JP2023029083A - 造形物の評価方法及び造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶着ビードを積層させて造形する造形物を効率的に評価することが可能な造形物の評価方法及び造形物の製造方法を提供する。【解決手段】造形物の評価方法は、形成した溶着ビード５３に沿って形状センサ２３を走査させて溶着ビード５３の形状プロファイルを取得する工程と、取得した形状プロファイルから溶着ビードの特徴点の座標を抽出する工程と、抽出した特徴点の溶着ビードに沿った座標の推移から溶着ビード５３の軌跡情報を抽出する工程と、溶着ビード５３の形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ、又は、特徴点に由来する軌跡情報の軌跡の乱れに応じて、溶着ビード５３の蛇行の有無を判定する工程と、蛇行の有無の判定結果に応じて、溶着ビード５３の表面におけるスラグの堆積状態を推定する工程と、を含む。【選択図】図４
Description
本発明は、造形物の評価方法及び造形物の製造方法に関する。
溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して造形物を製造する際に、溶着ビードの接合品質を評価する技術が検討されている（例えば特許文献１）。特許文献１には、溶接ビードの長さ方向に所定間隔で溶接ビードの高さを測定して高さデータを取得し、高さデータから高さの分散値を演算し、高さの分散値に基づいて、溶接ビードの品質を評価することが記載されている。溶着ビードの蛇行が大きくなるほどビード幅の分散値が増加することも示されている。
ところで、溶着ビードを積層して造形される造形物の品質は、溶着ビードを積層させる際に生じるスラグの蓄積が大きく影響する。例えば、溶着ビードを積層させる前の既設の層にスラグが残存していると、積層させる溶着ビードが蛇行するだけでなく、積層させた溶着ビードの蛇行部分へのスラグの蓄積を促してしまい、また、溶着ビードの蛇行によって形状不良や内部空隙等の欠陥が生じるおそれがある。
この場合、例えば、特許文献１に記載の技術によって溶着ビードの品質を常に評価することが考えられるが、スラグは溶着ビードを積層する度に発生するため、溶着ビードを積層する都度、検査と除去とを行うことは生産性の観点から好ましくない。また、スラグ自体を簡単かつ定量的に測ることは難しい。例えば、スラグの有無を画像情報から二値化して判定すること等が考えられるが、閾値の調整、光源の調整等が困難である。
そこで本発明は、溶着ビードを積層させて造形する造形物を効率的に評価することが可能な造形物の評価方法及び造形物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は下記の構成からなる。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して造形する造形物の評価方法であって、
形成した前記溶着ビードに沿って形状センサを走査させて前記溶着ビードの形状プロファイルを取得するプロファイル取得工程と、
取得した前記形状プロファイルから前記溶着ビードの特徴点の座標を抽出する座標抽出工程と、
抽出した特徴点の前記溶着ビードに沿った座標の推移から前記溶着ビードの軌跡情報を抽出する軌跡情報抽出工程と、
前記溶着ビードの形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と前記特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ、又は、前記特徴点に由来する軌跡情報の軌跡の乱れに応じて、前記溶着ビードの蛇行の有無を判定する蛇行判定工程と、
前記蛇行の有無の判定結果に応じて、前記溶着ビードの表面におけるスラグの堆積状態を推定する推定工程と、
を含む造形物の評価方法。
（２） （１）に記載の造形物の評価方法によって推定されたスラグを除去しながら前記溶着ビードを積層して造形物を造形する造形物の製造方法。
（３） （１）に記載の造形物の評価方法による前記溶着ビードの蛇行の有無の判定結果に応じて、当該蛇行の生じた領域に前記溶着ビードを形成する際の入熱量を調整する造形物の製造方法。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して造形する造形物の評価方法であって、
形成した前記溶着ビードに沿って形状センサを走査させて前記溶着ビードの形状プロファイルを取得するプロファイル取得工程と、
