JP2024067526A - CONTROL INFORMATION GENERATION DEVICE, CONTROL INFORMATION GENERATION METHOD, PROGRAM, WELDING DEVICE, AND WELDING METHOD - Google Patents

CONTROL INFORMATION GENERATION DEVICE, CONTROL INFORMATION GENERATION METHOD, PROGRAM, WELDING DEVICE, AND WELDING METHOD Download PDF

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Abstract

【課題】ビード形成のパスが折れ角を有して交差する折れ角部位を有する場合でも、折れ角の内側に生じる隙間によって未溶着部分が生じることを抑制できる積層造形の制御情報生成装置、制御情報生成方法、プログラム、並びに溶接装置及び溶接方法を提供する。【解決手段】制御情報生成装置200は、造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する狙い位置情報取得部31と、複数の狙い位置から造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した折れ角部位の折れ角を求める折れ角算出部33と、折れ角部位の造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の狙い位置同士の間隔を修正する狙い位置間隔修正部35と、折れ角部位の折れ角が小さいほど狙い位置同士の間隔を大きくするように造形経路を修正する造形経路修正部37と、修正した造形経路の情報を含む制御情報を生成する制御情報生成部39と、を備える。【選択図】図2[Problem] To provide a control information generating device, a control information generating method, a program, and a welding device and a welding method for additive manufacturing, which can suppress the occurrence of unwelded portions due to gaps occurring inside bends even when paths for bead formation have bend corners that intersect with each other at bend angles. [Solution] A control information generating device 200 includes a target position information acquiring unit 31 that acquires information on multiple target positions for bead formation in a molding path, a bend angle calculating unit 33 that extracts bend corners of the molding path from the multiple target positions and determines the bend angles of the extracted bend corner parts, a target position interval correcting unit 35 that corrects the intervals between multiple target positions arranged in an inner area sandwiched between the molding paths of the bend corner parts, a molding path correcting unit 37 that corrects the molding path so that the intervals between the target positions are increased as the bend angle of the bend corner part becomes smaller, and a control information generating unit 39 that generates control information including information on the corrected molding path. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明は、制御情報生成装置、制御情報生成方法、プログラム、並びに溶接装置及び溶接方法に関する。 The present invention relates to a control information generating device, a control information generating method, a program, and a welding device and a welding method.

近年になって、生産手段として3Dプリンタを用いた造形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。金属材料を造形する3Dプリンタは、レーザーや電子ビーム、更には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ることで造形物を製造する。 In recent years, there has been an increasing need for 3D printers as a means of production, and research and development is underway to commercialize 3D printers that use metal materials. 3D printers use heat sources such as lasers, electron beams, and even arcs to melt metal powder or metal wire, and then laminate the molten metal to produce objects.

このような造形技術として、特許文献1には、溶融した加工材料を積層させて3次元形状を造形する積層造形装置が開示されている。積層造形装置は、制御情報の示す造形経路(「パス」ともいう)に沿って加工位置を移動させながら、加工材料を溶融させて加工対象面にビードを並べることで層形状を造形し、この層形状を積層して所望の3次元形状を造形する。そして、造形の際に、ビード形成のパスとビード断面の基準幅とに基づいてビード幅の修正幅を求め、この修正幅に基づいて修正した修正パスに沿ってビードを形成することで、ビードの重なりによる造形品質の低下を抑制している。 As an example of such a modeling technique, Patent Document 1 discloses an additive manufacturing device that layers molten processing material to form a three-dimensional shape. The additive manufacturing device melts the processing material and arranges beads on the processing target surface to form a layer shape while moving the processing position along a modeling path (also called a "path") indicated by control information, and then layers this layer shape to form the desired three-dimensional shape. During modeling, a correction width for the bead width is calculated based on the bead formation path and the reference width of the bead cross section, and beads are formed along a corrected path corrected based on this correction width, thereby suppressing deterioration in modeling quality due to bead overlap.

特許第6647480号公報Patent No. 6647480

ところで、上記した積層造形による三次元形状の造形では、図16Aに示すように、ビードのパスPS_1とパスPS_2、及びパスPS_3とパスPS_4に折れ曲がった角部となる折れ角部位が存在することがある。その場合、折れ角部位の内側領域では外側のパス(PS_1,PS2)と内側の充填パス(PS_3,PS_4)との間に隙間SPが生じ、未溶着部が発生しやすくなる。これは、形成されるビードBの外縁がパスの角部の外側では丸みを持つ一方で、内側では尖った角を形成することに起因する。隙間SPは、図16Bに示すように、パスPS1とパスPS2とが交差する折れ角、パスPS3とパスPS4とが交差する折れ角が小さいほど顕著に生じる。 In the case of forming a three-dimensional shape by additive manufacturing as described above, as shown in FIG. 16A, bend corners may exist between paths PS_1 and PS_2, and paths PS_3 and PS_4 of the bead. In such cases, gaps SP are formed between the outer paths (PS_1, PS2) and the inner filled paths (PS_3, PS_4) in the inner regions of the bend corners, making it easier for unwelded areas to occur. This is because the outer edge of the bead B that is formed is rounded on the outside of the path corners, while forming sharp corners on the inside. As shown in FIG. 16B, the smaller the bend angle where paths PS1 and PS2 intersect, and the bend angle where paths PS3 and PS4 intersect, the more noticeable the gaps SP are.

このような隙間SPの発生を避けるためには、ビード形成のパスを単純に延長して隙間SPを充填することが考えられる。しかし、その充填は狭隘部にビードBを充填することになるため、溶接条件を適切に調整しないと溶着量が過多になりやすい。その結果、図17に示すように、折れ角部位におけるビード高さHが他の部位のビード高さHに比べて高くなりやすい等の問題を生じてしまう。 In order to avoid the occurrence of such a gap SP, it is conceivable to simply extend the bead formation path to fill the gap SP. However, since this filling involves filling a narrow portion with a bead B, if the welding conditions are not appropriately adjusted, the amount of deposition is likely to be excessive. As a result, as shown in Figure 17, problems such as the bead height H at the bend corner portion being likely to be higher than the bead height H0 at other portions occur.

そこで本発明は、ビード形成のパスが折れ角を有して交差する折れ角部位を有する場合でも、折れ角の内側に生じる隙間によって未溶着部分が生じることを抑制できる積層造形の制御情報生成装置、制御情報生成方法、プログラム、並びに溶接装置及び溶接方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a control information generating device, a control information generating method, a program, and a welding device and method for additive manufacturing that can prevent the occurrence of unwelded areas due to gaps that occur inside bends, even when the bead formation path has a bend at an intersection.

本発明は、下記の構成からなる。
(1) 加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する狙い位置情報取得部と、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求める折れ角算出部と、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正する狙い位置間隔修正部と、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正する造形経路修正部と、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する制御情報生成部と、
を備える制御情報生成装置。
(2) 加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得し、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求め、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正し、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正し、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する、
制御情報生成方法。
(3) 加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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の手順を実行するプログラムであって、
コンピュータに、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する手順と、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求める手順と、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正する手順と、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正する手順と、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する手順と、
を実行させるプログラム。
(4) (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生成された制御情報に基づく前記造形経路に沿ってアーク溶接を行う前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。
(5) (2)に記載の制御情報生成方法により生成された制御情報に基づく前記造形経路に沿ってアーク溶接を行う溶接方法。
The present invention comprises the following configurations.
(1) A control information generation device that generates control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to model a three-dimensional shape of a desired object, the control information generation device comprising:
a target position information acquisition unit that acquires information on a plurality of target positions for bead formation in the molding path;
a bend angle calculation unit that extracts bend angle portions of the modeling path from the plurality of target positions and calculates bend angles of the extracted bend angle portions;
a target position interval correction unit that corrects intervals between the target positions arranged in an inner region between the modeling paths of the bending corner portion;
a modeling path correction unit that corrects the modeling path so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
a control information generating unit that generates the control information including information of the corrected modeling path;
A control information generating device comprising:
(2) A control information generation method for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to form a three-dimensional shape of a desired object, comprising:
Acquire information on a plurality of target positions for bead formation in the molding path;
Extracting bend corner portions of the shaping path from the plurality of target positions, and determining bend angles of the extracted bend corner portions;
Correcting intervals between the target positions arranged in an inner region of the bending corner portion sandwiched between the modeling paths;
The modeling path is modified so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
generating the control information including information of the modified modeling path;
A method for generating control information.
(3) A program for executing a procedure of a control information generation method for generating control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape by using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to model a three-dimensional shape of a desired object, the program comprising:
On the computer,
acquiring information on a plurality of target positions for bead formation in the modeling path;
A step of extracting bend corner portions of the shaping path from the plurality of target positions and determining bend angles of the extracted bend corner portions;
correcting intervals between the target positions arranged in an inner region of the bending corner portion sandwiched between the modeling paths;
a step of correcting the modeling path so that an interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
generating the control information including information of the modified modeling path;
A program that executes the following.
(4) A control information generating device according to (1),
the additive manufacturing apparatus performing arc welding along the manufacturing path based on the control information generated by the control information generating device;
A welding device comprising:
(5) A welding method for performing arc welding along the shaping path based on control information generated by the control information generation method according to (2).

本発明によれば、ビード形成のパスが折れ角を有して交差する折れ角部位を有する場合でも、折れ角の内側に生じる隙間によって未溶着部分が生じることを抑制できる。 According to the present invention, even when the bead formation path has a bend corner portion where the bead crosses at a bend angle, it is possible to prevent the occurrence of unwelded portions due to gaps that occur inside the bend corner.

