JP2024011755A - 制御情報生成装置、制御情報生成方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ビードを形成する造形パスの本数を、元の造形パスから大きな変更を加えることなく減らして生産性を向上させる制御情報が生成可能な制御情報生成装置、制御情報生成方法及びプログラムを提供する。【解決手段】制御情報生成装置１００は、造形パスの情報を取得する造形情報取得部１７と、取得した造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定する接続位置特定部１９と、接続位置で一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、一対の造形パス同士を連結する造形パス連結部２１と、造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで造形パス同士の連結を繰り返し、連結された造形パスの情報を制御情報として出力する制御情報出力部２３と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、制御情報生成装置、制御情報生成方法及びプログラムに関する。

近年、３Ｄプリンタを用いた積層造形による部品製造のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。例えば特許文献１には、積層造形におけるビード形成軌道（造形パス）を、ビードの重なり及び加工材料の偏りが低減されるように修正して、造形品質を向上させる方法が提案されている。この方法では、造形パスとビード断面の基準幅に基づいてビード幅を調整した後に、造形パスを修正している。

特公昭４７－０１１８１７号公報

積層造形においては、複数の造形パスを様々なスタイルで隣接させて所望の形状を造形する。その造形パスは、パスの数が多くなるほど始端、終端の数も増えて造形を停止させる頻度が高まる。そのため、生産性の観点から造形パスの数はできるだけ減らしたい要求がある。しかし、造形物の形状が複雑であるほど生成できる造形パスの種類が限られるため、パスの数を一概に減らすことは難しい。そのような事情から、汎用的にパスの数を減らす手法の開発が求められている。特許文献1には造形パスの修正方法について記載されるが、造形パス自体の本数を減らすことについては言及されていない。

そこで本発明は、ビードを形成する造形パスの本数を、元の造形パスから大きな変更を加えることなく減らして生産性を向上させる制御情報が生成可能な制御情報生成装置、制御情報生成方法及びプログラムの提供を目的とする。

本発明は、下記の構成からなる。
（１） 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記造形パスの情報を取得する造形情報取得部と、
取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定する接続位置特定部と、
前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結するパス連結部と、
前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として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） 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記造形パスの情報を取得し、
取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定し、
前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結し、
前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として出力する、
制御情報生成方法。
（３） 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成するプログラムであって、
コンピュータに、
前記造形パスの情報を取得させる機能と、
取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定させる機能と、
前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結させる機能と、
前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として出力させる機能と、
を実現するためのプログラム。

本発明によれば、ビードを形成する造形パスの本数を、元の造形パスから大きな変更を加えることなく減らして生産性を向上できる。

図１は、制御情報生成装置を含む積層造形システムのブロック構成図である。 図２は、制御情報生成装置による造形パスの変更手順を示すフローチャートである。 図３は、造形パスを変更する手順を段階的に示す説明図である。 図４は、接続パスを追加する他の例を（Ａ），（Ｂ）に示す説明図である。 図５は、接続パスを追加する他の例を（Ａ），（Ｂ）に示す説明図である。 図６は、接続パスを追加する更に他の例を（Ａ）～（Ｃ）に示す説明図である。 図７Ａは、図６に示す各パスに沿って形成したビードの様子を模式的に示す説明図である。 図７Ｂは、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の切断位置を図６に示す切断位置と異ならせた場合に形成されるビードを模式的に示す説明図である。 図７Ｃは、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の切断位置を接続位置Ｐ_１，Ｐ_２と同じ側にした場合に形成されるビードを模式的に示す説明図である。 図８Ａは、ラスター状の造形パスを連結する接続パスの種類を示す説明図である。 図８Ｂは、ラスター状の造形パスを連結する接続パスの種類を示す説明図である。 図８Ｃは、ラスター状の造形パスを連結する接続パスの種類を示す説明図である。 図９は、多重環状の造形パスを変更する手順を段階的に示す説明図である。 図１０は、多重環状の造形パスの他の例を示す説明図である。 図１１は、１つの層形状を複数のブロックに分割した様子を示す造形パスの説明図である。

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。ここで示す制御情報生成装置は、溶接ビードを形成する積層造形装置を制御するための制御情報を生成するが、制御対象はこれに限らず、他の造形方式の装置を制御する制御情報を生成するものでもよい。

