JP7469264B2 - 造形装置の制御方法、造形装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、造形装置の制御方法、造形装置及びプログラムに関する。

溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層して、三次元構造物を造形する技術が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、溶接トーチを移動させながら複雑な三次元自由曲面を有する造形物を製作する場合に、その曲面性によって溶加材の溶滴が溶着面上から流れ落ちることを、溶接トーチの真下の溶着面を略水平にすることで抑制する技術を開示している。これによれば、複雑な三次元自由形状であっても、溶着面上に確実に溶着ビードを形成できる、と記載されている。

特開２００７－２７５９４５号公報

上記のように、複雑な形状を積層造形する場合、溶接トーチに対する造形物の姿勢は、造形時において様々に変更される。また、溶接トーチの先端の狙い位置の誤差は、造形の形状精度に大きく影響する。そのため、溶接ロボットを用いて積層造形する場合には、溶接トーチを傾斜させた姿勢にすると、溶接ロボットの精度によっては溶接トーチの先端の狙い位置に誤差が発生するおそれがある。

例えば、図１９の（Ａ）に示す駆動前の状態では、溶接トーチ１５の先端の狙い位置Ｔが、針状の母材Ａの針先端に一致している。この状態から、溶接ロボットが溶接トーチ１５を傾斜、回転させると、溶接トーチ１５は、図１９の（Ｂ）に実線で示す傾斜した姿勢となる。傾斜した溶接トーチ１５の先端の狙い位置Ｔａは、母材Ａの針先端からずれてしまい、狙い位置に誤差Δｄが発生している。このような誤差は、溶接トーチ１５の回転中心の機械的誤差によるずれ、その他の理由により生じる。

また、図２０の（Ａ）に示すような張り出し部、図２０の（Ｂ）に示すようなオーバーハング部等の複雑な形状の造形では、溶接トーチ１５を、既に造形した部分とは逆側に角度θで傾斜させ、これにより、狙い位置を高精度に保持しながら、溶着ビードＢを形成する必要がある。しかし、溶接トーチ１５を傾斜させると、溶接トーチ１５の狙い位置にずれが生じるおそれがある。このような溶接トーチ１５の狙い位置のずれによって、計画通りの高精度な造形が困難になることがある。また、作業者が溶接ロボットを操作して溶接トーチの狙い位置を補正することもできるが、このような目視による補正は、作業効率及び精度向上の観点からは好ましくない。

そこで本発明は、煩雑な作業を伴うことなく、精度よく狙い位置のずれを補正可能な造形装置の制御方法、造形装置及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明は下記の構成からなる。
（１） 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置において、前記溶接トーチの狙い位置を補正する造形装置の制御方法であって、
予め用意された、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部により構成される位置決め指標体の形状が含まれる基準プロファイルを取得する工程と、
前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する工程と、
前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求める工程と、
前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する工程と、
を備える造形装置の制御方法。

（２） 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置であって、
前記溶接トーチの狙い位置を、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部より構成される位置決め指標体を用いて補正する制御部を備え、
前記制御部は、
予め用意された、前記位置決め指標体の形状を含む基準プロファイルを取得する基準プロファイル取得部と、
前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する実プロファイル取得部と、
前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求めるずれ量算出部と、
前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する出力部と、
を備える造形装置。
（３） 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置において、前記溶接トーチの狙い位置を補正する造形装置の制御方法の手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
コンピュータに、
予め用意された、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部により構成される位置決め指標体の形状が含まれる基準プロファイルを取得する機能と、
前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する機能と、
前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求める機能と、
前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する機能と、
を実現させるためのプログラム。

本発明によれば、マニピュレータ及び溶接トーチの駆動に伴う溶接トーチの狙い位置のずれを、煩雑な作業を伴うことなく、精度良く補正でき、正確な造形を実施できる。

図１は、造形物を製造する積層造形装置の全体構成図である。 図２は、制御部の機能ブロック図である。 図３は、溶接トーチ及び形状計測部の構成を模式的に示す概略斜視図である。 図４は、形状計測部が照射するレーザ光によるセンサ計測視野と、溶接トーチの狙い位置との関係を示す説明図である。 図５は、積層造形装置の制御方法の手順を示すフローチャートである。 図６は、第１実施形態の造形装置による制御工程を示す図で、溶接トーチの姿勢を変更する前後の様子を（Ａ），（Ｂ）に示す工程説明図である。 図７は、図６の（Ｂ）に示す特徴点及び狙い位置を含む領域を拡大した説明図である。 図８は、溶接トーチの回転に伴う狙い位置の変化を模式的に示す説明図である。 図９は、実プロファイルを幾何学形状のモデルに近似し、モデルの形状特徴点を抽出する工程を（Ａ），（Ｂ）に示す工程説明図である。 図１０は、第２実施形態の造形装置による制御工程を示す図で、溶接トーチの姿勢を変更する前後の様子を（Ａ），（Ｂ）に示す工程説明図である。 図１１は、図１０の（Ｂ）に示す特徴点及び狙い位置を含む領域を拡大した説明図である。 図１２は、センサ計測視野における溶接トーチと、母材及び積層途中の溶着ビードとの関係を示す説明図である。 図１３は、溶着ビードの頂点と溶加材の先端位置との関係から、溶接トーチの狙い位置を補正する様子を示す説明図である。 図１４は、溶接トーチの狙い位置の補正の有無によるビード形成パスの違いを模式的に示す説明図である。 図１５は、狙い位置の補正を行わずに溶接トーチを移動させ、形状計測部により母材の特徴点である角部の高さ分布を検出した結果を（Ａ），（Ｂ）に示す参考例のグラフである。 図１６は、狙い位置を補正しつつ溶接トーチを移動させ、形状計測部により母材の特徴点である角部の高さ分布を検出した結果を（Ａ），（Ｂ）に示すグラフである。 図１７は、図１６に示す位置Ｐ_ｔ１～Ｐ_ｔ６における水平位置及び高さの補正量の変化を示すグラフである。 図１８は、狙い位置を補正しつつ母材の角部に沿って溶着ビードを形成した場合のビード始端位置、ビード中間位置、ビード終端位置のそれぞれでビード長手方向に直交する断面形状を測定した結果を示すグラフである。 図１９は、従来の溶接トーチと母材との関係を示す図であり、（Ａ）は溶接トーチの駆動前の模式図、（Ｂ）は溶接トーチの駆動後の模式図である。 図２０は、従来の複雑な形状を造形する際の溶接トーチの状態を示す図であり、（Ａ）は張り出し部の造形時の様子を示す模式図であり、（Ｂ）はオーバーハング部の造形時の様子を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（積層造形装置の構成）
図１は、造形物を製造する積層造形装置の全体構成図である。
積層造形装置（造形装置）１００は、造形部１１と、造形部１１を制御する制御部１３とを備える。
造形部１１は、先端軸に溶接トーチ１５を有する溶接ロボット１７と、溶接ロボット１７を駆動するロボット駆動部２１と、溶接トーチ１５へ溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２３と、溶接電流及び溶接電圧を供給する溶接電源部２５と、形状を計測する形状計測部３３と、を備える。

