特許 6625275 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6625275

(24)【登録日】2019年12月6日

(45)【発行日】2019年12月25日

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/34 20140101AFI20191216BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20191216BHJP

   B29C 64/118 20170101ALI20191216BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20191216BHJP

   B29C 64/321 20170101ALI20191216BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20191216BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20191216BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20191216BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/34

   B23K26/21 Z

   B29C64/118

   B29C64/393

   B29C64/321

   B33Y30/00

   B33Y10/00

   B33Y50/02

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2019-526627(P2019-526627)

(86)(22)【出願日】2018年10月22日

(86)【国際出願番号】JP2018039234

【審査請求日】2019年5月17日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】萱島 駿

(72)【発明者】

【氏名】鷲見 信行

(72)【発明者】

【氏名】入口 健二

(72)【発明者】

【氏名】魚住 誠二

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１３２８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１３７６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５９２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３０９５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０２４６７０５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動部の駆動力によって送り出された材料へビームを照射し、溶融させた前記材料を被加工物へ付加して造形物を製造する付加製造装置を制御する数値制御装置であって、
前記材料を堆積させる高さ方向における前記被加工物の高さの誤差を検出する誤差検出部と、
前記誤差に基づいて前記材料の供給量を調整する調整部と、
を備え、
前記誤差検出部は、前記被加工物への前記材料の接触状態を基に前記被加工物の高さを推定することによって、前記誤差を検出することを特徴とする数値制御装置。

【請求項2】

前記誤差検出部は、前記被加工物における加工の進行方向において区分けされた複数の区間の各々における前記誤差を検出し、
前記調整部は、前記複数の区間の各々における前記供給量を調整することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。

【請求項3】

前記調整部は、前記誤差の絶対値と閾値とを比較して、前記誤差の絶対値が閾値よりも大きい場合に前記供給量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の数値制御装置。

【請求項4】

前記被加工物への前記材料の接触状態を判定する状態判定部を備え、
前記誤差検出部は、安定した加工が可能な接触状態であると前記状態判定部によって判定された場合に前記誤差を検出す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。

【請求項5】

前記誤差検出部は、前記駆動部に掛かる外乱トルクの推定値に基づいて前記誤差を検出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。

【請求項6】

前記誤差検出部は、前記材料が送り出される速度が加工条件に従った速度であるときにおける前記推定値を基に前記誤差を検出することを特徴とする請求項５に記載の数値制御装置。

【請求項7】

前記材料が過度な強度で前記被加工物に接触している過負荷状態の判定のための閾値を第１閾値とし、前記材料が前記被加工物に接触しない非接触状態の判定のための閾値を第２閾値として、前記誤差検出部は、前記推定値が第１閾値より小さく、かつ前記推定値が第２閾値より大きい場合に、前記誤差を検出することを特徴とする請求項５または６に記載の数値制御装置。

【請求項8】

ビームの照射によって溶融させた材料を被加工物へ付加して造形物を製造する付加製造装置であって、
前記材料の供給源から前記材料を送り出すための駆動力を発生する駆動部と、
前記材料を堆積させる高さ方向における前記被加工物の高さの誤差を検出する誤差検出部と、
前記誤差に基づいて前記材料の供給量を調整する調整部と、
を備え、
前記誤差検出部は、前記被加工物への前記材料の接触状態を基に前記被加工物の高さを推定することによって、前記誤差を検出することを特徴とする付加製造装置。

【請求項9】

駆動部の駆動力によって送り出された材料へビームを照射し、溶融させた前記材料を被加工物へ付加して造形物を製造する付加製造装置を数値制御装置が制御する方法であって、
前記材料を堆積させる高さ方向における前記被加工物の高さの誤差を検出する工程と、
前記誤差に基づいて前記材料の供給量を調整する工程と、
を含み、
前記被加工物への前記材料の接触状態を基に前記被加工物の高さを推定することによって、前記誤差を検出することを特徴とする付加製造装置の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、付加製造装置を制御する数値制御装置、被加工物へ材料を付加して造形物を製造する付加製造装置および付加製造装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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す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ことによって造形物を製造するものがある。材料として金属材料のワイヤが使用される付加製造装置は、ビームの照射位置へワイヤを供給しながら照射位置を移動させることによって、溶融した金属材料の凝固物である線状のビードを形成する。付加製造装置は、ビードを堆積させることによって造形物を製造する。

【0003】

ビードの堆積物には、堆積物における蓄熱あるいはその他の要因によって、高さの誤差である凹凸が生じることがある。凹凸が生じた堆積物に、一定の加工条件に従って形成されたビードが堆積されることによって、堆積されたビードには、当該凹凸と同様の凹凸あるいは当該凹凸よりも高低差が拡張された凹凸が形成されることになる。付加製造装置は、このような凹凸が形成されることによって、高い加工精度を得ることが困難となる。

【0004】

特許文献１には、金属材料へワイヤを供給しながらレーザ光を照射することによって金属材料を溶接する方法において、ワイヤを送り出すための駆動源であるモータの負荷電流に基づいて加工条件を調整することが開示されている。特許文献１の方法では、負荷電流によってワイヤと被加工物との接触状態を判定して、あらかじめ定められた基準値に負荷電流の値を近づける調整を行うことによって、接触状態の安定化が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８−３０９５３５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記の特許文献１にかかる従来の技術では、接触状態の安定化のための調整が行われても、上記のように凹凸およびその拡張の抑制による高さの均一化を図ることができず、高い加工精度が得られない場合があるという問題があった。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い加工精度による加工を付加製造装置に行わせることができる数値制御装置、付加製造装置および付加製造装置の制御方法を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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、駆動部の駆動力によって送り出された材料へビームを照射し、溶融させた材料を被加工物へ付加して造形物を製造する付加製造装置を制御する。本発明にかかる数値制御装置は、材料を堆積させる高さ方向における被加工物の高さの誤差を検出する誤差検出部と、誤差に基づいて材料の供給量を調整する調整部と、を備える。誤差検出部は、被加工物への材料の接触状態を基に被加工物の高さを推定することによって、誤差を検出する。

【発明の効果】

【0009】

本発明にかかる数値制御装置は、高い加工精度による加工を付加製造装置に行わせることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態１にかかるＮＣ装置によって制御される付加製造装置を示す図

【図2】図１に示す付加製造装置を制御するＮＣ装置の機能構成を示す図

【図3】実施の形態１にかかるＮＣ装置のハードウェア構成を示すブロック図

【図4】図２に示すＮＣ装置が有する状態判定部による判定について説明する図

【図5】図２に示すＮＣ装置が有する状態判定部による判定結果に基づいた調整について説明する図

【図6】図２に示すＮＣ装置が有する誤差検出部による検出結果に基づいた調整について説明する図

【図7】図１に示す付加製造装置による動作の手順を示すフローチャート

【図8】図２に示すＮＣ装置が有する状態判定部での判定に使用される閾値について説明する図

【図9】図１に示す付加製造装置においてワイヤが溶融する位置について説明する図

【図10】図２に示すＮＣ装置が有する誤差検出部による被加工物の高さの推定について説明する図

【図11】図２に示すＮＣ装置での処理における複数の区間の設定について説明する図

【図12】図２に示すＮＣ装置による区間ごとの誤差の検出と区間ごとの供給量の調整とについて説明する図

【図13】図２に示すＮＣ装置による区間内における供給速度の調整について説明する図

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるＮＣ装置１によって制御される付加製造装置１００を示す図である。付加製造装置１００は、駆動部の駆動力によって送り出された材料へビームを照射し、溶融させた材料を被加工物へ付加して造形物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、材料は金属材料のワイヤ５であるものとする。