＜積層造形システム＞
図１は、制御情報生成装置１００を含む積層造形システム２００のブロック構成図である。
積層造形システムは、制御情報生成装置１００と、制御情報記憶部１１と、積層造形装置１３とを備える。制御情報生成装置１００は、積層造形装置１３を制御するための制御情報を生成し、制御情報記憶部１１は生成された制御情報を積層造形装置１３に出力可能に記憶する。積層造形装置１３は、図示はしないが、トーチを移動させる多軸ロボット等のマニピュレータ、溶接電源、溶加材の送給機構等を有する溶接部と、溶接部の各部を制御する制御部１５とを備える。制御部１５は、所望の形状の造形物に対応する制御情報を制御情報記憶部１１から読み取り、読み取った制御情報に基づいて溶接部を制御して造形物を製造する。つまり、積層造形装置１３は、予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加してビードを形成する。これにより形成されるビードを用いて、層形状のビード層を繰り返し形成し、ビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する。

上記した制御情報には、積層造形装置１３がビード形成のためにトーチを移動させる経路を表す造形パス、及びビード形成時の溶接条件等の指令情報を記録した造形プログラムが含まれる。造形プログラムは、多数の命令コードにより構成され、造形物の形状、材質、入熱量等の諸条件に応じて、適宜なアルゴリズムに基づいて作成される。

制御情報生成装置１００は、それぞれ詳細を後述する造形情報取得部１７と、接続位置特定部１９と、造形パス連結部２１と、制御情報出力部２３とを備える。各部の機能を概略的に表すと、次のとおりである。
造形情報取得部１７は、製造しようとする造形物の造形形状と溶接条件の情報、又はその情報に応じて所定のアルゴリズムにより設定された造形パスを含む造形計画の情報を取得する。ここでいう造形パスとは、例えば、トーチを移動させてビードを形成する際のトーチの移動軌跡である。また、造形形状の情報としては、例えばＣＡＤデータを使用できる。

接続位置特定部１９は、取得した造形パスの情報から、互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パスを抽出し、その一対の造形パス同士を接続して１つの造形パスにする接続位置を特定する。

造形パス連結部２１は、接続位置における一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに造形パスに追加する。これにより、前述した一対の造形パス同士が連結されて、１つの連続した造形パスとなる。

制御情報出力部２３は、造形パスの本数が予め定めた上限数以下になるまで、上記した造形パス同士の連結を繰り返す。そして、互いに連結させた造形パスの情報を制御情報として出力する。なお、制御情報出力部２３は、制御情報生成装置１００が備えるディスプレイ等の不図示の出力デバイスを用いて、変更した造形パスに関する情報を表示する機能を有してもよい。

制御情報生成装置１００は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）などの情報処理装置により構成される。上記した各部の機能は、それぞれに用意されたプロセッサが特定の機能を有するプログラムを読み出し、これを実行することで実現される。具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）などのプロセッサ、又は専用回路が、揮発性の記憶領域であるＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性の記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）などのメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）などのストレージに記憶されたプログラムを読み出して、実行する。

＜造形パスの変更手順＞
次に、上記構成の制御情報生成装置１００により、造形パスを変更する手順を詳細に説明する。図２は、制御情報生成装置１００による造形パスの変更手順を示すフローチャートである。図３は、造形パスを変更する手順を段階的に示す説明図である。
まず、造形情報取得部１７は、製造しようとする造形物の造形パスの情報を取得する（Ｓ１）。例えば、製造しようとする造形物の造形パスを含む造形計画が予め用意されている場合、造形情報取得部１７は、その造形計画の情報を読み取り、造形計画から造形パスの情報を取得する。

また、造形情報取得部１７は、入力された造形形状と溶接条件の情報から造形計画を作成して造形パスの情報を取得してもよい。その場合、造形情報取得部１７は、図３のＳｔ．１に示すように、造形形状のモデルを溶接ビードの高さに応じて層分割した層形状２５を求める。そして、Ｓｔ．２に示すように、求めた層形状２５を溶接ビードの形状に分解することで、溶接ビードにより層形状２５を形成するための複数（合計ｎ本とする）の造形パスＰＳ_ｉ（ｉは１～ｎ）を求める。層形状２５を形成する造形パスは、層形状２５の外縁を形成する環状の造形パスＰＳ_ＯＵＴと、環状の造形パスＰＳ_ＯＵＴの内側を埋める直線状の造形パスＰＳ_ｉとがあるが、ここでは、環状の造形パスＰＳ_ＯＵＴの内側を埋める直線状の複数の造形パスＰＳ_ｉについて説明する。