図1は、積層造形装置の全体構成図である。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an additive manufacturing apparatus. 図2は、制御情報生成装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of the control information generating device. 図3は、制御情報の生成手順を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for generating control information. 図4は、折れ角部位を抽出する基本手順を説明するためのパスの模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a path for explaining the basic procedure for extracting a bent corner portion. 図5は、折れ角部位を抽出する他の手順を説明するためのパスの模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a path for explaining another procedure for extracting a bent corner portion. 図6は、狙い位置に対する折れ角の分布を模式的に示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a schematic distribution of bending angles with respect to the target position. 図7は、狙い位置に対する折れ角の他の分布を模式的に示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a schematic diagram of another distribution of bending angles with respect to the target position. 図8Aは、パス同士の間隔を均等化する手順を段階的に示す説明図である。FIG. 8A is an explanatory diagram showing a step-by-step procedure for equalizing the intervals between paths. 図8Bは、パス同士の間隔を均等化する手順を段階的に示す説明図である。FIG. 8B is an explanatory diagram showing a step-by-step procedure for equalizing the intervals between paths. 図8Cは、パス同士の間隔を均等化する手順を段階的に示す説明図である。FIG. 8C is an explanatory diagram showing a step-by-step procedure for equalizing the intervals between paths. 図8Dは、パス同士の間隔を均等化する手順を段階的に示す説明図である。FIG. 8D is an explanatory diagram showing a step-by-step procedure for equalizing the intervals between paths. 図9Aは、互いに隣り合うパスが均等に配置されるまでの様子を段階的に示す模式的な説明図であるFIG. 9A is a schematic explanatory diagram showing a process in which adjacent paths are evenly arranged in stages. 図9Bは、互いに隣り合うパスが均等に配置されるまでの様子を段階的に示す模式的な説明図であるFIG. 9B is a schematic explanatory diagram showing a process in which adjacent paths are evenly spaced. 図9Cは、互いに隣り合うパスが均等に配置されるまでの様子を段階的に示す模式的な説明図であるFIG. 9C is a schematic explanatory diagram showing a process in which adjacent paths are evenly spaced. 図10は、パスの移動距離の時間変化を模式的に示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a schematic change in the travel distance of a path over time. 図11は、数式モデルを各パスに適用した場合の模式的な説明図である。FIG. 11 is a schematic explanatory diagram when the mathematical model is applied to each path. 図12は、図4、図5に示す折れ角部位のパス及びその内側のパスの各狙い位置同士の間に反発力を付与した様子を示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a state in which a repulsive force is applied between the target positions of the path at the bent corner portion and the path inside the bent corner portion shown in FIG. 4 and FIG. 図13は、パスの位置を変更した結果を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing the result of changing the path position. 図14Aは、四角形の内側をビードで埋める際の造形計画によるパスを示す説明図である。FIG. 14A is an explanatory diagram showing paths according to a modeling plan when filling the inside of a rectangle with a bead. 図14Bは、図14Aのパスを最適化した結果を示す説明図である。FIG. 14B is an explanatory diagram showing the result of optimizing the path of FIG. 14A. 図15Aは、円孔を有する四角形の内側をビードで埋める際の造形計画によるパスを示す説明図である。FIG. 15A is an explanatory diagram showing a path according to a modeling plan when filling the inside of a rectangle having a circular hole with a bead. 図15Bは、図15Aのパスを最適化した結果を示す説明図である。FIG. 15B is an explanatory diagram showing the result of optimizing the path of FIG. 15A. 図16Aは、従来の折れ角部位を示す説明図である。FIG. 16A is an explanatory diagram showing a conventional bending corner portion. 図16Bは、従来の折れ角部位を示す説明図である。FIG. 16B is an explanatory diagram showing a conventional bent corner portion. 図17は、従来の折れ角部位におけるビード高さを示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory diagram showing the bead height at a conventional bend corner portion.

以下、本発明の構成例について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、層形状を積層して所望の造形物の三次元形状を造形する積層造形に、本発明の制御情報生成装置を適用する例を説明する。また、本発明は、隅肉溶接、突き合わせ溶接等の一般的な溶接の制御についても適用が可能である。 Below, a detailed description of an example of the configuration of the present invention will be given with reference to the drawings. Here, an example will be described in which the control information generating device of the present invention is applied to additive manufacturing, in which a layer shape is formed using a bead formed by adding molten processing material to the surface of the processing target while moving the processing position along the modeling path, and the layer shapes are stacked to form the three-dimensional shape of the desired object. The present invention can also be applied to the control of general welding such as fillet welding and butt welding.

制御情報生成装置は、マニピュレータ、熱源等の溶接設備を備える溶接装置に、溶接構造物を作製するための制御信号を生成する。最初に、溶接装置を構成する積層造形装置の一例について説明する。積層造形装置は、加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することでビードを形成する。このビードを用いて層形状を形成し、層形状を積層することで所望の造形物の三次元形状を造形する。 The control information generating device generates a control signal for a welding device equipped with welding equipment such as a manipulator and a heat source to produce a welded structure. First, an example of an additive manufacturing device constituting a welding device will be described. The additive manufacturing device forms a bead by adding molten processing material to the processing target surface while moving the processing position along the printing path. This bead is used to form a layer shape, and the layer shapes are laminated to form the three-dimensional shape of the desired object.

<積層造形装置>
図1は、積層造形装置100の全体構成図である。積層造形装置100は、造形部11と、造形部11を制御する造形制御部13とを備える。制御情報生成装置200は、造形制御部13に接続されて積層造形装置100の一部を構成してもよく、積層造形装置100とは離隔して設けられ、ネットワーク等の通信又は記憶媒体を介して造形制御部13に接続されてもよい。造形制御部13は、造形部11の各部を統括して制御する。
<Additive Manufacturing Equipment>
1 is an overall configuration diagram of an additive manufacturing apparatus 100. The additive manufacturing apparatus 100 includes a modeling unit 11 and a modeling control unit 13 that controls the modeling unit 11. The control information generating device 200 may be connected to the modeling control unit 13 to configure a part of the additive manufacturing apparatus 100, or may be provided separately from the additive manufacturing apparatus 100 and connected to the modeling control unit 13 via a communication network or a storage medium. The modeling control unit 13 controls each unit of the modeling unit 11 in an integrated manner.

造形部11は、マニピュレータ17と、溶加材供給部19と、マニピュレータ制御部21と、熱源制御部23とを含んで構成される。マニピュレータ制御部21は、マニピュレータ17と熱源制御部23を制御する。マニピュレータ制御部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部21から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。 The modeling unit 11 includes a manipulator 17, a filler metal supply unit 19, a manipulator control unit 21, and a heat source control unit 23. The manipulator control unit 21 controls the manipulator 17 and the heat source control unit 23. A controller (not shown) is connected to the manipulator control unit 21, and any operation from the manipulator control unit 21 can be instructed by an operator via the controller.

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25には、溶加材Mが連続供給可能に支持される。トーチ25は、溶加材Mを先端から突出した状態に保持する。トーチ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、種々の形態でもよい。 The manipulator 17 is, for example, a multi-joint robot, and the torch 25 attached to the tip shaft supports the filler material M so that it can be continuously supplied. The torch 25 holds the filler material M protruding from the tip. The position and posture of the torch 25 can be set arbitrarily in three dimensions within the range of the degrees of freedom of the robot arm constituting the manipulator 17. The manipulator 17 is preferably one that has six or more degrees of freedom, and is preferably one that can arbitrarily change the axial direction of the heat source at the tip. The manipulator 17 may be in various forms, such as a multi-joint robot with four or more axes as shown in FIG. 1, or a robot equipped with angle adjustment mechanisms for two or more orthogonal axes.

トーチ25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25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。 The torch 25 has a shield nozzle (not shown), and shielding gas is supplied from the shield nozzle. The shielding gas blocks the atmosphere and prevents oxidation and nitridation of the molten metal during welding, thereby suppressing poor welding. The arc welding method used in this configuration may be either a consumable electrode type such as shielded metal arc welding or carbon dioxide gas arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG (Tungsten Inert Gas) welding or plasma arc welding, and is appropriately selected depending on the object to be molded. Here, gas metal arc welding is used as an example. In the case of the consumable electrode type, a contact tip is placed inside the shield nozzle, and a filler material M to which current is supplied is held by the contact tip. The torch 25 holds the filler material M and generates an arc from the tip of the filler material M in a shielding gas atmosphere.

溶加材供給部19は、トーチ25に向けて溶加材Mを供給する。溶加材供給部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25へ送給される。繰り出し機構19bは、溶加材供給部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。 The filler metal supply unit 19 supplies the filler metal M toward the torch 25. The filler metal supply unit 19 includes a reel 19a on which the filler metal M is wound, and a payout mechanism 19b that pays out the filler metal M from the reel 19a. The filler metal M is fed to the torch 25 by the payout mechanism 19b while being sent in the forward or reverse direction as necessary. The payout mechanism 19b is not limited to a push type that is disposed on the filler metal supply unit 19 side and pushes out the filler metal M, but may also be a pull type or push-pull type that is disposed on a robot arm or the like.

熱源制御部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。熱源制御部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、熱源制御部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、溶加材供給部19の溶加材供給速度が調整される。 The heat source control unit 23 is a welding power source that supplies the power required for welding by the manipulator 17. The heat source control unit 23 adjusts the welding current and welding voltage supplied when forming a bead by melting and solidifying the filler metal M. In addition, the filler metal supply speed of the filler metal supply unit 19 is adjusted in conjunction with the welding conditions, such as the welding current and welding voltage, set by the heat source control unit 23.

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B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。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Wk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。 The heat source for melting the filler material M is not limited to the arc described above. For example, other heat sources may be used, such as a heating method using both an arc and a laser, a heating method using plasma, or a heating method using an electron beam or a laser. When heating with an electron beam or laser, the amount of heat can be controlled more precisely, and the state of the bead B to be formed can be more appropriately maintained, contributing to further improving the quality of the layered product. The material of the filler material M is also not particularly limited, and the type of filler material M used may vary depending on the characteristics of the product Wk, such as mild steel, high-tensile steel, aluminum, aluminum alloy, nickel, or nickel-based alloy.