【0013】

付加製造装置１００は、ベース材１７にビードを堆積させることによって、金属材料による堆積物１８をベース材１７の表面に形成する。ビードは、溶融したワイヤ５が凝固することによって形成される線状の物体である。ベース材１７は、ステージ１５に置かれる。以下の説明において、被加工物とは、ベース材１７と堆積物１８とを指すものとする。造形物とは、加工プログラムにしたがった材料の付加を終えた後のベース材１７と堆積物１８とを指すものとする。図１に示すベース材１７は板材である。ベース材１７は、板材以外のものであっても良い。

【0014】

付加製造装置１００は、ビームノズル１１とワイヤノズル１２とガスノズル１３とを有する加工ヘッド１０を備える。ビームノズル１１は、材料を溶融させるレーザビームを、被加工物へ向けて出射する。ワイヤノズル１２は、被加工物におけるレーザビームの照射位置へ向けてワイヤ５を進行させる。ガスノズル１３は、堆積物１８の酸化抑制およびビードの冷却のためのガスを被加工物へ向けて噴出する。

【0015】

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１１へ伝搬する。ガス供給装置７は、配管８を通じてガスノズル１３へガスを供給する。

【0016】

ワイヤ５が巻き付けられているワイヤスプール６は、材料の供給源である。サーボモータである回転モータ４は、ワイヤスプール６を駆動する駆動部である。回転モータ４は、ワイヤスプール６からワイヤ５を送り出すための駆動力を発生する。回転モータ４の駆動に伴って、ワイヤスプール６は回転する。ワイヤ５は、ワイヤスプール６の回転によって、ワイヤスプール６から送り出される。

【0017】

ワイヤスプール６から送り出されたワイヤ５は、ワイヤノズル１２を通されて、レーザビームの照射位置へ供給される。なお、ワイヤノズル１２には、ワイヤスプール６からワイヤ５を引き出すための動作機構が設けられても良い。付加製造装置１００は、ワイヤスプール６に連結される回転モータ４とワイヤノズル１２の動作機構との少なくとも一方が設けられることによって、レーザビームの照射位置へワイヤ５を供給可能とする。かかる動作機構は、材料の供給のための駆動部である。図１では、ワイヤノズル１２の動作機構の図示を省略している。

【0018】

ヘッド駆動部１４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１０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、材料を堆積させる高さ方向であって、鉛直方向である。なお、Ｘ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＸ方向、プラスＸ方向とは逆の方向をマイナスＸ方向と称することがある。Ｙ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＹ方向、プラスＹ方向とは逆の方向をマイナスＹ方向と称することがある。Ｚ軸方向のうち図中矢印で示す方向をプラスＺ方向、プラスＺ方向とは逆の方向をマイナスＺ方向と称することがある。プラスＺ方向は鉛直上方向である。マイナスＺ方向は鉛直下方向である。

【0019】

ヘッド駆動部１４は、Ｘ軸方向への加工ヘッド１０の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｙ軸方向の加工ヘッド１０の移動のための動作機構を構成するサーボモータと、Ｚ軸方向への加工ヘッド１０の移動のための動作機構を構成するサーボモータとを有する。ヘッド駆動部１４は、３軸のそれぞれの方向の並進運動を可能とする動作機構である。図１では、各サーボモータの図示を省略している。付加製造装置１００は、ヘッド駆動部１４の駆動によって加工ヘッド１０を移動させることで、被加工物におけるレーザビームの照射位置を移動させる。

【0020】

図１に示す加工ヘッド１０は、ビームノズル１１からマイナスＺ方向へレーザビームを進行させる。ワイヤノズル１２は、ＸＹ面内においてビームノズル１１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ワイヤ５を進行させる。この他、加工ヘッド１０は、ビームノズル１１から出射されるレーザビームの中心軸に沿うようにワイヤ５を進行させることとしても良い。すなわち、ビームノズル１１とワイヤノズル１２とが互いに同軸上に配置されていても良い。ビームノズル１１は、ワイヤ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、あるいはワイヤ５を中心としてワイヤ５の周囲に分散させた複数のビームを出射しても良い。かかるレーザビームは、被加工物の照射位置にて収束するように調整される。

【0021】

図１に示す加工ヘッド１０において、ガスノズル１３は、ＸＹ面内においてビームノズル１１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出する。この他、加工ヘッド１０は、ビームノズル１１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出しても良い。すなわち、ビームノズル１１とガスノズル１３とは、同軸上に配置されていても良い。

【0022】

回転駆動部１６は、２軸のそれぞれを中心とする回転運動を可能とする動作機構である。回転駆動部１６は、Ｚ軸周りにステージ１５を回転させるための動作機構を構成するサーボモータと、Ｘ軸周りにステージ１５を回転させるための動作機構を構成するサーボモータとを有する。図１では、各サーボモータの図示を省略している。回転駆動部１６は、ステージ１５とともに被加工物を回転させる。付加製造装置１００は、回転駆動部１６によってステージ１５を回転させることで、被加工物の姿勢を加工に適した姿勢にさせることができる。

【0023】

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、ヘッド駆動部１４へ軸指令を出力することによって、ヘッド駆動部１４を制御する。ＮＣ装置１は、ビーム出力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。

【0024】

ＮＣ装置１は、材料の供給量の条件に応じた指令である供給指令を回転モータ４へ出力することによって、回転モータ４を制御する。ＮＣ装置１は、回転モータ４を制御することによって、ワイヤスプール６から照射位置へ向かうワイヤ５の速度を調整する。以下の説明にて、かかる速度を、供給速度と称することがある。供給速度は、時間当たりの材料の供給量を表す。

【0025】

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７へ出力することによって、ガス供給装置７からガスノズル１３へのガスの供給量を制御する。ＮＣ装置１は、回転駆動部１６へ回転指令を出力することによって、回転駆動部１６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。

【0026】

図２は、図１に示す付加製造装置１００を制御するＮＣ装置１の機能構成を示す図である。ＮＣ装置１には、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ＮＣプログラムである加工プログラム２０が入力される。加工プログラム２０は、ステージ１５に置かれた被加工物に対して加工ヘッド１０を移動させる移動経路の指示によって、レーザビームの照射位置を移動させる経路である加工経路を指定する。

【0027】

ＮＣ装置１は、各種加工条件のデータが格納されている加工条件テーブル２１を有する。加工プログラム２０には、加工条件テーブル２１にデータが格納されている加工条件の中から加工条件を選択するための指令が含まれている。

