JP7166489B1 - 付加製造システム、付加製造装置、情報処理装置および付加製造方法 - Google Patents

Abstract

付加製造システム（１００Ａ）は、付加製造装置（１Ａ）と、付加製造装置（１Ａ）と通信可能な情報処理装置（２Ａ）と、を備える。情報処理装置（２Ａ）は、被加工物に形成される溶融池の画像と被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、画像と進行方向とに基づいて溶融池の端点を求める画像解析部（４Ａ）と、端点の位置情報を用いて溶融池の中心位置と溶融池の幅とを算出する溶融池情報算出部（５Ａ）と、を有する。付加製造装置（１Ａ）は、溶融池の幅の目標値に一致する幅の溶融池が形成されるように、溶融池の幅の算出結果を用いて付加製造装置（１Ａ）の加工パラメータを調整する溶融池幅制御部（９）と、加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する溶融池が形成されるように、溶融池の中心位置の算出結果を用いて加工点の位置を補正する加工点補正部（８）と、を有する。

Description

本開示は、３次元造形物を製造する付加製造システム、付加製造装置、情報処理装置および付加製造方法に関する。

３次元造形物を製造する技術の１つとして、付加製造（Additive Manufacturing：ＡＭ）の技術が知られている。付加製造の技術における複数の方式のうちの１つである指向性エネルギー堆積（Directed Energy Deposition：ＤＥＤ）方式では、付加製造装置は、レーザビーム、電子ビームまたはアークといった熱源により材料を局所的に溶融させ、溶融した材料の凝固物であるビードを積み重ねることによって造形物を製造する。熱源のエネルギーが被加工物に吸収されることによって、被加工物に溶融池が形成される。付加製造装置は、溶融している状態の材料である溶融物を溶融池に付着させることによって、被加工物に結合されたビードを形成する。

付加製造において、造形物の目標形状と造形物の実際の形状との間に誤差が発生することがある。誤差が発生する第１の要因としては、被加工物におけるエネルギー分布の影響が挙げられる。加工ヘッドから出射するビームによって材料を溶融する付加製造装置において、加工点へ向けて出射されたビームの一部が、加工点へ送給される材料で遮られることがある。ビームの一部が遮られると、被加工物が受けるエネルギーの分布がビームの中心に対し非対称になることで、形成される溶融池の中心がビームの中心からずれる場合がある。溶融池の中心がずれることによって、溶融物が付着する位置がずれることで、造形物を構成するビードの位置にずれが生じる。このようにして、造形物の目標形状と造形物の実際の形状との間に誤差が発生する。

目標形状と実際の形状との間に誤差が発生する第２の要因としては、溶融物を付着させた際における表面張力の影響が挙げられる。互いに隣接するビードを形成した場合に、ビードが完全に凝固するよりも前に、ビード同士の界面における表面張力の作用によって、ビードが互いに引き寄せられるように変形する場合がある。変形した溶融物によって形成されたビードが積み重ねられることで、造形物の目標形状と造形物の実際の形状との間に誤差が発生する。

特許文献１には、ワイヤを用いたアーク溶接に関し、溶融池とアークと溶接トーチから供給されたワイヤとを撮影した画像に基づいて溶接トーチの位置を補正することによって、溶接線に沿って溶接が行われるように溶接トーチの位置を制御する自動溶接システムが開示されている。特許文献１に開示される自動溶接システムは、画像の左右方向における溶融池の端の位置を画像から検出し、溶融池の端の位置から溶融池の中心位置を求める。特許文献１に開示される自動溶接システムは、あらかじめ設定された基準位置に溶融池の中心位置を一致させるように、左右方向における溶接トーチの位置を補正する。

特開２０１８－１９２５２４号公報

付加製造では、曲率を有する加工経路に沿って加工ヘッドの進行方向を変化させる場合のように、被加工物における加工点の進行方向を変化させながら加工を進める場合が多い。特許文献１に開示される溶接トーチの位置補正の方法では、溶融池の端の位置を検出する際に進行方向は考慮されないため、加工点の進行方向が変化した場合において溶融池の端の正確な位置を検出することができなくなる。このため、特許文献１に開示される方法を付加製造における加工点の位置補正に適用しても、造形物の形状を目標形状に近づけるように加工点の位置を正確に補正することができず、形状精度が高い造形物を製造することが困難であるという問題があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、形状精度が高い造形物を製造することができる付加製造システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる付加製造システムは、ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置と、付加製造装置と通信可能な情報処理装置と、を備える。情報処理装置は、被加工物に形成される溶融池の画像と被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、画像と進行方向とに基づいて溶融池の端点を求める画像解析部と、端点の位置情報に基づいて溶融池の幅を算出し、端点の位置情報と溶融池の幅の算出結果とに基づいて溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、を有する。付加製造装置は、溶融池の幅の目標値に一致する幅の溶融池が形成されるように、溶融池の幅の算出結果を用いて付加製造装置の加工パラメータを調整する溶融池幅制御部と、加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する溶融池が形成されるように、溶融池の中心位置の算出結果を用いて加工点の位置を補正する加工点補正部と、を有する。画像解析部は、画像解析部へ入力された情報に示される現在のプログラム指令位置と、加工点の経路である加工経路を現在のプログラム指令位置から遡った過去のプログラム指令位置とを含む複数のプログラム指令位置の各々についての情報と、複数のプログラム指令位置の各々における進行方向の情報とを用いて、複数のプログラム指令位置の各々に対応する端点を求める。溶融池情報算出部は、複数のプログラム指令位置のうち１つ以上のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いて溶融池の中心位置と溶融池の幅とを算出する。

本開示にかかる付加製造システムは、形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる付加製造システムの構成を示す図 実施の形態１にかかる付加製造システムを構成する付加製造装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる付加製造システムの付加製造装置を構成する加工ヘッドおよびワイヤ送給装置を示す図 図３に示す加工ヘッドの進行方向について説明するための図 図３に示す加工ヘッドから出射するレーザビームのスポットと被加工物における温度分布の例とを示す図 実施の形態１にかかる付加製造システムの付加製造装置により製造される造形物の例を示す図 実施の形態１にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する画像解析部における処理について説明するための第１の図 実施の形態１にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する画像解析部における処理について説明するための第２の図 実施の形態１にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部における処理について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造システムの付加製造装置が有する溶融池幅制御部における処理について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造システムの付加製造装置が有する加工点補正部における処理について説明するための図 実施の形態１における加工点の位置の補正による造形物の改善について説明するための図 実施の形態１にかかる付加製造システムの動作手順を示すフローチャート 実施の形態２にかかる付加製造システムの構成を示す図 実施の形態２における処理によって低減可能とする溶融池情報の誤差について説明するための第１の図 実施の形態２における処理によって低減可能とする溶融池情報の誤差について説明するための第２の図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する画像解析部における処理について説明するための第１の図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する画像解析部における処理について説明するための第２の図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する画像解析部における処理について説明するための第３の図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部によって溶融池幅を算出する第１の例について説明するための図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部によって溶融池幅を算出する第２の例について説明するための図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部によって溶融池幅を算出する第２の例について説明するための図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部によって溶融池幅を算出する第３の例について説明するための図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部によって溶融池の中心位置を算出する例について説明するための図 実施の形態２にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部によって溶融池の中心位置を算出する例について説明するための図 実施の形態３にかかる付加製造システムの構成を示す図 実施の形態３における処理によって回避が可能となる端部の算出における誤りについて説明するための第１の図 実施の形態３における処理によって回避が可能となる端部の算出における誤りについて説明するための第２の図 実施の形態３にかかる付加製造システムの画像解析部および溶融池情報算出部における処理について説明するための図 実施の形態４にかかる付加製造システムの構成を示す図 実施の形態４にかかる付加製造システムの情報処理装置が有する溶融池情報算出部における処理について説明するための図 実施の形態１から４にかかる付加製造システムの数値制御装置を実現するハードウェアの第１の構成例を示す図 実施の形態１から４にかかる付加製造システムの数値制御装置を実現するハードウェアの第２の構成例を示す図 実施の形態５にかかる付加製造装置の構成を示す図

以下に、実施の形態にかかる付加製造システム、付加製造装置、情報処理装置および付加製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの構成を示す図である。付加製造システム１００Ａは、付加製造装置１Ａと、付加製造装置１Ａと通信可能な情報処理装置２Ａとを有する。付加製造装置１Ａは、付加製造によって立体形状の造形物を製造する工作機械である。付加製造装置１Ａは、付加製造装置１Ａを制御する数値制御装置３Ａを有する。

図２は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａを構成する付加製造装置１Ａの構成を示す図である。付加製造装置１Ａは、ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する。実施の形態１において、熱源であるビームはレーザビーム２０であって、材料は金属のワイヤ２１である。

付加製造装置１Ａは、ＤＥＤ方式の付加製造装置である。なお、熱源は、レーザビーム２０に限られない。熱源は、レーザビーム２０以外のビームであっても良く、電子ビームであっても良い。また、熱源には、ビームに代えて、アークが用いられても良い。材料は、ワイヤ２１に限られず、金属の粉末であっても良い。

付加製造装置１Ａは、被加工物へ送給されたワイヤ２１の先端部をレーザビーム２０によって局所的に溶融させ、被加工物上の加工点にワイヤ２１の溶融物を付着させることによって、被加工物に結合されたビードを形成する。ビードは、溶融した材料の凝固物である。加工点は、被加工物のうち加工が行われている位置を表す。レーザビーム２０のエネルギーが被加工物の加工点に吸収されることによって、加工点には溶融池が形成される。付加製造装置１Ａは、加工点へワイヤ２１を送給しながら加工点を移動させる。付加製造装置１Ａは、溶融池に溶融物を付着させることによって、被加工物にビードを結合させる。