上記した構成の積層造形装置100は、造形物Wk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Wk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25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ビードBがベース27上に形成される。つまり、マニピュレータ制御部21は、造形制御部13から提供される所定の造形プログラムに基づいて、マニピュレータ17と熱源制御部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部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25を移動させてビードBを形成する。 The additive manufacturing device 100 configured as described above operates according to a modeling program created based on a modeling plan for the object Wk. The modeling program is composed of a large number of command codes, and is created based on an appropriate algorithm according to various conditions such as the shape, material, and heat input of the object Wk. When the supplied filler material M is melted and solidified while moving the torch 25 according to this modeling program, a linear bead B, which is a molten solidified body of the filler material M, is formed on the base 27. In other words, the manipulator control unit 21 drives the manipulator 17 and the heat source control unit 23 based on a predetermined modeling program provided from the modeling control unit 13. The manipulator 17 moves the torch 25 while melting the filler material M with an arc, according to a command from the manipulator control unit 21, to form a bead B.

つまり、積層造形装置100は、造形計画により設定された造形経路であるパスに沿って加工位置を移動させながら、溶融した加工材料である溶加材Mを加工対象面に付加してビードBを形成する。そして、層形状に形成したビード層を繰り返し積層することで、目的とする形状の造形物Wkを得る。 In other words, the additive manufacturing device 100 adds a filler metal M, which is a molten processing material, to the processing target surface while moving the processing position along a path, which is a modeling route set by the modeling plan, to form a bead B. Then, by repeatedly stacking the bead layers formed in a layered shape, a model Wk of the desired shape is obtained.

造形制御部13には、制御情報生成装置200から出力される制御情報が入力される。この制御情報には上記した造形計画、造形プログラムの情報が含まれる。造形制御部13は、入力された制御情報に応じて、用意された造形プログラムを入れ替え、又は修正し、得られた造形プログラムにより造形部11の各部を駆動して積層造形を実施させる。 The modeling control unit 13 receives control information output from the control information generating device 200. This control information includes the modeling plan and modeling program information described above. The modeling control unit 13 replaces or modifies the prepared modeling program according to the input control information, and drives each part of the modeling unit 11 with the obtained modeling program to perform additive modeling.

上記の制御情報生成装置200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。制御情報生成装置200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。制御部としては、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)等のプロセッサ、又は専用回路等を例示できる。記憶装置としては、プロセッサに接続される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)等のメモリのほか、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等のストレージを例示できる。 The control information generating device 200 is configured by hardware using an information processing device such as a PC (Personal Computer). Each function of the control information generating device 200 is realized by a control unit (not shown) reading a program having a specific function stored in a storage device (not shown) and executing the program. Examples of the control unit include a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processor Unit), or a dedicated circuit. Examples of the storage device include memory such as a RAM (Random Access Memory), which is a volatile storage area connected to the processor, and a ROM (Read Only Memory), which is a non-volatile storage area, as well as storage such as an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive).

また、制御情報生成装置200は、上記した形態のほか、前述したように、ネットワーク等を介して遠隔地から造形制御部13に接続される他のコンピュータにより構成してもよく、造形制御部13には直接接続されないコンピュータにより構成してもよい。 In addition to the above-mentioned forms, the control information generating device 200 may be configured by another computer that is connected to the modeling control unit 13 from a remote location via a network or the like, as described above, or may be configured by a computer that is not directly connected to the modeling control unit 13.

<制御情報の生成>
次に、制御情報生成装置200による制御情報の生成手順について説明する。
図2は、制御情報生成装置200の機能ブロック図である。制御情報生成装置200は、狙い位置情報取得部31、折れ角算出部33、狙い位置間隔修正部35、造形経路修正部37、制御情報生成部39を備える。各部の機能の詳細は後述するが、その概略は次のとおりである。
<Generation of control information>
Next, a procedure for generating control information by the control information generating device 200 will be described.
2 is a functional block diagram of the control information generating device 200. The control information generating device 200 includes a target position information acquiring unit 31, a bend angle calculating unit 33, a target position interval correcting unit 35, a printing path correcting unit 37, and a control information generating unit 39. The functions of each unit will be described in detail later, but the outline thereof is as follows.

狙い位置情報取得部31は、造形計画からビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する。折れ角算出部33は、複数の狙い位置から造形経路であるパスの折れ角部位を抽出し、抽出した折れ角部位の折れ角を求める。狙い位置間隔修正部35は、折れ角部位のパスに挟まれる内側領域に配置された複数の狙い位置同士の間隔を修正する。造形経路修正部37は、折れ角部位の折れ角が小さいほど狙い位置同士の間隔を大きくするようにパスを修正する。制御情報生成部39は、修正したパスの情報を含む制御情報を生成する。また、制御情報生成装置200は、複数の狙い位置同士の間に反発力を仮想的に付与して狙い位置の移動量を推定する移動量演算部41を更に備えることが好ましい。 The target position information acquisition unit 31 acquires information on multiple target positions for bead formation from the modeling plan. The bend angle calculation unit 33 extracts bend angle parts of the path, which is the modeling path, from the multiple target positions and calculates the bend angle of the extracted bend angle parts. The target position interval correction unit 35 corrects the interval between multiple target positions arranged in the inner area sandwiched between the paths of the bend angle parts. The modeling path correction unit 37 corrects the path so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle part is smaller. The control information generation unit 39 generates control information including information on the corrected path. In addition, it is preferable that the control information generation device 200 further includes a movement amount calculation unit 41 that virtually applies a repulsive force between the multiple target positions to estimate the movement amount of the target positions.

制御情報生成部39が生成する制御情報は、造形制御部13に出力される。造形制御部13は、入力された制御情報に基づき造形計画の切り替え又は変更する。そして、造形制御部13は、更新された造形計画に基づき積層造形装置100を制御して、所望の造形物を積層造形させる。 The control information generated by the control information generation unit 39 is output to the modeling control unit 13. The modeling control unit 13 switches or changes the modeling plan based on the input control information. Then, the modeling control unit 13 controls the additive manufacturing device 100 based on the updated modeling plan to additively manufacture the desired object.

図3は、制御情報の生成手順を示すフローチャートである。以下、制御情報の生成手順について、図2に示す制御情報生成装置200の各構成要素と共に詳細に説明する。
まず、制御情報生成装置200には、積層造形装置100を駆動して造形物を積層造形するための造形計画の情報が入力される。狙い位置情報取得部31は、入力された造形計画の情報からビード形成のパスを抽出し、これを狙い位置の情報として取得する(S1)。ここでいう狙い位置とは、トーチ25の先端でビード形成する際のトーチ25の先端位置を表す座標を意味し、パスに沿って所定の間隔で設定される複数の点となる。狙い位置の間隔は、設定されるパス毎に一定の間隔であってもよく、パスの曲率に応じて間隔が設定されてもよい。
3 is a flowchart showing a procedure for generating control information. The procedure for generating control information will be described in detail below together with each component of the control information generating device 200 shown in FIG.
First, information on a modeling plan for driving the additive manufacturing apparatus 100 to additively manufacture a model is input to the control information generating device 200. The target position information acquiring unit 31 extracts a path for bead formation from the input information on the modeling plan and acquires it as information on the target position (S1). The target position here means a coordinate representing the tip position of the torch 25 when forming a bead with the tip of the torch 25, and is a plurality of points set at a predetermined interval along the path. The interval between the target positions may be a fixed interval for each path that is set, or the interval may be set according to the curvature of the path.

次に、折れ角算出部33は、狙い位置情報取得部31が抽出したパス(狙い位置)の情報からパスの折れ角部位を抽出し、抽出した折れ角部位の折れ角を算出する(S2)。
図4は、折れ角部位を抽出する基本手順を説明するためのパスの模式図である。ここでは、複数の狙い位置P0,P1,P2,P3,P4が、パスPSに沿ってこの順で設定され、狙い位置P2がパスPSの折れ曲がった折れ角部位となっている。この折れ角部位を自動的に検出する方法は種々考えられる。例えば、複数の狙い位置のいずれか1つ(例えば、狙い位置P1)と、その狙い位置を中心に、パスPSに沿った造形方向先方に配置された先方側狙い位置(狙い位置P2)と、造形方向後方に配置された後方側狙い位置(狙い位置P0)と、の少なくとも3つの狙い位置を結んで形成される角(θ1a,θ1b)を求める。この処理を複数の狙い位置のそれぞれで実施する。そして、得られた角が最小となる位置を折れ角部位に決定する。
Next, the bend angle calculation unit 33 extracts bend angle parts of the pass from the information of the pass (target position) extracted by the target position information acquisition unit 31, and calculates the bend angles of the extracted bend angle parts (S2).
FIG. 4 is a schematic diagram of a path for explaining a basic procedure for extracting a bend corner portion. Here, a plurality of target positions P0, P1, P2, P3, and P4 are set in this order along the path PS, and the target position P2 is a bend corner portion of the path PS. There are various methods for automatically detecting this bend corner portion. For example, an angle (θ 1a , θ 1b ) is obtained by connecting at least three target positions, namely, one of the plurality of target positions (e.g., target position P1), a front side target position (target position P2) arranged at the front of the modeling direction along the path PS, and a rear side target position (target position P0) arranged at the rear of the modeling direction, with the target position as the center . This process is performed for each of the plurality of target positions. Then, the position at which the obtained angle is smallest is determined as the bend corner portion.

