WO2021176721A1

WO2021176721A1 - 数値制御装置および付加製造装置の制御方法

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Publication number: WO2021176721A1
Application number: PCT/JP2020/009844
Authority: WO
Inventors: 誠二魚住; 暢宏篠原; 信行鷲見
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-03-06
Filing date: 2020-03-06
Publication date: 2021-09-10
Also published as: JPWO2021176721A1; CN115175782A; JP7418547B2; DE112020006863T5; US20230041863A1

Abstract

数値制御装置であるＮＣ装置（１）は、ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物へ積層することによって造形物の製造を行う付加製造装置（１００）を制御する。ＮＣ装置（１）は、溶融した材料が被加工物へ付加される状態である溶着状態を判定するための特徴量を画像データから抽出する特徴量抽出部（２３）と、複数の積層条件の中から溶着状態の判定結果に基づいて選択された積層条件について、ビーム強度と材料の供給量との少なくとも一方を含む積層条件と造形物の形状とが対応付けられたプロセスマップを作成するプロセスマップ作成部（２４）と、を備える。

Description

数値制御装置および付加製造装置の制御方法

　本開示は、付加製造装置を制御する数値制御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の造形物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、加工ヘッドから出射されるビームによって局所的に材料を溶融させ、溶融させた材料を被加工物へ付加するものがある。付加製造装置は、高い自由度での造形が可能であることを特徴とする。付加製造装置は、切削加工の場合では形成が困難な形状を容易に形成することができる。

　数値制御装置によって付加製造装置を制御する場合において、数値制御装置へ入力される加工プログラムは、一般に、コンピュータ支援製造（Computer　Aided　Manufacturing：ＣＡＭ）装置によって作成される。数値制御装置は、加工プログラムの解析によって、加工ヘッドを移動させる経路を求め、経路上の単位時間ごとの補間点群である位置指令を生成する。数値制御装置は、位置指令にしたがって、付加製造装置が有する動作機構を制御する。また、数値制御装置は、加工プログラムによって指定される加工条件に従った指令を生成する。数値制御装置は、ビーム強度の条件に従った指令を生成することによって、ビーム源を制御する。数値制御装置は、材料の供給量の条件に従った指令を生成することによって、金属粉末あるいは金属線条といった材料の供給源を制御する。

　材料と被加工物とへのビームの照射によって被加工物の一部が溶融して、被加工物上には、溶融している材料が溜められた溶融池が形成される。溶融させた材料が溶融池へ供給されてから材料が凝固することによって、被加工物には、溶融させた材料の凝固物からなる層が形成される。数値制御装置は、被加工物に対する加工ヘッドの移動速度、材料の供給量、ビームの強度、およびガスの供給量といった各種の指令値について、目標とされる造形物を得るための調整を行う。

　造形のための条件を決定する支援を行う技術として、特許文献１には、造形物の各層の断面を楕円によりモデル化して、楕円モデルを表すパラメータと造形の条件とを表すデータベースを作成する付加製造装置が開示されている。

特開２０１８－２７５５８号公報

　数値制御装置は、溶融した材料が被加工物へ付加される状態である溶着状態と、形成される層の形状と、層を形成するための条件である積層条件とを対応付けたデータベース化したプロセスマップを記憶しておくことによって、安定した溶着状態による高精度な造形を支援することができる。しかしながら、特許文献１に開示される従来の技術によると、複数の積層条件の各々による造形を付加製造装置に行わせ、作業者が溶着状態を確認することによってプロセスマップを作成することになるため、プロセスマップの作成に時間と手間を要する。従来の技術によると、数値制御装置は、目標とされる造形物を得るための調整における作業効率の向上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、目標とされる造形物を得るための調整における作業効率を向上可能とす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、本開示にかかる数値制御装置は、ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物へ積層することによって造形物の製造を行う付加製造装置を制御する。本開示にかかる数値制御装置は、溶融した材料が被加工物へ付加される状態である溶着状態を判定するための特徴量を画像データから抽出する特徴量抽出部と、複数の積層条件の中から溶着状態の判定結果に基づいて選択された積層条件について、ビーム強度と材料の供給量との少なくとも一方を含む積層条件と造形物の形状とが対応付けられたプロセスマップを作成するプロセスマップ作成部と、を備える。

　本開示にかかる数値制御装置は、目標とされる造形物を得るための調整における作業効率の向上が可能となるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる数値制御装置によって制御される付加製造装置を示す図実施の形態１にかかる数値制御装置が有する機能構成を示す図図１に示す付加製造装置の造形時における溶着状態について説明するための図実施の形態１にかかる数値制御装置による動作の手順を示すフローチャート実施の形態１にかかる数値制御装置によって作成されるプロセスマップの例を示す図実施の形態１にかかる数値制御装置によるプロセスマップの作成において使用される移動経路の例を示す図実施の形態１にかかる数値制御装置によって決定される速度波形の例を示す図実施の形態１にかかる数値制御装置によって取得される特徴量データについて説明するための図実施の形態１にかかる数値制御装置における溶融状態の推定に使用される関係式について説明するための図実施の形態１にかかる数値制御装置における積層条件ごとの溶融状態を推定した結果の例を示す図実施の形態２にかかる数値制御装置が有する機能構成を示す図実施の形態２にかかる数値制御装置による動作の手順を示すフローチャート実施の形態２にかかる数値制御装置による積層条件の内容の変更について説明するための図実施の形態３にかかる数値制御装置が有する機能構成を示す図実施の形態３にかかる数値制御装置が有する機械学習装置の機能構成を示すブロック図実施の形態３における学習に使用されるニューラルネットワークの構成例を示す図実施の形態１から３にかかる数値制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第１の図実施の形態１から３にかかる数値制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第２の図

　以下に、実施の形態にかかる数値制御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、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、実施の形態１にかかる数値制御装置によって制御される付加製造装置を示す図である。付加製造装置１００は、溶融させた材料５を被加工物１６へ付加することによって造形物１５を製造する工作機械である。実施の形態１において、ビームはレーザビームであって、材料５は金属線条であるものとする。付加製造装置１００において使用される材料５は、金属線条に限られず、金属粉末であっても良い。

　付加製造装置１００は、溶融させた材料５が凝固することにより形成される層を積み重ねることによって、ベース材１４の表面に造形物１５を形成する。ベース材１４は、ステージ１３に置かれる。以下の説明において、被加工物１６とは、溶融させた材料５が付加される物体であって、ベース材１４と造形物１５とを指すものとする。図１に示すベース材１４は板材である。ベース材１４は、板材以外のものであっても良い。

　付加製造装置１００は、被加工物１６に対して移動する加工ヘッド８を備える。加工ヘッド８は、ビームノズル９と材料ノズル１０とガスノズル１１とを有する。ビームノズル９は、被加工物１６へ向けてレーザビームを出射する。材料ノズル１０は、被加工物１６におけるレーザビームの照射位置へ向けて材料５を進行させる。ガスノズル１１は、被加工物１６へ向けてガスを噴射する。付加製造装置１００は、ガスの噴射によって、造形物１５の酸化を抑制するとともに、被加工物１６に形成された層を冷却する。

　ビーム源であるレーザ発振器２は、レーザビームを発振する。レーザ発振器２からのレーザビームは、光伝送路であるファイバーケーブル３を通ってビームノズル９へ伝搬する。ガス供給装置６は、配管７を通じてガスノズル１１へガスを供給する。

　材料供給装置４は、材料５の供給源である。材料供給装置４は、金属線条である材料５を送り出すための駆動部を有する。材料供給装置４から送り出された材料５は、材料ノズル１０を通されて、レーザビームの照射位置へ供給される。

　ヘッド駆動装置１２は、加工ヘッド８の移動のための動作機構を構成するサーボモータを有する。ヘッド駆動装置１２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８を移動させる。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに垂直な３軸である。Ｘ軸およびＹ軸は、水平方向に平行な軸である。Ｚ軸方向は、鉛直方向である。図１では、各サーボモータの図示を省略する。付加製造装置１００は、ヘッド駆動装置１２が加工ヘッド８を移動させることによって、被加工物１６におけるレーザビームの照射位置を移動させる。

