JP2017144458A - 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置により積層された溶融金属の層の面を平坦にする。【解決手段】軌道決定装置４０において、ＣＡＤデータ取得部４１は、立体的な造形物の形状を表す形状データを取得し、軌道データ生成部４３及び積層条件調整部４４は、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置の軌道及び積層装置が溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、ＣＡＤデータ取得部４１により取得された形状データに基づいて生成し、制御プログラム出力部４５は、軌道データ生成部４３及び積層条件調整部４４により生成された制御情報を出力する。【選択図】図３

Description

本発明は、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する積層制御装置、積層制御方法及びプログラムに関する。

近年、３Ｄプリンタの生産手段としてのニーズが高まっており、特に金属材料での適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料による３Ｄプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。

このように造形物を造形するために溶融金属を積層する技術は、従来から知られていた（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１には、金型の形状を表現する形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、溶加材を供給する溶接トーチの移動経路を作成する工程とを備える金型の製造方法が記載されている。

特許文献２には、金属ワイヤをアーク放電により溶融した溶滴を対向する基板の方向へ送出する溶接トーチと、基板と溶接トーチとを相対的に移動させる移動機構と、溶滴により形成された第１溶接ビードに、第１溶接ビードの伸延方向の中心線から偏位させて第２溶接ビードを積層して形成する場合に、送出する溶滴の溶滴量を制御するパラメータ値を中心線からの偏位量に基づいて演算する演算部と、演算部により演算されたパラメータ値に基づいて溶接トーチおよび移動機構を制御する制御部とを備える三次元造形装置が記載されている。

特許第３７８４５３９号公報 特開２０１５−１６０２１７号公報

造形物を造形するために溶融金属を積層する技術において、同じ供給量かつ同じ運棒速度で溶融金属を供給した場合、溶融ビード（以下、単に「ビード」という）の高さはビード間に十分な距離をとれば基本的に同じになる。ところが、実際の造形物には中実造形物もあるので、１層ごとの高さが同じであることだけでなく、ビードを並べて形成される面が平坦であることも必要となる。もし面が平坦でないとすると、次の層を積層した際の溶着量不足により溶着高さが低くなるため、積層部分と溶接トーチとの距離が大きくなる。従って、例えばアーク溶接で積層を行う場合、アークが安定しないだけでなく、溶融金属の冷却状態によっては隙間（巣）ができてしまい、造形物の品質にも影響するからである。

特許文献１、２の技術は、造形物を造形するために溶融金属を積層する技術において、溶融金属の層の面を平坦にするための方法を何ら提供しない。

本発明の目的は、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置により積層された溶融金属の層の面を平坦にすることにある。

かかる目的のもと、本発明は、立体的な造形物の形状を表す形状データを取得する取得手段と、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置の軌道及び積層装置が溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、取得手段により取得された形状データに基づいて生成する生成手段と、生成手段により生成された制御情報を出力する出力手段とを備えた積層制御装置を提供する。

ここで、生成手段は、一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような特定のオーバーラップの度合いで溶融金属の隣接するビードをオーバーラップさせる軌道を示す制御情報を生成する、ものであってもよい。

また、生成手段は、溶融金属の隣接するビードが特定のオーバーラップの度合いでオーバーラップしない軌道の部分について、一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような積層条件を示す制御情報を生成する、ものであってよい。

更に、生成手段は、一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような特定のオーバーラップの度合いで溶融金属の隣接するビードをオーバーラップさせる積層条件を示す制御情報を生成する、ものであってもよい。

更にまた、生成手段は、積層条件として、積層装置による溶融金属の供給量及び積層装置の移動速度の少なくとも何れか一方を示す制御情報を生成する、ものであってよい。

また、本発明は、立体的な造形物の形状を表す形状データを取得するステップと、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置の軌道及び積層装置が溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、取得された形状データに基づいて生成するステップと、生成された制御情報を出力するステップとを含む積層制御方法も提供する。

