DE112021007615T5

DE112021007615T5 - Numerische steuervorrichtung und numerisches steuerverfahren

Info

Publication number: DE112021007615T5
Application number: DE112021007615.9T
Authority: DE
Inventors: Seiji Uozumi; Nobuyuki Sumi; Shun KAYASHIMA
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2024-02-29
Also published as: WO2022234658A1; CN117157600A; JPWO2022234658A1

Abstract

Eine NC-Vorrichtung (1) beinhaltet eine Ausführungseinheit (103) für die additive Fertigung, die einen Prozess für die additive Fertigung zum Produzieren eines geformten Objekts durch Stapeln von Schichten eines durch Emission eines Strahls geschmolzenen Materials steuert, eine Ausführungseinheit (107) für die subtraktive Fertigung, die einen Prozess für die subtraktive Fertigung zum Schneiden des geformten Objekts unter Verwendung eines Werkzeug steuert, eine Statusanalyseeinheit (104), die einen Bearbeitungsstatus des geformten Objekts auf der Grundlage von Sensordaten (24) analysiert, die durch Überwachen des Bearbeitungsstatus des geformten Objekts erhalten werden, das durch eine Kombination aus zwei Produktionsprozessen produziert wird, bei welchen es sich um den Prozess für die additive Fertigung und den Prozess für die subtraktive Fertigung handelt, eine Produktionsprozessänderungseinheit (105), die an die Ausführungseinheit für die additive Fertigung und die Ausführungseinheit für die subtraktive Fertigung einen Wechselbefehl ausgibt, der das Wechseln in Bezug auf darauf befiehlt, welcher der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist, und zwar auf der Grundlage eines Ergebnisses der Analyse des Bearbeitungsstatus, und eine Prozessbedingungserzeugungseinheit (106), die eine Prozessbedingung, die in einem Produktionsprozess, der nach dem Wechseln durchzuführen ist, der zwei Produktionsprozesse zu verwenden ist, auf der Grundlage einer Prozessbedingung, die in einem Produktionsprozess verwendet wird, der vor dem Wechseln durchgeführt wird, bestimmt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine numerische Steuervorrichtung und ein numerisches Steuerverfahren zum Steuern einer Maschine zur additiven Fertigung und einer Maschine zur subtraktiven Fertigung.
Hintergrund
Eine Maschine für die additive Fertigung ist eine bekannte Technologie zum Produzieren eines geformten Objekts, das eine dreidimensionale Form aufweist, unter Verwendung einer Technik zum Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung (directed energy deposition - DED). Eine Art von Maschinen für die additive Fertigung ist eine Maschine, die lokal ein Material unter Verwendung eines aus einem Bearbeitungskopf emittierten Strahls schmilzt und das geschmolzene Material zu einem Werkstück addiert. Eine Maschine für die additive Fertigung ist dazu in der Lage, komplexe Formen, wie zum Beispiel eine Hohlstruktur und einen einstückig gebildeten Artikel, zu produzieren, weist jedoch eine geringe Formungsgenauigkeit auf, was einen Prozess zum Entfernen unerwünschter Abschnitte unter Verwendung einer Schneidfertigungsmaschine erfordert. Eine Schneidfertigungsmaschine ist eine Maschine, die eine gewünschte Form durch Schneiden eines Werkstücks unter Verwendung verschiedener Arten von Schneidwerkzeugen produziert, wie zum Beispiel ein Bohrer und ein Fräser, die an dem Bearbeitungskopf angebracht sind. Eine Schneidfertigungsmaschine ist dazu in der Lage, ein geformtes Objekt mit einer höheren Präzision zu produzieren als der Präzision, die durch additive Fertigung erreichbar ist.
Wenn eine numerische Steuervorrichtung eine Maschine für die additive Fertigung und eine Schneidfertigungsmaschine steuert, wird das in die numerische Steuervorrichtung einzugebende Bearbeitungsprogramm im Allgemeinen durch eine Vorrichtung für die computergestützte Fertigung (computer-aided manufacturing - CAM) erzeugt. Die numerische Steuervorrichtung berechnet einen Bewegungspfad zum Bewegen des Bearbeitungskopfs durch eine Analyse des Bearbeitungsprogramms und erzeugt einen Positionsbefehl, der eine Gruppe von interpolierten Punkten zu jeder Zeiteinheit auf dem Bewegungspfad beinhaltet. Die numerische Steuervorrichtung steuert einen Betriebsmechanismus, der in jeder der Maschine für die additive Fertigung und der Schneidfertigungsmaschine enthalten ist, gemäß dem Positionsbefehl. Die numerische Steuervorrichtung erzeugt zudem einen Befehl, der die durch das Bearbeitungsprogramm spezifizierten Prozessanforderungen erfüllt.
In Bezug auf die Maschine für die additive Fertigung steuert die numerische Steuervorrichtung die Strahlenquelle, indem sie einen Befehl erzeugt, der die Strahlenausgabeanforderungen erfüllt. Außerdem steuert die numerische Steuervorrichtung in Bezug auf die Maschine für die additive Fertigung die Zufuhrquelle für ein Material, wie zum Beispiel ein Metallpulver oder einen Metalldraht, indem sie einen Befehl erzeugt, der eine Anforderung an den Materialzufuhrbetrag erfüllt. Bei der additiven Fertigung bewirkt die Emission eines Strahls auf das Material und auf das Werkstück das Schmelzen eines Teils des Werkstücks und das Erzeugen eines Schmelzbads, in dem das geschmolzene Material gesammelt wird, auf dem Werkstück. Das geschmolzene Material wird dem Schmelzbad zugeführt, wonach sich das Material verfestigt, wodurch bewirkt wird, dass eine Schicht, die aus verfestigtem geschmolzenen Material gebildet ist, auf dem Werkstück gebildet wird.
Zusätzlich steuert die numerische Steuervorrichtung in Bezug auf die Schneidfertigungsmaschine die Kante des Schneidwerkzeugs, indem sie einen Befehl erzeugt, der eine Anforderung an die Drehgeschwindigkeit des Werkzeugs erfüllt. Die Schneidfertigungsmaschine schneidet durch die Kante des Schneidwerkzeugs physisch in das Werkstück ein und schneidet und einen Teil des Werkstücks als Späne aus und entfernt diesen, wodurch eine schneidbearbeitete Fläche gebildet wird.
Das in Patentliteratur 1 beschriebene Steuerdatenerzeugungsverfahren bestimmt einen Schneidpfad zum Schneiden, durch ein Werkzeug, einer Form, die unter Verwendung einer Technik für die additive Fertigung erzeugt wird, und einen Pfad der Düse, die das Material zuführt, um zu veranlassen, dass der Pfad den Schneidpfad zeitlich zurückverfolgt.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 6626788
Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die Technologie aus der vorstehenden Patentliteratur 1 wechselt den Prozess zwischen dem Schneidprozess und dem Prozess für die additive Fertigung jedoch zu einem Zeitpunkt, der im Voraus unter Verwendung einer CAM-Technologie auf der Grundlage des Fachwissens des Benutzers bestimmt wird, ohne den Schweißstatus des Metallmaterials oder die Wärmestaubedingung des bearbeiteten Abschnitts in dem Prozess für die additive Fertigung zu berücksichtigen. Selbst wenn das geformte Objekt einer Dehnung oder Fehlformung in Abhängigkeit von dem Schweißstatus oder der Wärmestaubedingung unterzogen wird, ist die Technologie aus der vorstehenden Patentliteratur 1 nicht dazu in der Lage, den Prozess für die additive Fertigung zu unterbrechen, sondern setzt den Prozess für die additive Fertigung fort, wobei die Dehnung oder die Fehlformung an dem geformten Objekt verbleibt. Dies stellt ein Problem der Technologie aus der vorstehenden Patentliteratur 1 in Bezug auf die Unfähigkeit dar, ein gewünschtes geformtes Objekt genau zu produzieren.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts der vorstehenden Ausführungen entwickelt und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine numerische Steuervorrichtung bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, ein gewünschtes geformtes Objekt genau zu produzieren.
Mittel zur Lösung des Problems
Um das Problem zu lösen und die vorstehend beschriebene Aufgabe zu erfüllen, beinhaltet eine numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung eine Ausführungseinheit für die additive Fertigung, die eine Maschine für die additive Fertigung steuert, die einen Prozess für die additive Fertigung durchführt, bei dem ein geformtes Objekt durch Stapeln von Schichten eines Materials produziert wird, das durch Emission eines Strahls aus einem ersten Bearbeitungskopf geschmolzen wird, und eine Ausführungseinheit für die subtraktive Fertigung, die eine Maschine für die subtraktive Fertigung steuert, die einen Prozess für die subtraktive Fertigung durchführt, bei dem das geformte Objekt unter Verwendung eines Werkzeugs, das an einem zweiten Bearbeitungskopf angeordnet ist, geschnitten wird. Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung beinhaltete zudem eine Statusanalyseeinheit, die Sensordaten empfängt, die durch Überwachen eines Bearbeitungsstatus des geformten Objekts erhalten werden, und den Bearbeitungsstatus des geformten Objekts auf der Grundlage der Sensordaten analysiert, wobei das geformte Objekt durch eine Kombination aus zwei Produktionsprozessen produziert wird, bei welchen es sich um den Prozess für die additive Fertigung und den Prozess für die subtraktive Fertigung handelt, und eine Produktionsprozessänderungseinheit, die einen Wechselbefehl erzeugt, der das Wechseln in Bezug auf darauf befiehlt, welcher der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist, und zwar auf der Grundlage eines Ergebnisses der Analyse des Bearbeitungsstatus, und den Wechselbefehl an die Ausführungseinheit für die additive Fertigung und an die Ausführungseinheit für die subtraktive Fertigung ausgibt. Die numerische Steuervorrichtung der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ferner eine Prozessbedingungserzeugungseinheit, die beim Wechseln zwischen den zwei Produktionsprozessen eine zweite Prozessbedingung, die in einem zweiten Produktionsprozess zu verwenden ist, auf der Grundlage einer ersten Prozessbedingung, die in einem ersten Produktionsprozess verwendet wurde, bestimmt, wobei der erste Produktionsprozess ein Produktionsprozess ist, der vor dem Wechseln der zwei Produktionsprozesse durchgeführt wird, und der zweite Produktionsprozess ein Produktionsprozess ist, der nach dem Wechseln der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist.
Wirkungen der Erfindung
Eine numerische Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist bezüglich der Fähigkeit vorteilhaft, ein gewünschtes geformtes Objekt genau zu produzieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Darstellung, die eine Maschine für die additive Fertigung und eine Maschine für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, die durch eine NC-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform gesteuert werden.
2 ist eine Darstellung, die eine funktionelle Konfiguration der NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebsprozedur veranschaulicht, die von der NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
4 ist eine Darstellung zur Beschreibung von Schweißzuständen während des Formens, das von der in 1 veranschaulichten Maschine für die additive Fertigung durchgeführt wird.
5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein Bearbeitungsprogramm veranschaulicht, das durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein geformtes Objekt veranschaulicht, das durch additive Fertigung hergestellt wird, wobei die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die Maschine für die additive Fertigung dazu veranlasst hat, unter Verwendung des in 5 veranschaulichten Bearbeitungsprogramms zu funktionieren.
7 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Beziehung zwischen Temperaturdaten in einem bearbeiteten Abschnitt und einer Änderung der Wulstbreite, wobei die Temperaturdaten durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als Merkmalsmenge während eines Prozesses für die additive Fertigung extrahiert wurden.
8 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Beziehung zwischen Schmelzbaddaten in dem bearbeiteten Abschnitt und einer Änderung der Wulsthöhe, wobei die Schmelzbaddaten durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als Merkmalsmenge während des Prozesses für die additive Fertigung extrahiert wurden.
9 ist eine Darstellung, die ein erstes Beispiel für einen Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat.
10 ist eine Darstellung, die ein zweites Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat.
11 ist eine Darstellung, die ein erstes Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn ein Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen aufgetreten ist.
12 ist eine Darstellung, die ein zweites Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen aufgetreten ist.
13 ist eine Darstellung, die eine funktionelle Konfiguration einer NC-Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebsprozedur veranschaulicht, die von der NC-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.
15 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für ein geformtes Objekt veranschaulicht, das durch subtraktive Fertigung produziert wurde, wobei die NC-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform das Funktionieren der Maschine für die subtraktive Fertigung veranlasst hat.
16 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Konfiguration einer Verarbeitungsschaltung veranschaulicht, die in jeder der NC-Vorrichtungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform enthalten ist, wenn die Verarbeitungsschaltung durch einen Prozessor und einen Speicher umgesetzt ist.
17 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verarbeitungsschaltung veranschaulicht, die in jeder der NC-Vorrichtungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform enthalten ist, wenn die Verarbeitungsschaltung ein dediziertes Hardware-Element beinhaltet.

Beschreibung von Ausführungsformen
Eine numerische Steuervorrichtung und ein numerisches Steuerverfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Es ist anzumerken, dass die numerische Steuervorrichtung nachfolgend als numerische Steuervorrichtung (numerical control device - NC-Vorrichtung) bezeichnet wird.
Erste Ausführungsform.
1 ist eine Darstellung, die eine Maschine für die additive Fertigung und eine Maschine für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, die durch eine NC-Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform gesteuert werden. Ein Bearbeitungssystem 60 ist ein System zum Fertigen eines geformten Objekts 15, bei dem es sich um ein dreidimensional geformtes Objekt handelt. Das Bearbeitungssystem 60 beinhaltet eine Maschine 100 für die additive Fertigung, eine Maschine 102 für die subtraktive Fertigung, eine NC-Vorrichtung 1 und eine automatisierte Transporteinheit 101.
Die Maschine 100 für die additive Fertigung ist eine additive Maschine, die das geformte Objekt 15 mit einer dreidimensionalen Form unter Verwendung einer Technik zum Materialauftrag mit gerichteter Energieeinbringung produziert. Die Maschine 100 für die additive Fertigung ist eine Werkzeugmaschine, die ein Material 5, das durch einen Strahl geschmolzen ist, der aus einem Bearbeitungskopf 8 emittiert wird, zu einem Werkstück 16 addiert, um das geformte Objekt 15 zu produzieren. Die Maschine 100 für die additive Fertigung beinhaltet einen Laseroszillator 2, eine Gaszufuhreinheit 6, den Bearbeitungskopf 8, eine Kopfantriebseinheit 12, eine Materialzufuhreinheit 4 und eine Bühne 13.
Die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung, bei der es sich um eine Maschine für die subtraktive Fertigung handelt, ist eine Werkzeugmaschine, die einen Teil des geformten Objekts 15 entfernt, um das geformte Objekt 15 in eine gewünschte Form zu formen. Ein Beispiel für die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung ist eine Schneidfertigungsmaschine. Die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung beinhaltet eine Spindelantriebseinheit 22, einen Bearbeitungskopf 21, eine Kopfantriebseinheit 20 und eine Bühne 18. Der Bearbeitungskopf 8 ist ein erster Bearbeitungskopf und der Bearbeitungskopf 21 ist ein zweiter Bearbeitungskopf.
In der ersten Ausführungsform ist der von der Maschine 100 für die additive Fertigung verwendete Strahl ein Laserstrahl und ist das Material 5 ein Metallmaterial, wie zum Beispiel ein Metalldraht. Das Material 5 zur Verwendung in der Maschine 100 für die additive Fertigung ist nicht auf einen Metalldraht beschränkt, sondern kann ein Metallpulver sein.
Die Maschine 100 für die additive Fertigung stapelt Schichten auf, die jeweils durch Verfestigung des Materials 5 gebildet werden, das geschmolzen wurde (nachfolgend das geschmolzene Material 5), um somit das geformte Objekt 15 auf der Oberfläche eines Basissubstrats 14 zu bilden. Das Basissubstrat 14 wird auf der Bühne 13 platziert. In der folgenden Beschreibung ist das Werkstück 16 ein Objekt, zu dem das geschmolzene Material 5 addiert wird, und bezieht sich auf die Kombination des Basissubstrats 14 und des geformten Objekts 15. Das in 1 veranschaulichte Basissubstrat 14 ist ein Plattenmaterial. Es ist anzumerken, dass das Basissubstrat 14 ein anderes als ein Plattenmaterial sein kann.
Der Bearbeitungskopf 8 der Maschine 100 für die additive Fertigung wird relativ zu dem Werkstück 16 bewegt. Der Bearbeitungskopf 8 beinhaltet eine Strahldüse 9, eine Materialdüse 10 und eine Gasdüse 11. Die Strahldüse 9 emittiert einen Laserstrahl in Richtung des Werkstücks 16. Die Materialdüse 10 schiebt das Material 5 in Richtung der Position der Laserstrahlbestrahlung auf dem Werkstück 16 vor. Die Gasdüse 11 sprüht Gas in Richtung des Werkstücks 16. Die Maschine 100 für die additive Fertigung sprüht Gas, um eine Oxidation des geformten Objekts 15 zu verhindern und um die auf dem Werkstück 16 erzeugte Schicht zu kühlen.
Der Laseroszillator 2, der eine Strahlenquelle ist, oszilliert einen Laserstrahl. Der Laserstrahl aus dem Laseroszillator 2 wird durch ein Faserkabel 3, das eine optische Übertragungsleitung ist, zu der Strahldüse 9 weitergeleitet. Die Gaszufuhreinheit 6 führt der Gasdüse 11 Gas durch ein Rohr 7 zu.
