JP2022117176A - Method for manufacturing laminated molding and display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層造形物の製造方法および表示装置に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a layered product and a display device.
アークを用いてワイヤ等の溶加材を溶融、固化して溶着ビードを形成し、複数の溶着ビードを積層して積層造形物を製造する方法が知られている。形成した下地の溶着ビードに対して更に溶着ビードを積層する際、下地の溶着ビードにおいてスラグが存在すると、溶加材を溶融するアークが発生せず、エラー(アークスタートエラー)が生じ得る。 2. Description of the Related Art A method is known in which a filler material such as a wire is melted and solidified using an arc to form a welding bead, and a plurality of welding beads are laminated to manufacture a layered product. When laminating a welding bead on the base welding bead that has been formed, if slag exists in the base welding bead, an arc that melts the filler material cannot be generated and an error (arc start error) may occur.
特許文献1は、消耗電極式溶接機の自動溶接方法を開示している。この方法においては、カメラと画像処理装置が、消耗電極に面する溶着ビード上のスラグの有無を判別し、スラグ無しの場合は消耗電極溶接機の移動とアーク電流の供給を再開する。一方で、スラグ有りの場合は、その状態で消耗電極式溶接機を折り返し側へ移動させつつ上記カメラと画像処理装置とによるスラグの有無の判別を継続し、スラグの無い位置でアーク電流の供給を再開する。
特許文献2は、ヒューム発生量、スパッタ発生量、および、スラグ発生量を低減させることができ、かつ平坦なビード形状と適度に小さな溶込み深さを有する硬化肉盛溶接金属を得ることができる硬化肉盛用MIGアーク溶接ワイヤおよび硬化肉盛用MIGアーク溶接方法を開示している。 Patent document 2 can reduce the amount of fume generation, the amount of spatter generation, and the amount of slag generation, and can obtain a hardfacing weld metal having a flat bead shape and a moderately small penetration depth. A hardfacing MIG arc welding wire and hardfacing MIG arc welding method are disclosed.
特許文献1は溶接中にスラグのない位置を検索する技術であり、特許文献2は溶加材であるワイヤそのものを設計する技術である。しかしながら、積層造形物の製造開始前において、スラグの量を把握し、アーク発生が生じないエラーを防止することができれば、用いる溶加材の種類の制限なしで、積層造形物を効率的に製造することができる。
本発明は、積層造形物の造形を効率的に行うことができる技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technology capable of efficiently forming a layered product.
本発明は、三次元形状データに基づき、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなる溶着ビードを複数重ねた積層体を含む積層造形物を製造する、積層造形物の製造方法であって、前記三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータに、ビード経路とビード形状を設定する工程と、少なくとも前記スライスデータ、前記ビード経路、前記ビード形状のいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する工程と、前記スラグ特徴量の分布を示すマップを作成するマップ作成工程と、前記マップ中で前記スラグ特徴量が相対的に低い箇所を積層開始点に設定する工程と、前記積層開始点から、前記ビード経路に沿って溶着ビードの積層を繰り返す工程と、を含む。 The present invention is a method for manufacturing a laminate-molded article, which includes a laminate obtained by stacking a plurality of welding beads obtained by melting and solidifying a filler material using an arc based on three-dimensional shape data. setting a bead path and a bead shape in slice data obtained by dividing the three-dimensional shape data into a plurality of layers; Based on this, a step of calculating a slag feature quantity representing the probability of survival of slag at a specific location in a weld bead to be generated, a map creation step of creating a map showing the distribution of the slag feature quantity, and a step of creating a map showing the distribution of the slag feature quantity in the map A step of setting a location where the amount is relatively low as a lamination start point, and a step of repeating lamination of welding beads along the bead path from the lamination start point.
また本発明は、三次元形状データに基づき、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなる溶着ビードを複数重ねた積層体を含む積層造形物の製造を補助する表示装置であって、前記三次元形状データを複数の層に分割したスライスデータ、ビード経路およびビード形状を取得するデータ取得部と、少なくとも前記スライスデータ、前記ビード経路、前記ビード形状のいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する演算部と、前記スラグ特徴量を前記スライスデータに対してマッピングした画像を作成するマッピング画像作成部と、前記マッピング画像作成部で作成された画像を表示する表示部と、を備える。 Further, the present invention is a display device that assists the manufacture of a laminate-molded product including a laminate in which a plurality of welding beads formed by melting and solidifying a filler material using an arc is stacked based on three-dimensional shape data, A data acquisition unit that acquires slice data obtained by dividing the three-dimensional shape data into a plurality of layers, a bead path, and a bead shape; a calculation unit for calculating a slag feature quantity representing the probability of slag remaining at a specific location in the weld bead; a mapping image creation unit for creating an image obtained by mapping the slag feature quantity with respect to the slice data; a display unit for displaying the image created by the unit.