（造形部）
溶接ロボット１７は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けた溶接トーチ１５の先端には溶加材Ｍが支持される。溶接トーチ１５の位置や姿勢は、ロボット駆動部２１からの指令により、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になっている。図示はしないが、ロボットアームの先端軸には、溶接トーチ１５をウィービング動作させるウィービング機構が設けられていてもよい。

溶接トーチ１５は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給されるガスメタルアーク溶接用のトーチである。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電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。

例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶接電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。溶接トーチ１５は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。

溶加材供給部２３は、溶加材Ｍが巻回されたリール２９を備える。溶加材Ｍは、溶加材供給部２３からロボットアーム等に取り付けられた繰り出し機構に送られ、必要に応じて繰り出し機構により正逆送給されながら溶接トーチ１５へ送給される。

溶加材Ｍとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１３）等で規定される溶接ワイヤが利用可能である。さらに、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル基合金等の溶加材Ｍを、求められる特性に応じて使用できる。

ロボット駆動部２１は、溶接ロボット１７を駆動して溶接トーチ１５を移動させる。また、溶接トーチ１５の移動とともに、連続供給される溶加材Ｍが溶接電源部２５からの溶接電流及び溶接電圧によって溶融させられる。

つまり、溶接ロボット１７は、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材Ｍを溶融及び凝固させる溶接トーチ１５をアーム先端に保持したマニピュレータである。このマニピュレータの駆動によって溶接トーチ１５を移動させながら、溶接トーチ１５に連続送給される溶加材Ｍをアークにより溶融及び凝固させ、母材であるベースプレート２７上に溶加材Ｍの溶融凝固体である溶着ビードＢを形成する。

形状計測部３３は、溶接トーチ１５又は溶接トーチ１５よりも根元側のマニピュレータに取り付けられ、レーザ光を照射するとともに、レーザ光が照射された物体のプロファイル（外形形状を表す情報）を取得するレーザセンサを用いることができる。形状計測部３３は、物体のプロファイルを計測する機能を有するが、レーザ以外の手法によって物体のプロファイルを計測するものであってもよく、レーザセンサには限定されない。

（制御部）
制御部１３は、図示は省略するが、入出力部と、記憶部と、演算部とを含んで構成されるコンピュータ装置である。
入出力部には、溶接ロボット１７、溶接電源部２５及び溶加材供給部２３等が接続される。記憶部には、後述する駆動プログラムを含む各種の情報が記憶される。記憶部は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のドライブ装置、ＣＤ、ＤＶＤ、各種メモリーカード等の記憶媒体に例示されるストレージからなり、各種情報の入出力が可能となっている。制御部１３には、作製しようとする造形物に応じた造形プログラムが、ネットワーク等の通信線、又は各種の記憶媒体等を介して入力される。造形プログラムは、溶着ビードＢを形成するビード形成軌道及び溶接条件を定めた積層計画に基づいて作成され、多数の命令コードにより構成される。

制御部１３は、記憶部に記憶された造形プログラムを実行して、溶接ロボット１７、溶加材供給部２３及び溶接電源部２５等を駆動し、造形プログラムに応じた溶着ビードＢを形成する。つまり、制御部１３は、ロボット駆動部２１により溶接ロボット１７を駆動させて、造形プログラムに設定された溶接トーチ１５の軌道（溶接軌道）に沿って溶接トーチ１５を移動させるとともに、設定された溶接条件に応じて溶加材供給部２３及び溶接電源部２５を駆動して、溶接トーチ１５の先端の溶加材Ｍをアークによって溶融、凝固させる。このように、造形プログラムに基づいて溶着ビードＢを順次に積層することで、所望の３次元形状の造形物３０が造形される。

図２は、制御部１３の機能ブロック図である。
上記した制御部１３は、詳細を後述する基準プロファイル取得部３５と、実プロファイル取得部３７と、ずれ量算出部３９と、出力部４１とを備える。

（溶接トーチと形状計測部）
図３は、溶接トーチ１５及び形状計測部３３の構成を模式的に示す概略斜視図である。
溶接トーチ１５は前述した溶接ロボット１７によって矢印方向に移動される。これととともに、形状計測部３３はレーザ光ＬＢを照射して、これから形成する溶着ビードＢの下地となるベースプレート（母材）２７等の対象物のプロファイル（外形形状）を含む情報を計測する。図示はしないが、既に形成済みの溶着ビードＢがレーザ光ＬＢの照射領域に存在する場合には、その溶着ビードＢのプロファイルも計測する。

図４は、形状計測部３３が照射するレーザ光ＬＢによるセンサ計測視野Ｆと、溶接トーチの狙い位置Ｔとの関係を示す説明図である。
形状計測部３３から照射されるレーザ光ＬＢの照射範囲は、対象物のプロファイルを計測するセンサ計測視野Ｆとなる。溶接トーチ１５の狙い位置Ｔは、ここで説明を簡単にするために溶接トーチ１５から突出した溶加材Ｍの先端位置とする。この溶加材Ｍの先端が、対象物の狙い位置Ｔに合致するように、形状計測部３３がセンサ計測視野Ｆ内において狙い位置Ｔを発見し、ロボット駆動部２１が溶加材Ｍの先端を狙い位置Ｔに一致させるように溶接トーチ１５を駆動する。

（積層造形装置の制御方法の概要）
図５は、積層造形装置１００の制御方法の手順を示すフローチャートである。
積層造形装置１００は、溶接トーチ１５を保持した溶接ロボット（マニピュレータ）１７を用いて、溶接トーチ１５に供給された溶加材Ｍを溶融及び凝固させた溶着ビードＢを母材上に繰り返し形成する。制御部１３は、溶接トーチ１５の狙い位置を、母材又は溶着ビードＢの少なくとも一部より構成される位置決め指標体を用い、正しい位置に補正するように、積層造形装置１００を図５に示すフローチャートに従って制御する。

制御部１３による概略的な制御動作は、次のＳ１～Ｓ４のステップを有する。
図２に示す基準プロファイル取得部３５は、予め用意された、上述の位置決め指標体の形状を含む基準プロファイルを取得する（Ｓ１）。
実プロファイル取得部３７は、溶接トーチ１５又はマニピュレータに取り付けた形状計測部３３によって、位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する（Ｓ２）。
そして、ずれ量算出部３９は、位置決め指標体の基準プロファイルと実プロファイルとを比較して、双方の位置決め指標体の位置ずれから溶接トーチ１５の狙い位置のずれ量を求める（Ｓ３）。
その後、出力部４１は、ずれ量に応じて溶接トーチ１５の狙い位置を補正するための、溶接ロボット１７の動作補正指令を出力する（Ｓ４）。

基準プロファイル取得部３５、実プロファイル取得部３７、ずれ量算出部３９及び出力部４１は、上記したＳ１～Ｓ４のそれぞれに相当する機能を実現する。これらの各機能は、制御部１３の記憶部に記憶されたプログラムによって、コンピュータ装置である制御部１３が動作することで実現される。プログラムを記憶する記憶部は、積層造形装置１００に含まれてもよいし、積層造形装置１００とは別体の外部のサーバ等に記憶されてもよい。

