WO2021079499A1 - 数値制御装置、付加製造装置および付加製造装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

数値制御装置であるＮＣ装置（１０）は、付加製造装置を制御する。付加製造装置は、溶融した材料の付加による造形を行う。ＮＣ装置（１０）は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まることによって生じるドロップの発生を監視する監視部（３６）と、発生したドロップを付加製造装置に除去させるための指令を生成する指令生成部（３５）と、を備える。ＮＣ装置（１０）は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制させることができる。

Description

数値制御装置、付加製造装置および付加製造装置の制御方法

　本発明は、付加製造装置を制御する数値制御装置、溶融した材料の付加による造形を行う付加製造装置および付加製造装置の制御方法に関する。

　指向性エネルギ堆積（Direct　Energy　Deposition：ＤＥＤ）方式によって立体形状を製造する付加製造装置が知られている。付加製造装置には、材料であるワイヤを局所的に溶融させ、溶融した材料の付加によって造形を行うものがある。かかる付加製造装置は、加工ヘッドから出射したビームの照射領域へワイヤを送給することによって、溶融した材料をワークに接触させながら造形を行う。

　ワイヤを使用する付加製造装置では、ワークから離れた位置にてワイヤが溶融することによって、溶融後の材料が溶融前のワイヤの先端に留まる現象が生じることがある。かかる現象によって、ワイヤの先端には溶融後の材料の塊であるドロップが生じる。この場合、ワイヤに材料が留まることによって、材料が付加されるべき位置に材料が付加されないまま造形が継続されることがある。また、ドロップが生じた後に造形が継続された場合に、溶融した材料とともにドロップがワークへ付加されることによって、過大な量の材料がワークへ付加される場合がある。さらに、ドロップは、意図しない位置に落下することがある。溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象が生じた場合におけるこのような不具合によって、製品の形状精度は低下する。

　従来は、このような不具合を抑制するために、付加製造装置のユーザがドロップの発生を監視するとともに、ドロップが発生した場合には、造形を中断してドロップを除去する作業をユーザが行う必要があった。この場合、ユーザの負担が大きいことと、ドロップの発生が見落とされる場合があることから、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制することが困難であった。

　特許文献１には、溶接における融合不良といった欠陥の有無を判定する溶接処理システムが開示されている。特許文献１に記載の溶接処理システムは、ワークに形成される溶融池を撮影して、溶融池の形状に基づいて欠陥の有無を判定する。

特開２０１７－１４８８４１号公報

　しかしながら、上記特許文献１に記載されるように溶融池の形状が検知されても、付加製造装置による造形において発生するドロップを検知することはできない。このため、上記特許文献１に記載の技術では、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制させることができないという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制させることができる数値制御装置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、本発明にかかる数値制御装置は、溶融した材料の付加による造形を行う付加製造装置を制御する数値制御装置である。本発明にかかる数値制御装置は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まることによって生じるドロップの発生を監視する監視部と、発生したドロップを付加製造装置に除去させるための指令を生成する指令生成部と、を備える。

　本発明にかかる数値制御装置は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制させることができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる付加製造装置の概略構成を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置が有する数値制御装置の構成を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置による造形の様子を示す図 図３に示す造形の様子を撮影することによって得られる画像の例を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置による造形においてドロップが発生する様子を示す図 図５に示す造形の様子を撮影することによって得られる画像の例を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置が造形を継続する様子を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置が、ドロップが発生した状態で造形を継続する様子を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置の動作手順を示すフローチャート 実施の形態１にかかる付加製造装置が有する監視部による判定について説明するための第１の図 実施の形態１にかかる付加製造装置が有する検知部の第１変形例を示す図 実施の形態１にかかる付加製造装置が有する監視部による判定について説明するための第２の図 実施の形態１にかかる付加製造装置が有する検知部の第２変形例を示す図 本発明の実施の形態２にかかる付加製造装置の動作手順を示すフローチャート 本発明の実施の形態３にかかる付加製造装置による造形の様子を示す図 実施の形態３にかかる付加製造装置が、ドロップが発生した状態で造形を継続する様子を示す図 本発明の実施の形態４にかかる付加製造装置の動作手順を示すフローチャート

　以下に、本発明の実施の形態にかかる数値制御装置、付加製造装置および付加製造装置の制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。以下の説明では、数値制御装置をＮＣ（Numerical　Control）装置と称することがある。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１にかかる付加製造装置の概略構成を示す図である。付加製造装置１は、溶融した材料の付加による造形を行う工作機械である。付加製造装置１は、材料であるワイヤ６をビーム５によって局所的に溶融させる。付加製造装置１は、溶融後の材料の凝固物であるビードを基材の上に積層することによって、立体形状を製造する。実施の形態１において、ビーム５はレーザビームである。ワーク１７は、溶融した材料が付加される物体であって、基材とビードとを指すものとする。ワーク１７は、ステージ１８に載せられる。

　付加製造装置１は、ビーム源であるレーザ発振器２を有する。レーザ発振器２は、ワーク１７へ照射させるビーム５を発生させる。ビーム５は、光伝送路であるファイバーケーブル３を通じて加工ヘッド４へ伝搬する。加工ヘッド４は、ワーク１７へ向けてビーム５を出射するビームノズル１４を有する。

　ワイヤ６は、ワイヤ６の供給源であるワイヤスプール８に巻き付けられている。回転モータ７は、ワイヤスプール８を回転させる駆動源である。回転モータ７の駆動によって、ワイヤ６は、ワイヤスプール８から送り出される。ワイヤスプール８から送り出されたワイヤ６は、加工ヘッド４に設けられているワイヤノズル９を通されて、ビーム５の照射位置へ送給される。

