WO2022019123A1 - 積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム - Google Patents

積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム Download PDF

Info

Publication number
WO2022019123A1
WO2022019123A1 PCT/JP2021/025685 JP2021025685W WO2022019123A1 WO 2022019123 A1 WO2022019123 A1 WO 2022019123A1 JP 2021025685 W JP2021025685 W JP 2021025685W WO 2022019123 A1 WO2022019123 A1 WO 2022019123A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laminated
measurement
torch
unit
welded
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/025685
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
旭則 吉川
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社神戸製鋼所 filed Critical 株式会社神戸製鋼所
Priority to EP21845893.3A priority Critical patent/EP4169677A4/en
Priority to CN202180059924.7A priority patent/CN116133802A/zh
Priority to US18/006,351 priority patent/US20230286074A1/en
Publication of WO2022019123A1 publication Critical patent/WO2022019123A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/042—Built-up welding on planar surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B33Y50/02—Data acquisition or data processing for additive manufacturing for controlling or regulating additive manufacturing processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing system for a laminated model in which welded beads are laminated based on a stacking plan, a method for manufacturing a laminated model, and a manufacturing program for the laminated model.
  • Patent Document 1 discloses a welding quality determination method capable of determining the welding quality of a welded product which is lap welding and is welded by non-penetration welding.
  • the first welded material and the second welded material are joined by irradiating the first welded material with a laser beam in a state where the first welded material and the second welded material are overlapped with each other.
  • a welding quality determination method for determining the welding quality of a welded object, wherein the welded portion in which the first welded material and the second welded material are laser-welded by irradiation with a laser beam is the first welded portion at the time of laser welding.
  • the portion to be welded and the second material to be welded are solidified after being melted, and the welded portion is the first material to be welded in which the molten region of the second material to be welded is placed in the second material to be welded during laser welding. It is formed by welding that does not reach the surface opposite to the side, and the welding quality of the weld is determined based on the height of the weld bead formed on the laser beam irradiation surface of the first material to be welded at the weld. do.
  • Patent Document 2 discloses a system and a method for providing position feedback for additive manufacturing.
  • One or both of the output current, output voltage, output power, output circuit impedance, and wire feed rate are sampled during the additional manufacturing process in producing the current layer.
  • Multiple instantaneous contact chip-to-work distances (CTWD) are determined based on at least one or both of output current, output voltage, output power, output circuit impedance, and wire feed rate.
  • the average CTWD is determined based on multiple instantaneous CTWDs.
  • a correction factor used to compensate for any error in the height of the current layer is generated based on at least the average CTWD.
  • Patent Document 1 measures the bead height with a laser sensor and performs feedback control.
  • Patent Document 2 monitors the output current, wire feed rate, etc., and performs feedback control of the distance (height information) between the chip and the work.
  • the present invention relates to a technique for obtaining an appropriate bead shape of a welded bead when manufacturing a laminated model in which a plurality of welded beads formed by melting and solidifying a welded material by using an arc are stacked on a base material.
  • the present invention is a manufacturing system for a laminated model in which welded beads are laminated based on a lamination plan, and the base shape of a torch provided on a robot arm and a base portion attached to the torch and for laminating the welded beads is obtained.
  • the first measurement unit that directly measures in a non-contact manner and the second measurement that measures at least one of the current, voltage, or filler metal supply speed when laminating the welded beads and estimates the base shape from the history change. And at least the measurement result of either the first measurement unit or the second measurement unit is selected, and the control of at least one of the robot arm, the current, the voltage and the filler metal supply speed is modified.
  • a control unit and a control unit are provided.
  • the control unit compares the measurement result of the first measurement unit and the measurement result of the second measurement unit with a predetermined threshold value, and when the deviation value from the threshold value exceeds the predetermined value, the measurement result.
  • the control may be modified by switching the selection of.
  • the control unit may switch the selection of the measurement result by collating the moving distance of the torch, the measurement position by the first measurement unit, and the measurement position by the second measurement unit with the position on the stacking plan.
  • the first measurement unit is a laser sensor, and the laser light of the laser sensor may be irradiated forward or backward with respect to the scanning direction of the torch.
  • Comparison with the threshold value may be performed based on the value obtained by averaging the measurement results over a predetermined time.
  • the measurement result of the second measuring unit may be selected.
  • the present invention is a method for manufacturing a laminated model in which welded beads are laminated based on a lamination plan, and is a base for laminating welded beads using a first measuring unit attached to a torch provided on a robot arm.
  • the process of directly measuring the base shape of the part in a non-contact manner and the second measuring unit are used to measure at least one of the current, voltage, or filler metal supply speed when laminating the welded beads, and the history changes.
  • the step of estimating the base shape from the above, and the measurement result of at least one of the first measurement unit or the second measurement unit is selected, and the robot arm, the current, the voltage, and the filler metal supply speed are selected. Includes a step of modifying at least one of the controls.
  • the present invention is a program for causing a computer to execute a procedure for manufacturing a laminated model for executing a method for manufacturing a laminated model in which welded beads are laminated based on a stacking plan, and is provided on a robot arm.
  • the computer is made to perform a step of modifying the control of at least one of the robot arm, the current, the voltage, and the filler feed rate.
  • an appropriate result can be selected from the measurement results of the shape of the base portion by the first measuring unit or the second measuring unit, and the laminated model can be manufactured with high accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic schematic configuration diagram of a manufacturing system for manufacturing a laminated model by the manufacturing method of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view illustrating the shape sensor.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the laminated model showing an example of the laminated model.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state when a welded bead is formed by a torch and a laser sensor, and FIG. 4A shows a welded bead when the laser beam of the laser sensor is not blocked by the frame portion of the laminated model. The state of forming is shown, and (B) shows the state of forming a welded bead when the laser beam is blocked by the frame portion of the laminated model.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state when a welded bead is formed by a torch and a laser sensor, and FIG. 4A shows a welded bead when the laser beam of the laser sensor is not blocked by the frame portion of the laminated
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing a situation in which the first measurement unit and the second measurement unit are switched when the welding bead is formed by the torch and the laser sensor.
  • FIG. 6 is a graph of each measurement information used for switching between the first measurement unit and the second measurement unit, (A) is a graph of the height of the welded bead by the first measurement unit, and (B). Is a graph of the values of any of the current, voltage, and filler metal supply rate when laminating the welded beads by the second measuring unit.
