JP2024049859A - 狙い位置設定方法、狙い位置設定装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形物を造形する際に、溶接ビードを形成するトーチの狙い位置を正確に設定することが可能な狙い位置設定方法、狙い位置設定装置及びプログラムを提供する。【解決手段】造形途中の積層体Ｗｈの形状を形状計測センサ２５によって計測して形状プロファイルＦｐを取得する形状プロファイル取得工程と、溶接ビードＢの積層方向に延伸する直線Ｌｐが形状プロファイルＦｐと交差する交点位置Ｐｉを取得する交点位置取得工程と、交点位置Ｐｉを基準として予め設定された範囲Ａ１，Ａ２内における形状プロファイルＦｐの情報量を算出する情報量算出工程と、情報量が閾値Ｎｔｈ以上である場合に、交点位置Ｐｉを基準に、次に積層させる溶接ビードＢを形成する際のトーチ１１の狙い位置候補として抽出する狙い位置抽出工程と、をこの順で含む。【選択図】図６

Description

本発明は、狙い位置設定方法、狙い位置設定装置及びプログラムに関する。

近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料へ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。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザー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。

特許文献１には、溶加材を溶融及び凝固させたビードをベース上に積層させて互いに対向する側壁部を造形し、側壁部の上端から側方へビードを積層させて側壁部の上端同士を連結させ、内部空間が形成された造形物を造形する技術が開示されている。

特開２０２０－６６０２７号公報

上記のように、ビードを積層させて造形物を造形する場合、造形途中の積層体の形状を計測センサによって計測して形状プロファイルを取得し、次パスのビードを形成するためのトーチの狙い位置を設定する。

しかし、造形途中の積層体の形状を計測する際に、死角や積層体のビードの表面性状によっては、次パスのビードの積層に必要な形状プロファイルの情報を十分に把握することが困難な場合がある。

このような場合、次パスのビードを形成する際のトーチの狙い位置を正確に把握することが困難になり、積層の失敗や装置のエラーを引き起こすおそれがある。特に、オーバーハング部の造形では、正確なトーチの狙い位置の設定が要求されるため、形状プロファイルの情報が不十分であると、オーバーハング部を有する造形物を造形することが困難となる。

そこで本発明は、造形物を造形する際に、溶接ビードを形成するトーチの狙い位置を正確に設定することが可能な狙い位置設定方法、狙い位置設定装置及び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） 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定する狙い位置設定方法であって、
造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得工程と、
前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得工程と、
前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出工程と、
前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出工程と、
をこの順で含む、
狙い位置設定方法。
（２） 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定する狙い位置設定装置であって、
造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部と、
前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得部と、
前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出部と、
前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出部と、
を含む、
狙い位置設定装置。
（３） 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定するプログラムであって、
コンピュータに、
造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得機能と、
前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得機能と、
前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出機能と、
前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補として抽出する狙い位置抽出機能と、
を実現させるための、
プログラム。

本発明によれば、造形物を造形する際に、溶接ビードを形成するトーチの狙い位置を正確に設定できる。

図１は、積層造形システムの全体構成を示す概略図である。 図２は、形状計測センサによる形状計測の様子を模式的に示す説明図である。 図３は、積層体におけるトーチの狙い位置を模式的に示す説明図である。 図４は、狙い位置設定装置の機能ブロック図である。 図５は、狙い位置設定装置による狙い位置の設定手順を示すフローチャートである。 図６は、形状プロファイルを取得する工程を説明する模式図である。 図７は、計測条件を修正する工程を説明する模式図である。 図８は、変形例における形状計測センサによる形状計測の仕方を説明する模式図である。 図９は、合成形状プロファイルの生成工程を説明する模式図である。 図１０は、交点位置の抽出工程を説明する模式図である。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここで示す積層造形システムは、マニピュレータに保持された溶加材（溶接ワイヤ）を熱源装置によって溶融させて溶接ビードを形成し、形成された溶接ビードを所望の形状に繰り返し積層して、溶接ビードが積層されてなる造形物を造形するものである。狙い位置設定装置は、このような造形物を造形する積層造形装置において、造形途中の積層体に対してトーチの狙い位置を設定する。

