、且在第1点以外的第2点处与造形路径相接的圆进行探索。此时，所要探索的圆要求满足不与造形路径相交叉、半径小于或等于基准宽度WB的一半这一条件。在满足条件的圆没有被找到的情况下，设为在第1点处与造形路径相接，半径成为基准宽度WB的一半的圆。焊道宽度修正部11例如在造形路径上的第1点处，生成与造形路径相接的圆，进行生成的圆和造形路径的交叉判定，由此能够在第1点以外探索地对与造形路径相接的圆进行计算。焊道宽度修正部11使第1点变化，能够进行在造形路径上的多个点处满足条件的圆的探索。
图13是表示相对于图9所示的造形路径而计算出的修正宽度的图。在图13，示出了在造形路径上的点Pi处，在造形路径的左右各侧与造形路径相接的圆CLi、CRi。在这里，圆CLi在点PAi处也与造形路径相接，中心点为点BLi，半径为WLi。WLi小于基准宽度WB的一半。点Pi处的造形路径左侧的宽度WLi的焊道剖面，不与点PAi处的造形路径左侧的宽度WLi的焊道剖面重叠，而是相邻。圆Cri在点Pi以外与造形路径相接的点不存在，因此将半径即宽度WRi设为基准宽度WB的一半。点Pi处的造形路径右侧的宽度WRi的焊道剖面，不与造形路径上的其他点处的焊道剖面重叠。
如以上所述相对于点Pi得到的宽度WLi及宽度WRi，是在点Pi处焊道不重叠而相邻的焊道剖面的造形路径的左侧及右侧各自的焊道宽度，对点Pi处的焊道剖面的修正位置及修正宽度进行定义。具体地说，修正宽度成为将相对于点Pi得到的宽度WLi及宽度WRi相加的值。在将修正位置设为修正路径的宽度的中心的情况下，修正位置成为从点Pi起向左为宽度WLi的距离的点BLi和从点Pi起向右为宽度WRi的距离的点BRi的中点。在图13所示的例子中，宽度WLi比宽度WRi短，因此点BLi及点BRi的中点位于点Pi和点BRi之间。
图14是表示相对于图10所示的造形路径而计算出的修正宽度的图。在该例中，设想在进行层形状的轮廓部Ro的造形后，进行层形状的内部的造形的情况。需要使得在对层形状的轮廓部Ro进行造形的焊道不重叠对层形状的内部进行造形的焊道。因此，首先，焊道宽度修正部11在层形状内部的造形路径间通过与层形状的轮廓部Ro的造形路径相同的计算进行焊道剖面的修正宽度的计算，并且进行对从计算出的剖面的范围将层形状的轮廓部Ro的焊道区域所涉及的部分排除在外的部分进行提取的计算。
在图14所示的造形路径上的点Pj处，在层形状内部的造形路径间，与修正后的焊道剖面的造形路径对应的左侧的宽度WLj及右侧的宽度WRj两者都成为基准宽度WB的一半。在这里，点BLj是从点Pj起向造形路径的左侧以WLj移动后的点，点BRj是从点Pj起向造形路径的右侧以WRj移动后的点。修正后的焊道剖面的范围通过点BLj和点BRj之间的线段表示。而且，焊道宽度修正部11对从修正后的焊道剖面的范围将层形状的轮廓部Ro的焊道区域排除在外后的部分即点BLj及点BRjα之间的线段进行提取。在这里，点BRjα是点BLj及点BRj之间的线段和层形状的轮廓部Ro的焊道区域的边界线的交点。通过将点BRj置换为点BRjα，从而能够使得在对层形状的轮廓部Ro进行造形的焊道不重叠对层形状的内部进行造形的焊道。
焊道宽度修正部11以下述方式根据提取出的线段而决定与修正后的焊道剖面的造形路径对应的左侧及右侧的宽度。焊道宽度修正部11由于提取出的线段的左侧的点BLj处于造形路径的左侧，因此将从点Pj至点BLj为止的距离设为左侧的宽度WLj。焊道宽度修正部11由于提取出的线段的右侧的点BRjα不处于造形路径的右侧而是处于左侧，因此将从点Pj至点BRjα为止的距离的标号变为负而设为右侧的宽度－WRjα。如上所述，将与修正后的焊道剖面的造形路径对应的左侧及右侧的宽度通过带标号的值进行表现，由此能够对相对于造形路径位于左侧或者右侧的焊道剖面的范围进行表现。
