JP6412049B2

JP6412049B2 - 金属粉を供給しながらレーザを照射する加工部を移動させて積層造形を行う積層造形加工方法及び積層造形加工装置

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Publication number: JP6412049B2
Application number: JP2016080876A
Authority: JP
Inventors: 真樹岡; 武志持田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2018-10-24
Anticipated expiration: 2036-04-14
Also published as: US20170297107A1; CN107297498A; CN107297498B; DE102017206001A1; JP2017190505A

Description

本発明は、金属粉の供給量を制御する積層造形に関する。

従来から、金属を積層造形加工する技術として、金属粉を敷き詰めてビームを照射し、硬化層を形成するパウダヘッド方式やビームを照射しながら同時に金属粉を吹き付け、硬化層を形成するパウダスプレー方式等が知られている。パウダスプレー方式に関する技術を開示するものとして例えば特許文献１や特許文献２がある。特許文献１には、セラミックスや金属等の粉末を母材表面に配列し、レーザで加熱焼結することを繰り返すレーザ加工に関する技術が記載されている。特許文献２には、複数の焼結層が積層一体化された立体造形物を製造する方法において、粉末材料を供給する箇所を移動させながら、その供給した粉末材料を高密度エネルギー熱源で加熱して焼結する技術が記載されている。

特許第２７９８２８１号公報特開２００６−２０００３０号公報

一般的に、プログラム指令経路に一致する（平行となる）加工面が得られる加工物が高精度な加工物とされる。しかし、加工ヘッドからレーザを照射するとともに金属粉を吹き付け、溶解層を積層するパウダスプレー方式の積層加工では、加工ヘッドの移動する速度や金属粉を吹き付ける面の凹凸によってプログラム指令経路どおりの加工面が得られないことがある。

図１は、屈曲するように進む加工ヘッドの経路の一例を模式的に示す図である。図１には、経路Ｎ１を直進した後、向きを変えて経路Ｎ２に屈曲する加工ヘッドの経路がＸＹ座標（平面）で示されている。経路Ｎ１から経路Ｎ２に曲がるコーナーでは、加工ヘッドの速度の減速が行われる。図２は、加工速度の変化によってプログラム指令経路どおりの加工面が得られなかった例を模式的に示す図である。図２に示すように、コーナーで加工ヘッドの移動する速度が減速すると、単位面積当たりに供給される金属粉が多くなり、その部分だけ溶解層が厚くなってしまう。

図３は、直線的に進む加工ヘッドの経路の一例を模式的に示す図である。図３には、直線的な経路Ｎ３が示されており、加工ヘッドは一定の速度で経路Ｎ３に沿って移動する。図４は、金属粉を吹き付ける面の凹凸によってプログラム指令経路どおりの加工面が得られない例を模式的に示す図である。図４に示すように、表面が凹んでいる部分では得られる加工面も凹んでしまい、表面が膨らんでいるところでは得られる加工面も膨らんでしまう。このように、直線的な経路Ｎ３を一定の速度で進むような場合でも、金属粉を吹き付ける面に凹凸があればプログラム指令経路どおりの加工面が得られなくなる。

特許文献１や特許文献２に開示されるような従来の技術では、上記のプログラム指令経路どおりの加工面が得られない状況に十分に対応できなかった。例えば、特許文献２には、得ようとする立体造形物の表層側の部位では粉末材料の供給速度を小さくし、得ようとする立体造形物の内層側の部位では粉末材料の供給速度を大きくすることが記載されているが、加工速度の変化や表面の凹凸が考慮されていなかった。

本発明は、レーザ照射を行うとともに吹き付ける金属粉の供給量を制御し、プログラム指令経路どおりの高精度な積層造形加工物を得ることができる積層造形加工方法及び積層造形加工装置を提供することを目的とする。

本発明は、金属粉（例えば、後述の金属粉５）を供給しながらレーザ（例えば、後述のレーザ４）を照射する加工部（例えば、後述の加工ヘッド１０）を移動させて積層造形を行う積層造形加工方法であって、前記加工部の速度を示す速度指令値（例えば、後述の速度指令値Ｆｃ）及び前記速度指令値に対応する前記金属粉の供給量を示す金属粉供給量指令値（例えば、後述の金属粉供給量指令値Ｍｃ）を設定する設定ステップと、実際に移動する前記加工部の速度を反映する実速度情報（例えば、後述の速度Ｆ）又は前記加工部と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離情報（例えば、後述の実距離Ｇ）又はその両方を取得する取得ステップと、プログラム指令経路と加工面が一致するように、前記実速度情報及び前記実距離情報の少なくとも１つに基づいて前記金属粉供給量指令値を補正して金属粉供給量（例えば、後述の金属粉供給量Ｍｏｕｔ）を算出する供給量算出ステップと、を含む積層造形加工方法に関する。