　付加製造装置１は、ガス１３を供給するガス供給装置１２を有する。ガス１３は、ガス供給装置１２から配管１５を通ってガスノズルへ流れる。ビームノズル１４とガスノズルとは、同軸上に配置される。ガスノズルは、ワーク１７へ向けてガス１３を噴射する。ガスノズルの図示は省略する。付加製造装置１は、ガス１３を噴射することによって、ビードの酸化を抑制するとともに、ビードを冷却する。なお、ビームノズル１４とガスノズルとは、同軸上に配置されていなくても良い。

　付加製造装置１は、加工ヘッド４を移動させるヘッド駆動部１１を有する。ヘッド駆動部１１は、３軸の各々の方向における並進運動を行う動作機構である。ヘッド駆動部１１は、加工ヘッド４を移動させることによって、ビーム５の照射位置とワイヤ６が送給される位置とを移動させる。付加製造装置１は、ワーク１７に対し加工ヘッド４を相対的に移動させることが可能であれば良い。付加製造装置１は、加工ヘッド４に対しステージ１８を移動させることによって、ビーム５の照射位置とワイヤ６が送給される位置とを移動させても良い。

　付加製造装置１は、ワーク１７を撮影するカメラ１６を有する。カメラ１６は、ドロップの発生を監視するための検知部として機能する。ビームノズル１４とカメラ１６とは、同軸上に配置される。図１では、ビームノズル１４の内部に配置されているカメラ１６を破線により示している。カメラ１６は、ワーク１７を撮影することによって得られた画像データ２５をパーソナルコンピュータ（Personal　Computer：ＰＣ）２７へ出力する。カメラ１６は、造形の様子をモニタするために使用されても良い。ステージ１８の周囲には、溶融前のワイヤ６から切り取られたドロップを回収するための容器１９が配置されている。

　付加製造装置１は、付加製造装置１の全体を制御するＮＣ装置１０を有する。ＮＣ装置１０は、ヘッド駆動部１１へ軸指令２１を出力することによってヘッド駆動部１１を制御する。ＮＣ装置１０は、レーザ発振器２へレーザ出力指令２２を出力することによってレーザ発振器２を制御する。ＮＣ装置１０は、回転モータ７へ送給指令２３を出力することによって回転モータ７を制御する。ＮＣ装置１０は、ガス供給装置１２へガス供給指令２４を出力することによってガス供給装置１２を制御する。

　図１に示す付加製造装置１のうちＮＣ装置１０およびＰＣ２７以外の構成要素は、造形部２０を構成する。造形部２０は、溶融した材料の付加による造形を行う。また、造形部２０は、ドロップが検知された場合において、ドロップを除去するための動作を含む復旧動作を行う。復旧動作については後述する。

　ＰＣ２７は、ＰＣ２７へ入力された画像データ２５を解析することによって、ワイヤ６に留まる溶融後の材料の寸法などを測定する情報処理装置である。ＰＣ２７による測定については後述する。ＰＣ２７は、測定によって得られた測定値２６をＮＣ装置１０へ出力する。なお、画像データ２５の解析は、付加製造装置１に含まれる情報処理装置によって行われる場合に限られず、付加製造装置１の外部の情報処理装置によって行われても良い。

　図１に示す付加製造装置１では、ワイヤ６が送給される方向は、加工ヘッド４からビーム５が出射される方向に対して斜めの方向である。ワイヤ６が送給される方向は、ビーム５が出射される方向と同じ方向であっても良い。ビーム５は、レーザビーム以外のビームであっても良い。ビーム５は電子ビームであっても良い。付加製造装置１は、ワイヤ６とワーク１７との間にアークを発生させることによって造形を行うものであっても良い。

　図２は、実施の形態１にかかる付加製造装置が有する数値制御装置の構成を示す図である。ＮＣ装置１０は、ＮＣ装置１０の外部の装置との接続インタフェースである入出力インタフェース３１と、各種処理を実行するプロセッサ３２と、情報を記憶するメモリ３３とを有する。

　測定値２６は、入出力インタフェース３１へ入力される。入出力インタフェース３１は、ヘッド駆動部１１へ軸指令２１を出力する。入出力インタフェース３１は、レーザ発振器２へレーザ出力指令２２を出力する。入出力インタフェース３１は、回転モータ７へ送給指令２３を出力する。入出力インタフェース３１は、ガス供給装置１２へガス供給指令２４を出力する。

　プロセッサ３２は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）である。プロセッサ３２は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）であっても良い。メモリ３３は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）またはＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　Erasable　Programmable　Read　Only　Memory）を含む。また、メモリ３３は、ＨＤＤ（Hard　Disk　Drive）またはＳＳＤ（Solid　State　Drive）を含む。

　加工プログラム３８は、入出力インタフェース３１へ入力される。メモリ３３は、入出力インタフェース３１へ入力された加工プログラム３８を記憶する。加工プログラム３８は、コンピュータ支援製造（Computer　Aided　Manufacturing：ＣＡＭ）装置によって作成された数値制御プログラムである。

　プログラム解析部３４と、指令生成部３５と、監視部３６と、補正部３７とは、プロセッサ３２を使用することによって実現される機能部である。プログラム解析部３４と、指令生成部３５と、監視部３６と、補正部３７との各機能は、プロセッサ３２およびソフトウェアの組み合わせによって実現される。プログラム解析部３４と、指令生成部３５と、監視部３６と、補正部３７との各機能は、プロセッサ３２およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ３２、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ３３に格納される。プロセッサ３２は、ソフトウェアまたはファームウェアを読み出す。プロセッサ３２は、ソフトウェアまたはファームウェアを実行する。