  • FIG. 7 shows an example of back irradiation by the shape sensor constituting the first measurement unit.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing the relationship between the mounting direction of the laser sensor and the scanning direction of the torch, and (A) is (B) when the mounting direction of the laser sensor viewed from the torch and the scanning direction of the torch are the same. Indicates that the mounting direction of the laser sensor as seen from the torch and the scanning direction of the torch are not the same.
  • FIG. 1 is a block diagram of a manufacturing system used for manufacturing a laminated model of the present invention.
  • the laminated model manufacturing system 100 having this configuration includes a laminated modeling device 11, a controller 13 that controls the laminated modeling device 11, and a power supply device 15.
  • the laminated modeling device 11 has a welding robot 19 provided with a torch 17 on the tip shaft, and a filler material supply unit 21 for supplying the filler material (welding wire) M to the torch 17.
  • the tip shaft of the welding robot 19 is provided with a shape sensor 23 constituting the first measurement unit together with the torch 17.
  • the welding robot 19 is an articulated robot, and the filler metal M is supported by the torch 17 attached to the tip shaft of the robot arm so that it can be continuously supplied.
  • the position and posture of the torch 17 can be arbitrarily set three-dimensionally within the range of the degree of freedom of the robot arm.
  • the torch 17 has a shield nozzle (not shown), and shield gas is supplied from the shield nozzle.
  • the arc welding method may be either a consumable electrode type such as shielded metal arc welding or carbon dioxide arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding, and is appropriately selected according to the laminated model to be manufactured. Weld.
  • a contact tip is arranged inside the shield nozzle, and the filler metal M to which the melting current is supplied is held by the contact tip.
  • the torch 17 generates an arc from the tip of the filler M in a shield gas atmosphere while holding the filler M.
  • the filler material M is fed from the filler material supply unit 21 to the torch 17 by a feeding mechanism (not shown) attached to a robot arm or the like. Then, when the filler metal M that is continuously fed is melted and solidified while moving the torch 17, a linear welded bead B that is a molten solidified body of the filler metal M is formed on the base plate 51.
  • a laminated model W made of a welded bead B is formed.
  • the shape sensor 23 is arranged side by side on the torch 17, and is moved together with the torch 17.
  • the shape sensor 23 is a sensor that measures the shape of the base portion when forming the welded bead B.
  • a laser sensor that acquires the reflected light of the irradiated laser light as height data is used.
  • a three-dimensional shape measurement camera may be used.
  • the controller 13 includes a CAD / CAM unit 31, an orbit calculation unit 33, a storage unit 35, a dissociation amount calculation unit 37, a correction unit 39, a second measurement unit 32, and a control unit 41 to which these are connected. , Have.
  • the controller 13 is composed of a computer device including a CPU, a memory, a storage, and the like.
  • the CAD / CAM unit 31 inputs or creates shape data (CAD data, etc.) of the laminated model W to be manufactured.
  • the orbit calculation unit 33 decomposes the shape model of the three-dimensional shape data into a plurality of welded bead layers according to the height of the welded bead B. Then, for each layer of the decomposed shape model, the trajectory of the torch 17 for forming the welded bead B and the heating conditions for forming the welded bead B (welding conditions for obtaining the bead width, bead stacking height, etc.) are set. Create a stacking plan that defines (including).
  • the deviation amount calculation unit 37 compares the stacking plan generated by the trajectory calculation unit 33 with the actually measured value measured by the shape sensor 23. Then, the amount of deviation between the shape based on the lamination plan and the shape based on the actually measured value in the base portion when forming the welded bead B is calculated.
  • the correction unit 39 corrects the welding conditions based on the laminating plan when forming the welded bead B based on the deviation amount calculated by the deviation amount calculation unit 37.
  • the second measuring unit 32 acquires the current and voltage for forming the welded bead B from the power supply device 15, and determines the fillering material supply speed, which is the speed at which the fillering material (welding wire) M is supplied to the torch 17. Obtained from the filler material supply unit 21. Therefore, the second measuring unit 32 can estimate and measure the shape (base shape) of the base portion to be the base when forming the welded bead B from the historical change of these values.
  • the shape sensor 23 constituting the first measuring unit directly measures the base shape by a medium such as a laser beam in a non-contact manner, whereas the second measuring unit 32 measures the current and voltage when forming the welded bead B.
  • the base shape is indirectly measured by a numerical value such as the filler metal supply speed.
  • the control unit 41 executes the manufacturing program stored in the storage unit 35 to drive the welding robot 19, the power supply device 15, and the like. That is, the welding robot 19 moves the torch 17 and melts the filler metal M with an arc in response to a command from the controller 13 to form a welded bead B on the base plate 51.
  • the base plate 51 is made of a metal plate such as a steel plate, and is basically larger than the bottom surface (bottom layer surface) of the laminated model W.
  • the base plate 51 is not limited to a plate shape, and may be a base having another shape such as a block body or a rod shape.
  • any commercially available welding wire can be used.
  • it is defined by mug welding and MIG welding solid wire (JIS Z 3312) for mild steel, high tension steel and low temperature steel, arc welding flux containing wire for mild steel, high tension steel and low temperature steel (JIS Z 3313), etc. Wire can be used.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the laminated model W showing an example of the laminated model W.
  • this laminated model W has a frame portion 53 formed by laminating a welded bead B1 on a base plate 51.
  • the laminated model W has an internal model 55 formed from the welded bead B2 inside the frame 53.
  • the internal molding portion 55 is configured by laminating a welded bead layer BL made of a welded bead B2.
  • the filler metal M is melted while the torch 17 of the laminated molding apparatus 11 is moved by the drive of the welding robot 19. Then, the welded bead B1 made of the molten filler M is supplied onto the base plate 51 and laminated, and a frame portion 53 having a substantially rectangular shape in a plan view made of the welded bead B1 laminated on the base plate 51 is formed.
  • a welded bead B2 is formed inside the frame portion 53. Then, the welded bead B2 is formed in the frame portion 53 in the width direction. As a result, a welded bead layer BL composed of a plurality of welded beads B2 formed in parallel is formed in the frame portion 53. Then, the welded bead layer BL is laminated inside the frame portion 53 to form the internal modeling portion 55.
  • the internal modeling portion 55 is formed inside the frame portion 53 after the frame portion 53 is formed, the internal forming portion 55 can be efficiently formed by the welding bead B2 having a large cross-sectional area.
  • the laminated model manufacturing system 100 In order to create the laminated model W with high accuracy using the laminated model manufacturing system 100, it is necessary to control the width and height of each welded bead, and welding using laser sensor information or current voltage information. It is desirable to perform feedback control regarding the shape of the bead. For example, the bead height is measured by a laser sensor to perform feedback control.
  • FIG. 4 shows a state in which the torch 17 is traveling in the traveling direction D toward the frame portion 53 constituting the wall portion rising from the base plate 51 when forming the welded bead B2 on the base plate 51 as the base. Shows. As shown in FIG. 4A, until the torch 17 approaches the frame portion 53 at a predetermined distance, the torch 17 is irradiated from the shape sensor 23, which is a laser sensor attached to the torch 17. The laser beam L reaches the base plate 51.
