JP7288391B2 - 造形物の製造方法、造形物の製造装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、造形物の製造方法、造形物の製造装置、及びプログラムに関する。

立体的な造形物の形状を表す形状データを取得し、造形物を造形するために溶融金属を積層する積層装置を制御する情報であって、予め設定された溶融金属の溶着位置である第１の溶着位置と実際の積層状態に応じて設定される溶融金属の溶着位置である第２の溶着位置との誤差が、溶融金属の溶着方向が鉛直下向きである場合よりも低減されるような、溶融金属の特定の溶着方向を少なくとも示す情報である制御情報を、取得された形状データに基づいて生成し、生成された制御情報を出力する積層制御装置は、知られている（特許文献１参照）。

溶接ロボットが、各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビードの高さｈ_ｎｏｗが、計画高さｈ_ｋに対して許容差εの範囲内となるように各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビードを形成、積層して、積層造形物を形成する、積層造形物の製造方法であって、溶融ビードの高さｈ_ｎｏｗが、計画高さｈ_ｋに対して許容差εを引いた値より低い場合は、溶接ロボットが、溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成し、溶融ビードの高さｈ_ｎｏｗが、計画高さｈ_ｋに対して許容差εを足した値より高い場合は、溶融ビードを切削ロボットにより削除する、積層造形物の製造方法も、知られている（特許文献２参照）。

特開２０１８－１２６７６０号公報 特開２０１８－１４９５７０号公報

積層造形中に層ごとの高さズレの蓄積等により当初の計画に対して積層高さのズレが生じた場合に、１層ずつ高さズレを解消するように制御したのでは、積層高さズレを局所的にしか修正できず、全体にわたってバランスよく修正することはできない。

本発明の目的は、積層造形中に層ごとの高さズレの蓄積等により当初の計画に対して積層高さのズレが生じた場合に、積層高さズレを全体にわたってバランスよく修正することにある。

かかる目的のもと、本発明は、造形物の形状を表す形状データを取得する工程と、形状データを複数の層に分割し、複数の層の形状をそれぞれ表す複数の層形状データを生成する工程と、複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って少なくとも１層の溶接ビードを積層する工程と、積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を計測する工程と、計測された少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する工程と、実績上の外形線と、複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との乖離を評価し、乖離を解消する方向に他の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れか１つを修正する工程とを含む造形物の製造方法を提供する。

乖離を解消する方向は、計画上の外形線における少なくとも１層の点から実績上の外形線における少なくとも１層の対応する点へそれぞれ向かう複数の方向に対して略逆の方向であってよい。その場合、複数の方向を平均した方向に対して逆の方向であってよい。

修正する工程では、実績上の外形線を延長して、計画上の外形線を所定の余肉量分移動させた外形線を実績上の外形線が下回ることとなる特定の層を求め、少なくとも特定の層から修正を開始してよい。その場合、特定の層よりも前の層から特定の層まで、段階的に修正してよい。

また、本発明は、造形物の形状を表す形状データを複数の層に分割した複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する工程と、取得された少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する工程と、実績上の外形線と、複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との乖離を評価し、乖離を解消する方向に他の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れか１つを修正する工程とを含む造形物の製造方法も提供する。

更に、本発明は、造形物の形状を表す形状データを複数の層に分割した複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する取得手段と、取得手段により取得された少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する抽出手段と、実績上の外形線と、複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との乖離を評価し、乖離を解消する方向に他の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れか１つを修正する修正手段とを備えた造形物の製造装置も提供する。

更にまた、本発明は、コンピュータに、造形物の形状を表す形状データを複数の層に分割した複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する機能と、取得された少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する機能と、実績上の外形線と、複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との乖離を評価し、乖離を解消する方向に他の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れか１つを修正する機能とを実現させるためのプログラムも提供する。

本発明によれば、積層造形中に層ごとの高さズレの蓄積等により当初の計画に対して積層高さのズレが生じた場合に、積層高さズレを全体にわたってバランスよく修正することができる。

本発明の実施の形態が適用可能な金属積層造形システムの概略構成例を示した図である。 本発明の実施の形態における制御装置のハードウェア構成例を示す図である。 高さ方向に断面形状が変化しない場合の層の追加について示した図である。 高さ方向に断面形状が小さくなるように変化する場合の層の追加について示した図である。 高さ方向に断面形状が大きくなるように変化する場合の層の追加について示した図である。 高さ方向に断面形状は変化しないがオーバーハングしている場合の層の追加について示した図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態によるフィードバックについて示した概念図である。 本発明の実施の形態によるフィードバックにおいて何層目で修正が必要になるかを判断する具体例について示した図である。 本発明の実施の形態における積層計画装置の機能構成例を示した図である。 本発明の実施の形態における制御装置の機能構成例を示した図である。 本発明の実施の形態における積層計画装置の動作例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態における制御装置の溶接条件修正部の動作例を示したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