　図１に示す加工ヘッド８は、ビームノズル９からＺ軸方向へレーザビームを出射する。材料ノズル１０は、ＸＹ面内においてビームノズル９とは離れた位置に設けられており、Ｚ軸に対して斜めの方向へ材料５を進行させる。加工ヘッド８は、Ｚ軸に対して斜めの方向へ材料５を進行させるものに限られず、ビームノズル９から出射されるレーザビームの中心軸に沿うように材料５を進行させるものであっても良い。すなわち、ビームノズル９と材料ノズル１０とは、互いに同軸上に配置されていても良い。この場合、ビームノズル９は、材料５を中心とするリング状にビーム断面の形状が調整されたレーザビーム、あるいは材料５を中心として材料５の周囲に分散させた複数のレーザビームを出射する。かかるレーザビームは、被加工物１６上の照射位置にて収束するように調整される。

　ガスノズル１１は、ＸＹ面内においてビームノズル９とは離れた位置に設けられており、Ｚ軸に対して斜めの方向へガスを噴射する。ガスノズル１１は、Ｚ軸に対して斜めの方向へガスを噴射するものに限られず、ビームノズル９から出射されるレーザビームの中心軸に沿うようにガスを噴射するものであっても良い。すなわち、ビームノズル９とガスノズル１１とは、互いに同軸上に配置されていても良い。

　付加製造装置１００は、被加工物１６に対して加工ヘッド８を移動させることによって、レーザビームの照射位置を被加工物１６において移動させる。なお、付加製造装置１００は、加工ヘッド８に対して被加工物１６を移動させることによって、被加工物１６におけるレーザビームの照射位置を移動させても良い。なお、以下の説明にて、レーザビームの照射位置を、単に「照射位置」と称することがある。

　ＮＣ装置１は、加工プログラムに従って付加製造装置１００を制御する。ＮＣ装置１は、ヘッド駆動装置１２へ位置指令を出力することによって、ヘッド駆動装置１２の位置を制御する。ＮＣ装置１は、ビーム強度の条件に応じた指令である出力指令をレーザ発振器２へ出力することによって、レーザ発振器２によるレーザ発振を制御する。

　ＮＣ装置１は、材料５の供給量の条件に応じた指令である供給指令を材料供給装置４へ出力することによって、材料供給装置４を制御する。ＮＣ装置１は、材料５が金属線条である場合、供給指令は、材料５の供給速度の条件に応じた指令であっても良い。供給速度は、材料供給装置４から照射位置へ向かう材料５の速度である。供給速度は、時間当たりの材料５の供給量を表す。

　ＮＣ装置１は、ガスの供給量の条件に応じた指令をガス供給装置６へ出力することによって、ガス供給装置６からガスノズル１１へ供給されるガスの量を制御する。なお、ＮＣ装置１は、付加製造装置１００の構成要素の１つであっても良く、付加製造装置１００の外部の装置であっても良い。

　図２は、実施の形態１にかかる数値制御装置が有する機能構成を示す図である。ＮＣ装置１は、移動経路を生成する経路生成部２１と、各種指令値を生成する指令値生成部２２と、溶着状態を判定するための特徴量を画像データから抽出する特徴量抽出部２３と、プロセスマップを作成するプロセスマップ作成部２４とを有する。

　経路生成部２１は、プロセスマップ作成のために設定される条件に従って、移動経路を求める。移動経路は、材料５の供給位置を移動させる経路である。経路生成部２１は、移動経路を示すデータを指令値生成部２２へ出力する。また、経路生成部２１は、プロセスマップの作成のために設定される条件に従って、ビーム強度と、材料５の供給量と、移動経路における供給位置の移動速度とを決定する。

　指令値生成部２２は、移動経路を示すデータと決定された移動速度とに従って、移動経路上の単位時間ごとの補間点群である位置指令を生成する。指令値生成部２２は、ヘッド駆動装置１２へ位置指令を出力する。ヘッド駆動装置１２は、位置指令に従って加工ヘッド８を駆動する。

　指令値生成部２２は、経路生成部２１による決定に従って、ビーム強度の指令値である出力指令を生成する。指令値生成部２２は、生成された出力指令をレーザ発振器２へ出力する。レーザ発振器２は、出力指令に従ってレーザビームを発振する。指令値生成部２２は経路生成部２１による決定に従って、供給量の指令値である供給指令を生成する。指令値生成部２２は、生成された供給指令を材料供給装置４へ出力する。材料供給装置４は、供給指令にしたがって材料５を供給する。ＮＣ装置１は、各種指令を出力することによって、付加製造装置１００の全体を制御する。

　付加製造装置１００には、造形中における造形物の画像を取得するための機器が設置される。かかる機器の例は、造形物を撮影するカメラである。ＮＣ装置１には、造形中における造形物を示す画像データが入力される。特徴量抽出部２３は、画像データから特徴量を抽出することによって、特徴量データを取得する。特徴量は、材料５の溶融によって被加工物１６に形成される溶融池と材料５との様子から溶着状態を判定するためのパラメータである。溶着状態は、溶融した材料が被加工物１６へ付加される状態である。画像データは、静止画のデータと動画のデータとのどちらであっても良い。

　また、特徴量抽出部２３は、画像データから、層の形状を表す形状データを取得する。形状データは、積層高さと積層幅との各データを含む。積層高さは、層が積み重ねられる方向である高さ方向における層の高さであって、１回の造形によって形成される層の高さとする。積層幅は、長さ方向と高さ方向とに垂直な方向である幅方向における層の幅であって、１回の造形によって形成される層の幅とする。積層形状とは、１回の造形によって形成される層の立体形状とする。なお、以下の説明では、１回の造形によって形成される層を、ビードと称することがある。特徴量抽出部２３は、特徴量データと形状データとをプロセスマップ作成部２４へ出力する。

　プロセスマップ作成部２４は、特徴データに基づいて溶着状態を判定する。プロセスマップ作成部２４は、複数の積層条件の中から溶着状態の判定結果に基づいて選択された積層条件について、ビーム強度と材料の供給量との少なくとも一方を含む積層条件と造形物の形状とを対応付けたプロセスマップを作成する。

　図３は、図１に示す付加製造装置の造形時における溶着状態について説明するための図である。図３には、３つの溶着状態の各々について、ビードの形状の例を示している。図３では、Ｙ方向からビードを見たときにおけるビードの形状と、Ｚ方向からビードを見たときにおけるビードの形状とを表している。

　第１の溶着状態である「溶着量不足状態」は、被加工物１６への溶融した材料の付加が不足していることによって、目標とする形状が形成されていない状態である。「溶着量不足状態」において形成された層は、目標とする形状の一部が欠損している。第２の溶着状態である「溶着量安定状態」は、目標とする形状の層が形成されている状態である。第３の溶着状態である「溶着量過剰状態」は、被加工物１６への溶融した材料の付加が過剰であることによって、目標とする形状が形成されていない状態である。「溶着量過剰状態」において形成された層の積層幅は目標とする形状の積層幅よりも大きく、かつ、「溶着量過剰状態」において形成された層の積層高さは目標とする形状の積層高さよりも低い。プロセスマップ作成部２４は、「溶着量安定状態」による造形が行われたときのレーザ出力の指令値と、供給量の指令値と、形状データとをプロセスマップに登録する。

　次に、ＮＣ装置１による動作について説明する。図４は、実施の形態１にかかる数値制御装置による動作の手順を示すフローチャートである。

（ステップＳ１）
　ステップＳ１では、ＮＣ装置１は、プロセスマップ作成の条件を設定する。経路生成部２１には、被加工物１６の大きさ、被加工物１６の材質、材料５である金属線条の径、ビーム強度の範囲、および材料５の供給量の範囲といった情報が設定条件として入力される。ビーム強度は、積層条件を変更することによって変化し得る。ビーム強度の範囲とは、複数の積層条件の中において積層条件を変更することによってビーム強度が変化可能な範囲とする。供給量は、積層条件を変更することによって変化し得る。供給量の範囲とは、複数の積層条件の中において積層条件を変更することによって供給量が変化可能な範囲とする。なお、上記情報は、パラメータ等としてＮＣ装置１にあらかじめ記憶されている情報であっても良い。ＮＣ装置１は、ステップＳ１の実行の後、ステップＳ２へ手順を進める。