制御部１３は、上述したＳ１～Ｓ４の各工程により、予め用意された基準プロファイルと、形状計測部３３によって計測して得られる実プロファイルとを比較し、溶接トーチ１５の狙い位置のずれ量を求め、溶接トーチ１５の狙い位置を補正する信号を生成する。これにより、溶接ロボット１７及び溶接トーチ１５の駆動に伴って生じる、溶接トーチ１５の狙い位置のずれを補正して、正確な造形を実施可能にする。

以下、上述した造形装置の制御方法の例である、第１実施形態及び第２実施形態について説明する。
第１実施形態では、上述した基準プロファイル及び実プロファイルを、溶接ロボット１７の駆動前及び駆動後において、形状計測部３３により計測したデータを用いて生成する。一方、第２実施形態では、基準プロファイルを、位置決め指標体の設計形状を表す情報を用いて生成する。このように、それぞれの実施形態は、基準プロファイルの生成方法が相違している。

（第１実施形態）
図６は、第１実施形態の造形装置による制御工程を示す図で、溶接トーチ１５の姿勢を変更する前後の様子を（Ａ），（Ｂ）に示す工程説明図である。以降の説明では、ベースプレート２７を母材Ａとも呼ぶ。

図６の（Ａ）は、溶着ビードＢを狙い位置に形成する前の状態であって、図１に示す溶接ロボット１７の駆動により溶接トーチ１５の姿勢を傾斜させる前の状態である。溶接トーチ１５は、実線で示すように母材Ａに対して鉛直方向に起立している。この状態の溶接トーチ１５の位置を基準位置とする。

図６の（Ａ）に示すように、柱部４５から側方に張り出した張り出し部４７を溶着ビードＢにより形成する場合、溶接トーチ１５は、実線で示した鉛直方向へ起立した状態を維持するよりも、破線で示すように、溶接トーチ１５を傾斜させた方が、円滑な造形の観点から好ましい。

図６の（Ｂ）は、溶接ロボット１７の駆動により溶接トーチ１５を回転移動させた後の状態を、図面内で溶接トーチ１５が上下方向に向くように座標変換して示した説明図である。実際の溶接トーチ１５は、図６の（Ａ）に示すように鉛直方向から角度θで傾斜しているが、補正処理の理解がしやすいように溶接トーチ１５を基準に表示している。このように溶接トーチ１５を鉛直方向から傾斜させた状態で、溶着ビードＢｘに続く次の形成予定とされる溶着ビードの位置（点線で表示）を狙い位置に設定する。

しかしながら、溶接ロボット１７の駆動により溶接トーチ１５を回転する際の回転中心の機械的な誤差、その他の理由による生じ得る位置ずれにより、溶接トーチ１５は、回転後に本来の溶着ビードＢを形成する狙い位置からずれる場合がある。つまり、図６の（Ａ）に示す溶接トーチ１５の回転前に定めた狙い位置Ｔ_０が、破線で示す溶接トーチ１５の回転後では、狙い位置Ｔ_１へずれている。そのため、図６の（Ｂ）に示すように、本来の狙い位置Ｔ_０に対して、狙い位置Ｔ_１が溶接トーチ１５の中心軸からΔｄ_１のずれを生じている。このようなずれの発生原因は判明し難いことが多く、その量を直接的に導き出すことは難しい。

上述のような事象に対応するため、本造形装置の制御方法では、母材Ａ又は溶着ビードＢの少なくとも一部より構成される位置決め指標体を用いて狙い位置の補正を行う。位置決め指標体は、溶接トーチ１５の回転前後において、形状計測部３３のセンサ計測視野Ｆに存在する、母材Ａと溶着ビードＢとの少なくとも一方又は双方の、少なくとも一部の形状を特徴として抽出したものである。ここでは、位置決め指標体として、図６の（Ａ）の状態において、形状計測部３３が計測した任意の溶着ビードＢ_Ｘを用いる。位置決め指標体は、一つ又は複数の溶着ビードＢそのものであってよいし、溶着ビードＢの頂部等の一部のみであってもよい。また、位置決め指標体は、母材Ａそのものであってよいし、母材Ａの角部等の形状の一部であってもよい。

制御部１３の基準プロファイル取得部３５は、図６の（Ａ）の状態において、位置決め指標体の形状を含む基準プロファイルを取得する。基準プロファイルとは、溶接ロボット１７の駆動による溶接トーチ１５の回転前に、形状計測部３３により計測した位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む情報である。すなわち、基準プロファイルは、位置決め指標体の形状に関する情報を含むとともに、位置決め指標体から抽出される特徴点（座標）の位置情報をも含む。図６の（Ａ）に示す場合は、溶着ビードＢ_Ｘの最大高さ位置にある頂点Ｃ_０（湾曲したビード上面の最も高い位置）を特徴点として利用している。特徴点は、位置決め指標体の形状を特徴付ける点であればよく、例えば、溶着ビードＢ_Ｘの頂点Ｃ_０のみならず、母材Ａの角部の頂点等、他の部位であってもよい。

このように、位置決め指標体及び基準プロファイルは、溶接トーチ１５の回転前に用意される。なお、ここで示す基準プロファイルは、溶着ビードＢ_Ｘの形状の情報であるが、これに限らず、例えば、複数の溶着ビードＢの形状であってもよく、母材Ａの形状であってもよい。

次に、制御部１３の実プロファイル取得部３７は形状計測部３３を駆動して、図６の（Ｂ）に示すように、センサ計測視野Ｆに存在する溶着ビードＢ_Ｘを計測する。実プロファイル取得部３７は、位置決め指標体である溶着ビードＢ_Ｘの実プロファイルを取得する。実プロファイルとは、溶接ロボット１７の駆動により溶接トーチ１５を回転した後に形状計測部３３により計測されるプロファイルであって、位置決め指標体の特徴点の位置を含む情報である。すなわち、位置決め指標体である溶着ビードＢ_Ｘのプロファイルには、頂点Ｃ_１が含まれており、制御部１３は、実プロファイルを参照して、頂点Ｃ_１を特徴点として取得する。溶接トーチ１５の回転の前後において、頂点Ｃ_０と頂点Ｃ_１との位置関係は、トーチ先端位置を回転軸とし、頂点Ｃ_１を溶接トーチ１５の回転角分だけ図６における時計回りに回転させると、頂点Ｃ_０と一致する。

しかしながら、上述したように、溶接トーチ１５の回転前後において、形状計測部３３の狙い位置にずれが生ずることがある。ずれが生じた場合には、特徴点である頂点Ｃ_０の位置と頂点Ｃ_１の位置とが、溶接トーチ１５の回転前後でずれている。