つまり、複数の狙い位置のいずれか1つと、そのいずれか1つの狙い位置を中心に、予め定めた半径距離の内側に含まれる他の狙い位置のうち、パスPSに沿った造形方向先方に配置された先方側狙い位置と、造形方向後方に配置された後方側狙い位置と、の少なくとも3つの狙い位置を求める。これら3つの狙い位置を結んで形成される小さい側の角度を、複数の狙い位置の全て、又は特定の領域である一部に対して求める。その結果から折れ角を決定する。 In other words, at least three target positions are determined: one of the multiple target positions, and among the other target positions included within a predetermined radial distance from the one target position, a front side target position located ahead in the printing direction along the path PS, and a rear side target position located behind the printing direction. The smaller angle formed by connecting these three target positions is determined for all of the multiple target positions, or for a part of a specific area. The bend angle is determined from the result.

具体的には、上記した狙い位置P1においては、2つの折れ角θ1a,θ1bがいずれも略等しい鈍角であり、折れ角部位といえない。次に、狙い位置P2においては、P1-P2-P3を結んで形成される角は、内側の折れ角θ2a、外側の折れ角θ2bとなり、小さい側の折れ角θ2aを折れ角の値とする。続いて、狙い位置P3においては、P2-P3-P4を結んで形成される折れ角は、狙い位置P1の場合と同様に略等しい鈍角となり、折れ角部位といえない。こうして、全ての狙い位置について折れ角を求め、得られた折れ角のうち最小となる折れ角がθ2aであることから、折れ角部位は狙い位置P2であると判断できる。 Specifically, at the target position P1 described above, the two bend angles θ 1a and θ 1b are both substantially equal obtuse angles, and it cannot be said that the target position P1 is a bend angle portion. Next, at the target position P2, the angle formed by connecting P1, P2, and P3 is the inner bend angle θ 2a and the outer bend angle θ 2b , and the smaller bend angle θ 2a is set as the bend angle value. Next, at the target position P3, the bend angle formed by connecting P2, P3, and P4 is substantially equal obtuse angles as in the case of the target position P1, and it cannot be said that the target position P2 is a bend angle portion. In this way, the bend angles are obtained for all the target positions, and the smallest bend angle among the obtained bend angles is θ 2a , so it can be determined that the bend angle portion is the target position P2.

図4に示す複数の狙い位置の配置は、折れ角部位を抽出しやすい単純なパターンであるが、実際の積層造形における狙い位置の配置は複雑であり、確実かつ正確に折れ角部位を抽出することが困難な場合が多い。そこで、上記の基本手順を適宜にアレンジして折れ角部位を精度よく抽出することが求められる。 The arrangement of multiple target positions shown in Figure 4 is a simple pattern that makes it easy to extract bend corners, but the arrangement of target positions in actual additive manufacturing is complex, and it is often difficult to reliably and accurately extract bend corners. Therefore, it is necessary to appropriately arrange the basic steps above to extract bend corners with high precision.

図5は、折れ角部位を抽出する他の手順を説明するためのパスの模式図である。この手順では、図4に示した基本手順における、パスPSに沿って1つ造形方向先方に配置された位置を先方側狙い位置に設定することに代えて、所定の複数個(例えば6つ)造形方向先方に配置された狙い位置を先方側狙い位置に設定している。 Figure 5 is a schematic diagram of a path to explain another procedure for extracting bend corners. In this procedure, instead of setting one position along the path PS ahead in the modeling direction as the front-side target position in the basic procedure shown in Figure 4, a predetermined number of target positions (e.g., six) ahead in the modeling direction are set as the front-side target positions.

つまり、狙い位置P1については、P0-P1-P7を結んで形成される小さい側の折れ角がθとなる。狙い位置P2については、P1-P2-P8を結んで形成される小さい側の折れ角がθとなる。同様に、狙い位置P3~P5について、折れ角θ~角θが設定される。これらの折れ角θ~θのうち、最小となる折れ角はθであるため、狙い位置P5が折れ角部位として抽出される。なお、後方狙い位置についても所定の複数個、造形方向後方に配置された狙い位置を後方側狙い位置に設定してもよい。このように、狙い位置同士を結ぶ線を、複数個の狙い位置を跨いで設定することで、狙い位置の配置の乱れによる影響を抑制でき、折れ角部位の抽出精度を高められる。 That is, for the target position P1, the smaller bend angle formed by connecting P0-P1-P7 is θ1 . For the target position P2, the smaller bend angle formed by connecting P1-P2-P8 is θ2 . Similarly, bend angles θ3 to θ5 are set for the target positions P3 to P5. Among these bend angles θ1 to θ5 , the smallest bend angle is θ5 , so the target position P5 is extracted as the bend angle portion. Note that, for the rear target position, a predetermined number of target positions arranged rearward in the modeling direction may be set as the rear target position. In this way, by setting a line connecting the target positions across a plurality of target positions, the influence of the disorder of the arrangement of the target positions can be suppressed, and the extraction accuracy of the bend angle portion can be improved.

図6は、狙い位置P(iは、インデックスを表す整数)に対する折れ角θの分布を模式的に示すグラフである。図6に示すように、求めた折れ角θが複数箇所で極値となるθmin1、θmin2を生じても、そのうちの最小値となるθmin2の狙い位置を折れ角部位として選定すれば、精度よく折れ角部位を特定できる。 6 is a graph showing a distribution of bend angles θ with respect to target positions P i (i is an integer representing an index). As shown in FIG. 6, even if the calculated bend angle θ has multiple extreme values θ min1 and θ min2 , the bend angle portion can be accurately identified by selecting the target position of the smallest value θ min2 as the bend angle portion.

しかし、上述の方法では折れ角部位が見逃されることもある。その場合、他の条件で折れ角部位を特定することもできる。
図7は、狙い位置Pに対する折れ角θの他の分布を模式的に示すグラフである。造形計画の狙い位置に欠損や不整合があるとき、折れ角部位とすべき角度が本来の値からはずれる場合がある。その場合、範囲Wを定めてその範囲W内において折れ角θが最小となる狙い位置を探索する。この範囲Wは位置や大きさを変更してよく、変更のたびに最小値を探索することで、全狙い位置Pに対する最小値がθmin2であっても、その影響を受けることなく、θmin1など他の折れ角部位を抽出できる。さらには、折れ角θの分布に対して平滑化処理を施してから最小値を求めてもよく、最小値で判断する以外にも、微分値等に基づく他の基準を用いて折れ角を決定してもよい。
However, the above method may miss a bend in the corner. In that case, other conditions may be used to identify the bend.
FIG. 7 is a graph showing another distribution of the bend angle θ with respect to the target position P i . When there is a defect or inconsistency in the target position of the modeling plan, the angle to be the bend angle part may deviate from the original value. In that case, a range W is determined and a target position within the range W where the bend angle θ is the minimum is searched for. The position and size of this range W may be changed, and by searching for the minimum value each time it is changed, even if the minimum value for all the target positions P i is θ min2 , other bend angle parts such as θ min1 can be extracted without being affected by it. Furthermore, the minimum value may be obtained after a smoothing process is performed on the distribution of the bend angle θ, and the bend angle may be determined using other criteria based on a differential value or the like other than the minimum value.

次に、抽出した折れ角部位におけるパスを適正に修正するため、まず、折れ角部位の近傍の狙い位置に仮想的な反発力を付与する(S3)。各狙い位置に仮想的な反発力を付与してパスを調整することに関しては、概略的には次のように説明できる。 Next, in order to appropriately correct the path at the extracted bend corner, a virtual repulsive force is first applied to target positions near the bend corner (S3). Adjusting the path by applying a virtual repulsive force to each target position can be roughly explained as follows.

複数のパス同士は、過剰に接近させず、且つ均等な間隔を持たせて配置すると、図16A,図16Bに示す折れ角部位においても隙間が生じにくくなり、造形物の品質向上に寄与できる。
図8A~図8Dは、パス同士の間隔を均等化する手順を段階的に示す説明図である。図8Aに示すように、4本のパスPS1,PS2,PS3,PS4が存在したとする。パスPS2とパスPS3との間の距離は、パスPS1とパスPS2との間、及びパスPS3とパスPS4との間の距離よりも狭い。
If the multiple passes are arranged with equal intervals and not too close to each other, gaps are less likely to occur even at the bend corners shown in FIGS. 16A and 16B, which can contribute to improving the quality of the model.
8A to 8D are explanatory diagrams showing a step-by-step procedure for equalizing the spacing between paths. As shown in Fig. 8A, assume that there are four paths PS1, PS2, PS3, and PS4. The distance between paths PS2 and PS3 is narrower than the distance between paths PS1 and PS2, and the distance between paths PS3 and PS4.

そこで、図8Bに示すように、4本のパスPS1,PS2,PS3,PS4のそれぞれのパス同士の間に、弾性的に伸縮するばねSp1,Sp2,Sp3を仮想的に設ける。つまり、パスPS1とパスPS2との間にばねSp1を設け、パスPS2とパスPS3との間にばねSp2を設け、パスPS3とパスPS4との間にばねSp3を設ける。各ばねのばね定数は全て同じとする。また、拘束条件として、造形物の形状が変化しないように、外側のパスPS1とパスPS4の位置はそれぞれ固定とする。 Therefore, as shown in FIG. 8B, elastically expanding and contracting springs Sp1, Sp2, and Sp3 are virtually provided between each of the four paths PS1, PS2, PS3, and PS4. That is, a spring Sp1 is provided between paths PS1 and PS2, a spring Sp2 is provided between paths PS2 and PS3, and a spring Sp3 is provided between paths PS3 and PS4. The spring constants of all springs are the same. Also, as a constraint condition, the positions of the outer paths PS1 and PS4 are fixed so that the shape of the model does not change.

すると、図8Cに示すように、間隔の狭いパスPS2とパスPS3との間のばねSp2の弾性反発力によって、パスPS2がパスPS1側に押し返され、パスPS3がパスPS4側に押し返される。これにより、図8Dに示すように、ばねSp1,Sp2,Sp3がそれぞれ力学的に平衡する位置にパスPS2,PS3が移動する。こうして、各パスPS1,PS2,PS3,PS4がそれぞれ均一な間隔を有して配置される。 As a result, as shown in FIG. 8C, the elastic repulsive force of spring Sp2 between closely spaced paths PS2 and PS3 pushes path PS2 back toward path PS1, and pushes path PS3 back toward path PS4. As a result, as shown in FIG. 8D, paths PS2 and PS3 move to positions where springs Sp1, Sp2, and Sp3 are mechanically balanced. In this way, paths PS1, PS2, PS3, and PS4 are arranged with uniform intervals between each other.