（ステップＳ２）
　ステップＳ２では、ＮＣ装置１は、ステップＳ１において設定条件として入力された情報に基づいて、積層条件の個数と、積層条件ごとのビーム強度、材料５の供給量および移動速度と、移動経路とを決定する。経路生成部２１は、決定された各データを指令値生成部２２へ出力する。経路生成部２１は、移動指令の内容を座標値とＧコードとによって指定しても良い。経路生成部２１は、速度指令の内容をＦコードによって指定しても良い。加工プログラムでは、移動指令の内容は、座標値と、移動モードを表すＧコードとによって指定される。Ｇコードは、「Ｇ」の文字と数字との組み合わせによって表されるコードである。加工プログラムでは、速度指令の内容は、Ｆコードによって指定される。Ｆコードは、「Ｆ」の文字と速度値を表す数字との組み合わせによって表されるコードである。ＮＣ装置１は、ステップＳ２の実行の後、ステップＳ３へ手順を進める。

（ステップＳ３）
　ステップＳ３では、ＮＣ装置１は、経路生成部２１から入力されるデータに基づいて、位置指令、出力指令および供給指令を生成する。指令値生成部２２は、移動経路を示すデータと決定された移動速度とに従って位置指令を生成する。指令値生成部２２は、生成された位置指令をヘッド駆動装置１２へ出力する。指令値生成部２２は、決定されたビーム強度に従った出力指令を生成する。指令値生成部２２は、生成された出力指令をレーザ発振器２へ出力する。指令値生成部２２は、決定された供給量に従った供給指令を生成する。指令値生成部２２は、生成された供給指令を材料供給装置４へ出力する。

　位置指令と、出力指令と、供給指令との各々によって付加製造装置１００が制御されると、位置指令に従った位置において被加工物１６が局所的に溶融して、溶融池が形成される。溶融池へは、供給指令に従った供給量の材料５が供給される、溶融池が形成された位置へ溶融した材料が溶着した状態で、溶融した材料と溶融池とが固化することによって、被加工物１６に層が形成される。ＮＣ装置１は、ステップＳ３の実行の後、ステップＳ４へ手順を進める。

（ステップＳ４）
　ステップＳ４では、ＮＣ装置１は、特徴量データを取得する。特徴量抽出部２３には、積層条件に従った造形が行われているときにおける造形物を表す画像データが積層条件ごとに入力される。特徴量抽出部２３は、画像データから特徴量を抽出することによって、特徴量データを取得する。実施の形態１において、特徴量は、溶融池の大きさと、溶融池の中心から材料５のうち被加工物１６の側の先端までの距離とを含む。特徴量抽出部２３は、溶融池の形状、または材料５の先端の状態を、特徴量として抽出しても良い。この場合、特徴量抽出部２３は、溶融池の形状を示す特徴量データ、または材料５の先端の状態を示す特徴量データを取得する。ＮＣ装置１は、ステップＳ４の実行の後、ステップＳ５へ手順を進める。

（ステップＳ５）
　ステップＳ５では、ＮＣ装置１は、形状データ、すなわち積層高さおよび積層幅の各データを取得する。特徴量抽出部２３には、積層条件に従った層の形成が完了するごとに、積層高さと積層幅との各データ、すなわち層の形状を表す形状データを画像データから抽出する。ＮＣ装置１は、ステップＳ５の実行の後、ステップＳ６へ手順を進める。

（ステップＳ６）
　ステップＳ６では、ＮＣ装置１は、特徴量データに基づいて、溶融池の溶着状態を推定する。プロセスマップ作成部２４は、溶融池の大きさと、溶融池の中心と材料５の先端との距離の関係式に基づいて溶着状態を推定する。プロセスマップ作成部２４は、溶融池の形状、または材料５の先端の状態に基づいて溶着状態を推定しても良い。ＮＣ装置１は、ステップＳ６の実行の後、ステップＳ７へ手順を進める。

（ステップＳ７）
　ステップＳ７では、ＮＣ装置１は、積層条件をプロセスマップに登録する。プロセスマップ作成部２４は、ＮＣ装置１へ与えられた複数の積層条件の中から「溶着量安定状態」のときの積層条件を選択し、選択された積層条件をプロセスマップに登録する。プロセスマップにおいて、積層条件に形状データが対応付けられる。ステップＳ７の実行の後、ステップＳ８へ手順を進める。

（ステップＳ８）
　ステップＳ８では、ＮＣ装置１は、ステップＳ１において設定された条件についてのプロセスマップの作成が完了したか否かを判断する。プロセスマップ作成部２４は、ビーム強度の範囲と供給量の範囲との各々について、積層条件ごとのステップＳ３からステップＳ７までの手順によるプロセスマップの作成が完了したか否かを判断する。プロセスマップの作成が完了していない場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、ＮＣ装置１は、手順をステップＳ３へ戻す。ＮＣ装置１は、登録が完了していない積層条件について、ステップＳ３からの手順を繰り返す。一方、プロセスマップの作成が完了した場合（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、ＮＣ装置１は、図４に示す手順による動作を終了する。

　プロセスマップ作成部２４は、作成されたプロセスマップに基づいて、プロセスマップに存在しない積層高さおよび積層幅を含む形状データについて、新たな積層条件を生成しても良い。プロセスマップ作成部２４は、作成されたプロセスマップを基に新たな積層条件を生成することによって、プロセスマップを再生成する。これにより、ＮＣ装置１は、作成されたプロセスマップに基づいて、作業者にとって扱い易いプロセスマップを再生成することができる。

　図５は、実施の形態１にかかる数値制御装置によって作成されるプロセスマップの例を示す図である。図５に示すプロセスマップにおいて、縦軸は第１の指標値であるＩ１、横軸は第２の指標値であるＩ２とする。Ｉ１＝ビーム強度／移動速度、Ｉ２＝材料５の供給量／移動速度とする。各積層条件は、プロセスマップにおいて、Ｉ１の値とＩ２の値との座標として示される。

　Ｉ１／Ｉ２の値が小さくなるにつれて、被加工物１６に照射されるビームの強度に対する材料５の供給量が過剰になるため、溶着状態は「溶着量過剰状態」となる。一方で、Ｉ１／Ｉ２の値が大きくなるにつれて、被加工物１６に照射されるビームの強度に対する材料５の供給量が不足するため、溶着状態は「溶着量不足状態」となる。図５において、領域Ｓ１は、溶着状態が「溶着量不足状態」となるときのＩ１およびＩ２の範囲を表す。領域Ｓ２は、溶着状態が「溶着量安定状態」となるときのＩ１およびＩ２の範囲を表す。領域Ｓ３は、溶着状態が「溶着量過剰状態」となるときのＩ１およびＩ２の範囲を表す。

　次に、ＮＣ装置１の各構成要素の動作を詳細に説明する。実施の形態１にかかるＮＣ装置１は、新規の材料５についてのプロセスマップ作成のための条件を設定する。設定される条件は、被加工物１６の形状、被加工物１６の大きさ、被加工物１６の材質、材料５である金属の種類、材料５である金属線条の径、ビーム強度の範囲、ビーム強度の変化幅、材料５の供給量の範囲および供給量の変化幅といった各条件のうちの少なくとも１つを含む。ビーム強度の変化幅は、積層条件が変更されることによってビーム強度が変化するときにおけるビーム強度の変化の幅とする。供給量の変化幅は、積層条件が変更されることによって供給量が変化するときにおける供給量の変化の幅とする。設定される条件のデータは、経路生成部２１へ入力される。設定される条件のデータは、パラメータ等としてあらかじめＮＣ装置１に記憶されたものでも良い。

（経路生成部２１）
　経路生成部２１は、プロセスマップ作成のために設定される条件に従って、移動経路と移動速度とを決定する。経路生成部２１は、次の式（１）に基づいて、積層条件の個数を算出する。式（１）において、「Ｎ」は積層条件の個数を表す。「Ｉ」は積層条件を変更することによってビーム強度を変化させた場合にビーム強度が取り得る値の数を表す。「Ｊ」は、積層条件を変更することによって供給量を変化させた場合に供給量が取り得る値の数を表す。「Ｉ」は、次の式（２）によって表される。「Ｊ」は、次の式（３）によって表される。

