JP2023114157A - 制御情報生成装置、制御情報生成方法、溶接制御装置及び制御情報生成プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状を、溶接計画に基づく模擬形状に近づける。【解決手段】溶接ビードを用いて層形状を造形し、層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する制御情報を生成する制御情報生成装置３３は、溶接ビード２８の形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、制御条件を変更した場合に生じる溶接ビード２８の形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得部３３１と、造形した三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部３３２と、三次元構造体の形状をビードモデルの積層により模擬した模擬形状と実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算部３３３と、差分を解消する制御条件の補正値を特性プロファイルから求め、補正値に応じて補正した制御情報を出力する制御情報出力部３３４と、を備える。【選択図】図２
Description
本発明は、制御情報生成装置、制御情報生成方法、溶接制御装置及び制御情報生成プログラムに関する。
溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを積層して、三次元構造物を造形する技術が知られている。特許文献１は、このような技術において、付加製造のための位置フィードバックを提供するシステム及び方法を開示している。出力電流、出力電圧、出力電力、出力回路インピーダンス、及びワイヤ送り速度のうちの一方又は両方が、現在層を生成する際の付加製造プロセス中にサンプリングされる。複数の瞬間的コンタクトチップ ツー ワーク距離（ＣＴＷＤ）が、出力電流、出力電圧、出力電力、出力回路インピーダンス、及びワイヤ送り速度のうちの少なくとも一方又は両方に基づき判断される。平均ＣＴＷＤは、複数の瞬間的ＣＴＷＤに基づき判断される。現在層の高さのいかなる誤差も補償するために使用される補正係数が、少なくとも平均ＣＴＷＤに基づき生成される。
しかしながら、層の高さ誤差を認識することができても、その誤差を補正する条件については周囲の溶接ビード形状、部位、基準となる溶接条件などを考慮すると、適正な条件の選択は困難である。各場合において、条件を変えた際に、溶接ビードの高さや幅の変化量を予め記録しておく方法も考えられるが、実験数が非常に膨大となるため現実的ではない。
そこで本発明は、積層された溶接ビードの形状を、溶接計画に基づく模擬形状に近づけることができる制御情報生成装置、制御情報生成方法、溶接制御装置及び制御情報生成プログラム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) 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得部と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算部と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力部と、
を備える制御情報生成装置。
（２） 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
を備える制御情報生成方法。
（３） （１）に記載の制御情報生成装置と、
前記制御情報生成装置により出力された結果に応じて前記積層造形装置を制御する制御部を備える、溶接制御装置。
（４） （３）に記載の溶接制御装置と、
前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。
（５） 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成プログラムであって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
をコンピュータに実行させる制御情報生成プログラム。
(１) 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得部と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算部と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力部と、
を備える制御情報生成装置。
（２） 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
を備える制御情報生成方法。
（３） （１）に記載の制御情報生成装置と、
前記制御情報生成装置により出力された結果に応じて前記積層造形装置を制御する制御部を備える、溶接制御装置。
（４） （３）に記載の溶接制御装置と、
前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。
（５） 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成プログラムであって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