Die Materialzufuhreinheit 4 ist eine Zufuhrquelle des Materials 5. Die Materialzufuhreinheit 4 beinhaltet eine Antriebseinheit zum Zuführen des Materials 5, bei dem es sich um einen Metalldraht handelt. Das von der Materialzuführeinheit 4 zugeführte Material 5 wird durch die Materialdüse 10 zu der Position der Laserstrahlbestrahlung zugeführt.
Die Kopfantriebseinheit 12 beinhaltet Servomotoren, die einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfes 8 bilden. Die Kopfantriebseinheit 12 bewegt den Bearbeitungskopf 8 entlang einer jeden Richtung von einer Richtung der X-Achse, einer Richtung der Y-Achse und einer Richtung der Z-Achse. Die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse sind drei zueinander senkrechte Achsen. Die X-Achse und die Y-Achse sind Achsen, die zu horizontalen Richtungen parallel sind. Die Richtung der Z-Achse ist eine vertikale Richtung. 1 verzichtet auf die Veranschaulichung der in der Kopfantriebseinheit 12 enthaltenen Servomotoren. In der Maschine 100 für die additive Fertigung bewegt die Kopfantriebseinheit 12 den Bearbeitungskopf 8, wodurch die Position der Laserstrahlbestrahlung auf dem Werkstück 16 bewegt wird.
Die Maschine 100 für die additive Fertigung bewegt den Bearbeitungskopf 8 in Bezug auf das Werkstück 16, wodurch die Position der Laserstrahlbestrahlung auf dem Werkstück 16 bewegt wird. Es ist anzumerken, dass die Maschine 100 für die additive Fertigung die Position der Laserstrahlbestrahlung auf dem Werkstück 16 bewegen kann, indem das Werkstück 16 relativ zu dem Bearbeitungskopf 8 bewegt wird. Es ist anzumerken, dass die Position der Laserstrahlbestrahlung nachfolgend einfach als „Bestrahlungsposition“ bezeichnet werden kann.
Die NC-Vorrichtung 1 steuert die Maschine 100 für die additive Fertigung gemäß dem Bearbeitungsprogramm. Die NC-Vorrichtung 1 gibt einen Positionsbefehl an die Kopfantriebseinheit 12 aus, wodurch sie die Position des Bearbeitungskopfes 8 steuert, der durch die Kopfantriebseinheit 12 angetrieben wird. Die NC-Vorrichtung 1 gibt einen Ausgabebefehl, bei dem es sich um einen Befehl gemäß den Strahlausgabeanforderungen handelt, an den Laseroszillator 2 aus, wodurch sie die Laseroszillation steuert, die durch den Laseroszillator 2 bereitgestellt wird.
Die NC-Vorrichtung 1 gibt einen Zufuhrbefehl, bei dem es sich um einen Befehl gemäß einer Anforderung an den Zufuhrbetrag des Materials 5 (der nachfolgend als Metallzufuhrbetrag bezeichnet werden kann) handelt, an die Materialzufuhreinheit 4 aus, wodurch sie die Materialzufuhreinheit 4 steuert. Wenn das Material 5 ein Metalldraht ist, kann der durch die NC-Vorrichtung 1 ausgegebene Zufuhrbefehl ein Befehl gemäß einer Anforderung an die Zufuhrgeschwindigkeit des Materials 5 sein. Die Zufuhrgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit des Materials 5, das sich von der Materialzuführeinheit 4 zu der Bestrahlungsposition bewegt. Die Zufuhrgeschwindigkeit stellt den Zufuhrbetrag des Materials 5 pro Zeiteinheit dar.
Die NC-Vorrichtung 1 gibt einen Befehl gemäß einer Anforderung an den Gaszufuhrbetrag an die Gaszufuhreinheit 6 aus, wodurch sie den von der Gaszufuhreinheit 6 an die Gasdüse 11 zuzuführenden Gasbetrag steuert. Es ist anzumerken, dass die NC-Vorrichtung 1 eine der Komponenten der Maschine 100 für die additive Fertigung oder eine Vorrichtung außerhalb der Maschine 100 für die additive Fertigung sein kann.
Die automatisierte Transporteinheit 101 entfernt das geformte Objekt 15 von der Bühne 13 der Maschine 100 für die additive Fertigung und platziert das geformte Objekt 15 auf der Bühne 18 der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung. Zusätzlich entfernt die automatisierte Transporteinheit 101 das geformte Objekt 15 von der Bühne 18 der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung und platziert das geformte Objekt 15 auf der Bühne 13 der Maschine 100 für die additive Fertigung.
Die automatisierte Transporteinheit 101 beinhaltet eine Handantriebseinheit 25 und einen Handmechanismus 17. Die Handantriebseinheit 25 beinhaltet Servomotoren, die einen Betriebsmechanismus umsetzen, um es dem Handmechanismus 17 zu ermöglichen, das geformte Objekt 15 zu greifen und das geformte Objekt 15 entlang einer jeden Richtung der Richtung der X-Achse, der Richtung der Y-Achse und der Richtung der Z-Achse zu bewegen, wobei das geformte Objekt 15 an einer Einspannvorrichtung (nicht veranschaulicht) befestigt ist, wobei das Basissubstrat 14 dazwischen eingefügt ist. Es ist anzumerken, dass Fig. auf die Veranschaulichung der Servomotoren verzichtet. Die NC-Vorrichtung 1 gibt einen Bewegungsbefehl an die automatisierte Transporteinheit 101 aus, um die Positionen der Handantriebseinheit 25 und des Handmechanismus 17 zu steuern. Es ist anzumerken, dass die NC-Vorrichtung 1 eine der Komponenten der automatisierten Transporteinheit 101 oder eine Vorrichtung außerhalb der automatisierten Transporteinheit 101 sein kann.
Die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung drückt ein Werkzeug 19, das gedreht wird, auf das geformte Objekt 15 und schneidet einen Teil des geformten Objekts 15 ab, um das geformte Objekt 15 in eine gewünschte Form zu formen. Die Kopfantriebseinheit 20 beinhaltet Servomotoren, die einen Betriebsmechanismus zum Bewegen des Bearbeitungskopfes 21 umsetzen. Die Kopfantriebseinheit 20 bewegt den Bearbeitungskopf 21 entlang einer jeden Richtung der Richtung der X-Achse, der Richtung der Y-Achse und der Richtung der Z-Achse. fig. verzichtet auf die Veranschaulichung der in der Kopfantriebseinheit 20 enthaltenen Servomotoren.
In der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung bewegt die Kopfantriebseinheit 20 den Bearbeitungskopf 21, wodurch sie die Position der Spitze des Werkzeugs 19 in Bezug auf das Werkstück 16 bewegt. Die Spindelantriebseinheit 22 kann innerhalb des Bearbeitungskopfs 21 oder außerhalb des Bearbeitungskopfs 21 angeordnet sein. Die Spindelantriebseinheit 22 beinhaltet Servomotoren, die einen Betriebsmechanismus zum Drehen des Werkzeugs 19 umsetzen. 1 verzichtet auf die Veranschaulichung der in der Spindelantriebseinheit 22 enthaltenen Servomotoren.
In der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung dreht die Spindelantriebseinheit 22 das Werkzeug 19, wodurch unerwünschte Teile des geformten Objekts 15, das durch additive Fertigung gebildet wurde, abgeschnitten werden. Die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung bewegt den Bearbeitungskopf 21 in Bezug auf das Werkstück 16, wodurch sie die Position der Spitze des Werkzeugs 19 in Bezug auf das Werkstück 16 bewegt. Es ist anzumerken, dass die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung die Position der Spitze des Werkzeugs 19 in Bezug auf das Werkstück 16 bewegen kann, indem das Werkstück 16 in Bezug auf den Bearbeitungskopf 21 bewegt wird. Zusätzlich kann die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung das Werkstück 16 anstelle des Werkzeugs 19 drehen. Wenn die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung das Werkzeug 19 dreht, ist die Drehwelle des Werkzeugs 19 die Spindel, während, wenn die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung das Werkstück 16 dreht, die Drehwelle des Werkstücks 16 die Spindel ist.
Die NC-Vorrichtung 1 steuert die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung gemäß dem Bearbeitungsprogramm. Die NC-Vorrichtung 1 gibt einen Positionsbefehl an die Kopfantriebseinheit 20 aus, wodurch sie die Position des Bearbeitungskopfes 21 steuert, der durch die Kopfantriebseinheit 20 angetrieben wird. Die NC-Vorrichtung 1 gibt an die Spindelantriebseinheit 22 einen Ausgabebefehl aus, der ein Befehl gemäß einer Anforderung an die Werkzeugdrehgeschwindigkeit (Spindeldrehgeschwindigkeit) ist, die in dem Bearbeitungsprogramm festgelegt wurde, wodurch sie die Werkzeugdrehgeschwindigkeit steuert. Die Werkzeugdrehgeschwindigkeit ist die Anzahl der Umdrehungen des Werkzeugs 19 pro Zeiteinheit.
Es ist anzumerken, dass die NC-Vorrichtung 1 eine der Komponenten der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung oder eine Vorrichtung außerhalb der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung sein kann.
Obwohl die erste Ausführungsform beschrieben ist, bei der die Maschine 100 für die additive Fertigung und die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung separate Komponenten sind, können die Maschine 100 für die additive Fertigung und die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zusätzlich gemeinsam eine Verbundfertigungsmaschine sein, die sowohl eine Fähigkeit der additiven Fertigung als auch eine Fähigkeit der subtraktiven Fertigung aufweist.
2 ist eine Darstellung, die eine funktionelle Konfiguration der NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Die NC-Vorrichtung 1 beinhaltet eine Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung, eine Statusanalyseeinheit 104, eine Produktionsprozessänderungseinheit 105, eine Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 und eine Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung empfängt ein Bearbeitungsprogramm 23, das von außen eingegeben wird. Das Bearbeitungsprogramm 23 ist ein Programm zur Verwendung bei der Produktion des geformten Objekts 15 durch Schmelzen des Materials 5 unter Verwendung eines Strahls, der aus dem Bearbeitungskopf 8 emittiert wird, und Addieren des geschmolzenen Materials 5 zu dem Werkstück 16.
Das Bearbeitungsprogramm 23 beinhaltet eine Beschreibung von: einem Bewegungsbefehl und einem Geschwindigkeitsbefehl, die zum Bewegen des Werkstücks 16 oder des Bearbeitungskopfs 8 entlang eines voreingestellten Pfads benötigt werden; einem Ausgabebefehl in Bezug auf den Laserstrahl, der zum Durchführen einer additiven Fertigung (Laminatformung) mit einer gewünschten Stapelhöhe und einer gewünschten Stapelbreite benötigt wird; und einem Zufuhrbefehl in Bezug auf das Metallpulver oder den Metalldraht. Die Stapelhöhe und die Stapelbreite sind eine Stapelhöhe und eine Stapelbreite einer Schicht. Der Bewegungsbefehl ist durch einen Bewegungsbefehlswert dargestellt. Der Geschwindigkeitsbefehl ist durch einen Geschwindigkeitsbefehlswert dargestellt. Der Ausgabebefehl ist durch einen Ausgabebefehlswert dargestellt. Der Zufuhrbefehl ist durch einen Zufuhrbetragsbefehlswert dargestellt. Es ist anzumerken, dass die Zufuhr des Metallpulvers oder des Metalldrahts nachfolgend als Metallzufuhr bezeichnet werden kann.
Der Bewegungsbefehl und der Geschwindigkeitsbefehl, die in der Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung verwendet werden, sind Befehle, die eine relative Position und eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 8 spezifizieren. Die Position und die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 8, die in der Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung verwendet werden, sind dementsprechend die relative Position und die relative Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 8. Die folgende Beschreibung beschreibt einen Fall, in dem der Bearbeitungskopf 8 gesteuert wird, während das Steuern der relativen Position und der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 8 bereitgestellt wird.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung empfängt zudem einen Wechselbefehl in Bezug auf den Produktionsprozess von der Produktionsprozessänderungseinheit 105. Der Wechselbefehl in Bezug auf den Produktionsprozess ist ein Wechselbefehl, um ein Wechseln von einem Prozess für die additive Fertigung (Prozess für die additive Bearbeitung) zu einem Prozess für die subtraktive Fertigung (Prozess für die subtraktive Bearbeitung) bereitzustellen, oder ein Wechselbefehl, um ein Wechseln von einem Prozess für die subtraktive Fertigung zu einem Prozess für die additive Fertigung bereitzustellen.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung steuert auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23 den Bewegungspfad der Kopfposition des Bearbeitungskopfs 8 (nachfolgend als Kopfbewegungspfad HR8 bezeichnet) und den Ausgabeleistungswert des Laserstrahls und den Zufuhrbetrag des Materials 5 (d. h. Metallzufuhrbetrag) auf dem Kopfbewegungspfad HR8. Der Kopfbewegungspfad HR8 ist der Bearbeitungspfad, der von dem Bearbeitungskopf 8 zu verwenden ist. Somit veranlasst die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung die Maschine 100 für die additive Fertigung dazu, eine additive Fertigung an dem geformten Objekt 15 durchzuführen.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung stoppt den Prozess für die additive Fertigung, wenn ein Wechselbefehl zum Wechseln des Produktionsprozesses von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung empfangen wird. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung nimmt den Prozess für die additive Fertigung wieder auf, wenn ein Wechselbefehl zum Wechseln des Produktionsprozesses von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung empfangen wird.
Die Statusanalyseeinheit 104 empfängt Sensordaten 24, die von der Maschine 100 für die additive Fertigung erhalten wurden. Die Statusanalyseeinheit 104 analysiert den Bearbeitungsstatus des geformten Objekts 15 auf der Grundlage der Sensordaten 24. Die Sensordaten 24 beinhalten Bilddaten, Temperaturdaten und Schmelzbaddaten, die später beschrieben werden.
Die Statusanalyseeinheit 104 sendet den Bearbeitungsstatus, bei dem es sich um ein Analyseergebnis handelt, an die Produktionsprozessänderungseinheit 105 und an die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106. Der Bearbeitungsstatus, der von der Statusanalyseeinheit 104 an die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 gesendet wird, beinhaltet ein Ergebnis einer Bestimmung, ob die Bearbeitung mit stabiler Formung fortgesetzt werden kann.
Die von der Maschine 100 für die additive Fertigung erhaltenen Sensordaten 24 können in einer Speichervorrichtung oder dergleichen gespeichert werden. In diesem Fall kann die Speichervorrichtung innerhalb der NC-Vorrichtung 1 oder außerhalb der NC-Vorrichtung 1 angeordnet sein. Zusätzlich kann die Speichervorrichtung innerhalb der Maschine 100 für die additive Fertigung oder außerhalb der Maschine 100 für die additive Fertigung angeordnet sein.
Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ändert automatisch den Produktionsprozess zwischen dem Prozess für die additive Fertigung und dem Prozess für die subtraktive Fertigung gemäß dem Bearbeitungsstatus des geformten Objekts 15. Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ändert den Produktionsprozess von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung, wenn die Statusanalyseeinheit 104 bestimmt hat, dass die Bearbeitung mit stabiler Formung nicht fortgesetzt werden kann. Zusätzlich ändert die Produktionsprozessänderungseinheit 105 den Produktionsprozess von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung, wenn eine Benachrichtigung von der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung empfangen wird, die angibt, dass der Prozess für die subtraktive Fertigung abgeschlossen wurde.
Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 sendet an die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung den Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung bereitzustellen, und den Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung bereitzustellen. Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 sendet an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung zudem den Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung bereitzustellen. Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 sendet ferner einen Transportbefehl in Bezug auf das geformte Objekt 15 an die automatisierte Transporteinheit 101, wenn ein Wechselbefehl an die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung oder an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung gesendet wird.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 empfängt den Bearbeitungsstatus von der Statusanalyseeinheit 104. Wenn die Statusanalyseeinheit 104 bestimmt hat, dass die Bearbeitung mit stabiler Formung nicht fortgesetzt werden kann, berechnet die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 Prozessbedingungen, die von der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung nach der Änderung des Produktionsprozesses zu verwenden sind. In diesem Fall berechnet die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 die von der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung nach der Änderung des Produktionsprozesses zu verwendenden Prozessbedingungen auf der Grundlage der von der Maschine 100 für die additive Fertigung vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen und auf der Grundlage des Bearbeitungsstatus.
Zu den vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen gehören der Kopfbewegungspfad HR8 und dergleichen. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 kann die vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen von der Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung erhalten oder kann die vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23 berechnen. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 sendet die berechneten Prozessbedingungen an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung. Die von der Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 berechneten Prozessbedingungen beinhalten den Bewegungspfad der Kopfposition des Bearbeitungskopfs 21 (nachfolgend als Kopfbewegungspfad HR21 bezeichnet) und dergleichen. Der Kopfbewegungspfad HR21 ist der Bearbeitungspfad, der von dem Bearbeitungskopf 21 zu verwenden ist.
Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung empfängt einen Wechselbefehl in Bezug auf den Produktionsprozess von der Produktionsprozessänderungseinheit 105. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung empfängt zudem die Prozessbedingungen von der Prozessbedingungserzeugungseinheit 106. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung steuert den Kopfbewegungspfad HR21 und die Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf dem Kopfbewegungspfad HR21 auf der Grundlage der von der Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 empfangenen Prozessbedingungen. Somit veranlasst die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung dazu, einen Teil des geformten Objekts 15 durch subtraktive Fertigung zu entfernen.