　なお、式（２）において、「Ｐ_ｍａｘ」は、ビーム強度の範囲における最大のビーム強度を表す。「Ｐ_ｍｉｎ」は、ビーム強度の範囲における最小のビーム強度を表す。「ΔＰ」は、ビーム強度の変化幅を表す。式（３）において、「Ｗ_ｍａｘ」は、供給量の範囲における最大の供給量を表す。「Ｗ_ｍｉｎ」は、供給量の範囲における最小の供給量を表す。「ΔＷ」は、供給量の変化幅を表す。

　ここでは、Ｉ＝３かつＪ＝２であって、ビーム強度の値と供給量の値との選び方のパターンによって６つの積層条件が設定されるとする。この場合、上記の式（１）に基づいて、Ｎ＝６が算出される。以下の説明にて、６つの積層条件の各々を、積層条件Ｃ（１，１）、積層条件Ｃ（２，１）、積層条件Ｃ（３，１）、積層条件Ｃ（１，２）、積層条件Ｃ（２，２）、積層条件Ｃ（３，２）と表すことがある。なお、積層条件の個数を表す値は、パラメータとしてＮＣ装置１に設定された値であっても良い。

　経路生成部２１は、算出された個数の各積層条件について、ビーム強度および供給量を決定する。積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）におけるビーム強度Ｐ（ｉ，ｊ）は、次の式（４）により決定される。積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）における供給量Ｗ（ｉ，ｊ）は、次の式（５）により決定される。

　「Ｐ_０」は、ビーム強度の調整のためのオフセット値を表す。「Ｗ_０」は、供給量の調整のためのオフセット値を表す。経路生成部２１は、被加工物１６の形状と被加工物１６の大きさとに基づいて、プロセスマップ作成に使用される移動経路を決定する。大きく湾曲する部分が移動経路に含まれることによる積層形状の悪化を防止するために、移動経路に湾曲する部分が含まれる場合に当該湾曲する部分の曲率が小さくなるように移動経路は設計される。曲率の上限値がパラメータ等としてあらかじめ設定されることによって、経路生成部２１は、上限値よりも曲率が小さくなるように移動経路を設計する。経路生成部２１は、被加工物１６の形状を基に、移動経路のうち曲率が最大である部分における曲率が最小となるような移動経路を探索しても良い。移動経路は、移動経路のうち互いに並列する部分の間隔は積層幅より小さくならないように設計される。間隔の下限値はパラメータ等としてあらかじめ設定されても良い。経路生成部２１は、ビーム強度の範囲、または供給量の範囲を基に積層幅の最大値を推定し、推定された最大値を間隔の下限値として設定しても良い。

　ここでは、被加工物１６は、直方体形状とする。経路生成部２１は、曲率が最小となる移動経路として、湾曲する部分を持たない直線状の移動経路を決定する。プロセスマップ作成に使用される移動経路として経路生成部２１が生成する移動経路は、１つである場合に限られず複数であっても良い。

　経路生成部２１は、移動経路における移動速度を決定する。経路生成部２１は、算出された個数の積層条件について、各積層条件におけるビーム強度および供給量によって層を形成するための移動速度を算出する。積層条件が変更される際において、付加製造装置１００は、ビーム強度が積層条件のビーム強度に到達し、かつ材料５の供給量が積層条件の供給量に到達するまでの期間は層の形成を中断する。以下の説明にて、移動経路のうち層の形成が中断される区間を、助走区間と称することがある。

　経路生成部２１は、次の式（６）に基づいて移動速度を算出する。式（６）において、「Ｆ」は移動速度を表す。「Ｌ」は移動経路の長さを表す。「Ｎ」は積層条件の個数を表す。「ｌ」は積層長さを表す。積層長さは、移動経路の方向における層の長さであって、１回の造形によって形成される層の長さである。「Ｔ_ｐ」は、ビーム強度の時定数を表す。ビーム強度の時定数は、積層条件が変更された際に実際のビーム強度が変更後の積層条件のビーム強度に到達するまでに要する時間を表す。「Ｔ_ｗ」は、供給量の時定数を表す。供給量の時定数は、積層条件が変更された際に材料５の実際の供給量が変更後の積層条件の供給量に到達するまでに要する時間を示す時定数を表す。助走区間の長さである「Δｌ」は、ビーム強度の時定数と供給量の時定数とに基づいて設定される。「ｍａｘ（Ｔ_ｐ，ｋ，Ｔ_ｗ，ｋ）」は、ビーム強度の時定数と供給量の時定数とのうちの最大値を表す。「ｋ」は変数とする。

　図６は、実施の形態１にかかる数値制御装置によるプロセスマップの作成において使用される移動経路の例を示す図である。図６では、移動経路を矢印により示している。図６に示す移動経路は、６つの積層条件Ｃ（１，１）、積層条件Ｃ（２，１）、積層条件Ｃ（３，１）、積層条件Ｃ（１，２）、積層条件Ｃ（２，２）、積層条件Ｃ（３，２）の各々によって層が形成される形成区間と、形成区間同士の間の助走区間１７とを含む。経路生成部２１は、積層条件の個数と、積層条件ごとのビーム強度、材料５の供給量および移動速度と、移動経路とについて、決定された各データを指令値生成部２２へ出力する。

（指令値生成部２２）
　指令値生成部２２は、経路生成部２１から入力されるデータに基づいて、単位時間当たりの位置指令と、出力指令と、供給指令とを生成する。

　図７は、実施の形態１にかかる数値制御装置によって決定される速度波形の例を示す図である。速度波形は、移動速度の変化を表すグラフの波形である。図７において、縦軸は移動速度Ｆｃ、横軸は時間ｔを表す。図７は、積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）において積層長さ「ｌ」の層を形成する際における速度指令Ｆｃ（ｉ，ｊ，ｔ）の速度波形の例を示している。指令値生成部２２は、積層条件（ｉ，ｊ）について、積層長さ「ｌ」と決定された移動速度とに基づいて、単位時間当たりの速度指令Ｆｃ（ｉ，ｊ，ｔ）を決定する。指令値生成部２２が実行する具体的な処理としては、あらかじめ設定された加速度による加減速のための速度波形を生成する加減速処理と、加減速処理によって生成された速度波形を滑らかにするスムージング処理とが挙げられる。なお、スムージング処理は、移動平均フィルタ処理とも称呼される。

　指令値生成部２２は、補間処理を行うことによって補間点を算出する。補間点は、スムージング処理後の移動速度を表す速度指令Ｆｃ（ｉ，ｊ，ｔ）に従って材料５の供給位置を移動したときの単位時間ごとの加工ヘッド８の位置である。指令値生成部２２は、かかる補間処理によって位置指令を生成する。指令値生成部２２は、単位時間ごとにヘッド駆動装置１２へ位置指令を出力する。これにより、ＮＣ装置１は、加工ヘッド８の移動を制御する。

　指令値生成部２２は、時間ｔにおける積層条件Ｃ（ｉ，ｊ，ｔ）に示される供給量およびビーム強度に基づいて、時間ｔにおける出力指令Ｐｃ（ｉ，ｊ，ｔ）と時間ｔにおける供給指令Ｗｃ（ｉ，ｊ，ｔ）とを生成する。指令値生成部２２は、速度指令Ｆｃ（ｉ，ｊ，ｔ）に応じて出力指令Ｐｃ（ｉ，ｊ，ｔ）と供給指令Ｗｃ（ｉ，ｊ，ｔ）とを調整する。ＮＣ装置１は、指令値生成部２２からレーザ発振器２へ出力指令Ｐｃ（ｉ，ｊ，ｔ）を出力することによって、ビーム出力を制御する。ＮＣ装置１は、指令値生成部２２から材料供給装置４へ供給指令Ｗｃ（ｉ，ｊ，ｔ）を出力することによって、材料５の供給量を制御する。

（特徴量抽出部２３）
　特徴量抽出部２３は、造形中における造形物を示す画像データから特徴量データと形状データとを取得する。特徴量抽出部２３は、１回以上の任意のタイミングにおいて、特徴量、積層高さおよび積層幅を画像データから抽出する。特徴量抽出部２３は、積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）での造形中に抽出を行う場合に限られず、積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）での造形が完了したタイミングにおいて当該積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）についての抽出を行っても良く、または全ての積層条件での造形が完了したタイミングにおいて各積層条件についての抽出をまとめて行っても良い。