本発明によれば、アークスタートエラーの生じにくい位置を積層開始点として選択、抽出することが可能となり、積層造形物の造形前に抽出した積層開始点の情報を軌道計画に反映させることができる。よって、積層造形物の造形を効率的に行うことができる。 According to the present invention, it is possible to select and extract a position where an arc start error is unlikely to occur as a lamination start point, and it is possible to reflect information on the lamination start point extracted before the lamination-molded article is formed in the trajectory plan. . Therefore, it is possible to efficiently form a layered product.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。本構成の積層造形物の製造システム100は、積層造形装置11と、積層造形装置11を統括制御するコントローラ13と、電源装置15と、を備える。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a manufacturing system used for manufacturing a laminate-molded article of the present invention. A
積層造形装置11は、先端軸にトーチ17が設けられた溶接ロボット19と、トーチ17に溶加材(溶接ワイヤ)Mを供給する溶加材供給部21とを有する。この溶接ロボット19の先端軸には、トーチ17とともに形状センサ23が設けられている。
The
溶接ロボット19は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けたトーチ17には、溶加材Mが連続供給可能に支持される。トーチ17の位置や姿勢は、ロボットアームの自由度の範囲で三次元的に任意に設定可能となっている。
The
トーチ17は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給される。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。
The
例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップに保持される。トーチ17は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。溶加材Mは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部21からトーチ17に送給される。そして、トーチ17を移動しつつ、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させると、ベースプレート51上に溶加材Mの溶融凝固体である線状の溶着ビードBDが形成され、この溶着ビードBDからなる積層造形物Wが造形される。
For example, in the case of the consumable electrode type, a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the contact tip holds the filler material M to which the melting current is supplied. The
図1に示すように、形状センサ23は、トーチ17に並設されており、トーチ17とともに移動される。この形状センサ23は、溶着ビードBDを形成する際の下地となる部分の形状を計測するセンサである。この形状センサ23としては、例えば、照射したレーザ光の反射光を高さデータとして取得するレーザセンサが用いられる。なお、形状センサ23としては、三次元形状計測用カメラを用いてもよい。
As shown in FIG. 1 , the
コントローラ13は、CAD/CAM部31と、データ取得部33と、記憶部35と、演算部37と、マッピング画像作成部39と、表示部32と、入力部34と、これらが接続される制御部41と、を有する。
The
CAD/CAM部31は、作製しようとする積層造形物Wの形状データ(CADデータ等)を入力又は作成し、データ取得部33と協働して、積層造形物の造形手順を表す溶着ビードBDの積層モデルを生成する。データ取得部33は、三次元形状データの形状モデルを溶着ビードBDの高さに応じた複数の層に分割したスライスデータ、溶着ビードを生成する経路であるビード経路およびビード形状を取得し、これらのデータを含む層形状データに基づいてトーチ17の移動軌跡を決定する。CAD/CAM部31は、生成された層形状データやトーチ17の移動軌跡等のデータに基づいて、トーチ17を移動させて溶着ビードを形成する溶接ロボット19及び電源装置15の駆動プログラムを生成する。生成された駆動プログラム等の各種データは記憶部35に記憶される。
The CAD/
演算部37は、データ取得部33が取得したスライスデータ、ビード経路、ビード形状の少なくともいずれか一つを基に、既に形成した溶着ビードにおけるスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する。
Based on at least one of the slice data, the bead path, and the bead shape acquired by the
マッピング画像作成部39は、演算部37が算出したスラグ特徴量をスライスデータに対してマッピングしたマップ及び当該マップの画像を作成する。表示部32は、マッピング画像作成部39で作成された画像を表示する液晶ディスプレイ等の表示装置である。入力部34は、操作者の操作を受け付けるキーボード、マウス等の入力装置である。
The mapping
制御部41は、記憶部35に記憶された駆動プログラムを実行して、溶接ロボット19や電源装置15等を駆動する。つまり、溶接ロボット19は、コントローラ13からの指令により、トーチ17を移動させるとともに、溶加材Mをアークで溶融させて、ベースプレート51上に溶着ビードBDを形成する。
The
なお、ベースプレート51は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物Wの底面(最下層の面)より大きいものが使用される。このベースプレート51は、板状に限らず、ブロック体や棒状等、他の形状のベースであってもよい。
The
溶加材Mとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ(JIS Z 3312)、軟鋼、高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ(JIS Z 3313)等で規定されるワイヤを用いることができる。 As filler material M, any commercially available welding wire can be used. For example, MAG welding and MIG welding solid wires for mild steel, high-strength steel and low-temperature steel (JIS Z 3312), arc welding flux-cored wires for mild steel, high-strength steel and low-temperature steel (JIS Z 3313), etc. wire can be used.