Der Bewegungsbefehl und der Geschwindigkeitsbefehl, die in der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung verwendet werden, sind Befehle, die eine relative Position und eine relative Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 21 spezifizieren. Die Position und die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 21, die in der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung verwendet werden, sind dementsprechend die relative Position und die relative Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 21. Die folgende Beschreibung beschreibt einen Fall, in dem der Bearbeitungskopf 21 gesteuert wird, während das Steuern der relativen Position und der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 21 bereitgestellt wird.
Als Nächstes wird ein Beispiel für den Betrieb der NC-Vorrichtung 1 beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebsprozedur veranschaulicht, die von der NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
(Schritt S10)
Bei Schritt S10 wird das Bearbeitungsprogramm 23 von außen in die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung eingegeben. Dies veranlasst die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung dazu, das Bearbeitungsprogramm 23 zu empfangen. Wie vorstehend beschrieben, beinhaltet das Bearbeitungsprogramm 23 einen Ausgabebefehl in Bezug auf den Laserstrahl und einen Zufuhrbefehl in Bezug auf das Metallpulver oder den Metalldraht. Das Bearbeitungsprogramm 23 beinhaltet zudem einen Bewegungsbefehl zum Steuern der relativen Position zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 8 und einen Geschwindigkeitsbefehl zum Steuern der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 8. Der Geschwindigkeitsbefehl in Bezug auf den Bearbeitungskopf 8 ist ein Befehl in Bezug auf die Abtastgeschwindigkeit an der Laserbestrahlungsposition.
Der Bewegungsbefehl in Bezug auf den Bearbeitungskopf 8 spezifiziert Bewegungsbefehlsdetails unter Verwendung von Koordinatenwerten und eines G-Codes (z. B. G0, G1 oder dergleichen), der den Bewegungsmodus an diesen Koordinatenwerten darstellt. Zusätzlich befiehlt der Geschwindigkeitsbefehl in Bezug auf den Bearbeitungskopf 8 Geschwindigkeitsbefehlsdetails unter Verwendung eines F-Codes, in dem der Geschwindigkeitswert beschrieben ist.
Das Durchführen einer additiven Fertigung (Laminatformung) erfordert eine gewünschte Stapelhöhe und eine gewünschte Stapelbreite, die von einem Benutzer festgelegt wurden, einen Ausgabebefehlswert des Laserstrahls unter diesen Bedingungen und einen Zufuhrbetragsbefehlswert des Metallpulvers oder des Metalldrahts unter diesen Bedingungen. Das heißt, das Durchführen einer additiven Fertigung (Laminatformung) erfordert einen Ausgabebefehlswert des Laserstrahls und einen Zufuhrbetragbefehlswert der Metallzufuhr, die der gewünschten Stapelhöhe und der gewünschten Stapelbreite entsprechen. Die Maschine 100 für die additive Fertigung speichert mindestens einen oder mehrere Datenblöcke, wobei es sich bei jedem Datenblock um Informationen handelt, welche die Stapelhöhe und die Stapelbreite, den Ausgabeleistungswert des Laserstrahls, den Metallzufuhrbetrag und die Betriebsgeschwindigkeit (Bewegungsgeschwindigkeit) des Bearbeitungskopfs 8, die miteinander assoziiert sind, beinhalten. Diese Datenblöcke werden nachfolgend als Stapelbedingungsdaten bezeichnet. In der ersten Ausführungsform erstreckt sich die Stapelbreite in der Richtung der X-Achse und erstreckt sich die Stapelhöhe in der Richtung der Z-Achse.
Das Bearbeitungsprogramm 23 beinhaltet einen Ausgabebefehlswert des Laserstrahls und einen Zufuhrbetragsbefehlswert der Metallzufuhr, die jeweils unter Verwendung eines G-Codes oder eines M-Codes auf der Grundlage der Stapelbedingungsdaten spezifiziert sind, um eine gewünschte Stapelhöhe und eine gewünschte Stapelbreite zu erreichen. Das heißt, dass das Bearbeitungsprogramm 23 spezifiziert die Informationen, die in den Stapelbedingungsdaten enthalten sind, unter Verwendung eines G-Codes, eines M-Codes oder dergleichen.
Es ist anzumerken, dass der Ausgabebefehlswert des Laserstrahls und der Zufuhrbetragsbefehlswert der Metallzufuhr direkt in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben sein können, um eine gewünschte Stapelhöhe und eine gewünschte Stapelbreite zu erreichen. Nach der Durchführung von Schritt S10 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S20 über.
(Schritt S20)
Bei Schritt S20 analysiert die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung den Bewegungspfad zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 8 in der Maschine 100 für die additive Fertigung auf der Grundlage von Prozessdetails, die in dem von außen eingegebenen Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben sind, und bestimmt den Bewegungspfad. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung bestimmt zudem die Abtastgeschwindigkeit, bei der es sich um die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 8 handelt, auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung bestimmt ferner auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23 den Laserausgabeleistungswert und den Metallzufuhrbetrag, die für den Prozess für die additive Fertigung erforderlich sind. Dann veranlasst die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung die Maschine 100 für die additive Fertigung dazu, die additive Fertigung unter Verwendung des Bewegungspfads, der Abtastgeschwindigkeit, des Laserausgabeleistungswerts und des Metallzufuhrbetrags, die bestimmt worden sind, durchzuführen. Nach der Durchführung von Schritt S20 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S30 über.
(Schritt S30)
Bei Schritt S30 werden die Sensordaten 24 zum Überwachen des Bearbeitungsstatus der Maschine 100 für die additive Fertigung von der Maschine 100 für die additive Fertigung gesammelt und in die Statusanalyseeinheit 104 eingegeben. Dies veranlasst die Statusanalyseeinheit 104 dazu, die Sensordaten 24 zu erhalten.
Die Sensordaten 24, bei welchen es sich um Sensorinformationen handelt, beinhalten zum Beispiel Bilddaten zum Messen (oder Analysieren) der tatsächlichen Stapelhöhe und der tatsächlichen Stapelbreite, Temperaturdaten zum Messen (oder Analysieren) der Wärmestaubedingung des geformten Objekts 15 und Schmelzbaddaten zum Messen (oder Analysieren) des Schweißstatus des Metallpulvers oder des Metalldrahts. Die Bilddaten sind Daten, die ein Bild des geformten Objektes 15 darstellen, und werden unter Verwendung von mindestens von einem von einer Kamera und einem Laserverschiebungsmesser erhalten. Die Temperaturdaten sind Daten, welche die Temperatur des geformten Objekts 15 darstellen, und werden unter Verwendung von mindestens einem von einem Strahlungsthermometer und einer Infrarotthermographieeinheit erhalten. Die Schmelzbaddaten sind Daten, die Informationen über das Schmelzbad darstellen, und werden unter Verwendung von mindestens einem von einer Kamera oder einem Motordetektor erhalten, der in der Materialzufuhreinheit 4 enthalten ist. Der in der Materialzufuhreinheit 4 enthaltene Motordetektor ist eine Vorrichtung zum Detektieren eines auf die Materialzufuhreinheit 4 ausgeübten Lastmoments. Die Schmelzbaddaten werden somit unter Verwendung von mindestens einem von Daten eines von einer Kamera aufgenommenen Bildes und einem von dem Motordetektor detektierten Lastmoment erhalten.
Es ist anzumerken, dass der Schweißstatus des Metallpulvers oder des Metalldrahts in drei Zustände klassifiziert wird, die einem Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen, einem Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen und einem Zustand mit übermäßigem Schweißvolumen entsprechen. 4 ist eine Darstellung zur Beschreibung der Schweißzustände während des Formens, das von der in 1 veranschaulichten Maschine für die additive Fertigung durchgeführt wird.
4 veranschaulicht ein Beispiel für eine Wulstform für jeden der drei Schweißzustände, bei welchen es sich um den Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen, den Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen und dem Zustand mit übermäßigem Schweißvolumen handelt. Die Wulstform ist eine dreidimensionale Form einer Schicht des geformten Objekts 15.
Der obere Abschnitt aus 4 veranschaulicht die Wulstformen, wenn die Stapelformen in den drei Schweißzuständen aus der Y-Richtung betrachtet werden, bei der es sich um die Laserstrahlabtastrichtung handelt. Der untere Abschnitt aus 4 veranschaulicht die Wulstformen, wenn die Stapelformen in den drei Schweißzuständen aus der Z-Richtung betrachtet werden, bei der es sich um die Laserstrahlemissionsrichtung handelt.
In 4 ist der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen ein Zustand, in dem das Metallmaterial aufgrund eines unzureichenden Volumens des Schweißmaterials lediglich teilweise verschweißt ist, was zum Fehlschlagen der Bildung einer Schicht mit einer beabsichtigten Form führt. Der Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen ist ein Zustand, in dem ein geeignetes Volumen des Schweißmaterials zur Bildung einer Schicht mit einer beabsichtigten Form geführt hat. Der Zustand mit übermäßigem Schweißvolumen ist ein Zustand, in dem das zum Schweißen verwendete Material 5 aufgrund eines überschüssigen Volumens des Schweißmaterials herumgeströmt ist, was zu einem Fehlschlagen der Bildung einer Schicht mit einer beabsichtigten Form führt. Der Zustand mit übermäßigem Schweißvolumen entspricht einer Form, die flacher als die beabsichtigte Form ist.
Die Form in dem Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen weist eine Stapelbreite auf, die kleiner als die Stapelbreite der Form in dem Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen ist. Außerdem weist die Form in dem Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen eine Höhe auf, die größer als die Höhe der Form in dem Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen ist.
Die Form in dem Zustand mit übermäßigem Schweißvolumen weist eine Stapelbreite auf, die größer als die Stapelbreite der Form in dem Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen ist. Außerdem weist die Form in dem Zustand mit übermäßigem Schweißvolumen eine Höhe auf, die kleiner als die Höhe der Form in dem Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen ist. Nach der Durchführung von Schritt S30 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S40 über.
(Schritt S40)
Bei Schritt S40 bestimmt die Statusanalyseeinheit 104, ob additive Formung (additive Fertigung) stabil durchgeführt werden kann, und zwar auf der Grundlage der Bilddaten, der Temperaturdaten und der Schmelzbaddaten, die in den Sensordaten 24 enthalten sind. Das heißt, die Statusanalyseeinheit 104 bestimmt, ob der Prozess für die additive Fertigung in der Maschine 100 für die additive Fertigung stabil fortgesetzt werden kann.
Bei den Bilddaten, die in den Sensordaten 24 enthalten sind, handelt es sich um Daten, die angeben, ob die additive Fertigung derart durchgeführt wurde, dass die durch additive Fertigung produzierte Wulst einheitlich ist und keine Variation oder keinen Fehler hinsichtlich der Höhe und Breite aufweist. Bei den Temperaturdaten, die in den Sensordaten 24 enthalten sind, handelt es sich um Daten, die angeben, ob sich die Zeit, die erforderlich ist, damit sich das geschmolzene Material verfestigt, aufgrund einer Wärmestautemperatur des geformten Objekts 15 erhöht hat. Bei den Schmelzbaddaten, die in den Sensordaten 24 enthalten sind, handelt es sich um Daten, die angeben, ob der Schweißstatus des Metallpulvers oder des Metalldrahts erfolgreich in dem Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen gehalten wurde.
Die Statusanalyseeinheit 104 analysiert auf der Grundlage der Bilddaten und der Temperaturdaten im Voraus, ob die Zeit, die erforderlich ist, damit sich das geschmolzene Material verfestigt, aufgrund einer Wirkung des Wärmestaus erhöht und ob es aufgrund einer Wirkung der Schwerkraft in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt des geformten Objekts 15 zu einer Dehnung oder Fehlformung kommt.
Die Statusanalyseeinheit 104 analysiert auf der Grundlage der Bilddaten und der Schmelzbaddaten im Voraus, ob es zu einer Dehnung oder Fehlformung in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt des geformten Objekts 15 aufgrund des Fehlschlagens des Produzierens einer gewünschten Wulstform kommt, da der Schweißstatus einen geeigneten Prozessbedingungsbereich verlassen hat.
Wenn die Statusanalyseeinheit 104 der NC-Vorrichtung 1 bestimmt, dass der Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen aufrechterhalten werden kann, das heißt, dass eine stabile additive Fertigung fortgesetzt werden kann (Ja bei Schritt S40), geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S30 über.
Wenn die Statusanalyseeinheit 104 alternativ bestimmt, dass der Zustand mit ausgeglichenem Schweißvolumen nicht aufrechterhalten werden kann, das heißt, dass eine stabile additive Fertigung nicht fortgesetzt werden kann (Nein bei Schritt S40), geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S50 über.
(Schritt S50)
Bei Schritt S50 benachrichtigt die Statusanalyseeinheit 104 die Produktionsprozessänderungseinheit 105 und die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 darüber, dass Bearbeitung mit stabiler Formung nicht fortgesetzt werden kann. Dies veranlasst die Produktionsprozessänderungseinheit 105 dazu, den Prozess für die additive Fertigung zu unterbrechen und den Produktionsprozess zu einem Prozess für die subtraktive Fertigung zu ändern, das heißt, einen Produktionsprozesswechselvorgang durchzuführen. In diesem Fall handelt es sich bei dem Prozess für die additive Fertigung um einen ersten Produktionsprozess und bei dem Prozess für die subtraktive Fertigung um einen zweiten Produktionsprozess. Darüber hinaus ist die im Prozess für die additive Fertigung verwendete Prozessbedingung eine erste Prozessbedingung und ist die im Prozess für die subtraktive Fertigung zu verwendende Prozessbedingung eine zweite Prozessbedingung.
Der Produktionsprozesswechselvorgang beinhaltet einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Signal zur Unterbrechung (Wechselbefehl) des Prozesses für die additive Fertigung an die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung sendet, um den Prozess für die additive Fertigung vorübergehend zu unterbrechen. Der Produktionsprozesswechselvorgang beinhaltet zudem einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, einen Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 nach dem Abschluss der Unterbrechung des Prozesses für die additive Fertigung durchzuführen. Dieser Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 wird auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Produktionsprozessänderungseinheit 105 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, das geformte Objekt 15 aus der Maschine 100 für die additive Fertigung zu entnehmen und das geformte Objekt 15 auf der Bühne 18 der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu platzieren. Der Produktionsprozesswechselvorgang beinhaltet ferner einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Startsignal (Wechselbefehl) eines Prozesses für die subtraktive Fertigung an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung sendet, um die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung dazu zu veranlassen, den Prozess für die subtraktive Fertigung vorzubereiten. Wie vorstehend beschrieben, sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 105 an die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung und an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung einen Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung bereitzustellen.
Es ist anzumerken, dass, wenn die Maschine 100 für die additive Fertigung und die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung gemeinsam eine Verbundfertigungsmaschine sind, die sowohl die Fähigkeit zur additiven Fertigung als auch die Fähigkeit zur subtraktiven Fertigung aufweist, der Vorgang des Wechsels zwischen der Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung und der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung in dem Produktionsprozesswechselvorgang als ein Vorgang des Austauschens der Bearbeitungsköpfe 8 und 21 ausgelegt werden kann. Das heißt, wenn die Maschine 100 für die additive Fertigung und die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung gemeinsam eine Verbundfertigungsmaschine sind, gibt die Produktionsprozessänderungseinheit 105 einen Austauschbefehl (ein Austauschsignal) in Bezug auf die Bearbeitungsköpfe 8 und 21 anstelle des Wechselbefehls aus. Nach der Durchführung von Schritt S50 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S60 über.
(Schritt S60)
Bei Schritt S60 erzeugt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 Prozessbedingungen zur Verwendung durch die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung in dem Prozess für die subtraktive Fertigung. Insbesondere bestimmt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 den Bewegungspfad des Bearbeitungskopfs 21, die Abtastgeschwindigkeit und die Werkzeugdrehgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 21, die in der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu verwenden sind, und legt diese Werte als die Prozessbedingungen des Prozesses für die subtraktive Fertigung fest.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 legt den Kopfbewegungspfad HR21 in der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23 fest, das in die Maschine 100 für die additive Fertigung eingegeben wird. Insbesondere extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 den Kopfbewegungspfad HR21, um alle Punkte auszuschließen, an denen es zu einer Dehnung oder Fehlformung der Form in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt kommen kann, wobei diese Dehnung oder Fehlformung durch eine Wirkung der Wärmestautemperatur und eine Wirkung des Schweißstatus des geformten Objekts 15 verursacht wird. In diesem Vorgang extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 den Kopfbewegungspfad HR21 zur Verwendung in dem Prozess für die subtraktive Fertigung, um zu veranlassen, dass der Kopfbewegungspfad HR21 von dem befohlenen Punkt der vorübergehenden Unterbrechung in der Maschine 100 für die additive Fertigung mit einem Versatz des Bearbeitungsprogramms 23 in einem dreidimensionalen Raum zurückverfolgt wird. Das heißt, dass die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 den Kopfbewegungspfad HR21 zur Verwendung in dem Prozess für die subtraktive Fertigung festlegt, um zu veranlassen, dass der Kopfbewegungspfad HR21 den Kopfbewegungspfad HR8, der in dem Bearbeitungsprogramm 23 festgelegt worden ist, mit einem bestimmten Versatzabschnitt in der Rückwärtsrichtung von der Position verfolgt, an welcher die Maschine 100 für die additive Fertigung den Prozess für die additive Fertigung unterbrochen hat. Dies erleichtert das Festlegen des Startpunkts und des Endpunkts des Bearbeitungskopfs 21, die in dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu verwenden sind. Dies erleichtert zudem das Festlegen des Startpunkts des Bearbeitungskopfs 8, der danach in dem additiven Prozess zu verwenden ist.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 legt zudem die Abtastgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 21, die in einem Bearbeitungsprogramm (bei dem es sich um ein später beschriebenes Bearbeitungsprogramm 33 handelt) festgelegt wurde, das von der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung verwendet wird, als eine Prozessbedingung für den Prozess für die subtraktive Fertigung fest. Zusätzlich bestimmt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 die Werkzeugdrehgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 21 auf dem Kopfbewegungspfad HR21 auf der Grundlage eines maximalen Werts des Entfernungsbetrags in der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung. Das heißt, dass die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 eine Werkzeugdrehgeschwindigkeit festlegt, die es ermöglicht, einen gewünschten Betrag an einem Punkt zu entfernen, an dem der Entfernungsbetrag auf dem Kopfbewegungspfad HR21 am höchsten ist. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 sendet den Kopfbewegungspfad HR21 und die Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf dem Kopfbewegungspfad HR21 an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung. Nach der Durchführung von Schritt S60 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S70 über.