図７は、図６の（Ｂ）に示す特徴点及び狙い位置を含む領域を拡大した説明図である。
溶接トーチ１５の回転前後における、溶接トーチ１５の狙い位置のずれ量は、狙い位置Ｔ_０と狙い位置Ｔ_１とのずれ量Δｄ_１である。一方、溶接トーチ１５の回転前後における、二つの特徴点同士のずれ量は、頂点Ｃ_０と、頂点Ｃ１を溶接トーチ１５の回転角分だけ図７における時計回りに回転させた点とのずれ量Δｄ_２である。母材Ａ又は溶着ビードＢの変形等の特別な事象が生じない限り、Δｄ_１とΔｄ_２は必然的に等しくなる（Δｄ_１＝Δｄ_２）。

溶接トーチ１５の回転後の狙い位置Ｔ_１は、回転前の狙い位置Ｔ_０からずれている。そのため、発生したずれ量Δｄ_１の分だけ、回転後の溶接トーチ１５の狙い位置Ｔ_１を補正すればよいが、狙い位置Ｔ_０と狙い位置Ｔ_１とずれは、機械的な誤差のように、予め把握することが困難であり、予測することは困難である。

一方、回転前後での二つの特徴点のずれ量Δｄ_２は、単なる座標のずれとして容易に検出できる。そこで、制御部１３は、位置決め指標体の基準プロファイルと実プロファイルとを比較し、双方の位置決め指標体の位置ずれを求める。これにより、直接的に求めることが困難な溶接トーチ１５の狙い位置のずれ量Δｄ_１を、特徴点同士のずれ量から求める。つまり、制御部１３は、基準プロファイルにおける特徴点である頂点Ｃ_０の位置情報と、実プロファイルにおける特徴点である頂点Ｃ_１の位置情報とを比較して、位置決め指標体である溶着ビードＢ_Ｘのずれ量Δｄ_２を導き出す。このずれ量Δｄ_２は、狙い位置Ｔ_０と狙い位置Ｔ_１のずれ量Δｄ_１に等しいため、制御部１３は、ずれ量Δｄ_２からずれ量Δｄ_１を間接的に求めることができる。

図８は、溶接トーチ１５の回転に伴う狙い位置の変化を模式的に示す説明図である。
ここで、溶接トーチ１５は、角度θの回転により、トーチ先端の狙い位置が位置Ｔ_０から位置Ｔ_１に移動したとする。回転前の溶接トーチ１５の座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｘ），回転後の溶接トーチ１５の座標系を（ｘ，ｙ，ｚ）とする。ここでは説明を簡単にするため、角度θの回転はＺ－Ｘ面内での回転とするが、実際には溶接トーチ１５の回転による狙い位置のずれは、任意方向に生じ得る。

制御部１３は、狙い位置のずれ量を表す補正ベクトルＫ（Δｘ_θ，Δｙ_θ，Δｚ_θ）を、以下に例示する演算式（１）～（３）を用いて計算する。

上記において、
Ｔ_０（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、溶接トーチの回転前の狙い位置、
Ｔ_１（ｘ，ｙ，ｚ）は、溶接トーチの回転後の狙い位置、
Δｘ_θ，Δｙ_θ，Δｚ_θは、溶接トーチの回転（角度θ）によるｘ方向、ｙ方向、ｚ方向のずれ量、
（ｃ_ｘ０，ｃ_ｙ０，ｃ_ｚ０）は、狙い位置Ｔ_０と同じ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における特徴点ｃ_０の座標、
（ｃ_ｘ１，ｃ_ｙ１，ｃ_ｚ１）は、狙い位置Ｔ_１と同じ座標系（ｘ，ｙ，ｚ）における特徴点ｃ_１の座標を表している。

制御部１３は、求めた補正ベクトルＫ（Δｘ_θ，Δｙ_θ，Δｚ_θ）を用いて、回転後の溶接トーチ１５の狙い位置Ｔ_１を、正しい狙い位置Ｔ_０に戻すように溶接ロボット１７を駆動する。こうすることで、回転後の溶接トーチ１５の狙い位置を正しい狙い位置に補正できる。

具体的には、制御部１３の出力部４１は、上記のようにして求めた補正ベクトルＫ（Δｘ_θ，Δｙ_θ，Δｚ_θ）を用いて、回転後の溶接トーチ１５の狙い位置を補正するための、溶接ロボット１７の動作補正指令を、図１に示すロボット駆動部２１に出力する。
ロボット駆動部２１は、入力された動作補正指令に基づき溶接ロボット１７を駆動して、溶接トーチ１５の狙い位置を、狙い位置Ｔ_１から狙い位置Ｔ_０に、ずれ量の分だけ補正する。この補正は、溶接トーチ１５を回転駆動した直後に溶接ロボット１７を駆動して実施してもよく、回転駆動後の次の溶接トーチ１５の動作時に実施してもよい。また、次に溶接トーチ１５を移動させる際の移動先の座標又は移動ベクトルを修正することであってもよい。

これにより、溶接トーチ１５は、正しい狙い位置に向けて溶加材Ｍを供給して正確な溶着ビードの形成が可能となり、高精度な積層造形が行えるようになる。この場合、狙い位置と母材Ａ又は溶着ビードＢの位置関係を改めて教示し直す必要はない。また、求めたずれ量が所定の閾値以下の場合は、必ずしも補正を実施する必要はなく、ずれ量が閾値を超えた場合のみ補正を実施してもよい。

本実施形態によれば、溶接ロボット１７の駆動による溶接トーチ１５の回転移動に伴う狙い位置のずれを補正できるので、正確な積層造形が可能となる。特に、狙い位置の精密な調整が要求されるオーバーハング形状等の造形に、このような補正を伴う造形を好適に適用できる。また、特徴点が、基準プロファイル及び実プロファイルの情報を代表することになり、ずれ補正におけるロバスト性の向上を期待できる。

また、制御部１３は、溶接トーチ１５の狙い位置の補正ベクトルＫを、基準プロファイルと実プロファイルとで複数種の特徴点を定義し、各特徴点の種類毎で特徴点同士の位置ずれを平均して得られたずれ量から求めてもよい。これによれば、複数の特徴点の変化分を平均して、補正ベクトルＫを求めることができ、ずれ補正におけるロバスト性の向上が期待できる。

図９は、実プロファイルを幾何学形状のモデルに近似し、モデルの形状特徴点を抽出する工程を（Ａ），（Ｂ）に示す工程説明図である。
図９の（Ａ）は、円形の外形形状を持つ母材Ａ又は溶着ビードＢの中心点、図９の（Ｂ）は、角部を有する母材Ａ又は溶着ビードＢの角部の頂点をそれぞれ、形状特徴点として抽出する例を示す。

図９の（Ａ）は、例えば、円形断面を有する丸棒の母材Ａの表面に、溶着ビードＢを形成する例である。形状計測部３３が、丸棒の表面に沿って並ぶ複数の点Ｐを抽出し、これら複数の点Ｐから、制御部１３が、母材Ａの円形の中心点Ｃ_２を演算により求め、中心点Ｃ_２を円形モデルの形状特徴点に設定する。なお、形状特徴点は中心点に限らず、母材Ａ又は溶着ビードＢの長手方向に直交する断面において、幾何学形状から一義的に導き出し得る、任意の点であってもよい。