前記金属粉供給量には予め供給量最小値（例えば、後述の最小クランプ値Ｍｍｉｎ）が設定されており、前記実速度情報に基づいて算出した前記金属粉供給量が前記供給量最小値を下回る場合は、前記供給量最小値を前記金属粉供給量に設定することが好ましい。

前記取得ステップで取得した前記実距離情報と予め設定される距離情報（例えば、後述の想定距離Ｇｃ）の差に応じて金属粉調整量（例えば、後述の金属粉調整量Ａ）を算出する金属粉調整量算出ステップを含み、前記供給量算出ステップでは、前記金属粉調整量を用いて前記金属粉供給量を算出することが好ましい。

前記金属粉調整量には、予め調整量最小値（例えば、後述の最小クランプ値Ａｍｉｎ）及び調整量最大値（例えば、後述の最大クランプ値Ａｍａｘ）が設定されており、前記金属粉調整量が前記調整量最小値を下回る場合は前記調整量最小値を前記金属粉調整量に設定し、前記金属粉調整量が前記調整量最大値を上回る場合は前記調整量最大値を前記金属粉調整量に設定することが好ましい。

前記積層造形加工方法は、予め設定されるレーザ出力指令値（例えば、後述のレーザ出力指令値Ｐｃ）を前記供給量算出ステップで算出された前記金属粉供給量に応じて補正してレーザ出力値（例えば、後述のレーザ出力値Ｐｏｕｔ）を算出するレーザ出力算出ステップを含むことが好ましい。

前記供給量算出ステップで算出した前記金属粉供給量と前記金属粉供給量指令値の差に応じてレーザ出力調整量（例えば、後述のレーザ出力調整量Ｂ）を算出するレーザ調整量算出ステップを含み、前記レーザ出力算出ステップでは、前記レーザ出力調整量を用いて前記レーザ出力値を算出することが好ましい。

前記レーザ出力調整量には、予め調整量最小値（例えば、後述の最小クランプ値Ｂｍｉｎ）及び調整量最大値（例えば、後述の最大クランプ値Ｂｍａｘ）が設定されており、前記レーザ出力調整量が前記調整量最小値を下回る場合は前記調整量最小値を前記レーザ出力調整量に設定し、前記レーザ出力調整量が前記調整量最大値を上回る場合は前記調整量最大値を前記レーザ出力調整量に設定することが好ましい。

本発明は、金属粉（例えば、後述の金属粉５）を供給しながらレーザ（例えば、後述のレーザ４）を照射する加工部（例えば、後述の加工ヘッド１０）と、前記加工部の速度を示す速度指令値（例えば、後述の速度指令値Ｆｃ）及び前記速度指令値に対応する前記金属粉の供給量を示す金属粉供給量指令値（例えば、後述の金属粉供給量指令値Ｍｃ）を設定する制御装置（例えば、後述の制御装置２０）と、を備え、前記制御装置は、実際に移動する前記加工部の速度を反映する実速度情報（例えば、後述の速度Ｆ）又は前記加工部と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離情報（例えば、後述の実距離Ｇ）又はその両方を取得し、プログラム指令経路と加工面が一致するように、前記実速度情報及び前記実距離情報の少なくとも１つに基づいて前記金属粉供給量指令値を補正して金属粉供給量（例えば、後述の金属粉供給量Ｍｏｕｔ）を算出する積層造形加工装置（例えば、後述の積層造形加工装置）に関する。