　プログラム解析部３４は、加工プログラム３８を解析する。プログラム解析部３４は、加工プログラム３８に記述されている処理の内容を基に、移動経路を解析する。移動経路は、ワイヤ６が送給される位置を移動させる経路である。プログラム解析部３４は、解析された移動経路についてのデータを指令生成部３５へ出力する。プログラム解析部３４は、加工条件を設定するための情報を加工プログラム３８から取得し、加工条件を設定する。メモリ３３は、設定された加工条件についての情報である設定情報３９を記憶する。指令生成部３５は、メモリ３３に記憶されている設定情報３９を読み込む。

　指令生成部３５は、軸指令２１と、レーザ出力指令２２と、送給指令２３と、ガス供給指令２４との各指令を生成する。指令生成部３５は、加工プログラム３８と設定情報３９とに従った各指令である第１の指令を生成する。また、指令生成部３５は、付加製造装置１に復旧動作を行わせるための各指令である第２の指令を生成する。

　監視部３６は、ドロップの発生を監視する。監視部３６は、入出力インタフェース３１へ入力された測定値２６に基づいて、ドロップが発生したか否かを判定する。監視部３６は、判定結果を指令生成部３５へ出力する。指令生成部３５は、ドロップが発生したことを示す判定結果に従って、造形のための各指令の生成を中断し、復旧動作のための各指令を生成する。補正部３７は、ドロップが発生した場合において加工条件を補正する。

　図３は、実施の形態１にかかる付加製造装置による造形の様子を示す図である。図４は、図３に示す造形の様子を撮影することによって得られる画像の例を示す図である。実施の形態１では、付加製造装置１は、加工ヘッド４を停止させた状態においてワイヤ６の送給とビーム５の照射とを行い、かつワイヤ６の送給とビーム５の照射とを停止させた状態において加工ヘッド４を移動させる。かかる造形を、以下の説明にて点造形と称することがある。図３および図４には、ドロップが発生しない場合における点造形の様子を示している。

　図３において、ピッチＰは、ワーク１７とビームノズル１４との距離である。図３には、ピッチＰが適正な長さである状態にてビーム５の照射が開始される前の様子と、ピッチＰが適正な長さである状態のままビーム５がワーク１７へ照射される様子とを示している。図３には、加工ヘッド４と、ワイヤノズル９からワーク１７へ送給されるワイヤ６と、ワーク１７とを示している。図４には、カメラ１６によって撮影される画像４０を示している。図４には、ビーム５の照射が開始される前に撮影された画像４０とビーム５がワーク１７へ照射されているときに撮影された画像４０とを示している。

　点造形が開始される前に、ビームノズル１４とワイヤ６の先端とが同軸上に配置されるようにワイヤ６の先端の位置が調整されて、加工位置へ加工ヘッド４が移動する。加工位置は、造形が行われる位置である。図３に示す場合は、ワイヤ６の先端がワーク１７の面の上に合わせられている状態においてワイヤ６の送給とビーム５の照射とが開始される。溶融した材料がワーク１７へ付加されている間、溶融した材料がワーク１７から離れない状態が保たれる。また、ワイヤ６の先端の位置は、スポット４１の内部に保たれる。スポット４１は、ビーム５の照射領域である。

　次に、ドロップが発生する場合について説明する。図５は、実施の形態１にかかる付加製造装置による造形においてドロップが発生する様子を示す図である。図６は、図５に示す造形の様子を撮影することによって得られる画像の例を示す図である。図５には、ピッチＰが適正な長さよりも長い状態にてビーム５の照射が開始される前の様子と、ピッチＰが適正な長さよりも長い状態のままビーム５がワーク１７へ照射される様子とを示している。図５には、加工ヘッド４と、ワイヤノズル９からワーク１７へ送給されるワイヤ６と、ワーク１７とを示している、図６には、カメラ１６によって撮影される画像４０を示している。図６には、ビーム５の照射が開始される前に撮影された画像４０とビーム５がワーク１７へ照射されているときに撮影された画像４０とを示している。ワーク１７における蓄熱などの影響によって、ワーク１７の面が下がる場合がある。ワーク１７の面が下がることによって、図５に示すようにピッチＰは長くなる。

　図５に示す場合は、ワイヤ６の先端の位置が調整されて、加工ヘッド４が造形を開始する位置へ移動した状態において、ワイヤ６の先端とワーク１７の面とは乖離している。ワイヤ６の先端とワーク１７の面とが乖離している状態においてワイヤ６の送給とビーム５の照射とが開始されることによって、ワーク１７の面から間隔ｄの位置にてワイヤ６が溶融する。溶融した材料はワーク１７の面に到達せずに、ワイヤ６の先端に留まる。溶融後の材料が溶融前のワイヤ６の先端に留まる現象によって、ワイヤ６の先端にはドロップ４２が生じる。ドロップ４２は、溶融後の材料によって形成される球状の塊である。スポット４１の内部にはドロップ４２の一部が入る。ドロップ４２は、ワイヤ６の送給速度に対してビーム５の出力が過大である場合においても生じることがある。

　図７は、実施の形態１にかかる付加製造装置が造形を継続する様子を示す図である。図７には、図３に示すようにピッチＰが適正な長さである場合であって、ドロップ４２が発生せずに造形が継続されている様子を示している。この場合、正常な造形によって、ワーク１７の面には、一定のサイズのビード４３が隙間なく形成される。

　図８は、実施の形態１にかかる付加製造装置が、ドロップが発生した状態で造形を継続する様子を示す図である。図８には、図５に示すようにピッチＰが適正な長さよりも長い状態にてドロップ４２が発生した場合における造形の様子を示している。図８には、正常なビード４３が形成された後にドロップ４２が発生した場合の様子を示している。ドロップ４２が発生した加工位置では、溶融した材料がワイヤ６に留まることによって、ビード４３は形成されない。ドロップ４２が発生した加工位置の次の加工位置では、溶融した材料とともにドロップ４２が付加されることによって、ビード４３よりも大きなビード４４が形成される。ビード４４の隣の領域４５では、ビード４３が欠損する。ドロップ４２は、ワーク１７のうち加工位置以外の位置に落下する場合もある。このように、ドロップ４２が形成されることによって、過大なビード４４の形成、ビード４３の欠損、加工位置以外の位置へのドロップ４２の落下といった不具合が生じることがある。このような不具合によって、製品の形状精度は低下する。