［金属積層造形システムの構成］
図１は、本実施の形態における金属積層造形システム１の概略構成例を示した図である。

図示するように、金属積層造形システム１は、溶接ロボット（マニピュレータ）１０と、ＣＡＤ装置２０と、積層計画装置３０と、制御装置５０とを備える。また、積層計画装置３０は、溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを、例えばメモリカード等のリムーバブルな記録媒体７０に書き込み、制御装置５０は、記録媒体７０に書き込まれた制御プログラムを読み出すことができるようになっている。

溶接ロボット１０は、複数の関節を有する腕（アーム）１１を備え、制御装置５０が読み込んだ制御プログラムに従って動作することで溶接作業を行う。また、溶接ロボット１０は、腕１１の先端に手首部１２を介して、積層体の一例である積層造形物１００を造形するための溶接トーチ１３を有している。そして、金属積層造形システム１の場合、溶接ロボット１０は、軟鋼製の溶加材（ワイヤ）１４を溶融しながら、溶接トーチ１３を移動させて、積層造形物１００を製造する。具体的には、溶接トーチ１３は、溶加材１４を供給しつつ、シールドガスを流しながらアークを発生させて溶加材１４を溶融及び固化し、母材９０上に複数層の溶接ビード（以下、単に「ビード」という）１０１を積層して積層造形物１００を製造する。尚、ここでは、溶加材１４を溶融する熱源としてアークを用いるが、レーザやプラズマを用いてもよい。また、溶接ロボット１０は、この他に、溶加材１４を送給する送給装置等も含むが、これについては説明を省略する。

ＣＡＤ装置２０は、コンピュータを用いて造形物の設計を行うと共に、設計によって得られた三次元データ（以下、「三次元ＣＡＤデータ」という）を保持する機能を有している。

積層計画装置３０は、ＣＡＤ装置２０が保持する三次元ＣＡＤデータに基づいて積層造形物１００の積層計画を作成する。つまり、溶接トーチ１３の軌道を決定すると共に、溶接ロボット１０が溶接する際の溶接条件を決定する。そして、この決定した軌道に沿って決定した溶接条件でビード１０１を形成するように溶接ロボット１０を制御するための制御プログラムを生成し、この制御プログラムを記録媒体７０に出力する。

制御装置５０は、記録媒体７０から制御プログラムを読み込んで保持する。そして、この制御プログラムを動作させることにより、積層計画装置３０で作成された積層計画に従って、つまり、積層計画装置３０で決定された軌道に沿って、積層計画装置３０で決定された溶接条件でビード１０１を形成するよう、溶接ロボット１０を制御する。本実施の形態では、造形物の製造装置の一例として、制御装置５０を設けている。

［制御装置のハードウェア構成］
図２は、制御装置５０のハードウェア構成例を示す図である。

図示するように、制御装置５０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）等により実現され、演算手段であるＣＰＵ５１と、記憶手段であるメインメモリ５２及び磁気ディスク装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）５３とを備える。ここで、ＣＰＵ５１は、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行し、制御装置５０の各機能を実現する。また、メインメモリ５２は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、ＨＤＤ５３は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。

また、制御装置５０は、外部との通信を行うための通信Ｉ／Ｆ５４と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構５５と、キーボードやマウス等の入力デバイス５６と、記録媒体７０に対してデータの読み書きを行うためのドライバ５７とを備える。尚、図２は、制御装置５０をコンピュータシステムにて実現した場合のハードウェア構成を例示するに過ぎず、制御装置５０は図示の構成に限定されない。

また、図２に示したハードウェア構成は、積層計画装置３０のハードウェア構成としても捉えられる。但し、積層計画装置３０について述べるときは、図２のＣＰＵ５１、メインメモリ５２、磁気ディスク装置５３、通信Ｉ／Ｆ５４、表示機構５５、入力デバイス５６、ドライバ５７をそれぞれ、ＣＰＵ３１、メインメモリ３２、磁気ディスク装置３３、通信Ｉ／Ｆ３４、表示機構３５、入力デバイス３６、ドライバ３７と表記するものとする。