取得した前記形状プロファイルから前記溶着ビードの特徴点の座標を抽出する座標抽出工程と、
抽出した特徴点の前記溶着ビードに沿った座標の推移から前記溶着ビードの軌跡情報を抽出する軌跡情報抽出工程と、
前記溶着ビードの形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と前記特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ、又は、前記特徴点に由来する軌跡情報の軌跡の乱れに応じて、前記溶着ビードの蛇行の有無を判定する蛇行判定工程と、
前記蛇行の有無の判定結果に応じて、前記溶着ビードの表面におけるスラグの堆積状態を推定する推定工程と、
を含む造形物の評価方法。
（２） （１）に記載の造形物の評価方法によって推定されたスラグを除去しながら前記溶着ビードを積層して造形物を造形する造形物の製造方法。
（３） （１）に記載の造形物の評価方法による前記溶着ビードの蛇行の有無の判定結果に応じて、当該蛇行の生じた領域に前記溶着ビードを形成する際の入熱量を調整する造形物の製造方法。
本発明は、溶着ビードを積層させて造形する造形物を効率的に評価できる。
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。
まず、造形物を造形する積層造形システム１００について説明する。
図１は、積層造形システムの概略構成図である。
積層造形システム１００は、積層造形装置１１と、スラグ除去装置１３と、積層造形装置１１及びスラグ除去装置１３を統括制御するコントローラ１５と、を備える。
まず、造形物を造形する積層造形システム１００について説明する。
図１は、積層造形システムの概略構成図である。
積層造形システム１００は、積層造形装置１１と、スラグ除去装置１３と、積層造形装置１１及びスラグ除去装置１３を統括制御するコントローラ１５と、を備える。
積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７を有する溶接ロボット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。トーチ１７は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。
溶接ロボット１９は、多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ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３次元的に任意に設定可能となっている。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。
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。本構成で用いら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、製造する造形物に応じて適宜選定される。
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、基材５１上に溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビード５３が形成される。
なお、溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビームやレーザを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビームやレーザにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、溶着ビードの状態をより適正に維持して、積層造形物の更なる品質向上に寄与できる。
溶加材Ｍ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（ＪＩＳＺ３３１２）、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（ＪＩＳＺ３３１３）等で規定されるワイヤを用いることができる。
形状センサ２３は、トーチ１７に並設されるか、トーチ１７より根元側のロボットアーム先端部に固定されており、トーチ１７とともに移動される。この形状センサ２３は、形成した溶着ビード５３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や光切断法を利用したレーザセンサ等が用いられる。