　次に、ドロップ４２の発生による不具合を抑制するための付加製造装置１の動作について説明する。図９は、実施の形態１にかかる付加製造装置の動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、プログラム解析部３４は、加工条件を設定する。メモリ３３には、ワイヤ６の送給速度、ビーム５の出力値、およびピッチＰといった加工条件についての設定情報３９が記憶される。

　ステップＳ２において、回転モータ７は、ワイヤ６の先端を位置合わせする。すなわち、回転モータ７は、ビームノズル１４とワイヤ６の先端とが同軸上に配置されるようにワイヤ６の先端の位置を調整する。ステップＳ３において、加工ヘッド４は、加工位置へ移動する。ステップＳ４において、付加製造装置１は、ワイヤ６の送給とビーム５の照射とを開始する。これにより、付加製造装置１は、溶融した材料の付加による造形を開始する。

　ステップＳ５において、監視部３６は、ドロップ４２が発生したか否かを判定する。監視部３６は、溶融前のワイヤ６の先端に留まる溶融後の材料の寸法を測定した結果である測定値２６に基づいて、ドロップ４２が発生したか否かを判定する。監視部３６による判定の手法については後述する。

　ドロップ４２が発生していないと監視部３６が判定した場合（ステップＳ５，Ｎｏ）、ステップＳ６において、付加製造装置１は、現在の加工位置にてワイヤ６の送給とビーム５の照射とを開始してから指定時間が経過したか否かを判断する。指定時間は、加工位置ごとにおける材料付加を継続させる時間であって、加工プログラム３８によって指定される時間である。指定時間が経過していない場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、付加製造装置１は、ステップＳ５へ手順を戻す。付加製造装置１は、溶融した材料の付加を継続する。監視部３６は、溶融した材料の付加を継続する間、ドロップ４２の発生を常に監視する。

　指定時間が経過した場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、付加製造装置１は、ステップＳ７において、ワイヤ６の送給とビーム５の照射とを停止する。ステップＳ８において、加工ヘッド４は、ビームノズル１４の軸方向において加工位置から離れることによって、ワイヤ６を退避させる。

　ステップＳ９において、付加製造装置１は、造形が完了したか否かを判断する。造形が完了していない場合（ステップＳ９，Ｎｏ）、付加製造装置１は、手順をステップＳ２へ戻し、造形を継続する。造形が完了した場合（ステップＳ９，Ｙｅｓ）、付加製造装置１は、図９に示す手順による動作を終了する。

　ステップＳ５において、ドロップ４２が発生したと監視部３６が判定した場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、ステップＳ１０において、付加製造装置１は、ワイヤ６の送給とビーム５の照射とを停止する。これにより、付加製造装置１は、指定時間内においてドロップ４２が検知された場合に、造形を中断する。

　ステップＳ１１からステップＳ１５は、復旧動作の手順である。復旧動作は、正常な造形を行うことができる状態へ付加製造装置１の状態を戻すための動作である。復旧動作には、ドロップ４２を除去するための動作が含まれる。また、復旧動作には、造形を再開するための準備が含まれる。付加製造装置１は、準備として、ワーク１７の予熱と、加工条件の補正とを行う。また、準備には、ドロップ４２を除去した後におけるステップＳ２およびステップＳ３の動作も含まれる。

　ステップＳ１１において、加工ヘッド４は、容器１９へ移動する。すなわち、加工ヘッド４は、溶融前のワイヤ６から除去されたドロップ４２が回収される場所へ移動する。ステップＳ１２において、付加製造装置１は、溶融前のワイヤ６からドロップ４２を除去する。付加製造装置１は、ビーム５の照射によって、ワイヤ６からドロップ４２を切断する。付加製造装置１は、切断のための機構であるカッターを有しても良い。付加製造装置１は、カッターを使用してワイヤ６からドロップ４２を切断しても良い。

　ドロップ４２を除去した後、加工ヘッド４は、ステップＳ１３において予熱位置へ移動する。予熱位置は、次のステップＳ１４における予熱においてビーム５を照射させる位置であって、造形を中断したときの加工位置、または造形を中断したときの加工位置の周辺の位置である。

　ステップＳ１４において、付加製造装置１は、予熱位置へビーム５を照射することによって、ワーク１７を予熱する。付加製造装置１は、ワーク１７の温度を測定する温度センサを有する。付加製造装置１は、造形時におけるワーク１７の温度と同じ温度までワーク１７を予熱する。付加製造装置１は、ワーク１７を予熱することによって、ワーク１７の濡れ性を向上させる。付加製造装置１は、ワーク１７の濡れ性を向上させることによって、ビード４３の剥離を低減できる。これにより、付加製造装置１は、造形を再開した際においてビード４３を安定して形成することができる。

　ステップＳ１５において、補正部３７は、加工条件を補正する。補正部３７は、加工条件を補正することによって、造形を再開した後におけるドロップ４２の発生を抑制させる。補正部３７は、ワイヤ６の送給速度の向上、ビーム５の出力の向上、あるいはピッチＰの縮小といった補正を行う。

