JP7160759B2 - STRUCTURE MANUFACTURING SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD - Google Patents

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本発明は、構造体の製造システム及び製造方法に関し、より詳細には、溶加材を溶融および固化してなるビードを積層して形成される構造体の製造システム及び製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a system and method for manufacturing a structure, and more particularly to a system and method for manufacturing a structure formed by laminating beads made by melting and solidifying a filler material.

近年、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、レーザや電子ビーム、さら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、該溶融金属を積層させることで造形物を作製する。特に、アークを用いた積層造形方法は、レーザと比較して入熱量が多く、造形効率(単位時間当たりの盛量)が高い。 In recent years, there is an increasing need for modeling using 3D printers as a means of production, and research and development are proceeding toward the practical use of modeling using metal materials. A 3D printer that models metal materials uses heat sources such as lasers, electron beams, and arcs to melt metal powder and metal wires, and laminates the molten metals to create models. In particular, the lamination molding method using an arc has a large amount of heat input and a high molding efficiency (filling amount per unit time) as compared with a laser.

このような造形物を造形する技術として、溶加材を供給する溶接トーチを移動させることで、溶接金属を積層させて金型などの造形物を造形する溶接技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a technique for forming such a shaped object, there is known a welding technology for forming a shaped object such as a mold by moving a welding torch that supplies a filler material, thereby laminating weld metal (for example, See Patent Document 1).

また、溶接部および溶接部近傍の温度分布データを温度センサで測定して、予め記憶されている既知のデータと比較し、溶接部の良否を判定する溶接部検査方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。 There is also known a weld inspection method for determining the quality of a weld by measuring the temperature distribution data of the weld and the vicinity of the weld with a temperature sensor and comparing it with known data stored in advance (for example, , see Patent Document 2).

特開2000-15363号公報JP-A-2000-15363 特開平6-34564号公報JP-A-6-34564

ところで、アークを用いた積層造形法により造形される造形物においても、ブローホールや割れといった溶接欠陥を検出することが望まれている。特に、内部欠陥は、外部から目視で確認することができないため、非破壊で検出することが望まれている。
特許文献2に記載の鋼板の溶接部検査方法は、積層造形法について考慮されておらず、また、良好な溶接部の場合のデータを予め用意する必要があり、種々の形状を持つ積層造形物毎に実施するには、非常に煩雑となる。
By the way, it is desired to detect weld defects such as blowholes and cracks also in a modeled object modeled by the additive manufacturing method using an arc. In particular, since internal defects cannot be visually confirmed from the outside, non-destructive detection is desired.
The steel plate weld zone inspection method described in Patent Document 2 does not consider the layered manufacturing method, and it is necessary to prepare data in advance for good welds, and layered products with various shapes It would be very complicated to do it every time.

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビードの内部欠陥候補を効率よく抽出して、高品質の構造体を製作可能な構造体の製造システム及び製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a structure manufacturing system and manufacturing method capable of efficiently extracting internal defect candidates of a bead and manufacturing a high-quality structure. to provide.