をコンピュータに実行させる制御情報生成プログラム。
本発明によれば、溶接計画に沿ったビードモデルの積層による模擬形状と、溶接ビードの積層による実績形状を比較して、その差分に応じて制御情報を補正できる。これにより、制御情報生成装置は、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状を、溶接計画に基づく模擬形状に近づけることができる。
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。
ここでは、溶接ヘッドから供給される溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶接ビードを、積層造形装置により所望の形状に積層造形する場合を例に説明するが、造形方式及び積層造形装置の構成はこれに限らない。例えば、隅肉溶接、突き合わせ溶接を行う一般的な溶接装置であってもよい。
ここでは、溶接ヘッドから供給される溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶接ビードを、積層造形装置により所望の形状に積層造形する場合を例に説明するが、造形方式及び積層造形装置の構成はこれに限らない。例えば、隅肉溶接、突き合わせ溶接を行う一般的な溶接装置であってもよい。
（溶接装置）
図１は、造形物を製造する溶接装置の全体構成図である。本構成の溶接装置１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を制御する溶接制御装置３０とを備える。積層造形装置１１は、先端軸に溶接トーチ１５を有する溶接ヘッドが設けられた溶接ロボット１７と、溶接ロボット１７を駆動するロボットコントローラ２１と、溶接トーチ１５へ溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２３と、溶接電流を供給する溶接電源２５と、を備える。
図１は、造形物を製造する溶接装置の全体構成図である。本構成の溶接装置１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を制御する溶接制御装置３０とを備える。積層造形装置１１は、先端軸に溶接トーチ１５を有する溶接ヘッドが設けられた溶接ロボット１７と、溶接ロボット１７を駆動するロボットコントローラ２１と、溶接トーチ１５へ溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２３と、溶接電流を供給する溶接電源２５と、を備える。
（積層造形装置）
溶接ロボット１７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溶接トーチ１５の先端には、連続供給される溶加材Ｍが支持される。溶接トーチ１５の位置や姿勢は、ロボットコントローラ２１からの指令により、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になっている。溶接ロボット１７の先端軸には、溶接トーチ１５と一体に移動する形状センサ３２と温度センサ２６が設けられる。形状センサ３２は、形成される溶接ビード２８の形状、必要に応じてビード形成位置周囲の形状を測定する非接触式のセンサである。形状センサ３２による測定は、溶接ビードの形成と同時に行ってもよく、ビード形成前後の異なるタイミングで行ってもよい。形状センサ３２としては、照射したレーザ光の反射光の位置、又は照射タイミングから反射光が検出されるまでの時間により三次元形状を検出するレーザセンサを利用できる。形状センサ３２は、レーザに限らず他の検出方式のセンサであってもよい。
溶接ロボット１７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溶接トーチ１５の先端には、連続供給される溶加材Ｍが支持される。溶接トーチ１５の位置や姿勢は、ロボットコントローラ２１からの指令により、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になっている。溶接ロボット１７の先端軸には、溶接トーチ１５と一体に移動する形状センサ３２と温度センサ２６が設けられる。形状センサ３２は、形成される溶接ビード２８の形状、必要に応じてビード形成位置周囲の形状を測定する非接触式のセンサである。形状センサ３２による測定は、溶接ビードの形成と同時に行ってもよく、ビード形成前後の異なるタイミングで行ってもよい。形状センサ３２としては、照射したレーザ光の反射光の位置、又は照射タイミングから反射光が検出されるまでの時間により三次元形状を検出するレーザセンサを利用できる。形状センサ３２は、レーザに限らず他の検出方式のセンサであってもよい。
温度センサ２６は、放射温度計、サーモグラフィ等の接触式のセンサであり、造形物の任意の位置の温度（温度分布）を検出する。溶接トーチ１５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ガスメタルアーク溶接用のトーチである。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接又は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。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。溶接トーチ１５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。