　図８は、実施の形態１にかかる数値制御装置によって取得される特徴量データについて説明するための図である。特徴量抽出部２３は、積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）に従った造形によって形成された層を示す画像データから特徴量を抽出することによって、特徴量データＴ（ｉ，ｊ）を取得する。特徴量は、溶融池の大きさＲと、溶融池の中心と材料５の先端との距離Ｌｄである。大きさＲは、溶融池の径とする。特徴量抽出部２３は、積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）に従った造形の際の大きさＲ（ｉ，ｊ）と距離Ｌｄ（ｉ，ｊ）とを抽出することによって、特徴量データＴ（ｉ，ｊ）を取得する。特徴量抽出部２３は、溶融池の形状、または材料５の先端の状態を、特徴量として抽出しても良い。

　特徴量抽出部２３は、積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）に従った造形によって形成された層を示す画像データから積層高さＨ（ｉ，ｊ）および積層幅Ｄ（ｉ，ｊ）を抽出することによって、形状データＫ（ｉ，ｊ）を取得する。形状データＫ（ｉ，ｊ）は、層の断面形状を表す。実施の形態１では、特徴量抽出部２３は、断面形状を四角形に近似することによって積層長さおよび積層幅を抽出する。特徴量抽出部２３は、断面形状を四角形以外の形状である楕円形または円形に近似することによって積層長さおよび積層幅を抽出しても良い。特徴量抽出部２３は、特徴量データと形状データとをプロセスマップ作成部２４へ出力する。

（プロセスマップ作成部２４）
　プロセスマップ作成部２４は、特徴量データに基づいて溶着状態を判定する。また、プロセスマップ作成部２４は、形状データが対応付けられた積層条件をプロセスマップに登録する。特徴量データである大きさＲと距離Ｌｄとの関係式に基づいて、溶着状態が「溶着量安定状態」、「溶着量不足状態」および「溶着量過剰状態」のいずれに該当するかを推定する。

　図９は、実施の形態１にかかる数値制御装置における溶融状態の推定に使用される関係式について説明するための図である。図９には、溶融池の大きさＲと、溶融池の中心と材料５の先端との距離Ｌｄとの関係を表すグラフを示している。かかるグラフにおいて、横軸は溶融池の大きさＲ、縦軸は溶融池の中心と材料５の先端との距離Ｌｄを表す。

　溶融池の大きさＲに対して距離Ｌｄが長くなるほど、被加工物１６に照射されるビームの強度に対する材料５の供給量が不足していることになる。ビーム強度に対する供給量が不足することによって、溶着状態は「溶着量不足状態」となる。一方で、溶融池の大きさＲに対して距離Ｌｄが短くなるほど、被加工物１６に照射されるビームの強度に対して材料５の供給量が過剰となる。ビーム強度に対する供給量が過剰となることによって、溶着状態は「溶着量過剰状態」となる。領域Ｓ４は、溶着状態が「溶着量安定状態」となるときの大きさＲおよび距離Ｌｄの範囲を表す。ＮＣ装置１には、溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係式があらかじめ設定される。かかる関係式は、ＮＣ装置１に保有されている既存材料のプロセスマップに基づいてあらかじめモデル化されたものであっても良い。かかる関係式は、パラメータ等としてあらかじめＮＣ装置１に記憶されたものであっても良い。

　図１０は、実施の形態１にかかる数値制御装置における積層条件ごとの溶融状態を推定した結果の例を示す図である。図１０は、図９に示すグラフに積層条件Ｃ（１，１）、積層条件Ｃ（２，１）、積層条件Ｃ（３，１）、積層条件Ｃ（１，２）、積層条件Ｃ（２，２）、および積層条件Ｃ（３，２）についての溶融池の大きさＲおよび距離Ｌｄをプロットしたものである。プロセスマップ作成部２４は、「溶着量安定状態」のときの積層条件をプロセスマップに登録する。

　図１０に示す例では、積層条件Ｃ（２，１）と積層条件Ｃ（２，２）とにおいて、溶着状態が「溶着量安定状態」となる。プロセスマップ作成部２４は、溶着状態の判定結果に基づいて積層条件Ｃ（２，１）と積層条件Ｃ（２，２）とを選択する。プロセスマップ作成部２４は、積層条件Ｃ（２，１）についての出力指令Ｐｃ（２，１）および供給指令Ｗｃ（２，１）と形状データＫ（２，１）とを互いに対応付けて登録する。形状データＫ（２，１）は、積層高さＨ（２，１）および積層幅Ｄ（２，１）である。プロセスマップ作成部２４は、積層条件Ｃ（２，２）についての出力指令Ｐｃ（２，２）および供給指令Ｗｃ（２，２）と形状データＫ（２，２）とを互いに対応付けて登録する。形状データＫ（２，２）は、積層高さＨ（２，２）および積層幅Ｄ（２，２）である。

　以上により、ＮＣ装置１は、新規の材料５についてのプロセスマップを作成する。なお、ＮＣ装置１は、図５に示すようなグラフとしてプロセスマップを記憶する。または、ＮＣ装置１は、プロセスマップのデータをテーブルに変換することによって得られたデータベースを記憶しても良い。

　実施の形態１によると、ＮＣ装置１は、一つ以上の積層条件で造形する経路とそのときの移動速度を自動生成し、造形物１５を表す画像データから抽出した特徴量データをもとに溶着状態を判別する。ＮＣ装置１は、複数の積層条件の中から溶着状態の判定結果に基づいて選択された積層条件について、造形物１５の形状と造形の際の積層条件とを対応付けたプロセスマップを作成する。ＮＣ装置１は、安定した溶着状態による高精度な造形を支援するためのプロセスマップを作成することによって、目標とされる造形物を得るための調整における作業効率を向上させることができる。

実施の形態２．
　図１１は、実施の形態２にかかる数値制御装置が有する機能構成を示す図である。実施の形態２にかかる数値制御装置であるＮＣ装置３０は、図２に示すＮＣ装置１が有する構成要件に加えて、積層条件設定部３１を有する。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。積層条件設定部３１は、ＮＣ装置３０へ与えられた積層条件に従ったビームの出力指令および材料５の供給指令の少なくとも一方を調整することによって、与えられた積層条件の内容を変更する。

　次に、ＮＣ装置３０による動作について説明する。図１２は、実施の形態２にかかる数値制御装置による動作の手順を示すフローチャートである。

（ステップＳ１１）
　ステップＳ１１では、ＮＣ装置３０は、図４に示すステップＳ１と同様に、プロセスマップ作成の条件を設定する。

（ステップＳ１２）
　ステップＳ１２では、ＮＣ装置３０は、ステップＳ１１において設定条件として入力された情報に基づいて、積層条件の個数と、積層条件ごとの移動速度と、移動経路とを決定する。経路生成部２１は、決定された各データを指令値生成部２２へ出力する。経路生成部２１は、図４に示すステップＳ２と同様に、移動指令の内容を座標値とＧコードとによって指定しても良い。経路生成部２１は、図４に示すステップＳ２と同様に、速度指令の内容をＦコードによって指定しても良い。

（ステップＳ１３からステップＳ１７）
　ステップＳ１３では、ＮＣ装置３０は、図４に示すステップＳ３と同様に、位置指令、出力指令および供給指令を生成する。ステップＳ１４では、ＮＣ装置３０は、図４に示すステップＳ４と同様に、特徴量データを取得する。ステップＳ１５では、ＮＣ装置３０は、図４に示すステップＳ５と同様に、積層高さおよび積層幅の各データを取得する。ステップＳ１６では、ＮＣ装置３０は、図４に示すステップＳ６と同様に、溶融池の溶着状態を推定する。ステップＳ１７では、ＮＣ装置３０は、図４に示すステップＳ７と同様に、積層条件をプロセスマップに登録する。

（ステップＳ１８）
　ステップＳ１８では、ＮＣ装置３０は、溶着状態に応じて積層条件の内容を変更する。積層条件設定部３１は、溶着状態が「溶着量不足状態」となる積層条件について、溶着状態が「溶着量安定状態」となるように出力指令および供給指令の少なくとも一方を調整する。積層条件設定部３１は、溶着状態が「溶着量安定状態」となる積層条件について、「溶着量安定状態」が維持されるように出力指令および供給指令の少なくとも一方を調整する。積層条件設定部３１は、出力指令および供給指令の少なくとも一方を調整することによって、積層条件の内容を変更する。