したがって、本発明の上記目的は、下記(1)の構造体の製造システム、及び下記(2)の構造体の製造方法により達成される。
(1) 母材上に、溶接トーチを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを形成するビード形成ロボットと、
前記ビード形成ロボットによって前記母材上に形成された前記ビードの表面に前記ビードを冷却する冷却ガスを供給するガス供給部を有するガス供給ロボットと、
前記母材上に前記ビードが積層されてなる構造体を製造するための、前記溶接トーチの移動軌道および前記ガス供給部の移動軌道を作成する軌道設計部と、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて前記ビード形成ロボットおよび前記ガス供給ロボットを制御する制御部と、
前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給されたビードに対して表面温度を計測して前記ビードの表面温度分布を出力する温度計測部と、
前記ビードの表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する欠陥評価部と、
を備える構造体の製造システム。
(2) (1)に記載の構造体の製造システムを備え、母材上にビードが積層されてなる構造体を製造する、構造体の製造方法であって、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて、前記ビード形成ロボットの前記溶接トーチを用いて、前記母材上に溶加材を溶融および固化してなるビードを形成する工程と、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて、前記ビード形成ロボットのガス供給部によって、前記母材上に形成された前記ビードの表面に前記ビードを冷却する冷却ガスを供給する工程と、
前記温度計測部によって、前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給されたビードに対して表面温度を計測して前記ビードの表面温度分布を出力する工程と、
前記欠陥評価部によって、前記ビードの表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する工程と、
を備える構造体の製造方法。
Accordingly, the above object of the present invention is achieved by the structure manufacturing system described in (1) below and the structure manufacturing method described in (2) below.
(1) a bead forming robot that forms a bead on the base material by melting and solidifying the filler material using a welding torch;
a gas supply robot having a gas supply unit that supplies cooling gas for cooling the bead to the surface of the bead formed on the base material by the bead forming robot;
a trajectory designing section that creates a moving trajectory of the welding torch and a moving trajectory of the gas supply section for manufacturing a structure in which the beads are laminated on the base material;
a control unit that controls the bead forming robot and the gas supply robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit;
a temperature measuring unit that measures the surface temperature of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacturing of the structure and outputs the surface temperature distribution of the bead;
a defect evaluation unit that extracts, as an internal defect candidate, an area surrounded by a portion having a temperature gradient greater than a predetermined threshold from the surface temperature distribution of the bead;
A structure manufacturing system comprising:
(2) A structure manufacturing method comprising the structure manufacturing system according to (1) and manufacturing a structure in which beads are laminated on a base material,
a step of forming a bead by melting and solidifying a filler material on the base material using the welding torch of the bead forming robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit;
a step of supplying cooling gas for cooling the bead formed on the base material to the surface of the bead formed on the base material by the gas supply unit of the bead forming robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit; ,
a step of measuring the surface temperature of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacture of the structure by the temperature measuring unit and outputting the surface temperature distribution of the bead;
a step of extracting a region surrounded by a portion having a temperature gradient larger than a predetermined threshold from the surface temperature distribution of the bead by the defect evaluation unit as an internal defect candidate;
A method of manufacturing a structure comprising

本発明の構造体の製造システム及び製造方法によれば、ビードの内部欠陥候補を効率よく抽出して、高品質の構造体を製作できる。 According to the structure manufacturing system and the structure manufacturing method of the present invention, a high-quality structure can be manufactured by efficiently extracting the internal defect candidate of the bead.

本発明に係る構造体の製造システムの概念図である。1 is a conceptual diagram of a structure manufacturing system according to the present invention; FIG.

以下、本発明の実施形態に係る構造体の製造システム及び製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、構造体の製造システム10は、ビード形成ロボット20と、ガス供給ロボット30と、温度計測部40と、形状計測部50と、コントローラ60と、を備える。
Hereinafter, a structure manufacturing system and a structure manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 , the structure manufacturing system 10 includes a bead forming robot 20 , a gas supply robot 30 , a temperature measuring section 40 , a shape measuring section 50 and a controller 60 .

ビード形成ロボット20は、多関節ロボットであり、先端軸に設けた溶接トーチ21には、溶加材Mが連続供給可能に支持される。溶接トーチ21の位置や姿勢は、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。 The bead forming robot 20 is a multi-joint robot, and is supported by a welding torch 21 provided on the tip shaft so that the filler material M can be continuously supplied. The position and posture of the welding torch 21 can be arbitrarily set three-dimensionally within the range of degrees of freedom of the robot arm.

溶接トーチ21は、溶加材Mを保持しつつ、溶加材Mの先端からアークを発生する。溶加材Mは、ロボットアーム等に取り付けられた、不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部22から溶接トーチ21に送給される。また、溶接トーチ21には、シールドガスノズルが設けられ、不図示のガス供給装置から供給されるシールドガスをシールドガスノズルから噴出させる。そして、後述する軌道設計部62が作成する溶接トーチ21の移動軌道に基づいて、溶接トーチ21を移動しつつ、連続送給される溶加材Mを溶融及び凝固させて、母材23上に溶加材Mの溶融凝固体である線状のビード25を積層して構造体Wを形成する。
なお、アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗式電極式のいずれであっても良く、作製する構造体Wに応じて適宜選定される。
The welding torch 21 holds the filler material M and generates an arc from the tip of the filler material M. The filler material M is fed from the filler material supply unit 22 to the welding torch 21 by a feeding mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like. Moreover, the welding torch 21 is provided with a shield gas nozzle, and a shield gas supplied from a gas supply device (not shown) is ejected from the shield gas nozzle. Then, while moving the welding torch 21 based on the movement trajectory of the welding torch 21 created by the trajectory design unit 62 described later, the continuously fed filler material M is melted and solidified, and is deposited on the base material 23. A structural body W is formed by stacking linear beads 25 which are melted and solidified bodies of the filler material M. As shown in FIG.
The arc welding method may be a consumable electrode type such as coated arc welding or carbon dioxide gas arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding. Selected as appropriate.