［本実施の形態の背景及び概要］
このような構成を備えた金属積層造形システム１による積層造形中には、層ごとの高さズレの蓄積又は高さ方向の収縮により、当初の計画に対して積層高さのズレが生じる可能性がある。この積層高さのズレを解消するために造形中の測定結果と計画との差に基づいて、計画よりも低い場合は層の追加が対策として考えられる。しかしながら、単純に層を追加したのでは、高さ方向（積層方向）に断面形状が変化する積層造形物を造形する場合に、造形誤差が生じてしまう。

また、積層造形中には、横方向のズレも発生し得るため、単純に層を追加するだけではなく、ビード１０１の長さ、位置等、計画した形状を実現するために複数の因子を同時に考慮する必要がある。

以下、このことを具体的に説明する。

図３は、高さ方向に断面形状が変化しない場合の層の追加について示した図である。図は、計画上の積層造形物１１０よりも実際の積層造形物１２０の方が低くなった場合を示している。この場合、クロスハッチングで示す層を追加した積層造形物１３０を造形することが考えられる。積層造形物１３０では、高さ方向については層を追加することでズレが解消される。一方、横方向については、計画上ビード１０１が存在する部分と実際にビード１０１が存在する部分とが一致するので、ズレは生じておらず、問題とはならない。

しかしながら、単純に層を追加したのでは、上述したように、高さ方向に断面形状が変化する場合に、造形誤差が生じる。

図４は、高さ方向に断面形状が小さくなるように変化する場合の層の追加について示した図である。図は、計画上の積層造形物１１１よりも実際の積層造形物１２１の方が低くなった場合を示している。この場合、クロスハッチングで示す層を追加した積層造形物１３１を造形することが考えられる。積層造形物１３１では、高さ方向については層を追加することでズレが解消される。一方、横方向については、計画上はビード１０１が存在するのに実際にはビード１０１が存在しない不足部分が発生し、ズレが解消されない。尚、図中、不足部分は、計画上の積層造形物１１１を示す線と実際の積層造形物１２１を示す斜線ハッチングとの間の隙間によって表されている。

図５は、高さ方向に断面形状が大きくなるように変化する場合の層の追加について示した図である。図は、計画上の積層造形物１１２よりも実際の積層造形物１２２の方が低くなった場合を示している。この場合、クロスハッチングで示す層を追加した積層造形物１３２を造形することが考えられる。積層造形物１３２では、高さ方向については層を追加することでズレが解消される。一方、横方向については、計画上はビード１０１が存在しないのに実際にはビード１０１が存在する余肉部分が発生し、ズレが解消されない。但し、この余肉部分は切削にて除去すればよいので、さほど問題とはならない。

図６は、高さ方向に断面形状は変化しないがオーバーハングしている場合の層の追加について示した図である。図は、計画上の積層造形物１１３よりも実際の積層造形物１２３の方が低くなった場合を示している。この場合、クロスハッチングで示す層を追加した積層造形物１３３を造形することが考えられる。積層造形物１３３では、高さ方向については層を追加することでズレが解消される。一方、横方向については、計画上はビード１０１が存在するのに実際にはビード１０１が存在しない不足部分が発生し、ズレが解消されない。尚、図中、不足部分は、計画上の積層造形物１１３を示す線と実際の積層造形物１２３を示す斜線ハッチングとの間の隙間によって表されている。

これらのうち、図４及び図６のように高さ方向のズレによって不足部分が生じ、特に、造形の余肉量よりも不足量が多くなる場合には、造形をやり直す必要が生じる等、問題となる。

そこで、本実施の形態では、ある層まで造形した途中段階で、外形を計測し、その外形に対応する外形線を引く。また、積層計画からも外形を求め、その外形に対応する外形線を引く。そして、２つの外形線を比較して、各層での差分値を算出し、差分値をビード１０１の開始位置又は終端位置における補正量としてフィードバックする。

図７（ａ），（ｂ）は、このフィードバックについて示した概念図である。尚、ここでは、図４に示した計画上の積層造形物１１１から実際の積層造形物１２１を造形する場合を例にとっている。

図７（ａ）に示すように、まず、計画上の積層造形物１１１から求めた計画上の外形線１１５を引く。また、積層造形物１２１の１層目のビード１０１_１からｍ層目のビード１０１_ｍまで積層した後に、造形途中の積層造形物１２１の形状から外挿した実績上の外形線１２５を引く。そして、外形線１１５と外形線１２５との乖離Ｄ（図では左右方向にとっている）を解消する方向に補正を行う。