接続位置特定部１９は、Ｓｔ．２に示すパス情報に含まれる複数の造形パスＰＳ_ｉ又は上記した造形計画から求めた複数の造形パスＰＳ_ｉのうち、互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パスＰＳ_ｉ，ＰＳ_ｉ＋１を抽出する。ここでは、例えば造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２を抽出している。そして、各造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の互いに隣り合う端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ａを、接続位置として特定する（Ｓ２）。

造形パス連結部２１は、この特定された接続位置に新たな接続パスＰＳＣを設ける。つまり、一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の端部ＰＣ_１Ａと端部ＰＣ_２Ａとを連結する接続パスＰＳＣを、既存の造形パスに追加する（Ｓ３）。追加した接続パスＰＳＣは、造形パスＰＳ_１と造形パスＰＳ_２とを連結した１本のパスを構成する。これにより造形パスＰＳ_ｉの合計本数が１つ減少する。

上記の処理を、予め定めたパスの合計本数の上限数Ｎに達するまで次の造形パスＰＳ_ｉ＋１について同様に実施する（Ｓ４）。Ｓｔ．４に示すように、一対の造形パスＰＳ_２，ＰＳ_３を抽出して、端部ＰＣ_２Ｂと端部ＰＣ_３Ｂとを結ぶ接続パスＰＳＣを設ける。こうして、Ｓｔ．５に示すように、各造形パスＰＳｉを接続パスＰＳＣにより連結する。

このように複数の造形パスを連結して合計パス数を減らすことで、ビード形成時におけるアークスタートとアークエンドといった動作時間を削減でき、合計の造形時間を短縮できる。また、アークスタートとアークエンドで形成されるビードの形状は、ビード中間位置での形状とはビード高さ、ビード幅が異なる傾向があり、造形形状が不安定になりやすい。そのような不安定な形状となる箇所を低減できるため、造形物の造形精度をより高められる。

また、造形計画に基づく造形パスをベースにして隣り合うパス同士を連結するため、ベースとなった元の造形パスから大きな変更を加えることがない。これにより、元の造形計画からの変化が小さく抑えられ、例えば積層造形装置１３のトーチ姿勢の制約等により、造形を困難にする事態を生じさせない。

＜接続パスの他の設定＞
図４は、接続パスを追加する他の例を（Ａ），（Ｂ）に示す説明図である。
図４の（Ａ）に示すように、互いに隣り合って配置され、形成順が連続する造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の端部ＰＣ_１ａ，ＰＣ_２ａに接続される線を接続パスＰＳ_Ｃとし、接続パスＰＳＣと造形パスＰＳ_２との交差角のうち小さい側の交差角をθとする。この場合、接続位置特定部１９は、交差角θが予め定めた規定角度以上になるように接続位置を特定する。

例えば、図４の（Ａ）に示すように交差角θが３０°程度であると、ビード同士が接続される端部ＰＣ_２Ａにおいて、ビード形成時に巣の発生、ビード高さと幅の変化が生じやすくなり、造形形状が安定しない。そこで、図４の（Ｂ）に示すように交差角θを鈍角に近づけることで、上記したビードの不具合を防止でき、端部ＰＣ_２Ａに良好なビードを形成できる。

図４の（Ｂ）に示す例では、一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ａ同士を結ぶ線（接続パスＰＳＣ）と、端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ａの近傍に配置される壁部（他のパスによるビード又は既設物）３１とが略平行になる交差角θに設定されるように、接続位置を特定している。換言すれば、接続位置特定部１９は、交差角θが規定角度以上となる造形パス上の位置を接続位置に特定する。そして、造形パス連結部２１が接続位置に接続パスＰＳＣを設ける。これにより、接続位置においても形状精度の高いビード形成が可能となり、造形物の寸法精度の向上に寄与できる。