付加製造装置１Ａは、基材２２の上においてビードを積み重ねることによって造形物を製造する。図２に示す基材２２は、板材である。基材２２は板材以外の物であっても良い。被加工物は、溶融物が付加される物であって、基材２２または基材２２上のビードである。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｘ軸とＹ軸とは、水平方向の軸である。Ｚ軸は、鉛直方向の軸である。ビードは、Ｚ軸方向へ積み重ねられる。Ｘ軸方向のうち矢印の方向をプラスＸ方向、プラスＸ方向とは逆の方向をマイナスＸ方向とする。Ｙ軸方向のうち矢印の方向をプラスＹ方向、プラスＹ方向とは逆の方向をマイナスＹ方向とする。Ｚ軸方向のうち矢印の方向をプラスＺ方向、プラスＺ方向とは逆の方向をマイナスＺ方向とする。

ビーム源であるレーザ発振器１６は、レーザビーム２０を出力する。レーザ発振器１６により出力されたレーザビーム２０は、光伝送路であるファイバーケーブル２４を通って加工ヘッド１５へ伝搬する。

加工ヘッド１５は、被加工物へレーザビーム２０を出射する。加工ヘッド１５の内部には、レーザビーム２０を平行化させるコリメート光学系と、被加工物においてレーザビーム２０を集束させる集光レンズとが設けられている。コリメート光学系および集光レンズの図示は省略する。被加工物へ照射するレーザビーム２０の中心線の方向は、Ｚ軸方向である。加工ヘッド１５の軸は、レーザビーム２０の中心線と一致する。加工点は、被加工物のうち加工ヘッド１５の軸と交わる点とする。付加製造装置１Ａは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の各方向へ加工ヘッド１５を進行させる駆動系であるアクチュエータを有する。アクチュエータの図示は省略する。

加工ヘッド１５は、被加工物へ向けてシールドガスを噴射する。シールドガスとしては、不活性ガスであるアルゴンガスが使用される。付加製造装置１Ａは、シールドガスの噴射によって、ビードの酸化を抑制するとともに、形成されたビードを冷却する。シールドガスは、シールドガスの供給源であるガスボンベから供給される。ガスボンベの図示は省略する。

ワイヤスプール２５は、ワイヤ２１の供給源である。付加製造装置１Ａには、ワイヤ２１が巻き付けられたワイヤスプール２５が取り付けられる。ワイヤ送給装置１７は、被加工物へワイヤ２１を送給する送給部である。ワイヤ送給装置１７は、加工点へ向けてワイヤ２１を送り出す動作と、送り出されたワイヤ２１をワイヤスプール２５のほうへ引き戻す動作とを行う。ワイヤ２１が送給される方向は、加工ヘッド１５からレーザビーム２０が出射される方向であるＺ軸方向に対して斜めの方向である。ワイヤ送給装置１７は、加工ヘッド１５に支持されている。ワイヤ送給装置１７は、加工ヘッド１５と一体に動く。なお、ワイヤ送給装置１７のうち加工点へ向けてワイヤ２１を送り出すノズル部分のみが加工ヘッド１５に支持されていても良い。このように、ワイヤ送給装置１７のうちの少なくとも一部が加工ヘッド１５に支持されている。

基材２２は、加工ステージに固定される。加工ステージの図示は省略する。付加製造装置１Ａは、加工ステージの駆動により、基材２２の姿勢を変化させる。付加製造装置１Ａは、基材２２の姿勢を変化させるとともに加工ヘッド１５を駆動することによって、被加工物にて加工点を移動させる。

駆動制御器２３は、アクチュエータを駆動するヘッド駆動部１２と、ワイヤ送給装置１７を駆動する送給駆動部１４とを有する。ヘッド駆動部１２は、アクチュエータを駆動することによって加工ヘッド１５を駆動する。また、駆動制御器２３は、加工ステージを駆動するステージ駆動部を有する。ステージ駆動部の図示は省略する。レーザ出力制御器１３は、レーザ発振器１６を制御することによって、レーザ発振器１６のレーザ出力を調整する。

数値制御装置３Ａは、付加製造装置１Ａを制御するための各種指令を出力する。数値制御装置３Ａは、加工ヘッド１５を制御するための指令である位置指令をヘッド駆動部１２へ送る。数値制御装置３Ａは、ワイヤ２１の送給を制御するための指令である送給指令を送給駆動部１４へ送る。数値制御装置３Ａは、ビーム源によるビームの出力を制御するための指令であるビーム出力指令をレーザ出力制御器１３へ送る。以下の説明では、ビーム出力指令をレーザ出力指令と称する。ヘッド駆動部１２は、位置指令に従ってアクチュエータを駆動することによって、加工ヘッド１５を駆動する。送給駆動部１４は、送給指令に従ってワイヤ送給装置１７を駆動する。レーザ出力制御器１３は、レーザ出力指令に従ってレーザ発振器１６を制御する。

付加製造装置１Ａは、可視光カメラであるカメラ１８を有する。カメラ１８は、溶融池の画像を撮影する。図２では、カメラ１８の図示を省略する。カメラ１８は、造形物またはビードの観察に用いられても良い。付加製造装置１Ａは、造形物の温度、被加工物の温度または溶融池の温度を測定する温度計を有しても良い。温度計は、放射温度計またはサーモカメラなどである。付加製造装置１Ａは、造形物の形状またはビードの形状を測定する形状測定器を有しても良い。形状測定器は、レーザ変位計、接触式変位センサ、光干渉断層撮影を行う光干渉断層計（Optical Coherence Tomography：ＯＣＴ）といった測定器である。付加製造装置１Ａは、カメラ１８、温度計および形状測定器を含むセンサユニットを有しても良い。センサユニットは、各種測定のためのその他の機器、例えば、分光器、音響測定器などを含むものであっても良い。

なお、図１では、付加製造装置１Ａのうち、加工ヘッド１５、レーザ発振器１６およびワイヤ送給装置１７と、加工ヘッド１５、レーザ発振器１６およびワイヤ送給装置１７の制御に使用される主な構成要素のみを示す。図１では、付加製造装置１Ａのその他の構成要素の図示を省略する。

数値制御装置３Ａは、数値制御装置３Ａへ入力された加工プログラムを解析するプログラム解析部６と、位置指令を生成する位置指令生成部７と、加工点の位置を補正する加工点補正部８と、加工パラメータの調整によって溶融池の幅を制御する溶融池幅制御部９と、加工パラメータが入力されるパラメータ入力部１０と、レーザ出力指令と送給指令とを生成する加工制御部１１とを有する。

プログラム解析部６は、加工プログラムの記述に基づいて、加工点を移動させる経路である加工経路を求める。プログラム解析部６は、加工プログラムにより指定される各加工経路の終点座標を決定して、各加工経路の終点座標の情報を位置指令生成部７へ出力する。

位置指令生成部７は、終点座標までの加工経路を数値制御装置３Ａの制御周期により補間し、補間点群である位置指令を生成する。以下、補間点群の各補間点の位置を、プログラム指令位置と称する。位置指令生成部７は、位置指令を出力する。また、位置指令生成部７は、補間結果を基に、加工進行方向を算出する。位置指令生成部７は、加工進行方向の情報を出力する。加工進行方向は、被加工物における加工点の進行方向である。

パラメータ入力部１０には、各種加工条件の内容を表す加工パラメータが付加製造システム１００Ａのユーザによって入力される。パラメータ入力部１０には、溶融池の幅の目標値が入力される。加工制御部１１は、パラメータ入力部１０へ入力された加工パラメータを基に、レーザ出力指令と送給指令とを生成する。加工制御部１１は、レーザ出力指令と送給指令とを出力する。なお、加工パラメータの情報が加工プログラムに記述されている場合には、加工制御部１１は、プログラム解析部６にて読み出された加工パラメータの情報を基に、レーザ出力指令と送給指令とを生成しても良い。

加工点補正部８には、溶融池の中心位置の情報が情報処理装置２Ａから入力される。加工点補正部８には、位置指令生成部７で生成された位置指令が入力される。加工点補正部８は、プログラム指令位置に中心位置が一致する溶融池が形成されるように、溶融池の中心位置の情報を用いて加工点の位置を補正する。加工点補正部８は、加工点を溶融池の中心位置からプログラム指令位置へ移動させるための補正量を算出することによって、加工点の位置を補正する。数値制御装置３Ａは、補正量の加算による補正後の位置指令をヘッド駆動部１２へ出力する。

溶融池幅制御部９には、溶融池の幅の算出結果が情報処理装置２Ａから入力される。溶融池幅制御部９には、溶融池の幅の目標値がパラメータ入力部１０から入力される。溶融池幅制御部９は、溶融池の幅の目標値に一致する幅の溶融池が形成されるように、溶融池の幅の情報を用いて加工パラメータを調整する。図１に示す構成では、溶融池幅制御部９は、レーザ出力を示す加工パラメータを調整する。溶融池幅制御部９は、溶融池の幅を目標値に一致させるためのレーザ出力の調整量を算出することによって、加工パラメータを調整する。数値制御装置３Ａは、調整量の加算によってレーザ出力の値が調整されたレーザ出力指令をレーザ出力制御器１３へ出力する。

なお、溶融池幅制御部９は、溶融池の幅の目標値に一致する幅の溶融池が形成されるように、移動速度を示す加工パラメータを調整しても良い。移動速度は、加工経路上において加工点を移動させる速度である。この場合、溶融池幅制御部９は、溶融池の幅を目標値に一致させるための移動速度の調整量を算出することによって、加工パラメータを調整する。数値制御装置３Ａは、調整量の加算によってプログラム指令位置が調整された位置指令をヘッド駆動部１２へ出力する。

情報処理装置２Ａは、付加製造において被加工物に形成される溶融池についての情報を処理する。情報処理装置２Ａは、画像解析を行う画像解析部４Ａと、溶融池情報を算出する溶融池情報算出部５Ａとを有する。溶融池情報は、溶融池の中心位置の情報と、溶融池の幅の情報とを含む。

画像解析部４Ａには、加工進行方向の情報が位置指令生成部７から入力される。画像解析部４Ａには、カメラ１８によって撮影された画像が入力される。画像解析部４Ａは、被加工物に形成される溶融池の画像をカメラ１８から取得する。画像解析部４Ａは、溶融池の画像から溶融池の端点を求める。溶融池の端点を求める処理については後述する。画像解析部４Ａは、溶融池の端点の位置情報を出力する。