上記のようにして求めたパスPS1~PS4に沿ってビードを形成すると、ビード同士が局所的に過剰に接近せず、したがって、ビード同士の間に隙間が形成されにくくなる。また、造形される表面の凹凸(狭隘部)の発生が抑制される。 When beads are formed along the paths PS1 to PS4 obtained as described above, the beads do not get too close to each other locally, and therefore gaps are less likely to form between the beads. In addition, the occurrence of unevenness (narrow parts) on the surface to be molded is suppressed.

上記したパスの修正手順をより詳細に説明する。
図9A~図9Cは、互いに隣り合うパスが均等に配置されるまでの様子を段階的に示す模式的な説明図である。図9Aには、互いに隣り合う一対のパスPSaとPSbとを示す。各パスPSa,PSbは、トーチの移動目標位置でもある狙い位置P,Q(i,jはインデックス)を結ぶ線で表される。パスPSaの狙い位置Pと、パスPSbの狙い位置Qのそれぞれに、仮想的な反発力を付与する。反発力としては、ここでは、ばねによる弾性復元力を例示するが、これに限らない。例えば、クーロン力、磁力、圧力等の他の力学モデルであってもよい。
The above-mentioned path correction procedure will now be described in more detail.
9A to 9C are schematic explanatory diagrams showing the steps of how adjacent passes are evenly arranged. FIG. 9A shows a pair of passes PSa and PSb adjacent to each other. Each pass PSa and PSb is represented by a line connecting target positions P i and Q j (i and j are indexes), which are also the movement target positions of the torch. A virtual repulsive force is applied to each of the target position P i of the pass PSa and the target position Q j of the pass PSb. Here, the repulsive force is exemplified by an elastic restoring force by a spring, but is not limited to this. For example, other mechanical models such as Coulomb force, magnetic force, and pressure may be used.

反発力の発生源としてばねを用いる場合、ばねSpは、ここでは狙い位置Pと狙い位置Q(i,j=1~7)との間にそれぞれ配置させる。つまり、狙い位置Pと狙い位置Qとの間、狙い位置Pと狙い位置Qとの間、等の互いに隣り合う位置同士の間にそれぞればねを設けることを想定する。ばねSpは、パスPSaとパスPSbとの間の距離、具体的にはパス上の狙い位置Pと狙い位置Qとの間の距離に応じた反発力を発生する。 When a spring is used as a source of repulsive force, the spring Sp is disposed between target position P i and target position Q j (i, j = 1 to 7) here. That is, it is assumed that a spring is provided between adjacent positions such as between target position P 1 and target position Q 1 , between target position P 2 and target position Q 2 , etc. The spring Sp generates a repulsive force according to the distance between path PSa and path PSb, specifically, the distance between target position P i and target position Q j on the path.

図9Bに示すように、狙い位置P,Qに反発力が作用すると、パスPSa,PSbは互いに離反するように移動する。この反発力は、パスPSa,PSbの移動に伴ってばねが伸び、力学的に平衡状態に近づくほど減少する。 9B, when a repulsive force acts on the target positions P i and Q j , the paths PSa and PSb move away from each other. This repulsive force decreases as the spring stretches with the movement of the paths PSa and PSb and approaches a mechanical equilibrium state.

図10は、パスの移動距離の時間変化を模式的に示すグラフである。パスPSa,PSbは、反発力を受けて移動する。その移動距離は、ある距離Lcに収束する。その結果、図9Cに示すように、パスPSaとPSbとが平衡状態となる位置で移動を停止する。この位置が均等化されたパスの配置位置となる。より詳細には、パスの移動速度を低下させる減衰力によって狙い位置の移動を抑え、平衡状態にする。 Figure 10 is a graph showing a schematic change in the path movement distance over time. Paths PSa and PSb move due to a repulsive force. The movement distance converges to a certain distance Lc. As a result, as shown in Figure 9C, paths PSa and PSb stop moving at a position where they are in an equilibrium state. This position becomes the placement position of the equalized paths. More specifically, the movement of the target position is suppressed by a damping force that reduces the path movement speed, and an equilibrium state is achieved.

上記した反発力の数式モデルとしては、(1)~(3)式を例示できる。パスPSa上の狙い位置をPとし、パスPSb上の狙い位置をQとしたとき、i番目の狙い位置に作用する反発力Fは、(1)~(3)式により求められる。 The above-mentioned mathematical model of the repulsive force can be exemplified by the following formulas (1) to (3): When the target position on the path PSa is P i and the target position on the path PSb is Q j , the repulsive force F i acting on the i-th target position can be calculated by the formulas (1) to (3).

Figure 2024067526000002
Figure 2024067526000002

ここで、kは定数、xはパスPSaにおける狙い位置Pの座標、xはパスPSbにおける狙い位置Qの座標である。なお、ここで示す座標は一軸方向の座標であるが、2次元の平面座標又は3次元の空間座標であってもよい。また、Sは反発力Fに影響が及ぶ限界の距離(後述する影響半径)であり、狙い位置同士の間の距離がS以上離れた場合には、その離れた位置からは反発力Fによって何ら影響されないとみなす。すなわち、i番目の狙い位置Pに作用する反発力Fは、距離Sより近い領域の狙い位置Qと狙い位置Pとの間のばねSpからの弾性力の合計となる。 Here, k is a constant, x i is the coordinate of the target position P i in the path PSa, and x j is the coordinate of the target position Q j in the path PSb. The coordinates shown here are uniaxial coordinates, but may be two-dimensional planar coordinates or three-dimensional spatial coordinates. Also, S 0 is the limit distance (influence radius described later) at which the repulsive force F is affected, and when the distance between the target positions is S 0 or more, it is considered that the repulsive force F has no effect from the distant position. In other words, the repulsive force F i acting on the i-th target position P i is the sum of the elastic forces from the spring Sp between the target position Q j and the target position P i in an area closer than the distance S 0 .

図11は、上記の数式モデルを各パスPS1~PS3に適用した場合の模式的な説明図である。中間のパスPS2の狙い位置Paに作用する反発力Fは、上述した(1)~(3)式に基づいて求められる。すなわち、狙い位置Paと他の狙い位置との距離を2次元で考えると、狙い位置Paを中心とする半径(影響半径)R1の範囲AR1内に存在する、狙い位置Pa以外の狙い位置Pa,Paを抽出し、狙い位置Paと狙い位置Paとの距離、及び狙い位置Paと狙い位置Paとの距離に応じた各反発力が狙い位置Paに生じるものとする。このように、狙い位置Pa,Paにのみ反発力を付与し、反発力の発生範囲を制限するのが好ましい。その場合、解析のための演算をより簡単な系で行える。 FIG. 11 is a schematic explanatory diagram when the above mathematical model is applied to each pass PS1 to PS3. The repulsive force F acting on the target position Pa of the intermediate pass PS2 is calculated based on the above formulas (1) to (3). That is, when the distance between the target position Pa and other target positions is considered in two dimensions, the target positions Pa 1 and Pa 2 other than the target position Pa that exist within the range AR1 of the radius (influence radius) R1 centered on the target position Pa are extracted, and each repulsive force according to the distance between the target position Pa and the target position Pa 1 and the distance between the target position Pa and the target position Pa 2 is generated at the target position Pa. In this way, it is preferable to apply the repulsive force only to the target positions Pa 1 and Pa 2 and to limit the range in which the repulsive force is generated. In that case, the calculation for analysis can be performed in a simpler system.

また、作用させる反発力Fは、同一パス内の場合と、異なるパス間の場合とで区別してもよい。つまり、同一パス間で生成するばねと、異なるパス間で生成するばねについては影響半径R1,R2をそれぞれ分け、それぞれに個別のばねを生成する。こうすることで、意図しないばね及び反発力の発生を制限できる。また、生成したばねのばね定数についても、同一パス内をk1、異なるパス間をk2として区別できる。なお、折れ角が小さいほど各狙い位置間の反発力を大きくすることが好ましい(ただし、折れ角θの依存は、同一パス内のばね定数k1に限る)。 The repulsive force F to be applied may be differentiated between within the same path and between different paths. In other words, the influence radii R1 and R2 are divided for springs generated between the same path and between different paths, and separate springs are generated for each. This makes it possible to limit the generation of unintended springs and repulsive forces. The spring constants of the generated springs can also be differentiated, with k1 for within the same path and k2 for between different paths. Note that it is preferable to increase the repulsive force between each target position as the bend angle becomes smaller (however, the dependence of the bend angle θ is limited to the spring constant k1 within the same path).

具体的には、狙い位置Paを中心とする影響半径R2の範囲AR2内に存在する他のパスの狙い位置Pa3,Pa4との距離に応じた反発力が、狙い位置Paに生じることになる。これにより、狙い位置同士の間隔をより適正に調整できる。 Specifically, a repulsive force is generated at the target position Pa according to the distance between the target positions Pa3 and Pa4 of other passes that exist within a range AR2 of influence radius R2 centered on the target position Pa. This allows the distance between the target positions to be adjusted more appropriately.