図2は、製造システム100を用いた積層造形物の製造方法のフローチャートを示す。
製造システム100は、CAD/CAM部31の三次元形状データに基づき、アークを用いて溶加材Mを溶融および固化してなる溶着ビードを複数重ねた積層体を含む積層造形物を製造する。積層造形物の製造方法は、スライスデータの取得(ステップS1)、ビード経路とビード形状の設定(ステップS2)、スラグ特徴量の算出(ステップS3)、スラグ特徴量のマッピング(ステップS4)、画像の表示(ステップS5)、積層開始点の設定(ステップS6)、溶着ビードの積層(ステップS7)の各ステップを含む。以下、各ステップについて説明する。
FIG. 2 shows a flowchart of a method for manufacturing a layered product using the
Based on the three-dimensional shape data of the CAD/
(スライスデータの取得:ステップS1)
データ取得部33は、CAD/CAM部31が作成または入力した積層造形物Wの三次元形状データ(CADデータ等)について、溶着ビードの積層方向の軸に垂直な面で複数の層に分割したスライスデータを取得する。具体的なスライスデータの取得方法は、市販のソフトウェア製品等を用いてよく、特に限定はされない。
(Acquisition of slice data: step S1)
The
(ビード経路とビード形状の設定:ステップS2)
次にデータ取得部33は、取得したスライスデータに対して、ビード経路とビード形状を設定する。図3は、ビード経路とビード形状の設定の例を示す。以下の説明では、スライスデータの面内の一方向をX方向、X方向に直交する方向をY方向、X方向及びY方向に直交する方向をZ方向とする。溶着ビードの積層方向の軸がZ方向である。
(Setting bead path and bead shape: step S2)
Next, the
図3は、Z方向に延びるコの字型の枠部(壁)53の内部に溶着ビードBD1~BD4を充填して作成する積層造形物の一層分の造形物の例を示す概略図である。溶着ビードBD1は、枠部53の平面視における内側において、枠部53に沿う様にコの字型形成される溶着ビードであり、X方向及びY方向に沿って形成される。溶着ビードBD2、BD3、BD4は溶着ビードBD1の平面視における内側において、X方向に沿って直線状に形成される溶着ビードである。溶着ビードBD2、BD3、BD4はY方向に並べられている。溶着ビードBD2、BD3、BD4それぞれのビード形状は同じであるが、溶着ビードBD1のビード形状とは異なる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a layered product for one layer formed by filling welding beads BD1 to BD4 into a U-shaped frame (wall) 53 extending in the Z direction. . The welding bead BD1 is a U-shaped welding bead formed along the
図4は、図3に示した造形物を生成するために設定されるビード経路を示す説明図であり、ビード経路R1が溶着ビードBD1を形成するためのビード経路、ビード経路R2、R3、R4それぞれが、溶着ビードBD2、BD3、BD4を形成するためのビード経路である。図3、図4で示すビード経路やビード形状の設定方法は特に限定されない。ビード形状については、所望の高さ、幅を実現する溶接ビードの条件や、形状プロファイルを予めデータベース化しておけば、その高さと幅に対応するビード形状を付与することができる。また、ビード経路については、埋めるべき溶着面積や、ビード幅、積層パス数の上限等を考慮して適宜設定すればよい。 FIG. 4 is an explanatory diagram showing bead paths set to generate the modeled object shown in FIG. Each is a bead path for forming weld beads BD2, BD3, BD4. The method of setting the bead path and bead shape shown in FIGS. 3 and 4 is not particularly limited. As for the bead shape, if the welding bead conditions for realizing the desired height and width and the shape profile are stored in advance in a database, a bead shape corresponding to the height and width can be given. Also, the bead path may be appropriately set in consideration of the welding area to be filled, the bead width, the upper limit of the number of lamination passes, and the like.