【0028】

ＮＣ装置１は、加工プログラム２０を解析するプログラム解析部２２と、プログラム解析部２２による解析結果を基に軸指令を生成する軸指令生成部２３とを有する。プログラム解析部２２は、加工プログラム２０に記述されている処理の内容を基に、加工ヘッド１０を移動させる移動経路を解析する。プログラム解析部２２は、解析された移動経路を示すデータを軸指令生成部２３へ出力する。軸指令生成部２３は、移動経路上の単位時間ごとの補間点群である軸指令を生成する。

【0029】

ＮＣ装置１は、加工条件を設定する条件設定部２４と、加工条件を調整する条件調整部２５と、加工条件に従った指令を生成する条件指令生成部２６とを備える。プログラム解析部２２は、加工条件を指定するための情報を加工プログラム２０から取得し、取得された情報を条件設定部２４へ出力する。条件設定部２４は、プログラム解析部２２からの情報を基に、加工プログラム２０において指定されている加工条件のデータを加工条件テーブル２１から読み出す。これにより、条件設定部２４は、付加加工のための加工条件を設定する。

【0030】

なお、ＮＣ装置１は、加工条件テーブル２１にあらかじめ格納されている各種加工条件のデータの中から、指定された加工条件のデータを得る以外に、加工条件のデータが記述されている加工プログラム２０を基に、加工条件のデータを得ることとしても良い。この場合も、プログラム解析部２２は、加工プログラム２０を解析することによって、加工条件のデータを得ることができる。プログラム解析部２２は、得られた加工条件のデータを、条件調整部２５へ出力する。

【0031】

条件調整部２５は、設定された加工条件のデータを条件設定部２４から取得して、加工条件の調整を行う。条件調整部２５は、調整された加工条件のデータを条件指令生成部２６へ出力する。条件調整部２５は、被加工物の高さの誤差に基づいてワイヤ５の供給量を調整する調整部である。

【0032】

条件指令生成部２６は、加工条件のデータを条件調整部２５から取得して、加工条件に従った各種指令を生成する。条件指令生成部２６は、レーザビームの出力の制御のための出力指令を生成する出力指令生成部２７と、ワイヤ５の供給の制御のための供給指令を生成する供給指令生成部２８とを有する。ＮＣ装置１は、軸指令生成部２３によって生成された軸指令と、出力指令生成部２７によって生成された出力指令と、供給指令生成部２８によって生成された供給指令とを出力する。

【0033】

図１に示すヘッド駆動部１４は、ヘッド駆動部１４が有する各サーボモータの駆動を制御するサーボアンプ３２を備える。サーボアンプ３２は、ＮＣ装置１から出力される軸指令にしたがって各サーボモータの駆動を制御する。

【0034】

図１に示すレーザ発振器２は、レーザ発振を制御する発振制御部３３を備える。発振制御部３３は、ＮＣ装置１から出力される出力指令にしたがってレーザ発振を制御する。図１に示す回転モータ４は、回転動作を制御するサーボアンプ３４を有する。サーボアンプ３４は、ＮＣ装置１から出力される供給指令にしたがって回転モータ４の駆動を制御する。また、サーボアンプ３４は、回転モータ４に掛かる外乱トルクの推定値を出力する。

【0035】

この他、条件指令生成部２６は、ガスの供給量の条件に応じた指令をガス供給装置７へ出力する。軸指令生成部２３は、回転駆動部１６へ回転指令を出力する。図２では、ガス供給装置７への指令の出力と回転駆動部１６への回転指令の出力とについての図示を省略している。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。

【0036】

ＮＣ装置１は、回転モータ４に掛かる外乱トルクの推定値をサーボアンプ３４から取得する取得部２９と、ワイヤ５と被加工物との接触状態を判定する状態判定部３０と、被加工物の高さの誤差を検出する誤差検出部３１とを備える。取得部２９は、サーボアンプ３４から取得された推定値を状態判定部３０と誤差検出部３１とへ出力する。

【0037】

状態判定部３０は、取得部２９から取得された推定値を基に、ワイヤ５と被加工物との接触状態を判定する。状態判定部３０は、接触状態の判定による判定結果を条件調整部２５へ出力する。条件調整部２５は、状態判定部３０からの判定結果を基に、加工条件を調整する。

【0038】

誤差検出部３１は、取得部２９から取得された推定値を基に、Ｚ軸方向における被加工物の高さの誤差を検出する。誤差検出部３１は、接触状態が安定した加工が可能な状態であることが状態判定部３０によって判定された場合に、誤差を検出する。誤差検出部３１は、誤差の検出による検出結果を条件調整部２５へ出力する。条件調整部２５は、誤差検出部３１からの検出結果を基に、加工条件を調整する。条件調整部２５は、接触状態が安定した加工が可能な状態と状態判定部３０において判定された場合に、誤差検出部３１にて検出された誤差に基づいてワイヤ５の供給量を調整する。

【0039】

次に、ＮＣ装置１のハードウェア構成について説明する。図２に示すＮＣ装置１の各機能部は、実施の形態１の付加製造装置１００の制御方法を実行するためのプログラムである制御プログラムがハードウェアを用いて実行されることによって実現される。

【0040】

図３は、実施の形態１にかかるＮＣ装置１のハードウェア構成を示すブロック図である。ＮＣ装置１は、各種処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、データ格納領域を含むＲＡＭ（Random Access Memory）４２と、不揮発性メモリであるＲＯＭ（Read Only Memory）４３と、外部記憶装置４４と、ＮＣ装置１への情報の入力およびＮＣ装置１からの情報の出力のための入出力インタフェース４５とを有する。図３に示す各部は、バス４６を介して相互に接続されている。

【0041】

ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３および外部記憶装置４４に記憶されているプログラムを実行する。図２に示すプログラム解析部２２、軸指令生成部２３、条件設定部２４、条件調整部２５、条件指令生成部２６、出力指令生成部２７、供給指令生成部２８、状態判定部３０および誤差検出部３１は、ＣＰＵ４１を使用して実現される。

【0042】

外部記憶装置４４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）である。外部記憶装置４４は、制御プログラムと各種データとを記憶する。外部記憶装置４４は、図２に示す加工プログラム２０と加工条件テーブル２１とを記憶する。ＲＯＭ４３には、ＮＣ装置１であるコンピュータまたはコントローラの基本となる制御のためのプログラムであるＢＩＯＳ（Basic Input/Output System）あるいはＵＥＦＩ（Unified Extensible Firmware Interface）といったブートローダであって、ハードウェアを制御するソフトウェアまたはプログラムが記憶されている。なお、制御プログラムは、ＲＯＭ４３に記憶されても良い。

【0043】

ＲＯＭ４３および外部記憶装置４４に記憶されているプログラムは、ＲＡＭ４２にロードされる。ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４２に制御プログラムを展開して各種処理を実行する。入出力インタフェース４５は、ＮＣ装置１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４５には、加工プログラム２０と、加工条件テーブル２１に格納されるデータとが入力される。また、入出力インタフェース４５は、各種指令を出力する。図２に示す取得部２９は、入出力インタフェース４５を使用して実現される。ＮＣ装置１は、キーボードおよびポインティングデバイスといった入力デバイス、およびディスプレイといった出力デバイスを有しても良い。