更に、本発明は、コンピュータに、立体的な造形物の形状を表す形状データを取得する機能と、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置の軌道及び積層装置が溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、取得された形状データに基づいて生成する機能と、生成された制御情報を出力する機能とを実現させるためのプログラムも提供する。

本発明によれば、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置により積層された溶融金属の層の面が平坦になる。

本発明の実施の形態における金属積層造形システムの概略構成例を示した図である。 本発明の実施の形態における軌道決定装置のハードウェア構成例を示す図である。 本発明の実施の形態における軌道決定装置の機能構成例を示した図である。 本発明の実施の形態における軌道決定装置の動作例を示したフローチャートである。 （ａ）は低いオーバーラップ率でビードをオーバーラップさせた例を示した図であり、（ｂ）は高いオーバーラップ率でビードをオーバーラップさせた例を示した図であり、（ｃ）は中間のオーバーラップ率でビードをオーバーラップさせた例を示した図である。 （ａ）はＣＡＤデータに対応するワークの一例を示した図であり、（ｂ）はＣＡＤデータを分割した状態の例をワーク上に示した図である。 ビードを並べた場合のオーバーラップ率及び平坦度の算出方法について説明するための図である。 軌道を決定するために用いられる平坦度、平均高さ、溶着量、運棒速度のそれぞれとオーバーラップ率との関係の例を示したグラフである。 （ａ）はワークの角部の軌道においてオーバーラップを考慮しない場合の例を示した図であり、（ｂ）はワークの角部の軌道においてオーバーラップ率が変化する場合の例を示した図である。 （ａ）は溶着量及び運棒速度が一定である場合のオーバーラップ率の変化の例を示したグラフであり、（ｂ）はオーバーラップ率及び運棒速度が一定である場合の溶着量の変化の例を示したグラフである。 （ａ）は平坦度、平均高さ、溶着量、運棒速度のそれぞれとオーバーラップ率との関係上でオーバーラップ率が範囲よりも大きくなったことを示したグラフの例であり、（ｂ）は平坦度、平均高さ、溶着量、運棒速度のそれぞれとオーバーラップ率との関係上で平均高さの上昇を抑える様子を示したグラフの例である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［金属積層造形システムの構成］
図１は、本実施の形態における金属積層造形システム１の概略構成例を示した図である。

図示するように、金属積層造形システム１は、溶接ロボット（マニピュレータ）１０と、制御盤２０と、ＣＡＤ装置３０と、軌道決定装置４０とを備える。また、軌道決定装置４０は、溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを、例えばメモリカード等のリムーバブルな記録媒体５０に書き込み、制御盤２０は、記録媒体５０に書き込まれた制御プログラムを読み出すことができるようになっている。

溶接ロボット１０は、複数の関節を有する腕（アーム）を備え、制御盤２０の制御により各種の作業を行う。また、溶接ロボット１０は、腕の先端に、ワークの溶接作業を行うための溶接トーチ１１を有している。そして、金属積層造形システム１の場合、溶接ロボット１０は、溶接トーチ１１で溶融金属を積層させることにより造形物を形成する。即ち、溶接トーチ１１は、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置の一例である。また、本実施の形態では、金属を溶融する熱源としてアークを用いるが、レーザやプラズマを用いてもよい。

制御盤２０は、溶接ロボット１０とは離れて設けられており、溶接ロボット１０の動作を制御する。その際、制御盤２０は、制御プログラムを動作させることにより、溶接トーチ１１の位置及び姿勢、溶接トーチ１１による溶接時の溶着量及び運棒速度等を制御する。

ＣＡＤ装置３０は、コンピュータを用いて造形物の設計を行うための装置であり、立体的な造形物の形状を３次元座標で表すＣＡＤデータを保持している。

軌道決定装置４０は、造形物の形状を表すＣＡＤデータに基づいて溶接トーチ１１の軌道を決定し、この決定した軌道を表す軌道データを含む制御プログラムを記録媒体５０に出力する装置である。本実施の形態では、積層制御装置の一例として、軌道決定装置４０を設けている。