図５は、接続パスを追加する他の例を（Ａ），（Ｂ）に示す説明図である。
図５の（Ａ）に示すように、一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ａが、対向する壁部（他のパスによるビード又は既設物）３１に接触又は接近している場合、ビード形成時に壁部３１との間に巣が形成されたり、壁部３１との融合によるビード高さの変動等が生じたりする。

このように、一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の端部ＰＣ_１ａ，ＰＣ_２ａと、その造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２を長手方向に延長した場合に突き当たる壁部（他のパスによるビード又は既設物）３１との間隔が、予め定めた規定距離以下になる場合に、接続位置特定部１９は、図５の（Ｂ）に示すように端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ａを壁部３１から離す方向にずらし、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２のパス長を短縮しつつ、各端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ｂを接続位置に特定する。そして、造形パス連結部２１が、特定した接続位置に接続パスＰＳＣを設ける。なお、図５の（Ｂ）では、端部ＰＣ_１Ａ，ＰＣ_２Ａの両方が壁部３１に接近しているため、両方をずらしているが、片方の端部だけが壁部３１に接近している場合には、その接近した片方の端部だけずらしてもよい。

これによれば、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２のパス長が短縮され、全パスの合計長さが造形パス同士の連結によって連結前より著しく増えることはない。よって、充填するビード体積が造形計画より過剰に増加することを防止できる。また、パス長を調整することで、厳格な調整が必要なビード積層条件（主にビード幅やビード同士のオーバーラップ量）を変更しなくて済む。

図６は、接続パスを追加する更に他の例を（Ａ）～（Ｃ）に示す説明図である。
図６の（Ａ）に示すように、一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２のそれぞれの途中位置を接続位置とし、この接続位置で造形パスＰＳ_１と造形パスＰＳ_２とを連結する接続パスＰＳＣを設けてもよい。その場合、造形パスＰＳ_１では、ビード形成方向Ｄ_１に沿って接続位置Ｐ_１に到達すると、パスが元々の造形パスＰＳ_１の延びる方向Ｄ_２と接続パスＰＳＣの延びる方向Ｄ_３とに分岐する。同様に、造形パスＰＳ_２の途中の接続位置Ｐ_２もパスが二方向に分岐する。つまり、接続パスＰＳＣを一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２に追加することで、そのパスが二方向以上に分岐する。

そこで、図６の（Ｂ）に示すように、造形パスＰＳ_１の接続パスＰＳＣとの接続位置Ｐ_１において、造形パスＰＳ_１の接続位置Ｐ_１を挟んだ一方の側と他方の側とのうち、いずれか一方の側の造形パスＰＳ_１をその接続位置Ｐ_１で切断する。ここでは、造形パスＰＳ_１を接続位置Ｐ_１の右側で切断している。同様に、造形パスＰＳ_２の接続パスＰＳＣとの接続位置Ｐ_２において、造形パスＰＳ_２の接続位置Ｐ_２を挟んだ一方の側と他方の側とのうち、いずれか一方の側の造形パスＰＳ_２をその接続位置Ｐ_２で切断する。ここでは、造形パスＰＳ_２を接続位置Ｐ_２の左側で切断している。

その結果、図６の（Ｃ）に示すように、造形パスＰＳ_１は接続位置Ｐ_１で接続パスＰＳＣに接続され、接続位置Ｐ_２で造形パスＰＳ_２に接続される。また、接続位置Ｐ_１で切断された造形パスＰＳ_１の残りの造形パスＰＳ_１－Ｄは、元の造形パスＰＳ_１から切り離され、端部位置Ｐ_１－Ａを始点とする独立した造形パスとなる。接続位置Ｐ_２で切断された造形パスＰＳ_２－Ｄも同様に、端部位置Ｐ_２－Ａを始点とする独立した造形パスとなる。このようにすれば、造形パスの端部以外の任意の位置に接続パスＰＳＣを追加できる。

図７Ａは、図６に示す各パスに沿って形成したビードの様子を模式的に示す説明図である。
一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２は、接続位置Ｐ_１，Ｐ_２に設けた接続パスＰＳＣにより連結されるとともに、造形パスＰＳ_１－Ｄ，ＰＳ_２－Ｄが元の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２から切り離される。この場合、連結された逆Ｓ字状の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２のビードＢの一部に、造形パスＰＳ_１－Ｄ，ＰＳ_２－ＤのビードＢが重なり合って配置される。その結果、パス同士の間がビードにより隙間なく充填される。