ガス供給ロボット30は、多関節ロボットであり、先端軸にはガス供給部である冷却ガスノズル31が取り付けられている。冷却ガスノズル31は、後述する軌道設計部62が作成する冷却ガスノズル31の移動軌道に基づいて移動しつつ、ビード形成ロボット20により形成されたビード25の表面に冷却ガスを吹き付けてビード25を冷却する。冷却ガスは、特に限定されず、エアや炭酸ガス、Arガスなどが使用できる。また、冷却ガスは、シールドガスと同じガスを使用してもよい。 The gas supply robot 30 is an articulated robot, and a cooling gas nozzle 31 as a gas supply unit is attached to the tip shaft. The cooling gas nozzle 31 cools the bead 25 by blowing the cooling gas onto the surface of the bead 25 formed by the bead forming robot 20 while moving based on the movement trajectory of the cooling gas nozzle 31 created by the trajectory designing unit 62 to be described later. . The cooling gas is not particularly limited, and air, carbon dioxide gas, Ar gas, or the like can be used. Also, the cooling gas may be the same gas as the shield gas.

温度計測部40は、構造体Wの製造中に、冷却ガスが供給されたビード25に対して、ビード25の表面温度を連続して計測して、ビード25の表面温度分布を出力する。温度計測部40は、造形されたビード25の表面温度を測定可能であれば特に限定されず、接触式の測定センサでも使用可能であるが、ビード25は高温であることから、赤外線サーモグラフィや赤外線カメラなどの非接触式の測定センサが望ましい。赤外線サーモグラフィや赤外線カメラは、一度に広範囲の領域の温度検出が可能であり、好ましい。 The temperature measurement unit 40 continuously measures the surface temperature of the bead 25 to which the cooling gas is supplied during the manufacture of the structure W, and outputs the surface temperature distribution of the bead 25 . The temperature measurement unit 40 is not particularly limited as long as it can measure the surface temperature of the shaped bead 25, and a contact-type measurement sensor can also be used. A non-contact measurement sensor such as a camera is desirable. Infrared thermography and infrared cameras are preferable because they are capable of detecting temperature over a wide area at once.

形状計測部50は、ビード25の表面形状を測定するものであり、一般的に用いられている光走行時間法(TOF法)や光切断法が使用可能である。 The shape measuring unit 50 measures the surface shape of the bead 25, and can use a generally used light transit time method (TOF method) or light section method.

コントローラ60は、CAD/CAM部61と、軌道設計部62と、データ保存部63と、欠陥評価部64と、制御部65を備える。 The controller 60 includes a CAD/CAM section 61 , a trajectory design section 62 , a data storage section 63 , a defect evaluation section 64 and a control section 65 .

CAD/CAM部61は、作製しようとする構造体Wの形状データを作成した後、構造体Wを複数の層に分割して各層の形状を表す層形状データを生成する。軌道設計部62は、生成された層形状データに基づいて溶接トーチ21及び冷却ガスノズル31の各移動軌道を生成する。 The CAD/CAM unit 61 creates shape data of the structure W to be manufactured, divides the structure W into a plurality of layers, and generates layer shape data representing the shape of each layer. The trajectory design unit 62 generates movement trajectories for the welding torch 21 and the cooling gas nozzle 31 based on the generated layer shape data.