溶加材供給部２３は、溶加材Ｍが巻回されたリール２９を備える。溶加材Ｍは、溶加材供給部２３からロボットアーム等に取り付けられた繰り出し機構（不図示）に送られ、必要に応じて繰り出し機構により正逆方向に送給されながら溶接トーチ１５へ送給される。
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）等で規定される溶接ワイヤが利用可能である。さらに、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル基合金等の溶加材Ｍを、求められる特性に応じて使用できる。そして、上記のように連続送給される溶加材Ｍをアークにより溶融及び凝固させると、ベースプレート２７上に溶加材Ｍの溶融凝固体である溶接ビード２８が形成される。ベースプレート２７は、鋼板等の金属板であるが、板状に限らず、ブロック体、棒状、円柱状等、他の形状であってもよい。
即ち、積層造形装置１１は、指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料である溶加材Ｍを加工対象面に付加して形成される溶接ビード２８を用いて、図１に示すような層形状を造形し、層形状を積層した三次元構造体を造形する。
（溶接制御装置及び制御情報生成装置）
次に、溶接制御装置３０の構成を説明する。溶接制御装置３０は、ロボットコントローラ２１と同様のコンピュータ装置であって、主たる制御を司るプロセッサ、記憶装置、入出力インターフェース、入力部、出力部などのハードウェアを含んで構成される。溶接制御装置３０は、制御部３１と制御情報生成装置３３とを含む。制御部３１は、制御情報生成装置３３により出力された結果に応じて、積層造形装置１１を制御する。
次に、溶接制御装置３０の構成を説明する。溶接制御装置３０は、ロボットコントローラ２１と同様のコンピュータ装置であって、主たる制御を司るプロセッサ、記憶装置、入出力インターフェース、入力部、出力部などのハードウェアを含んで構成される。溶接制御装置３０は、制御部３１と制御情報生成装置３３とを含む。制御部３１は、制御情報生成装置３３により出力された結果に応じて、積層造形装置１１を制御する。
次に、制御情報生成装置３３の構成を説明する。
図２に示すように、制御情報生成装置３３は、積層造形装置１１を制御する制御情報を生成する。制御情報生成装置３３は、データ取得部３３１と、計測部３３２と、演算部３３３と、制御情報出力部３３４と、を備える。
図２に示すように、制御情報生成装置３３は、積層造形装置１１を制御する制御情報を生成する。制御情報生成装置３３は、データ取得部３３１と、計測部３３２と、演算部３３３と、制御情報出力部３３４と、を備える。
データ取得部３３１は、溶接ビード２８の形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、制御条件を変更した場合に生じる溶接ビード２８の形状変化の特性プロファイルを取得する。
計測部３３２は、造形した三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する。
演算部３３３は、三次元構造体の形状をビードモデルの積層により模擬した模擬形状と、実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する。
制御情報出力部３３４は、差分を解消する制御条件の補正値を特性プロファイルから求め、補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する。
（制御情報生成装置による制御）
図３Ａは、積層造形装置１１によってベースプレート２７上に形成された単一の溶接ビード２８の形状（断面形状）を模式的に示す説明図である。
溶接ビード２８の高さであるビード高さＨは、溶接ビード２８の底面から頂点（上面）までの距離である。一般的に、単一の溶接ビード２８の形状は、溶接条件によって変化する。溶接条件は、溶接電流、溶接電圧、加工材料である溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを送り出す送給速度、溶接速度などを含む。
図３Ａは、積層造形装置１１によってベースプレート２７上に形成された単一の溶接ビード２８の形状（断面形状）を模式的に示す説明図である。
溶接ビード２８の高さであるビード高さＨは、溶接ビード２８の底面から頂点（上面）までの距離である。一般的に、単一の溶接ビード２８の形状は、溶接条件によって変化する。溶接条件は、溶接電流、溶接電圧、加工材料である溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを送り出す送給速度、溶接速度などを含む。
図３Ｂは、溶接条件（制御条件）の条件値と形成される溶接ビード２８のビード高さＨとの関係を模式的に示すグラフである。
上述した通り、条件値は、溶接電流、溶接電圧、溶加材Ｍを送り出す送給速度、溶接速度などの値を含む。条件値が溶接速度である場合、このグラフは、溶接速度が高いほどビード高さＨが減少することを示している。
上述した通り、条件値は、溶接電流、溶接電圧、溶加材Ｍを送り出す送給速度、溶接速度などの値を含む。条件値が溶接速度である場合、このグラフは、溶接速度が高いほどビード高さＨが減少することを示している。
従来の溶接は、必要な溶接ビード２８の形状を把握したうえで、図３Ｂに示すような経験則上の特性に則り、溶接を進める溶接計画を立案している。