＜積層造形システムの構成＞
上記の狙い位置設定装置を備えた積層造形システムの一構成例を説明する。
図１は、積層造形システムの全体構成を示す概略図である。
積層造形システム１００は、造形制御装置１５と、マニピュレータ１７と、溶加材供給装置１９と、マニピュレータ制御装置２１と、熱源制御装置２３とを含んで構成される。

マニピュレータ制御装置２１は、マニピュレータ１７と、熱源制御装置２３とを制御する。マニピュレータ制御装置２１には不図示のコントローラが接続されて、マニピュレータ制御装置２１の任意の操作がコントローラを介して操作者から指示可能となっている。

マニピュレータ１７は、例えば多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ１１には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１１は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。また、マニピュレータ１７の先端軸には、トーチ１１とともに形状計測センサ２５が設けられている。トーチ１１及び形状計測センサ２５の位置及び姿勢は、マニピュレータ１７を構成する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。マニピュレータ１７は、６軸以上の自由度を有するものが好ましく、先端の熱源の軸方向を任意に変化させられるものが好ましい。マニピュレータ１７は、図１に示す４軸以上の多関節ロボットの他、２軸以上の直交軸に角度調整機構を備えたロボット等、種々の形態であってもよい。

トーチ１１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。シールドガスは、大気を遮断し、溶接中の溶融金属の酸化、窒化などを防いで溶接不良を抑制する。本構成で用い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（Tungsten Inert Gas）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、造形対象に応じて適宜選定される。ここでは、ガスメタルアーク溶接を例に挙げて説明する。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、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１１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。

溶加材供給装置１９は、トーチ１１に向けて溶加材Ｍを供給する。溶加材供給装置１９は、溶加材Ｍが巻回されたリール１９ａと、リール１９ａから溶加材Ｍを繰り出す繰り出し機構１９ｂとを備える。溶加材Ｍは、繰り出し機構１９ｂによって必要に応じて正方向又は逆方向に送られながらトーチ１１へ送給される。繰り出し機構１９ｂは、溶加材供給装置１９側に配置されて溶加材Ｍを押し出すプッシュ式に限らず、ロボットアーム等に配置されるプル式、又はプッシュ－プル式であってもよい。

熱源制御装置２３は、マニピュレータ１７による溶接に要する電力を供給する溶接電源である。熱源制御装置２３は、溶加材Ｍを溶融、凝固させるビード形成時に供給する溶接電流及び溶接電圧を調整する。また、熱源制御装置２３が設定する溶接電流及び溶接電圧等の溶接条件に連動して、溶加材供給装置１９の溶加材供給速度が調整される。

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、アークとレーザーとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビーム又はレーザー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。電子ビーム又はレーザーにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、形成するビードの状態をより適正に維持して、積層構造物の更なる品質向上に寄与できる。また、溶加材Ｍの材質についても特に限定するものではなく、例えば、軟鋼、高張力鋼、アルミ、アルミ合金、ニッケル、ニッケル基合金など、造形物Ｗの特性に応じて、用いる溶加材Ｍの種類が異なっていてよい。

形状計測センサ２５は、トーチ１１に並設されており、トーチ１１とともに移動される。この形状計測センサ２５は、溶接ビードＢ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。この形状計測センサ２５としては、例えば、照射したレーザー光の反射光を高さデータとして取得するレーザーセンサが用いられる。なお、形状計測センサ２５としては、３次元形状計測用カメラを用いてもよい。

造形制御装置１５は、上記した各部を統括して制御する。

上記した構成の積層造形システム１００は、造形物Ｗの造形計画に基づいて作成された造形プログラムに従って動作する。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。この造形プログラムに従って、トーチ１１を移動させつつ、送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶接ビードＢがベース１３上に形成される。つまり、マニピュレータ制御装置２１は、造形制御装置１５から提供される所定のプログラムに基づいてマニピュレータ１７、熱源制御装置２３を駆動させる。マニピュレータ１７は、マニピュレータ制御装置２１からの指令により、溶加材Ｍをアークで溶融させながらトーチ１１を移動させて溶接ビードＢを形成する。このようにして溶接ビードＢを順次に形成、積層することで、目的とする形状の造形物Ｗが得られる。