  • the shape sensor 23 constituting the first measuring unit can be estimated shape of the surface of the base plate 51 (the base shape) in a non-contact, i.e., it is possible to estimate the height information z a of the base plate 51, the torch 17 it can be from obtaining distance estimate d e to the base plate 51.
  • the second measuring unit 32 can be able to estimate the bead shape of the weld bead from the history change of these values, obtain distance estimate d e from the torch 17 to the base plate 51.
  • Figure in the state of (A) 4 also utilizing any value of the first measurement distance estimate obtained from the portion at which the shape sensor 23 d e or range estimates obtained from the second measurement unit 32 d e It is possible. Based on the variation of the distance estimate d e by modifying the welding conditions, it is possible to adjust the stack height. For example, if the height information z a is too high or the distance estimate d e is too short, in order to suppress the stack height, or modify the control of the robot arm, or a faster welding speed, feed filler material Perform operations such as lowering the feed rate, lowering the current or voltage, or lowering both the current and voltage.
  • FIG. 4B shows a state in which the torch 17 approaches the frame portion 53 within a predetermined distance or less.
  • the irradiation of the laser beam L by the shape sensor 23 is blocked by the frame portion 53 that functions like a wall, and does not reach the base plate 51. Therefore, the shape sensor 23, height information z a of the base plate 51, it becomes impossible to obtain a distance estimate d e to the base plate 51, it becomes impossible to grasp the underlying shape, adjust the height above You will not be able to do that either.
  • the position where the measurement by the shape sensor 23 as shown in FIG. 4B is hindered is from the stacking plan (path information, trajectory plan), the laser line of the laser beam, and the distance to the base plate 51 directly under the torch 17. I can grasp it. Therefore, the information for monitoring the height guide its position, by switching the distance estimate d e obtained from the second measuring unit 32, the monitoring and control of the stack height be present frame portion 53 It can be carried out. That is, the control unit 41 selects the measurement result of either the first measurement unit or the second measurement unit, controls the robot arm of the welding robot 19, controls the welding speed, controls the filler feed rate, and current voltage. Of the controls, etc., at least one of the controls is modified.
  • the surface shape of the base plate 51 is the base shape.
  • the first measuring unit or the second measuring unit grasps the distance to the welding bead B2. That is, the surface shape of the welded bead B2 is the base shape.
  • the substrate on which the welded bead is formed is composed of various members depending on the situation, but the present embodiment can be applied to any of the members. The same applies to the following description.
  • FIG. 5 shows a situation in which the control unit 41 selects the measurement result.
  • the control unit 41 sets the moving distance of the torch 17, the measurement position by the shape sensor 23 which is the first measurement unit, and the measurement position by the second measurement unit 32 into the positions on the stacking plan (coordinates x, y and height coordinates on the plane).
  • the selection of the measurement result is switched by collating with z).
  • the control unit 41 determines that the position (1) is the measurement position by the shape sensor 23, and the position (2) is the measurement position by the second measurement unit 32.
  • information of the second measurement unit 32 such as the current, voltage, or filler metal supply speed when laminating the welded beads
  • the current, voltage or filler metal supply speed is temporarily disturbed due to surface unevenness, surface slag, disturbance, etc.
  • height information can be acquired by non-contact measurement from the shape sensor 23, which is the first measurement unit. ..
  • control unit 41 collates the moving distance of the torch 17, the measurement position by the shape sensor 23 which is the first measurement unit, and the measurement position by the second measurement unit with the position on the stacking plan, so that the modeling can be performed even before the modeling is performed.
  • the position to switch between the first measurement unit and the second measurement unit can be accurately grasped.
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the measurement results
  • FIG. 6A is the measurement results of the shape sensor 23 which is the first measurement unit, and the height information obtained from the reflection intensity of the irradiated laser beam L.
  • (B) of FIG. 6 is a measurement result by the second measuring unit 32, and is a value of any one of the current, the voltage, and the filler metal supply speed when laminating the welded beads.
  • the control unit 41 determines that the position P is the measurement position by the second measurement unit 32, and selects the measurement result of the second measurement unit 32.
  • the factors for acquiring an abnormal value by the first measurement unit and the second measurement unit are different, it is possible to make a determination based on the threshold value and switch to the other if there is an abnormality.
  • the threshold value in this switching determination may be adjusted in consideration of the accuracy or robustness of each measuring unit.
  • the control unit 41 may compare the measurement results of the first measurement unit and the second measurement unit with the above-mentioned threshold value based on the averaged value in a predetermined time. By averaging, the influence of noise and outliers can be suppressed, and stable measurement results can be obtained.
  • An example of the first measuring unit is the shape sensor 23, and the laser beam L of the shape sensor 23 is irradiated forward or backward with respect to the scanning direction (traveling direction) of the torch 17. 4 and 5 show an example of forward irradiation. On the other hand, when the shape sensor 23 is attached to the opposite side of the torch 17 in these figures, the back irradiation as shown in FIG. 7 is obtained.
  • the shape sensor 23 can measure the shape of the welded bead B with high accuracy. In the case of front irradiation, the unevenness of the surface of the welded bead B as a base can be monitored, and in the case of back irradiation, the height of the welded bead B immediately after being laminated can be confirmed. In monitoring the current, voltage, and filler material supply speed, the height directly below the torch 17 is grasped.
  • the shape sensor 23 cannot always measure the shape of the laminated path on the orbit.
  • the extending direction of the laser beam L and the scanning direction of the torch 17 are orthogonal to each other as shown in FIG. 8A
  • the height of the base portion in the orbit of the laminated path can be measured.
  • the extending direction of the laser beam L and the scanning direction of the torch 17 are not orthogonal to each other as shown in FIG. 8B
  • the height of the base portion in the orbit of the laminated path cannot be sufficiently measured. Since the shape sensor 23 is fixed to the torch 17 and cannot move around the torch 17, the laser beam L cannot irradiate the base portion where the welded bead is to be formed. Therefore, in such a case, it is desirable to monitor the height by using a value such as the current, voltage, or filler metal supply speed when laminating the welded beads by the second measuring unit 32.
  • the control unit 41 is the shape sensor 23 which is the first measurement unit. Either the measurement result of the above or the measurement result of the second measurement unit 32 can be used.
  • the control unit 41 selects the measurement result of the second measurement unit 32. It is desirable to do. Further, since such a situation can be grasped in advance from the stacking plan, the control unit 41 can set switching between the first measurement unit and the second measurement unit in advance based on the stacking plan.
  • the frame portion 53 is mentioned as an object that blocks the laser beam from the shape sensor 23, but the object that blocks the laser beam is not limited to the frame portion 53.
  • the control unit 41 can use the measurement result of the second measurement unit 32.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified, improved, or the like.
  • the material, shape, size, numerical value, form, number, arrangement location, etc. of each component in the above-described embodiment are arbitrary as long as the present invention can be achieved, and are not limited.