图15是表示将图13所示的修正宽度附加于造形路径数据而得到的数据的图。图15所示的数据是相对于层形状的轮廓部Ro的造形路径上的点Q41～Q48，分别附加有焊道不重叠而用于相邻的焊道剖面的左侧及右侧的修正宽度数据WL41～WL48、WR41～WR48。例如，在图15中相对于造形路径上的点Q42，作为与焊道不重叠而用于相邻的焊道剖面的造形路径对应的左侧及右侧的修正宽度数据而附加有WL42及WR42。
图16的表示将图14所示的修正宽度附加于造形路径数据而得到的数据的图。图15及图16示出了由焊道宽度修正部11输出的数据的一个例子。图16所示的数据是相对于层形状的内部区域Ri的造形路径上的点P16、P17、P21、P22、Q51～Q56，分别附加有焊道不重叠而用于相邻的焊道剖面的左侧及右侧的修正宽度数据WL16、WL17、WL21、WL22、WL51～WL56、WR16、WR17、WR21、WR22、WR51～WR56。
作为附加于如上所述的数据的造形路径上的点，优选与修正后的焊道剖面的造形路径对应的宽度变化的区间的边界及该区间内的点。数据所包含的点在后面优选在造形路径数据被传送的路径修正部12中进行选择，以使得基于修正后的焊道剖面的位置或者宽度的定义数据而修正路径的生成能够被适当地进行。
返回图12的说明。路径修正部12根据造形路径和具有在步骤S300中计算出的修正宽度的焊道剖面，对焊道剖面的位置进行修正而对修正位置进行计算，将造形路径的位置变换为该计算出的修正位置而对修正路径进行计算(步骤S301)。路径修正部12将在表示修正路径的修正路径数据附加修正宽度数据而得到的数据输出至焊道高度计算部13。
路径修正部12基于由焊道宽度修正部11输出的造形路径数据及修正宽度数据，在造形路径上的各点处对修正位置进行计算。路径修正部12关于造形路径上的某点Q，在设为附加于点Q的修正宽度数据所示的左侧的宽度WL、右侧的宽度WR时，使用以下所示的算式(1)对焊道剖面的中心的位置K进行计算。
K＝(WL－WR)/2···(1)
在K为0的情况下，焊道剖面的中心位置与原来的造形路径的位置一致，在K为0以外的情况下，焊道剖面的中心位置从原来的造形路径偏离。路径修正部12如果K为正值，则将从点Q向造形路径的左侧以K偏移后的位置设为修正位置，如果K为负值，则将从点Q向造形路径的右侧以K偏移后的位置设为修正位置。
路径修正部12以经过计算出的修正位置的方式对造形路径进行修正，在修正后的造形路径即修正路径上的点附加修正宽度数据。
此外，路径修正部12也能够将焊道剖面的中心以外的位置设为修正位置。例如，在相邻的焊道的造形中，有时由于已经造形完成的焊道的影响而使此后造形的焊道不平均地形成。作为已经造形完成的焊道的影响，例如，存在由于表面张力将新造形的焊道向已经造形的焊道侧拉拽。通过使修正位置从焊道剖面的中心偏移，从而有时能够缓和如上所述的影响。因此，路径修正部12基于造形路径所包含的1个路径即对象路径和与对象路径相邻的路径即相邻路径的造形分担，能够求出修正位置。此时，路径修正部12基于对象路径和相邻路径的造形顺序，能够对修正位置进行调整。路径修正部12基于对象路径和相邻路径的造形顺序，能够对计算位置K时使用的算式进行切换。
例如，相对于点Q的焊道剖面的宽度WM能够使用下面的算式(2)进行计算。在由焊道宽度修正部11输出的造形路径附加的修正宽度数据，通过造形路径的左侧的宽度数据及造形路径的右侧的宽度数据表示。在由路径修正部12输出的修正路径附加的修正宽度数据，通过焊道的整体的宽度数据表示。
WM＝WL+WR···(2)
在这里，关于原来的造形路径中为角的点，进行以下所示的处理。在原来的造形路径中为角的部分，在到达角的路径和从角开始的路径处剖面方向不连续地改变。因此，路径修正部12关于各剖面方向分别使用与上述相同的计算方法对修正位置进行计算。而且，路径修正部12关于各剖面方向，对将在分别计算出的修正位置间经过的角绕入的路径进行追加。在追加的路径的起点及终点附加的修正宽度数据，成为根据在与原来的造形路径对应的角附加的数据，使用上述的算式(2)而计算出的值。