また、積層造形システム１００では、図２に示すように、溶接ビードＢを順次に形成して積層する際に、造形途中の積層体Ｗｈの形状を形状計測センサ２５が計測して形状プロファイルを取得する。そして、図３に示すように、形状プロファイルに基づいて、次パスの溶接ビードＢを形成するためのトーチ１１の狙い位置Ｐｔを設定し、この狙い位置Ｐｔにトーチ１１を位置決めして溶接ビードＢを形成する。

ところで、造形途中の積層体Ｗｈの形状を計測する際に、形状計測センサ２５の計測範囲Ｍａ（図２参照）の死角や積層体Ｗｈの溶接ビードＢの表面性状によっては、次パスの溶接ビードＢの積層に必要な形状プロファイルの情報を十分に取得することが困難な場合がある。特に、オーバーハング部を造形する場合、死角ができやすく、しかも、正確なトーチ１１の狙い位置Ｐｔの設定が要求されるため、形状プロファイルの情報が不十分であることで、造形が困難となることがある。

このため、本実施形態に係る積層造形システム１００は、造形制御装置１５が、狙い位置設定装置として機能し、下地となる造形途中の積層体Ｗｈの溶接ビードＢの形状プロファイルを正確に取得する。

図４は、造形制御装置１５の機能ブロック図である。造形制御装置１５は、形状プロファイル取得部３１と、交点位置取得部３３と、情報量算出部３５と、狙い位置抽出部３７と、を含んで構成され、狙い位置設定装置として機能する。各部の詳細については後述するが、概略的な機能は次のとおりである。

形状プロファイル取得部３１は、造形途中の積層体Ｗｈの形状を形状計測センサ２５によって計測して形状プロファイルを取得する。

交点位置取得部３３は、予め与えられた積層方向および積層体Ｗｈを構成する溶接ビードＢを形成した際の溶接ビードＢの狙い位置に基づいて求めた積層方向に延伸する直線が形状プロファイルと交差する交点位置を取得する。

情報量算出部３５は、交点位置を基準として予め設定された算出範囲内の形状プロファイルの情報量を算出する。

狙い位置抽出工程は、形状プロファイルの情報量が閾値以上である場合に、交点位置を次パスの溶接ビードＢを形成する際のトーチ１１の狙い位置候補として抽出する。

上記の狙い位置設定装置として機能する造形制御装置１５は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）などの情報処理装置を用いたハードウェアにより構成される。造形制御装置１５の各機能は、不図示の制御部が不図示の記憶装置に記憶された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。記憶装置としては、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）等のメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージを例示できる。また、制御部としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）などのプロセッサ、又は専用回路等を例示できる。造形制御装置１５は、上記した形態のほか、ネットワーク等を介して積層造形システム１００から遠隔から接続される他のコンピュータであってもよい。

＜軌道計画の修正手順＞
図５は、狙い位置設定装置による狙い位置の設定手順を示すフローチャートである。図６は、形状プロファイルＦｐを取得する工程を説明する模式図である。図７は、計測条件を修正する工程を説明する模式図である。

図６に示すように、形状プロファイル取得部３１が、造形途中の積層体Ｗｈの形状を形状計測センサ２５によって計測して形状プロファイルＦｐを取得する（ステップＳ１）。形状計測センサ２５がレーザーセンサの場合、形状計測センサ２５は、レーザー照射部及び検出センサ部を備え、公知の形状計測方法によって形状プロファイルＦｐを取得する。例えば、光切断法によって形状を計測する場合、レーザー照射部からスリット光を照射し、イメージセンサである検出センサ部によって既設の溶接ビードＢからの反射光を検出する。検出センサ部で検出された２次元画像には、溶接ビードＢの高さに応じたパターンが含まれており、そのパターンによって溶接ビードＢの形状が求められる。なお、形状計測の初期条件としては、標準的な計測条件であってよく、例えば、形状計測センサ２５の計測方向を鉛直下方に設定した条件などである。また、形状プロファイルは、複数点の計測点群により表され、各計測点を曲線近似した結果を形状プロファルとして扱ってもよい。各計測点は、例えばセンサ出力に応じた検出サンプリング間隔で、等間隔に設定されるのがよいが、不等間隔であってもよい。センサ出力が等間隔でない場合、以下に示す工程の実施前に、間引き、外層、内挿等により等間隔化してもよい。