Abstract

積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造システムであって、ロボットアームに設けられたトーチと、トーチに取り付けられ、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する形状センサである第一計測部と、溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から下地形状を推定する第二計測部と、少なくとも第一計測部または第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、ロボットアーム、電流、電圧および溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する制御部と、を備える。

Description

積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム
　本発明は、積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラムに関する。
　特許文献１は、重ね溶接であって非貫通溶接により溶接された溶接物の溶接品質を判定できる溶接品質判定方法を開示している。本方法は、第１被溶接材と第２被溶接材とを重ね合わせた状態で第１被溶接材にレーザ光を照射することによって第１被溶接材と第２被溶接材とを接合した溶接物の溶接品質を判定する溶接品質判定方法であって、レーザ光の照射によって第１被溶接材と第２被溶接材とがレーザ溶接されている溶接部は、レーザ溶接の際に第１被溶接材及び第２被溶接材が溶融した後に固化した部分であり、かつ、溶接部は、レーザ溶接の際に第２被溶接材の溶融領域が第２被溶接材おける第１被溶接材側とは反対側の面にまで到達しない溶接により形成されており、溶接部において第１被溶接材のレーザ光照射面に形成された溶接ビードの高さに基づいて溶接物の溶接品質を判定する。
　特許文献２は、付加製造のための位置フィードバックを提供するシステムおよび方法を開示している。出力電流、出力電圧、出力電力、出力回路インピーダンス、およびワイヤ送り速度のうちの一方または両方が、現在層を生成する際の付加製造プロセス中にサンプリングされる。複数の瞬間的コンタクトチップ ツー ワーク距離（ＣＴＷＤ）が、出力電流、出力電圧、出力電力、出力回路インピーダンス、およびワイヤ送り速度のうちの少なくとも一方または両方に基づき判断される。平均ＣＴＷＤは複数の瞬間的ＣＴＷＤに基づき判断される。現在層の高さのいかなる誤差も補償するために使用される補正係数が少なくとも平均ＣＴＷＤに基づき生成される。
日本国特開２０１８－７９５０２号公報 日本国特開２０１９－１０７６９８号公報
　積層造形物を高精度に作成するためには、各溶着ビードの幅及び高さを制御する必要があり、レーザセンサ情報又は電流電圧情報を用いた溶着ビードの形状に関するフィードバック制御手法が提案されている。特許文献１はレーザセンサによりビード高さを計測してフィードバック制御を行う。特許文献２は出力電流、ワイヤ送り速度等をモニタリングしてチップとワーク間の距離（高さ情報）のフィードバック制御を行う。
　しかしながら、積層造形物によっては、レーザセンサでビードを計測できない箇所が発生する可能性があり、その範囲では、レーザセンサによるフィードバック制御を行うことが困難である。
　本発明は、アークを用いて溶加材を溶融及び固化してなる溶着ビードを母材上に複数重ねた積層造形物を製造する際に、適切な溶着ビードのビード形状を取得する技術に関する。
　本発明は、積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造システムであって、ロボットアームに設けられたトーチと、前記トーチに取り付けられ、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する第一計測部と、前記溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から前記下地形状を推定する第二計測部と、少なくとも前記第一計測部または前記第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、前記ロボットアーム、前記電流、前記電圧および前記溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する制御部と、を備える。
　前記制御部は前記第一計測部の計測結果と前記第二計測部の計測結果を、所定の閾値とそれぞれ比較し、前記閾値からの乖離値が所定の値を超えた際に、前記計測結果の選択を切り替えて前記制御を修正してもよい。
　前記制御部は前記トーチの移動距離、前記第一計測部による計測位置、前記第二計測部による計測位置を前記積層計画上の位置と照合して前記計測結果の選択を切り替えてもよい。
　前記第一計測部はレーザセンサであり、前記レーザセンサのレーザ光は前記トーチの走査方向に対して前方または後方に照射されてもよい。
　前記計測結果を所定時間で平均化した値を基に前記閾値との比較を行ってもよい。
　前記トーチから見た前記レーザセンサの取り付け方向と前記トーチの走査方向が同じでない場合は、前記第二計測部の計測結果を選択してもよい。
　更に本発明は、積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造方法であって、ロボットアームに設けられたトーチに取り付けられた第一計測部を用いて、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する工程と、第二計測部を用いて、前記溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から前記下地形状を推定する工程と、少なくとも前記第一計測部または前記第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、前記ロボットアーム、前記電流、前記電圧および前記溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する工程と、を含む。
　更に本発明は、積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造方法を実行するための積層造形物の製造方法の手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、ロボットアームに設けられたトーチに取り付けられた第一計測部を用いて、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する工程と、第二計測部を用いて、前記溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から前記下地形状を推定する工程と、少なくとも前記第一計測部または前記第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、前記ロボットアーム、前記電流、前記電圧および前記溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する工程と、をコンピュータに実行させる。
　本発明によれば、第一計測部または第二計測部による下地部分の形状の計測結果のうち、適切な結果を選択することができ、積層造形物を高精度に製造できる。
図１は、本発明の実施形態の製造方法で積層造形物を製造する製造システムの模式的な概略構成図である。 図２は、形状センサについて説明する概略側面図である。 図３は、積層造形物の一例を示す積層造形物の概略断面図である。 図４は、トーチとレーザセンサにより溶着ビードを形成する際の状態を示す概念図であり、（Ａ）はレーザセンサのレーザ光が積層造形物の枠部に遮られていない場合に溶着ビードを形成する状態を示し、（Ｂ）はレーザ光が積層造形物の枠部に遮られている場合に溶着ビードを形成する状態を示す。 図５は、トーチとレーザセンサにより溶着ビードを形成する際に、第一計測部と第二計測部を切り替える状況を示す概念図である。 図６は、第一計測部と第二計測部の切り替えのために用いるそれぞれの計測情報のグラフであり、（Ａ）は第一計測部による溶着ビードの高さのグラフであり、（Ｂ）は第二計測部による溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度のいずれかの値のグラフである。 図７は、第一計測部を構成する形状センサによる後方照射の例を示す。 図８は、レーザセンサの取り付け方向とトーチの走査方向の関係を示す概念図であり、（Ａ）はトーチから見たレーザセンサの取り付け方向とトーチの走査方向が同じである場合、（Ｂ）はトーチから見たレーザセンサの取り付け方向とトーチの走査方向が同じでない場合、をそれぞれ示す。