溶融池情報算出部５Ａには、溶融池の端点の位置情報が入力される。溶融池情報算出部５Ａは、端点の位置情報を用いて溶融池の中心位置と溶融池の幅とを算出する。溶融池の中心位置を算出する処理と溶融池の幅を算出する処理とについては後述する。溶融池情報算出部５Ａは、溶融池の中心位置の算出結果と溶融池の幅の算出結果とを出力する。

付加製造において、造形物の目標形状と造形物の実際の形状との間に誤差が発生することがある。ここで、目標形状と実際の形状との間に誤差を生じさせ得る２つの要因について説明する。以下、図３から図５を参照して第１の要因について説明する。第１の要因は、被加工物におけるエネルギー分布の影響とする。

図３は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの付加製造装置１Ａを構成する加工ヘッド１５およびワイヤ送給装置１７を示す図である。図３には、加工が行われているときにおける加工ヘッド１５およびワイヤ送給装置１７を、加工ヘッド１５よりもマイナスＹ方向の位置から見た様子を示す。

図３において、ワイヤ２１が送給される方向は、マイナスＺ方向とプラスＸ方向との間の斜め方向である。加工ヘッド１５から加工点へ向けて出射されたレーザビーム２０の一部は、ワイヤ送給装置１７から送給されるワイヤ２１によって遮られる。このため、レーザビーム２０の中心線よりもマイナスＸ方向の位置に、レーザビーム２０が遮られる領域２６が生じる。

図４は、図３に示す加工ヘッド１５の進行方向について説明するための図である。図４には、加工ヘッド１５よりもプラスＺ方向の位置からワイヤ送給装置１７およびワイヤ２１を見た様子を示す。図４において白抜き矢印は、被加工物に対する加工ヘッド１５の進行方向の例を示す。図４では加工ヘッド１５の図示は省略する。また、図４には、被加工物におけるレーザビーム２０のスポット２７を示す。

ここで、Ｘ軸方向とＹ軸方向との２次元方向における加工進行方向を、角度によって表す。加工進行方向は、プラスＸ方向を基準として、＋１８０°から－１８０°までの角度により表される。プラスＸ方向は０°と表される。プラスＹ方向は＋９０°と表される。マイナスＹ方向は－９０°と表される。

図５は、図３に示す加工ヘッド１５から出射するレーザビーム２０のスポット２７と被加工物における温度分布２９の例とを示す図である。図５の下段には、図５の上段に示すスポット２７をマイナスＹ方向へ進行させた場合における被加工物の温度分布２９をシミュレーションした結果を示す。図５に示す温度分布２９では、白抜きの部分、ドット模様の部分、斜線の部分、網掛け模様の部分の順に、温度が高いことを表す。温度分布２９は、被加工物に入射するレーザビーム２０のエネルギー分布とみなすことができる。

ワイヤ２１の影２８は、Ｘ軸方向におけるレーザビーム２０の中心ｘ０からマイナスＸ方向側に形成される。Ｙ軸方向における影２８の幅は、ワイヤ２１の幅Ｗ_Ｄと同じとみなす。スポット２７は、半径Ｒの円状領域から影２８の部分が除かれた領域である。影２８が形成されることによって、スポット２７は、中心ｘ０に対し左右非対称な形状となる。

位置ｘ１は、上記円状領域のうちマイナスＸ方向側の端である。位置ｘ２は、上記円状領域のうちプラスＸ方向側の端である。影２８が形成されることによって、スポット２７のうちマイナスＸ方向側の端と中心ｘ０との距離Ｓは、半径Ｒよりも短くなる。距離Ｓは、次の式（１）により求まる。
Ｓ＝｛Ｒ^２－（Ｗ_Ｄ／２）^２｝^０．５ ・・・（１）

中心ｘ０よりもマイナスＸ方向側に影２８が形成されるため、スポット２７のうち中心ｘ０よりもマイナスＸ方向側の部分の面積は、スポット２７のうち中心ｘ０よりもプラスＸ方向側の部分の面積よりも小さくなる。このため、被加工物において高いエネルギーとなる領域は、中心ｘ０よりもプラスＸ方向側に偏る。このようなエネルギー分布の偏りによって、Ｘ軸方向における溶融池の中心ｘ１０は、スポット２７の中心ｘ０からプラスＸ方向にずれる。

位置ｘ１１は、溶融池のうちマイナスＸ方向側の端である。位置ｘ１２は、溶融池のうちプラスＸ方向側の端である。中心ｘ０と位置ｘ１１との距離をＤ_Ｌ、中心ｘ０と位置ｘ１２との距離をＤ_Ｒとすると、Ｄ_Ｌ＜Ｄ_Ｒが成り立つ。また、Ｓ≒Ｄ_Ｌが成り立つ。

ワイヤ２１の溶融物が溶融池に付着することによって、ビードは、溶融池の位置に形成される。溶融池の中心ｘ１０がレーザビーム２０の中心ｘ０からずれることによって、ビードが形成される位置もずれる。このようなビードが順次積み重ねられることによって、レーザビーム２０の中心ｘ０を加工経路に一致させても、造形物には、設計時に指定された位置からのずれが生じる。このようにして、造形物の目標形状と造形物の実際の形状との間に誤差が発生することとなる。

次に、図６を参照して、目標形状と実際の形状との間に誤差を生じさせ得る第２の要因について説明する。第２の要因は、溶融物を付着させた際における表面張力の影響とする。

図６は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの付加製造装置１Ａにより製造される造形物の例を示す図である。図６では、複数のビードを並べた層を積み重ねることによって直方体の造形物であるブロックを製造する場合を例とする。図６に示す各ビードは、図６の紙面に垂直な方向へ加工ヘッド１５を移動させることによって形成されたものとする。

隣接するビードを形成した場合に、ビードが完全に凝固するよりも前に、ビード同士の界面における表面張力の作用によって、ビードが互いに引き寄せられるように変形する場合がある。図６の上段には、基材２２の上に４個のビードからなる層が形成された様子を示す。２個のビード３１ａは、４個のビードのうち層の中央に位置するビードである。２個のビード３１ｂは、４個のビードのうち層の端に位置するビードである。各ビード３１ｂは、表面張力によって、隣のビード３１ａの方へ寄るように変形する。

図６の下段には、図６の上段に示す層である第１の層に第２の層および第３の層を積み重ねることによって造形物が形成された様子を示す。第２の層と第３の層との各々は、第１の層と同様に、４個のビードで構成される。第２の層と第３の層との各々でも、第１の層と同様に、端のビード３１ｂが変形する。また、変形した第１の層の上に第２の層が積み重ねられるため、第２の層のビード３１ｂは、第１の層の変形の影響も受ける。このため、第２の層のビード３１ｂは、第１の層のビード３１ｂよりも変形度合いが大きくなる。第３の層のビード３１ｂは、第２の層の変形の影響を受けることによって、第２の層のビード３１ｂよりも変形度合いが大きくなる。このように、基材２２から高い位置の層ほど、ビード３１ｂの変形度合いが大きくなる。

各層のビード３１ｂの変形によって、実際に形成されるブロック３１の形状と設計上におけるブロック３０の形状である目標形状とに誤差が生じることとなる。図６の下段において、両矢印は、設計上におけるブロック３０の形状と実際の造形物であるブロック３１の形状との誤差を表す。図６の下段に示すように、ブロック３１の形状は、各層にてビードを配列させた方向におけるブロック３１の幅が基材２２から高い位置の層ほど狭くなるように、目標形状に対して変化する。ブロック３１は、基材２２から高くなるに従ってすぼんだ形状となる。このようにして、設計上における造形物を形成可能な体積のワイヤ２１が送給されたとしても、造形物を構成するビードが変形することによって、造形物の形状精度が低下することとなる。

付加製造システム１００Ａは、溶融池の中心位置をプログラム指令位置に一致させるように加工点の位置を補正するとともに、溶融池の幅を目標値に一致させるように加工パラメータを調整することによって、目標形状と実際の形状との誤差を低減させる。これにより、付加製造システム１００Ａは、形状精度が高い造形物を製造することが可能となる。

次に、情報処理装置２Ａにおける処理の詳細について説明する。図７は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの情報処理装置２Ａが有する画像解析部４Ａにおける処理について説明するための第１の図である。カメラ１８は、加工点へのレーザビーム２０の照射が開始されてから一定時間が経過した後の溶融池４０を撮影する。画像解析部４Ａは、カメラ１８によって撮影された画像から、溶融池４０の輪郭を抽出する。図７には、抽出された輪郭の例を示す。溶融池４０の輪郭の抽出には、二値化または輪郭抽出などといった、任意の画像処理技術を用いることができる。

図８は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの情報処理装置２Ａが有する画像解析部４Ａにおける処理について説明するための第２の図である。画像解析部４Ａは、抽出された輪郭を基に、溶融池４０の端点を求める。端点は、溶融池４０に外接する矩形４１と溶融池４０の輪郭との接点である。このように、画像解析部４Ａは、溶融池４０の画像に基づいて、溶融池４０の端点を求める。図８には、図７に示す溶融池４０の輪郭とともに、溶融池４０の輪郭を基に求められた矩形４１および端点を示す。

実施の形態１では、付加製造装置１Ａにおける位置の基準とされるＸ軸およびＹ軸は、被加工物上の位置を表す際にも使用されるものとする。画像上の位置を表す際の座標系は、被加工物上の位置を表す際の座標系と同じであるものとする。加工進行方向は、図４に示す０°の方向であるプラスＸ方向を基準とする角度により表される。ここでは、溶融池４０が撮影されたときの加工進行方向は、＋θ°であるものとする。

画像解析部４Ａは、位置指令生成部７から取得された加工進行方向の情報を基に、矩形４１の２辺の方向に、加工進行方向と同じ方向を設定する。画像解析部４Ａは、加工進行方向に平行な２辺である辺Ａおよび辺Ｃと、辺Ａおよび辺Ｃの各々に垂直な２辺である辺Ｂおよび辺Ｄとを有する矩形４１を設定する。辺Ｂは、辺Ａおよび辺Ｃの各々に垂直な２辺のうち加工進行方向前方に位置する辺とする。辺Ｄは、辺Ａおよび辺Ｃの各々に垂直な２辺のうち加工進行方向後方に位置する辺とする。これにより、画像解析部４Ａは、Ｘ軸に対して＋θ°だけ傾けられた矩形４１を設定する。