交点位置取得部３３が、予め与えられた積層方向および積層体Ｗｈの溶接ビードＢを形成した際の狙い位置Ｐｔから求めた積層方向に延伸する直線Ｌｐが形状プロファイルＦｐと交差する交点位置Ｐｉを取得する（ステップＳ２）。図６には、形状プロファイルＦｐの溶接ビードの前層（前回のパスによる形成層）となる溶接ビードＢの外縁を模式的に破線で示し、次層の溶接ビードを形成する際の狙い位置Ｐｔが、一例として破線上に設定された様子を示している。積層方向については、予め交点位置取得部３３に与えておくか、あるいは複数の狙い位置Ｐｔを通る直線ないし曲線の傾きとして抽出してもよい。なお、得られた形状プロファイルＦｐと積層方向に延伸する直線Ｌｐが直接交わらない場合は、形状プロファイルＦｐの端を直線または曲線で延伸して交点位置Ｐｉを求めてよい。

情報量算出部３５が、交点位置Ｐｉを基準として予め設定された算出範囲Ａ１，Ａ２内の形状プロファイルＦｐの情報量を算出する（ステップＳ３）。本例では、形状計測センサ２５の計測点Ｓｐ（図６における白丸部分）の数を、形状プロファイルＦｐの情報量とし、その計測点数Ｓｐｎを算出する。計測点数Ｓｐｎは、算出範囲Ａ１，Ａ２における交点位置Ｐｉを境とした片側ずつ算出する。なお、形状プロファイルＦｐの情報量としては、計測長さなどの他のデータでもよい。

計測点数Ｓｐｎの算出範囲Ａ１，Ａ２は、例えば、交点位置Ｐｉを中心とした半径ｒ以内としてもよく、積層方向に延伸する直線Ｌｐを中心とした幅ｄ以内としてもよい。なお、この算出範囲Ａ１，Ａ２は、任意に設定してもよい。

狙い位置抽出部３７は、形状プロファイルＦｐの情報量である計測点数Ｓｐｎと、予め設定した閾値Ｎｔｈと比較し、計測点数Ｓｐｎが閾値Ｎｔｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。なお、狙い位置抽出部３７は、算出範囲Ａ１，Ａ２のそれぞれについて計測点数Ｓｐｎを算出する場合は、これらの算出範囲Ａ１，Ａ２のそれぞれについて設定された閾値Ｎｔｈと比較する。なお、閾値Ｎｔｈについては計測前に予め定めた所定の定数であってよい。例えば計測点に対してビード形状を模擬した曲線を内挿補間した際に、実際のビード形状と十分に一致するために必要な計測点の最低点数を閾値としてもよい。あるいは過去の実験から経験的に閾値を定めてもよい。このように閾値を定めることで実際のビード形状によく合致する形状プロファイルが得られるので、適切な狙い位置を正確に得ることができる。

この計測点数Ｓｐｎの判定において、算出された計測点数Ｓｐｎが閾値Ｎｔｈ以上である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、交点位置Ｐｉの近傍における形状プロファイルＦｐの情報量が十分に取得されているとし、交点位置Ｐｉ、又は交点位置Ｐｉを基準に設定される位置を、次パスの溶接ビードＢを形成する際のトーチ１１の狙い位置候補として抽出する（ステップＳ５）。