（ステップＳ１９）
　ステップＳ１９では、ＮＣ装置３０は、ステップＳ１１において設定された条件についてのプロセスマップの作成が完了したか否かを判断する。プロセスマップ作成部２４は、ビーム強度の範囲と供給量の範囲との各々について、積層条件ごとのステップＳ１３からステップＳ１８までの手順によるプロセスマップの作成が完了したか否かを判断する。プロセスマップの作成が完了していない場合（ステップＳ１９，Ｎｏ）、ＮＣ装置３０は、手順をステップＳ１３へ戻す。ＮＣ装置３０は、登録が完了していない積層条件について、ステップＳ１３からの手順を繰り返す。一方、プロセスマップの作成が完了した場合（ステップＳ１９，Ｙｅｓ）、ＮＣ装置３０は、図１２に示す手順による動作を終了する。

　プロセスマップ作成部２４は、作成されたプロセスマップに基づいて、プロセスマップに登録されていない積層高さおよび積層幅を含む形状データについての新たな積層条件を生成しても良い。プロセスマップ作成部２４は、作成されたプロセスマップを基に新たな積層条件を生成することによって、プロセスマップを再生成する。これにより、ＮＣ装置３０は、作成されたプロセスマップに基づいて、作業者にとって扱い易いプロセスマップを再生成することができる。

　次に、ＮＣ装置３０の各構成要素の動作を詳細に説明する。実施の形態２にかかるＮＣ装置３０は、新規の材料５についてのプロセスマップ作成のための条件を設定する。設定される条件は、被加工物１６の形状、被加工物１６の大きさ、被加工物１６の材質、材料５である金属の種類、材料５である金属線条の径、ビーム強度の範囲、ビーム強度の変化幅、材料５の供給量の範囲および供給量の変化幅といった各条件のうちの少なくとも１つを含む。設定される条件のデータは、経路生成部２１へ入力される。設定される条件のデータは、パラメータ等としてあらかじめＮＣ装置３０に記憶されたものでも良い。ここでは、ビーム強度の値と供給量の値との選び方のパターンによって５つの積層条件が設定されるとする。この場合、上記の式（１）に基づいて、Ｎ＝５が算出される。

（積層条件設定部３１）
　積層条件設定部３１は、プロセスマップ作成部２４による溶着状態の判定結果に基づいて出力指令と供給指令とのうちの少なくとも一方を調整する。積層条件設定部３１は、溶着状態が「溶着量不足状態」である積層条件について、溶着状態が「溶着量安定状態」となるように出力指令および供給指令の少なくとも一方を調整する。積層条件設定部３１は、プロセスマップ作成に使用された２つ以上の積層条件の内容に基づいて積層条件の内容を変更する。また、積層条件設定部３１は、溶着状態が「溶着量安定状態」である積層条件について、「溶着量安定状態」が維持されるように出力指令および供給指令の少なくとも一方を調整する。積層条件設定部３１は、プロセスマップ作成に使用された２つ以上の積層条件の内容に基づいて積層条件の内容を変更する。

　積層条件設定部３１は、積層条件Ｃ（１，１）についての溶着状態の判定結果をプロセスマップ作成部２４から取得して、積層条件Ｃ（２，１）についてビーム出力の指令値と供給量の指令値とを決定する。積層条件Ｃ（１，１）についての溶着状態は「溶着量不足状態」とする。積層条件設定部３１は、過去の造形における積層条件に基づいて、現在の積層条件についてのビーム出力の指令値と供給量の指令値とを決定する。なお、積層条件Ｃ（１，１）については過去の造形による積層条件が無いことから、上記の式（５）に基づいて供給量の指令値を決定する。式（５）における「ΔＷ」である変更幅は、あらかじめ設定されたパラメータである。

　積層条件設定部３１は、第１の積層条件である積層条件Ｃ（２，１）についての溶着状態の判定結果をプロセスマップ作成部２４から取得して、第２の積層条件である積層条件Ｃ（３，１）についてビーム出力の指令値と供給量の指令値とを決定する。ここでは、第１の積層条件は、複数の積層条件のうちの１つの積層条件とする。第２の積層条件は、第１の積層条件による造形よりも後の造形のための与えられた積層条件とする。積層条件Ｃ（２，１）についての溶着状態は「溶着量不足状態」とする。

　図１３は、実施の形態２にかかる数値制御装置による積層条件の内容の変更について説明するための図である。図１３には、溶融池の大きさＲと、溶融池の中心と材料５の先端との距離Ｌｄとの関係を表すグラフを示している。かかるグラフにおいて、横軸は溶融池の大きさＲ、縦軸は溶融池の中心と材料５の先端との距離Ｌｄを表す。領域Ｓ５は、溶着状態が「溶着量安定状態」となるときの大きさＲおよび距離Ｌｄの範囲を表す。

　積層条件設定部３１は、次の式（７）に基づいて算出される変更幅ΔＷｃ（ｉ，ｊ）に従って、現在の積層条件Ｃ（ｉ，ｊ）における供給指令Ｗｃ（ｉ，ｊ）を変更する。式（７）において、「Ｗ」は、プロセスマップ作成部２４において既に溶着状態が判定された積層条件についての供給量の指令値を表す。「ｖ」は、図１３に示すグラフにおいて２つの積層条件を表すプロット間の距離を表す。「ｑ」は、図１３に示すグラフにおいて１つの積層条件を表すプロットから領域Ｓ５までの距離を表す。

　積層条件Ｃ（２，１）についての溶着状態が「溶着量不足状態」であることから、積層条件設定部３１は、上記の式（７）に従って、積層条件Ｃ（３，１）についての供給指令Ｗｃ（３，１）を変更する。このとき、「ｖ」は、積層条件Ｃ（１，１）を表すプロットと積層条件Ｃ（２，１）を表すプロットとの距離である。「ｑ」は、積層条件Ｃ（２，１）を表すプロットから領域Ｓ５までの距離である。

　変更幅ΔＷｃ（３，１）とあらかじめ設定されたパラメータである「ΔＷ」とにおいてΔＷｃ（３，１）＞ΔＷの関係が成り立つとする。積層条件設定部３１は、積層条件Ｃ（２，１）から供給量が「ΔＷ」だけ変化しても「溶着量不足状態」が維持されるとの判断によって、供給指令Ｗｃ（３，１）を変化幅ΔＷｃ（３，１）に基づいて調整する。これにより、積層条件設定部３１は、図１３に示すように積層条件Ｃ（３，１）についての溶着状態が「溶着量安定状態」となるように積層条件Ｃ（３，１）の内容を変更する。このように、積層条件設定部３１は、第１の積層条件による造形時の溶着状態が「溶着量不足状態」と判定された場合に、第２の積層条件について、溶着状態を「溶着量安定状態」とするための変更を行う。

　積層条件設定部３１は、第１の積層条件である積層条件Ｃ（３，１）についての溶着状態の判定結果をプロセスマップ作成部２４から取得して、第２の積層条件である積層条件Ｃ（４，１）についてビーム出力の指令値と供給量の指令値とを決定する。ここでは、第１の積層条件は、複数の積層条件のうちの１つの積層条件とする。第２の積層条件は、第１の積層条件による造形よりも後の造形のための与えられた積層条件とする。積層条件Ｃ（３，１）についての溶着状態は、積層条件設定部３１による調整によって「溶着量安定状態」となっている。

　変更幅ΔＷｃ（４，１）と「ΔＷ」とにおいてΔＷｃ（４，１）＞ΔＷの関係が成り立つとする。積層条件設定部３１は、積層条件Ｃ（３，１）から供給量が「ΔＷ」だけ変化することで「溶着量安定状態」が維持されず溶着状態が「溶着量過剰状態」になるとの判断によって、供給指令Ｗｃ（４，１）を変更幅ΔＷｃ（４，１）に基づいて調整する。これにより、積層条件設定部３１は、積層条件Ｃ（４，１）について「溶着量安定状態」が維持されるように積層条件Ｃ（４，１）の内容を変更する。このように、積層条件設定部３１は、第１の積層条件による造形時の溶着状態が「溶着量安定状態」と判定された場合に、第２の積層条件について、「溶着量安定状態」を維持するための変更を行う。