【0044】

制御プログラムは、コンピュータによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。ＮＣ装置１は、記憶媒体に記憶された制御プログラムを外部記憶装置４４へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。制御プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介して、ＮＣ装置１となるコンピュータあるいはコントローラへインストールされても良い。

【0045】

ＮＣ装置１の機能は、付加製造装置１００の制御のための専用のハードウェアである処理回路によって実現されても良い。処理回路は、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。ＮＣ装置１の機能は、一部を専用のハードウェアで実現し、他の一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしても良い。

【0046】

次に、状態判定部３０による判定について説明する。図４は、図２に示すＮＣ装置１が有する状態判定部３０による判定について説明する図である。図４では、図１に示す付加製造装置１００のうち、加工ヘッド１０と、加工ヘッド１０に設けられているビームノズル１１およびワイヤノズル１２とを簡略化して示している。

【0047】

付加製造装置１００は、レーザビームの照射位置へワイヤ５を供給しながら加工ヘッド１０を移動させることによって、ビードを形成する。図４に示す例では、付加製造装置１００は、プラスＸ方向へ加工ヘッド１０を移動させることによって、Ｘ軸方向を長手方向とするビードを形成する。１層目のビードは、ベース材１７に直接載せられて形成される。２層目のビードは、１層目のビードに載せられて形成される。付加製造装置１００は、複数のビードを堆積させることによって堆積物１８を形成する。図４には、堆積物１８に形成された１つのビード５０を示している。図４に示す加工ヘッド１０は、当該ビード５０の１つ上のビードが形成されるときにおける加工ヘッド１０を表している。

【0048】

付加製造装置１００は、Ｚ軸方向におけるビード５０の厚みを均一な厚みとさせるための一定の加工条件でビード５０を形成したとする。ここで、ビード５０と加工ヘッド１０との距離を、ピッチＰとする。ビード５０が均一な厚みで形成された場合におけるピッチＰを、基準ピッチとする。

【0049】

均一な厚みのビード５０が形成されるように付加製造装置１００が制御された場合であっても、堆積物１８における蓄熱あるいはその他の要因によって、形成されるビード５０に凹凸が生じる場合がある。ビード５０に生じた凹凸によって、当該堆積物１８を含む被加工物には高さ誤差が生じている。

【0050】

高さＨ０は、ビード５０が形成されたときの被加工物の高さであって、均一な厚みのビード５０が形成された場合における高さとする。被加工物の高さは、基準面からの高さとする。基準面は、例えば、ステージ１５のうちベース材１７が置かれる面とする。凸部５１は、ビード５０のうち高さＨ０よりもプラスＺ方向側へ凸とされている部分とする。凹部５２は、ビード５０のうち高さＨ０よりもマイナスＺ方向へ凹んでいる部分とする。

【0051】

図４において、位置ｘ１，ｘ２，ｘ３は、それぞれＸ軸方向における位置とする。位置ｘ１におけるビード５０の上端の高さは、高さＨ０である。レーザビームのビーム断面中心が位置ｘ１にあるとき、ピッチＰは基準ピッチとなる。このとき、供給指令に従った供給速度で送り出されたワイヤ５の先端は、ビーム断面中心へ向けて進行することによって、ビード５０に到達する。ワイヤ５は、適度な強度でビード５０に接触して、溶融する。安定状態とは、ワイヤ５が適度な強度でビード５０に接触して、安定した加工を行い得る適度な負荷がワイヤ５に加わっているときの接触状態とする。

【0052】

位置ｘ２は、凸部５１が形成されている位置である。レーザビームのビーム断面中心が位置ｘ２にあるとき、ピッチＰは基準ピッチよりも短い。ビーム断面中心が位置ｘ２にあるとき、供給指令に従った供給速度で送り出されたワイヤ５の先端は、ビーム断面中心へ向けて進行することによって、ビーム断面中心へ到達せずにビード５０の表面に当たる。ピッチＰが基準ピッチである場合よりも、ビード５０のうちワイヤ５が当たる位置とワイヤノズル１２との距離が短くなる一方で、回転モータ４が、供給指令に従った供給速度でのワイヤ５の送り出しを続けようとすることによって、ワイヤ５は、過度な強度でビード５０に接触する。このときのワイヤ５とビード５０との接触状態を、過負荷状態とする。過負荷状態では、ワイヤ５の振動あるいはワイヤ５の破損といった現象が生じることがある。図４では、ビーム断面中心が位置ｘ２にあるときにワイヤ５が振動している様子を示している。過負荷状態は、安定した加工を行い得ない程度の過大な負荷がワイヤ５に加わっているときの接触状態とする。

【0053】

位置ｘ３は、凹部５２が形成されている位置である。レーザビームのビーム断面中心が位置ｘ３にあるとき、ピッチＰは基準ピッチよりも長い。ビーム断面中心が位置ｘ３にあるとき、供給指令に従った供給速度で送り出されたワイヤ５の先端は、ビーム断面中心へ向けて進行することによって、ビード５０に接触しない状態にて溶融する。このとき、ワイヤ５とビード５０とは非接触状態である。非接触状態において、ワイヤ５には負荷が加わっていない。非接触状態では、ビード５０よりも高い位置においてワイヤ５が溶融し、溶融した材料による液滴５３がビード５０へ滴下する現象が生じることがある。ビード５０のうち液滴５３が落下した部分は、上記の安定状態での加工が行われる場合と比べて材料の供給量が増加することとなるため、形状精度が悪化することになる。

【0054】

状態判定部３０は、外乱トルクの推定値を基に、接触状態が、安定状態と過負荷状態と非接触状態のいずれに該当するかを判定する。以下の説明にて、外乱トルクの推定値を推定外乱トルクと称することがある。過負荷状態における推定外乱トルクは、安定状態における推定外乱トルクよりも高くなる。状態判定部３０は、推定外乱トルクがあらかじめ設定された閾値を超える場合に、過負荷状態と判定する。当該閾値は、ワイヤ５にかかる負荷が、安定した加工が可能な負荷の上限であるときの外乱トルクを表す。一方、ワイヤ５が非接触状態である場合、ワイヤ５を通じた回転モータ４の外乱要素は存在しないため、推定外乱トルクはゼロとなる。状態判定部３０は、推定外乱トルクがゼロである場合に、非接触状態と判定する。状態判定部３０は、過負荷状態と非接触状態とのどちらとも判定されない場合に、安定状態と判定する。このように、状態判定部３０は、推定外乱トルクを基にワイヤ５の状態を推定することによって、接触状態が、安定状態と過負荷状態と非接触状態のいずれに該当するかを判定する。

【0055】

なお、状態判定部３０は、ワイヤ５に加わる負荷がきわめて低く、わずかに接触があるがすぐに非接触となり得る状態を、非接触状態に含めることとしても良い。この場合、状態判定部３０には、過負荷状態の判定のための閾値である第１閾値とは異なる閾値である第２閾値があらかじめ設定される。状態判定部３０は、推定外乱トルクが第２閾値未満である場合に、非接触状態と判定する。