(Schritt S70)
In Schritt S70 empfängt die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung den Kopfbewegungspfad HR21, die Abtastgeschwindigkeit, die Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf dem Kopfbewegungspfad HR21, die durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 bestimmt wurden. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung bestimmt somit Befehlswerte des Bewegungspfads des Bearbeitungskopfs 21, der Abtastgeschwindigkeit und der Werkzeugdrehgeschwindigkeit, die für die subtraktive Fertigung erforderlich sind und an die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung auszugeben sind. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung veranlasst die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung dazu, einen Prozess für die subtraktive Fertigung zu starten, der den Bewegungsweg, die Abtastgeschwindigkeit und die Werkzeugdrehgeschwindigkeit, die bestimmt wurden, verwendet. Nach der Durchführung von Schritt S70 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S80 über.
(Schritt S80)
In Schritt S80 führt die Produktionsprozessänderungseinheit 105 nach Abschluss des Prozesses für die subtraktive Fertigung, der durch die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung durchgeführt wird, einen Vorgang zum Zurückkehren zu dem Produktionsprozess durch. Der Vorgang des Zurückkehrens zu dem Produktionsprozess beinhaltet einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 eine Benachrichtigung über den Abschluss der subtraktiven Fertigung von der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung empfängt. Der Vorgang des Zurückkehrens zu dem Produktionsprozess beinhaltet zudem einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, einen Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 durchzuführen. Dieser Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 wird auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Produktionsprozessänderungseinheit 105 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, das geformte Objekt 15 aus der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu entnehmen und das geformte Objekt 15 auf der Bühne 13 der Maschine 100 für die additive Fertigung zu platzieren. Der Vorgang des Zurückkehrens zu dem Produktionsprozess beinhaltet ferner einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Startsignal (Wechselbefehl) eines Prozesses für die additive Fertigung an die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung sendet, um die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung dazu zu veranlassen, den Prozess für die additive Fertigung vorzubereiten. Nach der Durchführung von Schritt S80 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S90 über.
(Schritt S90)
Bei Schritt S90 veranlasst die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung die Maschine 100 für die additive Fertigung dazu, den Prozess für die additive Fertigung wiederaufzunehmen. Das heißt, dass die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung die Analyse des Kopfbewegungspfads HR8 zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 8 von der Endposition der subtraktiven Fertigung in der Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung auf der Grundlage der in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschriebenen Prozessdetails erneut startet. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung bestimmt somit den Kopfbewegungspfad HR8 und die Abtastgeschwindigkeit. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung bestimmt zudem auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23 den Laserausgabeleistungswert und den Metallzufuhrbetrag, die für den Prozess für die additive Fertigung erforderlich sind. Dann veranlasst die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung die Maschine 100 für die additive Fertigung dazu, den Prozess für die additive Fertigung unter Verwendung des Bewegungspfads, der Abtastgeschwindigkeit, des Laserausgabeleistungswerts und des Metallzufuhrbetrags, die bestimmt worden sind, wiederaufzunehmen. Nach der Durchführung von Schritt S90 geht die NC-Vorrichtung 1 mit der Prozedur zu Schritt S100 über.
(Schritt S100)
Bei Schritt S100 bestimmt die NC-Vorrichtung 1, ob alle in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind. Wenn nicht alle in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind (Nein bei Schritt S100), wiederholt die NC-Vorrichtung 1 den Prozess von Schritt S30 bis Schritt S100. Die NC-Vorrichtung 1 wiederholt den Prozess von Schritt S30 bis Schritt S100, bis alle in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind. Wenn alle in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind (Ja bei Schritt S100), beendet die NC-Vorrichtung 1 den Prozess des Steuerns der Produktion des geformten Objekts 15.
Wie vorstehend beschrieben, ist die NC-Vorrichtung 1 dazu in der Lage, eine Dehnung oder Fehlformung in dem fertigen Produkt des geformten Objekts 15, die durch eine Änderung der Wärmestaubedingung oder des Schweißstatus während des Prozesses für die additive Fertigung verursacht wird, proaktiv zu detektieren und dann den Produktionsprozess von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu ändern. Dies ermöglicht es der NC-Vorrichtung 1, das geformte Objekt 15 mit einer gewünschten Form effizient ohne Unterbrechung des Produktionsprozesses genau zu produzieren.
Nun wird ein Beispiel für das Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben. 5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das Bearbeitungsprogramm veranschaulicht, das durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. Das Bearbeitungsprogramm 23 stellt Vorgänge zum Ausgeben eines Befehls, bei dem es sich um einen Absolutwertbefehl handelt, Korrigieren der Werkzeuglänge unter Verwendung eines H1-ten (wobei H1 eine natürliche Zahl ist) Korrekturbetrags, Bestimmen der Abtastgeschwindigkeit, des Laserausgabeleistungswerts und des Metallzufuhrbetrags und dergleichen bereit. Eine Vielzahl von Korrekturbeträgen ist in der NC-Vorrichtung 1 jeweils als der Korrekturbetrag zur Verwendung bei der Werkzeuglängenkorrektur festgelegt. Das Bearbeitungsprogramm 23 legt im Voraus fest, welche Zahl des Korrekturbetrags aus der Vielzahl von Korrekturbeträgen zu verwenden ist.
Darüber hinaus sind eine Koordinatenwertgruppe für die erste Schicht, eine Koordinatenwertgruppe für jede der zweiten bis (N-1)-ten Schicht, eine Koordinatenwertgruppe für die N-te Schicht und dergleichen des geformten Objekts 15 in dem Bearbeitungsprogramm 23 festgelegt. Die folgende Beschreibung wird für einen Fall bereitgestellt, in dem das geformte Objekt 15 bei Betrachtung aus der Richtung der Z-Achse eine Bogenform aufweist. Wenn das geformte Objekt 15 bei Betrachtung aus der Richtung der Z-Achse eine Bogenform aufweist, sind Koordinatenwertgruppen für die erste bis N-te Schicht mit der Bogenform in dem Bearbeitungsprogramm 23 festgelegt. Das Bearbeitungsprogramm 23 wird von außerhalb der NC-Vorrichtung 1 in die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung eingegeben.
6 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das geformte Objekt veranschaulicht, das durch additive Fertigung (Laminatformung) hergestellt wird, wobei die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die Maschine für die additive Fertigung dazu veranlasst hat, unter Verwendung des in 5 veranschaulichten Bearbeitungsprogramms zu funktionieren. Das in 6 veranschaulichte geformte Objekt 50 ist ein Beispiel für das geformte Objekt 15, das durch die Maschine 100 für die additive Fertigung produziert wird.
Die Maschine 100 für die additive Fertigung erwärmt und schmilzt durch einen Laserstrahl das Material 5, das ein Metallmaterial ist, wie zum Beispiel ein Metallpulver oder einen Metalldraht, und das dem Basissubstrat 14 zugeführt wird. Die Maschine 100 für die additive Fertigung stapelt Schichten des Materials 5 mit einer spezifizierten Stapelhöhe und einer spezifizierten Stapelbreite auf dem bearbeiteten Abschnitt der Basismaterialoberfläche.
Die Maschine 100 für die additive Fertigung wiederholt einen Prozess des Stapelns von Schichten des Materials 5, während der Bearbeitungskopf 8 bewegt wird, um zu veranlassen, dass der Bereich der Laserbestrahlung auf dem Basismaterial bei Betrachtung aus der Richtung der Z-Achse eine Bogenform aufweist. Ein Stapel von Schichten des Materials 5 in der Richtung der Z-Achse mit N (wobei N eine natürliche Zahl ist) Schichten ist das geformte Objekt 50, das in 6 veranschaulicht ist.
Die erste Ausführungsform wird nachstehend in Bezug auf einen Fall beschrieben, in dem das geformte Objekt 50 einer Dehnung oder Fehlformung seiner Form aufgrund einer Erhöhung des Wärmestaus oder einer Destabilisierung des Schweißstatus auf der Oberfläche des geformten Objekts 50 während der Ausführung eines Befehls für eine N₁-te Schicht (wobei N₁ eine natürliche Zahl von 1 bis N ist) in dem Prozess für die additive Fertigung unterzogen wird, der in dem Bearbeitungsprogramm 23 enthalten ist, das in 5 veranschaulicht ist. Als Nächstes wird ein Betrieb jeder Komponente der NC-Vorrichtung 1 detailliert beschrieben.
(Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung)
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung der NC-Vorrichtung 1 analysiert das Bearbeitungsprogramm 23 und führt unter Verwendung der Maschine 100 für die additive Fertigung eine additive Fertigung durch. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung analysiert nach der Durchführung des aktuell ausgeführten Vorgangs durchzuführende Vorgänge des Bearbeitungsprogramms 23, das in 5 veranschaulicht ist.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung analysiert den Bewegungspfad und eine Abtastgeschwindigkeit Fc(t) des Bearbeitungskopfs 8, die in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben sind, und bestimmt die Position des Bearbeitungskopfs 8 zu jeder Zeiteinheit. Insbesondere führt die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung einen Beschleunigung-Verlangsamung-Prozess, um eine Geschwindigkeitswellenform zum Beschleunigen oder Verlangsamen mit einer voreingestellten Beschleunigung zu erzeugen, und einen Glättungsprozess durch, um die Geschwindigkeitswellenform, die in dem Beschleunigung-Verlangsamung-Prozess erzeugt wird, zu glätten, wodurch sie die Position des Bearbeitungskopfs 8 bestimmt. Es ist anzumerken, dass der Glättungsprozess auch als Filterung mit gleitendem Durchschnitt bezeichnet wird.
Darüber hinaus führt die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung einen Interpolationsprozess durch, um einen Interpolationspunkt zu berechnen, bei dem es sich um die Bearbeitungskopfposition zu jeder Zeiteinheit handelt, wenn der Bearbeitungskopf 8 mit einer Abtastgeschwindigkeit bewegt wird, nachdem der Glättungsprozess durchgeführt wurde. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung bestimmt somit die befohlene Position für den Bearbeitungskopf 8. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung gibt diese befohlene Position für jede Zeiteinheit an die Kopfantriebseinheit 12 aus. Dies veranlasst, dass der Bearbeitungskopf 8 dahingehend gesteuert wird, dass er sich in eine gewünschte Position bewegt, die in dem Bearbeitungsprogramm 23 festgelegt wurde.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung analysiert zudem die Zufuhrgeschwindigkeit des Materials 5 und die Intensität des Laserstrahls, die in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben sind, und bestimmt die Zufuhrgeschwindigkeit des Materials 5 pro Zeiteinheit und die Intensität des Laserstrahls.
Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung passt einen Laserausgabeleistungswert Pc(t) an der Laserbestrahlungsposition und einen Metallzufuhrbetrag Wc(t) gemäß der Abtastgeschwindigkeit Fc(t) an der Laserbestrahlungsposition unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (1) und Gleichung (2) an.
Formel 1: $P c (t) = \frac{F c (t)}{F} P$
Formel 2: $W c (t) = \frac{F c (t)}{F} V$
In dieser Hinsicht stellen P, V bzw. F die Laserausgabeleistung, den Metallzufuhrbetrag und die Abtastgeschwindigkeit dar, die in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben sind. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung gibt den Laserausgabeleistungswert Pc(t) gemäß der Abtastgeschwindigkeit an der Laserbestrahlungsposition an den Laseroszillator 2 aus. Die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung gibt zudem den Metallzufuhrbetrag Wc(t) des Metallpulvers oder des Metalldrahts an die Materialzufuhreinheit 4 aus. Dementsprechend steuert die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung die Laserausgabeleistung und den Metallzufuhrbetrag, sodass sie jeweils einen benutzergewünschten Wert aufweisen, der in dem Bearbeitungsprogramm 23 spezifiziert ist. Es ist anzumerken, dass der Programmanalyseprozess für Schichten von der ersten Schicht bis zu der N-ten Schicht, der von der Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung durchgeführt wird, und der Analyseprozess, der von der Statusanalyseeinheit 104 durchgeführt wird, gleichzeitig durchgeführt werden.
Nach dem Wiederaufnehmen des Prozesses für die additive Fertigung analysiert die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung den Bewegungspfad und die Abtastgeschwindigkeit Fc(t) des Bearbeitungskopfs 8, die in dem Bearbeitungsprogramm 23 beschrieben sind, ausgehend von der Endposition des Prozesses für die subtraktive Fertigung und bestimmt die Bearbeitungskopfposition zu jeder Zeiteinheit.
(Statusanalyseeinheit 104)
Die Statusanalyseeinheit 104 der NC-Vorrichtung 1 sammelt die Sensordaten 24 von einem Sensor, der in der Maschine 100 für die additive Fertigung bereitgestellt ist, und schätzt einen Zustand während der additiven Fertigung auf der Grundlage der Sensordaten 24. Insbesondere erhält die Statusanalyseeinheit 104 aus den Sensordaten 24 Bilddaten, die durch Beobachtung der Produktform erhalten werden, die von der Maschine 100 für die additive Fertigung gebildet wird. Dann extrahiert die Statusanalyseeinheit 104 eine Merkmalsmenge der Produktform aus den Bilddaten, die durch Beobachtung der Produktform erhalten werden, die von der Maschine 100 für die additive Fertigung gebildet wird. Die Merkmalsmenge der in diesem Vorgang extrahierten Produktform beinhaltet mindestens eine von der Stapelhöhe und der Stapelbreite. Die Statusanalyseeinheit 104 berechnet die Merkmalsmenge, die mindestens eines von der Stapelhöhe und der Stapelbreite beinhaltet, unter Verwendung einer Bildanalysetechnik, wie zum Beispiel Kantendetektion oder Binarisierung.
Die Statusanalyseeinheit 104 erhält Temperaturdaten, die durch Beobachtung der Oberflächentemperatur des bearbeiteten Abschnitts während des Prozesses für die additive Fertigung erhalten werden. Die Temperaturdaten können eine Wärmekarte sein, welche den bearbeiteten Abschnitt unter Verwendung unterschiedlicher Farben gemäß der Oberflächentemperatur darstellt und von einer Infrathermographieeinheit erhalten wird, oder können Daten sein, welche die Oberflächentemperatur an jeder Koordinatenposition des geformten Objekts 15 unter Verwendung numerischer Werte bereitstellen. Alternativ kann die Statusanalyseeinheit 104 eine Wärmekarte erhalten, die durch die Detektion aus einer Vielzahl von Richtungen unter Verwendung einer Vielzahl von Sensoren erzeugt wird.
Die Statusanalyseeinheit 104 erhält zudem Schmelzbaddaten, die durch Beobachtung des durch die Maschine 100 für die additive Fertigung gebildeten Schmelzbads erhalten werden. Die Statusanalyseeinheit 104 erhält die Schmelzbaddaten durch Extrahieren einer Merkmalsmenge der Form aus den Bilddaten, die durch Messung des Schmelzbads erhalten werden. Die Merkmalsmenge der Form, die in diesem Vorgang extrahiert wird, beinhaltet mindestens eines von der Schmelzbadgröße und der Entfernung des Zentrums des Schmelzbads zu dem Material 5. Die Statusanalyseeinheit 104 berechnet die Merkmalsmenge, die mindestens eines von der Schmelzbadgröße und der Entfernung des Zentrums des Schmelzbads zu dem Material 5 beinhaltet, unter Verwendung einer Bildanalysetechnik, wie zum Beispiel Kantendetektion oder Binarisierung.
Darüber hinaus kann die Statusanalyseeinheit 104 den Schmelzzustand unter Verwendung von Daten der Last (Lastmoment) schätzen, die auf die Materialzufuhreinheit 4 oder dergleichen ausgeübt wird, anstatt durch direkte Beobachtung des Schmelzbads anhand der Bilddaten. Die Statusanalyseeinheit 104 nimmt eine Analyse vor dem möglichen Auftreten von Dehnung oder Fehlformung in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt des geformten Objekts 15 aufgrund einer Änderung der Wärmestaubedingung und des Schweißstatus vor, und zwar auf der Grundlage der Bilddaten, der Temperaturdaten und der Schmelzbaddaten.
Nun wird eine Beziehung zwischen den Temperaturdaten und einer Änderung der Wulstbreite beschrieben. Eine Beziehung zwischen den Schmelzbaddaten und einer Änderung der Wulsthöhe wird ebenfalls beschrieben. Die Wulstbreite und die Wulsthöhe sind Beispiele für die Formbedingung, welche die Form des geformten Objekts 15 darstellt.
7 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Beziehung zwischen den Temperaturdaten in dem bearbeiteten Abschnitt und einer Änderung der Wulstbreite, wobei die Temperaturdaten durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als Merkmalsmenge während eines Prozesses für die additive Fertigung extrahiert wurden.