図12は、図4、図5に示す折れ角部位のパスPSout及びその内側のパスPSinの各狙い位置同士の間に反発力を付与した様子を示す説明図である。パスPSinの狙い位置Pin_cを例にとると、狙い位置Pin_cから影響半径R1までの範囲AR1内に存在する狙い位置Pin_c以外の狙い位置Pin_1、Pin_2を抽出し、狙い位置Pin_cとPin_1との間、及び狙い位置Pin_cとPin_2との間にそれぞればねを生成する。また、狙い位置Pin_cから影響半径R2までの範囲AR2内に存在するパスPSin以外の狙い位置Pout_1、Pout_2を抽出し、狙い位置Pin_cとPout_1との間、及び狙い位置Pin_cとPout_2との間にそれぞればねを生成する。 Fig. 12 is an explanatory diagram showing a state where a repulsive force is applied between the target positions of the path PS out at the bend corner portion shown in Fig. 4 and the path PS in inside the bend corner portion shown in Fig. 5. Taking the target position P in_c of the path PS in as an example, target positions P in_1 and P in_2 other than the target position P in_c that exist within a range AR1 from the target position P in_c to an influence radius R1 are extracted, and springs are generated between the target positions P in_c and P in_1 , and between the target positions P in_c and P in_2 , respectively. Also, target positions P out_1 and P out_2 other than the path PSin that exist within a range AR2 from the target position P in_c to an influence radius R2 are extracted, and springs are generated between the target positions P in_c and P out_1 , and between the target positions P in_c and P out_2 , respectively.

この場合も、同一パス内のばねのばね定数はk1、異なるパス間のばねのばね定数はk2(k2≠k1)とする。 In this case too, the spring constant of the springs in the same path is k1, and the spring constant of the springs between different paths is k2 (k2 ≠ k1).

さらに、反発力によって生じる狙い位置の移動を収束(移動速度を減衰)させる力を想定してもよい。この力は、パス上の各狙い位置に反発力が作用した際の、狙い位置の移動速度に比例する力である。 Furthermore, a force that converges the movement of the target position caused by the repulsive force (attenuates the movement speed) may be assumed. This force is proportional to the movement speed of the target position when the repulsive force acts on each target position on the path.

Figure 2024067526000003
Figure 2024067526000003

ここで、ベクトルuは、各狙い位置の速度ベクトル、ベクトルxは各狙い位置の位置ベクトル、tは時間、Δtは時間変化量、ベクトルFは反発力のマトリクス、cは減衰係数である。なお、上記の演算の詳細については、特開2015-230530号公報を適宜参照されたい。 Here, vector u is the velocity vector of each target position, vector x is the position vector of each target position, t is time, Δt is the amount of change over time, vector F is the repulsive force matrix, and c is the damping coefficient. For details of the above calculations, please refer to JP 2015-230530 A as appropriate.

(4)式の減衰係数cの項は、反発力Fによる狙い位置の移動速度を減衰させる項であり、図9CのパスPSa,PSbの移動を停止させる。これにより、時間経過につれて位置の変動量が収束する。この変動量の収束は、例えば狙い位置の移動量が所定の値以下に収まった場合に、移動量の更新を打ち切ることであってもよい。また、移動量の計算は、複数回繰り返し行ってもよい。その場合、密に詰まったパスを解消する修正位置の候補を複数抽出できる。 The term of the damping coefficient c in equation (4) is a term that dampens the moving speed of the target position due to the repulsive force F, and stops the movement of paths PSa and PSb in FIG. 9C. This causes the amount of change in the position to converge over time. This convergence of the amount of change may be, for example, by ceasing to update the amount of movement when the amount of movement of the target position falls below a predetermined value. The calculation of the amount of movement may also be repeated multiple times. In this case, multiple candidates for correction positions that eliminate closely packed paths can be extracted.

さらに、折れ角算出部33は、狙い位置情報取得部31が取得した複数の狙い位置に、パス上に配置される他の狙い位置を追加してもよい。その場合、追加した狙い位置の情報によって、折れ角部位を抽出しやすくなることが期待でき、より正確な抽出が可能となる。 Furthermore, the bend angle calculation unit 33 may add other target positions that are located on the path to the multiple target positions acquired by the target position information acquisition unit 31. In this case, it is expected that the information on the added target positions will make it easier to extract the bend angle portion, enabling more accurate extraction.

また、前述したように、層の輪郭を形成するパスについては位置を固定する。輪郭内に配置されるパスについてのみ位置を移動可能にすることで、輪郭の形状を変化させることなく、輪郭内部でパスを均等に配置できる。 As mentioned above, the positions of the paths that form the contour of a layer are fixed. By allowing the positions of only the paths that are placed within the contour to be movable, paths can be evenly placed within the contour without changing the shape of the contour.

以上のように、複数の狙い位置のうち互いに隣り合う狙い位置同士に付与する反発力を付与することで、狙い位置が反発力の付与前の位置から反発力の付与後に力学的に平衡する位置まで移動する移動量を、複数の狙い位置について解析的に求める(S4)。この処理は、図2に示す狙い移動量演算部41により行われる。 As described above, by applying a repulsive force to adjacent target positions among the multiple target positions, the movement amount by which the target positions move from the position before the repulsive force is applied to the position where the target positions are mechanically balanced after the repulsive force is applied is analytically calculated for the multiple target positions (S4). This process is performed by the target movement amount calculation unit 41 shown in FIG. 2.

次に、造形経路修正部37は、求めた移動量に応じてパスの位置を修正する(S5)。
図13は、パスの位置を変更した結果を示す説明図である。図12においては、パスPSoutの折れ角部位で、パスPSoutの狙い位置Pout_cと、パスPSinの狙い位置Pin_cとが離れて、比較的広い隙間を生じていた。しかし、上記した反発力の付与によるパスの修正を行うことで、パスPSoutの及びパスPSoutの各狙い位置はそのままとし、パスPSinの狙い位置Pin_cを含む複数の狙い位置を移動させる。これにより、狙い位置Pout_cと狙い位置Pin_cとの隙間が狭くなることで隙間が狭くなり、且つパスPSinの狙い位置同士の間隔が広げられる。パスPSinの狙い位置同士の間隔は、折れ角部位の折れ角が小さいほど大きくする。このようして、造形経路修正部37は、折れ角部位におけるパスを、隙間による欠陥が生じにくくなるように適正化する。適正化したパスによれば、形成されるビードの高さは、折れ角部位と、折れ角部位以外の部位とで略均一となり、段差の発生を抑制できる。
Next, the modeling path correction unit 37 corrects the position of the path in accordance with the calculated movement amount (S5).
FIG. 13 is an explanatory diagram showing the result of changing the position of the path. In FIG. 12, the target position P out_c of the path PS out and the target position P in_c of the path PS in are separated at the bend corner portion of the path PS out , and a relatively wide gap is generated. However, by correcting the path by applying the above-mentioned repulsive force, the target positions of the path PS out and the path PS out are left as they are, and a plurality of target positions including the target position P in_c of the path PS in are moved. As a result, the gap between the target position P out_c and the target position P in_c is narrowed, and the interval between the target positions of the path PS in is widened. The interval between the target positions of the path PS in is made larger as the bend angle of the bend corner portion is smaller. In this way, the modeling path correction unit 37 optimizes the path at the bend corner portion so that defects due to gaps are less likely to occur. According to the optimized path, the height of the formed bead is approximately uniform at the bend corner portion and at the portion other than the bend corner portion, and the occurrence of steps can be suppressed.

そして、制御情報生成部39は、修正したパスの情報を含む制御情報を生成する。この制御情報が図1に示す造形制御部13に出力されると、造形制御部13は、造形計画を図13に示すパスPSin,PSoutに変更する。これにより、制御情報生成装置200により生成された制御情報が造形制御部13に送られると、造形制御部13が、修正後のパスに沿ってアーク溶接を行うように造形部11を制御するため、欠陥の発生を抑えた高品位な造形物の積層造形が可能となる。 Then, the control information generating unit 39 generates control information including information of the corrected path. When this control information is output to the molding control unit 13 shown in Fig. 1, the molding control unit 13 changes the molding plan to paths PS in and PS out shown in Fig. 13. As a result, when the control information generated by the control information generating device 200 is sent to the molding control unit 13, the molding control unit 13 controls the molding unit 11 to perform arc welding along the corrected path, so that additive manufacturing of a high-quality object with reduced defects is possible.

<折れ各充填部のパスの最適化例>
次に、作成した造形計画のパスを、上記した手順により最適化した結果を説明する。
図14Aは、四角形の内側をビードで埋める際の造形計画によるパスを示す説明図であり、図14Bは、図14Aのパスを最適化した結果を示す説明図である。最適化前のパスは、折れ角部位(角部)においてビード同士の間に隙間が生じやすくなる。一方、最適化後のパスは、折れ角部位において周囲のパスとの間の距離が短く変更されており、隙間が生じにくくなる。
<Example of optimization of paths for each filling part of folds>
Next, the results of optimizing the path of the created molding plan according to the above-mentioned procedure will be described.
Fig. 14A is an explanatory diagram showing paths according to a modeling plan when filling the inside of a rectangle with beads, and Fig. 14B is an explanatory diagram showing the result of optimizing the paths in Fig. 14A. In the path before optimization, gaps are likely to occur between beads at bend corners (corners). On the other hand, in the path after optimization, the distance between the bend corners and the surrounding paths is shortened, making it less likely that gaps will occur.

図15Aは、円孔を有する四角形の内側をビードで埋める際の造形計画によるパスを示す説明図であり、図15Bは、図15Aのパスを最適化した結果を示す説明図である。この場合も、最適化後のパスは、特に鋭角となった折れ角部位においても周囲のパスとの間の距離が短く変更されており、隙間が生じにくくなる。 Figure 15A is an explanatory diagram showing a path according to a modeling plan when filling the inside of a rectangle with a circular hole with a bead, and Figure 15B is an explanatory diagram showing the result of optimizing the path of Figure 15A. In this case, too, the distance between the optimized path and the surrounding paths is shortened, even at sharp bends, making it less likely for gaps to occur.