図７Ｂは、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の切断位置を図６に示す切断位置と異ならせた場合に形成されるビードを模式的に示す説明図である。
図７Ｂに示すように、造形パスＰＳ_１の切断を接続位置Ｐ_１の左側、造形パスＰＳ_２の切断を接続位置Ｐ_２の右側にして、図７Ａに示す切断位置とは逆側にした場合、連結されたＳ字状の造形パスＰＳ_２，ＰＳ_１のビードＢの一部に、造形パスＰＳ_１－Ｄ，ＰＳ_２－ＤのビードＢが重なり合って配置される。その結果、パス同士の間がビードにより隙間なく充填される。

図７Ｃは、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の切断位置を接続位置Ｐ_１，Ｐ_２と同じ側にした場合に形成されるビードを模式的に示す説明図である。
図７Ｃに示すように、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の切断位置を、共に接続位置Ｐ_１，Ｐ_２の右側に設けると、造形パスＰＳ_１、接続パスＰＳＣ、造形パスＰＳ_２によって矩形状に折り返すパスが形成される。この場合、接続パスＰＳＣに対向する造形パスＰＳ_１－Ｄと造形パスＰＳ_２－Ｄとの間に、ビードＢが充填されにくい領域Ｋが生じる。つまり、図７Ａ，図７Ｂに示すパスをＳ字状又は逆Ｓ字状に接続する場合は、図７Ｃに示す場合に比べて隣接するビードとオーバーラップさせやすく、未溶着欠陥の発生を抑制できる。なお、造形計画で、図７Ｃの形態が生じる場合には、入熱量の増加、溶接速度の低下、溶加材送給速度の増加、等の調整により、領域Ｋにビードを確実に充填させることができる。

＜曲線状の接続パス＞
図８Ａ，図８Ｂ，図８Ｃは、ラスター状の造形パスを連結する接続パスの種類を示す説明図である。
造形物の積層造形では、造形物を層分割した形状のビード層を、主にラスター状の造形パスＰＳに沿ってビード形成して作製している。ここでいうラスター状とは、複数の直線状の造形パスＰＳが互いに平行に等間隔で配列されている状態を意味する。このラスター状の造形パスＰＳは、直線状の造形パスの端部同士が接続パスＰＳＣにより連結される。つまり、接続パスＰＳＣは、複数列の造形パスＰＳの開始点又は終了点を接続位置として連結される。これにより、互いに近接する端部同士が連結され、ラスター状に配置された各造形パスは効率よく連結される。

接続パスＰＳＣは、図８Ａに示すように、前述した造形パスの端部同士を直線で矩形状に連結する以外にも、図８Ｂに示すように、円弧状のパスでもよく、図８Ｃに示すように、複数の曲率を有する曲線からなるパスでもよい。接続パスＰＳＣの形状に曲線を取り入れることで、隣接する造形パス同士のオーバーラップ量、又は造形パスと壁部（不図示）とのオーバーラップ量を接続パスＰＳＣの部分で調整でき、未溶着欠陥の発生をより確実に防止できる。

＜多重環状の造形パス＞
次に、層形状のビード層の造形パスが多重環状に配置される場合の、各造形パスを連結する手順を説明する。
図９は、多重環状の造形パスを変更する手順を段階的に示す説明図である。
まず、造形情報取得部１７は、図９のＳｔ．１に示すように、造形形状のモデルを溶接ビードの高さに応じて層分割した層形状を求める。そして、Ｓｔ．２に示すように、求めた層形状を溶接ビードの形状に分解することで、溶接ビードにより層形状を形成するための複数（合計ｎ本とする）の同心状に複数のパスが配置された多重環状の造形パスＰＳ_ｉ（ｉは１～ｎ）を求める。

次に、接続位置特定部１９は、Ｓｔ．２に示す複数の造形パスＰＳ_ｉから、互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パスＰＳ_ｉ，ＰＳ_ｉ＋１を抽出する。ここでは、Ｓｔ．３に示すように、層形状の外周側から順に造形パスＰＳ_１と造形パスＰＳ_２を抽出している。そして、接続位置特定部１９は、各造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の任意の位置を、接続位置Ｐ_１，Ｐ_２として特定する。