图17是表示基于图15所示的数据而生成的修正路径的图。在图17中，点Q42、Q43、Q46、P4、P5、Q47是修正位置从原来的造形路径偏离。与修正位置相匹配之间的路径也进行修正。另外，在原来的造形路径关于角部的点P3，对点P3及点P3α这2个修正位置进行计算，在这些点之间追加路径。在角部，修正宽度小于基准宽度WB，例如修正宽度为基准宽度WB的一半，以将角部的外侧绕入的方式对造形路径进行修正。
图18是表示在图17所示的修正路径附加修正宽度数据而得到的数据的图。路径修正部12如图18所示，将表示修正路径和修正路径上的各点处的修正宽度的数据输出至焊道高度计算部13。在图18，对修正路径上的点Q41、Q42、P3、P3α、Q43～Q45、P4、P5、Q46～Q48各自附加有修正宽度WM41、WM42、WM3、WM3α、WM43～WM45、WM4、WM5、WM46～WM48。
图19是表示基于图16所示的数据而生成的修正路径的图。如图19所示，点Q52、P17、Q53～Q55从原来的造形路径偏离。图20是表示在图19所示的修正路径附加有修正宽度数据而得到的数据的图。在图20，在修正路径上的点P16、Q51、Q52、P17、Q53～Q56、P21、P22各自附加有修正宽度WM16、WM51、WM52、WM17、WM53～WM56、WM21、WM22。
图21是表示图1所示的控制信息生成装置10相对于交叉的造形路径而计算出的修正宽度的图。示出了修正前的造形路径上的点P811处的左侧的宽度WL811及右侧的宽度WR811。同样地，示出了修正前的造形路径上的点P812处的左侧的宽度WL812及右侧的宽度WR812。
图22是表示基于图21所示的数据而生成的修正路径的图。在图22，使用修正路径上的点P81～P84、Q82～Q99而示出了修正路径。如上所述，关于通过本发明的焊道宽度修正部11及路径修正部12得到的各种形状的造形路径，能够生成修正路径数据，该修正路径数据附加有焊道不重叠而相邻且以造形平均的方式修正后的焊道剖面的修正宽度。
返回图12的说明。焊道高度计算部13基于由路径修正部12输出的修正路径数据和在层形状数据存储部8中存储的层形状数据，在修正路径上的多个点处，对为了使用具有在修正路径数据附加的修正宽度的焊道而造形层形状所需的焊道高度进行计算(步骤S302)。焊道高度计算部13生成修正路径数据，将生成的修正路径数据输出至点造形路径变换部14，该修正路径数据附加有表示计算出的焊道高度的焊道高度数据和修正宽度数据。
图23是表示相对于图7所示的层形状411而生成的修正路径的图。在图23示出了xy平面中的层形状411及修正路径。图24是图23所示的层形状411的侧视图。图23及图24所示的层形状411的高度不恒定。焊道高度计算部13基于在修正路径上的点处附加于点的修正宽度数据和层形状数据，对修正后的焊道剖面中的层形状的剖面形状的数据进行计算。
图25是表示关于图23所示的点Pc而计算出的层形状411的剖面形状的图。在修正路径上的点Pc处，在宽度WMc的焊道剖面中层形状411的剖面形状不满足基准的高度HB。因此，如果通过一定量的加工材料进行造形，则有时造形形状从层形状411伸出而隆起。因此，优选对造形量进行调整。因此，焊道高度计算部13对层形状411的剖面形状中的平均的焊道高度即平均高度进行计算，将计算出的平均高度与修正路径数据一起传送至层叠造形装置21的控制装置22，由此使得控制装置22能够进行造形量的适当的调整。相对于点Pc的层形状411的剖面形状中的平均高度HGc，在将层形状411的剖面形状的面积设为AGc的情况下，通过下面的算式(3)表示。
HGc＝AGc/WMc···(3)