(スラグ特徴量の算出:ステップS3)
次に演算部37が、データ取得部33が取得したスライスデータ、ビード経路、ビード形状の少なくともいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所(座標に基づいて決定される特定の領域)のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する。スラグ特徴量は、アーク(アーク放電)の発生を妨げるアークスタートエラーの原因となる様なスラグの発生確率(密度)に相当する量として定義される。演算部37は、スラグ特徴量を例えば以下の要因(1)~(4)に基づき適切に算出することができるが、必ずしも下記の要因に限定されるものではない。
(Calculation of slag feature quantity: step S3)
Next, based on at least one of the slice data, the bead path, and the bead shape acquired by the
(1)材質要因A
材質要因Aは、溶着ビードの生成に関わる材料の材質の種類に由来する要因であり、ここでの材料は、主に溶加材Mであるワイヤ、母材であるベースプレート51である。材質要因Aは、主としてワイヤ、母材からのスラグの出やすさに相当する項A1と、ワイヤ、母材において発生したスラグの剥離性に相当する項A2を含み、A=A1×A2により求められる。例えばスラグが出にくいワイヤ、母材のA1は小さくなり、スラグが自然剥離しやすいワイヤ、母材のA2は小さくなる。
(1) Material factor A
The material factor A is a factor derived from the type of material related to the formation of the welding bead, and the material here is mainly the wire as the filler material M and the
本例での母材の材料はベースプレート51を構成する鋼板等であり、鋼板等の材質により材質要因A(=A1×A2)が決定される。ワイヤは種々の材料を含むが、例えばワイヤの性質を大きく左右するSi、Mgの組成量(質量%)が材質要因Aを決定する。
The material of the base material in this example is a steel plate or the like that constitutes the
<Si:0.50~3.00質量%>
Siは、溶融池と母材の濡れ性を向上させ、結果としてビード形状を平坦化させる作用がある。この作用が有効となるのには、最低0.50質量%が必要である。一方、Siは、ワイヤに含まれる酸素と結合し、ガラス質のSiO2スラグを発生させる。Si含有量が3.00質量%を超えると、スラグ発生量が過剰となると共に剥離性の劣化が著しくなり、溶接後の後処理の負荷が大きくなる。したがって、Si含有量は、3.00質量%以下にする必要がある。
<Si: 0.50 to 3.00% by mass>
Si has the effect of improving the wettability between the molten pool and the base metal, and as a result, flattening the bead shape. A minimum of 0.50% by mass is required for this effect to be effective. Si, on the other hand, combines with the oxygen contained in the wire to generate a vitreous SiO2 slag. If the Si content exceeds 3.00% by mass, an excessive amount of slag will be generated and the detachability will deteriorate significantly, increasing the load of post-treatment after welding. Therefore, the Si content should be 3.00% by mass or less.
<Mn:0.30~20.00質量%>
Mnは、溶融池と母材の濡れ性を向上させ、結果としてビード形状を平坦化させる作用があると共に、焼入れ硬化性を高め、溶接金属の硬度を高める作用がある。これらの作用が有効となるのには、最低0.30質量%が必要である。一方、Mnは、ワイヤに含まれる酸素と結合し、強固で剥離性の悪いスラグを発生させる。Mn含有量が20.00質量%を超えると、スラグ発生量が過剰となると共に剥離性の劣化が著しくなり、溶接後の後処理の負荷が大きくなる。したがって、Mn含有量は、20.00質量%以下にする必要がある。
<Mn: 0.30 to 20.00% by mass>
Mn improves the wettability between the molten pool and the base metal, and as a result, has the effect of flattening the bead shape, and also has the effect of increasing the quench hardenability and increasing the hardness of the weld metal. At least 0.30% by mass is required for these effects to be effective. On the other hand, Mn combines with oxygen contained in the wire to generate a strong slag with poor peelability. If the Mn content exceeds 20.00% by mass, the amount of slag generated becomes excessive and the peelability deteriorates significantly, increasing the load of post-treatment after welding. Therefore, the Mn content should be 20.00% by mass or less.
Siは、溶融池と母材の濡れ性を向上させ、結果としてビード形状を平坦化させる作用がある。一方、Siは、ワイヤに含まれる酸素と結合し、ガラス質のSiO2スラグを発生させる。Si含有量が所定量を超えると、スラグ発生量が過剰となると共に剥離性の劣化が著しくなる。また、Mnは、溶融池と母材の濡れ性を向上させ、結果としてビード形状を平坦化させる作用があると共に、焼入れ硬化性を高め、溶接金属の硬度を高める作用がある。一方、Mnは、ワイヤに含まれる酸素と結合し、強固で剥離性の悪いスラグを発生させる。Mn含有量が所定量を超えると、スラグ発生量が過剰となると共に剥離性の劣化が著しくなる。 Si has the effect of improving the wettability between the molten pool and the base metal, and as a result, flattening the bead shape. Si, on the other hand, combines with the oxygen contained in the wire to generate a vitreous SiO2 slag. If the Si content exceeds a predetermined amount, an excessive amount of slag will be generated and the detachability will deteriorate significantly. Moreover, Mn has the effect of improving the wettability between the molten pool and the base metal, resulting in the flattening of the bead shape, and also has the effect of increasing the quench hardenability and increasing the hardness of the weld metal. On the other hand, Mn combines with oxygen contained in the wire to generate a strong slag with poor peelability. If the Mn content exceeds a predetermined amount, the amount of slag generated becomes excessive and the peelability deteriorates significantly.
(2)場所要因B
場所要因Bは、スラグの粘性に依存して溶着ビードの場所に応じてスラグの存在分布が変化する現象に由来する要因であり、主としていわゆる定常部(ビード形成の終端以外の部分)のビード長手方向に垂直な断面方向に対応するスラグ分布の項B1と、クレータ部のビード長手方向に垂直な断面方向に対応するスラグ分布の項B2とを含む。場所要因Bは、B1かB2のいずれかによって決定される。
(2) Location factor B
The location factor B is a factor derived from the phenomenon that the slag existence distribution changes according to the location of the weld bead depending on the viscosity of the slag. It includes a slag distribution term B1 corresponding to the cross-sectional direction perpendicular to the direction and a slag distribution term B2 corresponding to the cross-sectional direction perpendicular to the bead longitudinal direction of the crater portion. Location factor B is determined by either B1 or B2.