データ保存部63は、CAD/CAM部61で生成された層形状データや、軌道設計部62が作成した溶接トーチ21及び冷却ガスノズル31の移動軌道を記憶する。さらに、データ保存部63は、溶接トーチ21及び冷却ガスノズル31の移動軌道を、後述する欠陥評価部64により検出された内部欠陥候補と関連付けてログ情報として記憶する。 The data storage unit 63 stores layer shape data generated by the CAD/CAM unit 61 and movement trajectories of the welding torch 21 and the cooling gas nozzle 31 created by the trajectory design unit 62 . Further, the data storage unit 63 stores the movement trajectories of the welding torch 21 and the cooling gas nozzle 31 as log information in association with internal defect candidates detected by the defect evaluation unit 64, which will be described later.

欠陥評価部64は、温度計測部40から出力されたビード25の表面温度分布から温度勾配が所定の閾値より大きい部分で囲まれた領域内に欠陥があると推定し、内部欠陥候補として抽出する。 From the surface temperature distribution of the bead 25 output from the temperature measurement unit 40, the defect evaluation unit 64 presumes that there is a defect in an area surrounded by portions where the temperature gradient is greater than a predetermined threshold, and extracts the defect as an internal defect candidate. .

制御部65は、データ保存部63に記憶された層形状データ、溶接トーチ21及び冷却ガスノズル31の各移動軌道に基づく駆動プログラムを実行して、ビード形成ロボット20及びガス供給ロボット30を駆動する。具体的には、ビード形成ロボット20は、コントローラ60からの指令により、軌道設計部62が作成した溶接トーチ21の移動軌道に基づいて、溶接トーチ21を移動させ、母材23上にビード25を積層する。また同時に、ガス供給ロボット30は、コントローラ60からの指令により、軌道設計部62が作成した冷却ガスノズル31の移動軌道に基づいて、冷却ガスノズル31を移動させて生成直後のビード25を冷却する。 The control unit 65 drives the bead forming robot 20 and the gas supply robot 30 by executing a drive program based on the layer shape data stored in the data storage unit 63 and the movement trajectories of the welding torch 21 and the cooling gas nozzle 31 . Specifically, the bead forming robot 20 moves the welding torch 21 based on the movement trajectory of the welding torch 21 created by the trajectory designing unit 62 in accordance with a command from the controller 60 to form the bead 25 on the base material 23. Laminate. At the same time, the gas supply robot 30 moves the cooling gas nozzle 31 based on the movement trajectory of the cooling gas nozzle 31 created by the trajectory designing unit 62 according to the command from the controller 60 to cool the bead 25 immediately after generation.

次に、本実施形態の作用を説明する。構造体の製造システム10は、先ず、CAD/CAM部61が作成した構造体Wの層形状データに基づいて、軌道設計部62が溶接トーチ21及び冷却ガスノズル31のそれぞれの移動軌道を生成する。そして、制御部65が、溶接トーチ21を移動軌道に基づいて移動させ、溶加材Mを溶融及び凝固させて、母材23上に溶加材Mの溶融凝固体である線状のビード25を積層して形成する。 Next, the operation of this embodiment will be described. In the structure manufacturing system 10 , the trajectory designing section 62 first generates moving trajectories for the welding torch 21 and the cooling gas nozzle 31 based on the layer shape data of the structure W created by the CAD/CAM section 61 . Then, the control unit 65 moves the welding torch 21 based on the moving trajectory, melts and solidifies the filler material M, and forms a linear bead 25 which is a molten solidified body of the filler material M on the base material 23 . are laminated to form.

また同時に制御部65は、軌道設計部62が生成した冷却ガスノズル31の移動軌道に基づいて冷却ガスノズル31を移動させて、高温状態のビード25の表面に冷却ガス吹きつけて冷却する。 At the same time, the control unit 65 moves the cooling gas nozzle 31 based on the movement trajectory of the cooling gas nozzle 31 generated by the trajectory designing unit 62, and blows cooling gas onto the surface of the bead 25 in a high temperature state to cool it.