焊道高度计算部13关于修正路径上的各点对层形状的剖面形状中的平均高度HGc进行计算，将计算出的平均高度HGc及修正宽度数据附加于修正路径数据而得到的数据输出至点造形路径变换部14。
返回图12的说明。点造形路径变换部14基于由焊道高度计算部13输出的修正路径数据和在路径定义数据存储部7中存储的路径定义数据所包含的点造形路径变换指示数据及点造形路径定义数据，生成输出至控制信息输出部15的点造形路径(步骤S303)。具体地说，点造形路径变换部14在指示点造形路径变换指示数据进行点造形的路径生成的情况下，将修正路径变换为点造形的造形路径数据，将变换后的修正路径数据输出至控制信息输出部15。点造形路径变换部14在没有指示点造形路径变换指示数据进行点造形的路径生成的情况下，将由焊道高度计算部13输出的修正路径数据直接输出至控制信息输出部15。
图26是用于对图1所示的点造形路径变换部14中的点造形路径的生成进行说明的图。在指示点造形路径变换指示数据进行点造形的路径生成的情况下，点造形路径变换部14生成在修正路径上进行点造形的点。点造形路径变换部14使用修正路径数据和点造形路径定义数据而生成点造形路径。作为点造形路径定义数据，赋予了点的间隔相对于修正后的焊道剖面的宽度的比例O。点造形的点是在修正路径的行进方向依次生成的。此时生成完成的某点和其接下来生成的点的间隔，基于相对于点的修正宽度和点的间隔的比例O而决定。在图26中，点Sa是点造形的点，是点Q41和点Q42之间的修正路径上的点。相对于点Sa的焊道剖面的宽度Wma使用下面的算式(4)进行计算。
WMa＝(f×WM41+e×WM42)/(e+f)···(4)
在这里，WM41是相对于点Q41的修正宽度，WM42是相对于点Q42的修正宽度。WM41、WM42附加于由焊道高度计算部13输出的数据。e是点Q41及点Sa间的距离，f是点Sa及点Q42间的距离。作为e及f的值，可以使用点Q41及点Sa间的造形路径的长度、点Sa及点Q42间的造形路径的长度。
在点Sa后生成的点造形的点Sb成为从点Sa起以距离Db分离的点。在这里，距离Db使用以下所示的算式(5)进行计算。
Db＝O×(WMa+WMb)/2···(5)
在这里，WMb是通过与WMa相同的计算方法得到的点Sb所对应的焊道剖面的宽度。
点造形路径变换部14在使用以上说明的方法而计算出的点造形的点的数据附加焊道剖面的宽度数据及高度数据而生成变换为点造形路径后的修正路径数据，将生成的修正路径数据输出至控制信息输出部15。在这里，作为焊道剖面的高度数据，能够与宽度数据同样地计算。例如相对于点Sa的高度HGb能够使用以下所示的算式(6)进行计算。
HGb＝(f×HG41+e×HG42)/(e+f)···(6)
在这里，HG41是相对于点Q41的焊道剖面的高度，HG42是相对于点Q42的焊道剖面的高度。使用以上说明的方法而生成的点造形的点数据与焊道剖面的修正宽度相应地通过适当的间隔而生成。因此，能够使点造形中的造形的精度提高。
返回图12的说明。控制信息输出部15基于由点造形路径变换部14输出的修正路径数据，生成表示修正路径、造形目标的焊道宽度及高度即修正宽度及焊道高度的控制信息(步骤S304)。控制信息输出部15将生成的控制信息向CAM装置1的外部输出。控制信息例如包含造形路径、修正宽度及高度数据，是用于对层叠造形装置21进行控制的控制程序。
接下来，对本发明的实施方式1所涉及的CAM装置1的硬件结构进行说明。CAM装置1的各部通过处理电路而实现。这些处理电路可以通过专用的硬件而实现，也可以是使用CPU(Central Processing Unit)的控制电路。
在上述的处理电路通过专用的硬件而实现的情况下，它们通过图27所示的处理电路90而实现。图27是表示用于实现图1所示的CAM装置1的功能的专用的硬件的图。处理电路90是单一电路、复合电路、被程序化的处理器、被并行程序化的处理器、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)或者它们的组合。