　ステップＳ１５の後、付加製造装置１は、手順をステップＳ２へ戻す。ステップＳ３において、加工ヘッド４は、造形が中断されたときの加工位置へ移動する。その後、付加製造装置１は、ステップＳ４におけるワイヤ６の送給とビーム５の照射とによって、造形を再開する。造形が中断されたときの加工位置へ加工ヘッド４が移動することによって、付加製造装置１は、ビード４３の欠損を抑制することができる。また、付加製造装置１は、ビード４３が既に形成された加工位置にビード４３が重複して形成される事態を抑制することができる。図９に示す手順による復旧動作によって、付加製造装置１は、点造形により加工位置へ材料が付加される前の時点においてドロップ４２が発生した場合に、形状精度を低下させることなく、造形を継続することができる。

　付加製造装置１は、監視部３６がドロップ４２の発生を監視することによって、ドロップ４２の発生をユーザによって監視する必要が無くなる。これにより、付加製造装置１は、ユーザの負担を低減することができ、かつ、ドロップ４２の発生が見落とされる事態を抑制することができる。付加製造装置１は、ドロップ４２が検知された場合に、造形の中断とドロップ４２の除去とを自動で行う。付加製造装置１は、ドロップ４２を除去した後の造形の再開を自動で行う。このように、付加製造装置１は、ドロップ４２が発生した場合における復旧動作を自動で行うことによって、復旧のための作業をユーザが行う場合に比べてユーザの負担を低減することができる。

　図１０は、実施の形態１にかかる付加製造装置が有する監視部による判定について説明するための第１の図である。図１０には、溶融前のワイヤ６のうちの先端４８と、先端４８の周辺を示している。図１０において、先端４８には、溶融後の材料４９が留まっている。ＰＣ２７は、画像データ２５に基づいて、溶融前のワイヤ６の先端４８に留まる溶融後の材料４９の幅Ｗを測定する。ＰＣ２７は、幅Ｗの測定結果である測定値２６をＮＣ装置１０へ出力する。監視部３６は、入出力インタフェース３１へ入力された測定値２６と、あらかじめ設定された閾値とを比較する。監視部３６は、測定値２６が閾値以上である場合、溶融後の材料４９がドロップ４２であると判定する。すなわち、監視部３６は、測定値２６が閾値以上である場合、ドロップ４２が発生したと判定する。監視部３６は、測定値２６が閾値未満である場合、溶融後の材料４９がドロップ４２ではないと判定する。すなわち、監視部３６は、測定値２６が閾値未満である場合、ドロップ４２が発生していないと判定する。

　ドロップ４２を監視するための検知部は、ビームノズル１４の軸上に配置されるカメラ１６に限られない。検知部は、ビームノズル１４の軸上以外の位置に配置されても良く、カメラ１６以外であっても良い。

　図１１は、実施の形態１にかかる付加製造装置が有する検知部の第１変形例を示す図である。検知部であるカメラ４６は、ワーク１７の斜め上に配置されている。カメラ４６は、カメラ１６と同様に、ＰＣ２７へ画像データ２５を出力する。この場合も、ＰＣ２７は、画像データ２５に基づいて、溶融後の材料４９の幅Ｗを測定する。

　監視部３６は、溶融前のワイヤ６の先端４８とビーム５の中心との距離に基づいて、ドロップ４２が発生したか否かを判定しても良い。図１２は、実施の形態１にかかる付加製造装置が有する監視部による判定について説明するための第２の図である。ＰＣ２７は、ビームノズル１４の内部に配置されているカメラ１６によって取得された画像データ２５に基づいて、ビーム５の中心、すなわちビームノズル１４の軸と溶融前のワイヤ６の先端４８との距離Ｌを測定する。ＰＣ２７は、距離Ｌの測定結果である測定値２６をＮＣ装置１０へ出力する。ＰＣ２７は、ワーク１７の斜め上に配置されるカメラ４６によって取得された画像データ２５に基づいて、溶融前のワイヤ６の先端４８とビーム５の中心との距離Ｌを測定しても良い。監視部３６は、入出力インタフェース３１へ入力された測定値２６と、あらかじめ設定された閾値とを比較する。監視部３６は、測定値２６が閾値以上である場合、ドロップ４２が発生したと判定する。監視部３６は、測定値２６が閾値未満である場合、ドロップ４２が発生していないと判定する。

　検知部は、サーモグラフィーなどの、温度分布を検知する機器でも良い。ＰＣ２７は、温度分布のデータに基づいて、ワイヤ６に留まる溶融後の材料４９の寸法、あるいは溶融前のワイヤ６の先端４８とビーム５の中心との距離を測定しても良い。

　監視部３６は、溶融前のワイヤ６の先端４８とワーク１７との間隙の長さに基づいて、ドロップ４２が発生したか否かを判定しても良い。この場合、検知部には、先端４８とワーク１７とを横から撮影するカメラが用いられる。ＰＣ２７は、カメラによって取得された画像データ２５に基づいて、間隙の長さを測定する。ＰＣ２７は、長さの測定結果である測定値２６をＮＣ装置１０へ出力する。監視部３６は、入出力インタフェース３１へ入力された測定値２６と、あらかじめ設定された閾値とを比較する。監視部３６は、測定値２６が閾値以上である場合、ドロップ４２が発生したと判定する。監視部３６は、測定値２６が閾値未満である場合、ドロップ４２が発生していないと判定する。

　監視部３６は、溶融前のワイヤ６の先端４８とワーク１７との間隙の有無に基づいて、ドロップ４２が発生したか否かを判定しても良い。この場合、検知部には、先端４８とワーク１７とを横から撮影するカメラが用いられる。ＰＣ２７は、カメラによって取得された画像データ２５に基づいて、間隙の有無を判定する。ＰＣ２７は、間隙の有無の判定結果をＮＣ装置１０へ出力する。監視部３６は、間隙有りの判定結果が入出力インタフェース３１へ入力された場合、ドロップ４２が発生したと判定する。監視部３６は、間隙無しの判定結果が入出力インタフェース３１へ入力された場合、ドロップ４２が発生していないと判定する。検知部には、通電検知回路が用いられても良い。