7 veranschaulicht ein geformtes Objekt 51A, das ein Stapel von bis zu der zehnten Schicht ist, und ein geformtes Objekt 51B, das ein Stapel von bis zu einer N₁-ten Schicht ist, im Fall der Produktion des geformten Objekts 50, wobei N₁ eine natürliche Zahl größer als 10 ist. Wie in 7 veranschaulicht, ist das geformte Objekt 51A, das ein Stapel von bis zu der zehnten Schicht ist, ein Produkt des gewünschten Stapelns, und ist das geformte Objekt 51B, das ein Stapel von bis zu der N₁-ten Schicht ist, kein Produkt des gewünschten Stapelns.
Wenn die Zeit für die additive Fertigung verstrichen ist, veranlasst eine fortgesetzte Bestrahlung des Basismaterials mit einem Laserstrahl eine Erhöhung des Betrags des Wärmestaus in dem geformten Objekt 51B. Dies führt zu einer Änderung der Zeit, die erforderlich ist, damit sich das geschmolzene Material verfestigt. Dann wird die Stapelbreite aufgrund der Schwerkraft, die auf das geschmolzene Material einwirkt, so erhöht, dass sie größer als ein gewünschter Wert ist, und wird die Stapelhöhe so verringert, dass sie kleiner als ein gewünschter Wert ist, wodurch veranlasst wird, dass eine Fehlformung leichter auftritt. Das heißt, dass sich bei einer Erhöhung des Wärmestaus in dem geformten Objekt 51B die Zeit, die benötigt wird, damit sich das geschmolzene Material verfestigt, erhöht, wodurch das geschmolzene Material übermäßig breit wird. Somit detektiert die Statusanalyseeinheit 104 proaktiv das Auftreten von Dehnung oder Fehlformung in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt des geformten Objekts 51B aufgrund der Schwerkraft, wenn sich die Zeit, die erforderlich ist, damit sich das geschmolzene Material verfestigt, aufgrund des Wärmestaus erhöht. Die Statusanalyseeinheit 104 erzeugt ein Formungsfehlersignal, wenn der Wärmestaubetrag in den Temperaturdaten in dem bearbeiteten Abschnitt größer als ein Schwellenwert des Wärmestaus ist und die Stapelbreite somit größer als ein Schwellenwert der Stapelbreite ist.
8 ist eine Darstellung zur Beschreibung einer Beziehung zwischen den Schmelzbaddaten in dem bearbeiteten Abschnitt und einer Änderung der Wulsthöhe, wobei die Schmelzbaddaten durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform als Merkmalsmenge während eines Prozesses für die additive Fertigung extrahiert wurden.
8 veranschaulicht das geformte Objekt 51A, das ein Stapel von bis zu der zehnten Schicht ist, und ein geformtes Objekt 51C, das ein Stapel von bis zu einer N₂-ten Schicht ist, im Fall der Produktion des geformten Objekts 50, wobei N₂ eine natürliche Zahl größer als 10 ist. Wie in 8 veranschaulicht, ist das geformte Objekt 51A, das ein Stapel von bis zu der zehnten Schicht ist, ein Produkt des gewünschten Stapelns, und ist das geformte Objekt 51C, das ein Stapel von bis zu der N₂-ten Schicht ist, kein Produkt des gewünschten Stapelns.
Auch wenn in Bezug auf den Laserstrahl am Start der Produktion ein optimaler Schmelzbetrag des Materials 5 befohlen wurde, lässt die Wärmequelle des Laserstrahls das Material 5 leichter schmelzen, während die Zeit für die additiven Fertigung (Laminatformung) verstreicht, wodurch die Entfernung zwischen dem zugeführten Material 5 und dem Schmelzbad, das aus dem Material 5 gebildet ist, erhöht wird. Dies veranlasst eine Reduzierung der Schmelzbadgröße, was zu dem Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen führt. Somit wird die Stapelbreite so verringert, dass sie kleiner als ein gewünschter Wert ist, und wird die Stapelhöhe so erhöht, dass sie größer als ein gewünschter Wert ist. Zusätzlich nehmen Variationen der Stapelbreite und der Stapelhöhe zu. Dies veranlasst, dass es leichter zu Fehlformung kommt. Dementsprechend veranlasst eine Erhöhung der Zeit für die additive Fertigung (Laminatformung), dass der Schweißstatus den optimalen Bedingungsbereich verlässt, und verhindert somit, dass eine gewünschte Wulstform produziert wird, wodurch das Auftreten von Dehnung oder Fehlformung in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt des geformten Objekts 51C veranlasst wird. Die Statusanalyseeinheit 104 detektiert eine derartige Dehnung oder Fehlformung in und/oder um den bearbeiteten Abschnitt proaktiv. Die Statusanalyseeinheit 104 erzeugt ein Formungsfehlersignal, wenn die Schmelzbadgröße in den Schmelzbaddaten in dem bearbeiteten Abschnitt unter einem Schwellenwert der Schmelzbadgröße liegt und die Stapelhöhe somit über einem Schwellenwert der Stapelhöhe liegt.
Die erste Ausführungsform nimmt an, dass eine Dehnung oder Fehlformung der Form in der N₁-ten Schicht aufgrund einer Wirkung der Wärmestaubedingung auftritt und eine Dehnung oder Fehlformung der Form in der N₂-ten Schicht aufgrund einer Wirkung des Schweißstatus auftritt, und zwar während der Ausführung des Bearbeitungsprogramms 23. Somit analysiert die Analyseeinheit 104 die Sensordaten 24 und erzeugt dann lediglich einmal entweder an der N₁-ten Schicht oder der N₂-ten Schicht ein Formungsfehlersignal, bevor eine Dehnung oder Fehlformung auftritt. Die Analyseeinheit 104 kann jedoch mehrmals ein Formungsfehlersignal erzeugen, d. h. jedes Mal, wenn das Auftreten von Dehnung oder Fehlformung detektiert wird.
(Produktionsprozessänderungseinheit 105)
Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 der NC-Vorrichtung 1 ändert automatisch den Produktionsprozess zwischen dem Prozess für die additive Fertigung und dem Prozess für die subtraktive Fertigung auf der Grundlage des Ergebnisses der Analyse des Bearbeitungsstatus von der Statusanalyseeinheit 104. In der ersten Ausführungsform wird während der Bildung von Schichten von der ersten Schicht bis zu der (N₁-1)-ten Schicht in dem Bearbeitungsprogramm 23 in der Statusanalyseeinheit 104 kein Formungsfehlersignal erzeugt, wobei in diesem Fall die Produktionsprozessänderungseinheit 105 den Prozess für die additive Fertigung in der Maschine 100 für die additive Fertigung fortsetzt. Derweil wird auf der N₁-ten Schicht in dem Bearbeitungsprogramm 23 ein Formungsfehlersignal von der Statusanalyseeinheit 104 eingegeben und führt die Produktionsprozessänderungseinheit 105 dementsprechend einen Vorgang zum Ändern des Produktionsprozesses durch.
Als Teil des Vorgangs zum Ändern des Produktionsprozesses sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Signal zur Unterbrechung des Prozesses für die additive Fertigung an die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung, um den Prozess für die additive Fertigung vorübergehend zu unterbrechen. Wenn der Prozess für die additive Fertigung, der von der Maschine 100 für die additive Fertigung durchgeführt wird, gestoppt wird, sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Signal zum Starten des Transports des geformten Objekts 15 an die automatisierte Transporteinheit 101, ebenfalls als Teil des Vorgangs zum Ändern des Produktionsprozesses. Dies veranlasst die automatisierte Transporteinheit 101 dazu, das geformte Objekt 15 aus der Maschine 100 für die additive Fertigung zu entnehmen und das geformte Objekt 15 auf der Bühne 18 der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu platzieren. Wenn die automatisierte Transporteinheit 101 den Vorgang des Platzierens des geformten Objekts 15 auf der Bühne 18 der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung abgeschlossen hat, sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Signal zum Starten eines Prozesses für die subtraktive Fertigung an die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung. Dies veranlasst, dass der Prozess für die subtraktive Fertigung vorübergehend gestartet wird.
Wenn der Prozess für die subtraktive Fertigung abgeschlossen ist, führt die Produktionsprozessänderungseinheit 105 einen Vorgang zum Zurückkehren zu dem Produktionsprozess durch. Die Produktionsprozessänderungseinheit 105 sendet ein Signal zum Stoppen des Prozesses für die subtraktive Fertigung an die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung, um den Prozess für die additive Fertigung zu unterbrechen. Wenn der Prozess für die subtraktive Fertigung, der von der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung durchgeführt wird, gestoppt wird, sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 105 zusätzlich ein Signal zum Starten des Transports des geformten Objekts 15 an die automatisierte Transporteinheit 101, und zwar als Teil des Vorgangs zum Zurückkehren zu dem Produktionsprozess. Dies veranlasst die automatisierte Transporteinheit 101 dazu, das geformte Objekt 15 aus der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu entnehmen und das geformte Objekt 15 auf der Bühne 13 der Maschine 100 für die additive Fertigung zu platzieren. Wenn die automatisierte Transporteinheit 101 den Vorgang des Platzierens des geformten Objekts 15 auf der Bühne 13 der Maschine 100 für die additive Fertigung abgeschlossen hat, sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 105 ein Signal zum Wiederaufnehmen des Prozesses für die additive Fertigung an die Maschine 100 für die additive Fertigung. Dies veranlasst, dass der Prozess für die additive Fertigung wiederaufgenommen wird.
Die vorstehende Beschreibung wurde in Bezug auf einen Fall gegeben, in dem die Produktionsprozessänderungseinheit 105 den Produktionsprozessänderungsvorgang und den Produktionsprozessrückkehrvorgang lediglich einmal während des Bearbeitens der N₁-ten Schicht des Bearbeitungsprogramms 23 durchführt. Wie jedoch unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, führt die Produktionsprozessänderungseinheit 105 jedes Mal, wenn ein Formungsfehlersignal von der Statusanalyseeinheit 104 eingegeben wird, den Produktionsprozessänderungsvorgang und den Produktionsprozessrückkehrvorgang durch.
(Prozessbedingungserzeugungseinheit 106)
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 der NC-Vorrichtung 1 bestimmt die Prozessbedingungen, die von der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu verwenden sind, auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23, das von der Maschine 100 für die additive Fertigung verwendet worden ist, und des Bearbeitungsstatus, der durch die Statusanalyseeinheit 104 geschätzt wurde.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 erzeugt einen Bearbeitungspfad zum Schneiden der N₁-ten Schicht durch die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung, d. h. den Kopfbewegungspfad HR21, auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 23 und des Bearbeitungsstatus. Die Beschreibung wird zunächst im Kontext des Kopfbewegungspfads HR21 zum Schneiden der N₁-ten Schicht bereitgestellt, der extrahiert wird, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat.
9 ist eine Darstellung, die ein erstes Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat. 9 gibt die gewünschte Form durch eine Form 40DF und den Kopfbewegungspfad HR8, welcher der Bearbeitungspfad bei der additiven Fertigung der N₁-ten Schicht ist, durch einen Pfad 41A für die additive Fertigung an. Außerdem gibt 9 die tatsächliche Stapelform der N₁-ten Schicht durch eine Stapelform 41F an. 9 gibt ferner durch einen Pfad 46R1 für die subtraktive Fertigung einen Kopfbewegungspfad HR21 an, welcher der Bearbeitungspfad ist, der zu verwenden ist, wenn das Schneiden an der N₁-ten Schicht durchgeführt wird, und der extrahiert wird, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat.
Aufgrund des Auftretens von Dehnung oder Fehlformung in der N₁-ten Schicht extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 einen Kopfbewegungspfad HR21, der durch Umkehrreproduktion in einer Richtung entgegengesetzt zu der Vorschubrichtung erhalten wird, um zeitlich von der N₁-ten Schicht zu der (N₁-1)-ten Schicht in dem Bearbeitungsprogramm 23 zurückzuverfolgen. Anders ausgedrückt, extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 einen Kopfbewegungspfad HR21, der entlang des Pfads 41A für die additive Fertigung der N₁-ten Schicht in der Rückwärtsrichtung verläuft.
Zusätzlich ist die Stapelbreite der Wulst der N₁-ten Schicht, die in dem Prozess für die additive Fertigung gebildet wird, aufgrund einer Wirkung des Wärmestaus größer als die Stapelbreite der Wülste, die vor der N₁-ten Schicht gebildet werden. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 erzeugt dementsprechend den Pfad 46R1 für die subtraktive Fertigung durch Versetzen des Kopfbewegungspfads HR8 in Bezug auf die gewünschte Form 40DF in der normalen Richtung, die senkrecht Richtung zu der Bearbeitungsrichtung ist, und zwar in der Ebene parallel zu der XY-Ebene. Der Versatz wird in diesem Fall auf einen Wert festgelegt, der die Formvariation (d. h. einen Betrag der Abweichung hinsichtlich der Höhe oder Breite des geformten Objekts 15 in Bezug auf einen gewünschten Wert) der N₁-ten Schicht übersteigt, um es dem Werkzeug 19 zu ermöglichen, an der Außenseite der Stapelform 41F an einer Position zu verlaufen, die dem maximalen Wert der Formvariation entspricht. Dementsprechend kann die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung dazu veranlassen, die gesamte N₁-Schicht zu entfernen oder nur einen Abschnitt zu entfernen, der sich auf die Dehnung oder Fehlformung der Form bezieht.
Es ist anzumerken, dass, wenn es der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung nicht gelingt, die Wulst der N₁-ten Schicht in einem einzelnen Pfad für die subtraktive Fertigung zu schneiden, die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 eine Vielzahl von Pfaden für die subtraktive Fertigung durch Versetzen der extrahierten Pfade 41A für die additive Fertigung für eine Vielzahl von Malen erzeugen kann.
10 ist eine Darstellung, die ein zweites Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat. 10 gibt ähnlich wie 9 die gewünschte Form durch die Form 40DF und den Kopfbewegungspfad HR8 bei der additiven Fertigung der N₁-ten Schicht durch den Pfad 41A für die additive Fertigung an. Außerdem gibt 10 die tatsächliche Stapelform der N₁-ten Schicht durch die Stapelform 41F an.
10 gibt ferner den ersten Kopfbewegungspfad HR21 durch den Pfad 46R1 für die subtraktive Fertigung und einen zweiten Kopfbewegungspfad HR21 durch einen Pfad 46R2 für die subtraktive Fertigung an, wenn das Schneiden an der N1-ten Schicht durchgeführt wird, wie extrahiert, wenn sich der Wärmestau auf den Prozess ausgewirkt hat. Es ist anzumerken, dass die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zuerst den Prozess für die subtraktive Fertigung entlang des Pfads 46R2 für die subtraktive Fertigung durchführen kann und dann den Prozess für die subtraktive Fertigung entlang des Pfads 46R1 für die subtraktive Fertigung durchführen kann.
Als Nächstes wird eine Beschreibung im Kontext des Kopfbewegungspfads HR21 zum Schneiden der N₁-ten Schicht oder der N₂-ten Schicht bereitgestellt, wie extrahiert, wenn der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen aufgetreten ist. Der Entfernungsprozess für die N₁-te Schicht und der Entfernungspriess für die N₂-te Schicht ähneln einander und die folgende Beschreibung beschreibt daher den Entfernungsprozess für die N₁-te Schicht.
11 ist eine Darstellung, die ein erstes Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen aufgetreten ist. 11 die gewünschte Form durch die Form 40DF und den Kopfbewegungspfad HR8 bei der additiven Fertigung der N₁-ten Schicht durch einen Pfad 42A für die additive Fertigung an. Außerdem gibt 11 die tatsächliche Stapelform der N₁-ten Schicht durch eine Stapelform 42F an. 11 gibt ferner durch einen Pfad 47R1 für die subtraktive Fertigung einen Kopfbewegungspfad HR21 an, der zu verwenden ist, wenn das Schneiden an der N1-ten Schicht durchgeführt wird, wie extrahiert, wenn sich der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen auf den Prozess ausgewirkt hat.
Aufgrund des Auftretens von Dehnung oder Fehlformung in der N₁-ten Schicht extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 einen Kopfbewegungspfad HR21, der durch Umkehrreproduktion in einer Richtung entgegengesetzt zu der Vorschubrichtung von der N₁-ten Schicht zu der (N₁-1)-ten Schicht in dem Bearbeitungsprogramm 23 erhalten wird. Anders ausgedrückt, extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 einen Kopfbewegungspfad HR21, der entlang des Pfads 42A für die additive Fertigung der N₁-ten Schicht in der Rückwärtsrichtung verläuft.
Zusätzlich ist die Stapelhöhe der Wulst der N₁-ten Schicht, die in dem Prozess für die additive Fertigung gebildet wird, aufgrund eines unzureichenden Zustands des Schweißstatus größer als die Stapelhöhe der Wülste, die vor der N₁-ten Schicht gebildet werden. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 erzeugt dementsprechend den Pfad 47R1 für die subtraktive Fertigung durch Versetzen des Kopfbewegungspfads HR8 in Bezug auf die gewünschte Form 40DF in der Richtung der Z-Achse (Tiefenrichtung). Der Versatzbetrag ist in diesem Fall auf einen Wert festgelegt, der die Formvariation überschreitet, die auf der Grundlage des maximalen Werts und des minimalen Werts des Stapelhöhe der N₁-ten Schicht berechnet ist. Dementsprechend kann die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung dazu veranlassen, die gesamte N₁-Schicht zu entfernen oder nur einen Abschnitt zu entfernen, der sich auf die Dehnung oder Fehlformung der Form bezieht.