しかしながら、複数層の溶接ビード２８を積層することにより、これまで得られた特性からは予想し難い形状変化が生じてしまう。例えば、溶融した溶加材Ｍが下方に流れ落ち、結果的に得られるビード高さＨ（複数の溶接ビード２８による積層高さ）が、計画で予定していたビード高さＨより低くなってしまうような事態が生じ得る。
図４は、上述したような事態に対応するために、ビード高さＨを予測する予測モデルを概念的に示す説明図である。
この予測モデルにおいては、予め、コンピュータが、溶接ビード２８の形状、特に断面形状を台形のビードモデルによって模擬し、複数のビードモデルＢ０、Ｂ１、Ｂ２・・・Ｂ１を積層して得られる疑似ブロック体Ｘを取得しておく。
この予測モデルにおいては、予め、コンピュータが、溶接ビード２８の形状、特に断面形状を台形のビードモデルによって模擬し、複数のビードモデルＢ０、Ｂ１、Ｂ２・・・Ｂ１を積層して得られる疑似ブロック体Ｘを取得しておく。
このような疑似ブロック体Ｘは、溶接計画に基づいて、溶接ビード２８を積層することにより得られる積層物の予測形状である。疑似ブロック体Ｘの取得にあたって、コンピュータは、ビードモデルの重なり、溶融して流れ落ちた溶加材Ｍの分などの要素をも考慮しており、このような要素を考慮した疑似ブロック体Ｘとその最終的なビード高さＨを予測できる。
しかしながら、たとえ上述した予測モデルを用いても、実際の造形で得られる複数層の溶接ビード２８のビード高さＨ（疑似ブロック体Ｘのビード高さＨに対応する高さ）は、溶接条件次第で、予測した疑似ブロック体Ｘから外れてしまったものになってしまうことがあり、差分が生じてしまう。このため、より正確な予測方法が求められている。
そこで本実施形態においては、予め種々の溶接条件、即ち、制御条件において生じる溶接ビード２８の形状変化の特性プロファイルを取得しておく。即ち、本構成の制御情報生成装置３３は、上述した疑似ブロック体Ｘに対する、制御条件を変更した場合に生じる溶接ビード２８の形状変化の特性プロファイルを上述した予測モデルを用いて取得する。
さらに特性プロファイルの取得とは別に、積層造形装置１１が、種々の制御条件において、上述した疑似ブロック体Ｘに対応した三次元構造体を実際に造形し、制御情報生成装置３３は、その高さ（幅であってもよい）を含む実績形状を計測する。実績形状の計測の方法は特に限定されないが、例えば、計測部３３２に設けた光切断法を用いた計測手段、レーザセンサのような計測手段などにより、溶接ビード２８の表面を走査して計測する方法が挙げられる。
さらに制御情報生成装置３３は、計測した三次元構造物の実績形状と、この三次元構造物の形状を図４のビードモデルの積層（疑似ブロック体Ｘ）により模擬した模擬形状とを比較する。これにより、制御情報生成装置３３は、実績形状と模擬形状との差分を抽出できる。
なお、比較にあたっての実績形状は、計測結果に計測誤差が含まれ得ることを考慮し、一定の溶接区間の計測結果を平均した高さなどを用いて実績形状を生成してもよい。また、模擬形状は、図４の疑似ブロック体Ｘに余肉量を追加した形状であってもよい。
最後に制御情報生成装置３３は、この差分を解消する制御条件の補正値を、上述した特性プロファイルから求め、補正値に応じて補正した制御情報を出力する。
図５は、制御条件が溶接速度である場合の溶接ビード２８の形状変化の特性プロファイルを示すグラフである。横軸は溶接速度（ｃｐｍ）であり、縦軸は計画していた溶接速度から速度を変更した場合に生じる高さの差分（ｍｍ）である。例えば、溶接速度を２５ｃｐｍにすると、計画していた溶接速度のまま溶接する場合より、造形高さを０．３ｍｍ大きくすることが出来る。つまり、図５は、実際に造形した３次元造形物高さの計画（疑似ブロック体Ｘの高さ）からのズレに応じて、どのように溶接速度を変更すべきかを示したグラフである。
制御情報生成装置３３が抽出した差分が－０．３ｍｍである事例を想定する。つまり、実際に造形した三次元構造物の高さが、計画していた高さ（疑似ブロック体Ｘの高さ）より０．３ｍｍ小さい事例である。実績形状と模擬形状の差分は、できるだけ０にすることが好ましい。図５の特性プロファイルによれば、計画していた溶接条件での溶接よりも０．３ｍｍ高く溶接するためには、溶接速度を２５ｃｐｍに設定すればよい。言い換えると、積層造形装置１１が溶接速度を２５ｃｐｍに設定することにより、差分を０にする、又は０に近づけることができる。
このような制御により、制御情報生成装置３３は、溶接ビード２８の特性を考慮しながら、積層された溶接ビード２８の形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近似できる。
なお、図５において、差分が０．６ｍｍより大のデータと、差分が－０．４ｍｍより小のデータは得られていない。このような場合は、複数層をまとめることにより、差分を積算して計算できる。
図５の特性プロファイルは、溶接ビード２８の積層高さの形状変化の特性を表すものである。しかしながら、制御情報生成装置３３は、溶接ビード２８の、積層幅、積層断面積などの形状変化の特性を表す、複数種の特性プロファイルを備えることができる。これにより、制御情報生成装置３３が複数種のプロファイルを考慮し、溶接ビード２８の種々の特性を総合的に考慮しながら、積層された溶接ビード２８の形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく計画形状（模擬形状）に近似できる。
図４で示した疑似ブロック体Ｘは、複数の溶接ビード２８を単列上でのみ積層した例である。しかしながら、実際の三次元構造体の多くは、このような単列のみによって造形されるのではなく、幅方向（横方向）にも複数の疑似ブロック体Ｘが隣接して造形される。