具体的には、図７（ｂ）の拡大図に示すような補正を行う。即ち、例えば、計画上の積層造形物１１１の外形線１１５上の１層目からｍ層目の開始位置Ｐ_１，…，Ｐ_ｍが、それぞれ、実際の積層造形物１２１の外形線１２５上の１層目からｍ層目の開始位置Ｑ_１，…，Ｑ_ｍに移動したとする。すると、実際の積層造形物１２１の外形線１２５上の（ｍ＋１）層目以降の開始位置Ｑ_ｍ＋１，…は、開始位置Ｐ_１，…，Ｐ_ｍから開始位置Ｑ_１，…，Ｑ_ｍへの複数のベクトルとは略逆のベクトルに沿って、外形線１３５上の点へと補正される。この場合、開始位置Ｐ_１，…，Ｐ_ｍから開始位置Ｑ_１，…，Ｑ_ｍへの複数のベクトルは、計画上の外形線における少なくとも１層の点から実績上の外形線における少なくとも１層の対応する点へそれぞれ向かう複数の方向の一例である。また、複数のベクトルとは略逆のベクトルは、複数の方向に対して略逆の方向の一例である。

ここで、開始位置Ｐ_１，…，Ｐ_ｍから開始位置Ｑ_１，…，Ｑ_ｍへの複数のベクトルとは略逆のベクトルは、複数のベクトルに対して向きが略逆であれば、如何なるベクトルであってもよい。例えば、開始位置Ｐ_１，…，Ｐ_ｍから開始位置Ｑ_１，…，Ｑ_ｍへの複数のベクトルを平均したベクトルとは逆のベクトルであってもよい。この場合、開始位置Ｐ_１，…，Ｐ_ｍから開始位置Ｑ_１，…，Ｑ_ｍへの複数のベクトルを平均したベクトルは、複数の方向を平均した方向の一例である。また、複数のベクトルを平均したベクトルとは逆のベクトルは、複数の方向を平均した方向に対して逆の方向の一例である。

図８は、このようなフィードバックにおいて何層目で修正が必要になるかを判断する具体例について示した図である。尚、ここでは、図６に示した計画上の積層造形物１１３から実際の積層造形物１２３を造形する場合を例にとっている。但し、図中、実際の積層造形物１２３としては、例えば１層目からｍ層目までの造形によって予測された（ｎ－１）層目から（ｎ＋１）層目までを示している（ｍ＜ｎー１）。

図８には、計画上の積層造形物１１３における（ｎ－１）層目の断面１１４_ｎ－１、ｎ層目の断面１１４_ｎ、（ｎ＋１）層目の断面１１４_ｎ＋１が示されている。そして、断面１１４_ｎ－１、断面１１４_ｎ、断面１１４_ｎ＋１の基準線からの高さをそれぞれＨ_{ｐｌａｎ＿ｎ－１}、Ｈ_{ｐｌａｎ＿ｎ}、Ｈ_{ｐｌａｎ＿ｎ＋１}としている。また、図８には、実際の積層造形物１２１における予測された（ｎ－１）層目の断面１２４_ｎ－１、ｎ層目の断面１２４_ｎ、（ｎ＋１）層目の断面１２４_ｎ＋１も示されている。そして、断面１２４_ｎ－１は断面１１４_ｎ－１よりもΔＨ_ｎ－１だけ低くなり、断面１２４_ｎは断面１１４_ｎよりもΔＨ_ｎだけ低くなり、断面１２４_ｎ＋１は断面１１４_ｎ＋１よりもΔＨ_ｎ＋１だけ低くなることが予測されているとする。尚、ここでは、説明を簡略化するため、断面１２４_ｎ－１、断面１２４_ｎ、断面１２４_ｎ＋１は、横方向においては、ズレが生じておらず、断面１１４_ｎ－１、断面１１４_ｎ、断面１１４_ｎ＋１と一致しているものとする。

このような前提の下、計画上の積層造形物１１３の断面１１４_ｎから断面１１４_ｎ＋１への変化を示す直線の式ｆ_ｎ＋１（ｘ）は、以下のようになる。

尚、この断面の変化を示す直線は、図７（ａ）では、各層の断面の左上点を結んだ外形線１１５としたが、ここでは、断面１１４_ｎの高さ方向の中点（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）と断面１１４_ｎ＋１の高さ方向の中点（ｘ_ｎ＋１，ｙ_ｎ＋１）とを結んだ直線としている。

また、計画上の積層造形物１１３の断面１１４_ｎから断面１１４_ｎ＋１への変化を示す直線を余肉を考慮して移動させた直線の式ｇ_ｎ＋１（ｘ）は、左右方向の余肉量をＢとすると、以下のようになる。

ここで、断面１２４_ｎの上面における断面１２４_ｎ＋１の開始位置Ｑ_ｎ＋１が直線ｇ_ｎ＋１（ｘ）よりも積層造形物１２３側にある場合は不足部分が生じる。つまり、以下の不等式が成り立つと予測される場合は、黒塗りした部分が不足部分となる。