ところで、前述したように、形状計測センサ２５の計測範囲Ｍａの死角や積層体Ｗｈの溶接ビードＢの表面性状によっては、計測点数Ｓｐｎが交点位置Ｐｉを境として偏りが生じ、算出された計測点数Ｓｐｎが閾値Ｎｔｈ未満となる場合がある。

このように、算出された計測点数Ｓｐｎが閾値Ｎｔｈ未満である場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、狙い位置抽出部３７は、交点位置Ｐｉの近傍における形状プロファイルＦｐの情報量の取得が不十分であるとし、形状計測センサ２５の計測条件の修正を行う（ステップＳ６）。

修正する形状計測センサ２５の計測条件としては、例えば、形状計測センサ２５の傾斜角などの姿勢及び位置の少なくとも一方を変更した条件であり、例えば、計測点数Ｓｐｎが不足している方向へ形状計測センサ２５を傾けたり、形状計測センサ２５の位置を積層体Ｗｈの溶接ビードＢに近づけたりすることにより修正する。なお、計測条件を修正する場合、形状計測センサ２５の積層体Ｗｈへの干渉を避けるために、形状計測センサ２５の傾斜角や移動量について、予め上限値を設定するのが好ましい。

図７に示す修正例では、計測方向を鉛直下方に向けた計測条件とされていた形状計測センサ２５を、計測点数Ｓｐｎが不足している方向へ傾けている。このように、形状計測センサ２５を傾けることにより、形状計測センサ２５の計測範囲Ｍａに積層体Ｗｈにおける死角領域が入り込むこととなる。これにより、算出範囲Ａ１，Ａ２のそれぞれについて、形状プロファイルＦｐの情報量である計測点数Ｓｐｎが十分に取得可能となる。

そして、形状プロファイルＦｐの取得（ステップＳ１）、積層方向に延伸する直線Ｌｐと形状プロファイルＦｐとが交差する交点位置Ｐｉの取得（ステップＳ２）、算出範囲Ａ１，Ａ２における計測点数Ｓｐｎの算出（ステップＳ３）、計測点数Ｓｐｎと閾値Ｎｔｈとの比較（ステップＳ４）、形状計測センサ２５の計測条件の修正（ステップＳ５）を、計測点数Ｓｐｎが閾値Ｎｔｈ以上（ステップＳ４：ＹＥＳ）となるまで繰り返す。

このように、本構成例によれば、積層方向に延伸する直線Ｌｐと形状プロファイルＦｐとの交点位置Ｐｉの近傍における形状プロファイルＦｐの情報量が十分な場合に、その交点位置Ｐｉ、又は交点位置Ｐｉを基準に設定される位置を次パスの溶接ビードＢの狙い位置Ｐｔの候補として抽出する。これにより、積層計画上の狙い位置Ｐｔが実際の形状から乖離していても、狙い位置Ｐｔを適切に修正でき、また、計測誤差の影響が及ぶことを抑制できる。したがって、積層体Ｗｈを構成する溶接ビードＢの表面から内部に入り込んだ位置や溶接ビードＢの表面から宙に浮いた位置などに狙い位置Ｐｔが設定されることによる造形の中断やエラー等を回避できる。したがって、特に、正確なトーチ１１の狙い位置Ｐｔの設定が要求されるオーバーハング部を円滑に造形できる。

また、情報量である計測点数Ｓｐが閾値Ｎｔｈ未満である場合に、形状計測センサ２５の姿勢及び位置の少なくとも一方を修正することにより、信頼性が担保された狙い位置Ｐｔのみを抽出できる。しかも、情報量である計測点数Ｓｐが閾値Ｎｔｈに達したら処理の繰り返しを終了するので、計測の繰り返しを必要最小限に抑えられる。

特に、積層体のビード形成方向に直交する断面視で、交点位置Ｐｉを境とした両側（交点位置Ｐｉを中心とする、溶接ビードの積層方向とビード形成方向とに直交するビード幅方向の両側）の情報量である計測点数Ｓｐを閾値Ｎｔｈとそれぞれ比較すれば、計測上の死角などによって交点位置Ｐｉの近傍の計測点数Ｓｐに偏りがあっても信頼性の高い狙い位置Ｐｔのみを抽出できる。