【0056】

ここで、外乱トルクについて説明する。サーボアンプ３４は、回転モータ４に掛かる推定外乱トルクを算出する。回転モータ４が駆動するためのトルクである実トルクは、軸の回転に必要とされるトルクである回転トルクと、ワイヤ５を通じて軸に加わる外乱トルクとの和である。回転トルクは、軸の回転モーメントによるトルクを表す慣性項と、摩擦によるトルクを表す粘性項との和と推定される。慣性項および粘性項の和である推定トルクは、回転体である軸の物性値を基に算出される。したがって、推定外乱トルクは、実トルクから推定トルクを差し引くことによって算出される。

【0057】

次に、状態判定部３０による判定結果に基づいた条件調整部２５による加工条件の調整について説明する。条件調整部２５は、接触状態が過負荷状態と判定された場合と、非接触状態と判定された場合とにおいて、供給速度の調整を行う。ＮＣ装置１は、条件調整部２５による供給速度の調整によって、過負荷状態あるいは非接触状態から安定状態へ、ワイヤ５の接触状態を改善させる。

【0058】

図５は、図２に示すＮＣ装置１が有する状態判定部３０による判定結果に基づいた調整について説明する図である。条件調整部２５は、位置ｘ２について、過負荷状態から安定状態への改善のための調整を行う。条件調整部２５は、位置ｘ２について、条件設定部２４での設定に基づく供給速度の値よりも速度値を下げる調整を行う。加工条件の設定よりもワイヤ５の進行を遅らせることによって、ワイヤ５は、設定に基づく供給速度で進行する場合よりもプラスＺ方向側の位置で溶融する。付加製造装置１００は、ビード５０のうちワイヤ５が当たる位置においてワイヤ５を溶融させることによって、過負荷状態から安定状態への改善が可能となる。

【0059】

条件調整部２５は、位置ｘ３について、非接触状態から安定状態への改善のための調整を行う。条件調整部２５は、位置ｘ３について、条件設定部２４での設定に基づく供給速度の値よりも速度値を上げる調整を行う。加工条件の設定よりもワイヤ５の進行を速めることによって、ワイヤ５は、設定に基づく供給速度で進行する場合よりもマイナスＺ方向側の位置で溶融する。付加製造装置１００は、ビード５０のうちワイヤ５が当たる位置においてワイヤ５を溶融させることによって、非接触状態から安定状態への改善が可能となる。

【0060】

ＮＣ装置１は、状態判定部３０による判定結果に基づいた供給速度の調整によって、加工を安定化させることができる。ＮＣ装置１は、かかる安定化の後に、誤差検出部３１による誤差の検出を行う。さらに、ＮＣ装置１は、誤差の検出結果を基に、被加工物の高さの均一化のための調整を行う。

【0061】

次に、誤差検出部３１による誤差の検出について説明する。ＮＣ装置１は、安定した加工が可能な程度に堆積物１８における凹凸が改善されてから、誤差検出部３１による誤差の検出を行う。誤差検出部３１は、取得された推定外乱トルクが、状態判定部３０において安定状態と判定される範囲内の値である場合に、誤差の検出を行う。すなわち、誤差検出部３１は、取得された推定外乱トルクが第１閾値より小さく、かつ取得された推定外乱トルクが第２閾値より大きい場合において、誤差を検出する。

【0062】

誤差検出部３１は、取得された推定外乱トルクが、状態判定部３０において安定状態と判定される範囲外の値である場合には、誤差の検出を行わない。すなわち、誤差検出部３１は、取得された推定外乱トルクが第１閾値より大きい場合と、取得された推定外乱トルクが第２閾値より小さい場合とにおいて、誤差の検出を行わない。なお、誤差検出部３１は、取得された推定外乱トルクが第１閾値と同じである場合と、取得された推定外乱トルクが第２閾値と同じである場合とにおいて、誤差を検出することとしても良く、または誤差を検出しないこととしても良い。なお、誤差検出部３１は、状態判定部３０による判定結果を状態判定部３０から取得して、取得された判定結果を基に、誤差の検出の可否を判断しても良い。

【0063】

ピッチＰが基準ピッチよりも短いほど、ワイヤ５にかかる負荷が大きくなることから、推定外乱トルクは大きくなる。また、ピッチＰが基準ピッチよりも長くなるほど、ワイヤ５にかかる負荷が小さくなることから、推定外乱トルクは小さくなる。誤差検出部３１は、推定外乱トルクを基に、被加工物の高さの推定値を求める。誤差検出部３１は、ピッチＰが基準ピッチであるときの被加工物の高さを基準高さとして、基準高さと当該推定値との差分である誤差を算出する。

【0064】

このように、誤差検出部３１は、推定外乱トルクを基に被加工物の高さを推定することによって、誤差を検出する。なお、ワイヤ５が被加工物から乖離している状態、すなわち推定外乱トルクがゼロである場合、誤差検出部３１は、推定外乱トルクに基づいた高さの推定を行い得ない。このため、誤差検出部３１は、状態判定部３０による判定結果に基づいた調整による安定化がなされた後に、誤差の検出を行う。

【0065】

ＮＣ装置１は、回転モータ４の推定外乱トルクを基に被加工物の高さを推定することによって、付加製造装置１００の既存の構成要素である回転モータ４を使用して被加工物の高さを求めることができる。付加製造装置１００は、被加工物の高さを検出するためのセンサが別途必要である場合に比べて、部品点数を少なくすることができる。また、レーザセンサといった非接触式のセンサが用いられる場合と比べて、付加製造装置１００の製造コストの低減が可能となる。

【0066】

次に、誤差検出部３１による検出結果に基づいた条件調整部２５による加工条件の調整について説明する。図６は、図２に示すＮＣ装置１が有する誤差検出部３１による検出結果に基づいた調整について説明する図である。

【0067】

図６において、ビード６０は、上記の安定化がなされた後に形成されたものであって、上記のビード５０の形成よりも後に形成されたものとする。ビード６０には、ビード５０における凸部５１よりも低い凸部６２と、ビード５０における凹部５２よりも浅い凹部６３とが形成されている。ビード６０に生じた凹凸によって、当該ビード６０を含む被加工物には高さ誤差が生じている。

【0068】

高さＨ１は、ビード６０が形成されたときの被加工物の高さであって、均一な厚みのビード６０が形成された場合における高さとする。高さＨ１は、ピッチＰが基準ピッチであるときの基準高さである。図６に示す加工ヘッド１０は、当該ビード６０の１つ上のビード６１が形成されるときにおける加工ヘッド１０を表している。

【0069】

位置ｘ１におけるビード６０の上端の高さは、高さＨ１である。位置ｘ１における誤差は、誤差検出部３１によってゼロと検出される。条件調整部２５は、位置ｘ１における供給速度について、条件設定部２４での設定に基づく供給速度からの調整を行わない。回転モータ４は、位置ｘ１へ、設定に基づく供給速度でワイヤ５を送り出す。