本発明の積層造形加工方法及び積層造形加工装置によれば、プログラム指令経路と加工面が一致し、高精度な積層造形加工物を得ることができる。

屈曲するように進む加工ヘッドの経路の一例を模式的に示す図である。加工速度の変化によってプログラム指令経路と加工面が一致しない例を模式的に示す図である。直線的に進む加工ヘッドの経路の一例を模式的に示す図である。金属粉を吹き付ける面の凹凸によってプログラム指令経路と加工面が一致しない例を模式的に示す図である。本発明の一実施形態に係る積層造形加工装置の加工ヘッドを模式的に示す図である。積層造形加工装置の電気的な接続関係を模式的に示すブロック図である。加工ヘッドの速度に対する基準金属粉供給量の関係を示すグラフである。加工ヘッドから金属粉を吹き付ける面までの理想的な距離と加工中の距離の差に対する金属粉調整量の関係を示すグラフである。金属粉供給量を設定する処理の流れを示すフローチャートである。金属粉供給量指令値と金属粉供給量の差に対するレーザ出力調整量の関係を示すグラフである。レーザ出力値を設定する処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る積層造形加工装置１の加工ヘッド１０を模式的に示す図である。本実施形態の積層造形加工装置１は、レーザ４の照射と同時に金属粉５を吹き付けるパウダスプレー方式の加工ヘッド１０によって硬化層を形成する積層造形加工に用いられる。本実施形態の加工ヘッド１０は、金属粉５の供給量を調整可能に構成されており、後述の制御装置２０の制御によってレーザ照射時に吹き付ける金属粉５の供給量が調整される。

図６は、積層造形加工装置１の電気的な接続関係を模式的に示すブロック図である。図６に示すように、積層造形加工装置１は、上述の加工ヘッド１０と、加工ヘッド１０が接続されるファイバレーザ装置４０と、加工ヘッド１０を移動させる加工ヘッド移動装置１１と、ギャップセンサ１２と、積層造形加工装置１の各種の制御を行う制御装置２０と、を備える。

ファイバレーザ装置４０は、レーザ４を出力するためのファイバレーザ発振器であり、加工ヘッド１０に接続される。ファイバレーザ装置４０は、後述する制御装置２０に電気的にされており、当該制御装置２０によって制御される。

加工ヘッド移動装置１１は、複数のサーボモータ１５を有するアーム型のロボットであり、先端に加工ヘッド１０が装着される。複数のサーボモータ１５は、サーボアンプ（図示省略）を介して後述する制御装置２０に接続されている。複数のサーボモータ１５は、左右方向の移動軸としてのＸ軸、前後方向の移動軸としてのＹ軸、加工ヘッド１０の上下方向の移動軸としてのＺ軸にそれぞれ対応しており、加工ヘッド１０を三次元的に移動させることが可能となっている。なお、加工ヘッド移動装置１１は、アーム型のロボットに限られず、加工ヘッド１０を移送させる適宜の手段を用いることができる。なお、図２では、３個のサーボモータ１５が図示されているが、サーボモータ１５の数や配置が限定されるわけではなく、事情に応じて適宜変更することができる。

ギャップセンサ１２は、加工ヘッド１０先端から金属粉を吹き付ける面までの実距離Ｇを検出する距離検出部である。ギャップセンサ１２は、例えば加工ヘッド１０の先端に取り付けられる。なお、以下の説明において、単に加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の距離といった場合には加工ヘッド１０の先端から金属粉を吹き付ける面までの実距離Ｇを示すものとする。

制御装置２０は、レーザ照射及び加工ヘッド１０の移動を制御する機能を有するＣＮＣ（数値制御装置）である。

本実施形態の制御装置２０は、加工ヘッド１０の移動制御を行う数値制御部２１と、金属粉５の供給量を制御する金属粉供給量設定部２３と、レーザ４の出力を制御するレーザ出力制御部２４と、各種のプログラム及びデータを記憶する記憶部３０と、を備える。

数値制御部２１は、インターフェース（図示省略）を介して設定されるプログラム指令経路に基づいて加工ヘッド１０が移動するように加工ヘッド移動装置１１の軸方向及び配置の異なる各サーボモータ１５を制御する数値制御装置として機能する。プログラム指令経路は、積層する加工面に対する経路であるが、加工対象や加工目的に応じて設定される加工ヘッド１０の経路でもあり、加工ヘッド１０は、このプログラム指令経路に平行する移動軌跡となる。

また、数値制御部２１は、プログラムで設定される速度指令値Ｆｃに基づいて加工ヘッド移動装置１１の各軸のサーボモータ１５の制御を行って加工ヘッド１０が移動する速度を制御する。

金属粉供給量設定部２３は、加工ヘッド１０の速度及び加工ヘッド１０から金属粉を吹き付ける面までの実距離Ｇに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを設定する。金属粉供給量Ｍｏｕｔの設定方法について説明する。