画像解析部４Ａは、さらに、辺Ａの端点Ｐと、辺Ｂ上の端点Ｑと、辺Ｃ上の端点Ｒと、辺Ｄ上の端点Ｓとを求める。画像解析部４Ａは、端点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの各々の位置情報である座標を出力する。

図９は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの情報処理装置２Ａが有する溶融池情報算出部５Ａにおける処理について説明するための図である。溶融池情報算出部５Ａには、端点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの各々の位置情報が入力される。溶融池情報算出部５Ａは、端点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの各々の位置情報を基に、溶融池４０の幅Ｗと、溶融池４０の中心位置である中心点４２とを求める。

実施の形態１では、溶融池４０の幅Ｗは、辺Ａと辺Ｃとの間の距離と定義される。溶融池４０の中心位置である中心点４２は、辺Ａ、辺Ｂおよび辺Ｃの各々からの距離がＷ／２である点と定義される。このように幅Ｗと中心点４２とを定義すると、端点Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓの座標と加工進行方向とを用いて、幾何学的な関係により、幅Ｗと中心点４２とを算出することができる。溶融池情報算出部５Ａは、幅Ｗの算出結果を示す値と、中心点４２の算出結果を示す座標とを出力する。

次に、付加製造装置１Ａの数値制御装置３Ａにおける処理の詳細について説明する。図１０は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの付加製造装置１Ａが有する溶融池幅制御部９における処理について説明するための図である。

図１０には、加工点の移動によって連続して形成された複数の溶融池４０と、形成されたビードの形状４３と、目標形状４４とを模式的に表す。図１０には、目標値に比べて幅が小さい溶融池４０が形成されたことによって、ビードの目標形状４４に比べて幅が狭い部分を有するビードが形成された状態を示す。図１０に示す両矢印は、形成されたビードの形状４３と目標形状４４との誤差を表す。形成されたビードの形状４３と目標形状４４との間に誤差が生じると、後述するように加工点の位置を補正したとしても、造形物の目標形状と造形物の実際の形状との誤差を低減させることが困難となる。

溶融池幅制御部９には、溶融池４０の幅Ｗの情報、すなわち、溶融池情報算出部５Ａによって算出された幅Ｗの値が入力される。溶融池幅制御部９は、幅Ｗの値と幅Ｗの目標値との差分を求める。溶融池幅制御部９は、レーザ出力を示す加工パラメータを、差分に基づいたフィードバック制御によって調整する。また、溶融池幅制御部９は、移動速度を示す加工パラメータを、差分に基づいたフィードバック制御によって調整する。なお、溶融池幅制御部９は、あらかじめ定められた物理モデルに基づいたフィードフォワード制御によって加工パラメータを調整しても良い。

図１１は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの付加製造装置１Ａが有する加工点補正部８における処理について説明するための図である。図１１の左部には、実施の形態１による加工点の補正が行われない場合において形成された溶融池４０と、形成されたビードの形状４３と、目標形状４４とを模式的に表す。図１１に示す破線矢印は、補正が行われなかった場合における加工経路を表す。図１１の左部には、溶融池４０の中心点４２がプログラム指令位置４５から離れた位置となることによって、目標形状４４の位置から離れた位置にビードが形成された状態を表す。

加工点補正部８には、中心点４２の位置情報、すなわち、溶融池情報算出部５Ａによって算出された中心点４２の座標が入力される。また、加工点補正部８には、位置指令、すなわちプログラム指令位置４５の情報が入力される。加工点補正部８は、中心点４２をプログラム指令位置４５に一致させるための補正ベクトルを求める。補正ベクトルは、プログラム指令位置４５と中心点４２の位置との差分を表す。加工点補正部８は、求めた補正ベクトルを補正量として算出する。この場合、加工点補正部８は、補正ベクトルに相当する補正量に従って、加工ヘッド１５の位置をシフトさせる補正を行う。このようにして、加工点補正部８は、プログラム指令位置４５に中心位置が一致する溶融池４０が形成されるように加工点の位置を補正する。または、加工点補正部８は、求めた補正ベクトルに基づくＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御によって、加工点の位置を補正しても良い。

図１１の右部には、実施の形態１による加工点の補正が行われた場合において形成された溶融池４０と、形成されたビードの形状４３と、目標形状４４とを模式的に表す。図１１に示す実線矢印は、補正が行われた場合における加工経路を表す。付加製造装置１Ａは、加工点補正部８による加工点の位置の補正によって、プログラム指令位置に中心位置が一致する溶融池４０を形成することが可能となる。これにより、付加製造装置１Ａは、形成されるビードの形状４３を、目標形状４４の位置に一致させることができる。

図１２は、実施の形態１における加工点の位置の補正による造形物の改善について説明するための図である。図１２の左部には、実施の形態１による加工点の補正が行われなかった場合において製造される造形物の例であって、設計上におけるブロック３０に対して変形したブロック３１を示す。図１２の右部には、実施の形態１による加工点の補正が行われた場合において製造される造形物の例であって、設計と同じブロック３０が製造された例を示す。

ブロック３１は、図６を参照して説明したように、基材２２から高い位置の層ほどすぼんだ形状となる。付加製造装置１Ａは、ブロック３１に生じるすぼみが改善される方向へ加工点の位置を補正可能であることによって、目標形状に対する変形が改善されたブロック３０を形成することができる。

また、例えば、円筒状の造形物を製造する場合、加工点の進行方向は常に変化することとなる。実施の形態１による加工点の補正を行わない場合、溶融池４０の中心位置とプログラム指令位置４５との間の誤差が常に変化することによって、目標形状に対する変形が生じることとなる。実施の形態１による加工点の補正が行われることによって、目標形状に対する変形が改善された造形物を形成することができる。円筒状の造形物を製造する例については、図示を省略する。

次に、付加製造システム１００Ａの動作について説明する。図１３は、実施の形態１にかかる付加製造システム１００Ａの動作手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１からステップＳ３は、付加製造システム１００Ａのうち情報処理装置２Ａの動作手順である。ステップＳ１において、情報処理装置２Ａの画像解析部４Ａは、溶融池４０を撮影した画像と、加工進行方向の情報とを取得する。ステップＳ２において、画像解析部４Ａは、溶融池４０の画像と加工進行方向とに基づいて溶融池４０の端点を求める。ステップＳ３において、情報処理装置２Ａの溶融池情報算出部５Ａは、端点の座標を用いて、溶融池４０の中心位置と溶融池幅とを求める。情報処理装置２Ａは、算出結果である中心位置の座標と溶融池幅の値とを出力する。

ステップＳ４およびステップＳ５は、付加製造システム１００Ａのうち付加製造装置１Ａの動作手順である。ステップＳ４において、付加製造装置１Ａの溶融池幅制御部９は、算出された溶融池幅の値と溶融池幅の目標値とを用いて加工パラメータを調整する。ステップＳ５において、付加製造装置１Ａの加工点補正部８は、算出された中心位置の座標とプログラム指令位置４５の座標とを用いて加工点の位置を補正する。以上により、付加製造システム１００Ａは、図１３に示す手順による動作を終了する。付加製造システム１００Ａは、造形物を形成する際において、図１３に示す手順による動作を繰り返し行うことによって、加工パラメータの調整と加工点の位置の補正とを常に行う。

実施の形態１によると、画像解析部４Ａは、溶融池４０の画像を取得し、加工進行方向と同じ方向の２辺を含み溶融池４０に外接する矩形と溶融池４０の輪郭との接点である端点を画像に基づいて求める。これにより、情報処理装置２Ａは、溶融池情報算出部５Ａにおいて、端点の位置情報を用いて溶融池４０の中心位置と溶融池４０の幅とを算出する。付加製造装置１Ａは、溶融池４０の幅の目標値に一致する幅の溶融池４０が形成されるように、溶融池４０の幅の算出結果を用いて加工パラメータを調整する。付加製造装置１Ａは、プログラム指令位置４５に中心位置が一致する溶融池４０が形成されるように、溶融池４０の中心位置の算出結果を用いて加工点の位置を補正する。以上により、付加製造システム１００Ａは、形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。

実施の形態２．
実施の形態２では、溶融池情報の誤差を低減させるための処理を行う例について説明する。図１４は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの構成を示す図である。実施の形態２では、上記の実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１とは異なる構成について主に説明する。

付加製造システム１００Ｂは、付加製造装置１Ｂと、付加製造装置１Ｂと通信可能な情報処理装置２Ｂとを有する。付加製造装置１Ｂは、図１に示す数値制御装置３Ａとは異なる構成の数値制御装置３Ｂを有する。数値制御装置３Ｂは、加工点補正部８によって算出された補正量の情報と位置指令とを情報処理装置２Ｂへ出力する点が、数値制御装置３Ａとは異なる。情報処理装置２Ｂは、図１に示す画像解析部４Ａおよび溶融池情報算出部５Ａとは異なる画像解析部４Ｂおよび溶融池情報算出部５Ｂを有する。画像解析部４Ｂには、画像解析部４Ａと同様に、加工進行方向の情報と溶融池の画像とが入力される。さらに、画像解析部４Ｂには、位置指令、すなわちプログラム指令位置の情報が位置指令生成部７から入力される。画像解析部４Ｂには、補正量の情報が加工点補正部８から入力される。画像解析部４Ｂは、溶融池の端点の位置情報を出力する。溶融池情報算出部５Ｂには、溶融池の端点の位置情報が入力される。溶融池情報算出部５Ｂは、溶融池の中心位置の算出結果と溶融池の幅の算出結果とを出力する。

次に、実施の形態２における処理によって低減可能とする溶融池情報の誤差について説明する。図１５は、実施の形態２における処理によって低減可能とする溶融池情報の誤差について説明するための第１の図である。図１６は、実施の形態２における処理によって低減可能とする溶融池情報の誤差について説明するための第２の図である。ここでは、実施の形態１にて説明した処理によって溶融池の中心位置と溶融池の幅とを算出した場合に生じ得る誤差について説明する。