［本実施の形態の概要］
本実施の形態は、このような構成を備えた金属積層造形システム１において、例えば中実造形物を造形する際に、ビードを並べて構成された面を平坦とすることにより、アークを安定化させ、造形物の品質を良好にするものである。そのために、特に金属積層造形システム１の軌道決定装置４０が特徴的な処理を行うので、以下ではこの軌道決定装置４０について詳細に説明する。

［軌道決定装置のハードウェア構成］
図２は、軌道決定装置４０のハードウェア構成例を示す図である。

図示するように、軌道決定装置４０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）等により実現され、演算手段であるＣＰＵ１０１と、記憶手段であるメインメモリ１０２及び磁気ディスク装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）１０３とを備える。ここで、ＣＰＵ１０１は、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行し、軌道決定装置４０の各機能を実現する。また、メインメモリ１０２は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、ＨＤＤ１０３は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。

また、軌道決定装置４０は、外部との通信を行うための通信Ｉ／Ｆ１０４と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構１０５と、キーボードやマウス等の入力デバイス１０６と、記憶媒体に対してデータの読み書きを行うためのドライバ１０７とを備える。尚、図２は、軌道決定装置４０をコンピュータシステムにて実現した場合のハードウェア構成を例示するに過ぎず、軌道決定装置４０は図示の構成に限定されない。

［軌道決定装置の機能構成］
図３は、本実施の形態における軌道決定装置４０の機能構成例を示した図である。図示するように、軌道決定装置４０は、ＣＡＤデータ取得部４１と、ＣＡＤデータ分割部４２と、軌道データ生成部４３と、積層条件調整部４４と、制御プログラム出力部４５とを備える。

ＣＡＤデータ取得部４１は、ＣＡＤ装置３０からＣＡＤデータを取得する。本実施の形態では、造形物の形状を表す形状データの一例として、ＣＡＤデータを用いており、形状データを取得する取得手段の一例として、ＣＡＤデータ取得部４１を設けている。

ＣＡＤデータ分割部４２は、ＣＡＤデータ取得部４１により取得されたＣＡＤデータを複数の層に分割する。

軌道データ生成部４３は、ＣＡＤデータ分割部４２による分割後の各層のＣＡＤデータに基づいて、層ごとに、ビードを並べた場合の上面を平坦にするオーバーラップ率の範囲内にビード間のオーバーラップ率が入るようにビードをオーバーラップさせた溶接トーチ１１の軌道を決定し、この軌道を示す軌道データを生成する。本実施の形態では、積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置の軌道を示す情報である制御情報の一例として、軌道データを用いており、制御情報を生成する生成手段の一例として、軌道データ生成部４３を設けている。

積層条件調整部４４は、ＣＡＤデータ分割部４２による分割後の各層のＣＡＤデータに基づいて、層ごとに、軌道データ生成部４３により決定された軌道のうち、ビード間のオーバーラップ率が範囲外になることが分かる部分について、積層条件を調整する。以下では、積層条件を、溶接トーチ１１による溶着量及び溶接トーチ１１の運棒速度として説明するが、このうちの何れか１つであってもよいし、他の条件であってもよい。本実施の形態では、積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置が溶融金属を積層する際の積層条件を示す情報である制御情報の一例として、或いは、積層装置による溶融金属の供給量及び積層装置の移動速度の少なくとも何れか一方を示す制御情報の一例として、積層条件を用いている。また、制御情報を生成する生成手段の一例として、積層条件調整部４４を設けている。

制御プログラム出力部４５は、軌道データ生成部４３により生成された軌道データと、積層条件調整部４４による調整後の積層条件とを含む制御プログラムを記録媒体５０に出力する。本実施の形態では、制御情報を出力する出力手段の一例として、制御プログラム出力部４５を設けている。