定常部には、溶着ビードの直線部と折れ曲がり部分とが含まれる。この定常部においては、ビード形成の止端部、及び上方部(中央部、又は曲率が周囲と比較して大きい箇所)にピークがある関数の分布に基づき、B1を算出する。クレータ部は溶着ビードの終端部分であり、クレータ部の形状の輪郭に該当する箇所がピークとなる関数の分布に基づき、B2を算出する。 The stationary portion includes a straight portion and a bent portion of the welding bead. In this steady portion, B1 is calculated based on the distribution of the function having peaks at the toe of the bead formation and the upper portion (the central portion or the portion where the curvature is larger than the surroundings). The crater portion is the end portion of the welding bead, and B2 is calculated based on the distribution of the function having a peak at the portion corresponding to the contour of the shape of the crater portion.
(3)溶接条件C
溶接条件Cは、ビード溶着量Vとビード表面積Sとの比、すなわちビード溶着量V/ビード表面積Sにより算出される要因であり、ビード溶着量Vが大きくなるほど溶接条件Cは大きくなり、ビード表面積Sが小さくなるほど溶接条件Cは大きくなる。
(3) Welding condition C
The welding condition C is a factor calculated by the ratio of the bead deposition amount V to the bead surface area S, that is, the bead deposition amount V/bead surface area S. The welding condition C increases as the bead deposition amount V increases, and the bead surface area As S becomes smaller, welding condition C becomes larger.
(4)低減率D
低減率Dは、工具等を用いた溶着ビードからのスラグ剥離作業の実施により、除去するスラグの量に対応した要因であり、例えばスラグ剥離を長時間実施することにより、Dは小さくなる。スラグ剥離を実施しない場合、Dは例えば1に設定される。
(4) Reduction rate D
The reduction rate D is a factor corresponding to the amount of slag to be removed by performing the slag stripping operation from the welding bead using a tool or the like. If no slag stripping is performed, D is set to 1, for example.
演算部37は、例えば上記の要因を全て掛け合わせたA×B×C×Dからスラグ特徴量を算出する。演算部37は、スライスデータにおける特定の座標(特定の領域)ごとにスラグ特徴量を算出する。ただし、スラグ特徴量の算出方法はこのような方法に限定されない。事例によっては、材質要因A、場所要因B、溶接条件C、低減率Dのうち、いずれかの要因を外して算出することもできるし、他の要因を採用することもできる。
The
(スラグ特徴量のマッピング:ステップS4)
次にマッピング画像作成部39は、演算部37が算出したスラグ特徴量の分布を示すマップを作成する。すなわちマッピング画像作成部39は、ビード形状、ビード経路が設定されたスライスデータ上の対応する箇所にスラグ特徴量をマッピングするとともに、作成したマップに対応する画像を作成する。
(Mapping of slag feature quantity: step S4)
Next, the mapping
図5は、マッピング画像作成部39が作成したスラグ特徴量の分布を示すマップを、造形物上に示した概略図である。本例ではスラグ特徴量が異なる分布A1、分布A2、分布A3が存在しており、スラグ特徴量の大小関係はA1>A2>A3になっている。すなわち、分布A1においてスラグの存在量が多く、アークスタートエラーが生じやすく、分布A3においてスラグの存在量が少なく、アークスタートエラーが生じにくい。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a map showing the distribution of the slag feature amount created by the mapping
(画像の表示:ステップS5)
次に表示部32は、マッピング画像作成部39が作成したスラグ特徴量の分布を示すマップ、すなわち図5に示すマップに対応した画像を表示する。操作者は画像を確認して、次に述べる積層開始点を設定することができる。ただしコントローラ13がマップのデータに基づき積層開始点を設定する場合、画像の表示ステップは必ずしも必要ではない。表示部32を含むコントローラ13は、画像を表示して操作者の積層開始点の設定を補助するため、積層造形物Wの製造を補助する表示装置としても把握される。スラグ特徴量の分布を視覚的に把握することが可能となる。
(Image display: step S5)
Next, the
(積層開始点の設定:ステップS6)、
操作者は、表示部32が表示した画像を確認しながら、積層開始点を探索し、設定する。
操作者は、画像が示すマップ中で、スラグ特徴量が相対的に低い箇所を積層開始点に設定する。具体的な積層開始点の設定は、例えばワイヤの先端が母材または下地の溶着ビードに接触する接触範囲(ワイヤ径に依存)におけるスラグ特徴量の値を基準にして行うことができる。例えば、ワイヤを特定の座標を基準とした特定の領域に接触させた時のワイヤの接触範囲内において、スラグ特徴量が所定の閾値を上回る箇所が存在しない場合、操作者は当該座標を積層開始点に設定することができる。
(Lamination start point setting: step S6),
The operator searches for and sets the stacking start point while checking the image displayed by the
The operator sets a location where the slag feature amount is relatively low as the stacking start point in the map indicated by the image. A specific lamination start point can be set, for example, based on the value of the slag feature amount in the contact range (depending on the wire diameter) where the tip of the wire contacts the weld bead of the base material or base. For example, if there is no place where the slag feature value exceeds a predetermined threshold within the contact range of the wire when the wire is brought into contact with a specific region based on specific coordinates, the operator starts laminating the coordinates. Can be set to a point.