Es ist anzumerken, dass, wenn es der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung nicht gelingt, die Wulst der N₁-ten Schicht in einem einzelnen Pfad für die subtraktive Fertigung zu schneiden, die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 eine Vielzahl von Pfaden für die subtraktive Fertigung durch Versetzen der extrahierten Pfade 42A für die additive Fertigung für eine Vielzahl von Malen erzeugen kann.
12 ist eine Darstellung, die ein zweites Beispiel für den Kopfbewegungspfad im Prozess für die subtraktive Fertigung veranschaulicht, der durch die NC-Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird, wenn der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen aufgetreten ist. 12 gibt ähnlich wie 11 die gewünschte Form durch die Form 40DF und den Kopfbewegungspfad HR28 bei der additiven Fertigung der N₁-ten Schicht durch den Pfad 42A für die additive Fertigung an. Außerdem gibt 12 die tatsächliche Stapelform der N₁-ten Schicht durch die Stapelform 42F an.
12 gibt ferner den ersten Kopfbewegungspfad HR21 durch den Pfad 47R1 für die subtraktive Fertigung und einen zweiten Kopfbewegungspfad HR21 durch einen Pfad 47R2 für die subtraktive Fertigung an, wenn das Schneiden an der N1-ten Schicht durchgeführt wird, wie extrahiert, wenn der Zustand mit unzureichendem Schweißvolumen aufgetreten ist.
Außerdem bestimmt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 die Werkzeugdrehgeschwindigkeit, die in der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu verwenden ist, gemäß dem Entfernungsbetrag des geformten Objekts 15. Die Wulstform des geformten Objekts 15 weist aufgrund der Wirkung der Wärmestaubedingung und des Schweißstatus eine nicht gleichmäßige und variierte Stapelbreite und eine variierte Stapelhöhe auf. Dementsprechend leitet die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 auf der Grundlage des Versatzbetrags ein maximales Entfernungsvolumen auf dem Kopfbewegungspfad HR21 (Pfade 47R1 und 47R2 für die subtraktive Fertigung) ab, das in der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung verwendet wird. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 bestimmt dann eine optimale Werkzeugdrehgeschwindigkeit für das maximale Entfernungsvolumen und eine Abtastgeschwindigkeit bei dieser Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf der Grundlage der in der NC-Vorrichtung 1 gespeicherten Stapelbedingungsdaten. Das heißt, die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 bestimmt die Werkzeugdrehgeschwindigkeit und die Abtastgeschwindigkeit auf der Grundlage des Volumens an der Position, bei welcher der maximale Wert auf den Pfaden 47R1 und 47R2 für die subtraktive Fertigung erreicht wird, des Volumens des geformten Objekts 15, das in dem Prozess für die subtraktive Fertigung entfernt wird, und auf der Grundlage der Stapelbedingungen.
Es ist anzumerken, dass die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 eine Zustandsmengenerfassungseinheit beinhalten kann, die Zustandsmengen erhält, die eine Variation der Formhöhe oder der Formbreite des geformten Objekts 15 nach Abschluss eines ersten Prozesses, eine Variation der Formhöhe oder der Formbreite des geformten Objekts 15 nach Abschluss eines zweiten Prozesses und den Versatzbetrag des Werkzeugpfads in dem zweiten Prozess beinhalten. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 kann zudem eine Lerneinheit beinhalten, die auf der Grundlage dieser Zustandsmengen einen Versatzbetrag des Werkzeugpfads in dem zweiten Prozess lernt, der die Variation in der Formhöhe oder der Formbreite des geformten Objekts 15 nach Abschluss des zweiten Prozesses reduziert.
(Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung)
Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung der NC-Vorrichtung 1 analysiert die Prozessbedingungen, einschließlich des Kopfbewegungspfads HR21, der durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 erzeugt wird, und veranlasst die Maschine 102 für die subtraktive Fertigung dazu, die subtraktive Fertigung durchzuführen. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung analysiert Vorgänge, die nach dem aktuell durchgeführten Vorgang durchzuführen sind, des Kopfbewegungspfads HR21, der durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 erzeugt ist.
Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung analysiert den Kopfbewegungspfad HR21 an die Abtastgeschwindigkeit in der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung, die durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 bestimmt wurden, und bestimmt die Bearbeitungskopfposition des Bearbeitungskopfs 21 zu jeder Zeiteinheit. Insbesondere führt die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung einen Beschleunigung-Verlangsamung-Prozess, um eine Geschwindigkeitswellenform zum Beschleunigen oder Verlangsamen mit einer voreingestellten Beschleunigung zu erzeugen, und einen Glättungsprozess durch, um die Geschwindigkeitswellenform, die in dem Beschleunigung-Verlangsamung-Prozess erzeugt wird, zu glätten, wodurch sie die Bearbeitungskopfposition des Bearbeitungskopfs 21 bestimmt.
Darüber hinaus führt die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung einen Interpolationsprozess durch, um einen Interpolationspunkt zu berechnen, bei dem es sich um die Bearbeitungskopfposition zu jeder Zeiteinheit handelt, wenn der Bearbeitungskopf mit einer Abtastgeschwindigkeit bewegt wird, nachdem der Glättungsprozess durchgeführt wurde. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung bestimmt somit die befohlene Position des Bearbeitungskopfs 21. Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung gibt diese befohlene Position für jede Zeiteinheit an die Kopfantriebseinheit 20 aus. Dies veranlasst, dass der Bearbeitungskopf 21 dahingehend gesteuert wird, dass er sich in eine gewünschte Position bewegt.
Die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung analysiert die Werkzeugdrehgeschwindigkeit, die durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 bestimmt wurde, und bestimmt eine Werkzeugdrehposition zu jeder Zeiteinheit. Die Kopfantriebseinheit 20 gibt die Werkzeugdrehposition zu jeder bestimmten Zeiteinheit an eine Spindelsteuervorrichtung (nicht veranschaulicht) aus. Dies veranlasst, dass die Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf einen gewünschten Wert gesteuert wird.
Wie vorstehend beschrieben, detektiert die NC-Vorrichtung 1 proaktiv eine Dehnung oder Fehlformung in dem geformten Objekt 15, die durch eine Änderung der Wärmestaubedingung oder des Schweißstatus während der additiven Fertigung (Laminatformung) veranlasst wird, und ändert dann den Produktionsprozess von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu ändern. In diesem Vorgang bestimmt die NC-Vorrichtung 1 Prozessbedingungen, einschließlich des Kopfbewegungspfads HR21, die in dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu verwenden sind, auf der Grundlage der in der Maschine 100 für die additive Fertigung verwendeten Prozessbedingungen. Dies ermöglicht es der NC-Vorrichtung 1, das geformte Objekt 15 mit einer gewünschten Form effizient ohne Unterbrechung des Produktionsprozesses genau zu produzieren.
Darüber hinaus ist die NC-Vorrichtung 1 auch dazu in der Lage, online zwischen der Maschine 100 für die additive Fertigung und der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung zu wechseln. Die NC-Vorrichtung 1 kann somit den Produktionsprozess vor und nach dem Wechseln zwischen dem Prozess für die additive Fertigung und dem Prozess für die subtraktive Fertigung fortsetzen, wodurch eine Koordination zwischen Prozessen und eine Verbesserung der Produktionseffizienz bereitgestellt werden können.
Zweite Ausführungsform.
Eine zweite Ausführungsform wird als Nächstes unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 beschrieben. Die zweite Ausführungsform wird in Bezug auf einen Fall beschrieben, in dem die Maschine für die subtraktive Fertigung einen Teil des geformten Objekts 15 entfernt und, wenn die fertige Oberfläche einen Fehler oder dergleichen aufweist, führt die Maschine für die additive Fertigung einen Prozess für die additive Fertigung durch.
Das Bearbeitungssystem 60 der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Maschine 200 für die additive Fertigung anstelle der Maschine 100 für die additive Fertigung und eine Maschine 202 für die subtraktive Fertigung anstelle der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung. Das Bearbeitungssystem 60 der zweiten Ausführungsform beinhaltetem zudem eine NC-Vorrichtung 1A anstelle der NC-Vorrichtung 1. Das Bearbeitungssystem 60 der zweiten Ausführungsform beinhaltet ferner die automatisierte Transporteinheit 101 ähnlich wie das Bearbeitungssystem 60 der ersten Ausführungsform. Die Maschine 200 für die additive Fertigung ist eine Maschine ähnlich der Maschine 100 für die additive Fertigung. Die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung ist eine Maschine ähnlich der Maschine 102 für die subtraktive Fertigung.
13 ist eine Darstellung, die eine funktionelle Konfiguration der NC-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Komponenten, welche die gleiche Funktionalität wie die in 2 veranschaulichten Komponenten unter den in 13 veranschaulichten Komponenten bereitstellen, sind mit ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine doppelte Beschreibung wird verzichtet.
Die NC-Vorrichtung 1A der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung, eine Statusanalyseeinheit 204, eine Produktionsprozessänderungseinheit 205, eine Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 und eine Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung. Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung führt einen Prozess durch, der dem durch die Ausführungseinheit 103 für die additive Fertigung durchgeführten Prozess entspricht. Die Statusanalyseeinheit 204 führt einen Prozess durch, der dem durch die Statusanalyseeinheit 104 durchgeführten Prozess entspricht. Die Produktionsprozessänderungseinheit 205 führt einen Prozess durch, der dem durch die Produktionsprozessänderungseinheit 105 durchgeführten Prozess entspricht. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 führt einen Prozess durch, der dem durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 106 durchgeführten Prozess entspricht. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung führt einen Prozess durch, der dem durch die Ausführungseinheit 107 für die subtraktive Fertigung durchgeführten Prozess entspricht.
Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung empfängt ein Bearbeitungsprogramm 33, das von außen eingegeben wird. Das Bearbeitungsprogramm 33 ist ein Programm zur Verwendung bei der Formung des geformten Objekts 15 in eine gewünschte Form durch Entfernen eines Teils des geformten Objekts 15.
Das Bearbeitungsprogramm 33 beinhaltet eine Beschreibung eines Bewegungsbefehls und eines Geschwindigkeitsbefehls, die zum Bewegen des Werkstücks 16 oder des Bearbeitungskopfs 21 entlang eines voreingestellten Pfads erforderlich sind, und einen Drehbefehl, der eine Werkzeugdrehgeschwindigkeit spezifiziert, die zum Bereitstellen einer gewünschten Entfernung von Oberflächenrauigkeit benötigt wird. Der Bewegungsbefehl ist durch einen Bewegungsbefehlswert dargestellt. Der Geschwindigkeitsbefehl ist durch einen Geschwindigkeitsbefehlswert dargestellt. Der Drehbefehl ist durch einen Drehbefehlswert dargestellt.
Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung empfängt zudem einen Wechselbefehl in Bezug auf den Produktionsprozess von der Produktionsprozessänderungseinheit 205. Der Wechselbefehl in Bezug auf den Produktionsprozess ist ein Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung bereitzustellen, oder ein Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung bereitzustellen.
Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung steuert zudem den Kopfbewegungspfad HR21 und die Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf dem Kopfbewegungspfad HR21 auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 33. Somit veranlasst die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung dazu, einen Teil des geformten Objekts 15 durch subtraktive Fertigung zu entfernen.
Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung stoppt den Prozess für die subtraktive Fertigung, wenn ein Wechselbefehl zum Wechseln des Produktionsprozesses von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung empfangen wird. Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung nimmt den Prozess für die additive Fertigung wieder auf, wenn ein Wechselbefehl zum Wechseln des Produktionsprozesses von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung empfangen wird.
Die Statusanalyseeinheit 204 empfängt Sensordaten 34, die von der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung erhalten wurden. Die Statusanalyseeinheit 204 analysiert den Bearbeitungsstatus des geformten Objekts 15 auf der Grundlage der Sensordaten 34. Die Sensordaten 34 beinhalten Bilddaten; ein Lastmoment, das auf eine Abtastwelle des Bearbeitungskopfs 21 ausgeübt wird und durch einen Motordetektor detektiert wird, der in der Kopfantriebseinheit 20 enthalten ist; und dergleichen.
Die Statusanalyseeinheit 204 sendet einen Bearbeitungsstatus, bei dem es sich um ein Analyseergebnis handelt, an die Produktionsprozessänderungseinheit 205 und an die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206. Der Bearbeitungsstatus, der von der Statusanalyseeinheit 204 an die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 gesendet wird, beinhaltet ein Ergebnis einer Bestimmung, ob die fertige Oberfläche in dem Prozess für die subtraktive Fertigung fehlerfrei ist.
Die von der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung erhaltenen Sensordaten 34 können in einer Speichervorrichtung oder dergleichen gespeichert werden. In diesem Fall kann die Speichervorrichtung innerhalb der NC-Vorrichtung 1 oder außerhalb der NC-Vorrichtung 1 angeordnet sein. Zusätzlich kann die Speichervorrichtung innerhalb der Maschine 200 für die additive Fertigung oder außerhalb der Maschine 200 für die additive Fertigung angeordnet sein.
Die Produktionsprozessänderungseinheit 205 ändert automatisch den Produktionsprozess zwischen dem Prozess für die subtraktive Fertigung und dem Prozess für die additive Fertigung gemäß dem Bearbeitungsstatus des geformten Objekts 15, ähnlich wie die Produktionsprozessänderungseinheit 105. Die Produktionsprozessänderungseinheit 205 ändert den Produktionsprozess von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung, wenn die Statusanalyseeinheit 204 bestimmt hat, dass die fertige Oberfläche des geformten Objekts 15 einen Fehler aufweist. Zusätzlich ändert die Produktionsprozessänderungseinheit 205 den Produktionsprozess von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung, wenn eine Benachrichtigung von der Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung empfangen wird, die angibt, dass der Prozess für die additive Fertigung abgeschlossen wurde.
Die Produktionsprozessänderungseinheit 205 sendet an die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung den Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die additive Fertigung zu dem Prozess für die subtraktive Fertigung bereitzustellen, und den Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung bereitzustellen. Die Produktionsprozessänderungseinheit 205 sendet an die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung zudem den Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung bereitzustellen. Die Produktionsprozessänderungseinheit 205 sendet ferner einen Transportbefehl in Bezug auf das geformte Objekt 15 an die automatisierte Transporteinheit 101, wenn ein Wechselbefehl an die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung oder an die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung gesendet wird.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 empfängt den Bearbeitungsstatus von der Statusanalyseeinheit 204. Wenn die Statusanalyseeinheit 204 bestimmt hat, dass die fertige Oberfläche einen Fehler aufweist, berechnet die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 Prozessbedingungen, die von der Maschine 200 für die additive Fertigung nach der Änderung des Produktionsprozesses zu verwenden sind. In diesem Fall berechnet die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 die von der Maschine 200 für die additive Fertigung nach der Änderung des Produktionsprozesses zu verwendenden Prozessbedingungen auf der Grundlage der von der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen und auf der Grundlage des Bearbeitungsstatus.
Zu den vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen gehören der Kopfbewegungspfad HR21 und dergleichen. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 kann die vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen von der Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung erhalten oder kann die vor der Änderung des Produktionsprozesses verwendeten Prozessbedingungen auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 33 berechnen. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 sendet die berechneten Prozessbedingungen an die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung. Die von der Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 berechneten Prozessbedingungen beinhalten den Kopfbewegungspfad HR8 und dergleichen.
Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung empfängt einen Wechselbefehl in Bezug auf den Produktionsprozess von der Produktionsprozessänderungseinheit 205. Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung empfängt zudem die Prozessbedingungen von der Prozessbedingungserzeugungseinheit 206. Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung steuert den Kopfbewegungspfad HR21 und den Ausgabeleistungswert des Laserstrahls und den Zufuhrbetrag des Materials 5 auf dem Kopfbewegungspfad HR21 auf der Grundlage der von der Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 empfangenen Prozessbedingungen. Somit veranlasst die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung die Maschine 200 für die additive Fertigung dazu, eine additive Fertigung an dem geformten Objekt 15 durchzuführen.
Als Nächstes wird ein Beispiel für den Betrieb der NC-Vorrichtung 1A beschrieben. 14 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Betriebsprozedur veranschaulicht, die von der NC-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird. Es ist anzumerken, dass ein Vorgang, der dem unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Vorgang ähnelt, nicht erneut beschrieben wird.
(Schritt S110)
Bei Schritt S110 wird das Bearbeitungsprogramm 33 von außerhalb in die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung eingegeben. Dies veranlasst die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung dazu, das Bearbeitungsprogramm 33 zu empfangen. Das Bearbeitungsprogramm 33 beinhaltet, wie vorstehend beschrieben, einen Bewegungsbefehl zum Steuern der relativen Position zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 21 und einen Geschwindigkeitsbefehl zum Steuern der relativen Geschwindigkeit zwischen dem Werkstück 16 und dem Bearbeitungskopf 21. Der Geschwindigkeitsbefehl in Bezug auf den Bearbeitungskopf 21 ist ein Befehl in Bezug auf die Abtastgeschwindigkeit an der Bearbeitungsposition des Werkzeugs 19.
Der Bewegungsbefehl in Bezug auf den Bearbeitungskopf 21 spezifiziert Bewegungsbefehlsdetails unter Verwendung von Koordinatenwerten und eines G-Codes (z. B. G0, G1 oder dergleichen), der den Bewegungsmodus an diesen Koordinatenwerten darstellt. Zusätzlich befiehlt der Geschwindigkeitsbefehl in Bezug auf den Bearbeitungskopf 21 Geschwindigkeitsbefehlsdetails unter Verwendung eines F-Codes, in dem der Geschwindigkeitswert beschrieben ist.