在上述处理电路通过使用了CPU的控制电路而实现的情况下，该控制电路例如是图28所示的结构的控制电路91。图28是表示用于实现图1所示的CAM装置1的功能的控制电路91的结构的图。如图28所示，控制电路91具有处理器92和存储器93。处理器92是CPU，也被称为中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、DSP(Digital SignalProcessor)等。存储器93例如是RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM)等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD(DigitalVersatile Disk)等。
在上述处理电路通过控制电路91而实现的情况下，是处理器92将在存储器93中存储的与各结构要素的处理相对应的程序读出并执行而实现的。另外，存储器93还作为由处理器92执行的各处理中的暂时存储器使用。
如以上说明所述，根据本发明的实施方式1所涉及的控制信息生成装置10，能够以焊道不重叠而相邻的方式对造形路径进行修正，因此能够避免焊道的重叠，能够减小加工材料的不平均而使造形品质提高。特别地，在造形路径的方向变化的部分中，如果焊道重叠则造形后的形状容易变形，但在本实施方式中焊道不重叠而相邻，因此能够使造形品质提高。
另外，路径修正部12基于造形路径所包含的对象路径和与对象路径相邻的相邻路径的造形分担，求出修正位置。因此，在对象路径和相邻路径的间隔不恒定的情况下也能够减小焊道的重叠、加工材料的不平均，能够使造形品质提高。另外，路径修正部12基于对象路径和相邻路径的造形顺序对修正位置进行调整。在相邻路径已经存在的情况和不存在的情况下由于表面张力的影响而焊道的造形形状不同。因此，能够考虑各焊道的形状而对修正位置进行调整，能够使造形品质提高。
焊道宽度修正部11使造形路径的角部的修正宽度小于基准宽度WB，例如设为一半，路径修正部12求出将角部的外侧绕入的修正路径。在造形路径的角部，如果使用均一的宽度的焊道，则在角部的内侧，与角部的外侧及直线部相比较加工材料的量变多，有时加工材料的量变得不均一而造形品质降低。与此相对，在本实施方式中，在造形路径的角部也能够减小焊道的重叠及加工材料的不平均，能够与弯折角度无关而使造形品质提高。
焊道宽度修正部11基于造形路径的曲率，能够求出修正宽度。具体地说，焊道宽度修正部11是造形路径的曲率越大则越减小修正宽度。在造形路径的曲率半径小于焊道的基准宽度WB的一半的情况下，有时在曲率中心侧焊道重叠而发生加工材料的不平均。与此相对，在本实施方式中，考虑曲率对焊道的宽度进行修正，因此能够使造形品质提高。
另外，焊道高度计算部13求出焊道剖面的平均高度，控制信息输出部15在修正路径及修正宽度的基础上，对表示平均高度的控制信息进行输出。由此，层叠造形装置21所具有的控制装置22使用该控制信息对加工材料的量进行调整，由此能够对焊道的高度进行调整，能够减小加工材料的不平均，因此能够使造形品质提高。
点造形路径变换部14将修正路径变换为通过修正路径上的离散点表示的点造形路径。点造形路径变换部14基于修正宽度及平均高度中的至少1个，决定离散点的间隔。通过设为如上所述的结构，从而能够使基于离散点的造形品质提高。
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。
例如，在上述的实施方式中，控制信息生成装置10内置于CAM装置1，但控制信息生成装置10也可以是与CAM装置1不同的装置。