このように、ビード形成ロボット20とガス供給ロボット30が協働して、ビード25の形成とビード25の冷却とを2台のロボットで分担して行うことで、1台のロボットが、溶接トーチ21と冷却ガスノズル31を交換して同様の動作を行う場合と比較して、生産性が大幅に向上する。さらにビード25を冷却することで、次層のビード25の積層開始時間(パス間時間)を短縮することができ、これによっても造形効率が向上する。 In this manner, the bead forming robot 20 and the gas supplying robot 30 work together to share the formation of the bead 25 and the cooling of the bead 25 between the two robots. 21 and the cooling gas nozzle 31 are exchanged and the same operation is performed, the productivity is significantly improved. Furthermore, by cooling the bead 25, the lamination start time (time between passes) of the bead 25 of the next layer can be shortened, which also improves the modeling efficiency.

次いで、冷却ガスで冷却された後のビード25に対して温度計測部40が、ビード25の表面温度を連続して計測して、ビード25の表面温度分布を出力する。ビード25の表面温度は、欠陥がある領域と欠陥がない領域では熱伝導率が異なるため冷却速度が異なり、欠陥がある領域と欠陥がない領域の境界では、温度勾配が大きくなる。 Next, the temperature measurement unit 40 continuously measures the surface temperature of the bead 25 after being cooled by the cooling gas, and outputs the surface temperature distribution of the bead 25 . As for the surface temperature of the bead 25, since the thermal conductivity is different between the area with the defect and the area without the defect, the cooling rate differs, and the temperature gradient is large at the boundary between the area with the defect and the area without the defect.

欠陥評価部64は、ビード25の表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する。例えば、ビード25の内部にブローホールやスラグ巻き込みなどの内部欠陥がある領域は、冷却ガスにより急速に冷却されるのに対して、内部欠陥がない領域では、熱量を保持するビード25の質量が大きく冷め難いので、ビード25の表面温度に温度差ができる。欠陥評価部64は、この温度差に基づいて内部欠陥候補を抽出する。 The defect evaluation unit 64 extracts, from the surface temperature distribution of the bead 25, a region surrounded by a portion where the temperature gradient is greater than a predetermined threshold value as an internal defect candidate. For example, a region with internal defects such as blowholes and slag entrainment inside the bead 25 is rapidly cooled by the cooling gas, whereas in a region without internal defects, the mass of the bead 25 that retains heat is reduced to Since the bead 25 is hard to cool down, a temperature difference is generated in the surface temperature of the bead 25 . The defect evaluation unit 64 extracts internal defect candidates based on this temperature difference.

ビード25の表面温度分布から抽出された内部欠陥候補は、軌道設計部62が作成した溶接トーチ21及び冷却ガスノズル31の移動軌道と関連付けてログ情報としてデータ保存部63に保存される。このログ情報は、今後の軌道計画の見直しなどに活用される。
また、制御部65は、内部欠陥候補の部分に対して、ガウジングなどの処理を行うようにしてもよい。
The internal defect candidates extracted from the surface temperature distribution of the bead 25 are stored in the data storage unit 63 as log information in association with the movement trajectories of the welding torch 21 and the cooling gas nozzle 31 created by the trajectory design unit 62 . This log information will be used for reviewing future trajectory plans.
Further, the control unit 65 may perform processing such as gouging on the portion of the internal defect candidate.

上記のように、ビード25の表面温度分布から抽出された内部欠陥候補は、表面の割れ、クラックなどの外部欠陥である可能性がある。そこで、形状計測部50が、光走行時間法(TOF法)や光切断法などの手法によりビード25の表面形状を計測してビード25の表面の凹形状領域または凸形状領域を抽出する。 As described above, the internal defect candidates extracted from the surface temperature distribution of the bead 25 may be external defects such as cracks and cracks on the surface. Therefore, the shape measuring unit 50 measures the surface shape of the bead 25 by a method such as the time-of-light method (TOF method) or the light section method, and extracts a concave region or a convex region on the surface of the bead 25 .

次いで、欠陥評価部64が、抽出された凹形状領域または凸形状領域と内部欠陥候補の位置とを照合し、両者の位置が重複する場合は、内部欠陥候補を外部欠陥候補に修正する。これにより、内部欠陥候補と外部欠陥候補を明確に判別でき、内部欠陥候補の検出精度が向上する。抽出された外部欠陥候補については、溶接の後工程で修正することができる。また、内部欠陥候補については、溶接条件を変更するなどの欠陥防止対策に役立たせることができる。 Next, the defect evaluation unit 64 collates the extracted concave or convex region with the position of the internal defect candidate, and if the positions of both overlap, corrects the internal defect candidate to the external defect candidate. As a result, the internal defect candidate and the external defect candidate can be clearly discriminated, and the detection accuracy of the internal defect candidate is improved. The extracted external defect candidates can be corrected in a post-welding process. In addition, internal defect candidates can be used for defect prevention measures such as changing welding conditions.