【0070】

位置ｘ２は、凸部６２が形成されている位置である。位置ｘ２における誤差は、誤差検出部３１によってプラスの誤差と検出される。プラスの誤差とは、被加工物の高さが高さＨ１よりも高い場合の誤差である。条件調整部２５は、位置ｘ２について、条件設定部２４での設定に基づく供給速度の値よりも速度値を下げる調整を行う。条件調整部２５は、誤差に応じた調整幅で速度値を調整する。回転モータ４は、位置ｘ２へ、設定に基づく供給速度よりも低い速度でワイヤ５を送り出す。

【0071】

位置ｘ３は、凹部６３が形成されている位置である。位置ｘ３における誤差は、誤差検出部３１によってマイナスの誤差と検出される。マイナスの誤差とは、被加工物の高さが高さＨ１よりも低い場合の誤差である。条件調整部２５は、位置ｘ３について、条件設定部２４での設定に基づく供給速度の値よりも速度値を上げる調整を行う。条件調整部２５は、誤差に応じた調整幅で速度値を調整する。回転モータ４は、位置ｘ３へ、設定に基づく供給速度よりも高い速度でワイヤ５を送り出す。

【0072】

付加製造装置１００は、位置ｘ２では、設定に基づく供給速度よりも低い速度でワイヤ５を送り出すことによって、位置ｘ１におけるワイヤ５の供給量よりも位置ｘ２におけるワイヤ５の供給量を減少させる。位置ｘ２では、ワイヤ５の供給量が減少することによって、上記のプラスの誤差が相殺される。付加製造装置１００は、位置ｘ３では、設定に基づく供給速度よりも高い速度でワイヤ５を送り出すことによって、位置ｘ１におけるワイヤ５の供給量よりも位置ｘ３におけるワイヤ５の供給量を増加させる。位置ｘ３では、ワイヤ５の供給量が増加することによって、上記のマイナスの誤差が相殺される。付加製造装置１００は、ビード６１が形成されたときにおける被加工物の高さの誤差を低減させる。これにより、付加製造装置１００は、被加工物の高さを均一化させることができる。

【0073】

図７は、図１に示す付加製造装置１００による動作の手順を示すフローチャートである。ＮＣ装置１は、被加工物にて加工を進行させる方向において区分けされた複数の区間の各々についての接触状態の判定と高さの誤差の検出とを行う。図７には、複数の区間のうちのいずれかにおいて高さの均一化のための調整が実行されるまでにおける動作の手順を示している。

【0074】

ステップＳ１において、付加製造装置１００は、被加工物の加工を開始する。ステップＳ２において、状態判定部３０は、区間における推定外乱トルクであるＴｄを取得部２９から読み込む。ステップＳ３において、状態判定部３０は、当該区間のＴｄがＴｈｂ≦Ｔｄ≦Ｔｈａを満たすか否かを判定する。Ｔｈａは、過負荷状態の判定のための第１閾値である。Ｔｈｂは、非接触状態の判定のための第２閾値である。

【0075】

図８は、図２に示すＮＣ装置１が有する状態判定部３０での判定に使用される閾値について説明する図である。ピッチＰが大きくなるにしたがってＴｄは小さくなる。ワイヤ５が被加工物から乖離すると、Ｔｄはゼロになる。Ｔｈｂ≦Ｔｄ≦Ｔｈａを満たさないと判定された場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、状態判定部３０は、過負荷状態または非接触状態と判定する。Ｔｈａ＜Ｔｄである場合、状態判定部３０は、過負荷状態と判定する。Ｔｄ＜Ｔｈｂである場合、状態判定部３０は、非接触状態と判定する。過負荷状態または非接触状態と判定されると、ステップＳ４において、条件調整部２５は、当該区間についての供給速度を調整する。

【0076】

条件調整部２５には、推定外乱トルクの基準値があらかじめ設定されている。条件調整部２５は、供給指令に従った駆動におけるＴｄを当該基準値に近づけるように、速度値の増加あるいは減少を調整する。ＮＣ装置１は、Ｔｄと当該基準値との差を埋めるような供給指令のフィードバック制御によって、過負荷状態から安定状態への改善のための調整と、非接触状態から安定状態への改善のための調整とを行う。

【0077】

供給指令生成部２８は、調整された供給速度に従った供給指令を生成する。ステップＳ８において、付加製造装置１００は、当該区間へ、生成された供給指令に従った加工を実施する。被加工物の加工が完了していない場合（ステップＳ９，Ｎｏ）、付加製造装置１００は、ステップＳ２からの手順による動作を繰り返す。ＮＣ装置１は、加工が安定化するまで、ステップＳ４の工程を繰り返す。

【0078】

ステップＳ３においてＴｈｂ≦Ｔｄ≦Ｔｈａを満たすと判定された場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、ステップＳ５において、誤差検出部３１は、当該区間における被加工物の高さの誤差であるΔＨを検出する。

【0079】

ＮＣ装置１は、ワイヤ５の先端部を、被加工物の高さの推定のための接触式のセンサとして機能させる。誤差検出部３１は、ワイヤ５が被加工物に接触したときにワイヤ５にかかった負荷を表すＴｄを基に、被加工物の高さを推定する。ワイヤ５の先端部を接触式のセンサとして機能させるために、高さを推定するときに、ワイヤ５の先端部は、レーザビーム内の常に同じ位置において溶融している必要がある。

【0080】

図９は、図１に示す付加製造装置１００においてワイヤ５が溶融する位置について説明する図である。ワイヤ５の先端部が溶融する位置である点Ａは、レーザビームの出力とワイヤ５の供給速度との関係によって決定される。ワイヤ５の温度は、ワイヤ５へレーザビームが照射する時間に比例して上昇する。ワイヤ５の温度が金属材料の融点に到達すると、ワイヤ５は溶融する。

【0081】

ワイヤ５の先端部は、先端部がレーザビームのビーム断面内に進入してからワイヤ５が融点に到達するまでの時間Ｔｗにおいて、ビーム断面内を移動する。ビーム断面の外縁と点Ａとの間のＸ軸方向における距離Ｄは、次の式（１）を満足する。距離Ｄの単位はｍｍとする。Ｖは、ワイヤ５の供給速度とする。供給速度Ｖの単位はｍ^２／秒とする。θは、上記の基準面に対するワイヤ５の進行方向の角度とする。角度θの単位はｒａｄとする。時間Ｔｗの単位は秒とする。式（１）によると、ビーム断面における点Ａの位置を表す距離Ｄと供給速度Ｖとには、比例関係が成り立つ。
Ｄ＝Ｖｃｏｓθ×Ｔｗ ・・・（１）

【0082】

図１０は、図２に示すＮＣ装置１が有する誤差検出部３１による被加工物の高さの推定について説明する図である。図１０には、被加工物の高さと推定外乱トルクとの関係を表すグラフを示している。図９に示す点Ａが指令にしたがったワイヤ５の先端位置であるとして、被加工物の高さが基準高さよりも高かった場合、ワイヤ５の先端位置は、点Ａからずれた位置となる。回転モータ４は、サーボアンプ３４によって、ワイヤ５の先端位置と指令上における点Ａとのずれに応じた比例制御が行われることから、当該ずれに比例した外乱トルクが発生する。よって、推定外乱トルクの大きさと被加工物の高さとには、比例関係が成り立つ。