　図１３は、実施の形態１にかかる付加製造装置が有する検知部の第２変形例を示す図である。通電検知回路４７は、ワイヤ６とワーク１７との間に接続されている。ワイヤ６とワーク１７との間には電圧が印加されている。ワイヤ６の先端４８がワーク１７に接触しているとき、通電検知回路４７は、通電を検知する。ワイヤ６の先端４８がワーク１７から離れた場合、通電検知回路４７では通電が検知されなくなる。通電検知回路４７は、通電の検知結果をＰＣ２７へ出力する。ＰＣ２７は、通電検知回路４７によって通電が検知された場合に、間隙無しと判定する。ＰＣ２７は、通電検知回路４７によって通電が検知されなかった場合に、間隙有りと判定する。

　監視部３６は、溶融前のワイヤ６の先端４８に留まる溶融後の材料４９の寸法と、先端４８とビーム５の中心との距離と、先端４８とワーク１７との間隙の長さあるいは間隙の有無とのうちの少なくとも１つによって、ドロップ４２が発生したか否かを判定する。監視部３６は、これらの組み合わせによって、ドロップ４２が発生したか否かを判定しても良い。

　実施の形態１によると、付加製造装置１は、監視部３６によってドロップ４２の発生を監視し、発生したドロップ４２を除去する。これにより、付加製造装置１は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制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、加工位置へ材料が付加されている最中にドロップ４２が発生した場合について説明する。実施の形態２において、付加製造装置１は、実施の形態１の場合と同様に動作するとともに、加工位置への材料の付加量に基づいて加工条件を補正する。

　図１４は、本発明の実施の形態２にかかる付加製造装置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Ｓ９の手順は、図９に示す場合と同様である。ステップＳ５において、ドロップ４２が発生したと監視部３６が判定した場合（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、ＰＣ２７は、ステップＳ２１において、現在の加工位置における付加量を測定する。付加量は、溶融してワーク１７の加工位置へ付加された材料の量である。

　付加製造装置１は、ワーク１７の寸法を測定するためのセンサを有する。センサには、タッチプローブといった接触式のセンサ、またはレーザプローブといった非接触式のセンサが使用される。センサは、寸法の測定結果をＰＣ２７へ出力する。ＰＣ２７は、入力された測定結果に基づいて、ドロップ４２が発生したときにおける付加量を測定する。センサとしては、カメラが用いられても良い。ＰＣ２７は、加工位置を撮影することによって得られた画像データ２５に基づいて付加量を測定しても良い。ＰＣ２７は、付加量の測定結果である測定値をＮＣ装置１０へ出力する。付加量の測定値は、入出力インタフェース３１へ入力される。

　ステップＳ１０からステップＳ１４の手順は、図９に示す場合と同様である。補正部３７は、ステップＳ１５における加工条件の補正において、ドロップ４２の発生を抑制させるための補正と併せて、付加量の測定値に基づく補正も行う。補正部３７は、測定された付加量と造形の再開によって供給される材料の量との合計が、所望のビード４３を形成可能な量となるように、加工条件を補正する。

　実施の形態２によると、付加製造装置１は、材料の付加量を測定した結果に基づいて加工条件を補正することによって、造形の再開によって過大な量の材料が付加される事態を抑制可能とする。また、付加製造装置１は、造形を再開した際に、既に加工位置へ付加された材料にワイヤ６が衝突する事態を抑制可能とする。付加製造装置１は、点造形において、加工位置へ材料が付加されている最中にドロップ４２が発生した場合に、形状精度を低下させることなく、造形を継続することができる。

実施の形態３．
　実施の形態３にかかる付加製造装置１は、加工ヘッド４を移動させながらワイヤ６の送給とビーム５の照射とを行う。かかる造形を、以下の説明にて線造形と称することがある。実施の形態３にかかる付加製造装置１は、線造形を行う場合において、ドロップ４２の発生を監視し、かつ発生したドロップ４２を除去する。

　図１５は、本発明の実施の形態３にかかる付加製造装置による造形の様子を示す図である。図１５には、図３に示す場合と同様にピッチＰが適正な長さである場合であって、ドロップ４２が発生せずに線造形が継続されている様子を示している。この場合、正常な線造形によって、ワーク１７の面には、線状のビード５１が形成される。

　図１６は、実施の形態３にかかる付加製造装置が、ドロップが発生した状態で造形を継続する様子を示す図である。図１６には、線造形の最中に、図５に示す場合と同様にピッチＰが適正な長さよりも長くなることによってドロップ４２が発生した場合の様子を示している。ドロップ４２が発生した加工位置では、溶融した材料がワイヤ６に留まることによって、ビード５１が途切れる。ドロップ４２の発生後に加工ヘッド４が移動してから、ドロップ４２は、重力の影響によってワーク１７へ落下することがある。この場合、ワーク１７には、落下したドロップ５２が付加される。ビード５１とドロップ５２との間の領域５３では、ビード５１が欠損する。ピッチＰが適正な長さよりも長い状態のまま付加製造装置１が造形を継続することによって、ビード５１の欠損とドロップ５２の付加とが繰り返される。このように、ドロップ４２が形成されることによって、ビード５１の欠損、ドロップ５２の付加といった不具合が生じることがある。このような不具合によって、製品の形状精度は低下する。

　実施の形態３にかかる付加製造装置１は、図９に示す場合と同様の手順による動作を行う。ステップＳ１５からステップＳ２へ手順が戻されてからのステップＳ３において、加工ヘッド４は、ビード５１が途切れた位置へ移動する。その後、付加製造装置１は、ステップＳ４におけるワイヤ６の送給およびビーム５の照射によって、造形を再開する。