［軌道決定装置の動作］
（概要）
図４は、本実施の形態における軌道決定装置４０の動作例を示したフローチャートである。

軌道決定装置４０の動作が開始すると、まず、ＣＡＤデータ取得部４１が、ＣＡＤ装置３０からＣＡＤデータを取得する（ステップ４０１）。

そして、ＣＡＤデータ分割部４２が、ステップ４０１で取得されたＣＡＤデータを複数の層に分割する（ステップ４０２）。

次に、軌道データ生成部４３が、ステップ４０２で得られた複数の層の層ごとに、ＣＡＤデータに基づいて、ビードを並べた場合の上面を平坦にするオーバーラップ率の範囲内にビード間のオーバーラップ率が入るようにビードをオーバーラップさせた溶接トーチ１１の軌道を決定し、この軌道を示す軌道データを生成する（ステップ４０３）。

次いで、積層条件調整部４４が、ステップ４０２で得られた複数の層の層ごとに、ステップ４０３で決定された軌道のうち、ビード間のオーバーラップ率が範囲外になることがＣＡＤデータに基づいて分かる部分について、積層条件を調整する（ステップ４０４）。ここで、積層条件としては、溶接トーチ１１による溶融金属の溶着量、溶接トーチ１１の運棒速度等が考えられる。

最後に、制御プログラム出力部４５は、ステップ４０３で生成された軌道データと、ステップ４０４で調整された後の積層条件とを含む制御プログラムを記録媒体５０に出力する（ステップ４０５）。

（作用）
図５（ａ）〜（ｃ）は、このような動作の作用を示した図である。ここでは、ビード１２ａ〜１２ｄのうちの隣接するビード間のオーバーラップ率と、ビード１２ａ〜１２ｄを並べることで構成される上面の平坦度及びビード１２ａ〜１２ｄの高さの平均値である平均高さとの関係を示している。図５（ａ）は、最も低いオーバーラップ率でビード１２ａ〜１２ｄをオーバーラップさせた場合の例であり、上面は平坦となっていない。図５（ｂ）は、最も高いオーバーラップ率でビード１２ａ〜１２ｄをオーバーラップさせた場合の例であり、上面は平坦に近いが、平均高さは高くなっている。図５（ｃ）は、図５（ａ）と図５（ｂ）の中間のオーバーラップ率でビード１２ａ〜１２ｄをオーバーラップさせた場合の例であり、上面は平坦となっており、平均高さも適正な高さとなっている。

図４のステップ４０５で出力された制御プログラムを動作させて、ステップ４０３で生成された軌道データと、ステップ４０４で調整された積層条件とを溶接ロボット１０に指示したとする。すると、溶接ロボット１０は、積層されたビードの横にビードを積層する際に、図５（ｃ）に示すように、ビードを隙間なく積層することができ、積層されたビードで構成される上面を平坦とすることができる。

以下、各ステップでの処理について、詳細に説明する。

（ステップ４０１の詳細）
ステップ４０１では、ＣＡＤデータ取得部４１が、ワークのＣＡＤデータを取得する。図６（ａ）は、このようなワークの一例を示したものである。ここでは、ワークとして、菱型の中実形状造形物を例にとるが、任意の他の形状の造形物であってよい。また、ワークのＣＡＤデータも、ＣＡＤ装置３０で用いられるＣＡＤデータのフォーマットに合っていれば、如何なるＣＡＤデータでもよい。

（ステップ４０２の詳細）
ステップ４０２では、ＣＡＤデータ分割部４２が、ＣＡＤデータを複数の層に分割する。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したワーク上にＣＡＤデータを分割した状態を示した図である。図では、上下の隣り合う破線に挟まれた部分１３ａ〜１３ｅが、ＣＡＤデータを分割してできた複数の層を示している。本実施の形態では、図５（ｃ）に示したビードの適正な高さを複数の層の各層の高さとして、ＣＡＤデータを分割するものとする。