造形パス連結部２１は、Ｓｔ．４に示すように、一対の造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２の接続位置Ｐ_１と接続位置Ｐ_２とを連結する接続パスＰＳＣを、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２に連結された１つの連続したパスにする。ここで、造形パスＰＳ_１，ＰＳ_２を切断した残りのパスの端部は、端部位置Ｐ_１－Ａ，Ｐ_２－Ａとして示している。

接続位置特定部１９は、造形パスＰＳ_２と更に内周側の造形パスＰＳ_３について、追加された端部位置Ｐ_２－Ａの近傍で接続位置Ｐ_３を特定し、端部位置Ｐ_２－Ａと接続位置Ｐ_３を新たな接続位置に特定する。造形パス連結部２１は、端部位置Ｐ_２－Ａと接続位置Ｐ_３とを結ぶ接続パスＰＳＣを、造形パスＰＳ_２と造形パスＰＳ_３に連結された１つの連続したパスにする。

このようにして、層形状の外周側から内周側に向けて造形パスＰＳ_１～ＰＳ_ｎを切断及び連結することで造形パスＰＳ_１の端部位置Ｐ_１－Ａから造形パスＰＳ_ｎの端部位置Ｐ_ｎ－Ａまで１本のパスにする。これによれば、環状中心（層形状の中心）Ｏから径方向に沿って接続パスＰＳＣを含む１本のパスで層形状を連続して造形できる。なお、上記の処理は、最終的にパス数を１本にすることに限らず、当初のパス数ｎを減少できればよい。

＜多重環状の造形パスの他の例＞
図１０は、多重環状の造形パスの他の例を示す説明図である。
前述の図９に示すパスの連結手順は、環状中心Ｏから径方向に沿って接続パスＰＳＣを設けていたが、図１０に示す多重環状の造形パスの場合は、接続位置を環状の周方向に異ならせる。具体的には、パスの環状中心Ｏから任意に定めた造形パスＰＳ_１の接続位置Ｐ_１に向けて径方向外側に延びる仮想直線Ｌ_１を設定する。接続位置Ｐ_１で切断される造形パスＰＳ_１の端部位置をＰ_１－Ａとする。

そして、仮想直線Ｌ_１を環状中心Ｏで固定して、環状中心Ｏにおける中心角をφだけずらした方向に仮想直線Ｌ_２を設定し、仮想直線Ｌ_２と造形パスＰＳ_２との交点を造形パスＰＳ_２の接続位置Ｐ_２に設定する。また、接続位置Ｐ_２で切断される造形パスＰＳ_２の端部位置をＰ_２－Ａとする。得られた端部位置Ｐ_２－Ａと接続位置Ｐ_１とを接続パスＰＳＣで連結する。

上記の手順を造形パスＰＳ_３から造形パスＰＳ_ｎまで繰り返し、造形パスＰＳ_ｎの端部位置Ｐ_ｎ－Ａを求める。つまり、多重環状の造形パスＰＳ_ｉの環状中心Ｏから径方向外側に延びる仮想直線Ｌ_ｉを造形パスＰＳ_ｉ毎に設定し、仮想直線Ｌ_ｉを、径方向内側の造形パスから径方向外側の造形パスまで、環状中心Ｏでの中心角φを一方向（図１０では時計回り）に増加させ、造形パスＰＳ_ｉとその造形パスＰＳ_ｉに対応する仮想直線Ｌ_ｉとの交点を接続位置Ｐ_ｉとしてそれぞれ抽出する。これにより、造形パスＰＳ_１の端部位置Ｐ_１－Ａから造形パスＰＳ_ｎの端部位置Ｐ_ｎ－Ａまでが１本のパスとなり、層形状を連続して造形できる。この場合、接続パスＰＳＣがパス毎に異なる周方向位置に設けられ、接続パスＰＳＣを分散させて配置できる。これにより、接続パスＰＳＣが特定の位置に集中せず、層全体を均質に形成できる。

＜複雑形状の造形パス＞
図１１は、１つの層形状２５を複数のブロックに分割した様子を示す造形パスの説明図である。
層形状２５が複雑である場合には、層形状２５を複数の単純形状のブロック２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに分割すればよい。単純形状とは、長方形、正方形、三角形、円、楕円、等が挙げられる。その場合、各ブロック内では、造形パスを図１１に示すラスター状、又は図示は省略するが多重環状の配置にできるため、造形パスの方向が一致するブロック内で、隣接するパス同士の間に接続パスを設け、各パスを連結してもよい。これによれば、複雑な層形状２５であっても、少ないパス数で層形状２５を造形できる。