　ビード５１が途切れた位置へ加工ヘッド４が移動することによって、付加製造装置１は、ビード５１の欠損を抑制することができる。また、付加製造装置１は、ビード５１が既に形成された位置にビード５１が重複して形成される事態を抑制することができる。付加製造装置１は、線造形においてドロップ４２が発生した場合に、形状精度を低下させることなく、造形を継続することができる。なお、付加製造装置１は、ビード５１が途切れた位置以外の位置から造形を再開しても良い。付加製造装置１は、ドロップ４２の発生が検知された加工位置から造形を再開しても良い。

　付加製造装置１は、ビード５１が途切れた位置を測定するためのセンサを有する。センサには、タッチプローブといった接触式のセンサ、またはレーザプローブといった非接触式のセンサが使用される。位置を測定するためのセンサとしては、カメラが用いられても良い。ＰＣ２７は、加工位置を撮影することによって得られた画像データ２５に基づいて、位置を測定しても良い。なお、付加製造装置１は、図１４に示す場合と同様の手順による動作を行っても良い。

　実施の形態３によると、付加製造装置１は、監視部３６によってドロップ４２の発生を監視し、発生したドロップ４２を除去する。これにより、付加製造装置１は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制できるという効果を奏する。

実施の形態４．
　実施の形態４にかかる付加製造装置１は、ドロップ４２が発生する予兆を監視する。付加製造装置１は、実施の形態１から３におけるドロップ４２の発生の監視およびドロップ４２の除去と併せて予兆の監視を行っても良く、予兆の監視のみを行っても良い。

　図１７は、本発明の実施の形態４にかかる付加製造装置の動作手順を示すフローチャートである。ステップＳ３１において、加工ヘッド４は、加工位置へ移動する。ステップＳ３２において、付加製造装置１は、ワイヤ６の送給とビーム５の照射とを開始する。これにより、付加製造装置１は、溶融した材料の付加による造形を開始する。

　ステップＳ３３において、監視部３６は、ドロップ４２の発生の予兆を監視する。ステップＳ３４において、付加製造装置１は、現在の加工位置にてワイヤ６の送給とビーム５の照射とを開始してから指定時間が経過したか否かを判断する。指定時間が経過していない場合（ステップＳ３４，Ｎｏ）、付加製造装置１は、ステップＳ３３へ手順を戻す。付加製造装置１は、溶融した材料の付加を継続する。監視部３６は、溶融した材料の付加を継続する間、ドロップ４２の発生の予兆を常に監視する。監視部３６がドロップ４２の発生の予兆を検知する手法については後述する。

　指定時間が経過した場合（ステップＳ３４，Ｙｅｓ）、付加製造装置１は、ステップＳ３５において、ワイヤ６の送給とビーム５の照射とを停止する。ステップＳ３６において、監視部３６は、ドロップ４２の発生の予兆を検知したか否かを判断する。監視部３６がドロップ４２の発生の予兆を検知した場合（ステップＳ３６，Ｙｅｓ）、補正部３７は、ステップＳ３７において加工条件を補正する。補正部３７は、加工条件を補正することによって、ドロップ４２の発生を抑制させる。補正部３７は、ワイヤ６の送給速度の向上、ビーム５の出力の向上、あるいはピッチＰの縮小といった補正を行う。

　ステップＳ３７における補正の後、付加製造装置１は、ステップＳ３８へ手順を進める。監視部３６がドロップ４２の発生の予兆を検知しなかった場合（ステップＳ３６，Ｎｏ）、付加製造装置１は、ステップＳ３７をスキップして、ステップＳ３８へ手順を進める。

　ステップＳ３８において、加工ヘッド４は、ビームノズル１４の軸方向において加工位置から離れることによって、ワイヤ６を退避させる。ステップＳ３９において、付加製造装置１は、造形が完了したか否かを判断する。造形が完了していない場合（ステップＳ３９，Ｎｏ）、付加製造装置１は、手順をステップＳ３１へ戻し、造形を継続する。造形が完了した場合（ステップＳ３９，Ｙｅｓ）、付加製造装置１は、図１７に示す手順による動作を終了する。

　図１０に示す場合と同様に、ＰＣ２７は、画像データ２５に基づいて、溶融前のワイヤ６の先端４８に留まる溶融後の材料４９の幅Ｗを測定する。ＰＣ２７は、幅Ｗの測定結果である測定値２６をＮＣ装置１０へ出力する。監視部３６は、入出力インタフェース３１へ入力された測定値２６と、あらかじめ設定された予兆検知用閾値とを比較する。第２の閾値である予兆検知用閾値は、実施の形態１においてドロップ４２が発生したか否かを判定するための閾値である第１の閾値よりも小さい。ドロップ４２が発生せず正常な造形が行われており、かつ、ドロップ４２が今後発生する可能性が高いと判断される場合における幅Ｗを示す値が、予兆検知用閾値として採用される。監視部３６は、測定値２６が予兆検知用閾値以上である場合、ドロップ４２の発生の予兆を検知する。監視部３６は、測定値２６が予兆検知用閾値未満である場合、ドロップ４２の発生の予兆は無いと判断する。

　ドロップ４２の発生の予兆を監視するための検知部は、ドロップ４２の発生を監視するための検知部である実施の形態１から３の検知部と同様である。また、監視部３６は、図１２に示す場合と同様に、溶融前のワイヤ６の先端４８とビーム５の中心との距離Ｌに基づいて、ドロップ４２の発生の予兆を検知しても良い。ＰＣ２７は、距離Ｌの測定結果である測定値２６をＮＣ装置１０へ出力する。監視部３６は、測定値２６と、あらかじめ設定された予兆検知用閾値とを比較する。監視部３６は、測定値２６が予兆検知用閾値以上である場合、ドロップ４２の発生の予兆を検知する。監視部３６は、測定値２６が予兆検知用閾値未満である場合、ドロップ４２の発生の予兆は無いと判断する。