（ステップ４０３の詳細）
ステップ４０３では、軌道データ生成部４３が、ビードを並べた場合の上面を平坦にするオーバーラップ率の範囲内にビード間のオーバーラップ率が入るようにビードをオーバーラップさせた軌道を決定する。このようなオーバーラップ率でビードがオーバーラップするように軌道を決定するためには、ビードの高さの他、ビードを並べた場合のオーバーラップ率と平坦度が必要となる。

図７は、ビード１２ａ，１２ｂを並べた場合のオーバーラップ率及び平坦度の算出方法について説明するための図である。尚、ビード１２ａ，１２ｂの大きさは厳密には異なるが、ここでは、説明を簡単にするため、ビード１２ａ，１２ｂの大きさは同じとし、ビード１２ａとビード１２ｂを区別しない場合は、ビード１２と表記するものとする。まず、オーバーラップ率ｘ（％）は、ビード１２の幅Ｌと、ビード１２ａとビード１２ｂとのオーバーラップ部分の幅ΔＬとを用いて、「ｘ＝（ΔＬ／Ｌ）×１００」により算出される。また、平坦度ｆｌは、ビード１２の高さの最大値ｈｍａｘと、ビード１２の高さの最小値ｈｍｉｎとを用いて、「ｆｌ＝｜ｈｍａｘ−ｈｍｉｎ｜」により算出される。ここで、ビード１２の幅Ｌや高さの最大値ｈｍａｘ及び最小値ｈｍｉｎ、ビード１２ａとビード１２ｂとのオーバーラップ部分の幅ΔＬとしては、測定実験の実測値や、溶着金属量の断面積から計算により推定したものを用いるとよい。

また、図８は、軌道データ生成部４３が軌道を決定するために用いる情報を示した図である。本実施の形態では、溶着量ｖｆｅの複数の条件と運棒速度ｖｓの複数の条件との組み合わせのそれぞれについて、ビードオンプレート溶接や数層の積層を行い、１層当たりの平均高さｈや層の上面の平坦度ｆｌとオーバーラップ率との関係を測定する。但し、一般に最初の積層時のビードの高さとそれ以降の積層時のビードの高さには違いがあるため、１層当たりの平均高さｈを測定する際には、両方の高さを測定するものとする。

図８において、一番上のグラフは、測定結果である平坦度ｆｌとオーバーラップ率との関係を示すグラフ（以下、「平坦度グラフ」という）である。ここで、平坦度ｆｌは平坦である度合いを示す指標であるが、平坦度ｆｌが高いほど平坦度ｆｌの値は小さくなるものとする。平坦度グラフは、縦軸に平坦度ｆｌの値をとっているので、グラフの上側ほど平坦度ｆｌの値は大きく平坦度ｆｌは低くなり、グラフの下側ほど平坦度ｆｌの値は小さく平坦度ｆｌは高くなっている。この平坦度グラフは、オーバーラップ率が第１の閾値に達するまでは平坦度ｆｌはｆｌｍｉｎであるが、オーバーラップ率が第１の閾値を超えると平坦度は上昇し、オーバーラップ率が第２の閾値を超えると平坦度はｆｌｍａｘとなることを示している。

また、上から２つ目のグラフは、測定結果である平均高さｈとオーバーラップ率との関係を示すグラフ（以下、「平均高さグラフ」という）である。この平均高さグラフは、オーバーラップ率が閾値に達するまでは平均高さｈはｈ１であるが、オーバーラップ率が閾値を超えると平均高さｈは大きくなることを示している。

更に、上から３つ目のグラフは、条件である溶着量ｖｆｅとオーバーラップ率との関係を示すグラフ（以下、「溶着量グラフ」という）である。この溶着量グラフは、オーバーラップ率に関わらず、溶着量ｖｆｅとしてｖｆｅ１が設定されることを示している。

更にまた、一番下のグラフは、条件である運棒速度ｖｓとオーバーラップ率との関係を示すグラフ（以下、「運棒速度グラフ」という）である。この運棒速度グラフは、オーバーラップ率に関わらず、運棒速度ｖｓとしてｖｓ１が設定されることを示している。