尚、図８では横方向のズレが生じていないことを前提としたので、この不等式は、断面１２４_ｎ＋１の開始位置Ｑ_ｎ＋１のＸ座標をｘ_ｎ＋１とし、ｇ_ｎ＋１（ｘ_ｎ＋１）と断面１２４_ｎの上面の高さ（Ｈ_{ｐｌａｎ＿ｎ}－ΔＨ_ｎ）とを比較するものとした。しかしながら、横方向のズレが生じることを考慮する場合は、断面１２４_ｎ＋１の開始位置Ｑ_ｎ＋１のＸ座標を一般化してｔとし、ｇ_ｎ＋１（ｔ）と断面１２４_ｎの上面の高さ（Ｈ_{ｐｌａｎ＿ｎ}－ΔＨ_ｎ）とを比較するものとしてもよい。

また、図８において、実際の積層造形物１２３の断面１２４_ｎから断面１２４_ｎ＋１への変化を示す直線は、図示しないが、断面１２４_ｎ－１の上面における断面１２４_ｎの開始位置Ｑ_ｎと、断面１２４_ｎの上面における断面１２４_ｎ＋１の開始位置Ｑ_ｎ＋１とを結んだ直線である。この状態で、上記不等式が成り立つことは、この直線が式ｆ_ｎ＋１（ｘ）で表される直線から乖離していることを意味すると言うことができる。そして、ある直線が別の直線から乖離しているとは、ある直線の別の直線に対する乖離度が閾値を超えていることと捉えることもできる。

更に、上記不等式が成り立つ場合は、例えば、ｎ層目を積層した後、本来の（ｎ＋１）層目を積層する前にｎ層目と同じ開始位置から始まる一層の追加を実施するとよいが、これには限らない。ｎ層目を積層した後、黒塗りした不足部分をなくす処理であれば、如何なる処理を行ってもよい。

［本実施の形態の機能構成］
（積層計画装置の機能構成）
図９は、本実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例を示した図である。図示するように、本実施の形態における積層計画装置３０は、ＣＡＤデータ取得部４１と、ＣＡＤデータ分割部４２と、積層計画部４３と、制御プログラム生成部４４と、計画外形線抽出部４５と、情報出力部４６とを備える。

ＣＡＤデータ取得部４１は、ＣＡＤ装置２０から、積層造形物１００の三次元形状を表す三次元ＣＡＤデータを取得する。本実施の形態では、造形物の形状を表す形状データの一例として、三次元ＣＡＤデータを用いている。

ＣＡＤデータ分割部４２は、ＣＡＤデータ取得部４１が取得した三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割（スライス）することで、各層の形状をそれぞれが表す複数の層形状データを生成する。その際、ＣＡＤデータ分割部４２は、三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割し易い内部形式に変換してもよい。

積層計画部４３は、ＣＡＤデータ分割部４２が生成した複数の層形状データの各層の高さ及び幅に合ったビード１０１を溶着する際の溶接条件や溶接トーチ１３の軌道位置を含む積層計画を生成する。このような積層計画を生成するには、ビード１０１の高さや幅の他、ビード１０１の断面形状を近似するモデルが必要である。これらは測定実験の実測値や、溶着金属量の断面積から計算して推定したものでもよい。本実施の形態では、溶接速度やワイヤ送給速度を数条件振って溶着量を変えつつ、ビードオンプレート溶接や鉛直に数層の積層を行い、各々の条件にて１層当たりの高さや幅を測定した結果をデータベース化する。そして、積層する際に積層する所望の高さや幅を満たす溶接速度と溶着量を選択し、測定した結果から各層のビード１０１の推定形状を随時計算し、溶接トーチ１３の軌道位置を決める。尚、溶着断面の計算は溶加材１４の材質や、既に積層した部位の形状の状態によって計算方法を変えるようにしてもよい。この計算方法によって造形物を内包する積層を計画していく。

制御プログラム生成部４４は、積層計画部４３が生成した積層計画に従って溶接を行うように溶接ロボット１０を制御するための制御プログラムを生成する。

計画外形線抽出部４５は、ＣＡＤデータ分割部４２が生成した複数の層形状データから、計画上の外形線（以下、「計画外形線」という）を抽出する。例えば、層形状データごとに、その層形状データを構成する複数の点のうち、同一の方向において積層造形物１００の最も外側に位置する点を選択し、層形状データごとの選択された点を結ぶことにより、計画外形線を抽出するとよい。或いは、層形状データごとに、その層形状データを構成する複数の点のうち、任意の条件を満たす点（例えば層の一端の高さ方向の中点）を選択し、層形状データごとの選択された点を結ぶことにより、計画外形線を抽出してもよい。

情報出力部４６は、制御プログラム生成部４４が生成した制御プログラムと、計画外形線抽出部４５が抽出した計画外形線とを含む情報を記録媒体７０に出力する。

（制御装置の機能構成）
図１０は、本実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示した図である。図示するように、本実施の形態における制御装置５０は、情報取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、制御プログラム実行部６３と、計画外形線記憶部６４と、計測データ受信部６５と、実績外形線抽出部６６と、溶接条件修正部６７とを備える。

情報取得部６１は、記録媒体７０に記録された情報を取得する。この情報には、制御プログラムと、計画外形線とが含まれる。

制御プログラム記憶部６２は、情報取得部６１が取得した情報のうち、制御プログラムを記憶する。

制御プログラム実行部６３は、制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムを読み出して実行する。これにより、制御プログラム実行部６３は、積層計画部４３が生成した積層計画に含まれる複数の層形状データに従って複数層のビード１０１を積層するよう、溶接ロボット１０を制御する。これは、積層造形物１００の途中までの造形に着目すれば、複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って少なくとも１層のビード１０１を積層するよう、溶接ロボット１０を制御する、ものと言うことができる。また、制御プログラム実行部６３は、例えば、１層のビード１０１の積層を終了するごとに、計測データ受信部６５を制御して計測装置１５から実績外形線を受信させ、溶接条件修正部６７を呼び出して溶接条件を修正させる。

計画外形線記憶部６４は、情報取得部６１が取得した情報のうち、計画外形線を記憶する。

計測データ受信部６５は、制御プログラム実行部６３の指示により計測装置１５を制御して造形中の積層造形物１００のビード１０１、つまり少なくとも１層のビード１０１の形状を計測させる。そして、計測装置１５からその計測した結果である計測データを受信する。ここで、計測装置１５は、制御装置５０に電気的に接続され、ビード１０１の高さ及び幅を含む形状を測定する装置である。計測装置１５によるビード１０１の形状の計測方法としては、接触式、非接触式等の任意の計測方法を用いてよいが、形成直後のビード１０１は高温であるため、レーザ式、撮像式等の非接触式の計測方法を用いるのが好ましい。尚、図１は一般的な金属積層造形システム１を示しているので、計測装置１５は図１には示されていない。本実施の形態では、積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する取得手段の一例として、計測データ受信部６５を設けている。

実績外形線抽出部６６は、計測データ受信部６５が受信した計測データにより示される造形中の積層造形物１００のビード１０１の形状から、実績上の外形線（以下、「実績外形線」という）を抽出する。例えば、造形中の積層造形物１００の層ごとに、その層を構成する複数の点のうち、同一の方向において積層造形物１００の最も外側に位置する点を選択し、層ごとの選択された点を結ぶことにより、実績外形線を抽出するとよい。この場合、ビード末端やビード側面の変形や垂れもよく反映した外形の特徴を把握できる。或いは、造形中の積層造形物１００の層ごとに、その層を構成する複数の点のうち、任意の条件を満たす点（例えば層の一端の高さ方向の中点）を選択し、層ごとの選択された点を結ぶことにより、実績外形線を抽出してもよい。この場合、外形の全体的な傾向を把握できる。本実施の形態では、少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する抽出手段の一例として、実績外形線抽出部６６を設けている。

溶接条件修正部６７は、制御プログラム実行部６３から呼び出されると、計画外形線記憶部６４に記憶された計画外形線と、実績外形線抽出部６６が抽出した実績外形線とを比較し、これらの外形線の乖離を評価する。そして、この乖離が解消するように他の層の溶接条件を修正する。ここで、溶接条件としては、ビード１０１の積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れか１つが例示されるが、これに限られるものではない。本実施の形態では、実績上の外形線と計画上の外形線との乖離を評価し、乖離を解消する方向に他の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れか１つを修正する修正手段の一例として、溶接条件修正部６７を設けている。

また、溶接条件修正部６７は、実績外形線抽出部６６が抽出した実績外形線を延長し、計画外形線記憶部６４に記憶された計画外形線を所定の余肉量分移動させた外形線をその延長した実績外形線が下回ることとなる層を求め、少なくともその層から修正を開始するようにしてもよい。本実施の形態では、実績上の外形線を延長して、計画上の外形線を所定の余肉量分移動させた外形線を実績上の外形線が下回ることとなる特定の層を求め、少なくとも特定の層から修正を開始する修正手段の一例として、溶接条件修正部６７を設けている。但し、計画外形線を所定の余肉量分移動させた外形線を実績外形線が下回ることとなる層よりも幾つか前の層から段階的に修正を行ってもよい。この場合、溶接条件修正部６７は、特定の層よりも前の層から特定の層まで段階的に修正する修正手段の一例である。