　なお、補正部３７による加工条件の補正は、任意のタイミングで行うことができる。点造形の場合、補正部３７は、ビード４３を形成するタイミング同士の間に加工条件を補正できる。線造形の場合、補正部３７は、ビード５１を形成するタイミング同士の間に加工条件を補正できる。なお、線造形においてドロップ４２の発生の予兆が検知された場合に、補正部３７は、ビード５１を形成している最中に加工条件を補正しても良い。

　実施の形態４によると、付加製造装置１は、監視部３６によってドロップ４２の発生の予兆を監視し、予兆が検知された場合に加工条件を補正する。付加製造装置１は、ドロップ４２の発生を未然に防ぐことができる。これにより、付加製造装置１は、溶融後の材料が溶融前の材料に留まる現象による不具合を抑制できるという効果を奏する。

　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　付加製造装置、２　レーザ発振器、３　ファイバーケーブル、４　加工ヘッド、５　ビーム、６　ワイヤ、７　回転モータ、８　ワイヤスプール、９　ワイヤノズル、１０　ＮＣ装置、１１　ヘッド駆動部、１２　ガス供給装置、１３　ガス、１４　ビームノズル、１５　配管、１６，４６　カメラ、１７　ワーク、１８　ステージ、１９　容器、２０　造形部、２１　軸指令、２２　レーザ出力指令、２３　送給指令、２４　ガス供給指令、２５　画像データ、２６　測定値、２７　ＰＣ、３１　入出力インタフェース、３２　プロセッサ、３３　メモリ、３４　プログラム解析部、３５　指令生成部、３６　監視部、３７　補正部、３８　加工プログラム、３９　設定情報、４０　画像、４１　スポット、４２，５２　ドロップ、４３，４４，５１　ビード、４５，５３　領域、４７　通電検知回路、４８　先端、４９　溶融後の材料。

Claims (15)

1. 　溶融した材料の付加による造形を行う付加製造装置を制御する数値制御装置であって、
   　溶融後の材料が溶融前の材料に留まることによって生じるドロップの発生を監視する監視部と、
   　発生した前記ドロップを前記付加製造装置に除去させるための指令を生成する指令生成部と、
   　を備えることを特徴とする数値制御装置。
2. 　前記監視部は、前記溶融前の材料の先端に留まる前記溶融後の材料の寸法に基づいて、前記ドロップが発生したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 　前記監視部は、前記溶融前の材料の先端と、材料を溶融させるビームの中心との距離に基づいて、前記ドロップが発生したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
4. 　前記監視部は、前記溶融前の材料の先端と、前記溶融した材料が付加されるワークとの間隙の長さ、または前記間隙の有無に基づいて、前記ドロップが発生したか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
5. 　前記指令生成部は、前記ドロップが発生した場合において、前記造形のための第１の指令の生成を中断し、かつ、前記ドロップを除去させるための前記指令である第２の指令を生成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の数値制御装置。
6. 　前記ドロップが発生した場合に、前記造形のための加工条件を補正する補正部を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の数値制御装置。
7. 　前記溶融した材料をワークへ付加しているときに前記ドロップが発生した場合に、前記補正部は、溶融して前記ワークの加工位置へ付加された材料の量である付加量に基づいて前記加工条件を補正することを特徴とする請求項６に記載の数値制御装置。
8. 　前記造形のための加工条件を補正する補正部を備え、
   　前記監視部は、前記溶融前の材料の先端に留まる前記溶融後の材料の寸法、あるいは材料を溶融させるビームの中心と前記溶融前の材料の先端との距離に基づいて、前記ドロップが発生する予兆を監視し、
   　前記補正部は、前記予兆が検知された場合に前記加工条件を補正することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
9. 　溶融した材料の付加による造形を行う付加製造装置を制御する数値制御装置であって、
   　溶融後の材料が溶融前の材料に留まることによって生じるドロップが発生する予兆を監視する監視部と、
   　前記予兆が検知された場合に前記造形のための加工条件を補正する補正部と、
   　を備えることを特徴とする数値制御装置。
10. 　溶融した材料をワークへ付加することによって造形を行う造形部と、
    　溶融した材料が溶融前の材料の先端に留まることによって生じるドロップの発生を監視するための検知部と、
    　を備え、
    　前記造形部は、前記ドロップが発生した場合において、前記ドロップを除去するための動作を行うことを特徴とする付加製造装置。
11. 　前記造形部は、前記ドロップを除去するための動作の前に前記造形を停止し、前記ドロップを除去するための動作の後に前記造形を再開することを特徴とする請求項１０に記載の付加製造装置。
12. 　前記造形部は、前記ワークを予熱した後に前記造形を再開することを特徴とする請求項１１に記載の付加製造装置。
13. 　前記造形部は、前記ワークに形成されるビードのうちの端の位置から前記造形を再開することを特徴とする請求項１１または１２に記載の付加製造装置。
14. 　前記造形部は、材料が送給される位置を移動させる加工ヘッドを有し、
    　前記加工ヘッドは、前記ドロップが検知された場合において、前記溶融前の材料から除去された前記ドロップが回収される場所へ移動することを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１つに記載の付加製造装置。
15. 　溶融した材料の付加による造形を行う付加製造装置を数値制御装置によって制御する付加製造装置の制御方法であって、
    　溶融後の材料が溶融前の材料に留まることによって生じるドロップの発生を監視する工程と、
    　発生した前記ドロップを前記付加製造装置に除去させるための指令を生成する工程と、
    　を含むことを特徴とする付加製造装置の制御方法。

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