また、上記の状態において、ワイヤの接触範囲内にスラグ特徴量が所定の閾値を上回る箇所が存在する場合、操作者は予め設定したビード経路上の特定の領域、またはビード経路の近傍の特定の領域を探索する。このような領域上におけるワイヤの接触範囲内において、スラグ特徴量が所定の閾値を上回る箇所が存在しない場合、操作者は当該領域の基準となる座標を積層開始点に設定することができる。 Further, in the above state, if there is a portion where the slag feature value exceeds a predetermined threshold within the contact range of the wire, the operator can select a specific area on the preset bead path or a specific area in the vicinity of the bead path. explore the area. If there is no place where the slag feature value exceeds a predetermined threshold within the wire contact range on such an area, the operator can set the reference coordinates of the area as the lamination start point.
上記のような探索によっても積層開始点に設定すべき座標が存在しない場合、操作者はスライスデータ上において、改めてビード形状およびビード経路の少なくとも一つ、またはこれら双方について、再度の設定を行い、改めて積層開始点の探索を行う。 If the coordinates to be set as the lamination start point do not exist even after the search as described above, the operator again sets at least one of the bead shape and the bead path, or both, on the slice data, The search for the stacking start point is performed again.
また、操作者は、スラグ特徴量が所定の閾値を下回る箇所の数を基に、ビード経路を再設定することもできる。すなわち、スラグ特徴量が所定の閾値を上回る箇所の数が少ないビード経路を再設定する。これにより、スラグによるアークスタートエラーの発生可能性が低い軌道を選択して、積層造形物の製造システム100の連続稼働時間を上げることができる。
The operator can also reset the bead path based on the number of locations where the slag feature amount is below a predetermined threshold. That is, the bead path having a small number of locations where the slag feature amount exceeds the predetermined threshold value is reset. As a result, it is possible to select a trajectory with a low possibility of occurrence of an arc start error due to slag, and increase the continuous operation time of the
上述のステップによれば、操作者が表示部32に表示されたスラグ特徴量の分布を示すマップの画像を見ながら、入力部34を操作することにより座標を指定し、制御部41が操作入力を受け付けた上で積層開始点の設定を行うことができる。ただし、操作者の入力なしでコントローラ13の制御部41が所定のプログラムに従い、マップ上のスラグ特徴量を参照し、適切な積層開始点の設定を行うようにしてもよい。
According to the above steps, the operator designates the coordinates by operating the
図6は、操作者または制御部41が設定した積層開始点の設定を示す説明図である。本例において、積層開始点P1、P2、P3、P4の各々が、ビード経路R1、R2、R3、R4に対応する。積層開始点P1は、予め存在するビード経路R1の開始点に一致している。積層開始点P2、P3、P4は、予め存在するビード経路R2、R3、R4の開始点に一致しておらず、これらビード経路の近傍に位置している。積層開始点P2、P3、P4から、ビード経路R2、R3、R4とはX方向において逆向きのビード経路R2a、R3a、R4aが延び、溶着ビードBD1の近傍まで到達した後折り返してビード経路R2、R3、R4が始まる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the setting of the stacking start point set by the operator or the
(溶着ビードの積層:ステップS7)
積層開始点P1、P2、P3、P4が決定した後、コントローラ13が積層造形装置11を制御し、トーチ17が積層開始点P1、P2、P3、P4を始点として、ビード経路R1、R2、R3、R4に沿って移動し、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させて溶着ビードを形成する。スライスデータ1つ分(1層分)について溶着ビードの形成が完了すると、上層のスライスデータについて、再びステップS1以降の工程を繰り返し、溶着ビードの積層を繰り返し、積層造形物Wを製造する。
(Lamination of Welding Beads: Step S7)
After the lamination start points P1, P2, P3, and P4 are determined, the
本実施形態によれば、スライスデータ、ビード形状、ビード経路を含む軌道計画の情報からスラグ特徴量の分布を示すマップを作成するため、アークスタートエラーの生じにくい位置を積層開始点として選択、抽出することが可能となり、積層造形物の造形前に抽出した積層開始点の情報を軌道計画に反映させことができる。よって、積層造形物の造形を効率的に行うことができる。 According to this embodiment, a map showing the distribution of slag feature quantities is created from trajectory planning information including slice data, bead shape, and bead path. It is possible to reflect the information of the lamination start point extracted before the lamination-molded article is formed in the trajectory plan. Therefore, it is possible to efficiently form a layered product.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。 As described above, this specification discloses the following matters.