Die Durchführung der subtraktiven Fertigung erfordert einen Befehlswert für die Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf der Grundlage einer gewünschten Oberflächenrauigkeit, die durch einen Benutzer festgelegt ist. Der Befehlswert für die Werkzeugdrehgeschwindigkeit kann unter Verwendung eines S-Codes in dem Bearbeitungsprogramm 33 spezifiziert sein, um eine gewünschte Oberflächenrauigkeit zu erreichen, oder kann unter Verwendung eines G-Codes oder eines M-Codes befohlen werden. Nach der Durchführung von Schritt S110 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S120 über.
(Schritt S120)
Bei Schritt S120 analysiert die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung den Bewegungspfad zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 21 in der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung auf der Grundlage von Prozessdetails, die in dem von außerhalb eingegebenen Bearbeitungsprogramm 33 beschrieben sind, und bestimmt den Bewegungspfad. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung bestimmt zudem die Abtastgeschwindigkeit, bei der es sich um die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 21 handelt, auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 33. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung bestimmt ferner die für den Prozess für die subtraktive Fertigung erforderliche Werkzeugdrehgeschwindigkeit auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 33. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung veranlasst dann die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung dazu, die subtraktive Fertigung durchzuführen, und zwar unter Verwendung des Bewegungswegs, der Abtastgeschwindigkeit und der Werkzeugdrehgeschwindigkeit, die bestimmt wurden. Nach der Durchführung von Schritt S120 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S130 über.
(Schritt S130)
Bei Schritt S130 werden die Sensordaten 34 zum Überwachen des Bearbeitungsstatus der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung von der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung gesammelt und in die Statusanalyseeinheit 204 eingegeben. Dies veranlasst die Statusanalyseeinheit 204 dazu, die Sensordaten 34 zu erhalten.
Die Sensordaten 34, bei welchen es sich um Sensorinformationen handelt, beinhalten zum Beispiel Bilddaten zum Messen (oder Analysieren) eines Ergebnisses der fertigen Bearbeitung. Die Bilddaten sind Daten, die ein Bild des geformten Objektes 15 darstellen, und werden unter Verwendung von mindestens von einem von einer Kamera und einem Laserverschiebungsmesser erhalten. Das Sensordaten 34 können anstelle der Bilddaten zum Messen des Ergebnisses der fertigen Bearbeitung Daten der auf die Kopfantriebseinheit 20 ausgeübten Last (auf die Abtastwelle des Bearbeitungskopfs 21 ausgeübtes Lastmoment) und Daten der Position des Bearbeitungskopfs 21 beinhalten. Nach der Durchführung von Schritt S130 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S140 über.
(Schritt S140)
Bei Schritt S140 prüft die Statusanalyseeinheit 204 auf der Grundlage der Bilddaten, die in den Sensordaten 34 enthalten sind, auf einen Fehler und/oder dergleichen, der durch Reibung oder mechanische Vibration verursacht wurde, die produziert wurde, als die Vorschubrichtung der Bearbeitung zu einer anderen gewechselt wurde. Das heißt, die Statusanalyseeinheit 204 bestimmt, ob der Prozess für die subtraktive Fertigung in der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung stabil durchgeführt wurde. Die Bilddaten, die in den Sensordaten 34 enthalten sind, sind Beobachtungsdaten davon, ob die subtraktive Fertigung so durchgeführt wurde, dass die durch den Prozess für die subtraktive Fertigung gebildete geformte Fläche ohne Variation oder Fehler gleichmäßig ist.
Wenn die Statusanalyseeinheit 204 der NC-Vorrichtung 1A bestimmt, dass die fertige Oberfläche des geformten Objekts 15 fehlerfrei ist (Ja bei Schritt S140), geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S130 über.
Wenn die Statusanalyseeinheit 204 alternativ bestimmt, dass die fertige Oberfläche des geformten Objekts 15 einen Fehler aufweist (Nein bei Schritt S140), geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S150 über. Wenn die Statusanalyseeinheit 204 bestimmt, dass die fertige Oberfläche des geformten Objekts 15 einen Fehler aufweist, kann die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung dazu veranlassen, die subtraktive Fertigung an der oberen Oberfläche des geformten Objekts 15 durchzuführen, um den Fehler zu beseitigen.
Es ist anzumerken, dass die Statusanalyseeinheit 204 zudem einen Grad an Reibung oder mechanischer Vibration schätzen kann, der produziert wird, wenn die Vorschubrichtung der Bearbeitung zu einer anderen gewechselt wurde, und zwar auf der Grundlage der Daten der auf die Kopfantriebseinheit 20 ausgeübten Last und der Daten der Position des Bearbeitungskopfs 21. In diesem Fall berechnet die Statusanalyseeinheit 204 das Ergebnis der fertigen Bearbeitung indirekt auf der Grundlage der Daten der auf die Kopfantriebseinheit 20 ausgeübten Last und der Daten der Position des Bearbeitungskopfs 21. Das heißt, die Statusanalyseeinheit 204 berechnet den Grad an Reibung oder mechanischer Vibration auf der Grundlage der Lastdaten und der Positionsdaten und berechnet dann das Ergebnis der fertigen Bearbeitung (z. B., ob ein Fehler vorliegt) auf der Grundlage des Grads an Reibung oder mechanischer Vibration. In diesem Fall analysiert die Statusanalyseeinheit 204, ob ein durch Reibung oder mechanische Vibration verursachter Fehler vorliegt, auf der Grundlage des Grads an Reibung oder mechanischer Vibration, der produziert wird, wenn die Vorschubrichtung der Bearbeitung zu einer anderen gewechselt wurde.
(Schritt S150)
Bei Schritt S150 benachrichtigt die Statusanalyseeinheit 204 die Produktionsprozessänderungseinheit 205 und die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 darüber, dass die fertige Oberfläche des geformten Objekts 15 einen Fehler aufweist. Dies veranlasst die Produktionsprozessänderungseinheit 205 dazu, den Prozess für die subtraktive Fertigung zu unterbrechen und den Produktionsprozess zu dem Prozess für die additive Fertigung zu ändern, das heißt, einen Produktionsprozesswechselvorgang durchzuführen. In diesem Fall handelt es sich bei dem Prozess für die subtraktive Fertigung um den ersten Produktionsprozess und bei dem Prozess für die additive Fertigung um den zweiten Produktionsprozess. Darüber hinaus ist die im Prozess für die subtraktive Fertigung verwendete Prozessbedingung die erste Prozessbedingung und ist die im Prozess für die additive Fertigung zu verwendende Prozessbedingung die zweite Prozessbedingung.
Der Produktionsprozesswechselvorgang beinhaltet einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 205 ein Signal zur Unterbrechung (Wechselbefehl) des Prozesses für die subtraktive Fertigung an die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung sendet, um den Prozess für die subtraktive Fertigung vorübergehend zu unterbrechen. Der Produktionsprozesswechselvorgang beinhaltet zudem einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 205 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, einen Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 nach dem Abschluss der Unterbrechung des Prozesses für die subtraktive Fertigung durchzuführen. Dieser Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 wird auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Produktionsprozessänderungseinheit 205 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, das geformte Objekt 15 aus der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung zu entnehmen und das geformte Objekt 15 auf der Bühne 13 der Maschine 200 für die additive Fertigung zu platzieren. Produktionsprozesswechselvorgang beinhaltet ferner einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 205 ein Startsignal (Wechselbefehl) eines Prozesses für die additive Fertigung an die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung sendet, um die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung dazu zu veranlassen, den Prozess für die additive Fertigung vorzubereiten. Wie vorstehend beschrieben, sendet die Produktionsprozessänderungseinheit 205 an die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung und an die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung einen Wechselbefehl, um ein Wechseln von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung bereitzustellen. Nach der Durchführung von Schritt S150 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S160 über.
(Schritt S160)
Bei Schritt S160 bestimmt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 Prozessbedingungen zur Verwendung durch die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung in dem Prozess für die additive Fertigung. Insbesondere bestimmt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 den Bewegungspfad des Bearbeitungskopfs 8, die Abtastgeschwindigkeit, den Laserausgabeleistungswert des Bearbeitungskopfs 8 und den Metallzufuhrbetrag, die in der Maschine 200 für die additive Fertigung zu verwenden sind, und legt diese Werte als Prozessbedingungsprozess des Prozesses für die additive Fertigung fest.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 legt den Kopfbewegungspfad HR8 in der Maschine 200 für die additive Fertigung auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 33 fest, das in die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung eingegeben wird. Insbesondere extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 den Kopfbearbeitungspfad HR8, um alle Fehler zu ermöglichen, die durch Reibung oder mechanische Vibration verursacht wurden, die produziert wurde, als die Vorschubrichtung der Bearbeitung zu einer anderen gewechselt wurde, und legt den extrahierten Kopfbearbeitungspfad HR8 als eine Prozessbedingung des Prozesses für die additive Fertigung fest. In diesem Vorgang extrahiert die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 den Kopfbewegungspfad HR8 zur Verwendung in dem Prozess für die additive Fertigung, um zu veranlassen, dass das Bearbeitungsprogramm 33 den Kopfbewegungspfad HR8 von dem befohlenen Punkt der vorübergehenden Unterbrechung in der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung mit einem Versatz in einem dreidimensionalen Raum zurückverfolgt. Das heißt, dass die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 den Kopfbewegungspfad HR8 zur Verwendung in dem Prozess für die additive Fertigung festlegt, um zu veranlassen, dass der Kopfbewegungspfad HR8 den Kopfbewegungspfad HR21, der in dem Bearbeitungsprogramm 33 festgelegt worden ist, mit einem bestimmten Versatzabschnitt in der Rückwärtsrichtung von der Position verfolgt, an welcher die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung den Prozess für die subtraktive Fertigung unterbrochen hat.
Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 legt zudem die Abtastgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 8, die in dem Bearbeitungsprogramm 33 festgelegt wurde, das von der Maschine 200 für die additive Fertigung verwendet wird, als eine Prozessbedingung für den Prozess für die additive Fertigung fest. Zusätzlich bestimmt die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 die Befehlswerte des Laserausgabeleistungswerts und des Metallzufuhrbetrags, die für den Prozess für die additive Fertigung erforderlich sind, um zu ermöglichen, dass die gebildeten Fehler beseitigt werden. In diesem Vorgang berechnet die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 den Additionsbetrag in der Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung auf der Grundlage von Faktoren, wie zum Beispiel den Volumina der Fehler und den Volumina der Abschnitte, die zum Beseitigen der Fehler entfernt werden. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 bestimmt dann den Laserausgabeleistungswert und den Metallzufuhrbetrag für den befohlenen Pfad in Bezug auf die Bearbeitungskopfposition auf der Grundlage des Additionsbetrags in der Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung. Die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 sendet den Kopfbewegungspfad HR8 und den Laserausgabeleistungswert und den Metallzufuhrbetrag auf dem Kopfbewegungspfad HR8 an die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung. Nach der Durchführung von Schritt S160 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S170 über.
(Schritt S170)
In Schritt S170 empfängt die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung den Kopfbewegungspfad HR8, die Abtastgeschwindigkeit und den Laserausgabeleistungswert und den Metallzufuhrbetrag auf dem Kopfbewegungspfad HR8, die durch die Prozessbedingungserzeugungseinheit 206 bestimmt wurden. Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung bestimmt somit den Bewegungspfad des Bearbeitungskopfs 8, die Abtastgeschwindigkeit, den Laserausgabeleistungswert und den Metallzufuhrbetrag, die an die Maschine 200 für die additive Fertigung auszugeben sind. Die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung veranlasst die Maschine 200 für die additive Fertigung dazu, den Prozess für die additive Fertigung unter Verwendung des Bewegungspfads, der Abtastgeschwindigkeit, des Laserausgabeleistungswerts und des Metallzufuhrbetrags, die bestimmt worden sind, zu starten. Nach der Durchführung von Schritt S170 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S180 über.
(Schritt S180)
In Schritt S180 führt die Produktionsprozessänderungseinheit 205 nach Abschluss des Prozesses für die additive Fertigung, der durch die Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung durchgeführt wird, einen Vorgang zum Zurückkehren zu dem Produktionsprozess durch. Der Vorgang des Zurückkehrens zu dem Produktionsprozess beinhaltet einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 205 eine Benachrichtigung über den Abschluss der additiven Fertigung von der Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung empfängt. Der Vorgang des Zurückkehrens zu dem Produktionsprozess beinhaltet zudem einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 205 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, einen Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 durchzuführen. Dieser Vorgang des Transportierens des geformten Objekts 15 wird auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Produktionsprozessänderungseinheit 205 die automatisierte Transporteinheit 101 dazu veranlasst, das geformte Objekt 15 aus der Maschine 200 für die additive Fertigung zu entnehmen und das geformte Objekt 15 auf der Bühne 18 der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung zu platzieren. Der Vorgang des Zurückkehrens zu dem Produktionsprozess beinhaltet ferner einen Vorgang, bei dem die Produktionsprozessänderungseinheit 205 ein Startsignal (Wechselbefehl) eines Prozesses für die subtraktive Fertigung an die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung sendet, um die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung dazu zu veranlassen, den Prozess für die subtraktive Fertigung vorzubereiten. Nach der Durchführung von Schritt S180 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S190 über.
(Schritt S190)
Bei Schritt S190 veranlasst die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung dazu, den Prozess für die subtraktive Fertigung wiederaufzunehmen. Das heißt, dass die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung die Analyse des Kopfbewegungspfads HR21 zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 21 von der Endposition der additiven Fertigung in der Ausführungseinheit 203 für die additive Fertigung auf der Grundlage der in dem Bearbeitungsprogramm 33 beschriebenen Prozessdetails erneut startet. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung bestimmt somit den Kopfbewegungspfad HR21 und die Abtastgeschwindigkeit. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung bestimmt zudem den Befehlswert der Werkzeugdrehgeschwindigkeit, der für den Prozess für die subtraktive Fertigung erforderlich ist, auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms 33. Die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung veranlasst dann die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung dazu, den Prozess für die subtraktive Fertigung wiederaufzunehmen, der den Bewegungsweg, die Abtastgeschwindigkeit und die Werkzeugdrehgeschwindigkeit, die bestimmt wurden, verwendet. Nach der Durchführung von Schritt S190 geht die NC-Vorrichtung 1A mit der Prozedur zu Schritt S200 über.
(Schritt S200)
Bei Schritt S200 bestimmt die NC-Vorrichtung 1A, ob alle in dem Bearbeitungsprogramm 33 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind. Wenn nicht alle in dem Bearbeitungsprogramm 33 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind (Nein bei Schritt S200), wiederholt die NC-Vorrichtung 1A den Prozess von Schritt S130 bis Schritt S200. Die NC-Vorrichtung 1A wiederholt den Prozess von Schritt S130 bis Schritt S200, bis alle in dem Bearbeitungsprogramm 33 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind. Wenn alle in dem Bearbeitungsprogramm 33 beschriebenen Vorgänge abgeschlossen sind (Ja bei Schritt S200), beendet die NC-Vorrichtung 1A den Prozess des Steuerns der Produktion des geformten Objekts 15.
Wie vorstehend beschrieben ist die NC-Vorrichtung 1A dazu in der Lage, einen Fehler zu detektieren, der durch Reibung oder mechanische Vibration verursacht wurde, die produziert wurde, als die Vorschubrichtung der Bearbeitung in dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu einer anderen gewechselt wurde und dann der Produktionsprozess von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung geändert wurde. Dies ermöglicht es der NC-Vorrichtung 1A, den Produktionsprozess automatisch zu korrigieren und das geformte Objekt 15 mit einer gewünschten Form auch dann genau und effizient zu produzieren, wenn während der fertigen Bearbeitung in der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung ein Defekt erzeugt wird.
Nun wird ein spezifisches Beispiel für das durch die Maschine 200 für die additive Fertigung produzierte geformte Objekt 15 beschrieben. 15 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für das geformte Objekt veranschaulicht, das durch subtraktive Fertigung produziert wurde, wobei die NC-Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform das Funktionieren der Maschine für die subtraktive Fertigung veranlasst hat. Das in 15 veranschaulichte geformte Objekt 53 ist ein Beispiel für das geformte Objekt 15, das durch die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung produziert wird.
Das Bearbeitungsprogramm 33 zur Verwendung in dem Prozess für die subtraktive Fertigung gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Beschreibung, zum Beispiel eines Befehls zum Durchführen einer fertigen Bearbeitung auf der obersten Oberfläche des geformten Objekts 50, das in der ersten Ausführungsform durch additive Fertigung produziert wurde. 15 veranschaulicht das geformte Objekt 53, das unter Verwendung der Bearbeitungsprogramme 23 und 33 produziert wurde. Das Bearbeitungsprogramm 23 ist ein Programm zum Fertigen des geformten Objekts 50 durch Stapeln von Schichten des Materials 5 von der ersten Schicht zu der N-ten Schicht. Das Bearbeitungsprogramm 33 ist ein Programm zum Fertigen des geformten Objekts 53 aus dem geformten Objekt 50 durch Entfernen der oberen Oberfläche des geformten Objekts 50 von einem ersten Block zu M (wobei M eine natürliche Zahl ist).