現在の加工点から遡った過去の加工点における溶融池の溶融状態が維持されることによって、現在の加工点に形成されている溶融池が、過去に形成された１つ以上の溶融池とつながることがある。被加工物における蓄熱の影響などによって溶融池の溶融状態が維持されることで、複数の溶融池はつながり得る。図１５に示す溶融池５０は、連続する複数の溶融池が互いにつながることによって形成された溶融池の例である。溶融池５０は、加工点ごとにおける本来の溶融池と比べて、加工進行方向へ長く伸ばされた形状となる。また、図１５に示す溶融池５０は、加工進行方向が変化している角部に形成されたものとする。図１５では、現在の加工点における加工進行方向５１と、過去の２つの加工点における加工進行方向５１ａの各々とを、白抜き矢印により表す。加工進行方向５１と、２つの加工進行方向５１ａとは、いずれも異なる方向である。

造形物の目標形状と造形物の実際の形状との誤差を低減させるように加工点の位置を補正するためには、溶融池５０のうち現在の加工点における溶融部分について、中心位置と溶融池幅とを求めることが望まれる。図１６において、中心点５３は、現在の加工点における溶融部分の中心位置である。幅Ｗは、現在の加工点における溶融部分の幅である。中心点５３ａは、実施の形態１にて説明した処理によって求まる中心位置である。幅Ｗ’は、実施の形態１にて説明した処理によって求まる溶融池幅である。図１６に示す黒塗りの丸は、実施の形態１にて説明した処理によって求まる端点を表す。溶融池５０の後方部が、過去の加工進行方向５１ａに湾曲して伸びているため、溶融池５０の輪郭に外接する矩形５２に基づいて求まる端点は、現在の加工点における溶融部分の端点とは異なるものとなる。このため、中心点５３からずれた位置の中心点５３ａが求まり、かつ、幅Ｗとは異なる幅Ｗ’が求まることとなる。

実施の形態２では、情報処理装置２Ｂは、過去から現在までの加工点に対応する端点を求めることで、図１５および図１６に示すようなケースにおける溶融池情報の誤差を低減させる。すなわち、情報処理装置２Ｂは、誤差が低減された中心位置および溶融池幅を求めることができる。

次に、情報処理装置２Ｂにおける処理の詳細について説明する。図１７は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する画像解析部４Ｂにおける処理について説明するための第１の図である。

画像解析部４Ｂは、現在のプログラム指令位置の情報と、過去のプログラム指令位置の情報とを、数値制御装置３Ｂの位置指令生成部７から取得する。現在のプログラム指令位置は、画像解析部４Ｂへ入力された情報に示される現在の加工点におけるプログラム指令位置である。過去のプログラム指令位置は、現在のプログラム指令位置から加工経路を遡った過去の加工点におけるプログラム指令位置である。また、画像解析部４Ｂは、加工点補正部８で算出された補正量の情報を取得する。

画像解析部４Ｂが取得するプログラム指令位置の情報は、数値制御装置３Ｂで用いられる座標系が基準とされた情報である。数値制御装置３Ｂで用いられる座標系と画像上の位置を表す際の座標系とは互いに異なるため、画像解析部４Ｂは、各プログラム指令位置について、画像で用いられる座標との対応付けを行う。原点５４は、画像で用いられる座標、すなわち画像解析部４Ｂが扱う座標系の原点である。原点５４は、加工ヘッド１５の軸の位置であって、レーザビーム２０の中心線の位置である。

現在の制御周期における原点５４の位置は、現在の制御周期の１つ前の周期において算出された補正量の分だけ、現在の加工点におけるプログラム指令位置から移動した位置である。図１７に示す矢印は、補正量に応じた移動を表す。画像解析部４Ｂは、原点５４の座標から、現在の制御周期の１つ前の周期において算出された補正量を差し引くことによって、画像上における現在のプログラム指令位置５５ａを求める。

図１８は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する画像解析部４Ｂにおける処理について説明するための第２の図である。画像解析部４Ｂは、プログラム指令位置同士の相対位置関係を基に、画像上における過去のプログラム指令位置５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅを求める。画像解析部４Ｂは、数値制御装置３Ｂから取得した各プログラム指令位置の情報を基に、プログラム指令位置同士の相対位置関係を求める。図１８に示す両矢印は、互いに隣り合うプログラム指令位置同士の相対位置関係を表す。

図１９は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する画像解析部４Ｂにおける処理について説明するための第３の図である。画像解析部４Ｂは、溶融池５０のうち現在の加工進行方向における先端に位置する端点Ｑを求める。画像解析部４Ｂは、実施の形態１と同様の処理によって端点Ｑを求める。

また、画像解析部４Ｂは、各プログラム指令位置５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅに対応する端点Ｐ_ｎ，Ｒ_ｎを求める。ここで示す例では、ｎは１から５の整数である。端点Ｐ_１および端点Ｒ_１の各々は、プログラム指令位置５５ａに対応する端点である。端点Ｐ_１および端点Ｒ_１の各々は、現在の加工進行方向に垂直な線であってプログラム指令位置５５ａを通る垂線と、溶融池５０の輪郭との交点である。図１９においてプログラム指令位置５５ａを通る両矢印は、垂線を表す。

端点Ｐ_２および端点Ｒ_２の各々は、プログラム指令位置５５ｂに対応する端点である。端点Ｐ_２および端点Ｒ_２の各々は、プログラム指令位置５５ｂにおける加工進行方向に垂直な線であってプログラム指令位置５５ｂを通る垂線と、溶融池５０の輪郭との交点である。画像解析部４Ｂは、プログラム指令位置５５ｂから見たプログラム指令位置５５ａの方向を、プログラム指令位置５５ｂにおける加工進行方向とみなして、端点Ｐ_２および端点Ｒ_２の各々を求める。

端点Ｐ_３および端点Ｒ_３の各々は、プログラム指令位置５５ｃに対応する端点である。端点Ｐ_４および端点Ｒ_４の各々は、プログラム指令位置５５ｄに対応する端点である。端点Ｐ_５および端点Ｒ_５の各々は、プログラム指令位置５５ｅに対応する端点である。画像解析部４Ｂは、端点Ｐ_２，Ｒ_２と同じ要領で、端点Ｐ_３，Ｒ_３と、端点Ｐ_４，Ｒ_４と、端点Ｐ_５，Ｒ_５とを求める。

このように、画像解析部４Ｂは、現在のプログラム指令位置と過去のプログラム指令位置とを含む複数のプログラム指令位置の各々についての情報と、複数のプログラム指令位置の各々における進行方向の情報とを用いて、複数のプログラム指令位置の各々に対応する端点を求める。画像解析部４Ｂは、求めた端点の座標を溶融池情報算出部５Ｂへ出力する。なお、上記説明では、画像解析部４Ｂは、５つのプログラム指令位置５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅの各々における端点Ｐ_ｎ，Ｒ_ｎを求めることとしたが、プログラム指令位置の数は５つに限られない。画像解析部４Ｂは、現在のプログラム指令位置を含む複数のプログラム指令位置について端点Ｐ_ｎ，Ｒ_ｎを求めるものであれば良い。

次に、溶融池情報算出部５Ｂにおける溶融池幅の算出について説明する。溶融池情報算出部５Ｂは、複数のプログラム指令位置のうち１つ以上のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いて溶融池幅を算出する。ここでは、溶融池幅を算出する第１から第３の例を説明する。

図２０は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する溶融池情報算出部５Ｂによって溶融池幅を算出する第１の例について説明するための図である。第１の例では、溶融池情報算出部５Ｂは、上記プログラム指令位置５５ａに対応する端点Ｐ_１，Ｒ_１の座標を用いて溶融池の幅Ｗを算出する。幅Ｗは、端点Ｐ_１と端点Ｒ_１の距離である。第１の例は、３つの例の中で最も単純な方法で溶融池幅を算出する例である。

図２１および図２２は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する溶融池情報算出部５Ｂによって溶融池幅を算出する第２の例について説明するための図である。溶融池５０のうち現在の加工進行方向における先端部では、先端部よりも後方の部分であって定常的な溶融状態となっている部分に比べて熱の蓄積が少なく溶融池幅が狭くなる場合がある。図２１には、先端部の溶融池幅が、先端部よりも後方の部分の溶融池幅よりも狭くなっている様子を示す。

また、ビード上に溶融池５０が形成される場合は、レーザビーム２０の一部がビードから外れて基材２２へ入射し、基材２２からの反射光が画像に取り込まれて、反射光が溶融池５０の一部と誤って認識される場合がある。図２２には、レーザビーム２０のスポット２７とともに、ノイズである反射光５６が画像に取り込まれた様子を示す。反射光５６は現在の加工点付近において検出されることから、反射光５６が、先端部における溶融池幅の算出結果に誤差を生じさせる要因となり得る。

第２の例では、溶融池情報算出部５Ｂは、複数のプログラム指令位置のうち、被加工物におけるスポット２７の中心からあらかじめ設定された距離よりも離れた位置のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いて溶融池幅を算出する。スポット２７の中心からの距離として任意の距離が設定されることにより、溶融池情報算出部５Ｂは、プログラム指令位置５５ａ以外の４つのプログラム指令位置５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅのうちいずれか１つに対応する端点の情報を用いて溶融池幅を算出する。すなわち、溶融池情報算出部５Ｂは、端点Ｐ_１，Ｒ_１における幅Ｗ_１を除外して、端点Ｐ_２，Ｒ_２における幅Ｗ_２と、端点Ｐ_３，Ｒ_３における幅Ｗ_３と、端点Ｐ_４，Ｒ_４における幅Ｗ_４と、端点Ｐ_５，Ｒ_５における幅Ｗ_５とのうちの１つを、溶融池幅として算出する。

第２の例によると、溶融池情報算出部５Ｂは、プログラム指令位置５５ａに対応する端点の除外によって、溶融池５０の先端部とスポット２７の中心付近とを避けて溶融池幅を算出する。これにより、溶融池情報算出部５Ｂは、算出される溶融池幅の誤差を低減させることができる。