(1) 三次元形状データに基づき、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなる溶着ビードを複数重ねた積層体を含む積層造形物を製造する、積層造形物の製造方法であって、
前記三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータに、ビード経路とビード形状を設定する工程と、
少なくとも前記スライスデータ、前記ビード経路、前記ビード形状のいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する工程と、
前記スラグ特徴量の分布を示すマップを作成するマップ作成工程と、
前記マップ中で前記スラグ特徴量が相対的に低い箇所を積層開始点に設定する工程と、
前記積層開始点から、前記ビード経路に沿って溶着ビードの積層を繰り返す工程と、
を含む積層造形物の製造方法。
これにより、アークスタートエラーの生じにくい位置を積層開始点として選択、抽出することが可能となり、積層造形物の造形前に抽出した積層開始点の情報を軌道計画に反映させることができる。よって、積層造形物の造形を効率的に行うことができる。
(1) A method for manufacturing a laminate-molded article, which includes a laminate obtained by stacking a plurality of welding beads obtained by melting and solidifying a filler material using an arc, based on three-dimensional shape data. ,
setting a bead path and a bead shape in slice data obtained by dividing the three-dimensional shape data into a plurality of layers;
a step of calculating a slag feature quantity representing a probability of survival of slag at a specific location in a welding bead to be generated, based on at least one of the slice data, the bead path, and the bead shape;
a map creation step of creating a map showing the distribution of the slag feature quantity;
A step of setting a location where the slag feature amount is relatively low in the map as a stacking start point;
repeating lamination of welding beads along the bead path from the lamination start point;
A method of manufacturing a laminate-molded article comprising:
As a result, it is possible to select and extract a position where an arc start error is unlikely to occur as a lamination start point, and to reflect the information of the lamination start point extracted before the lamination-molded article is formed in the trajectory plan. Therefore, it is possible to efficiently form a layered product.
(2) (1)に記載の積層造形物の製造方法であって、
前記スラグ特徴量が所定の閾値を下回る箇所の数を基に、前記ビード経路を再設定する、積層造形物の製造方法。
これにより、スラグによるアークスタートエラーの発生可能性が低い軌道を選択して、積層造形物を製造する連続稼働時間を上げることができる。
(2) The method for manufacturing a laminate-molded article according to (1),
A method for manufacturing a laminate-molded article, wherein the bead path is reset based on the number of locations where the slag feature amount is below a predetermined threshold.
As a result, it is possible to select a trajectory with a low possibility of arc start error due to slag and increase the continuous operation time for manufacturing a laminate-molded article.
(3) (1)または(2)に記載の積層造形物の製造方法であって、
前記スラグ特徴量は、溶着ビードの生成に関わる材料の材質の種類に由来する材質要因、溶着ビードの場所に応じてスラグの存在分布が変化する現象に由来する場所要因、ビード溶着量とビード表面積の比により算出される溶接条件、溶着ビードからのスラグ剥離作業の実施により除去するスラグの量に対応した低減率、のうち少なくともいずれか一つにより算出される、積層造形物の製造方法。
これにより、スラグ特徴量を適切に算出することができる。
(3) A method for manufacturing a laminate-molded article according to (1) or (2),
The slag feature amount includes a material factor derived from the type of material involved in the formation of the weld bead, a location factor derived from a phenomenon in which the slag existence distribution changes according to the location of the weld bead, a bead weld amount and a bead surface area. and a reduction rate corresponding to the amount of slag to be removed from the weld bead by performing the slag peeling operation.
Thereby, a slag feature-value can be calculated appropriately.
(4) 三次元形状データに基づき、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなる溶着ビードを複数重ねた積層体を含む積層造形物の製造を補助する表示装置であって、
前記三次元形状データを複数の層に分割したスライスデータ、ビード経路およびビード形状を取得するデータ取得部と、
少なくとも前記スライスデータ、前記ビード経路、前記ビード形状のいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する演算部と、
前記スラグ特徴量を前記スライスデータに対してマッピングした画像を作成するマッピング画像作成部と、
前記マッピング画像作成部で作成された画像を表示する表示部と、
を備える表示装置。
これにより、スラグ特徴量の分布を視覚的に把握することが可能となる。
(4) Based on three-dimensional shape data, a display device that assists the manufacture of a laminate-molded product including a laminate in which a plurality of welding beads formed by melting and solidifying a filler material using an arc is stacked,
a data acquisition unit that acquires slice data obtained by dividing the three-dimensional shape data into a plurality of layers, a bead path, and a bead shape;
a calculation unit that calculates a slag feature quantity representing a probability of slag remaining at a specific location in a welding bead to be generated based on at least one of the slice data, the bead path, and the bead shape;
a mapping image creation unit that creates an image in which the slag feature amount is mapped to the slice data;
a display unit for displaying the image created by the mapping image creation unit;
A display device.