スラグ除去装置１３は、汎用ロボット４１を備える。汎用ロボット４１は、溶接ロボット１９と同様に多関節ロボットであり、先端アーム４３の先端部には、スラグ除去ツール４５が装着される。汎用ロボット４１は、コントローラ１５からの指令により、スラグ除去ツール４５の位置や姿勢が、先端アーム４３の自由度の範囲で３次元的に任意に設定可能となっている。
汎用ロボット４１は、積層造形装置１１の溶接ロボット１９によって基材５１に積層された溶着ビード５３に生じるスラグを、スラグ除去ツール４５を用いて除去する。スラグ除去ツール４５としては、スラグにタガネ部材を突き当てて振動させ、スラグに打撃を加えるタガネ機構が例示できる。タガネ部材は、多芯のワイヤ部材の束からなる。
コントローラ１５は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、これらが接続される制御部３７と、を有する。
ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、製造しようとする積層造形物の形状データを作成した後、複数の層に分割して各層の形状を表す層形状データを生成する。軌道演算部３３は、生成された層形状データに基づいてトーチ１７の移動軌跡、及び汎用ロボット４１によるスラグ除去ツール４５の移動軌跡を求め、これらの情報から、求めた軌道でトーチ１７及びスラグ除去ツール４５を駆動するための駆動プログラムを作成する。この駆動プログラムに指定されたトーチ１７の軌跡を軌道計画ともいう。
記憶部３５は、積層造形物の形状データ、生成された層形状データ、トーチ１７の移動軌跡、及びスラグ除去ツール４５の移動軌跡等のデータ、並びに上記した駆動プログラムを記憶する。
制御部３７は、記憶部３５に記憶された層形状データ、及びトーチ１７の移動軌跡に応じて作成された駆動プログラムを実行して、溶接ロボット１９を駆動する。つまり、溶接ロボット１９は、コントローラ１５からの指令により、軌道演算部３３で作成したトーチ１７の軌道計画に応じて、溶加材Ｍをアークで溶融させながらトーチ１７を移動する。これにより、溶着ビード５３が形成される。
また、制御部３７は、記憶部３５に記憶された形状データやスラグ除去ツール４５の移動軌跡に基づく駆動プログラムを実行して、汎用ロボット４１を駆動する。これにより、汎用ロボット４１の先端アーム４３に設けられたスラグ除去ツール４５によって、溶着ビード５３に付着しているスラグを除去する。
ところで、溶着ビード５３を積層して造形される造形物の品質は、溶着ビード５３を積層させる際に生じるスラグの蓄積が大きく影響する。例えば、溶着ビード５３を積層させる前の既設の層にスラグが残存していると、積層させる溶着ビード５３が蛇行するだけでなく、積層させた溶着ビード５３の蛇行部分へのスラグの蓄積を促してしまう。また、溶着ビード５３の蛇行によって形状不良や内部空隙等の欠陥が生じるおそれがある。
このため、本構成例では、スラグによる欠陥を抑えて高品質な造形物を造形するため、溶着ビード５３を形成した際の造形物のスラグの堆積状態を推定する。以下、スラグの堆積状態を推定する評価方法について説明する。
図２は、スラグ堆積状態を推定する評価方法の手順を示すフローチャートである。
図２は、スラグ堆積状態を推定する評価方法の手順を示すフローチャートである。
（プロファイル取得工程）
まず、形成した溶着ビード５３の形状プロファイルを取得する（Ｓ１）。
図３は、プロファイル取得工程における形状センサによる計測の様子を示す模式図である。図４は、取得した形状プロファイルの一例を示すグラフである。
図３に示すように、溶接ロボット１９を駆動させ、トーチ１７に並設されている形状センサ２３を、形成した溶着ビード５３に沿って移動させる。これにより、形状センサ２３が、形成した溶着ビード５３の表面を走査して溶着ビード５３の形状を計測する。そして、図４に示すような計測位置ごとの溶着ビード５３の断面形状を、走査方向（Ｙ方向）に沿って連続して計測することで、溶着ビード５３の三次元的な形状プロファイルを取得する。なお、形状センサ２３による形状プロファイルの計測は、溶着ビード５３の各層を造形した後に行ってもよく、トーチ１７によって溶着ビード５３を形成しながら行ってもよい。
まず、形成した溶着ビード５３の形状プロファイルを取得する（Ｓ１）。
図３は、プロファイル取得工程における形状センサによる計測の様子を示す模式図である。図４は、取得した形状プロファイルの一例を示すグラフである。