【0083】

図１０に示すように、被加工物の高さＨが点Ａにおける高さである高さＨ１よりも高くなるにしたがい、Ｔｄは大きくなる。被加工物の高さＨが高さＨ１よりも低い場合、Ｔｄはゼロとなる。誤差検出部３１は、被加工物の高さＨが高さＨ１よりも高い場合において、図１０に示す関係を基に、被加工物の高さＨを推定する。誤差検出部３１は、推定された高さＨと高さＨ１との誤差であるΔＨを検出する。

【0084】

ステップＳ６では、条件調整部２５は、ΔＨの絶対値｜ΔＨ｜と第３閾値であるＴｈｃとを比較して、｜ΔＨ｜がＴｈｃよりも大きいか否かを判断する。Ｔｈｃは、かかる長さの誤差があっても、被加工物の高さを高さＨ１と均一であるとみなすことが可能な長さとする。｜ΔＨ｜＞Ｔｈｃを満足する場合（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、ステップＳ７において、条件調整部２５は、当該区間についての供給速度を調整する。供給指令生成部２８は、調整された供給速度に従った供給指令を生成する。ステップＳ８において、付加製造装置１００は、当該区間へ、生成された供給指令に従った加工を実施する。このように、条件調整部２５は、｜ΔＨ｜＞Ｔｈｃを満足する場合、被加工物の高さが均一な高さではないとみなして、供給速度を調整する。

【0085】

一方、｜ΔＨ｜＞Ｔｈｃを満足しない場合、すなわち｜ΔＨ｜がＴｈｃ以下である場合（ステップＳ６，Ｎｏ）、条件調整部２５は、ステップＳ７による動作をスキップする。供給指令生成部２８は、条件設定部２４にて設定された供給速度に従った供給指令を生成する。ステップＳ８において、付加製造装置１００は、当該区間へ、生成された供給指令に従った加工を実施する。このように、条件調整部２５は、｜ΔＨ｜＞Ｔｈｃを満足しない場合、被加工物の高さが均一な高さであるものとみなして、供給速度の調整を省略する。

【0086】

ステップＳ８の後、付加製造装置１００は、ステップＳ９にて、被加工物の加工が完了したか否かを判断する。被加工物の加工が完了していない場合（ステップＳ９，Ｎｏ）、付加製造装置１００は、ステップＳ２からの手順による動作を繰り返す。被加工物の加工が完了した場合（ステップＳ９，Ｙｅｓ）、付加製造装置１００は、図７に示す手順による動作を終了する。

【0087】

次に、ＮＣ装置１での処理における複数の区間の設定について説明する。図１１は、図２に示すＮＣ装置１での処理における複数の区間の設定について説明する図である。被加工物において、高さの誤差は、被加工物における加工の進行方向において連続的に変化するように生じる。これに対し、条件調整部２５は、回転モータ４の加減速処理あるいは回転モータ４の応答速度といった影響により、ワイヤ５の供給速度を連続的に変化させることが困難である。したがって、条件調整部２５は、被加工物における加工の進行方向において区分けされた複数の区間の各々におけるワイヤ５の供給速度を調整する。

【0088】

図１１には、被加工物に形成された１つのビード７０を示している。図１１に示す例では、ビード７０が形成されるときにおける加工の進行方向は、Ｘ軸方向である。状態判定部３０は、Ｘ軸方向において被加工物を複数の区間に区分けし、区間ごとの推定外乱トルクを取得部２９から読み込む。各区間は、Ｘ軸方向においてΔｘの長さを有する。状態判定部３０は、区間ごとに読み込まれた推定外乱トルクを基に、区間ごとの接触状態を判定する。条件調整部２５は、状態判定部３０において過負荷状態と判定された区間について、供給速度を低くする調整を行う。条件調整部２５は、状態判定部３０において非接触状態と判定された区間について、供給速度を高くする調整を行う。

【0089】

誤差検出部３１は、状態判定部３０と同様に、区間ごとの推定外乱トルクを取得部２９から読み込む。誤差検出部３１は、区間ごとに読み込まれた推定外乱トルクを基に、区間ごとにおける高さの誤差を検出する。

【0090】

図１２は、図２に示すＮＣ装置１による区間ごとの誤差の検出と区間ごとの供給量の調整とについて説明する図である。ビード７１は、ビード７０の１つ上に形成されるビードとする。誤差検出部３１は、ビード７１を形成するときに、ビード７０の区間ごとにおける誤差を検出する。

【0091】

ビード７１のうち、複数の区間のうちマイナスＸ方向側の端の区間である区間７２の加工が開始される位置７３にビーム断面中心が到達してから、推定外乱トルクが整定するまでの時間が経過したときに、誤差検出部３１は、区間７２における推定外乱トルクを読み込む。誤差検出部３１は、読み込まれた推定外乱トルクと、上記の図１０に示す関係とを基に、区間７２についての高さの推定値を求める。かかる推定値は、Ｈ１と算出される。誤差検出部３１により、算出された推定値であるＨ１と基準高さである高さＨ１との誤差であるΔＨは、ゼロと算出される。付加製造装置１００は、ΔＨがゼロであるとの検出結果に基づいて、条件設定部２４にて設定された供給速度の調整を行わずに、区間７２へワイヤ５を供給する。これにより、付加製造装置１００は、区間７２では加工条件に従った供給量での加工を行うことによって、高さＨ２に到達するビード７１を形成する。

【0092】

誤差検出部３１は、区間７２以外の区間についても、区間７２と同様に誤差を検出する。図１２に示す区間７４は、ビード７０の凸部が含まれる区間の１つである。区間７４について、誤差検出部３１は、区間７４の加工が開始される位置７５にビーム断面中心が到達してから、推定外乱トルクが整定するまでの時間が経過したときに、区間７４における推定外乱トルクを読み込む。区間７４についての高さの推定値がＨ３と算出されたとすると。誤差検出部３１により、ΔＨは（Ｈ３−Ｈ１）と算出される。ΔＨの絶対値である｜Ｈ３−Ｈ１｜が上記Ｔｈｃよりも大きい場合、条件調整部２５は、条件設定部２４での設定に基づく供給速度の値よりも区間７４における速度値を下げる調整を行う。これにより、付加製造装置１００は、区間７４では加工条件に従った供給量よりも少ない供給量での加工を行う。付加製造装置１００は、このように供給量を調整して、区間７４における高さの誤差を相殺させることによって、区間７４においても高さＨ２に到達するビード７１を形成する。このようにして、付加製造装置１００は、被加工物の高さを均一化させることができる。

【0093】

条件調整部２５は、各区間において、ビーム断面中心が区間を通過する間に供給速度を変化させる調整を行う。図１３は、図２に示すＮＣ装置１による区間内における供給速度の調整について説明する図である。図１３に示すグラフは、２つの区間内における供給速度の推移を表している。グラフの縦軸はワイヤ５の供給速度Ｖを表し、横軸は時刻ｔを表す。速度値Ｖ１は、加工条件に従った速度値とする。