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、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） 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積
層造形装置を制御するための制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
前記造形パスの情報を取得する造形情報取得部と、
取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定する接続位置特定部と、
前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結するパス連結部と、
前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として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、造形情報取得部が取得した造形パスの情報から、接続位置特定部が一対の造形パスの接続位置を特定し、その接続位置にパス連結部が接続パスを追加して造形パス同士を連結する処理を繰り返す制御情報が出力される。この制御情報に基づいて積層造形することで、造形パスの数を減らしてアークスタートとアークエンドの動作時間を削減でき、造形時間を短縮できる。また、造形物の造形精度をより高められる。

（２） 前記接続位置特定部は、前記造形パスと当該造形パスに連結される前記接続パスとの交差角のうち小さい側の交差角が、予め定めた規定角度以上になる前記接続位置を特定する、（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、造形パスと接続パスとの接続部分で、ビード形成時に巣の発生、ビード高さと幅の変化が生じにくくなる。
（３） 前記接続位置特定部は、前記一対の造形パスの端部と、当該造形パスを長手方向に延長した場合に突き当たる他の造形パス又は既設物との間隔が、予め定めた規定距離以下になる場合に、前記造形パスの端部を前記他の造形パス又は既設物から離す方向にずらしてパス長さを短縮し、該短縮された前記造形パスの端部を前記接続位置に特定する、（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、造形パスの端部と他の造形パス又は既設物との間で、巣の発生、ビード高さと幅の変化が生じにくくなる。また、パス長が短縮されるため、全パスの合計長さが連結前より著しく増えないため、充填するビード体積の過剰な増加を防止できる。

（４） 前記パス連結部は、前記接続パスを前記一対の造形パスに追加することで当該造形パスがそれぞれ二方向以上に分岐する場合に、前記造形パスを、前記接続パスとの接続位置を挟んだ一方の側と他方の側のうちいずれか一方の側の前記接続位置で切断する、（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、造形パスの端部以外の任意の位置に接続パスを追加できる。

（５） 前記造形パスは、ラスター状に配置され、
前記接続位置特定部は、並設された複数の前記造形パスの開始点又は終了点を前記接続位置として抽出する、（１）から（５）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、ラスター状に配置された各造形パスを接続パスにより効率よく連結できる。

（６） 前記造形パスは、多重環状に配置され、
前記接続位置特定部は、前記造形パスの一部を切断した切断位置と、他の隣り合う前記造形パスとを前記接続パスにより連結する、（１）から（５）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、多重環状に配置された各造形パスを接続パスにより効率よく連結できる。

（７） 前記接続位置特定部は、前記多重環状の造形パスの環状中心から半径方向外側に延びる仮想直線を前記造形パス毎に設定し、前記仮想直線を、径方向内側の造形パスから径方向外側の造形パスまで、前記環状中心での中心角を一方向に増加させ、前記造形パスと該造形パスに対応する前記仮想直線との交点を前記接続位置としてそれぞれ抽出する、
請求項７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、接続パスがパス毎に異なる周方向位置に設けられ、接続パスを分散させて配置できる。これにより、接続パスが特定の位置に集中せず、層全体を均質に形成できる。

（８） 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
前記造形パスの情報を取得し、
取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定し、
前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結し、
前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として出力する、
制御情報生成方法。
この制御情報生成方法によれば、取得した造形パスの情報から一対の造形パスの接続位置を特定し、その接続位置に接続パスを追加して造形パス同士を連結する処理が繰り返される制御情報が出力される。この制御情報に基づいて積層造形することで、造形パスの数を減らしてアークスタートとアークエンドの動作時間を削減でき、造形時間を短縮できる。また、造形物の造形精度をより高められる。