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate.

例えば、冷却ガスノズル31は、冷却ガスとともに浸透探傷試験剤の吹きつけを行うようにしてもよい。浸透探傷試験剤は、赤色や蛍光の浸透性のよい検査液であり、ビード25の表面に塗布し、毛細管現象や知覚現象を利用して拡大した像にして、ビード25の表面の外部欠陥を目視で検出することができる。また、この外部欠陥は、内部欠陥候補と照合して検出されてもよい。 For example, the cooling gas nozzle 31 may spray the penetrant testing agent together with the cooling gas. The penetrant testing agent is a red or fluorescent inspection liquid with good penetrability. It can be detected visually. Also, this external defect may be detected by matching with internal defect candidates.

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 母材上に、溶接トーチを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを形成するビード形成ロボットと、
前記ビード形成ロボットによって前記母材上に形成された前記ビードの表面に前記ビードを冷却する冷却ガスを供給するガス供給部を有するガス供給ロボットと、
前記母材上に前記ビードが積層されてなる構造体を製造するための、前記溶接トーチの移動軌道および前記ガス供給部の移動軌道を作成する軌道設計部と、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて前記ビード形成ロボットおよび前記ガス供給ロボットを制御する制御部と、
前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給されたビードに対して表面温度を計測して前記ビードの表面温度分布を出力する温度計測部と、
前記ビードの表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する欠陥評価部と、
を備える構造体の製造システム。
この構成によれば、ビードに内部欠陥のない高品質の構造体を製造効率よく製作することができる。
As described above, this specification discloses the following matters.
(1) a bead forming robot that forms a bead on the base material by melting and solidifying the filler material using a welding torch;
a gas supply robot having a gas supply unit that supplies cooling gas for cooling the bead to the surface of the bead formed on the base material by the bead forming robot;
a trajectory designing section that creates a moving trajectory of the welding torch and a moving trajectory of the gas supply section for manufacturing a structure in which the beads are laminated on the base material;
a control unit that controls the bead forming robot and the gas supply robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit;
a temperature measuring unit that measures the surface temperature of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacturing of the structure and outputs the surface temperature distribution of the bead;
a defect evaluation unit that extracts, as an internal defect candidate, an area surrounded by a portion having a temperature gradient greater than a predetermined threshold from the surface temperature distribution of the bead;
A structure manufacturing system comprising:
According to this configuration, it is possible to efficiently manufacture a high-quality structure having no internal defects in the bead.

(2) 前記軌道設計部が作成した前記移動軌道と前記内部欠陥候補とを関連付けしてログ情報として保存するデータ保存部を、
さらに備える(1)に記載の構造体の製造システム。
この構成によれば、ログ情報を今後の軌道計画の見直しなどに活用できる。
(2) a data storage unit that associates the movement trajectory created by the trajectory design unit with the internal defect candidate and stores it as log information,
The structure manufacturing system according to (1), further comprising:
According to this configuration, the log information can be utilized for future review of the trajectory plan.

(3) 前記ガス供給部は、前記冷却ガスとともに浸透探傷試験剤の吹きつけを行う、
(1)又は(2)に記載の構造体の製造システム。
この構成によれば、ビードの表面側に形成された外部欠陥を目視で容易に検出することが可能となる。
(3) The gas supply unit sprays a penetrant testing agent together with the cooling gas.
A manufacturing system for a structure according to (1) or (2).
According to this configuration, it is possible to easily visually detect an external defect formed on the surface side of the bead.

(4) 前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給された前記ビードの表面形状を計測する形状計測部を、
さらに備える(1)~(3)のいずれかに記載の構造体の製造システム。
この構成によれば、ビードの表面の凹形状領域または凸形状領域を抽出することができる。
(4) a shape measuring unit that measures the surface shape of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacturing of the structure;
The structure manufacturing system according to any one of (1) to (3), further comprising:
According to this configuration, it is possible to extract a concave region or a convex region on the surface of the bead.