つまり、図８は、溶着量ｖｆｅがｖｆｅ１であり、運棒速度ｖｓがｖｓ１である場合に、平坦度グラフに示された平坦度ｆｌとオーバーラップ率との関係と、平均高さグラフに示しされた平均高さｈとオーバーラップ率との関係とが測定結果として得られたことを示している。そして、溶着量ｖｆｅの複数の条件と運棒速度ｖｓの複数の条件との組み合わせに対するこのような測定結果は、軌道データ生成部４３が参照可能な図示しないメモリに記憶される。

この状態で、軌道データ生成部４３は、まず、平均高さｈが所望の範囲内となるオーバーラップ率の範囲が基準以上の長さとなる溶着量及び運棒速度の組み合わせを選択する。例えば、高さｈ１が所望の範囲内の高さであるとすると、図８の平均高さグラフでは、平均高さｈ１に対するオーバーラップ率の範囲が長いので、溶着量及び運棒速度の複数の条件の組み合わせの中から、図８の溶着量ｖｆｅ１及び運棒速度ｖｓ１の組み合わせが選択される。尚、ここでの所望の範囲としては、例えば、ステップ４０２で分割して得られた層の高さを含む短い範囲を用いればよい。次に、軌道データ生成部４３は、選択された組み合わせにおいて、平坦度ｆｌが最も高く、平均高さｈが所望の範囲内となるオーバーラップ率の範囲から特定のオーバーラップ率を選択する。例えば、図８の溶着量ｖｆｅ１及び運棒速度ｖｓ１の組み合わせが選択されると、平坦度ｆｌがｆｌｍａｘとなり、平均高さｈがｈ１となるオーバーラップ率の範囲（破線で挟まれた範囲）から特定のオーバーラップ率が選択される。そして最後に、軌道データ生成部４３は、隣接するビードがこの特定のオーバーラップ率でオーバーラップするような軌道を決定し、この決定した軌道を示す軌道データを生成する。

このように、軌道データ生成部４３は、全層について軌道データの生成を行っていく。

尚、上記では、平坦度ｆｌが最も高く、平均高さｈが所望の範囲内となるオーバーラップ率の範囲から特定のオーバーラップ率を選択するものとしたが、これには限らない。例えば、平坦度ｆｌが最も高いという条件は、平坦度ｆｌが予め定められた範囲内にあるという条件に置き換えてもよく、平均高さｈが所望の範囲内となるという条件は含めなくてもよい。また、オーバーラップ率の範囲から選択するという手順も含めなくてよい。更に、オーバーラップ率は、オーバーラップの度合いを「率」以外で表すものであってもよい。この意味で、軌道データは、一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような特定のオーバーラップの度合いで溶融金属の隣接するビードをオーバーラップさせる軌道を示す制御情報の一例と言うことができる。

（ステップ４０４の詳細）
ステップ４０４では、ステップ４０３で求めたオーバーラップ率の範囲外となるビード間のオーバーラップ率でオーバーラップしている軌道の部分がある場合に、積層条件調整部４４が、その軌道の部分について、溶着量及び運棒速度を調整する。

図９（ａ），（ｂ）は、ビード間のオーバーラップ率が範囲外となる様子を示した図である。図９（ａ）は、ステップ４０３で決定した軌道においてビード間のオーバーラップを考慮しない理想的な状態を示している。しかしながら、実際には、このようにはならない。図６（ａ），（ｂ）に示した菱型の造形物の角の部分等では、ビード間のオーバーラップ率が変化する。図９（ｂ）は、ステップ４０３で決定した軌道においてオーバーラップ率が変化するときの状態を示している。軌道の部分１４ａを溶接トーチ１１が移動している間は、オーバーラップ率は一定である。そして、軌道の部分１４ｂに溶接トーチ１１が到達すると、菱型の幾何学的特徴からオーバーラップ率は変化する。その後、軌道の部分１４ｃを溶接トーチ１１が移動するようになると、オーバーラップ率は再び一定となる。