図２３は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する溶融池情報算出部５Ｂによって溶融池幅を算出する第３の例について説明するための図である。第３の例では、溶融池情報算出部５Ｂは、複数のプログラム指令位置のうち２以上のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いて溶融池５０の幅の２以上の値を求め、当該２以上の値の平均値を算出する。

複数の物理現象の影響を溶融池５０が受けることによって、溶融池５０の形状は不安定になり易い。図２３には、溶融池５０の形状が不安定である状態を示す。溶融池５０の形状が不安定であることは、溶融池幅の算出結果に誤差を生じさせる要因となり得る。溶融池幅の算出結果の誤差は、付加製造システム１００Ｂの制御におけるノイズ成分となる。

第３の例では、溶融池情報算出部５Ｂは、２つ以上のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いて求めた溶融池幅を平均することで、溶融池５０の位置ごとにおける溶融池幅の誤差を平滑化させる。溶融池情報算出部５Ｂは、５つのプログラム指令位置５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅの各々における端点Ｐ_ｎ，Ｒ_ｎに基づいて算出された幅Ｗ_ｎのうち任意の２つ以上を平均することによって溶融池幅を算出する。上述する先端部における誤差の影響を考慮して、算出される溶融池幅は、幅Ｗ_２，Ｗ_３，Ｗ_４，Ｗ_５の平均値または幅Ｗ_３，Ｗ_４，Ｗ_５の平均値などのように、幅Ｗ_１を除外して求めた値としても良い。

第３の例によると、溶融池情報算出部５Ｂは、２以上のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いて溶融池５０の幅の２以上の値を求め、当該２以上の値の平均値を算出することで、算出される溶融池幅の誤差を低減させることができる。

次に、溶融池情報算出部５Ｂにおける中心位置の算出について説明する。図２４および図２５は、実施の形態２にかかる付加製造システム１００Ｂの情報処理装置２Ｂが有する溶融池情報算出部５Ｂによって溶融池の中心位置を算出する例について説明するための図である。溶融池情報算出部５Ｂは、複数のプログラム指令位置のうち任意の１つに対応する端点の情報を用いて中心位置を算出する。

図２４に示す中心点５３は、プログラム指令位置５５ａに対応する端点Ｐ_１，Ｒ_１の情報を用いて算出された中心位置である。中心点５３は、辺Ｂに垂直な線であって端点Ｐ_１と端点Ｒ_１との中点を通る垂線上の点である。中心点５３は、当該垂線上において辺ＢからＷ／２の距離にある。

図２５に示す中心点５３は、プログラム指令位置５５ｂに対応する端点Ｐ_２，Ｒ_２の情報を用いて算出された中心位置である。中心点５３は、辺Ｂに垂直な線であって端点Ｐ_２と端点Ｒ_２との中点を通る垂線上の点である。中心点５３は、当該垂線上において辺ＢからＷ／２の距離にある。

溶融池情報算出部５Ｂは、プログラム指令位置５５ａ，５５ｂ以外のプログラム指令位置に対応する端点に基づいて中心位置を算出しても良い。溶融池情報算出部５Ｂは、上述する先端部における誤差の影響を考慮して、端点Ｐ_１，Ｒ_１以外の端点に基づいて中心位置を算出しても良い。

実施の形態２によると、画像解析部４Ｂは、複数のプログラム指令位置の各々についての情報と、複数のプログラム指令位置の各々における進行方向の情報とを用いて端点を求めることで、正確な端点を求めることができる。溶融池情報算出部５Ｂは、複数のプログラム指令位置のうち１つ以上のプログラム指令位置に対応する端点の情報を用いることで、溶融池５０の正確な中心位置と溶融池５０の正確な幅とを算出することができる。以上により、付加製造システム１００Ｂは、形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１または２の処理では端部が誤って算出されることがある加工経路の角部について、端部の算出を可能とした例を説明する。図２６は、実施の形態３にかかる付加製造システム１００Ｃの構成を示す図である。実施の形態３では、上記の実施の形態１または２と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１または２とは異なる構成について主に説明する。

付加製造システム１００Ｃは、付加製造装置１Ｃと、付加製造装置１Ｃと通信可能な情報処理装置２Ｃとを有する。付加製造装置１Ｃは、図１に示す数値制御装置３Ａとは異なる構成の数値制御装置３Ｃを有する。数値制御装置３Ｃは、パラメータ入力部１０へ入力された溶融池の幅の目標値を情報処理装置２Ｃへ出力する点が、数値制御装置３Ａとは異なる。情報処理装置２Ｃは、図１に示す画像解析部４Ａおよび溶融池情報算出部５Ａとは異なる画像解析部４Ｃおよび溶融池情報算出部５Ｃを有する。画像解析部４Ｃには、画像解析部４Ａと同様に、加工進行方向の情報と溶融池の画像とが入力される。画像解析部４Ｃは、溶融池の端点の位置情報を出力する。溶融池情報算出部５Ｃには、溶融池の端点の位置情報が入力される。さらに、溶融池情報算出部５Ｃには、溶融池の幅の目標値がパラメータ入力部１０から入力される。溶融池情報算出部５Ｃは、溶融池の中心位置の算出結果と溶融池の幅の算出結果とを出力する。

次に、実施の形態３における処理によって回避が可能となる端部の算出における誤りについて説明する。図２７は、実施の形態３における処理によって回避が可能となる端部の算出における誤りについて説明するための第１の図である。図２８は、実施の形態３における処理によって回避が可能となる端部の算出における誤りについて説明するための第２の図である。ここでは、実施の形態１にて説明した処理によって溶融池の端部を算出した場合に起こり得る誤りについて説明する。

図２７に示す溶融池６０は、連続する複数の溶融池が互いにつながることによって形成された溶融池の例である。図２７には、加工経路６１の角部を加工点が通過した直後における溶融池６０を示す。加工経路６１は、角部において直角に折り曲げられている。

ここで、溶融池６０のうち加工点が角部を通過した直後の加工点における溶融部分の端点であって、角部における曲がりの外側に位置する端点を第１の端点とする。溶融池６０のうち加工点が角部を通過した直後の加工点における溶融部分の端点であって、角部における曲がりの内側に位置する端点を第２の端点とする。第１の端点は、溶融池６０の輪郭上の点であることから、実施の形態１にて説明した処理により求まる。一方、第２の端点は、溶融池６０のうち加工点が角部を通過する前に形成された部分の中に埋もれることとなるため、実施の形態１にて説明した処理では求めることができない。

図２８では、現在の加工点における加工進行方向６３を白抜き矢印により表す。中心点６４は、角部を通過した直後である現在の加工点における溶融部分の中心位置である。図２８に示す端点Ｐ_１は、現在の加工点における溶融部分の第１の端点である。図２８に示す端点Ｒ_１は、現在の加工点における溶融部分の第２の端点ではなく、実施の形態１にて説明した処理により誤って求められた第２の端点である。端点Ｒ_１は、溶融池６０の輪郭に外接する矩形６２に基づいて求まる。図２８に示す例では、実施の形態１にて説明した処理によって、中心点６４からずれた位置の中心点６４ａが求まり、かつ、誤った溶融池幅が求まることとなる。

実施の形態３では、情報処理装置２Ｃは、加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、第１の端点の情報を用いて第２の端点の位置を推定する。これにより、情報処理装置２Ｃは、第２の端部の算出における誤りを回避可能とし、正確な第２の端部を算出することができる。

次に、情報処理装置２Ｃにおける処理の詳細について説明する。図２９は、実施の形態３にかかる付加製造システム１００Ｃの画像解析部４Ｃおよび溶融池情報算出部５Ｃにおける処理について説明するための図である。

画像解析部４Ｃは、溶融池６０のうち現在の加工進行方向における先端に位置する端点Ｑを求める。また、画像解析部４Ｃは、加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、角部における曲がりの外側に位置する第１の端点である端点Ｐ_１を求める。画像解析部４Ｃは、実施の形態１と同様の処理によって、矩形６２を基に端点Ｑと端点Ｐ_１とを求める。画像解析部４Ｃは、端点Ｐ_１の座標を出力する。

溶融池情報算出部５Ｃは、加工進行方向の情報と端点Ｐ_１の座標と幅Ｗの目標値とを用いて、端点Ｒ’_１の位置を推定する。端点Ｒ’_１は、角部における曲がりの内側に位置する第２の端点である。溶融池情報算出部５Ｃは、画像解析部４Ｃから加工進行方向の情報を取得する。溶融池情報算出部５Ｃは、位置指令生成部７から加工進行方向の情報を取得しても良い。端点Ｒ’_１は、端点Ｐ_１から溶融池６０の内部へ向かって、加工進行方向に垂直な方向へ進んだ先にある点であって、端点Ｐ_１から幅Ｗの目標値の分の距離にある。溶融池情報算出部５Ｃは、端点Ｐ_１，Ｒ’_１の座標を用いて、実施の形態１と同様の処理によって中心位置と溶融池幅とを求める。

このように、溶融池情報算出部５Ｃは、溶融池６０の幅Ｗの目標値を取得して、加工進行方向に垂直な方向において幅Ｗの目標値に相当する距離だけ第１の端点から離れた位置を第２の端点の位置と推定する。溶融池情報算出部５Ｃは、第１の端点の情報を用いて第２の端点の位置を推定し、第１の端点の情報と第２の端点の情報とを用いて溶融池６０の中心位置と溶融池幅とを算出する。

実施の形態３によると、溶融池情報算出部５Ｃは、加工経路のうち閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、第１の端点の情報を用いて第２の端点の位置を推定することで、正確な第２の端点を求めることができる。溶融池情報算出部５Ｃは、第１の端点の情報と第２の端点の情報とを用いることで、溶融池６０の正確な中心位置と溶融池６０の正確な幅とを算出することができる。以上により、付加製造システム１００Ｃは、形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。なお、付加製造システム１００Ｃは、実施の形態１にて説明した機能と実施の形態３にて説明した機能とを兼ね備えるものであっても良く、実施の形態２にて説明した機能と実施の形態３にて説明した機能とを兼ね備えるものであっても良い。