【0094】

ＮＣ装置１は、区間ごとの誤差検出と供給速度の調整とを繰り返すことによって、被加工物の高さを均一化させる。ＮＣ装置１は、高さの均一化のための制御において、次に示す第１から第５の工程を実行する。

【0095】

第１の工程では、条件調整部２５は、供給速度Ｖを速度値Ｖ１とする調整を行う。第２の工程では、誤差検出部３１は、速度値Ｖ１でのワイヤ５の供給時における推定外乱トルクを基に被加工物の高さを推定し、誤差を検出する。第３の工程では、条件調整部２５は、検出された誤差を相殺可能とするワイヤ５の供給量を算出する。第４の工程では、条件調整部２５は、算出された供給量を、供給速度Ｖの時系列データに変換する。第５の工程では、供給指令生成部２８は、時系列データに基づいた供給指令を生成し、生成された供給指令を出力する。

【0096】

図１３において、時間Ｔａは、図１２に示す区間７４をビーム断面中心が通過する時間とする。時間Ｔａは、加工条件に従った送り速度Ｆ１で加工ヘッド１０をΔｘだけ移動させるのに必要な時間である。時間Ｔａの開始時の前までにおいて、区間７４における高さ推定のための第１の工程によって、時間Ｔａの開始時において供給速度Ｖは速度値Ｖ１に調整されている。時間ｔ１は、速度値Ｖ１までの供給速度の加速後に推定外乱トルクが整定するまでに必要な時間である。時間ｔ１において、ＮＣ装置１は、第２の工程から第４の工程までを行う。

【0097】

誤差検出部３１は、ワイヤ５が送り出される速度である供給速度Ｖが速度値Ｖ１であってかつ整定しているときの推定外乱トルクを基に、高さの誤差を検出する。これにより、誤差検出部３１は、ワイヤ５の先端の位置が安定した状態において誤差を検出することができる。

【0098】

時間Ｔａのうち時間ｔ１以降の時間ｔ２，ｔ３では、加工条件に従った供給量と算出された供給量との差に応じて供給速度Ｖを変化させる。区間７４では、誤差が上記のプラス誤差であることから、加工条件に従った供給量よりも少ない供給量が算出される。条件調整部２５は、時間ｔ１に続く時間ｔ２においてワイヤ５の供給を速度値Ｖ１から減速させ、時間ｔ２に続く時間ｔ３においてワイヤ５の供給を加速させる。条件調整部２５は、時間ｔ２と時間ｔ３とにおいて、加工条件に従った供給量よりも供給量を少なくさせる調整を行う。

【0099】

時間ｔ２において、供給速度Ｖは速度値Ｖ１から速度値Ｖａにまで低下する。時間ｔ３において、供給速度Ｖは速度値Ｖａから速度値Ｖ１にまで増加する。かかる時間ｔ３では、プラスＸ方向において区間７４の隣に位置する区間における高さ推定のための第１の工程が行われる。時間ｔ２と時間ｔ３とは、同じ長さの時間であっても良い。条件調整部２５は、算出された供給量に応じて速度値Ｖａを決定する。

【0100】

ビーム断面中心が距離ｘを移動する間における供給量をＷとして、次の式（２）が成り立つ。供給量Ｗの単位はｍｍとする。時間ｔ１、時間ｔ２および時間ｔ３の単位は秒とする。速度値Ｖ１および速度値Ｖａの単位はｍｍ／秒とする。式（２）の右辺は、図１３において、時間Ｔａにおける供給速度Ｖのグラフと横軸とに挟まれた部分の面積を表す。
Ｗ＝Ｖ１×ｔ１＋｛（Ｖ１＋Ｖａ）×ｔ２｝／２＋｛（Ｖ１＋Ｖａ）×ｔ３｝／２ ・・・（２）

【0101】

ｔ２＝ｔ３が成り立つとして、式（２）のｔ３へｔ２を代入し、かつ式（２）を変形することによって、次の式（３）が得られる。条件調整部２５は、算出された供給量Ｗと式（３）とを基に、速度値Ｖａを算出する。
Ｖａ＝｛Ｗ−Ｖ１（ｔ１＋ｔ２）｝／ｔ２ ・・・（３）

【0102】

時間Ｔｂは、図１２に示す区間７４の隣の区間をビーム断面中心が通過する時間であって、時間Ｔａと同じ長さの時間である。時間Ｔｂにおいても、ＮＣ装置１は、時間Ｔａと同様に供給速度Ｖを推移させる。条件調整部２５は、当該区間について算出された供給量に応じて、時間Ｔｂにおける速度値Ｖｂを決定する。

【0103】

実施の形態１によると、ＮＣ装置１は、外乱トルクの推定値に基づいて被加工物の高さの誤差を検出し、誤差に基づいてワイヤ５の供給量を調整する。付加製造装置１００は、ＮＣ装置１による供給量の調整によって、被加工物の高さを均一化することができる。これにより、ＮＣ装置１は、高い加工精度による加工を付加製造装置１００に行わせることができるという効果を奏する。

【0104】

なお、実施の形態１において、ビームはレーザビーム以外のビームであっても良く、電子ビームであっても良い。付加製造装置１００は、ビーム源である電子ビーム発生源を備えるものであっても良い。ＮＣ装置１は、ビームがレーザビーム以外のビームである場合も、高い加工精度による加工を付加製造装置１００に行わせることができる。

【0105】

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。

【符号の説明】

【0106】

１ ＮＣ装置、２ レーザ発振器、３ ファイバーケーブル、４ 回転モータ、５ ワイヤ、６ ワイヤスプール、７ ガス供給装置、８ 配管、１０ 加工ヘッド、１１ ビームノズル、１２ ワイヤノズル、１３ ガスノズル、１４ ヘッド駆動部、１５ ステージ、１６ 回転駆動部、１７ ベース材、１８ 堆積物、２０ 加工プログラム、２１ 加工条件テーブル、２２ プログラム解析部、２３ 軸指令生成部、２４ 条件設定部、２５ 条件調整部、２６ 条件指令生成部、２７ 出力指令生成部、２８ 供給指令生成部、２９ 取得部、３０ 状態判定部、３１ 誤差検出部、３２，３４ サーボアンプ、３３ 発振制御部、４１ ＣＰＵ、４２ ＲＡＭ、４３ ＲＯＭ、４４ 外部記憶装置、４５ 入出力インタフェース、４６ バス、５０，６０，６１，７０，７１ ビード、５１，６２ 凸部、５２，６３ 凹部、５３ 液滴、７２，７４ 区間、７３，７５ 位置、１００ 付加製造装置。

【要約】

数値制御装置（１）は、駆動部である回転モータ（４）の駆動力によって送り出された材料であるワイヤ（５）へビームを照射し、溶融させた材料を被加工物へ付加して造形物を製造する付加製造装置（１００）を制御する。数値制御装置（１）は、材料を堆積させる高さ方向における被加工物の高さの誤差を検出する誤差検出部（３１）を備える。数値制御装置（１）は、誤差に基づいて材料の供給量を調整する調整部である条件調整部（２５）を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】