図３に示すように、溶接ロボット１９を駆動させ、トーチ１７に並設されている形状センサ２３を、形成した溶着ビード５３に沿って移動させる。これにより、形状センサ２３が、形成した溶着ビード５３の表面を走査して溶着ビード５３の形状を計測する。そして、図４に示すような計測位置ごとの溶着ビード５３の断面形状を、走査方向（Ｙ方向）に沿って連続して計測することで、溶着ビード５３の三次元的な形状プロファイルを取得する。なお、形状センサ２３による形状プロファイルの計測は、溶着ビード５３の各層を造形した後に行ってもよく、トーチ１７によって溶着ビード５３を形成しながら行ってもよい。
（座標抽出工程）
次に、取得した形状プロファイルに基づいて、溶着ビード５３における特徴点の座標を抽出する（Ｓ２）。
図５は、座標抽出工程を説明する造形物を断面視した模式図である。
ここで示す溶着ビード５３の特徴点としては、例えば、溶着ビード５３の縁部５３Ｅ、幅方向の中央となる頂部５３Ｃ、等の抽出しやすい部位とする。なお、座標を抽出する特徴点は複数でもよい。これら複数の特徴点の移動推移を平均化すれば、特徴点位置に起因する計測誤差を緩和できる。
次に、取得した形状プロファイルに基づいて、溶着ビード５３における特徴点の座標を抽出する（Ｓ２）。
図５は、座標抽出工程を説明する造形物を断面視した模式図である。
ここで示す溶着ビード５３の特徴点としては、例えば、溶着ビード５３の縁部５３Ｅ、幅方向の中央となる頂部５３Ｃ、等の抽出しやすい部位とする。なお、座標を抽出する特徴点は複数でもよい。これら複数の特徴点の移動推移を平均化すれば、特徴点位置に起因する計測誤差を緩和できる。
（軌跡情報抽出工程）
そして、抽出した特徴点の溶着ビードに沿った座標の推移から溶着ビード５３の軌跡情報を抽出する（Ｓ３）。溶着ビード５３の縁部５３Ｅを特徴点とした場合、隣接位置に新たに形成する溶着ビード５３の目標位置Ｐとの距離Ｌ１を軌跡情報として抽出する。また、溶着ビード５３の頂部５３Ｃを特徴点とした場合、隣接位置に形成する溶着ビード５３の目標位置Ｐとの距離Ｌ２を軌跡情報として抽出する。
そして、抽出した特徴点の溶着ビードに沿った座標の推移から溶着ビード５３の軌跡情報を抽出する（Ｓ３）。溶着ビード５３の縁部５３Ｅを特徴点とした場合、隣接位置に新たに形成する溶着ビード５３の目標位置Ｐとの距離Ｌ１を軌跡情報として抽出する。また、溶着ビード５３の頂部５３Ｃを特徴点とした場合、隣接位置に形成する溶着ビード５３の目標位置Ｐとの距離Ｌ２を軌跡情報として抽出する。
（蛇行判定工程）
溶着ビード５３の形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と、抽出した特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ量Δｅを求める（Ｓ４）。そして、このずれ量Δｅから溶着ビード５３の蛇行の有無を判定する（Ｓ５）。
図６は、ビード蛇行が生じる模式的な例を示す説明図である。図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、軌道計画の軌跡情報から抽出した軌跡と、形状センサによって得られる形状プロファイルの比較に基づき、各座標におけるずれ量Δｅを算出した結果を模式的に示すグラフである。
図６は、縁部５３Ｅにおける軌跡情報と形状プロファイルのずれ量Δｅの抽出例であって、走査方向（Ｙ方向）における予め設定された区間（ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ）毎にずれ量Δｅを抽出している。例えば、ｙ１～ｙ７の区間のように、形成した溶着ビード５３が軌道計画（理想形状）通りに形成されていれば、ずれ量Δｅは図７Ａに示すようにほぼ０の値となる。一方でｙ７～ｙ１２の区間のように、形成した溶着ビード５３に蛇行が生じている場合、図７Ｂに示すように、ずれ量Δｅは０とはみなせない値を示す。ずれ量Δｅがゼロであるか否かの判断については、予め定めた閾値と比較してもよく、ずれ量Δｅを所定区間で平均化したうえで前記閾値と比較してもよい。平均化の手法は移動平均など種々の平均化方法を利用できる。
溶着ビード５３の形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と、抽出した特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ量Δｅを求める（Ｓ４）。そして、このずれ量Δｅから溶着ビード５３の蛇行の有無を判定する（Ｓ５）。
図６は、ビード蛇行が生じる模式的な例を示す説明図である。図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、軌道計画の軌跡情報から抽出した軌跡と、形状センサによって得られる形状プロファイルの比較に基づき、各座標におけるずれ量Δｅを算出した結果を模式的に示すグラフである。