(5) 前記形状計測部により得られた表面形状測定結果から前記ビードの表面の凹形状領域または凸形状領域を抽出し、前記凹形状領域または前記凸形状領域と前記内部欠陥候補の位置とを照合し、
前記凹形状領域または前記凸形状領域と前記内部欠陥候補の位置とが重複する場合は前記内部欠陥候補を外部欠陥候補に修正する、
(4)に記載の構造体の製造システム。
この構成によれば、内部欠陥候補と外部欠陥候補を判別することができ、内部欠陥候補の検出精度が向上する。
(5) extracting a concave region or a convex region on the surface of the bead from the surface shape measurement result obtained by the shape measuring unit, and determining the concave region or the convex region and the position of the internal defect candidate; collate,
correcting the internal defect candidate to an external defect candidate when the position of the internal defect candidate overlaps with the concave region or the convex region;
A manufacturing system for the structure according to (4).
According to this configuration, internal defect candidates and external defect candidates can be discriminated, and the detection accuracy of internal defect candidates is improved.

(6) (1)~(5)のいずれかに記載の構造体の製造システムを備え、母材上にビードが積層されてなる構造体を製造する、構造体の製造方法であって、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて、前記ビード形成ロボットの前記溶接トーチを用いて、前記母材上に溶加材を溶融および固化してなるビードを形成する工程と、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて、前記ビード形成ロボットのガス供給部によって、前記母材上に形成された前記ビードの表面に前記ビードを冷却する冷却ガスを供給する工程と、
前記温度計測部によって、前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給されたビードに対して表面温度を計測して前記ビードの表面温度分布を出力する工程と、
前記欠陥評価部によって、前記ビードの表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する工程と、
を備える構造体の製造方法。
この構成によれば、ビードに内部欠陥のない高品質の構造体を製造効率よく製作することができる。
(6) A structure manufacturing method comprising the structure manufacturing system according to any one of (1) to (5) and manufacturing a structure in which beads are laminated on a base material,
a step of forming a bead by melting and solidifying a filler material on the base material using the welding torch of the bead forming robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit;
a step of supplying cooling gas for cooling the bead formed on the base material to the surface of the bead formed on the base material by the gas supply unit of the bead forming robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit; ,
a step of measuring the surface temperature of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacture of the structure by the temperature measuring unit and outputting the surface temperature distribution of the bead;
a step of extracting an area surrounded by a portion having a temperature gradient larger than a predetermined threshold from the surface temperature distribution of the bead by the defect evaluation unit as an internal defect candidate;
A method of manufacturing a structure comprising
According to this configuration, it is possible to efficiently manufacture a high-quality structure having no internal defects in the bead.

10 構造体の製造システム
20 ビード形成ロボット
21 溶接トーチ
23 母材
25 ビード
30 ガス供給ロボット
31 冷却ガスノズル(ガス供給部)
40 温度計測部
50 形状計測部
62 軌道設計部
63 データ保存部
64 欠陥評価部
65 制御部
M 溶加材
W 構造体
10 structure manufacturing system 20 bead forming robot 21 welding torch 23 base material 25 bead 30 gas supply robot 31 cooling gas nozzle (gas supply unit)
40 temperature measurement unit 50 shape measurement unit 62 track design unit 63 data storage unit 64 defect evaluation unit 65 control unit M filler material W structure

Claims (6)