実施の形態４．
実施の形態４では、溶融池６０の温度に基づいて溶融池６０の幅の推定値を求め、溶融池６０の幅の推定値を用いて第２の端点の位置を推定する例を説明する。図３０は、実施の形態４にかかる付加製造システム１００Ｄの構成を示す図である。実施の形態４では、上記の実施の形態１から３と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から３とは異なる構成について主に説明する。

付加製造システム１００Ｄは、付加製造装置１Ｄと、付加製造装置１Ｄと通信可能な情報処理装置２Ｄとを有する。付加製造装置１Ｄは、溶融池６０の温度を測定する温度センサ１９を有する点が、図１に示す付加製造装置１Ａとは異なる。付加製造装置１Ｄは、図１に示す数値制御装置３Ａと同様の数値制御装置３Ｄを有する。情報処理装置２Ｄは、図１に示す画像解析部４Ａとは異なる画像解析部４Ｄと、図１に示す溶融池情報算出部５Ａとは異なる溶融池情報算出部５Ｄとを有する。画像解析部４Ｄには、画像解析部４Ａと同様に、加工進行方向の情報と溶融池の画像とが入力される。画像解析部４Ｄは、溶融池の端点の位置情報を出力する。溶融池情報算出部５Ｄには、溶融池の端点の位置情報が入力される。さらに、溶融池情報算出部５Ｄには、溶融池の温度の情報が温度センサ１９から入力される。溶融池情報算出部５Ｄは、溶融池の中心位置の算出結果と溶融池の幅の算出結果とを出力する。

温度センサ１９は、放射温度計またはサーモカメラなどである。温度センサ１９は、実施の形態１にて説明したセンサユニットに含まれるものであっても良い。

画像解析部４Ｄは、加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、角部における曲がりの外側に位置する第１の端点である端点Ｐ_１を求める。画像解析部４Ｄは、実施の形態１と同様の処理によって、端点Ｐ_１を求める。画像解析部４Ｄは、端点Ｐ_１の座標を出力する。

図３１は、実施の形態４にかかる付加製造システム１００Ｄの情報処理装置２Ｄが有する溶融池情報算出部５Ｄにおける処理について説明するための図である。図３１には、溶融池６０の温度と溶融池６０の幅との関係を表すグラフを示す。グラフの縦軸は溶融池幅、横軸は溶融池温度を表す。溶融池情報算出部５Ｄは、図３１に示す関係を示すモデルをあらかじめ保持する。モデルは、実験により得られたデータ、または物理モデルを使って得られたデータを基に作成される。モデルを作成するための方法は任意であるものとする。溶融池情報算出部５Ｄには、温度センサ１９による温度の測定結果が入力される。溶融池情報算出部５Ｄは、温度の測定結果と上記モデルとを用いて、幅Ｗの推定値を求める。

溶融池情報算出部５Ｄは、加工進行方向の情報と端点Ｐ_１の座標と幅Ｗの推定値とを用いて、端点Ｒ’_１の位置を推定する。端点Ｒ’_１は、角部における曲がりの内側に位置する第２の端点である。溶融池情報算出部５Ｄは、画像解析部４Ｄから加工進行方向の情報を取得する。溶融池情報算出部５Ｄは、位置指令生成部７から加工進行方向の情報を取得しても良い。端点Ｒ’_１は、端点Ｐ_１から溶融池６０の内部へ向かって、加工進行方向に垂直な方向へ進んだ先にある点であって、端点Ｐ_１から幅Ｗの推定値の分の距離にある。溶融池情報算出部５Ｄは、端点Ｐ_１，Ｒ’_１の座標を用いて、実施の形態１と同様の処理によって中心位置を求める。

このように、溶融池情報算出部５Ｄは、溶融池６０の温度の情報を取得するとともに溶融池６０の温度に基づいて溶融池６０の幅Ｗの推定値を求めて、第１の端点の位置と幅Ｗの推定値とに基づいて中心位置を求める。

実施の形態４によると、溶融池情報算出部５Ｄは、加工経路のうち閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、溶融池６０の正確な中心位置を算出することができる。以上により、付加製造システム１００Ｄは、形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。なお、付加製造システム１００Ｄは、実施の形態１にて説明した機能と実施の形態４にて説明した機能とを兼ね備えるものであっても良く、実施の形態２にて説明した機能と実施の形態４にて説明した機能とを兼ね備えるものであっても良い。

次に、実施の形態１から４の数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを実現するハードウェアについて説明する。数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄは、図３２または図３３に示す構成のハードウェアで実現することが可能である。

図３２は、実施の形態１から４にかかる付加製造システム１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを実現するハードウェアの第１の構成例を示す図である。図３２は、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部であるプログラム解析部６、位置指令生成部７、加工点補正部８、溶融池幅制御部９および加工制御部１１の各部を、専用のハードウェアである処理回路８１で実現する場合の構成を示す。

処理回路８１は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせた回路である。なお、図３２に示す例では、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部を単一の処理回路８１で実現するものとしたがこれに限定されない。ハードウェアが複数の処理回路８１を備え、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部をそれぞれ異なる処理回路８１で実現しても良い。入力部８２は、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄに対する入力信号を外部から受信する回路である。パラメータ入力部１０の機能は、入力部８２により実現される。出力部８３は、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄで生成した信号を外部へ出力する回路である。

図３３は、実施の形態１から４にかかる付加製造システム１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄを実現するハードウェアの第２の構成例を示す図である。図３３は、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部の機能を、プロセッサ８５とメモリ８６とを有する処理回路８４によって実現する場合の構成を示す。プロセッサ８５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサ８５は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）でも良い。メモリ８６は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の、不揮発性または揮発性のメモリである。

数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部をプロセッサ８５およびメモリ８６で実現する場合、プロセッサ８５は、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部として動作するための処理が記述されたプログラムである数値制御プログラムを実行する。数値制御プログラムは、メモリ８６にあらかじめ格納される。プロセッサ８５は、メモリ８６に格納されている数値制御プログラムを読み出して実行することにより、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部として動作する。なお、数値制御装置３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄの要部である各部の一部をプロセッサ８５およびメモリ８６で実現し、残りを図３２に示す処理回路８１と同様の専用のハードウェアで実現しても良い。

数値制御プログラムは、メモリ８６にあらかじめ格納されているものとしたがこれに限定されない。数値制御プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に書き込まれた状態で付加製造システム１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄのユーザに提供され、ユーザによってメモリ８６にインストールされても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリでも良い。数値制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してメモリ８６へインストールされても良い。

次に、実施の形態１から４の情報処理装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを実現するハードウェアについて説明する。情報処理装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、図３３に示す構成のハードウェアと同様のハードウェアで実現することが可能である。ここで、図３３を参照して、情報処理装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのハードウェアであるコンピュータシステムの構成例について説明する。情報処理装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの要部である画像解析部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄおよび溶融池情報算出部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの各部の機能は、プロセッサ８５とメモリ８６とを有する処理回路８４によって実現される。

メモリ８６には、画像解析部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄおよび溶融池情報算出部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの各部として動作するための処理が記述されたプログラムである情報処理プログラムが格納される。プロセッサ８５は、情報処理プログラムを実行することによって、画像解析部４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄおよび溶融池情報算出部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの各部として動作する。入力部８２は、情報処理装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに対する入力信号を外部から受信する回路である。出力部８３は、情報処理装置２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄで生成した信号を外部へ出力する回路である。

情報処理プログラムは、メモリ８６にあらかじめ格納されているものとしたがこれに限定されない。情報処理プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に書き込まれた状態で付加製造システム１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄのユーザに提供され、ユーザによってメモリ８６にインストールされても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリでも良い。情報処理プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してメモリ８６へインストールされても良い。

実施の形態５．
図３４は、実施の形態５にかかる付加製造装置１Ｅの構成を示す図である。付加製造装置１Ｅは、付加製造装置１Ｅを制御する数値制御装置３Ｅを有する。数値制御装置３Ｅは、図１に示す数値制御装置３Ａと同様の構成と、図１に示す情報処理装置２Ａと同様の構成である画像解析部４Ａおよび溶融池情報算出部５Ａとが組み合わせられたものである。実施の形態５では、上記の実施の形態１から４と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態１から４とは異なる構成について主に説明する。

付加製造装置１Ｅは、数値制御装置３Ｅの内部の画像解析部４Ａおよび溶融池情報算出部５Ａにおいて、実施の形態１の画像解析部４Ａおよび溶融池情報算出部５Ａと同様の処理を行う。これにより、付加製造装置１Ｅは、形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。

数値制御装置３Ｅは、図３２または図３３に示すハードウェア構成により実現することができる。数値制御装置３Ｅの要部である画像解析部４Ａ、溶融池情報算出部５Ａ、プログラム解析部６、位置指令生成部７、加工点補正部８、溶融池幅制御部９、加工制御部１１の各部は、専用のハードウェアである処理回路８１で実現できる。または、数値制御装置３Ｅの要部である各部は、プロセッサ８５とメモリ８６とを有する処理回路８４によって実現できる。メモリ８６には、数値制御装置３Ｅの要部である各部として動作するための処理が記述されたプログラムである数値制御プログラムが格納される。プロセッサ８５は、数値制御プログラムを実行することによって、数値制御装置３Ｅの要部である各部として動作する。

実施の形態２から４の付加製造装置１Ｂ，１Ｃ，１Ｄについても、付加製造装置１Ｂ，１Ｃ，１Ｄの内部の数値制御装置３Ｂ，３Ｃ，３Ｄに画像解析部４Ｂ，４Ｃ，４Ｄおよび溶融池情報算出部５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを設けるようにしても良い。

