JP6916407B1 - 付加製造装置、複合加工装置、付加製造装置の制御方法、及び、付加製造装置の制御プログラム - Google Patents
付加製造装置、複合加工装置、付加製造装置の制御方法、及び、付加製造装置の制御プログラム Download PDFInfo
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Abstract
Description
<実施形態>
<複合加工装置100の構成>
図1は、本発明の実施形態に係る複合加工装置100の外観構成図を示す。本実施形態における複合加工装置100は、ワークに対して複数の加工を行うことができる複合加工装置のうち、付加製造(Additive Manufacturing)と切削加工とを併せて行うことができる装置である。複合加工装置100は、付加製造と切削加工を行う機器類を覆うカバー101と、操作パネル102とを備える。操作パネル102は、ユーザに情報を提供するための報知装置103を備える。具体的には、報知装置103は、ユーザに画像で情報を表示するディスプレイや、ユーザに音で情報を提供するスピーカを含む。これ以外に、操作パネル102は、複合加工装置100を制御するためのコントローラCLやユーザからの入力を受け付ける入力装置も備えている。コントローラCLの詳細な構成については後述する。
<付加製造装置10の構成>
図4は、付加製造装置10の概略構成図である。図4に示されるように、付加製造装置10は、粉末供給機11と、ヘッド12と、第1センサ13と、第1流路15と、流路切換弁16と、リザーブタンク17と、第2流路18と、第2センサ19とを備える。粉末供給機11は、キャリアガスにより粉末を送出するように構成される。具体的には、粉末供給機11は、粉末格納容器から落下される粉末を受ける回転計量ディスクを含み、所定の流量のキャリアガスを回転軽量ディスクに流すことによって粉末を送出する。キャリアガスの流量は、単位時間あたりに流されたガスの体積である。キャリアガスの流量の単位は、例えば、L/minである。粉末供給機11は、回転計量ディスクの回転数によって送出する粉末の流量を制御することが可能である。本実施形態では、粉末の流量とは、単位時間あたりに第1流路15と第2流路18とのそれぞれを流れた粉末の重量である。粉末の重量の単位は、例えば、g/minまたはmg/minである。なお、粉末供給機11の詳細な構造は周知であるため、詳細な説明を省略する。
<コントローラCLの内部構成>
図7は、コントローラCLの内部構成を示すブロック図である。図7を参照すると、コントローラCLは、プロセッサ31とメモリ32とを備える。つまり、付加製造装置10は、プロセッサ31とメモリ32とをさらに備える。メモリ32は、第1センサ13の出力と粉末の第1流量との関係を記述する第1数学的モデルMD1と、第2センサ19の出力と粉末の第2流量との関係を記述する第2数学的モデルMD2とを記憶するように構成されている。さらに、メモリ32は、付加製造装置10を制御するための制御プログラムPGも記憶するように構成されている。プロセッサ31が制御プログラムPGを実行することによって、粉末供給機11の稼働条件の設定、流路切換弁16による粉末が流れる流路の切換等が実行される。
<第1数学的モデルMD1、第2数学的モデルMD2の生成>
第1数学的モデルMD1は以下のように生成される。粉末供給機11からの粉末が第1流路15を流れるように、流路切換弁16を設定する。図4に示されるように、ヘッド12の下方に、容器21を備える付加計測器SC2を配置する。容器21は、例えば、受け皿である。付加計測器SC2は、容器21に蓄積される粉末の重量を測定する重量計である。そして、粉末供給機11の回転計量ディスクの回転数を変えて、2つ以上の流量で粉末をヘッド12から吐出すると同時に、そのときの第1センサ13の出力と、付加計測器SC2の重量の時間変化とを計測する。第1センサ13の出力をフィルタ処理した値と、それに対応する付加計測器SC2の重量の時間変化をもとに、最小二乗法などの最尤推定を利用して、K1とA1とを推定することができる。つまり、ヘッド12の吐出口に対向して配置された粉末を受ける容器21にヘッド12から吐出される粉末の量を計測し、容器21内の量の単位時間あたりの変化と、容器21内の変化に対応する第1センサ13の出力との対応関係をもとに、第1数学的モデルMD1が生成される。つまり、付加製造装置10の制御方法は、ヘッド12の吐出口に対向して配置された粉末を受ける容器21にヘッド12から吐出される粉末の量を計測し、容器21内の量の単位時間あたりの変化と、容器21内の当該変化に対応する第1センサ13の出力との対応関係をもとに、第1数学的モデルMD1を生成することを含む。制御プログラムPGは、ヘッド12の吐出口に対向して配置された粉末を受ける容器21にヘッド12から吐出される粉末の量の計測値を取得し、容器21内の量の単位時間あたりの変化と、容器21内の当該変化に対応する第1センサ13の出力との対応関係をもとに、第1数学的モデルMD1を生成する処理をプロセッサ31に実行させる。第1数学的モデルMD1の生成後は、容器21と付加計測器SC2とは付加製造装置10から取り外される。