Das Bearbeitungsprogramm 33 wird von außerhalb der NC-Vorrichtung 1A in die Ausführungseinheit 207 für die subtraktive Fertigung eingegeben. Die zweite Ausführungsform wird in Bezug auf in einem Fall beschrieben, in dem ein Fehler auf einer Oberfläche des geformten Objekts aufgrund von Reibung oder mechanischer Vibration während der Ausführung eines Befehls im Fertigungsprozess für einen Abschnitt in der Nähe eines M₁-ten Blocks (wobei M₁ eine natürliche Zahl von 1 bis M ist), bei dem es sich um den Entfernungsblock handelt, nach dem Start der Ausführung des Bearbeitungsprogramms 33 gebildet wird. Vorgänge von Komponenten der NC-Vorrichtung 1A in dieser Situation, die sich von den Vorgängen in der ersten Ausführungsform unterscheiden, werden nachstehend beschrieben.
(Statusanalyseeinheit 204)
Die Statusanalyseeinheit 204 der NC-Vorrichtung 1A sammelt die Sensordaten 34 von einem Sensor, der in der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung bereitgestellt ist, und schätzt einen Bearbeitungsstatus während der subtraktiven Fertigung auf der Grundlage der Sensordaten 34. Insbesondere erhält die Statusanalyseeinheit 204 aus den Sensordaten 34 Bilddaten, die durch Beobachtung der Produktoberfläche erhalten werden, die von der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung gebildet wird. Dann extrahiert die Statusanalyseeinheit 204 eine Formmerkmalsmenge aus den Bilddaten, die durch eine Messung der Produktform erhalten wurden, die durch die Maschine 202 für die subtraktive Fertigung gebildet wurde. Die in diesem Vorgang extrahierte Formmerkmalsmenge beinhaltet mindestens eine von der Krümmung, der Formhöhe, der Formbreite und dergleichen. Die Statusanalyseeinheit 204 berechnet die Merkmalsmenge, die mindestens eine von der Krümmung, der Formhöhe, der Formbreite und dergleichen beinhaltet, unter Verwendung einer Bildanalysetechnik, wie zum Beispiel Kantendetektion oder Binarisierung.
Die Statusanalyseeinheit 204 analysiert einen Fehler, der durch Reibung oder mechanische Vibration verursacht wurde, auf der Grundlage der Bilddaten. In der zweiten Ausführungsform, wenn die Statusanalyseeinheit 204 den M₁-ten Block mit einem anderen spezifizierten Block als dem M₁-ten Block vergleicht, weist der M₁-te Block eine Formhöhe auf, die geringer als die Formhöhe einer anderen Region ist, da die Position der Z-Achse, welche die Formhöhe darstellt, in der negativen Richtung aufgrund von Reibung oder mechanischer Vibration geringer ist. Die Statusanalyseeinheit 204 erzeugt somit ein Formungsfehlersignal, wenn die Formhöhe eine Variation aufweist, die größer als Variationen in anderen Regionen ist.
In der zweiten Ausführungsform detektiert die Statusanalyseeinheit 204 einen Fehler, der durch Reibung oder mechanische Vibration an einem einzelnen Punkt in einem Befehl für den M₁-ten Block irgendwo in dem Bearbeitungsprogramm 33 verursacht wird, und erzeugt dann ein Formungsfehlersignal. Die Statusanalyseeinheit 204 kann jedoch zudem einen Fehler oder mehrere Fehler an einem oder mehreren anderen Punkten detektieren.
Wie vorstehend beschrieben detektiert die NC-Vorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform einen Fehler in der Oberflächenform, der durch Reibung oder mechanische Vibration in einem Prozess für die subtraktive Fertigung verursacht wird, und ändert den Produktionsprozess von dem Prozess für die subtraktive Fertigung zu dem Prozess für die additive Fertigung. In diesem Vorgang bestimmt die NC-Vorrichtung 1A Prozessbedingungen, einschließlich des Kopfbewegungspfads HR8 zur Verwendung in dem Prozess für die additive Fertigung, auf der Grundlage der in der Maschine 202 für die subtraktive Fertigung verwendeten Prozessbedingungen. Dies ermöglicht es der NC-Vorrichtung 1A, den Produktionsprozess automatisch zu korrigieren und das geformte Objekt 53 mit einer gewünschten Form auch dann genau und effizient zu produzieren, wenn während der fertigen Bearbeitung ein Defekt in dem geformten Objekt 15 erzeugt wird.
Als Nächstes wird eine Hardware-Konfiguration der NC-Vorrichtungen 1 und 1A beschrieben. Die NC-Vorrichtungen 1 und 1A sind jeweils in einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt. Bei der Verarbeitungsschaltung kann es sich um einen Prozessor handeln, der ein in einem Speicher und dem Speicher gespeichertes Programm ausführt, oder kann ein dediziertes Hardware-Element, wie zum Beispiel eine dedizierte Schaltung, sein. Eine Verarbeitungsschaltung wird zudem als Steuerschaltung bezeichnet.
16 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Konfiguration einer Verarbeitungsschaltung veranschaulicht, die in jeder der NC-Vorrichtungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform enthalten ist, wenn die Verarbeitungsschaltung durch einen Prozessor und einen Speicher umgesetzt ist. Eine in 16 veranschaulichte Verarbeitungsschaltung 90 ist eine Steuerschaltung und beinhaltet einen Prozessor 91 und einen Speicher 92. Wenn die Verarbeitungsschaltung 90 den Prozessor 91 und den Speicher 92 beinhaltet, wird jede Funktionalität der Verarbeitungsschaltung 90 in Software, Firmware oder einer Kombination aus Software und Firmware umgesetzt. Die Software oder Firmware ist in Form eines Programms beschrieben und ist in dem Speicher 92 gespeichert. In der Verarbeitungsschaltung 90 liest und führt der Prozessor 91 das in dem Speicher 92 gespeicherte Programm aus, um jede Funktionalität umzusetzen. Das heißt, die Verarbeitungsschaltung 90 beinhaltet den Speicher 92 zum Speichern eines Programms, das veranlasst, dass die Verarbeitung jeder der NC-Vorrichtungen 1 und 1A durchgeführt wird. Es kann zudem gesagt werden, dass dieses Programm ein Programm ist, um jede der NC-Vorrichtungen 1 und 1A dazu zu veranlassen, jede Funktionalität durchzuführen, die in der Verarbeitungsschaltung 90 umgesetzt ist. Dieses Programm kann unter Verwendung eines Speichermediums, welches das Programm speichert bereitgestellt sein oder kann unter Verwendung anderer Mittel, wie zum Beispiel eines Kommunikationsmediums, bereitgestellt sein. Es kann zudem gesagt werden, dass das vorstehende Programm ein Programm ist, das jede der NC-Vorrichtungen 1 und 1A dazu veranlasst, numerische Steuerverarbeitung durchzuführen
In dieser Hinsicht ist der Prozessor 91 zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine Recheneinheit, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder dergleichen. Außerdem ist der Speicher 92 zum Beispiel ein nicht flüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie etwa ein Direktzugriffsspeicher (random access memory - RAM), ein Festwertspeicher (read-only memory - ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer ROM (erasable programmable ROM - EPROM) oder ein elektrisch löschbarer programmierbarer ROM (electrically erasable programmable ROM - EEPROM) (eingetragenes Warenzeichen); eine Magnetplatte, eine flexible Platte, eine optische Platte, eine Compact Disc, eine MiniDisc, eine Digital Versatile Disc (DVD) oder dergleichen.
17 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verarbeitungsschaltung veranschaulicht, die in jeder der NC-Vorrichtungen gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform enthalten ist, wenn die Verarbeitungsschaltung ein dediziertes Hardware-Element beinhaltet. Eine in 17 veranschaulichte Verarbeitungsschaltung 93 ist zum Beispiel eine Einzelschaltung, ein Satz mehrerer Schaltungen, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit - ASIC), eine feldprogrammierbare Gatter-Anordnung (field-programmable gate array - FPGA) oder eine Kombination daraus. Die Verarbeitungsschaltung 93 kann teilweise in einem dedizierten Hardware-Element und teilweise in Software oder Firmware umgesetzt sein kann. Somit kann die Verarbeitungsschaltung 93 jede vorstehende Funktionalität durch ein dediziertes Hardware-Element, eine dedizierte Software, Firmware oder eine Kombination davon umsetzen.
Die in den vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen sind lediglich Beispiele. Diese Konfigurationen können mit einer anderen bekannten Technologie kombiniert werden und es können Konfigurationen unterschiedlicher Ausführungsform miteinander kombiniert werden. Darüber hinaus kann ein Teil derartiger Konfigurationen weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Geist davon abzuweichen.
Liste der Bezugszeichen
1, 1A NC-Vorrichtung; 2 Laseroszillator; 3 Faserkabel; 4 Materialzufuhreinheit; 5 Material; 6 Gaszufuhreinheit; 7 Rohr; 8, 21 Bearbeitungskopf; 9 Strahldüse; 10 Materialdüse; 11 Gasdüse; 12, 20 Kopfantriebseinheit; 13, 18 Bühne; 14 Basissubstrat; 15, 50, 51A-51C, 53 geformtes Objekt; 16 Werkstück; 17 Handmechanismus; 19 Werkstück; 22 Spindelantriebseinheit; 23, 33 Bearbeitungsprogramm; 24, 34 Sensordaten; 25 Handantriebseinheit; 41A, 42A Pfad für die additive Fertigung; 41F, 42F Stapelform; 46R1, 46R2, 47R1, 47R2 Pfad für die subtraktive Fertigung; 60 Bearbeitungssystem; 90, 93 Verarbeitungsschaltung; 91 Prozessor; 92 Speicher; 100, 200 Maschine für die additive Fertigung; 101 automatisierte Transporteinheit; 102, 202 Maschine für die subtraktive Fertigung; 103, 203 Ausführungseinheit für die additive Fertigung; 104, 204 Statusanalyseeinheit; 105, 205 Produktionsprozessänderungseinheit; 106, 206 Prozessbedingungserzeugungseinheit; 107, 207 Ausführungseinheit für die subtraktive Fertigung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 6626788 [0007]

Claims

Numerische Steuervorrichtung, umfassend: eine Ausführungseinheit für die additive Fertigung zum Steuern einer Maschine für die additive Fertigung, die einen Prozess für die additive Fertigung durchführt, bei dem ein geformtes Objekt durch Stapeln von Schichten eines Materials, das durch Emission eines Strahls aus einem ersten Bearbeitungskopf geschmolzen wird, produziert wird; eine Ausführungseinheit für die subtraktive Fertigung zum Steuern einer Maschine für die subtraktive Fertigung, die einen Prozess für die subtraktive Fertigung durchführt, bei dem das geformte Objekt unter Verwendung eines Werkzeugs, das auf einem zweiten Bearbeitungskopf angeordnet ist, geschnitten wird; eine Statusanalyseeinheit zum Empfangen von Sensordaten, die durch Überwachen eines Bearbeitungsstatus des geformten Objekts erhalten werden, und zum Analysieren des Bearbeitungsstatus des geformten Objekts auf der Grundlage der Sensordaten, wobei das geformte Objekt durch eine Kombination aus zwei Produktionsprozessen hergestellt wird, wobei die zwei Produktionsprozesse der Prozess für die additive Fertigung und der Prozess für die subtraktive Fertigung sind; eine Produktionsprozessänderungseinheit zum Erzeugen eines Wechselbefehls, der das Wechseln in Bezug auf darauf befiehlt, welcher der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist, und zwar auf der Grundlage eines Ergebnisses der Analyse des Bearbeitungsstatus, und zum Ausgeben des Wechselbefehls an die Ausführungseinheit für die additive Fertigung und die Ausführungseinheit für die subtraktive Fertigung; und eine Prozessbedingungserzeugungseinheit zum Bestimmen, beim Wechseln zwischen den zwei Produktionsprozessen, einer zweiten Prozessbedingung, die in einem zweiten Produktionsprozess zu verwenden ist, auf der Grundlage einer ersten Prozessbedingung, die in einem ersten Produktionsprozess verwendet wurde, wobei der erste Produktionsprozess ein Produktionsprozess ist, der vor dem Wechseln der zwei Produktionsprozesse durchgeführt wird, wobei der zweite Produktionsprozess ein Produktionsprozess ist, der nach dem Wechseln der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Produktionsprozess einen Bearbeitungspfad verwendet, der einen Versatzabschnitt beinhaltet, wobei der Versatzabschnitt ein Pfad ist, der durch Versetzen eines im ersten Produktionsprozess verwendeten Bearbeitungspfads in einem dreidimensionalen Raum erzeugt wird.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Bewegungsrichtung auf einem Bearbeitungspfad, die in dem zweiten Produktionsprozess zu verwenden ist, einer Bewegungsrichtung auf einem Bearbeitungspfad, die in dem ersten Produktionsprozess verwendet wird, entgegengesetzt ist.
Numerische Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei wenn es sich bei dem ersten Produktionsprozess um den Prozess für die additive Fertigung handelt und es sich bei dem zweiten Produktionsprozess um den Prozess für die subtraktive Fertigung handelt, die Prozessbedingungserzeugungseinheit Folgendes festlegt: für den Versatzabschnitt, eine Versatzmenge, die das Entfernen eines Abweichungsbetrags von einem gewünschten Wert einer Höhe oder einer Breite des geformten Objekts ermöglicht, die in dem ersten Herstellungsprozess erfahren wird.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenn es sich bei dem ersten Produktionsprozess um den Prozess für die additive Fertigung handelt und es sich bei dem zweiten Produktionsprozess um den Prozess für die subtraktive Fertigung handelt, die zweite Prozessbedingung eine Abtastgeschwindigkeit des zweiten Bearbeitungskopfs und eine Spindeldrehgeschwindigkeit beinhaltet, und die Prozessbedingungserzeugungseinheit die Abtastgeschwindigkeit des zweiten Bearbeitungskopfs und die Spindeldrehgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Volumens des geformten Objekts, das in dem zweiten Produktionsprozess zu entfernen ist, bestimmt.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenn es sich bei dem ersten Produktionsprozess um den Prozess für die subtraktive Fertigung handelt und es sich bei dem zweiten Produktionsprozess um den Prozess für die additive Fertigung handelt, die zweite Prozessbedingung eine Abtastgeschwindigkeit, eine Laserausgabeleistung und einen Materialzufuhrbetrag jeweils des ersten Bearbeitungskopfes beinhaltet, und die Prozessbedingungserzeugungseinheit die Abtastgeschwindigkeit, die Laserausgabeleistung und den Materialzufuhrbetrag jeweils des ersten Bearbeitungskopfes auf der Grundlage eines Volumens des geformten Objekts, das in dem zweiten Produktionsprozess zu addieren ist, bestimmt.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Statusanalyseeinheit einen Schweißstatus oder eine Formbedingung des geformten Objekts auf der Grundlage der Sensordaten schätzt, und die Produktionsprozessänderungseinheit bestimmt, ob der erste Produktionsprozess fortzusetzen oder ein Wechselbefehl auszugeben ist, und zwar auf der Grundlage eines Ergebnisses einer Schätzung, die von der Statusanalyseeinheit durchgeführt wird.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensordaten Daten von mindestens einem von einer Höhe, einer Breite oder einer Temperatur einer spezifischen Schicht des geformten Objekts beinhalten.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensordaten einen Wert eines Lastmoments beinhalten, das auf eine Materialzufuhreinheit ausgeübt wird, die das Material zuführt.
Numerische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sensordaten einen Wert eines Lastmoments beinhalten, das auf eine Abtastwelle der Maschine für die subtraktive Fertigung ausgeübt wird.
Numerisches Steuerverfahren, umfassend: einen Ausführungsschritt für die additive Fertigung, in dem eine numerische Steuervorrichtung eine Maschine für die additive Fertigung steuert, die einen Prozess für die additive Fertigung durchführt, bei dem ein geformtes Objekt durch Stapeln von Schichten eines Materials, das durch Emission eines Strahls aus einem ersten Bearbeitungskopf geschmolzen wird, produziert wird; einen Ausführungsschritt für die subtraktive Fertigung, in dem die numerische Steuervorrichtung eine Maschine für die subtraktive Fertigung steuert, die einen Prozess für die subtraktive Fertigung durchführt, bei dem das geformte Objekt unter Verwendung eines Werkzeugs, das auf einem zweiten Bearbeitungskopf angeordnet ist, geschnitten wird; einen Statusanalyseschritt, bei dem die numerische Steuervorrichtung Sensordaten empfängt, die durch Überwachen eines Bearbeitungsstatus des geformten Objekts erhalten werden, und den Bearbeitungsstatus des geformten Objekts auf der Grundlage der Sensordaten analysiert, wobei das geformte Objekt durch eine Kombination aus zwei Produktionsprozessen hergestellt wird, wobei die zwei Produktionsprozesse der Prozess für die additive Fertigung und der Prozess für die subtraktive Fertigung sind; einen Produktionsprozessänderungsschritt, in dem die numerische Steuervorrichtung ein Wechseln in Bezug auf darauf durchführt, welcher der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist, und zwar auf der Grundlage eines Ergebnisses der Analyse des Bearbeitungsstatus; und einen Prozessbedingungserzeugungsschritt, in dem die numerische Steuervorrichtung beim Wechseln zwischen den zwei Produktionsprozessen eine zweite Prozessbedingung, die in einem zweiten Produktionsprozess zu verwenden ist, auf der Grundlage einer ersten Prozessbedingung, die in einem ersten Produktionsprozess verwendet wurde, bestimmt, wobei der erste Produktionsprozess ein Produktionsprozess ist, der vor dem Wechseln der zwei Produktionsprozesse durchgeführt wird, wobei der zweite Produktionsprozess ein Produktionsprozess ist, der nach dem Wechseln der zwei Produktionsprozesse durchzuführen ist.