以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 付加製造装置、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ 情報処理装置、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 数値制御装置、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ 画像解析部、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ 溶融池情報算出部、６ プログラム解析部、７ 位置指令生成部、８ 加工点補正部、９ 溶融池幅制御部、１０ パラメータ入力部、１１ 加工制御部、１２ ヘッド駆動部、１３ レーザ出力制御器、１４ 送給駆動部、１５ 加工ヘッド、１６ レーザ発振器、１７ ワイヤ送給装置、１８ カメラ、１９ 温度センサ、２０ レーザビーム、２１ ワイヤ、２２ 基材、２３ 駆動制御器、２４ ファイバーケーブル、２５ ワイヤスプール、２６ 領域、２７ スポット、２８ 影、２９ 温度分布、３０，３１ ブロック、３１ａ，３１ｂ ビード、４０，５０，６０ 溶融池、４１，５２，６２ 矩形、４２，５３，５３ａ，６４，６４ａ 中心点、４３ ビードの形状、４４ 目標形状、４５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ プログラム指令位置、５１，５１ａ，６３ 加工進行方向、５４ 原点、５６ 反射光、６１ 加工経路、８１，８４ 処理回路、８２ 入力部、８３ 出力部、８５ プロセッサ、８６ メモリ、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 付加製造システム。

Claims (13)

1. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置と、
   前記付加製造装置と通信可能な情報処理装置と、を備え、
   前記情報処理装置は、
   前記被加工物に形成される溶融池の画像と前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求める画像解析部と、
   前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、を有し、
   前記付加製造装置は、
   前記溶融池の幅の目標値に一致する幅の前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の幅の算出結果を用いて前記付加製造装置の加工パラメータを調整する溶融池幅制御部と、
   加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の中心位置の算出結果を用いて前記加工点の位置を補正する加工点補正部と、を有し、
   前記画像解析部は、前記画像解析部へ入力された情報に示される現在の前記プログラム指令位置と、前記加工点の経路である加工経路を現在の前記プログラム指令位置から遡った過去の前記プログラム指令位置とを含む複数の前記プログラム指令位置の各々についての情報と、複数の前記プログラム指令位置の各々における前記進行方向の情報とを用いて、複数の前記プログラム指令位置の各々に対応する前記端点を求め、
   前記溶融池情報算出部は、複数の前記プログラム指令位置のうち１つ以上の前記プログラム指令位置に対応する前記端点の情報を用いて前記溶融池の中心位置と前記溶融池の幅とを算出することを特徴とする付加製造システム。
2. 前記画像解析部は、前記進行方向と同じ方向の２辺を含み前記溶融池に外接する矩形と前記溶融池の輪郭との接点である前記端点を求めることを特徴とする請求項１に記載の付加製造システム。
3. 前記溶融池情報算出部は、複数の前記プログラム指令位置のうち、前記被加工物における前記ビームのスポットの中心からあらかじめ設定された距離よりも離れた位置の前記プログラム指令位置に対応する前記端点の情報を用いて前記溶融池の中心位置と前記溶融池の幅とを算出することを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造システム。
4. 前記溶融池情報算出部は、複数の前記プログラム指令位置のうち２以上の前記プログラム指令位置に対応する前記端点の情報を用いて前記溶融池の幅の２以上の値を求め、前記２以上の値の平均値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の付加製造システム。
5. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置と、
   前記付加製造装置と通信可能な情報処理装置と、を備え、
   前記情報処理装置は、
   前記被加工物に形成される溶融池の画像と前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求める画像解析部と、
   前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、を有し、
   前記付加製造装置は、
   前記溶融池の幅の目標値に一致する幅の前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の幅の算出結果を用いて前記付加製造装置の加工パラメータを調整する溶融池幅制御部と、
   加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の中心位置の算出結果を用いて前記加工点の位置を補正する加工点補正部と、を有し、
   前記画像解析部は、前記加工点の経路である加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、前記角部における曲がりの外側に位置する前記端点である第１の端点を求め、
   前記溶融池情報算出部は、前記第１の端点の情報を用いて、前記角部における曲がりの内側に位置する前記端点である第２の端点の位置を推定し、前記第１の端点の情報と前記第２の端点の情報とを用いて前記溶融池の中心位置を算出することを特徴とする付加製造システム。
6. 前記溶融池情報算出部は、前記溶融池の幅の前記目標値を取得して、前記進行方向に垂直な方向において前記目標値に相当する距離だけ前記第１の端点から離れた位置を前記第２の端点の位置と推定することを特徴とする請求項５に記載の付加製造システム。
7. 前記溶融池情報算出部は、前記溶融池の温度の情報を取得するとともに前記溶融池の温度に基づいて前記溶融池の幅の推定値を求めて、前記第１の端点の位置と前記推定値とに基づいて前記中心位置を求めることを特徴とする請求項５に記載の付加製造システム。
8. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置であって、
   前記被加工物に形成される溶融池の画像と前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求める画像解析部と、
   前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、
   前記溶融池の幅の目標値に一致する幅の前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の幅の算出結果を用いて前記付加製造装置の加工パラメータを調整する溶融池幅制御部と、
   加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の中心位置の算出結果を用いて前記加工点の位置を補正する加工点補正部と、を有し、
   前記画像解析部は、前記画像解析部へ入力された情報に示される現在の前記プログラム指令位置と、前記加工点の経路である加工経路を現在の前記プログラム指令位置から遡った過去の前記プログラム指令位置とを含む複数の前記プログラム指令位置の各々についての情報と、複数の前記プログラム指令位置の各々における前記進行方向の情報とを用いて、複数の前記プログラム指令位置の各々に対応する前記端点を求め、
   前記溶融池情報算出部は、複数の前記プログラム指令位置のうち１つ以上の前記プログラム指令位置に対応する前記端点の情報を用いて前記溶融池の中心位置と前記溶融池の幅とを算出することを特徴とする付加製造装置。
9. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造装置であって、
   前記被加工物に形成される溶融池の画像と前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求める画像解析部と、
   前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、
   前記溶融池の幅の目標値に一致する幅の前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の幅の算出結果を用いて前記付加製造装置の加工パラメータを調整する溶融池幅制御部と、
   加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の中心位置の算出結果を用いて前記加工点の位置を補正する加工点補正部と、を有し、
   前記画像解析部は、前記加工点の経路である加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、前記角部における曲がりの外側に位置する前記端点である第１の端点を求め、
   前記溶融池情報算出部は、前記第１の端点の情報を用いて、前記角部における曲がりの内側に位置する前記端点である第２の端点の位置を推定し、前記第１の端点の情報と前記第２の端点の情報とを用いて前記溶融池の中心位置を算出することを特徴とする付加製造装置。
10. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加して造形物を製造する付加製造において前記被加工物に形成される溶融池についての情報を処理する情報処理装置であって、
    前記被加工物に形成される溶融池の画像と前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求める画像解析部と、
    前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、を有し、
    前記画像解析部は、前記画像解析部へ入力された情報に示される現在のプログラム指令位置と、前記加工点の経路である加工経路を現在の前記プログラム指令位置から遡った過去の前記プログラム指令位置とを含む複数の前記プログラム指令位置の各々についての情報と、複数の前記プログラム指令位置の各々における前記進行方向の情報とを用いて、複数の前記プログラム指令位置の各々に対応する前記端点を求め、
    前記溶融池情報算出部は、複数の前記プログラム指令位置のうち１つ以上の前記プログラム指令位置に対応する前記端点の情報を用いて前記溶融池の中心位置と前記溶融池の幅とを算出することを特徴とする情報処理装置。
11. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加して造形物を製造する付加製造において前記被加工物に形成される溶融池についての情報を処理する情報処理装置であって、
    前記被加工物に形成される溶融池の画像と前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得し、前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求める画像解析部と、
    前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出する溶融池情報算出部と、を有し、
    前記画像解析部は、前記加工点の経路である加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、前記角部における曲がりの外側に位置する前記端点である第１の端点を求め、
    前記溶融池情報算出部は、前記第１の端点の情報を用いて、前記角部における曲がりの内側に位置する前記端点である第２の端点の位置を推定し、前記第１の端点の情報と前記第２の端点の情報とを用いて前記溶融池の中心位置を算出することを特徴とする情報処理装置。
12. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造方法であって、
    前記被加工物に形成される溶融池の画像と、前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得するステップと、
    前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求めるステップと、
    前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出するステップと、
    前記溶融池の幅の目標値に一致する幅の前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の幅の算出結果を用いて付加製造装置の加工パラメータを調整するステップと、
    加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の中心位置の算出結果を用いて前記加工点の位置を補正するステップと、を含み、
    前記端点を求めるステップでは、現在の前記プログラム指令位置と、前記加工点の経路である加工経路を現在の前記プログラム指令位置から遡った過去の前記プログラム指令位置とを含む複数の前記プログラム指令位置の各々についての情報と、複数の前記プログラム指令位置の各々における前記進行方向の情報とを用いて、複数の前記プログラム指令位置の各々に対応する前記端点を求め、
    前記溶融池の中心位置を算出するステップでは、複数の前記プログラム指令位置のうち１つ以上の前記プログラム指令位置に対応する前記端点の情報を用いて前記溶融池の中心位置と前記溶融池の幅とを算出することを特徴とする付加製造方法。
13. ビームの照射によって溶融した材料を被加工物に付加することによって造形物を製造する付加製造方法であって、
    前記被加工物に形成される溶融池の画像と、前記被加工物における加工点の進行方向の情報とを取得するステップと、
    前記画像と前記進行方向とに基づいて前記溶融池の端点を求めるステップと、
    前記端点の位置情報に基づいて前記溶融池の幅を算出し、前記端点の位置情報と前記溶融池の幅の算出結果とに基づいて前記溶融池の中心位置を算出するステップと、
    前記溶融池の幅の目標値に一致する幅の前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の幅の算出結果を用いて付加製造装置の加工パラメータを調整するステップと、
    加工プログラムに基づいたプログラム指令位置に中心位置が一致する前記溶融池が形成されるように、前記溶融池の中心位置の算出結果を用いて前記加工点の位置を補正するステップと、を含み、
    前記端点を求めるステップでは、前記加工点の経路である加工経路のうちあらかじめ設定された閾値よりも大きい曲率で曲げられた角部について、前記角部における曲がりの外側に位置する前記端点である第１の端点を求め、
    前記溶融池の中心位置を算出するステップでは、前記第１の端点の情報を用いて、前記角部における曲がりの内側に位置する前記端点である第２の端点の位置を推定し、前記第１の端点の情報と前記第２の端点の情報とを用いて前記溶融池の中心位置を算出することを特徴とする付加製造方法。

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