（９） 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成するプログラムであって、
コンピュータに、
前記造形パスの情報を取得させる機能と、
取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定させる機能と、
前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結させる機能と、
前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として出力させる機能と、
を実現するためのプログラム。
このプログラムによれば、取得した造形パスの情報から一対の造形パスの接続位置を特定し、その接続位置に接続パスを追加して造形パス同士を連結する処理が繰り返す制御情報が出力される。この制御情報に基づいて積層造形することで、造形パスの数を減らしてアークスタートとアークエンドの動作時間を削減でき、造形時間を短縮できる。また、造形物の造形精度をより高められる。

１１ 制御情報記憶部
１３ 積層造形装置
１５ 制御部
１７ 造形情報取得部
１９ 接続位置特定部
２１ 造形パス連結部
２３ 制御情報出力部
２５ 層形状
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ ブロック
３１ 壁部
１００ 制御情報生成装置
２００ 積層造形システム
ＰＳ 造形パス
ＰＳＣ 接続パス
Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３ 接続位置

Claims (10)

1. 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成する制御情報生成装置であって、
   前記造形パスの情報を取得する造形情報取得部と、
   取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定する接続位置特定部と、
   前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結するパス連結部と、
   前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として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. 前記接続位置特定部は、前記造形パスと当該造形パスに連結される前記接続パスとの交差角のうち小さい側の交差角が、予め定めた規定角度以上になる前記接続位置を特定する、
   請求項１に記載の制御情報生成装置。
3. 前記接続位置特定部は、前記一対の造形パスの端部と、当該造形パスを長手方向に延長した場合に突き当たる他の造形パス又は既設物との間隔が、予め定めた規定距離以下になる場合に、前記造形パスの端部を前記他の造形パス又は既設物から離す方向にずらしてパス長さを短縮し、該短縮された前記造形パスの端部を前記接続位置に特定する、
   請求項１に記載の制御情報生成装置。
4. 前記接続位置特定部は、前記一対の造形パスの端部と、当該造形パスを長手方向に延長した場合に突き当たる他の造形パス又は既設物との間隔が、予め定めた規定距離以下になる場合に、前記造形パスの端部を前記他の造形パス又は既設物から離す方向にずらしてパス長さを短縮し、該短縮された前記造形パスの端部を前記接続位置に特定する、
   請求項２に記載の制御情報生成装置。
5. 前記パス連結部は、前記接続パスを前記一対の造形パスに追加することで当該造形パスがそれぞれ二方向以上に分岐する場合に、前記造形パスを、前記接続パスとの接続位置を挟んだ一方の側と他方の側のうちいずれか一方の側の前記接続位置で切断する、
   請求項１に記載の制御情報生成装置。
6. 前記造形パスは、ラスター状に配置され、
   前記接続位置特定部は、並設された複数の前記造形パスの開始点又は終了点を前記接続位置として抽出する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の制御情報生成装置。
7. 前記造形パスは、多重環状に配置され、
   前記接続位置特定部は、前記造形パスの一部を切断した切断位置と、他の隣り合う前記造形パスとを前記接続パスにより連結する、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の制御情報生成装置。
8. 前記接続位置特定部は、前記多重環状の造形パスの環状中心から半径方向外側に延びる仮想直線を前記造形パス毎に設定し、前記仮想直線を、径方向内側の造形パスから径方向外側の造形パスまで、前記環状中心での中心角を一方向に増加させ、前記造形パスと該造形パスに対応する前記仮想直線との交点を前記接続位置としてそれぞれ抽出する、
   請求項７に記載の制御情報生成装置。
9. 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成する制御情報生成方法であって、
   前記造形パスの情報を取得し、
   取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定し、
   前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結し、
   前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として出力する、
   制御情報生成方法。
10. 予め設定された造形パスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料を造形対象面に付加して形成したビードを用いて層形状のビード層を繰り返し形成し、前記ビード層が積層された三次元形状を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を生成するプログラムであって、
    コンピュータに、
    前記造形パスの情報を取得させる機能と、
    取得した前記造形パスの情報から互いに隣り合って配置され形成順が連続する一対の造形パス同士を接続する接続位置を特定させる機能と、
    前記接続位置で前記一対の造形パス同士を互いに連結する接続パスを新たに追加して、前記一対の造形パス同士を連結させる機能と、
    前記造形パスの数が予め定めた上限数以下になるまで前記造形パス同士の連結を繰り返し、連結された前記造形パスの情報を前記制御情報として出力させる機能と、
    を実現するためのプログラム。

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