図６は、縁部５３Ｅにおける軌跡情報と形状プロファイルのずれ量Δｅの抽出例であって、走査方向（Ｙ方向）における予め設定された区間（ｙ１，ｙ２，…，ｙｎ）毎にずれ量Δｅを抽出している。例えば、ｙ１～ｙ７の区間のように、形成した溶着ビード５３が軌道計画（理想形状）通りに形成されていれば、ずれ量Δｅは図７Ａに示すようにほぼ０の値となる。一方でｙ７～ｙ１２の区間のように、形成した溶着ビード５３に蛇行が生じている場合、図７Ｂに示すように、ずれ量Δｅは０とはみなせない値を示す。ずれ量Δｅがゼロであるか否かの判断については、予め定めた閾値と比較してもよく、ずれ量Δｅを所定区間で平均化したうえで前記閾値と比較してもよい。平均化の手法は移動平均など種々の平均化方法を利用できる。
なお、抽出した特徴点に由来する軌跡情報としては、新たに形成する溶着ビード５３の目標位置Ｐと形状プロファイル上の複数の特徴点との距離の変化量の平均値を用いてもよい。このように、複数の変化量を平均することで、蛇行による溶着ビード５３の位置ずれを推定する際のロバスト性を向上できる。
また、特定の指標を基に蛇行の有無を判定する際には、例えば、予備的な試験結果を基に指標に範囲を設定し、その範囲を超える場合に蛇行があると判定できる。この判定を区間ごとに行うことで、局所的な蛇行の有無を判定できる。また、軌道計画で予定していた軌道との比較は、平均の差分や分散等統計的な指標で表現してもよいし、特徴点の移動をベクトル化し、対応する軌道計画上の特徴点の移動ベクトルの内積を求める等して表現してもよい。
（スラグ堆積状態の推定工程）
蛇行の有無の判定に基づいて、溶着ビード５３からなる造形物の表面におけるスラグの堆積状態を推定する（Ｓ６）。スラグの堆積状態は、蛇行判定区間の長さ、又は蛇行判定区間の出現頻度に応じて推定する。つまり、蛇行判定区間の連続的な情報によってスラグの堆積状態を推定することで、スラグの堆積とノイズとを区別でき、推定精度を高めることができる。
蛇行の有無の判定に基づいて、溶着ビード５３からなる造形物の表面におけるスラグの堆積状態を推定する（Ｓ６）。スラグの堆積状態は、蛇行判定区間の長さ、又は蛇行判定区間の出現頻度に応じて推定する。つまり、蛇行判定区間の連続的な情報によってスラグの堆積状態を推定することで、スラグの堆積とノイズとを区別でき、推定精度を高めることができる。
図８Ａ及び図８Ｂは、蛇行の有無の判定結果を表したグラフである。蛇行有りと判定された区画は「判定１」とし、蛇行無しと判定された区画は「判定０」として表している。そして、この蛇行の有無の判定結果に応じて、スラグの堆積状態を推定する。
例えば、図８Ａに示すように、蛇行有り（判定１）の判定区間が連続する場合は、その連続する蛇行有り判定の区間において溶着ビード５３が計画形状と乖離していると考えられる。したがって、この場合、その乖離箇所にスラグの堆積が促されると推定する。
一方、図８Ｂに示すように、蛇行有り（判定１）の判定区間が短い場合は、計画形状との乖離が比較的小さいと考えられる。したがって、この場合、計画形状との乖離は、計測誤差等に起因するノイズである可能性が高いため、スラグの堆積が生じていないと推定する。
このようにして、スラグの堆積状態の推定を行った後は、汎用ロボット４１を駆動させ、先端アーム４３のスラグ除去ツール４５によって、スラグが存在すると推定した位置に対してスラグの除去作業を行う。これにより、スラグの残存による形状不良や内部空隙等の欠陥が抑制された高品質な造形物を製造できる。
なお、造形中に蛇行判定を行う場合は、さらに蛇行発生の予兆を判定してもよい。例えば、複数層にわたる造形の途中で、１～ｎ層目の各層内において、互いに対応する同一位置でのずれ量Δｅの履歴が増加傾向にある場合、その位置では、更に上層となるいずれか層（ｎ層目よりも上層）で蛇行が発生することを予測できる。同様に、前述した蛇行判定の履歴から、将来的に蛇行が発生するかどうかを予測して判定してもよい。つまり、下層に蛇行有りと判定された場所については、その上層でも蛇行が生じる可能性があり、下層の状況に応じて上層の蛇行の発生を予測できる。
このように、蛇行発生の予兆判定の結果に応じて、スラグ除去の程度、又はビード積層時の条件（入熱量等）等を調整することで、スラグの堆積につながるビード蛇行の発生を抑制できる。
また、トーチ１７に先行する位置に取り付けた形状センサ２３によって得られる形状情報を基に、蛇行発生の予兆が検出された位置で入熱量を増加させ、隣接する溶着ビード５３との融合を促してもよい。また、蛇行の有無の判定結果については、アラーム情報を生成して作業者への注意喚起を促してもよい。