　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。
　図１は本発明の積層造形物の製造に用いる製造システムの構成図である。本構成の積層造形物の製造システム１００は、積層造形装置１１と、積層造形装置１１を統括制御するコントローラ１３と、電源装置１５と、を備える。
　積層造形装置１１は、先端軸にトーチ１７が設けられた溶接ロボット１９と、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部２１とを有する。この溶接ロボット１９の先端軸には、トーチ１７とともに第一計測部を構成する形状センサ２３が設けられている。
　溶接ロボット１９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トーチ１７には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１７の位置及び姿勢は、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となっている。
　トーチ１７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。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接又は炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接又は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、溶融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。トーチ１７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Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた不図示の繰り出し機構により、溶加材供給部２１からトーチ１７に送給される。そして、トーチ１７を移動しつつ、連続送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、ベースプレート５１上に溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶着ビードＢが形成され、この溶着ビードＢからなる積層造形物Ｗが造形される。
　図２に示すように、形状センサ２３は、トーチ１７に並設されており、トーチ１７とともに移動される。この形状センサ２３は、溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分の形状を計測するセンサである。この形状センサ２３としては、例えば、照射したレーザ光の反射光を高さデータとして取得するレーザセンサが用いられる。なお、形状センサ２３としては、３次元形状計測用カメラを用いてもよい。
　コントローラ１３は、ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１と、軌道演算部３３と、記憶部３５と、乖離量算出部３７と、補正部３９と、第二計測部３２と、これらが接続される制御部４１と、を有する。コントローラ１３は、ＣＰＵ、メモリ、ストレージ等を備えるコンピュータ装置により構成される。
　ＣＡＤ／ＣＡＭ部３１は、作製しようとする積層造形物Ｗの形状データ（ＣＡＤデータ等）を入力又は作成する。
　軌道演算部３３は、３次元形状データの形状モデルを溶着ビードＢの高さに応じた複数の溶着ビード層に分解する。そして、分解された形状モデルの各層について、溶着ビードＢを形成するためのトーチ１７の軌道、及び溶着ビードＢを形成する加熱条件（ビード幅、ビード積層高さ等を得るための溶接条件等を含む）を定める積層計画を作成する。
　乖離量算出部３７は、軌道演算部３３で生成された積層計画と形状センサ２３によって計測された実測値とを比較する。そして、溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分における積層計画に基づく形状と実測値に基づく形状との乖離量を算出する。
　補正部３９は、乖離量算出部３７によって算出された乖離量に基づいて、溶着ビードＢを形成する際の積層計画に基づく溶接条件を補正する。
　第二計測部３２は、溶着ビードＢを形成する際の電流、電圧を電源装置１５から取得するとともに、トーチ１７に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する速度である溶加材供給速度を溶加材供給部２１から取得する。よって、第二計測部３２は、これらの値の履歴変化から溶着ビードＢを形成する際の下地となる下地部分の形状（下地形状）を推定して計測できる。第一計測部を構成する形状センサ２３は、レーザ光等の媒体により下地形状を非接触で直接計測するのに対し、第二計測部３２は、溶着ビードＢを形成する際の電流、電圧、溶加材供給速度の如き数値により下地形状を間接的に計測する。
　制御部４１は、記憶部３５に記憶された製造プログラムを実行して、溶接ロボット１９及び電源装置１５等を駆動する。つまり、溶接ロボット１９は、コントローラ１３からの指令により、トーチ１７を移動させるとともに、溶加材Ｍをアークで溶融させて、ベースプレート５１上に溶着ビードＢを形成する。
　なお、ベースプレート５１は、鋼板等の金属板からなり、基本的には積層造形物Ｗの底面（最下層の面）より大きいものが使用される。このベースプレート５１は、板状に限らず、ブロック体又は棒状等、他の形状のベースであってもよい。
　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）等で規定されるワイヤを用いることができる。
　次に、本実施形態に係る製造方法によって造形する積層造形物の一例について説明する。
　図３は、積層造形物Ｗの一例を示す積層造形物Ｗの概略断面図である。
　図３に示すように、この積層造形物Ｗは、ベースプレート５１上に溶着ビードＢ１を積層させて造形された枠部５３を有している。さらに、この積層造形物Ｗは、枠部５３の内部に溶着ビードＢ２から造形された内部造形部５５を有している。この内部造形部５５は、溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを積層させて構成されている。
　次に、積層造形物Ｗを造形する場合について説明する。
　積層造形装置１１のトーチ１７を溶接ロボット１９の駆動により移動させながら溶加材Ｍを溶融させる。そして、溶融した溶加材Ｍからなる溶着ビードＢ１をベースプレート５１上に供給して積層させ、ベースプレート５１上に積層させた溶着ビードＢ１からなる平面視略矩形状の枠部５３を造形する。
　枠部５３の内部に溶着ビードＢ２を形成する。そして、この溶着ビードＢ２を、枠部５３内における幅方向に形成する。これにより、枠部５３内に、並列に形成された複数の溶着ビードＢ２からなる溶着ビード層ＢＬを形成する。そして、この溶着ビード層ＢＬを枠部５３の内部で積層させて内部造形部５５を造形する。
　この製造方法によれば、枠部５３の造形後に、この枠部５３の内部に内部造形部５５を造形するので、内部造形部５５を大きな断面積の溶着ビードＢ２によって効率よく造形できる。
　積層造形物の製造システム１００を用いて積層造形物Ｗを高精度に作成するためには、各溶着ビードの幅及び高さを制御する必要があり、レーザセンサ情報又は電流電圧情報を用いた溶着ビードの形状に関するフィードバック制御を行うことが望ましい。例えばレーザセンサによりビード高さを計測してフィードバック制御を行うことが行われている。
　しかしながら、積層造形物の形状によっては、レーザセンサでビードを計測できない箇所が発生する可能性があり、その範囲では、レーザセンサによるフィードバック制御を行うことが困難である。
　図４は、トーチ１７が、下地となるベースプレート５１上に溶着ビードＢ２を形成する際、ベースプレート５１から起立した壁部を構成する枠部５３に向かって、進行方向Ｄで進行している状態を示している。図４の（Ａ）に示す様に、トーチ１７が枠部５３に対し所定の距離だけ離れた位置で接近するまでの間は、トーチ１７に取り付けられたレーザセンサである形状センサ２３から照射されたレーザ光Ｌが、ベースプレート５１まで到達する。よって、第一計測部を構成する形状センサ２３は、ベースプレート５１の表面の形状（下地形状）を非接触で推定できる、すなわち、ベースプレート５１の高さ情報ｚａを推定することができ、トーチ１７からベースプレート５１までの距離推定値ｄｅを得ることができる。
　この状態においても、溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の様な値を計測できる。よって、第二計測部３２は、これらの値の履歴変化から溶着ビードのビード形状を推定することができ、トーチ１７からベースプレート５１までの距離推定値ｄｅを得ることができる。