另外，在上述的实施方式中进行说明的技术不仅能够作为控制信息生成装置10或者包含控制信息生成装置10的层叠造形系统100而实现，也能够作为包含控制信息生成装置10的各功能的动作的控制信息生成方法而实现，也能够作为记述有控制信息生成方法的各动作的计算机程序而实现。该计算机程序也能够经由通信通路而提供，也能够存储于记录介质而提供。
标号的说明
1CAM装置，2造形形状数据取得部，3路径定义数据取得部，4层形状生成部，5造形路径生成部，6造形形状数据存储部，7路径定义数据存储部，8层形状数据存储部，9造形路径数据存储部，10控制信息生成装置，11焊道宽度修正部，12路径修正部，13焊道高度计算部，14点造形路径变换部，15控制信息输出部，20控制信息存储部，21层叠造形装置，22控制装置，90处理电路，91控制电路，92处理器，93存储器，100层叠造形系统，400形状，401基座形状，402面，410、411层形状，HB高度，WB基准宽度。

Claims (9)

1.一种控制信息生成装置，其生成用于对层叠造形装置进行控制的控制信息，该层叠造形装置使用一边使加工位置沿造形路径移动，一边将熔融的加工材料附加于对象面而形成的造形物即焊道，对层形状进行造形，对层叠有所述层形状的三维形状进行造形，
该控制信息生成装置的特征在于，具有：
焊道宽度修正部，其基于所述造形路径和所述焊道的剖面的基准宽度，求出焊道不重叠而用于相邻的所述剖面的宽度即修正宽度；
路径修正部，其基于所述造形路径及所述修正宽度而求出修正路径；以及
控制信息输出部，其对表示所述修正路径及所述修正宽度的控制信息进行输出。
2.根据权利要求1所述的控制信息生成装置，其特征在于，
所述路径修正部基于所述造形路径所包含的对象路径、和与所述对象路径相邻的相邻路径的造形分担，求出所述修正路径。
3.根据权利要求1或2所述的控制信息生成装置，其特征在于，
所述焊道宽度修正部使所述造形路径的角部的所述修正宽度小于所述基准宽度，
所述路径修正部求出将所述角部的外侧绕入的所述修正路径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制信息生成装置，其特征在于，
所述焊道宽度修正部基于所述造形路径的曲率，求出所述修正宽度。
5.根据权利要求4所述的控制信息生成装置，其特征在于，
所述焊道宽度修正部是所述曲率越大则越减小所述修正宽度。
6.根据权利要求2所述的控制信息生成装置，其特征在于，
所述路径修正部基于所述对象路径和所述相邻路径的造形顺序，对所述修正路径进行调整。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的控制信息生成装置，其特征在于，
还具有焊道高度计算部，该焊道高度计算部基于所述修正路径、所述修正宽度及所述层形状，求出所述焊道的剖面的平均高度，
所述控制信息输出部对还表示所述平均高度的所述控制信息进行输出。
8.根据权利要求7所述的控制信息生成装置，其特征在于，
还具有点造形路径变换部，该点造形路径变换部将所述修正路径变换为通过所述修正路径上的离散点表示的点造形路径，
所述点造形路径变换部基于所述修正宽度而决定所述离散点的间隔。
9.一种控制信息生成方法，其生成用于对层叠造形装置进行控制的控制信息，该层叠造形装置使用一边使加工位置沿造形路径移动，一边将熔融的加工材料附加于对象面而形成的造形物即焊道，对层形状进行造形，对层叠有所述层形状的三维形状进行造形，
该控制信息生成方法的特征在于，具有下述步骤：
生成所述控制信息的控制信息生成装置基于所述造形路径和所述焊道的剖面的基准宽度，求出焊道不重叠而用于相邻的所述剖面的宽度即修正宽度；
所述控制信息生成装置基于所述造形路径及所述修正宽度而求出修正路径；以及
所述控制信息生成装置对表示所述修正路径及所述修正宽度的控制信息进行输出。
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