［本実施の形態の動作］
（積層計画装置の動作）
図１１は、本実施の形態における積層計画装置３０の動作例を示したフローチャートである。

積層計画装置３０では、まず、ＣＡＤデータ取得部４１が、ＣＡＤ装置２０から三次元ＣＡＤデータを取得する（ステップ３０１）。

次に、ＣＡＤデータ分割部４２が、ステップ３０１で取得された三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割して、層形状データを生成する（ステップ３０２）。

次に、積層計画部４３が、ステップ３０２で生成された層形状データから積層計画を生成する（ステップ３０３）。

次に、制御プログラム生成部４４が、ステップ３０３で生成された積層計画に従ってビード１０１を形成することにより積層造形物１００を造形するように溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを生成する（ステップ３０４）。

一方、計画外形線抽出部４５が、ステップ３０２で生成された層形状データから、計画外形線を抽出する（ステップ３０５）。

最後に、情報出力部４６が、ステップ３０４で生成された制御プログラムと、ステップ３０５で抽出された計画外形線とを記録媒体７０に出力する（ステップ３０６）。

（制御装置の動作）
制御装置５０では、まず、情報取得部６１が、記録媒体７０から制御プログラムと計画外形線とを取得し、制御プログラムを制御プログラム記憶部６２に、計画外形線を計画外形線記憶部６４にそれぞれ記憶する。そして、制御プログラム実行部６３が制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムを読み出してこれを実行する。

その際、制御プログラム実行部６３が実行する制御プログラムは、例えば、１層のビード１０１の積層を終了するごとに、溶接条件修正部６７を呼び出して実行する。

図１２は、この溶接条件修正部６７の動作例を示したフローチャートである。尚、このフローチャートは、制御プログラムがｉ層目のビード１０１を積層した後に呼び出した溶接条件修正部６７の動作例を示したものである。その際、制御プログラムは計測データ受信部６５も呼び出して計測装置１５からｉ層目までのビード１０１の形状の計測データを受信させ、実績外形線抽出部６６がこの計測データにより示される形状からｉ層目までの実績外形線を抽出しているものとする。また、溶接条件修正部６７は、計画外形線記憶部６４に記憶された計画外形線を取得しているものとする。更に、積層造形物１００は全部でＮ層のビード１０１から構成されるものとする。

図示するように、溶接条件修正部６７は、制御プログラムから呼び出されると、まず、実績外形線抽出部６６からｉ層目までの実績外形線を取得する（ステップ５０１）。

次に、溶接条件修正部６７は、層の番号を表すｊをｉ層目の次の層の番号である（ｉ＋１）に設定する（ステップ５０２）。

そして、溶接条件修正部６７は、ステップ５０１で取得されたｉ層目までの実績外形線から、ｊ層目の実績外形線を予測する（ステップ５０３）。ここで、ｊ層目の実績外形線を予測する方法は、例えば、ｉ層目までの高さズレと同様の１層ごとの高さズレがｊ層目まで生じるものとして予測する方法であってよい。

これにより、溶接条件修正部６７は、ステップ５０３で予測したｊ層目の実績外形線の、先に取得しておいたｊ層目の計画外形線に対する乖離度を算出する（ステップ５０４）。

そして、溶接条件修正部６７は、ステップ５０４で算出した乖離度が閾値よりも大きいかどうかを判定する（ステップ５０５）。

ステップ５０５で乖離度が閾値よりも大きいと判定されれば、ｊ層目で乖離度が閾値よりも大きくなるので、少なくともｊ層目で修正を開始する必要があると判断される。但し、この動作例では、ｊ層目で初めて修正を開始するのではなく、ｊ層目よりもｋ層前から修正を開始して段階的に修正を行うものとする。そこで、溶接条件修正部６７は、ｉが（ｊ－ｋ）以上であるかどうかを判定する（ステップ５０６）。その結果、ｉが（ｊ－ｋ）以上であると判定すれば、溶接条件修正部６７は、乖離度が小さくなるように溶接条件を修正する（ステップ５０７）。尚、ｉ層目における修正の量は、例えば、ｊ層目で修正すべき量を（ｋ＋１）層に均等に配分した量としてよい。その後、溶接条件修正部６７は、処理を終了する。一方、ｉが（ｊ－ｋ）以上であると判定しなければ、溶接条件修正部６７は、溶接条件を修正することなく、処理を終了する。