　図４の（Ａ）の状態では、第一計測部である形状センサ２３から得られた距離推定値ｄｅあるいは第二計測部３２から得られた距離推定値ｄｅのいずれの値も利用することが可能である。距離推定値ｄｅの変動を基に溶着条件を修正することにより、積層高さの調整を行うことができる。例えば、高さ情報ｚａが高すぎる又は距離推定値ｄｅが短すぎる場合は、積層高さを抑えるために、ロボットアームの制御を修正したり、溶接速度を速くしたり、溶加材送給速度を下げたり、電流又は電圧、或いは電流及び電圧を共に下げる、等の操作を行う。
　一方、図４の（Ｂ）は、トーチ１７が枠部５３に対し所定の距離以下で接近した状態を示す。この状態では、形状センサ２３によるレーザ光Ｌの照射が、壁のように機能する枠部５３によって遮られてしまい、ベースプレート５１まで到達しない。よって、形状センサ２３は、ベースプレート５１の高さ情報ｚa、ベースプレート５１までの距離推定値ｄｅを得ることができなくなり、下地形状を把握することができなくなり、上述した高さの調整を行うこともできなくなる。
　図４の（Ｂ）に示すような形状センサ２３による計測が妨げられる位置は、積層計画（パス情報、軌道計画）と、レーザ光のレーザラインと、トーチ１７の直下におけるベースプレート５１までの距離から把握できる。したがって、その位置を目安に高さを監視する情報を、第二計測部３２から得られた距離推定値ｄｅに切り替えることにより、枠部５３が存在しても積層高さの監視と制御を行うことができる。すなわち制御部４１は、第一計測部または第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、溶接ロボット１９のロボットアームの制御、溶接速度の制御、溶加材送給速度の制御、電流電圧の制御、等のうち、少なくともいずれかの制御の修正を行う。
　尚、上述の説明では、第一計測部または第二計測部からベースプレート５１までの距離を把握する例を説明した。この例ではベースプレート５１の表面形状が下地形状となる。一方、ベースプレート５１上に例えば溶着ビードＢ２が造形されている場合、第一計測部または第二計測部は、溶着ビードＢ２までの距離を把握する。すなわち、溶着ビードＢ２の表面形状が下地形状となる。このように溶着ビードを形成する下地は、状況によって種々の部材により構成されるが、本実施形態はいずれに部材にも対応可能である。以下の説明においても同様である。
　図５は、制御部４１による、計測結果の選択が生ずる状況を示している。制御部４１はトーチ１７の移動距離、第一計測部である形状センサ２３による計測位置、第二計測部３２による計測位置を、積層計画上の位置（平面上の座標ｘ、ｙと高さ座標ｚ）と照合して、計測結果の選択を切り替える。制御部４１は、位置（１）は形状センサ２３による計測位置と判定し、位置（２）は第二計測部３２による計測位置と判定する。
　本実施形態によれば、枠部５３のようにレーザ光Ｌの障害物が存在する計測箇所では、溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度といった第二計測部３２の情報を監視することにより、下地形状の情報を取得して補うことができる。一方、表面凹凸、表面スラグ、外乱等により電流、電圧または溶加材供給速度が一時的に乱された場合、第一計測部である形状センサ２３からの非接触計測により高さ情報を取得できる。これにより、溶着ビードを造形する下地部分について適切な情報を取得し、積層造形物を高精度に製造できる。
　また、制御部４１がトーチ１７の移動距離、第一計測部である形状センサ２３による計測位置、第二計測部による計測位置を、積層計画上の位置と照合することにより、造形を行う前から第一計測部と第二計測部を切り替える位置を正確に把握できる。
　なお、積層計画を用いなくても、制御部４１は第一計測部の計測結果と第二計測部の計測結果を、所定の閾値とそれぞれ比較し、閾値からの乖離値が所定の値を超えた際に、計測結果の選択を切り替えてロボットアーム等の前述した各種の制御を修正できる。図６は計測結果の変化を示すグラフであり、図６の（Ａ）は第一計測部である形状センサ２３の計測結果であり、照射されたレーザ光Ｌの反射強度から得られる高さ情報、図６の（Ｂ）は第二計測部３２による計測結果であり、溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度のいずれかの値である。図６の（Ａ）では位置Ｐのみにおいて、得られた高さが閾値からの乖離値が所定の値を超えて大きくなっている。一方、同じ位置Ｐにおいて、図６の（Ｂ）が示す通り、溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の様な値は劇的に変化していない。このことから、制御部４１は積層計画を参照せずとも、位置Ｐにおいて第一計測部である形状センサ２３のレーザ光Ｌが下地部分まで到達せず、枠部５３の如き物体によって反射されているということが推定可能である。この場合、制御部４１は、位置Ｐが第二計測部３２による計測位置と判定し、第二計測部３２の計測結果を選択する。
　本実施形態によれば、第一計測部と第二計測部が異常な値を取得する要因は異なるため、閾値による判定を行って異常があればもう片方に切り替えることができる。この切替判断における閾値は、各計測部の精度又はロバスト性を加味して調整すればよい。
　制御部４１は、第一計測部と第二計測部の計測結果を所定時間で平均化した値を基に、上述した閾値との比較を行ってもよい。平均化によりノイズ及び外れ値等の影響を抑制して、安定的に計測結果を得ることができる。
　第一計測部の一例が形状センサ２３であるが、形状センサ２３のレーザ光Ｌはトーチ１７の走査方向（進行方向）に対して前方または後方に照射される。図４、図５は前方照射の例を示す。一方、これらの図において形状センサ２３をトーチ１７について反対側に取り付けると、図７に示す様な後方照射になる。
　形状センサ２３は、溶着ビードＢの形状を高精度に計測できる。前方照射の場合は下地となる溶着ビードＢの表面の凹凸を監視でき、後方照射であれば積層した直後の溶着ビードＢの高さを確認できる。なお、電流、電圧、溶加材供給速度の監視においては、トーチ１７直下の高さを把握する。
　なお、形状センサ２３がトーチ１７に固定されている場合においては、必ずしも形状センサ２３で積層パスの軌道上の形状を計測できるとは限らない。例えば図８の（Ａ）のようにレーザ光Ｌの延線方向とトーチ１７の走査方向が直交している場合、積層パスの軌道における下地部分の高さを計測できる。一方、図８の（Ｂ）のようにレーザ光Ｌの延線方向とトーチ１７の走査方向が直交していない場合、積層パスの軌道における下地部分の高さを十分に計測できない。形状センサ２３はトーチ１７に固定されており、トーチ１７の周りを移動できないため、レーザ光Ｌを溶着ビードを造形しようとする下地部分に照射できない。したがって、このような場合においては第二計測部３２による溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の様な値を用いて、高さを監視することが望ましい。
　すなわち、図８の（Ａ）のケースの様に、トーチ１７から見た形状センサ２３の取り付け方向とトーチ１７の走査方向が同じである場合、制御部４１は第一計測部である形状センサ２３の計測結果と第二計測部３２の計測結果のいずれかを用いることができる。一方、図８の（Ｂ）のケースの様に、トーチ１７から見た形状センサ２３の取り付け方向とトーチ１７の走査方向が同じでない場合、制御部４１は第二計測部３２の計測結果を選択することが望ましい。また、このような状況は積層計画から予め把握できるので、制御部４１は、積層計画を基に予め第一計測部と第二計測部の切り替えを設定できる。
　図８の（Ｂ）のケースでは、形状センサ２３が溶着ビードＢを形成しようとする下地部分の高さを計測することが実質的にできないため、第二計測部３２による電流、電圧、溶加材供給速度で補うことができる。
　本実施形態では、形状センサ２３からのレーザ光を遮る物体として枠部５３を挙げたが、このようなレーザ光を遮る物体は枠部５３には限定されない。何らかのレーザ光を遮る物体により形状センサ２３によって下地形状を計測できない場合、制御部４１は第二計測部３２の計測結果を用いることができる。
　尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
　なお、本出願は、２０２０年７月２０日出願の日本特許出願（特願２０２０－１２３８６１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
　１７　トーチ
　２３　形状センサ（第一計測部）
　３２　第二計測部
　４１　制御部
　５３　枠部
　５５　内部造形部
　Ｂ，Ｂ１，Ｂ２　溶着ビード
　ＢＬ　溶着ビード層
　Ｍ　溶加材
　Ｗ　積層造形物