図９の（Ｂ）は、例えば、角部を有する板材のような母材Ａの表面に、溶着ビードＢを形成する例である。形状計測部３３が、二つの交差する直線状の辺に沿って並ぶ複数の点Ｐを抽出し、これら複数の点Ｐから、制御部１３が、母材Ａが有する角部の頂点Ｃ_３を演算により求め、角部の頂点Ｃ_３を形状特徴点に設定する。これによれば、計測された対象物のプロファイルに乱れ、ばらつき等が生じた場合でも、角部の頂点であれば位置を特定しやすく、容易にかつ適切に形状特徴点を設定できる。

このように、制御部１３は、前述した特徴点として、形状計測部３３により計測された実プロファイルの全部又は一部を、任意の幾何学形状のモデルに近似したモデルの形状特徴点に設定することもできる。その場合、計測した実プロファイルの計測誤差が直接的に特徴点の位置に及ぼす影響を低減でき、計測精度が向上する。

なお、形状計測部３３がレーザセンサである場合には、対象物の形状を連続的に計測したライン状のプロファイルが得られるので、図９の（Ａ）及び（Ｂ）に示した点列を一度に計測でき、高速で正確な形状測定が可能となる。

また、複数列に並んだ溶着ビードＢ同士の間に形成される複数の谷部のうち、いずれかの谷部に特徴点を設定してもよい。溶着ビードＢのビード長手方向に直交する断面形状は、溶接条件によって、台形や楕円状に近い形状になる等、曲率が定まらない場合もあり得る。その場合でも、溶着ビードＢ同士の間の谷部を特徴点に設定することで、どのようなビード断面形状であっても特徴点の探索と設定が容易となり、演算処理を簡素化できる。

（第２実施形態）
上述した第１実施形態においては、基準プロファイル及び実プロファイルを、溶接ロボット１７の駆動による溶接トーチ１５の回転前後において、形状計測部３３による計測によってそれぞれ取得していた。次に説明する第２実施形態においては、基準プロファイルについては形状計測部３３により計測することなく、位置決め指標体の設計形状を含む設計情報から取得する。

ここで用いる設計情報は、製造しようとする造形物の３次元形状、及び母材の形状を表す形状データ（ＣＡＤデータ等）、並びに、これから形成する溶着ビードの形成パス、形成位置、ビード形状等を表す軌道計画等の情報であり、造形前に予め用意される情報である。溶接トーチ１５の移動速度、溶加材Ｍの送給速度、溶接電圧、溶接電流等を含む溶接条件が決定されると、ビード形状等が概ね予測でき、造形前に予め設計情報として用意することが可能である。これにより、母材の設置誤差や傾き、ビード形成時の溶着ビードの垂れ等、意図せぬ誤差要因にも対応した補正が行える。

図１０は、第２実施形態の造形装置による制御工程を示す図で、溶接トーチ１５の姿勢を変更する前後の様子を（Ａ），（Ｂ）に示す工程説明図である。
図１０の（Ａ）は、図３に示す形状計測部３３によるセンサ計測視野Ｆにおいて、溶接トーチ１５が、溶加材Ｍを供給する狙い位置Ｔ_１を定めた状態を示している。図１０の（Ｂ）は、図１０の（Ａ）の状態を、母材Ａの水平垂直方向を基準にして図面内で角度θだけ回転させた説明図である。

ここで、形状計測部３３のセンサ座標系を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ，Ｚ_Ｃ）とし、母材Ａの母材座標系を（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）とする。図１０は、Ｙ_Ｃ軸とＹ_Ｒ軸とを一致させて状態を示している。

具体的には、図１０の（Ａ）は、形状計測部３３が照射するレーザ光による検出座標であるセンサ座標系（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ，Ｚ_Ｃ）を基準として示している。図１０の（Ｂ）は、母材Ａの三次元方向を決める母材座標系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）を基準として示している。母材Ａの角部は、母材座標系（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ，Ｚ_Ｒ）のＸ_Ｒ方向に沿った辺と、Ｚ_Ｒ方向に沿った辺とが交差した部分に形成されている。

図１０の（Ａ），（Ｂ）は、溶着ビードの形成前の状態であり、図１０の（Ａ）では、形状計測部３３が、センサ計測視野Ｆに含まれる母材Ａの角部を含めて検出している。つまり、図２に示す制御部１３の実プロファイル取得部３７は、溶接ロボットの駆動による溶接トーチ１５の回転後に、位置決め指標体である母材Ａの一部の形状を形状計測部３３により計測させる。そして、センサ計測視野Ｆに含まれる実プロファイルＰ_ＡＲの情報を取得する。実プロファイルＰ_ＡＲに含まれる特徴点は、ここでは母材Ａの角部の頂点Ｃ_１とする。

図１０の（Ｂ）には、母材Ａの設計情報から抽出した基準プロファイルＰ_ＡＳを破線で示している。基準プロファイルＰ_ＡＳも母材Ａの角部の頂点Ｃ_０が含まれる。基準プロファイルＰ_ＡＳは、図２に示す基準プロファイル取得部３５が、位置決め指標体である母材Ａの設計形状を含む設計情報から取得される。

本実施形態においても、溶接トーチ１５の回転に伴う位置誤差等により、実プロファイルＰ_ＡＲは基準プロファイルＰ_ＡＳに対して位置ずれを生じている。この位置ずれ量は、基準プロファイルＰ_ＡＳの頂点Ｃ_０から実プロファイルＰ_ＡＲの頂点Ｃ_１に向かう補正ベクトルＶで表される。補正ベクトルＶは、発生した位置ずれの大きさ及び方向を表している。

図１１は、図１０の（Ｂ）に示す特徴点及び狙い位置を含む領域を拡大した説明図である。
補正ベクトルＶは、破線で示す基準プロファイルＰ_ＡＳの特徴点（頂点Ｃ_０）と、実線で示す実プロファイルＰ_ＡＲの特徴点（頂点Ｃ_１）との位置ずれに相当する。図２に示すずれ量算出部３９は、この補正ベクトルＶを求め、得られた補正ベクトルＶの情報を出力部４１に送る。出力部４１は、入力された補正ベクトルＶの情報を用いて溶接トーチ１５の狙い位置を補正する信号を出力する。

つまり、制御部１３は、実プロファイルＰ_ＡＲにおける位置決め指標体、ここでは母材Ａの特徴点の位置である頂点Ｃ_１から、基準プロファイルＰ_ＡＳにおける位置決め指標体、ここでは母材Ａの特徴点の位置である頂点Ｃ_０までの方向及び長さを表す補正ベクトルＶを求める。そして、制御部１３は、この補正ベクトルＶに応じて、実プロファイルＰ_ＡＲにおける溶接トーチ１５の狙い位置を補正するための動作補正指令を出力する。この補正ベクトルＶは、第１実施形態のずれ量（補正ベクトルＫ）と同じ概念の物理量である。