<付加製造装置10の運用−定期校正>
付加製造装置10の通常の運用においては、粉末供給機11からの粉末が第1流路15を流れるように流路切換弁16が設定されて、第1センサ13の検出値を第1数学的モデルMD1に当てはめることによってプロセッサ31によってヘッド12に流れる粉末の第1流量が求められる。求めた第1流量は、報知装置103に出力され、例えば、操作パネル102のディスプレイに表示される。そして、付加製造装置10において製造されるワークWが新しいワークWに取り換えられるタイミングや、1日の作業開始前後のタイミングなどの定期的なタイミングで、図8に示される定期校正処理が実行される。図8を参照すると、まず、ステップS11において、プロセッサ31は、更新タイミングかどうか、すなわち上述する定期的なタイミングか否かを判定する。更新タイミングでないとき(ステップS11でNO)、プロセッサ31は、更新タイミングになるまで待つ。更新タイミングであるとき(ステップS11でYES)、ステップS12において、プロセッサ31は、流路切換弁16によって粉末供給機11から粉末を流す流路を第2流路18に切り替えるように制御する。
<付加製造装置10の異常の検出>
プロセッサ31は、粉末供給機11を同一稼働条件で稼働する場合における第1センサ13の出力と、第2センサ19の出力とを比較することによって付加製造装置10の異常を判定することができる。粉末供給機11の稼働条件とは、回転計量ディスクの回転数、キャリアガスの流量によって定義される。なお、粉末供給機11の異常箇所の特定にあたっては、第1流路15の管断面形状と第2流路18の管断面形状が実質的に同一であることが望ましい。粉末供給機11の稼働条件が同一であれば、第1流路15を流れる粉末の第1流量と、第2流路18を流れる粉末の第2流量が実質的に等しくなるからである。この異常の判定方法は様々な方法が考えられるが、以下において2つの異常判定方法を例に挙げて説明する。
<実施形態の作用及び効果>
本実施形態に係る付加製造装置10、複合加工装置100、付加製造装置10の制御方法、及び、付加製造装置10の制御プログラムPGは、粉末供給機11とヘッド12とを接続する第1流路15から粉末供給機11とリザーブタンク17とを接続する第2流路18へ切り替え、ヘッド12に流れる粉末の第1流量と、リザーブタンク17へ流れる粉末の第2流量とを算出する。このため、付加製造装置10に異常が発生したとしても、付加製造装置10からワークWを撤去しなくても異常の原因究明を行うことができる。また、付加製造装置10において、ワークWの移送中などの非加工時間において、粉末供給機11の正常動作確認や第1センサ13の校正を行うことができる。
<変形例>
本実施形態に示された異常判定方法は、あくまでも一例であって、実施形態に述べた付加製造装置10の構造を利用した異常判定方法であれば他の方法であってもよい。また、計測器SC1及び付加計測器SC2は、重量計に限らず、粉末の体積を測定するものであってもよい。この場合、粉末の流量は、単位時間あたりに第1流路15と第2流路18とのそれぞれを流れた粉末の体積としてもよい。
Claims (15)
- キャリアガスにより粉末を送出するように構成される粉末供給機と、
前記粉末を吐出するためのヘッドと、
前記粉末供給機と前記ヘッドとを接続し、前記粉末供給機から前記ヘッドに前記粉末を供給するための第1流路と、
前記第1流路の途中に設けられた流路切換弁と、
前記粉末供給機から送出された前記粉末を受けるためのリザーブタンクと、
前記流路切換弁と前記リザーブタンクとを接続し、前記粉末供給機から前記リザーブタンクに前記粉末を流すための第2流路とを備え、前記流路切換弁は、前記粉末を前記粉末供給機から前記ヘッドに供給するか若しくは前記リザーブタンクに供給するか択一的に選択可能であり、
前記流路切換弁と前記ヘッドとの間で前記第1流路に設けられ、前記ヘッドに流れる前記粉末の第1流量を検出するように構成される第1センサと、
前記第2流路に設けられ、前記リザーブタンクに流れる前記粉末の第2流量を検出するように構成される第2センサと、
を備える付加製造装置。
- 前記第1センサの出力と前記粉末の前記第1流量との関係を記述する第1数学的モデルと、前記第2センサの出力と前記粉末の前記第2流量との関係を記述する第2数学的モデルとを記憶するためのメモリと、
前記第1数学的モデルに基づいて前記第1センサの出力から前記第1流量を算出し、前記第2数学的モデルに基づいて前記第2センサの出力から前記第2流量を算出するように構成されるプロセッサと、
をさらに備える、請求項1記載の付加製造装置。
- 前記リザーブタンク内に蓄積される前記粉末の量を計測可能な計測器をさらに備え、
前記リザーブタンク内の前記量の単位時間あたりの変化と、前記リザーブタンク内の前記変化に対応する前記第2センサの出力との対応関係をもとに、前記第2数学的モデルが生成される、