　積層条件設定部３１は、積層条件Ｃ（４，１）についての溶着状態の判定結果をプロセスマップ作成部２４から取得して、積層条件Ｃ（５，１）についてビーム出力の指令値と供給量の指令値とを決定する。積層条件設定部３１は、供給指令Ｗｃ（４，１）からの供給量の変更によって溶着状態が「溶着量過剰状態」になると判断した場合に、積層条件Ｃ（５，１）についての層の形成を中止させる。

　積層条件設定部３１は、供給指令の場合と同様に出力指令を調整する。このように、積層条件設定部３１は、供給指令と出力指令とのうちの少なくとも一方を調整することによって、積層条件の内容を変更する。これにより、ＮＣ装置３０は、プロセスマップへの積層条件の登録を効率良く行うことが可能となる。

（プロセスマップ作成部２４）
　上述する例では、積層条件Ｃ（３，１）と積層条件Ｃ（４，１）とにおいて、溶着状態が「溶着量安定状態」となる。プロセスマップ作成部２４は、溶着状態の判定結果に基づいて積層条件Ｃ（３，１）と積層条件Ｃ（４，１）とを選択する。プロセスマップ作成部２４は、積層条件Ｃ（３，１）についての出力指令Ｐｃ（３，１）および供給指令Ｗｃ（３，１）と形状データＫ（３，１）とを互いに対応付けて登録する。形状データＫ（３，１）は、積層高さＨ（３，１）および積層幅Ｄ（３，１）である。プロセスマップ作成部２４は、積層条件Ｃ（４，１）についての出力指令Ｐｃ（４，１）および供給指令Ｗｃ（４，１）と形状データＫ（４，１）とを互いに対応付けて登録する。形状データＫ（４，１）は、積層高さＨ（４，１）および積層幅Ｄ（４，１）である。

　以上により、ＮＣ装置３０は、新規の材料５についてのプロセスマップを作成する。なお、ＮＣ装置３０は、図５に示すようなグラフとしてプロセスマップを記憶する。または、ＮＣ装置３０は、プロセスマップのデータをテーブルに変換することによって得られたデータベースを記憶しても良い。

　実施の形態２によると、ＮＣ装置３０は、プロセスマップ作成部２４よる溶着状態の判定結果に基づいて出力指令と供給指令とのうちの少なくとも一方を調整する。これにより、ＮＣ装置３０は、プロセスマップへの積層条件の登録を効率良く行うことが可能となることによって、目標とされる造形物を得るための調整における作業効率を向上させることができる。

実施の形態３．
　図１４は、実施の形態３にかかる数値制御装置が有する機能構成を示す図である。実施の形態３にかかるＮＣ装置４０は、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。距離Ｌｄは、図８に示すように、溶融池の中心と材料５の先端との距離である。ＮＣ装置４０は、実施の形態１にかかるＮＣ装置１が有する構成要件に加えて、機械学習のための機能構成を有する。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。

　ＮＣ装置４０は、機械学習装置４１と意思決定部４２とを有する。機械学習装置４１は、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。意思決定部４２は、機械学習装置４１が学習した結果に基づいて、溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を決定する。実施の形態３では、教師あり学習によって溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係が決定される例について説明する。

　図１５は、実施の形態３にかかる数値制御装置が有する機械学習装置の機能構成を示すブロック図である。ＮＣ装置４０には、造形品質データ４６が入力される。造形品質データ４６は、造形物１５の造形品質を表すデータであって、造形品質を評価した作業者によってＮＣ装置４０へ入力される。造形品質データ４６は、造形物１５の形状を測定した結果に基づいて造形物１５の造形品質を評価する品質評価装置によってＮＣ装置４０へ入力されても良い。品質評価装置は、ＮＣ装置４０の外部の装置であるほか、ＮＣ装置４０の内部に設けられても良い。実施の形態３では、品質評価装置の図示を省略する。

　機械学習装置４１は、状態観測部４３とデータ取得部４４と学習部４５とを有する。溶融池の大きさを示す大きさデータ４７と距離Ｌｄを表す距離データ４８とは、状態観測部４３へ入力される。プロセスマップ作成部２４による溶着状態の判定結果４９は、状態観測部４３へ入力される。造形品質データ４６は、データ取得部４４へ入力される。

　状態観測部４３は、大きさデータ４７、距離データ４８および判定結果４９を、状態変数として観測する。状態観測部４３は、状態変数を学習部４５へ出力する。データ取得部４４は、教師データである造形品質データ４６を取得する。データ取得部４４は、教師データを学習部４５へ出力する。学習部４５は、状態変数と教師データとの組み合わせに基づいて作成されるデータセットに従って、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。

　学習部４５は、例えば、ニューラルネットワークモデルに従い、いわゆる教師あり学習によって、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。ここで、教師あり学習とは、学習部４５へデータセットを大量に与えることによって、データセットの特徴を学習部４５に学習させ、入力から結果を推定するモデルをいう。データセットは、ある入力と、入力に対応する結果であるラベルとを含む。ニューラルネットワークは、複数のニューロンからなる入力層と、複数のニューロンからなる中間層である隠れ層と、複数のニューロンからなる出力層とで構成される。中間層は、１層、または２層以上でもよい。

　図１６は、実施の形態３における学習に使用されるニューラルネットワークの構成例を示す図である。図１６に示すニューラルネットワークは、３層のニューラルネットワークである。入力層は、ニューロンＸ１，Ｘ２，Ｘ３を含む。中間層は、ニューロンＹ１，Ｙ２を含む。出力層は、ニューロンＺ１，Ｚ２，Ｚ３を含む。なお、各層のニューロンの数は任意とする。入力層へ入力された複数の値は、重みＷ１であるｗ１１，ｗ１２，ｗ１３，ｗ１４，ｗ１５，ｗ１６が乗算されて、中間層へ入力される。中間層へ入力された複数の値は、重みＷ２であるｗ２１，ｗ２２，ｗ２３，ｗ２４，ｗ２５，ｗ２６が乗算されて、出力層から出力される。出力層から出力される出力結果は、重みＷ１，Ｗ２の値に従って変化する。

　学習部４５は、状態観測部４３によって観測される大きさＲおよび距離Ｌｄと、データ取得部４４によって取得される造形品質データ４６との組み合わせに基づいたデータセットを作成する。学習部４５のニューラルネットワークは、作成されるデータセットに従って、いわゆる教師あり学習によって、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。すなわち、ニューラルネットワークは、大きさＲの値と距離Ｌｄの値とが入力層へ入力されることによって出力層から出力される結果が造形品質データ４６である教師データに近づくように重みＷ１，Ｗ２を調整することによって、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。

　ニューラルネットワークは、いわゆる教師なし学習によって、溶着状態が「溶着量安定状態」となる溶融池の大きさと溶融池中心と金属線条先端の相対距離との関係を学習することもできる。教師なし学習とは、教師データを与えずに入力データを学習部４５へ大量に与えることによって、入力データがどのような分布をしているかを学習部４５に学習させるモデルである。

　教師なし学習の手法の１つに、入力データの類似性に基づいて入力データをグループ化するクラスタリングがある。学習部４５は、クラスタリングの結果を使って、何らかの基準を最適にするように出力の割り当てを行うことによって、出力の予測モデルを生成する。学習部４５は、教師なし学習と教師あり学習とが組み合わせられたモデルである半教師あり学習によって、異常の有無あるいは測定結果を学習しても良い。入力データのうちの一部については当該入力データに対応する教師データが与えられる一方、その他の入力データには教師データが与えられない場合の学習が、半教師あり学習に該当する。

　学習部４５は、複数の付加製造装置１００に対して作成されたデータセットに従って、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習しても良い。学習部４５は、同一の現場で使用される複数の付加製造装置１００からデータセットを取得しても良く、あるいは、互いに異なる現場で使用される複数の付加製造装置１００からデータセットを取得しても良い。データセットは、複数の現場において互いに独立して稼働する複数の付加製造装置１００から収集されたものであっても良い。複数の付加製造装置１００からのデータセットの収集を開始した後に、データセットが収集される対象に新たな付加製造装置１００が追加されても良い。また、複数の付加製造装置１００からのデータセットの収集を開始した後に、データセットが収集される対象から、複数の付加製造装置１００のうちの一部が除外されても良い。