このように、折れ角部位を抽出して、折れ角部位近傍のパスを修正する処理を自動的に行うことで、人為的な作業、経験を要せず、効率よく理想に近い造形計画を作成できる。 In this way, by automatically extracting bend corners and correcting paths near the bend corners, it is possible to efficiently create a modeling plan that is close to the ideal, without the need for manual work or experience.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is intended that the various configurations of the embodiments be combined with each other, and that those skilled in the art may modify and apply the invention based on the description in the specification and well-known techniques, and this is included in the scope of the protection sought.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する狙い位置情報取得部と、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求める折れ角算出部と、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正する狙い位置間隔修正部と、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正する造形経路修正部と、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する制御情報生成部と、
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、狙い位置情報取得部が取得した狙い位置の情報から、折れ角算出部が折れ角部位を抽出し、その折れ角の内側領域に配置された狙い位置同士の間隔を、狙い位置間隔修正部により折れ角が小さいほど大きくするように造形経路を修正し、修正後の造形経路を含む制御情報を制御情報生成部が生成する。これにより、折れ角部位を生じる場合でも、ビード間に未溶着となる欠陥が生じにくい造形経路に修正できる。また、この制御情報により、高品位な造形物を積層するように積層造形装置を制御できる。
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A control information generation device that generates control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to model a three-dimensional shape of a desired object, the control information generation device comprising:
a target position information acquisition unit that acquires information on a plurality of target positions for bead formation in the molding path;
a bend angle calculation unit that extracts bend angle portions of the modeling path from the plurality of target positions and calculates bend angles of the extracted bend angle portions;
a target position interval correction unit that corrects intervals between the target positions arranged in an inner region between the modeling paths of the bending corner portion;
a modeling path correction unit that corrects the modeling path so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
a control information generating unit that generates the control information including information of the corrected modeling path;
A control information generating device comprising:
According to this control information generating device, the bend angle calculation unit extracts a bend angle portion from the information on the target position acquired by the target position information acquisition unit, and the target position interval correction unit corrects the modeling path so that the interval between the target positions located in the inner area of the bend angle is increased as the bend angle becomes smaller, and the control information generating unit generates control information including the corrected modeling path. As a result, even if a bend angle portion occurs, the modeling path can be corrected to one that is less likely to cause defects such as unwelded beads between beads. In addition, the control information can be used to control the additive manufacturing device to stack high-quality objects.

(2) 前記折れ角算出部は、複数の前記狙い位置のいずれか1つと、当該いずれか1つの狙い位置を中心に、予め定めた半径距離の内側に含まれる他の前記狙い位置のうち、前記造形経路に沿った造形方向先方に配置された先方側狙い位置と、造形方向後方に配置された後方側狙い位置と、の少なくとも3つの狙い位置を結んで形成される小さい側の角度を、複数の前記狙い位置の全て又は一部に対して求めた結果から前記折れ角を決定する、(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、3つの狙い位置を結んで決定される角から折れ角を決定するため、折れ角部位の先端が欠けていたり、狙い位置の一部が意図しない方向に離れて配置されていたりしても、相応の折れ角を機械的に算出できる。
(2) The control information generation device described in (1), wherein the bend angle calculation unit determines the bend angle from a result of calculating a smaller angle formed by connecting at least three target positions, the smaller angle being one of the plurality of target positions and at least three other target positions included within a predetermined radial distance from the one target position as a center, the smaller angle being a front-side target position located ahead in the printing direction along the printing path and a rear-side target position located behind the printing direction, for all or some of the plurality of target positions.
According to this control information generating device, the bend angle is determined from the angle determined by connecting three target positions, so even if the tip of the bend angle portion is chipped or part of the target position is positioned away in an unintended direction, an appropriate bend angle can be mechanically calculated.

(3) 求めた前記角度のうち、最小となる角度、又は定められた範囲内において最小となる角度を前記折れ角に決定する、(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、最小の角度を折れ角に設定することで、折れ角部位を容易に特定できる。
(3) The control information generating device according to (2), wherein the bend angle is determined to be a minimum angle, or a minimum angle within a predetermined range, from among the calculated angles.
According to this control information generating device, by setting the minimum angle as the bend angle, it is possible to easily identify the bend angle location.

(4) 複数の前記狙い位置同士の間に反発力を仮想的に付与し、付与した前記反発力の力学的な釣り合い位置から前記狙い位置の移動量を推定する移動量演算部を更に備え、
前記造形経路修正部は、推定した前記移動量を前記狙い位置同士の間隔に加算する、(1)から(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、狙い位置同士の間に反発力を付与したときに、狙い位置が力学的に平衡する位置まで移動する、という力学的な挙動を利用して、狙い位置同士の間隔を解析的に算出できる。
(4) A movement amount calculation unit is further provided that virtually applies a repulsive force between the plurality of target positions and estimates a movement amount of the target position from a dynamic balance position of the applied repulsive force,
The control information generating device according to any one of (1) to (3), wherein the modeling path correction unit adds the estimated movement amount to an interval between the target positions.
According to this control information generating device, when a repulsive force is applied between target positions, the target positions move to a position where they are mechanically balanced, utilizing the mechanical behavior, and the distance between the target positions can be analytically calculated.

(5) 前記反発力は、
同一の前記造形経路中の互いに隣接する前記狙い位置同士の間に作用する同一経路内反発力と、
前記造形経路の前記狙い位置と、当該造形経路に隣り合う他の造形経路の前記狙い位置との間に作用する近接経路間反発力と、
を有する(4)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、同一経路内で狙い位置同士の間を均等化し、かつ、隣り合う経路間での狙い位置同士の間を均等化することで、各造形経路の折れ角部位の狙い位置を適正な位置に調整できる。
(5) The repulsive force is
A repulsive force within the same path acting between adjacent target positions in the same modeling path;
A repulsive force between adjacent paths acting between the target position of the modeling path and the target position of another modeling path adjacent to the modeling path;
The control information generating device according to (4).
According to this control information generating device, the target positions of the bend corner portions of each modeling path can be adjusted to appropriate positions by equalizing the distance between target positions within the same path and also equalizing the distance between target positions between adjacent paths.

(6) 前記反発力は、いずれかの前記狙い位置と、当該狙い位置を中心として規定の影響半径内に含まれる他の前記狙い位置との間に発生させる、(4)又は(5)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、反発力の発生範囲を制限することで、解析のための演算をより簡単な系で行える。
(6) The control information generation device according to (4) or (5), wherein the repulsive force is generated between any one of the target positions and another of the target positions that is included within a prescribed influence radius centered on the target position.
According to this control information generating device, by limiting the range in which the repulsive force occurs, calculations for analysis can be performed with a simpler system.

(7) 前記折れ角算出部は、前記狙い位置情報取得部が取得した複数の前記狙い位置に、前記造形経路上に配置される他の狙い位置を追加した情報から、前記折れ角部位を抽出する、(1)から(6)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、狙い位置を増加させることで、折れ角をより精度よく求めることができる。
(7) The control information generating device according to any one of (1) to (6), wherein the bend angle calculation unit extracts the bend angle portion from information obtained by adding other target positions to be placed on the modeling path to the plurality of target positions acquired by the target position information acquisition unit.
According to this control information generating device, by increasing the number of target positions, the bend angle can be obtained with higher accuracy.

(8) 加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得し、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求め、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正し、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正し、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する、
制御情報生成方法。
この制御情報生成方法によれば、取得した狙い位置の情報から、折れ角部位を抽出し、その折れ角の内側領域に配置された狙い位置同士の間隔を、折れ角が小さいほど大きくするように造形経路を修正し、修正後の造形経路を含む制御情報を生成する。これにより、折れ角部位を生じる場合でも、ビード間に未溶着となる欠陥が生じにくい造形経路に修正できる。また、この制御情報により、高品位な造形物を積層するように積層造形装置を制御できる。
(8) A control information generation method for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and stacks the layer shapes to form a three-dimensional shape of a desired object, comprising:
Acquire information on a plurality of target positions for bead formation in the molding path;
Extracting bend corner portions of the shaping path from the plurality of target positions, and determining bend angles of the extracted bend corner portions;
Correcting intervals between the target positions arranged in an inner region of the bending corner portion sandwiched between the modeling paths;
The modeling path is modified so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
generating the control information including information of the modified modeling path;
A method for generating control information.
According to this control information generating method, a bend angle portion is extracted from the acquired target position information, the modeling path is modified so that the distance between the target positions located in the inner area of the bend angle is increased as the bend angle becomes smaller, and control information including the modified modeling path is generated. As a result, even if a bend angle portion occurs, the modeling path can be modified to one that is less likely to cause defects such as non-welding between beads. In addition, the control information can be used to control the additive manufacturing device to laminate a high-quality model.

(9) 加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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の手順を実行するプログラムであって、
コンピュータに、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する手順と、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求める手順と、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正する手順と、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正する手順と、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する手順と、
を実行させるプログラム。
このプログラムによれば、取得した狙い位置の情報から、折れ角部位を抽出し、その折れ角の内側領域に配置された狙い位置同士の間隔を、折れ角が小さいほど大きくするように造形経路を修正し、修正後の造形経路を含む制御情報を生成する。これにより、折れ角部位を生じる場合でも、ビード間に未溶着となる欠陥が生じにくい造形経路に修正できる。また、この制御情報により、高品位な造形物を積層するように積層造形装置を制御できる。
(9) A program for executing a procedure of a control information generating method for generating control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape by using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to model a three-dimensional shape of a desired object, the program comprising:
On the computer,
acquiring information on a plurality of target positions for bead formation in the modeling path;
A step of extracting bend corner portions of the shaping path from the plurality of target positions and determining bend angles of the extracted bend corner portions;
correcting intervals between the target positions arranged in an inner region of the bending corner portion sandwiched between the modeling paths;
a step of correcting the modeling path so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
generating the control information including information of the modified modeling path;
A program that executes the following.
According to this program, the program extracts bend corners from the acquired target position information, modifies the modeling path so that the distance between the target positions located in the inner area of the bend corners is increased as the bend angle becomes smaller, and generates control information including the modified modeling path. As a result, even if a bend corner occurs, the modeling path can be modified to one that is less likely to cause defects such as unwelded beads between beads. In addition, the program can control the additive manufacturing device to laminate a high-quality model using this control information.