This makes it possible to visually grasp the distribution of the slag feature quantity.
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate. In addition, the material, shape, size, numerical value, form, number, location, etc. of each component in the above-described embodiment are arbitrary and not limited as long as the present invention can be achieved.
11 積層造形装置
13 コントローラ
15 電源装置
17 トーチ
19 溶接ロボット
21 溶加材供給部
23 形状センサ
31 CAD/CAM部
32 表示部
33 データ取得部
34 入力部
35 記憶部
37 演算部
39 マッピング画像作成部
41 制御部
53 枠部
100 積層造形物の製造システム
BD、BD1、BD2、BD3、BD4 溶着ビード
M 溶加材
P1、P2、P3、P4 積層開始点
R1、R2、R3、R4 ビード経路
W 積層造形物
REFERENCE SIGNS
Claims (4)
前記三次元形状データを複数の層に分割して得たスライスデータに、ビード経路とビード形状を設定する工程と、
少なくとも前記スライスデータ、前記ビード経路、前記ビード形状のいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する工程と、
前記スラグ特徴量の分布を示すマップを作成するマップ作成工程と、
前記マップ中で前記スラグ特徴量が相対的に低い箇所を積層開始点に設定する工程と、
前記積層開始点から、前記ビード経路に沿って溶着ビードの積層を繰り返す工程と、
を含む積層造形物の製造方法。 Based on three-dimensional shape data, a method for manufacturing a laminate-molded article including a laminate in which a plurality of welding beads formed by melting and solidifying a filler material using an arc is stacked,
setting a bead path and a bead shape in slice data obtained by dividing the three-dimensional shape data into a plurality of layers;
a step of calculating a slag feature quantity representing a probability of survival of slag at a specific location in a welding bead to be generated, based on at least one of the slice data, the bead path, and the bead shape;
a map creation step of creating a map showing the distribution of the slag feature quantity;
A step of setting a location where the slag feature amount is relatively low in the map as a stacking start point;
repeating lamination of welding beads along the bead path from the lamination start point;
A method of manufacturing a laminate-molded article comprising:
前記スラグ特徴量が所定の閾値を下回る箇所の数を基に、前記ビード経路を再設定する、積層造形物の製造方法。 A method for manufacturing a laminate-molded article according to claim 1,
A method for manufacturing a laminate-molded article, wherein the bead path is reset based on the number of locations where the slag feature amount is below a predetermined threshold.
前記スラグ特徴量は、溶着ビードの生成に関わる材料の材質の種類に由来する材質要因、溶着ビードの場所に応じてスラグの存在分布が変化する現象に由来する場所要因、ビード溶着量とビード表面積の比により算出される溶接条件、溶着ビードからのスラグ剥離作業の実施により除去するスラグの量に対応した低減率、のうち少なくともいずれか一つにより算出される、積層造形物の製造方法。 A method for manufacturing a laminate-molded article according to claim 1 or 2,
The slag feature amount includes a material factor derived from the type of material involved in the formation of the weld bead, a location factor derived from a phenomenon in which the slag existence distribution changes according to the location of the weld bead, a bead weld amount and a bead surface area. and a reduction rate corresponding to the amount of slag to be removed from the welding bead by performing the slag peeling operation.
前記三次元形状データを複数の層に分割したスライスデータ、ビード経路およびビード形状を取得するデータ取得部と、
少なくとも前記スライスデータ、前記ビード経路、前記ビード形状のいずれか一つを基に、生成する溶着ビードにおける特定箇所のスラグの残存確率を表すスラグ特徴量を算出する演算部と、
前記スラグ特徴量を前記スライスデータに対してマッピングした画像を作成するマッピング画像作成部と、
前記マッピング画像作成部で作成された画像を表示する表示部と、
を備える表示装置。 Based on three-dimensional shape data, a display device that assists the manufacture of a laminate-molded product including a laminate in which a plurality of welding beads formed by melting and solidifying a filler material using an arc is stacked,
a data acquisition unit that acquires slice data obtained by dividing the three-dimensional shape data into a plurality of layers, a bead path, and a bead shape;
a calculation unit that calculates a slag feature value representing a probability of slag remaining at a specific location in a welding bead to be generated based on at least one of the slice data, the bead path, and the bead shape;
a mapping image creation unit that creates an image in which the slag feature amount is mapped to the slice data;
a display unit for displaying the image created by the mapping image creation unit;
A display device.
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