本実施形態では、基準金属粉供給量Ｍを加工ヘッド１０の実際の移動速度に基づいて算出し、この基準金属粉供給量Ｍに加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の実距離Ｇに基づいて設定された金属粉調整量Ａを加えることにより、加工ヘッド１０によって実際に供給される金属粉５の量を示す金属粉供給量Ｍｏｕｔが設定される。金属粉供給量Ｍｏｕｔは、次式によって表すことができる。
Ｍｏｕｔ＝Ｍ＋Ａ・・・（１）
Ｍｏｕｔ：金属粉供給量（Ｍｏｕｔ＞０）
Ｍ：基準金属粉供給量
Ａ：金属粉調整量

基準金属粉供給量Ｍの設定について説明する。図７は、加工ヘッド１０の速度に対する基準金属粉供給量Ｍの関係を示すグラフである。基準金属粉供給量Ｍは、後述する金属粉調整量が考慮される前の実速度を反映した金属粉の供給量を示す値であり、次式によって算出される。
Ｍ＝Ｍ０＋（Ｍｃ−Ｍ０）×（Ｆ／Ｆｃ）・・・（２）
Ｍｃ：速度指令値Ｆｃに対応する金属粉供給量指令値
Ｍ０：加工ヘッドの速度が０の場合の金属粉供給量
Ｆ：各軸に出力される速度指令値から算出される加工ヘッドの速度
Ｆｃ：プログラムによって指定される速度指令値

速度Ｆは、数値制御部２１が各軸に出力する速度指令値から、金属粉５を排出するとともにレーザ４を照射する加工ヘッド１０先端の実際の速度（実速度情報）として算出したものである。式（２）に示すように、基準金属粉供給量Ｍは、速度指令値Ｆｃの値に加工ヘッド１０の速度Ｆが反映されたものであり、実際の速度Ｆに応じた値として算出される。図７に示すように、金属粉供給量指令値Ｍｃは速度指令値Ｆｃに対応して設定される値である。加工ヘッド１０の速度Ｆは、加工ヘッド移動装置１１の各サーボモータ（図示省略）の出力数値、例えば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の出力値に基づいて設定される速度であり、加工ヘッド１０の実際の移動速度を示す値である。

本実施形態では、加工ヘッド１０の速度が０の場合の金属粉の供給量を示すＭ０が切片として予め設定されるとともに、最小クランプ値Ｍｍｉｎが設定されている。最小クランプ値Ｍｍｉｎは、Ｍ０よりも大きく設定されている。基準金属粉供給量Ｍが最小クランプ値Ｍｍｉｎ以下の場合は、最小クランプ値Ｍｍｉｎが基準金属粉供給量Ｍとして設定される。

金属粉調整量Ａについて説明する。図８は、加工ヘッド１０から金属粉を吹き付ける面までの理想的な想定距離Ｇｃと加工中の実距離Ｇの差に対する金属粉調整量Ａの関係を示すグラフである。金属粉調整量Ａは、次式によって算出される。
Ａ＝Ａａｄｊ×（Ｇ−Ｇｃ）・・・（３）
Ａａｄｊ：実距離Ｇと想定距離Ｇｃの差に応じた金属粉調整量Ａを決定する傾き
Ｇ：加工ヘッドと金属粉を吹き付ける面の実距離
Ｇｃ：加工ヘッドと金属粉を吹き付ける面の想定距離

式（３）に示すように、金属粉調整量Ａは、所定の傾きＡａｄｊに基づいて加工ヘッド１０から溶解層２の表面までの実際の実距離Ｇが反映され、実距離Ｇに応じた値として設定される。実距離Ｇは、ギャップセンサ１２によって検出される加工ヘッドと金属粉を吹き付ける面の実際の距離である（図５参照）。想定距離Ｇｃは、加工ヘッドと金属粉を吹き付ける面の理想的な距離として設定される距離であり、プログラムにより予め設定される値である。

Ａａｄｊは、実距離Ｇと想定距離Ｇｃの差に応じた金属粉調整量Ａを決定するための傾きであり、加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の距離と金属粉供給量の関係に基づいて予め設定される。式（３）を利用して実距離Ｇと想定距離Ｇｃの差に対応する金属粉調整量Ａが算出される。

図８に示すように、金属粉調整量Ａには、最小クランプ値Ａｍｉｎ及び最大クランプ値Ａｍａｘがそれぞれ設定されている。算出した金属粉調整量Ａが最小クランプ値Ａｍｉｎを下回る場合は当該最小クランプ値Ａｍｉｎを金属粉調整量Ａとして設定する。算出した金属粉調整量Ａが最大クランプ値Ａｍａｘを上回る場合は当該最大クランプ値Ａｍａｘを金属粉調整量Ａとして設定する。

図９は、金属粉供給量Ｍｏｕｔを設定する処理の流れを示すフローチャートである。図９に示すように、金属粉供給量Ｍｏｕｔを設定する処理が開始されると、制御装置２０の金属粉供給量設定部２３は、プログラムで設定された加工ヘッド１０の速度指令値Ｆｃを取得する（ステップＳ１０１）。次に、取得した速度指令値Ｆｃに対応する金属粉供給量指令値Ｍｃを取得する（ステップＳ１０２）。

金属粉供給量設定部２３は、数値制御部２１が各軸のサーボモータ１５に出力する速度指令値に基づいて加工ヘッド１０の速度Ｆを取得する。この速度Ｆは、実際のサーボモータ１５によって制御される加工ヘッド１０の実速度情報であり、プログラム指令経路が屈曲する場合等における速度の減速や加速も反映される。そして、実速度情報としての速度Ｆ及び式（２）に基づいて基準金属粉供給量Ｍを算出する（ステップＳ１０３）。

次に、ギャップセンサ１２の検出値に基づいて加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の実距離Ｇを取得し（ステップＳ１０４）、式（３）に基づいて金属粉調整量Ａを算出する（ステップＳ１０５）。そして、ステップＳ１０３で算出した基準金属粉供給量Ｍと、ステップＳ１０５で算出した金属粉調整量Ａに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する（ステップＳ１０６）。

以上の処理により、加工ヘッド１０の実際に移動する速度が反映されるとともに、加工対象のワーク３の表面の凹凸が反映された値として金属粉供給量Ｍｏｕｔが算出され、この金属粉供給量Ｍｏｕｔが加工作業で実際に加工ヘッド１０から供給される。

次に、金属粉供給量Ｍｏｕｔに基づいてレーザ出力の調整を行うレーザ出力制御部２４について説明する。レーザ出力制御部２４は、実際に供給される金属粉５の量に応じた最適なレーザ出力を設定する。

本実施形態では、予め設定されるレーザ出力指令値Ｐｃが、実際の実距離Ｇを反映するレーザ出力調整量Ｂによって調整されることによって実際に出力されるレーザ出力値Ｐｏｕｔが設定される。レーザ出力値Ｐｏｕｔは、次式によって表すことができる。
Ｐｏｕｔ＝Ｐｃ＋Ｂ・・・（４）
Ｐｏｕｔ：レーザ出力値
Ｂ：レーザ出力調整量

図１０は、金属粉供給量指令値Ｍｃと金属粉供給量Ｍｏｕｔの差に対するレーザ出力調整量Ｂの関係を示すグラフである。レーザ出力値Ｐｏｕｔは、次式によって算出される。式（５）に示すように、レーザ出力値Ｐｏｕｔは、実際に供給される金属粉供給量が反映されるように算出される。
Ｂ＝Ｂａｄｊ×（Ｍｏｕｔ−Ｍｃ）・・・（５）
Ｂａｄｊ：金属粉供給量Ｍｏｕｔと金属粉供給量指令値Ｍｃの差に応じてレーザ出力調整量Ｂを決定するための傾き
Ｍｏｕｔ：実際に供給される金属粉供給量
Ｍｃ：金属粉供給量指令値

また、式（４）及び式（５）から次式のように表現することができる。
Ｐｏｕｔ＝Ｐｃ＋（Ｂａｄｊ×（Ｍｏｕｔ−Ｍｃ））・・・（６）

Ｂａｄｊは、金属粉供給量Ｍｏｕｔと金属粉供給量指令値Ｍｃの差に応じてレーザ出力調整量Ｂを決定するための傾きであり、金属粉供給量とレーザ出力の関係に基づいて予め設定される。実際に供給される金属粉供給量Ｍｏｕｔと金属粉供給量指令値Ｍｃの差に基づいてレーザ出力調整量Ｂが設定される。従って、金属粉供給量指令値Ｍｃが金属粉供給量Ｍｏｕｔに補正されている場合であっても、当該補正後の金属粉供給量Ｍｏｕｔに応じたレーザ出力値Ｐｏｕｔが設定されることになる。

図１０に示すように、レーザ出力調整量Ｂには、最小クランプ値Ｂｍｉｎ及び最大クランプ値Ｂｍａｘがそれぞれ設定されている。算出したレーザ出力調整量Ｂが最小クランプ値Ｂｍｉｎを下回る場合は当該最小クランプ値Ｂｍｉｎをレーザ出力調整量Ｂとして設定する。算出したレーザ出力調整量Ｂが最大クランプ値Ｂｍａｘを上回る場合は当該最大クランプ値Ｂｍａｘをレーザ出力調整量Ｂとして設定する。

図１１は、レーザ出力値Ｐｏｕｔを設定する処理の流れを示すフローチャートである。レーザ出力値Ｐｏｕｔを設定する処理の流れについて説明する。

図１１に示すように、レーザ出力値Ｐｏｕｔを設定する処理では、まず実際に供給される金属粉供給量Ｍｏｕｔが取得される（ステップＳ２０１）。次に、金属粉供給量指令値Ｍｃ及び金属粉供給量Ｍｏｕｔから式（５）に基づいてレーザ出力調整量Ｂを算出する(ステップＳ２０２)。そして、ステップＳ２０２の処理で算出したレーザ出力調整量Ｂと式（４）に基づいてレーザ出力値Ｐｏｕｔを算出する（ステップＳ２０３）

以上説明した実施形態の積層造形加工方法によれば、以下のような効果を奏する。
即ち、積層造形加工方法は、加工ヘッド１０の速度を示す速度指令値Ｆｃ及び速度指令値Ｆｃに対応する金属粉５の供給量を示す金属粉供給量指令値Ｍｃを設定する設定ステップ（ステップＳ１０１〜Ｓ１０２）と、実際に移動する加工ヘッド１０の速度を示す速度Ｆ及び加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離Ｇの両方を取得する取得ステップ（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）と、プログラム指令経路と加工面が一致するように、速度Ｆ及び実距離Ｇに基づいて金属粉供給量指令値Ｍｃを補正して金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する供給量算出ステップ（ステップＳ１０６）と、を含む。

これにより、プログラム指令経路と加工面が一致するように、加工ヘッド１０の実際の移動速度及び加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の実測距離（実距離Ｇ）に応じてワーク３に吹き付けられる金属粉５の供給量が調整されるので、高精度な積層造形加工物を得ることができる。

金属粉供給量Ｍｏｕｔには予め最小クランプ値Ｍｍｉｎが設定されており、実際に移動する加工ヘッド１０の速度を示す速度Ｆに基づいて算出した金属粉供給量Ｍｏｕｔが最小クランプ値Ｍｍｉｎを下回る場合は、最小クランプ値Ｍｍｉｎを金属粉供給量Ｍｏｕｔに設定する。

これにより、実際の移動速度を反映する速度Ｆが低い値となってしまったために金属粉供給量Ｍｏｕｔが必要量供給されない事態を確実に防止することができ、プログラム指令経路と加工面の一致及び金属粉供給量Ｍｏｕｔの供給量の安定化を両立させることができる。

取得ステップで取得した実距離Ｇと予め設定される想定距離Ｇｃの差に応じて金属粉調整量Ａを算出する金属粉調整量算出ステップ（ステップＳ１０５）を含み、供給量算出ステップでは、金属粉調整量Ａを用いて金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する。

これにより、実距離Ｇと想定距離Ｇｃの差を利用することによって実際の状況をシンプルな処理で精度良く金属粉供給量Ｍｏｕｔの算出に反映させることができる。

金属粉調整量Ａには、予め最小クランプ値Ａｍｉｎ及び最大クランプ値Ａｍａｘが設定されており、金属粉調整量Ａが最小クランプ値Ａｍｉｎを下回る場合は最小クランプ値Ａｍｉｎを金属粉調整量Ａに設定し、金属粉調整量Ａが最大クランプ値Ａｍａｘを上回る場合は最大クランプ値Ａｍａｘを金属粉調整量Ａに設定する。