(10) (1)から(7)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生成された制御情報に基づく前記造形経路に沿ってアーク溶接を行う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、欠陥の発生を抑えた造形物の積層造形が可能となる。
(10) A control information generating device according to any one of (1) to (7),
the additive manufacturing apparatus performing arc welding along the manufacturing path based on the control information generated by the control information generating device;
A welding device comprising:
This welding device makes it possible to perform additive manufacturing of objects while minimizing the occurrence of defects.

(11) (8)に記載の制御情報生成方法により生成された制御情報に基づく前記造形経路に沿ってアーク溶接を行う溶接方法。
この溶接方法によれば、欠陥の発生を抑えた造形物の積層造形が可能となる。
(11) A welding method for performing arc welding along the shaping path based on control information generated by the control information generation method according to (8).
This welding method makes it possible to perform additive manufacturing of objects while suppressing the occurrence of defects.

11 造形部
13 造形制御部
17 マニピュレータ
19 溶加材供給部
19a リール
19b 繰り出し機構
21 マニピュレータ制御部
23 熱源制御部
25 トーチ
27 ベース
31 狙い位置情報取得部
33 折れ角算出部
35 狙い位置間隔修正部
37 造形経路修正部
39 制御情報生成部
41 移動量演算部
100 積層造形装置
200 制御情報生成装置
AR1,AR2 範囲
B ビード
F 反発力
M 溶加材
P0,P1,P2,P3,P4,P5,Pa,Pa,Pa,Pa,Pa,Pin_1,Pin_2,Pin_c,Pout_1,Pout_2,out_c,P(i=1~7),Q(j=1~7) 狙い位置
PS,PS1,PS2,PS3,PS4,PSa,PSb,PSin,PSout パス(造形経路)
R1,R2 影響半径
W 範囲
Wk 造形物
θ,θ1a,θ1b,θ2a,θ2b,θ,θ,θ 折れ角
11 Modeling unit 13 Modeling control unit 17 Manipulator 19 Filler material supply unit 19a Reel 19b Payout mechanism 21 Manipulator control unit 23 Heat source control unit 25 Torch 27 Base 31 Target position information acquisition unit 33 Bend angle calculation unit 35 Target position interval correction unit 37 Modeling path correction unit 39 Control information generation unit 41 Movement amount calculation unit 100 Layered modeling device 200 Control information generation device AR1, AR2 Range B Bead F Repulsive force M Filler material P0, P1, P2, P3, P4, P5, Pa, Pa 1 , Pa 2 , Pa 3 , Pa 4 , P in_1 , P in_2 , P in_c , P out_1 , P out_2, P out_c , P i (i = 1 to 7), Q j (j = 1 to 7) Target position PS, PS1, PS2, PS3, PS4, PSa, PSb, PS in , PS out Path (printing path)
R1, R2: radius of influence W: range Wk: object θ, θ 1a , θ 1b , θ 2a , θ 2b , θ 3 , θ 4 , θ 5: bending angle

Claims (11)

加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する狙い位置情報取得部と、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求める折れ角算出部と、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正する狙い位置間隔修正部と、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正する造形経路修正部と、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する制御情報生成部と、
を備える制御情報生成装置。
A control information generating device that generates control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to form a three-dimensional shape of a desired object, comprising:
a target position information acquisition unit that acquires information on a plurality of target positions for bead formation in the molding path;
a bend angle calculation unit that extracts bend angle portions of the modeling path from the plurality of target positions and calculates bend angles of the extracted bend angle portions;
a target position interval correction unit that corrects intervals between the target positions arranged in an inner region between the modeling paths of the bending corner portion;
a modeling path correction unit that corrects the modeling path so that an interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller; and
a control information generating unit that generates the control information including information of the corrected modeling path;
A control information generating device comprising:
前記折れ角算出部は、複数の前記狙い位置のいずれか1つと、当該いずれか1つの狙い位置を中心に、予め定めた半径距離の内側に含まれる他の前記狙い位置のうち、前記造形経路に沿った造形方向先方に配置された先方側狙い位置と、造形方向後方に配置された後方側狙い位置と、の少なくとも3つの狙い位置を結んで形成される小さい側の角度を、複数の前記狙い位置の全て又は一部に対して求めた結果から前記折れ角を決定する、
請求項1に記載の制御情報生成装置。
The bend angle calculation unit determines the bend angle from a result of calculating a smaller angle formed by connecting at least three target positions, the smaller angle being one of the plurality of target positions, a front-side target position disposed ahead in the printing direction along the printing path, and a rear-side target position disposed behind the printing direction, among the other target positions included inside a predetermined radial distance around the one target position, for all or a part of the plurality of target positions.
The control information generating device according to claim 1 .
求めた前記角度のうち、最小となる角度、又は定められた範囲内において最小となる角度を前記折れ角に決定する、
請求項2に記載の制御情報生成装置。
Among the angles thus obtained, a minimum angle or a minimum angle within a predetermined range is determined as the bend angle.
The control information generating device according to claim 2 .
複数の前記狙い位置同士の間に反発力を仮想的に付与し、付与した前記反発力の力学的な釣り合い位置から前記狙い位置の移動量を推定する移動量演算部を更に備え、
前記造形経路修正部は、推定した前記移動量を前記狙い位置同士の間隔に加算する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の制御情報生成装置。
a movement amount calculation unit that virtually applies a repulsive force between the plurality of target positions and estimates a movement amount of the target position from a dynamic balance position of the applied repulsive force,
The modeling path correction unit adds the estimated movement amount to an interval between the target positions.
The control information generating device according to claim 1 .
前記反発力は、
同一の前記造形経路中の互いに隣接する前記狙い位置同士の間に作用する同一経路内反発力と、
前記造形経路の前記狙い位置と、当該造形経路に隣り合う他の造形経路の前記狙い位置との間に作用する近接経路間反発力と、
を有する請求項4に記載の制御情報生成装置。
The repulsive force is
A repulsive force within the same path acting between adjacent target positions in the same modeling path;
A repulsive force between adjacent paths acting between the target position of the modeling path and the target position of another modeling path adjacent to the modeling path;
The control information generating device according to claim 4 , further comprising:
前記反発力は、いずれかの前記狙い位置と、当該狙い位置を中心として規定の影響半径内に含まれる他の前記狙い位置との間に発生させる、
請求項4に記載の制御情報生成装置。
The repulsive force is generated between any one of the target positions and another of the target positions included within a specified radius of influence centered on the target position.
The control information generating device according to claim 4.
前記折れ角算出部は、前記狙い位置情報取得部が取得した複数の前記狙い位置に、前記造形経路上に配置される他の狙い位置を追加した情報から、前記折れ角部位を抽出する、
請求項1から3のいずれか1項に記載の制御情報生成装置。
The bend angle calculation unit extracts the bend angle portion from information obtained by adding other target positions to be arranged on the modeling path to the plurality of target positions acquired by the target position information acquisition unit.
The control information generating device according to claim 1 .
加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得し、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求め、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正し、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正し、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する、
制御情報生成方法。
A control information generation method for generating control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to form a three-dimensional shape of a desired object, comprising:
Acquire information on a plurality of target positions for bead formation in the molding path;
Extracting bend corner portions of the shaping path from the plurality of target positions, and determining bend angles of the extracted bend corner portions;
Correcting intervals between the target positions arranged in an inner region of the bending corner portion sandwiched between the modeling paths;
The modeling path is modified so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
generating the control information including information of the modified modeling path;
A method for generating control information.
加工位置を造形経路に沿って移動させながら溶融した加工材料を加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、前記層形状を積層して所望の造形物の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の手順を実行するプログラムであって、
コンピュータに、
前記造形経路におけるビード形成のための複数の狙い位置の情報を取得する手順と、
複数の前記狙い位置から前記造形経路の折れ角部位を抽出し、抽出した前記折れ角部位の折れ角を求める手順と、
前記折れ角部位の前記造形経路に挟まれる内側領域に配置された複数の前記狙い位置同士の間隔を修正する手順と、
前記折れ角部位の前記折れ角が小さいほど前記狙い位置同士の間隔を大きくするように前記造形経路を修正する手順と、
修正した前記造形経路の情報を含む前記制御情報を生成する手順と、
を実行させるプログラム。
A program for executing the steps of a control information generation method for generating control information for controlling an additive manufacturing device that forms a layer shape using a bead formed by adding a molten processing material to a processing target surface while moving a processing position along a modeling path, and laminates the layer shapes to form a three-dimensional shape of a desired object, the program comprising:
On the computer,
acquiring information on a plurality of target positions for bead formation in the modeling path;
A step of extracting bend corner portions of the shaping path from the plurality of target positions and determining bend angles of the extracted bend corner portions;
correcting intervals between the target positions arranged in an inner region of the bending corner portion sandwiched between the modeling paths;
a step of correcting the modeling path so that the interval between the target positions is increased as the bend angle of the bend angle portion is smaller;
generating the control information including information of the modified modeling path;
A program that executes the following.
請求項1から3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生成された制御情報に基づく前記造形経路に沿ってアーク溶接を行う前記積層造形装置と、
を備える溶接装置。
A control information generating device according to any one of claims 1 to 3,
the additive manufacturing apparatus performing arc welding along the manufacturing path based on the control information generated by the control information generating device;
A welding device comprising:
請求項8に記載の制御情報生成方法により生成された制御情報に基づく前記造形経路に沿ってアーク溶接を行う溶接方法。 A welding method for performing arc welding along the forming path based on control information generated by the control information generation method described in claim 8.
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