以上、説明したように、本構成の造形物の評価方法によれば、溶着ビード５３の蛇行の有無から造形物の表面におけるスラグの堆積状態を容易に推定できる。したがって、造形物の表面をカメラで撮影して造形物の評価を行う場合に比べ、光源や溶着ビード５３の表面の凹凸の影等の影響を受けずに正確に評価を行うことができる。
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して造形する造形物の評価方法であって、
形成した前記溶着ビードに沿って形状センサを走査させて前記溶着ビードの形状プロファイルを取得するプロファイル取得工程と、
取得した前記形状プロファイルから前記溶着ビードの特徴点の座標を抽出する座標抽出工程と、
抽出した特徴点の前記溶着ビードに沿った座標の推移から前記溶着ビードの軌跡情報を抽出する軌跡情報抽出工程と、
前記溶着ビードの形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と前記特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ、又は、前記特徴点に由来する軌跡情報の軌跡の乱れに応じて、前記溶着ビードの蛇行の有無を判定する蛇行判定工程と、
前記蛇行の有無の判定結果に応じて、前記溶着ビードの表面におけるスラグの堆積状態を推定する推定工程と、
を含む造形物の評価方法。
この造形物の評価方法によれば、溶着ビードの蛇行の有無から造形物の表面におけるスラグの堆積状態を容易に推定できる。したがって、造形物の表面をカメラで撮影して造形物の評価を行う場合に比べ、光源や溶着ビードの表面の凹凸の影等の影響を受けずに正確にスラグの堆積状態を評価できる。
（１） 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して造形する造形物の評価方法であって、
形成した前記溶着ビードに沿って形状センサを走査させて前記溶着ビードの形状プロファイルを取得するプロファイル取得工程と、
取得した前記形状プロファイルから前記溶着ビードの特徴点の座標を抽出する座標抽出工程と、
抽出した特徴点の前記溶着ビードに沿った座標の推移から前記溶着ビードの軌跡情報を抽出する軌跡情報抽出工程と、
前記溶着ビードの形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と前記特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ、又は、前記特徴点に由来する軌跡情報の軌跡の乱れに応じて、前記溶着ビードの蛇行の有無を判定する蛇行判定工程と、
前記蛇行の有無の判定結果に応じて、前記溶着ビードの表面におけるスラグの堆積状態を推定する推定工程と、
を含む造形物の評価方法。
この造形物の評価方法によれば、溶着ビードの蛇行の有無から造形物の表面におけるスラグの堆積状態を容易に推定できる。したがって、造形物の表面をカメラで撮影して造形物の評価を行う場合に比べ、光源や溶着ビードの表面の凹凸の影等の影響を受けずに正確にスラグの堆積状態を評価できる。
（２） 前記推定工程において、蛇行判定された区間の長さ、又は蛇行判定された区間の出現頻度に応じてスラグの堆積状態を判定する、（１）に記載の造形物の評価方法。
この造形物の評価方法によれば、蛇行判定区間の連続的な情報によってスラグの堆積状態を判定することで、スラグの堆積とノイズとを区別でき、判定精度を向上できる。
この造形物の評価方法によれば、蛇行判定区間の連続的な情報によってスラグの堆積状態を判定することで、スラグの堆積とノイズとを区別でき、判定精度を向上できる。
（３） 前記軌跡情報抽出工程において、新たに形成する溶着ビードの目標位置と前記形状プロファイルから抽出した前記溶着ビードの特徴点との距離を前記軌跡情報として抽出する、（１）又は（２）に記載の造形物の評価方法。
この造形物の評価方法によれば、溶着ビードの蛇行の幅と直接関係する方向のみの変位を軌跡情報とするので、溶着ビードの高さの変化に影響されることなく、溶着ビードの蛇行の有無を正確に判定できる。
この造形物の評価方法によれば、溶着ビードの蛇行の幅と直接関係する方向のみの変位を軌跡情報とするので、溶着ビードの高さの変化に影響されることなく、溶着ビードの蛇行の有無を正確に判定できる。
（４） 前記軌跡情報は、新たに形成する溶着ビードの目標位置と前記形状プロファイル上の複数の特徴点との距離の変化量の平均値である、（３）に記載の造形物の評価方法。