制御部１３は、動作補正指令をロボット駆動部２１に出力し、ロボット駆動部２１は、入力された動作補正指令に基づいて、溶接トーチ１５の狙い位置を、狙い位置Ｔ_１から狙い位置Ｔ_０に、補正ベクトルＶの分だけ補正する。これにより、溶接トーチ１５は、求めた補正ベクトルＶに応じて、正しい狙い位置に溶接トーチ１５を配置でき、正確な積層造形を行うことが可能となる。

本実施形態によれば、母材の設置誤差や傾き、溶着ビードの垂れ等、意図せぬ誤差要因にも対応しつつ、狙い位置の補正を精密に行うことができる。また、特徴点が、基準プロファイルＰ_ＡＳ及び実プロファイルＰ_ＡＲの情報を代表することになり、ずれ補正におけるロバスト性の向上を期待できる。

上記は、初層の溶着ビードを形成する際に、溶着ビード形成前の母材Ａを位置決め指標体に設定した場合であるが、初層の形成後は、形成された溶着ビードを位置決め指標体に設定できる。

図１２は、センサ計測視野Ｆにおける溶接トーチ１５と、母材Ａ及び積層途中の溶着ビードＢｘとの関係を示す説明図である。
ここでは、母材Ａに形成した溶着ビードＢ_Ｘを位置決め指標体とし、溶着ビードＢｘの頂点Ｃ_１を特徴点に設定する。溶接トーチ１５は、溶接ロボット１７の駆動によって狙い位置がＴ_１となるように配置されるが、実際の溶接トーチ１５の位置は正しい狙い位置Ｔ_０からずれている。

そこで、初層形成時の母材Ａ上の特徴点を利用する場合と同様に、制御部１３のずれ量算出部３９は、実プロファイルＰ_ＡＲにおける溶着ビードＢ_Ｘの頂点Ｃ_１から、基準プロファイルＰ_ＡＳ（不図示）における溶着ビードＢ_Ｘの頂点Ｃ_０までの方向及び長さを表す補正ベクトルＶを求める。そして、出力部４１は、この補正ベクトルＶに応じて、溶接トーチ１５の狙い位置を補正するための動作補正指令を出力する。これにより、溶接トーチ１５の位置を正しい狙い位置Ｔ_０に補正できる。

次に、狙い位置になる溶加材Ｍの先端位置と、設定される特徴点とを関連付けて、正しい狙い位置に補正する例を説明する。
図１３は、溶着ビードＢの頂点と溶加材Ｍの先端位置との関係から、溶接トーチ１５の狙い位置を補正する様子を示す説明図である。

図１３に示すように、溶接トーチ１５の回転後、溶接トーチ１５の狙い位置Ｔ_１は、正しい狙い位置Ｔ_０からずれている。そこで、制御部１３は、形状計測部３３により計測した実プロファイルから、特徴点である溶着ビードＢｘの頂点Ｃ_１を求め、狙い位置Ｔ_１と頂点Ｃ_１との位置関係を求める。具体的には、頂点Ｃ_１から狙い位置Ｔ_１に向かう補正ベクトルＶａを求める。そして、予め用意された基準プロファイルから溶着ビードＢｘの頂点Ｃ_０を求め、頂点Ｃ_０から補正ベクトルＶａ分を移動した位置を正しい狙い位置Ｔ_０に設定する。

このような方法であっても、溶接トーチ１５の狙い位置を、正しい狙い位置Ｔ_０に正確に補正できる。なお、前述した特徴点は、母材Ａの角部又は溶着ビードＢｘの頂点であってもよいし、母材Ａ又は溶着ビードＢｘの長手方向に直交する断面における任意の点であってもよい。また、特徴点は、実プロファイルの全部又は一部を、幾何学形状のモデルに近似して得られるモデルの形状特徴点であってよい。

図１４は、溶接トーチの狙い位置の補正の有無によるビード形成パスの違いを模式的に示す説明図である。
溶接トーチ１５を、軌道計画に従って、狙い位置Ｐ_０から、Ｐ_ｂ１，Ｐ_ｂ２，Ｐ_ｂ３，Ｐ_ｂ４の順で移動させる際、母材Ａが溶接トーチ１５の移動方向から傾斜していた場合を考える。このとき、溶接トーチの狙い位置を補正せずに軌道計画どおりに移動させると、溶着ビードの形成位置が母材Ａから徐々に離れて適正なビード形成ができなくなる。

そこで、溶接トーチ１５を、狙い位置Ｐ_ｂ１に移動させる際、その狙い位置を前述した方法で補正する。これにより、溶着ビードが母材Ａに沿った適正な位置に安定して形成される。つまり、溶接トーチ１５を狙い位置Ｐ_ｂ１に移動させる際に、狙い位置Ｐ_ｂ１を位置Ｐ_ａ１に補正する。同様に、位置Ｐ_ｂ２についても位置Ｐ_ａ２に補正することを繰り返し、溶接トーチ１５を位置Ｐ_０からＰ_ａ１，Ｐ_ａ２，Ｐ_ａ３，Ｐ_ａ４の順で移動させる。

このように、溶接トーチ１５の狙い位置を逐次補正することで、ビード形成パスを正確な狙い位置に沿わせて、正しい位置に溶着ビードＢを形成できる。よって、造形物を高精度に造形できるようになる。

以上説明した各実施形態において、溶接トーチ１５の狙い位置の補正は、溶着ビードＢを、母材Ａ又は下地となる既設の溶着ビードＢに対してオーバーハングとなる位置に形成する場合にだけ実施することでもよい。その場合、狙い位置の補正処理を全ての領域に実施する必要がなく、生産性の低下を抑制できる。また、特に狙い位置の精度が求められるオーバーハング等の部位にのみ狙い位置の補正を実施することにより、形状精度の確保と生産性の両立をバランスよく実施できる。

図１５は、狙い位置の補正を行わずに溶接トーチを移動させ、形状計測部により母材の特徴点である角部の高さ分布を検出した結果を（Ａ），（Ｂ）に示す参考例のグラフである。
図１５の（Ａ）は、溶接トーチの移動方向に沿った合計６箇所（位置Ｐ_ｔ１，Ｐ_ｔ２，Ｐ_ｔ３，Ｐ_ｔ４，Ｐ_ｔ５，Ｐ_ｔ６）の角部を含む領域の高さ分布を示している。また、図１５の（Ｂ）は、図１５の（Ａ）の角部付近の領域ＣＮの高さ分布を拡大して示している。

狙い位置の補正を行わない場合、母材の角部の位置が図１５の（Ｂ）に示すように、ばらつきを有しており、溶接トーチの移動とともに母材の角部との距離が変動している。

図１６は、狙い位置を補正しつつ溶接トーチを移動させ、形状計測部により母材の特徴点である角部の高さ分布を検出した結果を（Ａ），（Ｂ）に示すグラフである。
図１６は、図１５と同様に溶接トーチの移動方向に沿った合計６箇所の角部の高さ分布を示している。図１６の（Ｂ）と図１５の（Ｂ）とを比較すると、狙い位置を補正した図１６の（Ｂ）の結果は、角部の移動が少なくなっている。つまり、狙い位置を補正することで、溶接トーチが母材の角部と平行に移動したことがわかる。