図１０（ａ）は、ステップ４０３で決定された軌道上を溶着量及び運棒速度が一定になるように溶接トーチ１１を移動させた場合のオーバーラップ率の変化を示したグラフである。図示するように、オーバーラップ率は、最初は、ステップ４０３で選択された特定のオーバーラップ率となっているが、溶接トーチ１１が角部に到達する時刻ｔｃの手前から徐々に増加する。そして、時刻ｔｃを過ぎると減少し、やがてステップ４０３で選択された特定のオーバーラップ率となる。

このようにオーバーラップ率が増加することにより、ステップ４０３で選択された範囲をオーバーラップ率が超えたとすると、積層条件調整部４４は、溶着量ｖｆｅを小さくしたり、運棒速度ｖｓを高くしたりする。

図１０（ｂ）は、ステップ４０３で決定された軌道上をオーバーラップ率及び運棒速度が一定になるように溶接トーチ１１を移動させた場合の溶着量の変化を示したグラフである。尚、図１０（ｂ）のグラフには、図１０（ａ）のグラフから変化した部分も、両者の違いが分かるように破線で示している。積層条件調整部４４は、溶着量を、最初は、ステップ４０３で選択された溶着量とするが、溶接トーチ１１が角部に到達する時刻ｔｃの手前から徐々に減少させる。そして、時刻ｔｃを過ぎると増加させ、やがてステップ４０３で選択された溶着量とする。

このような溶着量の調整について、図８に示したグラフ上で説明する。

図１１（ａ）は、図８において、ビード間のオーバーラップ率が、ステップ４０３で選択されたオーバーラップ率の範囲よりも大きくなったときの状態を示している。図中、二点鎖線が、このときのビード間のオーバーラップ率を示している。

これに対し、図１１（ｂ）は、ビード間のオーバーラップ率が、ステップ４０３で選択されたオーバーラップ率の範囲よりも大きくなればなるほど、溶着量ｖｆｅを小さくすることにより、平均高さｈの上昇を抑えて上面を平坦にする様子を示す。尚、図１１（ｂ）のグラフには、図１１（ａ）のグラフから変化した部分も、両者の違いが分かるように破線で示している。或いは、図示しないが、運棒速度ｖｓを高くすることにより、平均高さｈの上昇を抑えて上面を平坦にしてもよい。逆に、ビード間のオーバーラップ率が、ステップ４０３で選択されたオーバーラップ率の範囲よりも小さくなった場合も、溶着量ｖｆｅを大きくしたり、運棒速度ｖｓを低くしたりしてよい。

このように、積層条件調整部４４は、全層について溶着量及び運棒速度の調整を行っていく。

尚、上記では、ビード間のオーバーラップ率が範囲を超えた場合に、平均高さｈの上昇を抑えて上面を平坦にするものとしたが、これには限らない。例えば、平均高さｈの上昇を抑えることは行わなくてもよい。また、上面を平坦にすることは、上面の平坦度ｆｌが予め定められた範囲内になるようなオーバーラップ率とすることにより実現してもよい。この意味で、積層条件は、一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような特定のオーバーラップの度合いで溶融金属の隣接するビードをオーバーラップさせる積層条件を示す制御情報の一例と言うことができる。

（ステップ４０５の詳細）
ステップ４０５では、制御プログラム出力部４５が、軌道データと積層条件とを含む制御プログラムを出力する。具体的には、溶接ロボット１０の溶接トーチ１１の位置や姿勢を軌道データに従って指示し、溶接ロボット１０に溶着量（電流値）や運棒速度を指示する制御プログラムを記録媒体５０に出力する。そして、この制御プログラムは、記録媒体５０から制御盤２０へ読み込まれ、制御盤２０では、制御プログラムが動作することにより、溶接ロボット１０が溶融金属の積層による造形を行うことになる。