図６は、ビード高さを予測する予測モデルであって、複数のビードモデルを積層して得られる疑似ブロック体を示す説明図である。
図６は、上記の三次元構造体に対応した疑似ブロック体Ｗであり、疑似ブロック体Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３が、幅方向に並べられて造形される。各疑似ブロック体Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、他の（特に隣の）疑似ブロック体の影響により、その高さが変化することが起こり得る。
図６は、上記の三次元構造体に対応した疑似ブロック体Ｗであり、疑似ブロック体Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３が、幅方向に並べられて造形される。各疑似ブロック体Ｘ０、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３は、他の（特に隣の）疑似ブロック体の影響により、その高さが変化することが起こり得る。
そこで制御情報生成装置３３は、疑似ブロック体Ｗに対する、制御条件を変更した場合に生じる溶接ビード２８の形状変化の特性プロファイルを取得する。本事例の特性プロファイルは、互いに隣接する複数の溶接ビード２８を積み重ねた疑似ブロック体Ｗの形状変化の特性を示すものである。積層造形装置１１が、種々の制御条件において、疑似ブロック体Ｗに対応した三次元構造体を実際に造形し、制御情報生成装置３３は、その高さ（幅であってもよい）を含む実績形状を計測する。さらに制御情報生成装置３３は、計測した三次元構造物の実績形状と、この三次元構造物の形状を図６のビードモデルの積層（疑似ブロック体Ｗ）により模擬した模擬形状とを比較する。これにより、制御情報生成装置３３は、実際の三次元構造により適合した実績形状と模擬形状との差分を抽出できる。
図７は、実施形態の積層造形装置１１が実施する三次元構造体の造形方法の工程を示すフローチャートである。
本フローチャートにおいて、ステップＳ１～Ｓ５は、制御情報生成装置３３が実施する制御情報生成方法の工程にも相当する。
本フローチャートにおいて、ステップＳ１～Ｓ５は、制御情報生成装置３３が実施する制御情報生成方法の工程にも相当する。
まず、制御情報生成装置３３のデータ取得部３３１が、疑似ブロック体を含む溶接計画に基づいて、複数の溶接ビードを積層した場合の積層物の予測形状の特性プロファイルを取得する（Ｓ１）。次に、制御情報生成装置３３の計測部３３２が、実際に形成した積層物の形状（実績形状）を計測する（Ｓ２）。
次に、制御情報生成装置３３の演算部３３３が、ビードの積層による模擬形状と実績形状とを比較し、双方の差分を算出する（Ｓ３）。次に、制御情報生成装置３３の制御情報出力部３３４が、差分を解消する補正値を抽出し（Ｓ４）、抽出した補正値を用いて制御情報を修正する（Ｓ５）。
溶接制御装置３０の制御部３１は、修正した制御情報、即ち、制御情報出力部３３４により出力された結果の制御情報に応じて、積層造形装置１１を制御し、溶接装置１００は、この制御情報に基づく積層造形装置１１の動作により、アーク溶接を実行して、三次元構造体を造形する（Ｓ６）。
溶接制御装置３０は、修正した制御情報に基づき、適切に積層造形装置１１を制御できる。また、溶接装置１００は、積層造形装置１１を用いて適切なアーク溶接を実行し、模擬形状に近い三次元構造体を造形できる。
本実施形態によれば、特性プロファイルに基づく形状予測を活用することにより、別途、実験で、条件補正量のテーブルを用意するよりも、はるかに手間を削減できる。また、ビードオンプレート（ＢＯＰ）試験の結果をそのまま利用するよりも差分を正確に補正できる。また、様々な積層のパターンや溶接条件においても、適切な補正量を算出できる。
図８は、溶接ビード２８を積層する層数の増加に応じて、高さの差分を解消するための方法を説明するグラフである。直線Ｌ１が、模擬形状において目標とする計画高さであり、高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４・・・が、計画高さである。
最初に制御情報生成装置３３は、計画高さＨ１に対し、実績形状である実際の高さＨ１１との差分Δｈ１を抽出する。次に制御情報生成装置３３は、当初予定の計画高さＨ２では低いため、１層目で低かった分である差分Δｈ１を加算することにより、次の狙い高さＨ２２＝当初予定の計画高さＨ２＋Δｈ１を出力する。しかしながら、制御情報生成装置３３は、計測により、２層目の実際の高さＨ２１が、当初予定の計画高さＨ２よりΔｈ２だけ低いことを見出した。
このように、溶接計画と実績形状の高さの差分が生じた場合に、高さの差分に対応した補正値より制御情報を制御しても、差分が十分に解消されないことがある。即ち、定常的な高さの誤差が残ってしまう事象が起こり得る。
そこで制御情報生成装置３３の制御情報出力部３３４は、３層目において、当初予定の計画高さＨ３よりΔｈ２だけかさ上げした狙い高さＨ３２を出力する。即ち、制御情報出力部３３４は、差分よりも大きい値の補正目標値を設定して、補正目標値に応じて補正した制御情報を出力する。これにより、制御情報生成装置３３は、差分よりも大きい値を目標値に設定することになり、高さの修正に十分寄与する補正値を得ることができる。この方法は、積層高さの補正のみならず、積層幅、積層断面積などにも適用可能である。