この造形物の評価方法によれば、複数の変化量を平均することで、蛇行による溶着ビードの位置ずれを推定する際のロバスト性を向上させることができる。
この造形物の評価方法によれば、複数の変化量を平均することで、蛇行による溶着ビードの位置ずれを推定する際のロバスト性を向上させることができる。
（５） 前記溶着ビードの層を順次に積層する際に、前記蛇行判定工程による現在の層より下層の判定結果に応じて、現在の層より上層において前記蛇行が発生するかを予測する工程をさらに有する、（１）～（４）のいずれか１つに記載の造形物の評価方法。
この造形物の評価方法によれば、積層する下層の蛇行発生の判定結果に応じて、上層の蛇行の発生を予測できる。
この造形物の評価方法によれば、積層する下層の蛇行発生の判定結果に応じて、上層の蛇行の発生を予測できる。
（６） （１）～（５）のいずれか１つに記載の造形物の評価方法によって推定されたスラグを除去しながら前記溶着ビードを積層して造形物を造形する造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、スラグの残存による形状不良や内部空隙等の欠陥が抑制された高品質な造形物を製造できる。
この造形物の製造方法によれば、スラグの残存による形状不良や内部空隙等の欠陥が抑制された高品質な造形物を製造できる。
（７） （１）～（５）のいずれか１つに記載の造形物の評価方法による前記溶着ビードの蛇行の有無の判定結果に応じて、当該蛇行の生じた領域に前記溶着ビードを形成する際の入熱量を調整する造形物の製造方法。
この造形物の製造方法によれば、溶着ビード形成時の入熱量を調整することで、蛇行が生じた領域については、入熱量を増加させて隣接する溶着ビードとの融合を促すことができる。
この造形物の製造方法によれば、溶着ビード形成時の入熱量を調整することで、蛇行が生じた領域については、入熱量を増加させて隣接する溶着ビードとの融合を促すことができる。
２３ 形状センサ
５３ 溶着ビード
１００ 積層造形システム
Ｌ１，Ｌ２ 距離
Ｍ 溶加材
Ｐ 目標位置
５３ 溶着ビード
１００ 積層造形システム
Ｌ１，Ｌ２ 距離
Ｍ 溶加材
Ｐ 目標位置
Claims (7)
- 溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して造形する造形物の評価方法であって、
形成した前記溶着ビードに沿って形状センサを走査させて前記溶着ビードの形状プロファイルを取得するプロファイル取得工程と、
取得した前記形状プロファイルから前記溶着ビードの特徴点の座標を抽出する座標抽出工程と、
抽出した特徴点の前記溶着ビードに沿った座標の推移から前記溶着ビードの軌跡情報を抽出する軌跡情報抽出工程と、
前記溶着ビードの形成に用いた軌道計画から抽出される軌跡と前記特徴点に由来する軌跡情報から抽出される軌跡とのずれ、又は、前記特徴点に由来する軌跡情報の軌跡の乱れに応じて、前記溶着ビードの蛇行の有無を判定する蛇行判定工程と、
前記蛇行の有無の判定結果に応じて、前記溶着ビードの表面におけるスラグの堆積状態を推定する推定工程と、
を含む造形物の評価方法。 - 前記推定工程において、蛇行判定された区間の長さ、又は蛇行判定された区間の出現頻度に応じてスラグの堆積状態を判定する、請求項１に記載の造形物の評価方法。
- 前記軌跡情報抽出工程において、新たに形成する溶着ビードの目標位置と前記形状プロファイルから抽出した前記溶着ビードの特徴点との距離を前記軌跡情報として抽出する、請求項１又は請求項２に記載の造形物の評価方法。
- 前記軌跡情報は、新たに形成する溶着ビードの目標位置と前記形状プロファイル上の複数の特徴点との距離の変化量の平均値である、請求項３に記載の造形物の評価方法。
- 前記溶着ビードの層を順次に積層する際に、前記蛇行判定工程による現在の層より下層の判定結果に応じて、現在の層より上層において前記蛇行が発生するかを予測する工程をさらに有する、
請求項１～４のいずれか１項に記載の造形物の評価方法。 - 請求項１～５のいずれか１項に記載の造形物の評価方法によって推定されたスラグを除去しながら前記溶着ビードを積層して造形物を造形する造形物の製造方法。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載の造形物の評価方法による前記溶着ビードの蛇行の有無の判定結果に応じて、当該蛇行の生じた領域に前記溶着ビードを形成する際の入熱量を調整する造形物の製造方法。
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