ステップ５０５で乖離度が閾値よりも大きいと判定しなければ、ｊ層目で乖離度が閾値よりも大きくはならないので、ｊ層目で修正を開始する必要があるとは判断されず、次の層が評価されることになる。そこで、溶接条件修正部６７は、ｊに１を加算して（ステップ５０８）、ｊがＮを超えたかどうかを判定する（ステップ５０８）。その結果、ｊがＮを超えたと判定しなければ、溶接条件修正部６７は、処理をステップ５０３へ戻す。一方、ｊがＮを超えたと判定すれば、溶接条件修正部６７は、処理を終了する。

［本実施の形態の効果］
以上述べたように、本実施の形態では、途中の層までの実績の傾向に基づく実績上の外形線の計画上の外形線からの乖離を評価して修正を行うようにした。これにより、局所的な修正ではなく、全体にわたってバランスよく溶接条件（積層位置やビード長さ等）を修正することができるようになった。また、積層高さだけでなく、横方向のズレも考慮して修正することができるようになった。

１…金属積層造形システム、１０…溶接ロボット、２０…ＣＡＤ装置、３０…積層計画装置、４１…ＣＡＤデータ取得部、４２…ＣＡＤデータ分割部、４３…積層計画部、４４…制御プログラム生成部、４５…計画外形線抽出部、４６…情報出力部、５０…制御装置、６１…情報取得部、６２…制御プログラム記憶部、６３…制御プログラム実行部、６４…計画外形線記憶部、６５…計測データ受信部、６６…実績外形線抽出部、６７…溶接条件修正部、７０…記録媒体

Claims (8)

1. 造形物の形状を表す形状データを取得する工程と、
   前記形状データを複数の層に分割し、当該複数の層の形状をそれぞれ表す複数の層形状データを生成する工程と、
   前記複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って少なくとも１層の溶接ビードを積層する工程と、
   積層された前記少なくとも１層の溶接ビードの形状を計測する工程と、
   計測された前記少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する工程と、
   前記実績上の外形線と、前記複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との、前記少なくとも１層の後に積層される特定の層における乖離を評価し、当該乖離を解消する方向に少なくとも当該特定の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れかの溶接条件を修正する工程と
   を含むことを特徴とする造形物の製造方法。
2. 前記乖離を解消する方向は、前記計画上の外形線における前記少なくとも１層の点から前記実績上の外形線における当該少なくとも１層の対応する点へそれぞれ向かう複数の方向に対して略逆の方向であることを特徴とする請求項１に記載の造形物の製造方法。
3. 前記乖離を解消する方向は、前記複数の方向を平均した方向に対して逆の方向であることを特徴とする請求項２に記載の造形物の製造方法。
4. 前記修正する工程では、前記実績上の外形線を延長して、前記計画上の外形線を所定の余肉量分移動させた外形線を当該実績上の外形線が下回ることとなる前記特定の層を求め、少なくとも当該特定の層から修正を開始することを特徴とする請求項１に記載の造形物の製造方法。
5. 前記修正する工程では、前記特定の層よりも前の層から当該特定の層まで、段階的に修正することを特徴とする請求項４に記載の造形物の製造方法。
6. 造形物の形状を表す形状データを複数の層に分割した複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する工程と、
   取得された前記少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する工程と、
   前記実績上の外形線と、前記複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との、前記少なくとも１層の後に積層される特定の層における乖離を評価し、当該乖離を解消する方向に少なくとも当該特定の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れかの溶接条件を修正する工程と
   を含むことを特徴とする造形物の製造方法。
7. 造形物の形状を表す形状データを複数の層に分割した複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する抽出手段と、
   前記実績上の外形線と、前記複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との、前記少なくとも１層の後に積層される特定の層における乖離を評価し、当該乖離を解消する方向に少なくとも当該特定の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れかの溶接条件を修正する修正手段と
   を備えたことを特徴とする造形物の製造装置。
8. コンピュータに、
   造形物の形状を表す形状データを複数の層に分割した複数の層形状データのうちの少なくとも１つの層形状データに従って積層された少なくとも１層の溶接ビードの形状を取得する機能と、
   取得された前記少なくとも１層の溶接ビードの形状から実績上の外形線を抽出する機能と、
   前記実績上の外形線と、前記複数の層形状データから抽出される計画上の外形線との、前記少なくとも１層の後に積層される特定の層における乖離を評価し、当該乖離を解消する方向に少なくとも当該特定の層の溶接ビードの積層位置、長さ、幅及び高さの少なくとも何れかの溶接条件を修正する機能と
   を実現させるためのプログラム。

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