ところで、マニピュレータ１７の先端に取り付けた形状計測センサ２５によって積層体Ｗｈの形状を計測する場合、マニピュレータ１７の姿勢制御に伴う誤差が形状プロファイルＦｐの情報に影響することがある。この場合、マニピュレータ１７の姿勢制御に伴う誤差分を修正するように、形状計測センサ２５の計測点Ｓｐの位置情報を補正してもよい。このマニピュレータ１７の姿勢制御に伴う誤差量は、マニピュレータ１７の先端の傾斜や移動に伴う狙い位置ずれ量を予め計測し、その計測データをデータベース化しておくとことにより、データベースを検索するだけで容易に抽出できる。

次に、変形例について説明する。
図８は、変形例における形状計測センサ２５による形状計測の仕方を説明する模式図である。図９は、合成形状プロファイルＦｐｓの生成工程を説明する模式図である。図１０は、交点位置Ｐｉの抽出工程を説明する模式図である。

変形例では、交点位置取得部３３による交点位置Ｐｉの取得工程（ステップＳ２）において、計測条件が異なる複数の形状プロファイルＦｐを合成して合成形状プロファイルＦｐｓを生成し、この合成形状プロファイルＦｐｓから積層方向に延伸する直線Ｌｐとの交点位置Ｐｉを取得する。

具体的には、図８に示すように、形状計測センサ２５によって異なる計測条件で積層体Ｗｈを計測し、それぞれの計測点Ｓｐ１（図８における四角で示す点）と、計測点Ｓｐ２（図８における三角で示す点）とから形状プロファイルＦｐ１，Ｆｐを取得する。このとき、図９に示すように、計測点Ｓｐ１，Ｓｐ２において、互いに重複または近接する部位を、座標位置を平均化させた計測点Ｓｐ３（図９における黒丸で示す点）に変換して形状プロファイルＦｐ１，Ｆｐ２を取得してもよい。その後、図１０に示すように、形状プロファイルＦｐ１，Ｆｐ２を合成して合成形状プロファイルＦｐｓを生成し、積層方向に延伸する直線Ｌｐが合成形状プロファイルＦｐｓと交差する交点位置Ｐｉを取得する。

この変形例によれば、計測条件によって取得できる情報量が敏感に変わる場合でも、複数の形状プロファイルＦｐ１，Ｆｐ２を合成して合成形状プロファイルＦｐｓを生成することにより、情報量を広範囲に確保できる。これにより、信頼性の高い狙い位置候補を抽出できる。

しかも、変形例では、各計測条件で求めた計測点Ｓｐ１，Ｓｐ２の計測点数Ｓｐｎが偏っていても、総合的に溶接ビードＢの形状を把握することができ、交点位置Ｐｉの近傍において十分な計測点数Ｓｐｎを確保できる。したがって、合成形状プロファイルＦｐｓに、積層方向に延伸する直線Ｌｐが交差する交点位置Ｐｉ、又は交点位置Ｐｉを基準に設定される位置を、次パスの溶接ビードＢを形成する際のトーチ１１の狙い位置Ｐｔとして設定してもよい。また、変形例では、形状プロファイルＦｐ１，Ｆｐ２の一部に外れ値が含まれていても、その影響を小さくできるので、次パスの溶接ビードＢの積層時におけるアークエラーや位置ずれを抑制できる。

なお、この変形例においても、積層体Ｗｈにおける計測箇所に対するマニピュレータ１７による形状計測センサ２５の位置や傾きなどの姿勢制御に伴う誤差を補正して合成形状プロファイルＦｐｓを生成するのが好ましい。このようにすれば、マニピュレータ１７の姿勢制御に伴う誤差の影響を排除できるので、合成形状プロファイルＦｐｓの情報の精度を高められる。なお、マニピュレータ１７による誤差分としては、予め複数姿勢における狙い位置のずれを把握しておき、その位置ずれから内挿補間した値などを利用してもよい。また、生成した合成形状プロファイルＦｐｓに対して、溶接ビードＢのモデル関数をフィッティングした情報を重ね、情報の精度をさらに高めてもよい。