図９は、溶接ビード２８を積層する層数の増加に応じて、高さの差分を解消するための他の方法を説明するグラフである。直線Ｌ２が、模擬形状において目標とする計画高さであり、高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６・・・が、計画高さである。
最初に制御情報生成装置３３は、計画高さＨ１に対し、実績形状である実際の高さＨ１１との差分Δｈ１を抽出する。
次に制御情報生成装置３３は、当初予定の計画高さＨ２では低いため、１層目で低かった分である差分Δｈ１を加算することにより、次の狙い高さＨ２２＝当初予定の計画高さＨ２＋Δｈ１を出力する。しかしながら、制御情報生成装置３３は、計測により、２層目の実際の高さＨ２１が、当初予定の計画高さＨ２よりΔｈ２だけ低いことを見出した。
そこで制御情報生成装置３３の制御情報出力部３３４は、図８の例と同様に、３層目において、当初予定の計画高さＨ３よりΔｈ１＋Δｈ２だけかさ上げした狙い高さＨ３２を出力する。
しかしながら、制御情報生成装置３３は、計測により、３層目の実際の高さＨ３１も、当初予定の計画高さＨ３よりΔｈ３だけ低いことを見出した。そこで制御情報生成装置３３の制御情報出力部３３４は、４層目において、当初予定の計画高さＨ４よりΔｈ１＋Δｈ２＋Δｈ３だけかさ上げした狙い高さＨ４２を出力する。これにより、制御情報生成装置３３は、差分よりも大きい値を目標値に設定することになり、高さの修正に十分寄与する補正値を得ることができる。特に図９に示す方法は、図８に示す方法に比べて、より差分の累積を抑制できる。この方法は、積層高さの補正のみならず、積層幅、積層断面積などにも適用可能である。
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、及び明細書の記載、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）指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得部と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算部と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力部と、
を備える制御情報生成装置。
この制御情報生成装置によれば、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近づけることができる。
（１）指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得部と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算部と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力部と、
を備える制御情報生成装置。
この制御情報生成装置によれば、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近づけることができる。
（２）前記制御情報出力部は、前記差分よりも大きい値の補正目標値を設定して、前記補正目標値に応じて補正した前記制御情報を出力する、（１）に記載の制御情報生成装置。
この制御情報生成装置によれば、差分よりも大きい値を目標値に設定することになり、高さの修正に十分寄与する補正値を得ることができる。
この制御情報生成装置によれば、差分よりも大きい値を目標値に設定することになり、高さの修正に十分寄与する補正値を得ることができる。
（３）前記特性プロファイルは、互いに隣接する複数の溶接ビードを積み重ねた前記疑似ブロック体の形状変化の特性を示すものである、（１）又は（２）に記載の制御情報生成装置。
この制御情報生成装置によれば、実際の三次元構造により適合した実績形状と模擬形状との差分を抽出できる。
この制御情報生成装置によれば、実際の三次元構造により適合した実績形状と模擬形状との差分を抽出できる。
（４）少なくとも前記溶接ビードの積層高さ、積層幅、積層断面積のいずれかを含む形状変化の特性を表す、複数種の前記特性プロファイルを備える、（１）～（３）のいずれか１つに記載の制御情報生成装置。
この制御情報生成装置によれば、複数種のプロファイルを考慮し、溶接ビードの種々の特性を総合的に考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近づけることができる。
この制御情報生成装置によれば、複数種のプロファイルを考慮し、溶接ビードの種々の特性を総合的に考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近づけることができる。
（５）指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
を備える制御情報生成方法。
この制御情報生成方法によれば、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近づけることができる。
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
を備える制御情報生成方法。
この制御情報生成方法によれば、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近づけることができる。
（６） （１）～（４）のいずれか１つに記載の制御情報生成装置と、