図１７は、図１６に示す位置Ｐ_ｔ１～Ｐ_ｔ６における水平位置及び高さの補正量の変化を示すグラフである。
補正量は、位置Ｐｔ１から移動するほど大きくなり、特に水平方向に関しては、移動距離に比例して補正量が変化しており、母材の角部と溶接トーチの移動方向とが傾斜していたことがわかる。

図１８は、狙い位置を補正しつつ母材の角部に沿って溶着ビードを形成した場合のビード始端位置、ビード中間位置、ビード終端位置のそれぞれでビード長手方向に直交する断面形状を測定した結果を示すグラフである。
溶接トーチの狙い位置を補正することで、形成された溶着ビードの断面形状は、ビード始端位置、ビード中間位置、ビード終端位置で略一定となった。つまり、ビード位置によらずに適正なビード形成が行え、高い形成精度で造形物を得ることが可能となる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置において、前記溶接トーチの狙い位置を補正する造形装置の制御方法であって、
予め用意された、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部により構成される位置決め指標体の形状が含まれる基準プロファイルを取得する工程と、
前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する工程と、
前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求める工程と、
前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する工程と、
を備える造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、予め用意された基準プロファイルと、形状計測部によって計測して得られる実プロファイルとを比較して、溶接トーチの狙い位置のずれ量を求め、このずれ量に応じて溶接トーチの狙い位置を補正できる。よって、溶接ロボット及び溶接トーチの駆動に伴う溶接トーチの狙い位置のずれを補正して、正確な造形を実施できる。

（２） 前記基準プロファイルは、前記マニピュレータの駆動前に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む情報であり、
前記実プロファイルは、前記マニピュレータを駆動して前記溶接トーチを回転移動させた後に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む情報である、（１）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、特徴点が、基準プロファイル及び実プロファイルの情報を代表することになり、ずれ補正におけるロバスト性の向上を期待できる。

（３） 前記特徴点は、前記形状計測部により計測された前記実プロファイルの全部又は一部を、幾何学形状のモデルに近似して得られる前記モデルの形状特徴点である、（２）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、特徴点が、任意の幾何学形状のモデルの形状特徴点に設定されるため、計測した実プロファイルの計測誤差が補正に及ぼす影響を低減できる。

（４） 前記溶接トーチの狙い位置のずれ量は、前記基準プロファイルと前記実プロファイルとにおける複数種の前記特徴点同士の位置ずれを平均した量から求める、（２）又は（３）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、複数の特徴点の変化分を平均することで、ずれ補正におけるロバスト性の向上を期待できる。

（５） 前記特徴点は、複数列に並んだ前記溶着ビード同士の間に形成される複数の谷部のうちのいずれかを含む、（２）～（４）のいずれか１つに記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、溶着ビード同士の間の谷部を特徴点とすることで、ビード断面形状によらずに、正確かつ確実に特徴点を設定できる。

（６） 前記特徴点は、前記母材の有する角部の頂点である、（２）～（４）のいずれか１つに記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、プロファイルに、乱れ、ばらつき等が生じた場合でも、母材の角部の頂点であれば位置を特定しやすく、容易にかつ適切に特徴点を設定できる。

（７） 前記特徴点は、前記溶着ビードの長手方向に直交する断面における頂点である、（２）～（４）のいずれか１つに記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、溶着ビードの最大高さ位置である頂点を抽出することにより、適切に特徴点を設定できる。

（８） 前記基準プロファイルは、前記位置決め指標体の設計形状である、（１）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、母材の設置誤差、傾き、溶着ビードの垂れ、等の意図せぬ誤差要因にも対応しつつ、狙い位置の補正を正確に行える。

（９） 前記実プロファイルにおける前記位置決め指標体の特徴点の位置から、前記基準プロファイルにおける前記位置決め指標体の特徴点の位置までの方向及び長さを表す補正ベクトルを求め、
前記補正ベクトルに応じて前記溶接トーチの狙い位置を補正するための前記動作補正指令を出力する、（８）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、実プロファイルと基準プロファイルとの比較により求めた補正ベクトルを用いて正確な狙い位置が求められる。これにより、簡単な演算で溶接トーチの狙い位置が求められ、この求めた正確な狙い位置に溶接トーチを移動できる。

（１０）前記特徴点は、前記母材の有する角部の頂点である、（９）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、プロファイルに、乱れ、ばらつき等が生じた場合でも、母材の角部の頂点であれば位置を特定しやすく、容易にかつ適切に特徴点を設定できる。

（１１） 前記特徴点は、前記溶着ビードの長手方向に直交する断面における頂点である、（９）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、溶着ビードの最大高さ位置である頂点を抽出することにより、適切に特徴点を設定できる。

（１２） 前記特徴点に代えて、前記溶接トーチから突出した前記溶加材の先端を前記特徴点として用いる、（９）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、溶着ビードを形成する溶加材Ｍの先端を狙い位置に設定することで、より高精度な造形が行える。

（１３） 前記特徴点は、前記実プロファイルの全部又は一部を、幾何学形状のモデルに近似して得られる前記モデルの形状特徴点である、（９）に記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、特徴点が、任意の幾何学形状のモデルの形状特徴点に設定されるため、計測した実プロファイルの計測誤差が補正に及ぼす影響を低減できる。

（１４） 前記溶着ビードを、前記母材又は下地となる既設の前記溶着ビードに対してオーバーハングとなる位置に形成する場合にだけ、前記溶接トーチの狙い位置の補正を実施する、（１）～（１３）のいずれか１つに記載の造形装置の制御方法。
この造形装置の制御方法によれば、特に狙い位置の精度が求められるオーバーハングの部位にのみ補正を実施することにより、形状精度の確保と生産性の両立をバランスよく実施できる。

（１５） 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置であって、
前記溶接トーチの狙い位置を、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部より構成される位置決め指標体を用いて補正する制御部を備え、
前記制御部は、
予め用意された、前記位置決め指標体の形状を含む基準プロファイルを取得する基準プロファイル取得部と、
前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する実プロファイル取得部と、
前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求めるずれ量算出部と、
前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する出力部と、
を備える造形装置。
この造形装置によれば、予め用意された基準プロファイルと、形状計測部によって計測して得られる実プロファイルとを比較して、溶接トーチの狙い位置のずれ量を求め、このずれ量に応じて溶接トーチの狙い位置を補正できる。よって、溶接ロボット及び溶接トーチの駆動に伴う溶接トーチの狙い位置のずれを補正して、正確な造形を実施できる。

（１６） 前記基準プロファイルは、前記マニピュレータの駆動前に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含み、
前記実プロファイルは、前記マニピュレータを駆動して前記溶接トーチを回転移動させた後に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む、（１５）に記載の造形装置。
この造形装置によれば、特徴点が、基準プロファイル及び実プロファイルの情報を代表することになり、ずれ補正におけるロバスト性の向上を期待できる。