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） 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定する狙い位置設定方法であって、
造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得工程と、
前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得工程と、
前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出工程と、
前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に、次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出工程と、
をこの順で含む、狙い位置設定方法。
この狙い位置設定方法によれば、積層方向に延伸する直線と形状プロファイルとの交点位置の近傍における形状プロファイルの情報量が十分な場合に、その交点位置を基準に、次パスの溶接ビードの狙い位置候補を抽出する。これにより、積層計画上の狙い位置が実際の形状から乖離していても、狙い位置を適切に修正することができ、また、計測の誤差をなるべく排除できる。したがって、積層体を構成する溶接ビードの表面から内部に入り込んだ位置や溶接ビードの表面から宙に浮いた位置などに狙い位置が設定されることによる造形の中断やエラー等を回避できる。したがって、特に、正確なトーチの狙い位置の設定が要求されるオーバーハング部を円滑に造形できる。

（２） 前記狙い位置抽出工程において、前記情報量が前記閾値未満である場合に、前記形状計測センサの姿勢及び位置の少なくとも一方を修正し、前記プロファイル取得工程以降の工程を行う、（１）に記載の狙い位置設定方法。
この狙い位置設定方法によれば、情報量が十分になるまで計測を繰り返して交点位置を抽出するので、信頼性が担保された狙い位置のみを抽出できる。また、情報量が閾値に達したら繰り返しを終了するので、計測の繰り返しを必要最小限に抑えられる。

（３） 前記狙い位置抽出工程において、前記積層体の断面視で、前記交点位置を境とした両側の前記情報量を前記閾値とそれぞれ比較する、（１）または（２）に記載の狙い位置設定方法。
この狙い位置設定方法によれば、交点位置を境とした両側で情報量を閾値とそれぞれ比較することにより、計測上の死角などによって交点位置の近傍の情報量に偏りがあっても信頼性の高い狙い位置のみを抽出できる。

（４） 前記交点位置取得工程において、計測条件が異なる複数の前記形状プロファイルを合成して合成形状プロファイルを生成し、前記積層方向に延伸する直線が前記合成形状プロファイルと交差する前記交点位置を取得する、（１）～（３）のいずれか一つに記載の狙い位置設定方法。
この狙い位置設定方法によれば、計測条件によって取得できる情報量が敏感に変わる場合でも、これらの複数の形状プロファイルを合成して合成形状プロファイルを生成することにより、情報量を広範囲に確保できる。これにより、信頼性の高い狙い位置候補を抽出できる。

（５） 前記積層体における計測箇所に対する前記形状計測センサの位置または傾斜角に基づく誤差を補正して前記合成形状プロファイルを生成する、（４）に記載の狙い位置設定方法。
この狙い位置設定方法によれば、計測時の形状計測センサの位置や傾斜角などの姿勢に伴う誤差の影響を排除できるので、合成形状プロファイルの情報の精度を高められる。

（６） 前記情報量算出工程において、前記形状計測センサによる前記積層体の形状の計測点数を前記情報量として算出する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の狙い位置設定方法。
この狙い位置設定方法によれば、形状計測センサによる計測点数を情報量として算出し、この計測点数からなる情報量に基づいて狙い位置を精度よく抽出できる。

（７） 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定する狙い位置設定装置であって、
造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部と、
前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得部と、
前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出部と、
前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に、次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出部と、
を含む、狙い位置設定装置。
この狙い位置設定装置によれば、積層方向に延伸する直線と形状プロファイルとの交点位置の近傍における形状プロファイルの情報量が十分な場合に、その交点位置を基準に、次パスの溶接ビードの狙い位置候補を抽出する。これにより、積層計画上の狙い位置が実際の形状から乖離していても、狙い位置を適切に修正することができ、また、計測の誤差をなるべく排除できる。したがって、積層体を構成する溶接ビードの表面から内部に入り込んだ位置や溶接ビードの表面から宙に浮いた位置などに狙い位置が設定されることによる造形の中断やエラー等を回避できる。したがって、正確なトーチの狙い位置の設定が要求されるオーバーハング部を円滑に造形できる。