母材上に、溶接トーチを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを形成するビード形成ロボットと、
前記ビード形成ロボットによって前記母材上に形成された前記ビードの表面に前記ビードを冷却する冷却ガスを供給するガス供給部を有するガス供給ロボットと、
前記母材上に前記ビードが積層されてなる構造体を製造するための、前記溶接トーチの移動軌道および前記ガス供給部の移動軌道を作成する軌道設計部と、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて前記ビード形成ロボットおよび前記ガス供給ロボットを制御する制御部と、
前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給されたビードに対して表面温度を計測して前記ビードの表面温度分布を出力する温度計測部と、
前記ビードの表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する欠陥評価部と、
を備える構造体の製造システム。
a bead forming robot that forms a bead on the base material by melting and solidifying the filler material using a welding torch;
a gas supply robot having a gas supply unit that supplies cooling gas for cooling the bead to the surface of the bead formed on the base material by the bead forming robot;
a trajectory designing section that creates a moving trajectory of the welding torch and a moving trajectory of the gas supply section for manufacturing a structure in which the beads are laminated on the base material;
a control unit that controls the bead forming robot and the gas supply robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit;
a temperature measuring unit that measures the surface temperature of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacturing of the structure and outputs the surface temperature distribution of the bead;
a defect evaluation unit that extracts, as an internal defect candidate, an area surrounded by a portion having a temperature gradient greater than a predetermined threshold from the surface temperature distribution of the bead;
A structure manufacturing system comprising:
前記軌道設計部が作成した前記移動軌道と前記内部欠陥候補とを関連付けしてログ情報として保存するデータ保存部を、
さらに備える請求項1に記載の構造体の製造システム。
a data storage unit that associates the movement trajectory created by the trajectory design unit with the internal defect candidate and stores it as log information,
The structure manufacturing system of claim 1, further comprising:
前記ガス供給部は、前記冷却ガスとともに浸透探傷試験剤の吹きつけを行う、
請求項1又は2に記載の構造体の製造システム。
The gas supply unit sprays a penetrant testing agent together with the cooling gas,
3. A manufacturing system for a structure according to claim 1 or 2.
前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給された前記ビードの表面形状を計測する形状計測部を、
さらに備える請求項1~3のいずれか1項に記載の構造体の製造システム。
a shape measuring unit that measures the surface shape of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacturing of the structure,
The structure manufacturing system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
前記形状計測部により得られた表面形状測定結果から前記ビードの表面の凹形状領域または凸形状領域を抽出し、前記凹形状領域または前記凸形状領域と前記内部欠陥候補の位置とを照合し、
前記凹形状領域または前記凸形状領域と前記内部欠陥候補の位置とが重複する場合は前記内部欠陥候補を外部欠陥候補に修正する、
請求項4に記載の構造体の製造システム。
Extracting a concave region or a convex region on the surface of the bead from the surface shape measurement result obtained by the shape measuring unit, comparing the concave region or the convex region with the position of the internal defect candidate,
correcting the internal defect candidate to an external defect candidate when the position of the internal defect candidate overlaps with the concave region or the convex region;
5. The structure manufacturing system according to claim 4.
請求項1~5のいずれか1項に記載の構造体の製造システムを備え、母材上にビードが積層されてなる構造体を製造する、構造体の製造方法であって、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて、前記ビード形成ロボットの前記溶接トーチを用いて、前記母材上に溶加材を溶融および固化してなるビードを形成する工程と、
前記軌道設計部で作成された前記移動軌道に基づいて、前記ビード形成ロボットのガス供給部によって、前記母材上に形成された前記ビードの表面に前記ビードを冷却する冷却ガスを供給する工程と、
前記温度計測部によって、前記構造体の製造中に前記冷却ガスが供給されたビードに対して表面温度を計測して前記ビードの表面温度分布を出力する工程と、
前記欠陥評価部によって、前記ビードの表面温度分布から温度勾配が予め定めた閾値より大きい部分で囲まれた領域を内部欠陥候補として抽出する工程と、
を備える構造体の製造方法。
A structure manufacturing method comprising the structure manufacturing system according to any one of claims 1 to 5 and manufacturing a structure in which beads are laminated on a base material,
a step of forming a bead by melting and solidifying a filler material on the base material using the welding torch of the bead forming robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit;
a step of supplying cooling gas for cooling the bead formed on the base material to the surface of the bead formed on the base material by the gas supply unit of the bead forming robot based on the movement trajectory created by the trajectory design unit; ,
a step of measuring the surface temperature of the bead to which the cooling gas is supplied during the manufacture of the structure by the temperature measuring unit and outputting the surface temperature distribution of the bead;
a step of extracting an area surrounded by a portion having a temperature gradient larger than a predetermined threshold from the surface temperature distribution of the bead by the defect evaluation unit as an internal defect candidate;
A method of manufacturing a structure comprising
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