　ある１つのＮＣ装置４０において学習を行った学習部４５は、当該ＮＣ装置４０以外の他のＮＣ装置４０へ取り付けられても良い。当該他のＮＣ装置４０に取り付けられた学習部４５は、当該他のＮＣ装置４０における再学習によって、出力の予測モデルを更新することができる。

　学習部４５が使用する学習アルゴリズムには、特徴量の抽出を学習する深層学習を用いることができる。学習部４５は、深層学習以外の公知の方法、例えば、遺伝的プログラミング、機能論理プログラミング、サポートベクターマシンなどに従って機械学習を実行してもよい。

　機械学習装置４１は、ＮＣ装置４０に設けられるものに限られない。機械学習装置４１は、ＮＣ装置４０の外部の装置であっても良い。機械学習装置４１は、ネットワークを介してＮＣ装置４０に接続可能な装置であっても良い。機械学習装置４１は、クラウドサーバ上に存在する装置であっても良い。

　実施の形態３によると、ＮＣ装置４０は、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとの関係を学習する。プロセスマップ作成部２４は、学習によって決定された関係に基づいて、溶着状態が「溶着量安定状態」となる場合における溶融池の大きさＲと距離Ｌｄとを正確に算出することができる。これにより、ＮＣ装置４０は、溶着状態が「溶着量安定状態」となる積層条件を正確に登録することができる。なお、実施の形態３と同様の機械学習は、実施の形態２にかかるＮＣ装置３０に適用されても良い。

　次に、実施の形態１から３にかかるＮＣ装置１，３０，４０が有するハードウェア構成について説明する。ＮＣ装置１，３０，４０が有する機能は、処理回路を使用して実現される。処理回路は、ＮＣ装置１，３０，４０に搭載される専用のハードウェアである。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであっても良い。

　図１７は、実施の形態１から３にかかる数値制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第１の図である。図１７には、ＮＣ装置１，３０，４０の機能が専用のハードウェアを使用して実現される場合におけるハードウェア構成を示している。各ＮＣ装置１，３０，４０は、各種処理を実行する処理回路５１と、ＮＣ装置１，３０，４０の外部の機器との接続あるいは情報の入出力のためのインタフェース５２と、情報を記憶する記憶装置５３とを備える。

　専用のハードウェアである処理回路５１は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）、又はこれらの組み合わせである。経路生成部２１、指令値生成部２２、特徴量抽出部２３、プロセスマップ作成部２４、積層条件設定部３１、機械学習装置４１および意思決定部４２の各機能は、処理回路５１を用いて実現される。プロセスマップは、記憶装置５３に記憶される。指令値生成部２２によって生成された各指令は、インタフェース５２から各部へ出力される。

　図１８は、実施の形態１から３にかかる数値制御装置が有するハードウェア構成の例を示す第２の図である。図１８には、ＮＣ装置１，３０，４０の機能がプログラムを実行するハードウェアを用いて実現される場合におけるハードウェア構成を示している。

　プロセッサ５４は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、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）である。経路生成部２１、指令値生成部２２、特徴量抽出部２３、プロセスマップ作成部２４、積層条件設定部３１、機械学習装置４１および意思決定部４２の各機能は、プロセッサ５４と、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。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、内蔵メモリであるメモリ５５に格納される。メモリ５５は、不揮発性もしくは揮発性の半導体メモリであって、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）である。

　以上の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、変更することが可能である。

　１，３０，４０　ＮＣ装置、２　レーザ発振器、３　ファイバーケーブル、４　材料供給装置、５　材料、６　ガス供給装置、７　配管、８　加工ヘッド、９　ビームノズル、１０　材料ノズル、１１　ガスノズル、１２　ヘッド駆動装置、１３　ステージ、１４　ベース材、１５　造形物、１６　被加工物、１７　助走区間、２１　経路生成部、２２　指令値生成部、２３　特徴量抽出部、２４　プロセスマップ作成部、３１　積層条件設定部、４１　機械学習装置、４２　意思決定部、４３　状態観測部、４４　データ取得部、４５　学習部、４６　造形品質データ、４７　大きさデータ、４８　距離データ、４９　判定結果、５１　処理回路、５２　インタフェース、５３　記憶装置、５４　プロセッサ、５５　メモリ、１００　付加製造装置。

Claims

　ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物へ積層することによって造形物の製造を行う付加製造装置を制御する数値制御装置であって、
　溶融した材料が前記被加工物へ付加される状態である溶着状態を判定するための特徴量を画像データから抽出する特徴量抽出部と、
　複数の積層条件の中から前記溶着状態の判定結果に基づいて選択された積層条件について、ビーム強度と材料の供給量との少なくとも一方を含む積層条件と前記造形物の形状とが対応付けられたプロセスマップを作成するプロセスマップ作成部と、を備えることを特徴とする数値制御装置。
　前記特徴量は、材料の溶融によって前記被加工物に形成される溶融池の大きさと、前記溶融池の中心から材料のうち前記被加工物の側の先端までの距離であることを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
　前記特徴量抽出部は、前記数値制御装置へ与えられた積層条件に従って形成された層の形状を表す形状データを前記画像データから抽出し、
　前記プロセスマップ作成部は、積層条件に前記形状データが対応付けられた前記プロセスマップを作成することを特徴とする請求項２に記載の数値制御装置。
　前記数値制御装置へ与えられた積層条件に従った前記ビームの出力指令および前記材料の供給指令の少なくとも一方を調整することによって前記与えられた積層条件の内容を変更する積層条件設定部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の数値制御装置。
　前記積層条件設定部は、前記複数の積層条件のうちの１つである第１の積層条件による造形時の溶着状態が、前記被加工物への溶融した材料の付加が不足している第１の溶着状態と判定された場合に、前記第１の積層条件による造形よりも後の造形のための前記与えられた積層条件である第２の積層条件について、溶着状態を目標とする形状の層を形成可能な第２の溶着状態とするための変更を行うことを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
　前記積層条件設定部は、前記複数の積層条件のうちの１つである第１の積層条件による造形時の溶着状態が、目標とする形状の層を形成可能な第２の溶着状態と判定された場合に、前記第１の積層条件による造形よりも後の造形のための前記与えられた積層条件である第２の積層条件について、前記第２の溶着状態を維持するための変更を行うことを特徴とする請求項４に記載の数値制御装置。
　材料の供給位置を移動させる経路である移動経路を、前記プロセスマップの作成のために設定される条件に従って生成する経路生成部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の数値制御装置。
　前記経路生成部は、積層条件が変更される際における層の形状が中断される区間を含む前記移動経路を生成することを特徴とする請求項７に記載の数値制御装置。
　前記プロセスマップ作成部は、作成された前記プロセスマップに基づいて、前記プロセスマップに登録されていない形状データについての新たな積層条件を生成することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の数値制御装置。
　材料の溶融によって前記被加工物に形成される溶融池の大きさと前記溶融池の中心から材料のうち前記被加工物の側の先端までの距離との関係であって、溶着状態が目標とする形状の層を形成可能な溶着状態であるときの前記関係を学習する機械学習装置と、
　前記機械学習装置が学習した結果に基づいて前記関係を決定する意思決定部と、を備え、
　前記機械学習装置は、
　前記大きさと前記距離とを状態変数として観測する状態観測部と、
　前記状態変数に基づいて作成されるデータセットに従って前記関係を学習する学習部と、を有することを特徴とする請求項１から９のいずれか１つに記載の数値制御装置。
　ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物へ積層することによって造形物の製造を行う付加製造装置を数値制御装置の使用によって制御する付加製造装置の制御方法であって、
　溶融した材料が前記被加工物へ付加される状態である溶着状態を判定するための特徴量を画像データから抽出する工程と、
　複数の積層条件の中から前記溶着状態の判定結果に基づいて選択された積層条件について、ビーム強度と材料の供給量との少なくとも一方を含む積層条件と前記造形物の形状とが対応付けられたプロセスマップを作成する工程と、を含むことを特徴とする付加製造装置の制御方法。