（８） 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定するプログラムであって、
コンピュータに、
造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得機能と、
前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得機能と、
前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出機能と、
前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に、次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出機能と、
を実現させるための、プログラム。
このプログラムによれば、積層方向に延伸する直線と形状プロファイルとの交点位置の近傍における形状プロファイルの情報量が十分な場合に、その交点位置を基準に、次パスの溶接ビードの狙い位置候補を抽出する。これにより、積層計画上の狙い位置が実際の形状から乖離していても、狙い位置を適切に修正することができ、また、計測の誤差をなるべく排除できる。したがって、積層体を構成する溶接ビードの表面から内部に入り込んだ位置や溶接ビードの表面から宙に浮いた位置などに狙い位置が設定されることによる造形の中断やエラー等を回避できる。したがって、正確なトーチの狙い位置の設定が要求されるオーバーハング部を円滑に造形できる。

１１ トーチ
１５ 造形制御装置（狙い位置設定装置）
２５ 形状計測センサ
３１ 形状プロファイル取得部
３３ 交点位置取得部
３５ 情報量算出部
３７ 狙い位置抽出部
Ａ１，Ａ２ 算出範囲（範囲）
Ｂ 溶接ビード
Ｆｐ，Ｆｐ１，Ｆｐ２ 形状プロファイル
Ｆｐｓ 合成形状プロファイル
Ｌｐ 直線
Ｎｔｈ 閾値
Ｐｉ 交点位置
Ｐｔ 狙い位置
Ｓｐｎ 計測点数（情報量）
Ｗｈ 積層体

Claims (8)

1. 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定する狙い位置設定方法であって、
   造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得工程と、
   前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得工程と、
   前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出工程と、
   前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出工程と、
   をこの順で含む、
   狙い位置設定方法。
2. 前記狙い位置抽出工程において、前記情報量が前記閾値未満である場合に、前記形状計測センサの姿勢及び位置の少なくとも一方を修正し、前記プロファイル取得工程以降の工程を行う、
   請求項１に記載の狙い位置設定方法。
3. 前記狙い位置抽出工程において、前記積層体の断面視で、前記交点位置を境とした両側の前記情報量を前記閾値とそれぞれ比較する、
   請求項１に記載の狙い位置設定方法。
4. 前記交点位置取得工程において、計測条件が異なる複数の前記形状プロファイルを合成して合成形状プロファイルを生成し、前記積層方向に延伸する直線が前記合成形状プロファイルと交差する前記交点位置を取得する、
   請求項１に記載の狙い位置設定方法。
5. 前記積層体における計測箇所に対する前記形状計測センサの位置または傾斜角に基づく誤差を補正して前記合成形状プロファイルを生成する、
   請求項４に記載の狙い位置設定方法。
6. 前記情報量算出工程において、前記形状計測センサによる前記積層体の形状の計測点数を前記情報量として算出する、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の狙い位置設定方法。
7. 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定する狙い位置設定装置であって、
   造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部と、
   前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得部と、
   前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出部と、
   前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に、次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出部と、
   を含む、
   狙い位置設定装置。
8. 複数の溶接ビードを積層させた積層体へトーチによって溶接ビードを形成する際の狙い位置を設定するプログラムであって、
   コンピュータに、
   造形途中の前記積層体の形状を形状計測センサによって計測して形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得機能と、
   前記溶接ビードの積層方向に延伸する直線が前記形状プロファイルと交差する交点位置を取得する交点位置取得機能と、
   前記交点位置を基準として予め設定された範囲内における前記形状プロファイルの情報量を算出する情報量算出機能と、
   前記情報量が閾値以上である場合に、前記交点位置を基準に、次に積層させる前記溶接ビードを形成する際の前記トーチの狙い位置候補を抽出する狙い位置抽出機能と、
   を実現させるための、
   プログラム。

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