Claims (9)

  1. 　積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造システムであって、
    　ロボットアームに設けられたトーチと、
    　前記トーチに取り付けられ、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する第一計測部と、
    　前記溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から前記下地形状を推定する第二計測部と、
    　少なくとも前記第一計測部または前記第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、前記ロボットアーム、前記電流、前記電圧および前記溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する制御部と、
    　を備える積層造形物の製造システム。
  2. 　前記制御部は前記第一計測部の計測結果と前記第二計測部の計測結果を、所定の閾値とそれぞれ比較し、前記閾値からの乖離値が所定の値を超えた際に、前記計測結果の選択を切り替えて前記制御を修正する、請求項１に記載の積層造形物の製造システム。
  3. 　前記制御部は前記トーチの移動距離、前記第一計測部による計測位置、前記第二計測部による計測位置を前記積層計画上の位置と照合して前記計測結果の選択を切り替える、請求項１に記載の積層造形物の製造システム。
  4. 　前記制御部は前記トーチの移動距離、前記第一計測部による計測位置、前記第二計測部による計測位置を前記積層計画上の位置と照合して前記計測結果の選択を切り替える、請求項２に記載の積層造形物の製造システム。
  5. 　前記第一計測部はレーザセンサであり、前記レーザセンサのレーザ光は前記トーチの走査方向に対して前方または後方に照射される、請求項１から４のいずれか１項に記載の積層造形物の製造システム。
  6. 　前記計測結果を所定時間で平均化した値を基に前記閾値との比較を行う、請求項２に記載の積層造形物の製造システム。
  7. 　前記トーチから見た前記レーザセンサの取り付け方向と前記トーチの走査方向が同じでない場合は、前記第二計測部の計測結果を選択する、請求項５に記載の積層造形物の製造システム。
  8. 　積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造方法であって、
    　ロボットアームに支持されたトーチに取り付けられた第一計測部を用いて、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する工程と、
    　第二計測部を用いて、前記溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から前記下地形状を推定する工程と、
    　少なくとも前記第一計測部または前記第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、前記ロボットアーム、前記電流、前記電圧および前記溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する工程と、
    　を含む積層造形物の製造方法。
  9. 　積層計画に基づいて溶着ビードを積層する積層造形物の製造方法を実行するための積層造形物の製造方法の手順を、コンピュータに実行させるプログラムであって、
    　ロボットアームに設けられたトーチに取り付けられた第一計測部を用いて、溶着ビードを積層する下地部分の下地形状を非接触で直接計測する工程と、
    　第二計測部を用いて、前記溶着ビードを積層する際の電流、電圧または溶加材供給速度の少なくとも一つを計測してその履歴変化から前記下地形状を推定する工程と、
    　少なくとも前記第一計測部または前記第二計測部のいずれかの計測結果を選択し、前記ロボットアーム、前記電流、前記電圧および前記溶加材供給速度のうち少なくともいずれかの制御を修正する工程と、
    　をコンピュータに実行させるための積層造形物の製造プログラム。
     