これにより、実距離Ｇと想定距離Ｇｃの差が大きくなり過ぎたり、小さくなり過ぎたりした場合であっても、金属粉調整量Ａが過剰に設定されることがなく、金属粉供給量Ｍｏｕｔが適切な範囲から外れる事態を確実に防止できる。

本実施形態の積層造形加工方法は、予め設定されるレーザ出力指令値Ｐｃを供給量算出ステップで算出された金属粉供給量Ｍｏｕｔに応じて補正してレーザ出力値Ｐｏｕｔを算出するレーザ出力算出ステップ（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）を含む。

これにより、レーザ出力が実際の状況に応じて調整された金属粉供給量Ｍｏｕｔに応じたものとなるので、積層造形の精度をより一層向上させることができる。

供給量算出ステップで算出した金属粉供給量Ｍｏｕｔと金属粉供給量指令値Ｍｃの差に応じてレーザ出力調整量Ｂを算出するレーザ調整量算出ステップ（ステップＳ２０２）を含み、レーザ出力算出ステップでは、レーザ出力調整量Ｂを用いてレーザ出力値Ｐｏｕｔを算出する。

これにより、金属粉供給量Ｍｏｕｔと金属粉供給量指令値Ｍｃの差を利用することによって実際に供給される金属粉供給量Ｍｏｕｔをレーザ出力にシンプルな処理で精度良く反映させることができる。

レーザ出力調整量Ｂには、予め最小クランプ値Ｂｍｉｎ及び最大クランプ値Ｂｍａｘが設定されており、レーザ出力調整量Ｂが最小クランプ値Ｂｍｉｎを下回る場合は最小クランプ値Ｂｍｉｎをレーザ出力調整量Ｂに設定し、レーザ出力調整量Ｂが最大クランプ値Ｂｍａｘを上回る場合は最大クランプ値Ｂｍａｘをレーザ出力調整量Ｂに設定する。

これにより金属粉供給量Ｍｏｕｔと金属粉供給量指令値Ｍｃの差が大きくなり過ぎたり、小さくなり過ぎたりした場合であっても、レーザ出力調整量Ｂが過剰に設定されることがなく、レーザ出力が上昇し過ぎたり低下し過ぎたりして積層造形が適切に行われない事態を確実に防止することができる。

また、本実施形態の積層造形加工装置１は、金属粉５を供給しながらレーザ４を照射する加工ヘッド１０と、加工ヘッド１０の速度を示す速度指令値Ｆｃ及び前記速度指令値Ｆｃに対応する金属粉５の供給量を示す金属粉供給量指令値Ｍｃを設定する制御装置２０と、を備える。そして、制御装置２０は、実際に移動する加工ヘッド１０の速度を示す速度Ｆ及び加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の距離を示す実距離Ｇを取得し、プログラム指令経路と加工面が一致するように、速度Ｆ及び実距離Ｇに基づいて金属粉供給量指令値Ｍｃを補正して金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する。この構成により、プログラム指令経路と加工面が一致するように、加工ヘッド１０の実際の移動速度及び加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の間の実測距離に応じてワーク３に吹き付けられる金属粉５の供給量が調整されるので、高精度な積層造形加工物を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。

上記実施形態では、実速度情報としての速度Ｆ及び実距離情報としての実距離Ｇの両方に基づいて金属粉供給量指令値Ｍｃを補正して金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する構成であるが、この構成に限定されない。例えば、金属粉調整量Ａを算出する処理を省略して速度Ｆに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出したり、速度Ｆを取得して金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する処理を省略して実距離Ｇに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出したりすることもできる。即ち、実際に移動する加工部の速度を反映する実速度情報又は加工部と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離情報の何れかに基づいて金属粉供給量Ｍｏｕｔを算出する構成とすることもできる。また、上記実施形態では、金属粉供給量Ｍｏｕｔに基づいてレーザ出力値Ｐｏｕｔを算出しているが、金属粉供給量Ｍｏｕｔに基づいてレーザ出力値を調整する処理を省略することもできる。

上記実施形態では、加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の距離は、加工ヘッド１０の先端から金属粉を吹き付ける面までの実距離Ｇとして説明したが、実距離情報は、加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の位置関係を把握できればよく、距離を測定する基準位置は事情に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、数値制御部２１からの指令に基づいて速度Ｆを算出しているが、別の方法で加工ヘッド１０の速度を検出する構成とすることもできる。