前記制御情報生成装置により出力された結果に応じて前記積層造形装置を制御する制御部を備える、溶接制御装置。
この溶接制御装置によれば、修正した制御情報に基づき、適切に積層造形装置を制御できる。
前記制御情報生成装置により出力された結果に応じて前記積層造形装置を制御する制御部を備える、溶接制御装置。
この溶接制御装置によれば、修正した制御情報に基づき、適切に積層造形装置を制御できる。
（７） （６）に記載の溶接制御装置と、
前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。
この溶接装置によれば、積層造形装置を用いて、適切なアーク溶接を実行し、模擬形状に近い三次元構造体を造形できる。
前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。
この溶接装置によれば、積層造形装置を用いて、適切なアーク溶接を実行し、模擬形状に近い三次元構造体を造形できる。
（８）指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成プログラムであって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
をコンピュータに実行させる制御情報生成プログラム。
この制御情報生成プログラムによれば、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近似できる。
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
をコンピュータに実行させる制御情報生成プログラム。
この制御情報生成プログラムによれば、溶接ビードの特性を考慮しながら、積層された溶接ビードの形状、即ち、三次元構造体の形状を、溶接計画に基づく模擬形状（計画形状）に近似できる。
１１ 積層造形装置
１５ 溶接トーチ
１７ 溶接ロボット
２１ ロボットコントローラ
２３ 溶加材供給部
２５ 溶接電源
３０ 溶接制御装置
３１ 制御部
３２ 形状センサ
３３ 制御情報生成装置
１００ 溶接装置
３３１ データ取得部
３３２ 計測部
３３３ 演算部
３３４ 制御情報出力部
Ｍ 溶加材（加工材料、溶接ワイヤ）
１５ 溶接トーチ
１７ 溶接ロボット
２１ ロボットコントローラ
２３ 溶加材供給部
２５ 溶接電源
３０ 溶接制御装置
３１ 制御部
３２ 形状センサ
３３ 制御情報生成装置
１００ 溶接装置
３３１ データ取得部
３３２ 計測部
３３３ 演算部
３３４ 制御情報出力部
Ｍ 溶加材（加工材料、溶接ワイヤ）
Claims (8)
- 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得部と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測部と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算部と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力部と、
を備える制御情報生成装置。 - 前記制御情報出力部は、前記差分よりも大きい値の補正目標値を設定して、前記補正目標値に応じて補正した前記制御情報を出力する、
請求項１に記載の制御情報生成装置。 - 前記特性プロファイルは、互いに隣接する複数の溶接ビードを積み重ねた前記疑似ブロック体の形状変化の特性を示すものである、
請求項１又は２に記載の制御情報生成装置。 - 少なくとも前記溶接ビードの積層高さ、積層幅、積層断面積のいずれかを含む形状変化の特性を表す、複数種の前記特性プロファイルを備える、
請求項１～３のいずれか１項に記載の制御情報生成装置。 - 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
を備える制御情報生成方法。 - 請求項１～４のいずれか１項に記載の制御情報生成装置と、
前記制御情報生成装置により出力された結果に応じて前記積層造形装置を制御する制御部を備える、溶接制御装置。 - 請求項６に記載の溶接制御装置と、
前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。 - 指定の制御条件に基づいて加工位置を予め定めた経路に沿って移動させつつ、溶融した加工材料を加工対象面に付加して形成される溶接ビードを用いて層形状を造形し、前記層形状を積層した三次元構造体を造形する積層造形装置を制御する、制御情報を生成する制御情報生成プログラムであって、
前記溶接ビードの形状を模擬したビードモデルを複数積層して得られる疑似ブロック体に対する、前記制御条件を変更した場合に生じる前記溶接ビードの形状変化の特性プロファイルを取得するデータ取得工程と、
造形した前記三次元構造体の高さ又は幅を少なくとも含む実績形状を計測する計測工程と、
前記三次元構造体の形状を前記ビードモデルの積層により模擬した模擬形状と前記実績形状とを比較して、双方の形状の差分を抽出する演算工程と、
前記差分を解消する前記制御条件の補正値を前記特性プロファイルから求め、前記補正値に応じて補正した前記制御情報を出力する制御情報出力工程と、
をコンピュータに実行させる制御情報生成プログラム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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