［本実施の形態の変形例］
上記では、軌道データ生成部４３が、ビードを並べた場合の上面を平坦にするオーバーラップ率の範囲内にビード間のオーバーラップ率が入るようにビードをオーバーラップさせた軌道を決定し、積層条件調整部４４が、ビード間のオーバーラップ率が範囲外になる軌道の部分について、積層条件を調整するようにした。しかしながら、軌道データ生成部４３が、ビード間のオーバーラップを考慮せずに軌道を決定し、積層条件調整部４４が、ビードを並べた場合の上面を平坦にするオーバーラップ率の範囲内にビード間のオーバーラップ率が入るように積層条件を調整するようにしてもよい。この意味で、軌道データ及び積層条件は、積層装置を制御する情報であって、溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、積層装置の軌道及び積層装置が溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報の一例とも言うことができる。

［本実施の形態の効果］
以上述べたように、本実施の形態では、隣接するビードで構成される面が平坦となるように、溶接トーチ等の溶融金属供給源の軌道を決定するようにした。その際、ビード間のオーバーラップ率を指定の範囲にするために溶融金属の溶着量及び溶融金属を供給するツールの運棒速度を調整するようにした。これにより、溶着量不足による溶着高さの低下が起こり難くなり、積層部分と溶融金属を供給するツールとの距離が長くなることも少なくなった。その結果、安定積層できるだけでなく、造形物をより密に積層できるようになるので、巣等による品質低下も低減できるようになった。

１…金属積層造形システム、１０…溶接ロボット、１１…溶接トーチ、２０…制御盤、３０…ＣＡＤ装置、４０…軌道決定装置、４１…ＣＡＤデータ取得部、４２…ＣＡＤデータ分割部、４３…軌道データ生成部、４４…積層条件調整部、４５…制御プログラム出力部、５０…記録媒体

Claims (7)

1. 立体的な造形物の形状を表す形状データを取得する取得手段と、
   前記造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、当該溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、当該積層装置の軌道及び当該積層装置が当該溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、前記取得手段により取得された前記形状データに基づいて生成する生成手段と、
   前記生成手段により生成された前記制御情報を出力する出力手段と
   を備えたことを特徴とする積層制御装置。
2. 前記生成手段は、前記一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような特定のオーバーラップの度合いで前記溶融金属の隣接するビードをオーバーラップさせる前記軌道を示す前記制御情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の積層制御装置。
3. 前記生成手段は、前記溶融金属の隣接するビードが前記特定のオーバーラップの度合いでオーバーラップしない前記軌道の部分について、前記一の層の上面の平坦度が前記予め定めた平坦度となるような前記積層条件を示す前記制御情報を生成することを特徴とする請求項２に記載の積層制御装置。
4. 前記生成手段は、前記一の層の上面の平坦度が予め定めた平坦度となるような特定のオーバーラップの度合いで前記溶融金属の隣接するビードをオーバーラップさせる前記積層条件を示す前記制御情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の積層制御装置。
5. 前記生成手段は、前記積層条件として、前記積層装置による溶融金属の供給量及び前記積層装置の移動速度の少なくとも何れか一方を示す前記制御情報を生成することを特徴とする請求項１に記載の積層制御装置。
6. 立体的な造形物の形状を表す形状データを取得するステップと、
   前記造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、当該溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、当該積層装置の軌道及び当該積層装置が当該溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、取得された前記形状データに基づいて生成するステップと、
   生成された前記制御情報を出力するステップと
   を含むことを特徴とする積層制御方法。
7. コンピュータに、
   立体的な造形物の形状を表す形状データを取得する機能と、
   前記造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、当該溶融金属を積層した複数の層のうちの一の層の上面が平坦となるような、当該積層装置の軌道及び当該積層装置が当該溶融金属を積層する際の積層条件の少なくとも何れか一方を示す情報である制御情報を、取得された前記形状データに基づいて生成する機能と、
   生成された前記制御情報を出力する機能と
   を実現させるためのプログラム。

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