上記実施形態では、距離検出部としてのギャップセンサ１２によって実距離Ｇを算出する構成であるが、加工ヘッド１０と金属粉を吹き付ける面の距離を検出する方法は、事情に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態では、制御装置２０がレーザ制御装置及び数値制御装置を兼用する例を示したが、この構成に限定されるわけではない。レーザ制御装置と数値制御装置をそれぞれ独立したものとして構成することもできる。また、数値制御とは異なる方法で加工ヘッド１０を制御する構成としてもよい。

１積層造形加工装置
２溶解層
４レーザ
５金属粉
１０加工ヘッド（加工部）
２０制御装置
Ａ金属粉調整量
Ａｍａｘ最大クランプ値（調整量最大値）
Ａｍｉｎ最小クランプ値（調整量最小値）
Ｂレーザ出力調整量
Ｂｍａｘ最大クランプ値（調整量最大値）
Ｂｍｉｎ最小クランプ値（調整量最小値）
Ｆ速度（実速度情報）
Ｇ実距離（実距離情報）
Ｆｃ速度指令値
Ｍｏｕｔ金属粉供給量
Ｍｃ金属粉供給量指令値
Ｍｍｉｎ最小クランプ値（供給量最小値）
Ｐｃレーザ出力指令値
Ｐｏｕｔレーザ出力値

Claims

金属粉を供給しながらレーザを照射する加工部を移動させて積層造形を行う積層造形加工方法であって、
前記加工部の速度を示す速度指令値及び前記速度指令値に対応する前記金属粉の供給量を示す金属粉供給量指令値を設定する設定ステップと、
実際に移動する前記加工部の速度を反映する実速度情報及び前記加工部と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離情報の両方を取得する取得ステップと、
プログラム指令経路と加工面が一致するように、前記実速度情報及び前記実距離情報の両方に基づいて前記金属粉供給量指令値を補正して金属粉供給量を算出する供給量算出ステップと、
を含む積層造形加工方法。
前記金属粉供給量には予め供給量最小値が設定されており、
前記実速度情報に基づいて算出した前記金属粉供給量が前記供給量最小値を下回る場合は、前記供給量最小値を前記金属粉供給量に設定する請求項１に記載に積層造形加工方法。
前記取得ステップで取得した前記実距離情報と予め設定される距離情報の差に応じて金属粉調整量を算出する金属粉調整量算出ステップを含み、
前記供給量算出ステップでは、前記金属粉調整量を用いて前記金属粉供給量を算出する請求項１又は２に記載の積層造形加工方法。
前記金属粉調整量には、予め調整量最小値及び調整量最大値が設定されており、
前記金属粉調整量が前記調整量最小値を下回る場合は前記調整量最小値を前記金属粉調整量に設定し、
前記金属粉調整量が前記調整量最大値を上回る場合は前記調整量最大値を前記金属粉調整量に設定する請求項３に記載の積層造形加工方法。
予め設定されるレーザ出力指令値を前記供給量算出ステップで算出された前記金属粉供給量に応じて補正してレーザ出力値を算出するレーザ出力算出ステップを含む請求項１から４の何れかに記載の積層造形加工方法。
前記供給量算出ステップで算出した前記金属粉供給量と前記金属粉供給量指令値の差に応じてレーザ出力調整量を算出するレーザ調整量算出ステップを含み、
前記レーザ出力算出ステップでは、前記レーザ出力調整量を用いて前記レーザ出力値を算出する請求項５に記載の積層造形加工方法。
前記レーザ出力調整量には、予め調整量最小値及び調整量最大値が設定されており、
前記レーザ出力調整量が前記調整量最小値を下回る場合は前記調整量最小値を前記レーザ出力調整量に設定し、
前記レーザ出力調整量が前記調整量最大値を上回る場合は前記調整量最大値を前記レーザ出力調整量に設定する請求項６に記載の積層造形加工方法。
金属粉を供給しながらレーザを照射する加工部と、
前記加工部の速度を示す速度指令値及び前記速度指令値に対応する前記金属粉の供給量を示す金属粉供給量指令値を設定する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
実際に移動する前記加工部の速度を反映する実速度情報及び前記加工部と金属粉を吹き付ける面の間の実際の距離を示す実距離情報の両方を取得し、プログラム指令経路と加工面が一致するように、前記実速度情報及び前記実距離情報の両方に基づいて前記金属粉供給量指令値を補正して金属粉供給量を算出する積層造形加工装置。