（１７） 前記基準プロファイルは、前記位置決め指標体の設計形状である、（１５）に記載の造形装置。
この造形装置によれば、母材の設置誤差、傾き、溶着ビードの垂れ、等の意図せぬ誤差要因にも対応しつつ、狙い位置の補正を正確に行える。

（１８） 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置において、前記溶接トーチの狙い位置を補正する造形装置の制御方法の手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
コンピュータに、
予め用意された、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部により構成される位置決め指標体の形状が含まれる基準プロファイルを取得する機能と、
前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する機能と、
前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求める機能と、
前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する機能と、
を実現させるためのプログラム。
このプログラムによれば、造形装置は、予め用意された基準プロファイルと、形状計測部によって計測して得られる実プロファイルとを比較し、溶接トーチの狙い位置のずれ量を求め、溶接トーチの狙い位置を補正できる。よって、溶接ロボット及び溶接トーチの駆動に伴う溶接トーチの狙い位置のずれを補正し、正確な造形を実施できる。

（１９）前記基準プロファイルは、前記マニピュレータの駆動前に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含み、
前記実プロファイルは、前記マニピュレータを駆動して前記溶接トーチを回転移動させた後に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む、（１８）に記載のプログラム。
このプログラムによれば、特徴点が、基準プロファイル及び実プロファイルの情報を代表することになり、ずれ補正におけるロバスト性の向上が期待できる。

（２０）前記基準プロファイルは、前記位置決め指標体の設計形状である、（１８）に記載のプログラム。
このプログラムによれば、母材の設置誤差、傾き、溶着ビードの垂れ、等の意図せぬ誤差要因にも対応しつつ、狙い位置の補正を正確に行える。

１１ 造形部
１３ 制御部
１５ 溶接トーチ
１７ 溶接ロボット（マニピュレータ）
２１ ロボット駆動部
２３ 溶加材供給部
２５ 溶接電源部
２７ ベースプレート（母材）
２９ リール
３０ 造形物
３３ 形状計測部
３５ 基準プロファイル取得部
３７ 実プロファイル取得部
３９ ずれ量算出部
４１ 出力部
４５ 柱部
４７ 張り出し部
１００ 積層造形装置（造形装置）
Ａ 母材
Ｂ，ＢＸ 溶着ビード
Ｃ_０，Ｃ_１，Ｃ_３頂点（特徴点）
Ｃ_２ 中心点（特徴点）
Ｆ センサ計測視野
ＬＢ レーザ光
Ｍ 溶加材（溶接ワイヤ）

Claims (15)

1. 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置において、前記溶接トーチの狙い位置を補正する造形装置の制御方法であって、
   予め用意された、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部により構成される位置決め指標体の形状が含まれる基準プロファイルを取得する工程と、
   前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する工程と、
   前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求める工程と、
   前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する工程と、
   を備え、
   前記基準プロファイルは、前記マニピュレータの駆動前に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む情報であり、
   前記実プロファイルは、前記マニピュレータを駆動して前記溶接トーチを回転移動させた後に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む情報である、
   造形装置の制御方法。
2. 前記特徴点は、前記形状計測部により計測された前記実プロファイルの全部又は一部を、幾何学形状のモデルに近似して得られる前記モデルの形状特徴点である、
   請求項１に記載の造形装置の制御方法。
3. 前記溶接トーチの狙い位置のずれ量は、前記基準プロファイルと前記実プロファイルとにおける複数種の前記特徴点同士の位置ずれを平均した量から求める、
   請求項１又は２に記載の造形装置の制御方法。
4. 前記特徴点は、複数列に並んだ前記溶着ビード同士の間に形成される複数の谷部のうちのいずれかを含む、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法。
5. 前記特徴点は、前記母材の有する角部の頂点である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法。
6. 前記特徴点は、前記溶着ビードの長手方向に直交する断面における頂点である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法。
7. 前記基準プロファイルは、前記位置決め指標体の設計形状である、
   請求項１に記載の造形装置の制御方法。
8. 前記実プロファイルにおける前記位置決め指標体の特徴点の位置から、前記基準プロファイルにおける前記位置決め指標体の特徴点の位置までの方向及び長さを表す補正ベクトルを求め、
   前記補正ベクトルに応じて前記溶接トーチの狙い位置を補正するための前記動作補正指令を出力する、
   請求項７に記載の造形装置の制御方法。
9. 前記特徴点は、前記母材の有する角部の頂点である、
   請求項８に記載の造形装置の制御方法。
10. 前記特徴点は、前記溶着ビードの長手方向に直交する断面における頂点である、
    請求項８に記載の造形装置の制御方法。
11. 前記特徴点に代えて、前記溶接トーチから突出した前記溶加材の先端を前記特徴点として用いる、
    請求項８に記載の造形装置の制御方法。
12. 前記特徴点は、前記実プロファイルの全部又は一部を、幾何学形状のモデルに近似して得られる前記モデルの形状特徴点である、
    請求項８に記載の造形装置の制御方法。
13. 前記溶着ビードを、前記母材又は下地となる既設の前記溶着ビードに対してオーバーハングとなる位置に形成する場合にだけ、前記溶接トーチの狙い位置の補正を実施する、
    請求項１～１２のいずれか１項に記載の造形装置の制御方法。
14. 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置であって、
    前記溶接トーチの狙い位置を、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部より構成される位置決め指標体を用いて補正する制御部を備え、
    前記制御部は、
    予め用意された、前記位置決め指標体の形状を含む基準プロファイルを取得する基準プロファイル取得部と、
    前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する実プロファイル取得部と、
    前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求めるずれ量算出部と、
    前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する出力部と、
    を備え、
    前記基準プロファイルは、前記マニピュレータの駆動前に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含み、
    前記実プロファイルは、前記マニピュレータを駆動して前記溶接トーチを回転移動させた後に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む、造形装置。
15. 溶接トーチを保持したマニピュレータを用いて、前記溶接トーチに供給された溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを母材上に繰り返し形成する造形装置において、前記溶接トーチの狙い位置を補正する造形装置の制御方法の手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
    コンピュータに、
    予め用意された、前記母材又は前記溶着ビードの少なくとも一部により構成される位置決め指標体の形状が含まれる基準プロファイルを取得する機能と、
    前記溶接トーチ又は前記マニピュレータに取り付けた形状計測部によって、前記位置決め指標体の形状を計測して実プロファイルを取得する機能と、
    前記位置決め指標体の前記基準プロファイルと前記実プロファイルとを比較して、双方の前記位置決め指標体の位置ずれから前記溶接トーチの狙い位置のずれ量を求める機能と、
    前記ずれ量に応じて、前記溶接トーチの狙い位置を補正するための、前記マニピュレータの動作補正指令を出力する機能と、
    を実現させるためのプログラムであり、
    前記基準プロファイルは、前記マニピュレータの駆動前に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含み、
    前記実プロファイルは、前記マニピュレータを駆動して前記溶接トーチを回転移動させた後に前記形状計測部により計測した、前記位置決め指標体の特徴点の位置情報を含む、プログラム。

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