請求項2に記載の付加製造装置。
- 前記ヘッドの吐出口に対向して配置された前記粉末を受ける容器に前記ヘッドから吐出される前記粉末の量を計測し、前記容器内の前記量の単位時間あたりの変化と、前記容器内の前記変化に対応する前記第1センサの出力との対応関係をもとに、前記第1数学的モデルが生成される、
請求項2または3に記載の付加製造装置。
- 前記プロセッサは、所定の稼働条件で稼働する前記粉末供給機から前記粉末を前記第1流路に流した際の第1センサの出力と、前記所定の稼働条件で稼働する前記粉末供給機から前記粉末を前記第2流路に流した際の第2センサの出力とを比較することによって、前記付加製造装置に異常がないか否かを判定するように構成される、
請求項2から4に記載の付加製造装置。
- 前記プロセッサは、前記流路切換弁によって前記粉末供給機から前記粉末を流す流路を前記第2流路に切り換えた後に前記第2流路内を流れる前記粉末を検出した前記第2センサの出力を取得し、該出力と前記第1数学的モデルと前記第2数学的モデルとを利用して、前記第1数学的モデルを更新する更新処理を実行するように構成される、
請求項2から4のいずれかに記載の付加製造装置。
- 前記プロセッサは、前記更新処理を所定のサイクルで繰り返すように構成される、
請求項6に記載の付加製造装置。
- 前記プロセッサは、一定の稼働条件で稼働する前記粉末供給機から前記粉末を前記ヘッドへ供給する間に前記第1センサの出力が正常変動範囲から逸脱すると、前記流路切換弁によって前記粉末供給機から前記粉末を流す流路を前記第2流路に切り換えて前記一定の稼働条件で稼働する前記粉末供給機から前記リザーブタンクに流れる前記粉末を検出した前記第2センサの出力を取得し、前記第1センサの出力と前記第2センサの出力に基づいて、粉末供給機の異常か、前記第1流路と前記第1センサとのうちの少なくとも1つの装置の異常かを判定するように構成される、請求項5から7のいずれかに記載の付加製造装置。
- 前記プロセッサは、前記第1センサの出力から算出される前記第1流量と前記第2センサの出力から算出される前記第2流量との差の絶対値が所定の閾値より大きいとき、前記第1センサと前記第1流路とのうちの少なくとも1つの装置の異常が発生していると判定するように構成される、
請求項8に記載の付加製造装置。
- 前記プロセッサは、前記第1センサの出力から算出される前記第1流量と前記第2センサの出力から算出される前記第2流量との差の絶対値が所定の閾値以下であるとき、前記粉末供給機の異常が発生していると判定するように構成される、
請求項8または9に記載の付加製造装置。
- ユーザに情報を提供するための報知装置をさらに備え、
前記プロセッサは、前記付加製造装置に異常が生じていると判定すると、アラームを発するように前記報知装置を制御するか、前記付加製造装置を非常停止するように構成される、
請求項5から10のいずれかに記載の付加製造装置。
- 前記第1センサ及び前記第2センサは、光センサであって、
前記第1流路は前記第1センサの光を透過させるための第1透過窓を有し、前記第2流路は前記第2センサの光を透過させるための第2透過窓を有する、
請求項1から11のいずれかに記載の付加製造装置。
- 請求項1から12のいずれかに記載の付加製造装置と、
切削加工を行うように構成される切削加工装置と、
を備える、複合加工装置。
- 粉末供給機とヘッドとを接続する第1流路に、前記ヘッドから粉末を吐出させるために、所定の稼働条件に設定された前記粉末供給機から前記粉末を供給し、
前記第1流路内を流れる前記粉末を第1センサによって検出し、
前記第1センサの出力に基づいて、前記ヘッドに流れる前記粉末の第1流量を算出し、
前記粉末供給機から前記粉末を流す流路を、前記第1流路から、前記粉末供給機とリザーブタンクとを接続する第2流路へ切り替え、
前記所定の稼働条件に設定された前記粉末供給機から前記リザーブタンクへ前記第2流路を介して、前記粉末を送出し、
前記第2流路内を流れる前記粉末を第2センサによって検出し、
前記第2センサの出力に基づいて、前記リザーブタンクに流れる前記粉末の第2流量を算出する、
付加製造装置の制御方法。
- 粉末供給機とヘッドとを接続する第1流路に、前記ヘッドから粉末を吐出させるために、所定の稼働条件に設定された前記粉末供給機に前記粉末を供給させ、
前記第1流路内を流れる前記粉末を検出する第1センサの出力を取得し、
前記第1センサの出力に基づいて前記ヘッドに流れる前記粉末の第1流量を算出し、
前記粉末供給機から前記粉末を流す流路を、前記第1流路から、前記粉末供給機とリザーブタンクとを接続する第2流路へ切り替え、
前記所定の稼働条件に設定された前記粉末供給機に前記粉末を前記第2流路に送出させ、
前記第2流路内を流れる前記粉末を検出する第2センサの出力を取得し、
前記第2センサの出力に基づいて前記リザーブタンクに流れる前記粉末の第2流量を算出する、
処理をプロセッサに実行させる、付加製造装置の制御プログラム。
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