PCT/JP2021/025685 2020-07-20 2021-07-07 積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム WO2022019123A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21845893.3A EP4169677A4 (en) 2020-07-20 2021-07-07 SYSTEM FOR PRODUCING A LAMINATE MOLDED PRODUCT, METHOD FOR PRODUCING A LAMINATE MOLDED PRODUCT AND PROGRAM FOR PRODUCING A LAMINATE MOLDED PRODUCT
CN202180059924.7A CN116133802A (zh) 2020-07-20 2021-07-07 层叠造型物的制造系统、层叠造型物的制造方法以及层叠造型物的制造程序
US18/006,351 US20230286074A1 (en) 2020-07-20 2021-07-07 System for manufacturing additively-manufactured object, method for manufacturing additively-manufactured object, and non-transitory computer readable medium storing a program for manufacturing additively-manufactured object

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-123861 2020-07-20
JP2020123861A JP7339215B2 (ja) 2020-07-20 2020-07-20 積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022019123A1 true WO2022019123A1 (ja) 2022-01-27

Family

ID=79728740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/025685 WO2022019123A1 (ja) 2020-07-20 2021-07-07 積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230286074A1 (ja)
EP (1) EP4169677A4 (ja)
JP (1) JP7339215B2 (ja)
CN (1) CN116133802A (ja)
WO (1) WO2022019123A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7469264B2 (ja) 2021-07-28 2024-04-16 株式会社神戸製鋼所 造形装置の制御方法、造形装置及びプログラム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015167984A (ja) * 2014-03-10 2015-09-28 川崎重工業株式会社 肉盛溶接システム
JP2017144458A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 株式会社神戸製鋼所 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム
JP2018079502A (ja) 2016-11-18 2018-05-24 日産自動車株式会社 溶接品質判定方法
JP2018149570A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社神戸製鋼所 積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム
JP2019107698A (ja) 2017-12-19 2019-07-04 リンカーン グローバル，インコーポレイテッド 付加製造のための位置フィードバックを提供するシステムおよび方法
JP2020123861A (ja) 2019-01-31 2020-08-13 キヤノン株式会社 撮像装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015167984A (ja) * 2014-03-10 2015-09-28 川崎重工業株式会社 肉盛溶接システム
JP2017144458A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 株式会社神戸製鋼所 積層制御装置、積層制御方法及びプログラム
JP2018079502A (ja) 2016-11-18 2018-05-24 日産自動車株式会社 溶接品質判定方法
JP2018149570A (ja) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社神戸製鋼所 積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム
JP2019107698A (ja) 2017-12-19 2019-07-04 リンカーン グローバル，インコーポレイテッド 付加製造のための位置フィードバックを提供するシステムおよび方法
JP2020123861A (ja) 2019-01-31 2020-08-13 キヤノン株式会社 撮像装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4169677A4

Also Published As

Publication number Publication date
CN116133802A (zh) 2023-05-16
EP4169677A1 (en) 2023-04-26
JP2022020394A (ja) 2022-02-01
US20230286074A1 (en) 2023-09-14
JP7339215B2 (ja) 2023-09-05
EP4169677A4 (en) 2023-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6751040B2 (ja) 積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム
WO2022038961A1 (ja) 積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム
WO2019098006A1 (ja) 積層造形物の製造方法及び製造装置
WO2021235369A1 (ja) 積層造形方法
JP6978350B2 (ja) ワーク姿勢調整方法、造形物の製造方法及び製造装置
CN111515537A (zh) 用于混合式激光和电弧焊增材制造的系统和方法
WO2022019123A1 (ja) 積層造形物の製造システム、積層造形物の製造方法、及び積層造形物の製造プログラム
JP7193423B2 (ja) 積層造形物の製造方法
EP3871820B1 (en) Method for manufacturing laminated molding
WO2022038960A1 (ja) 積層造形物の製造方法
WO2022014240A1 (ja) 機械学習装置、積層造形システム、溶接条件の機械学習方法、溶接条件の調整方法、およびプログラム
JP7355672B2 (ja) 積層造形物の製造方法
JP2021192963A (ja) 積層造形物の製造方法
KR20110032753A (ko) 능동형 횡향 자동 용접 방법
WO2022014202A1 (ja) 積層造形物の製造方法
JP7436272B2 (ja) 積層造形方法、積層造形システム、およびプログラム
WO2022149426A1 (ja) 積層造形物の製造方法
WO2022163328A1 (ja) 造形履歴監視装置、造形物の製造システム及び造形履歴監視方法
JP2022164485A (ja) 積層造形方法、積層造形装置、及び積層造形物を造形するプログラム
JP2022189404A (ja) 溶接装置、積層造形装置及び位置決め方法
JP2024005776A (ja) 積層造形装置の制御方法及び制御装置並びにプログラム
JP2021138062A (ja) 積層造形物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21845893

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021845893

Country of ref document: EP

Effective date: 20230117

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE