特開 2024-13526 制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024013526

(43)【公開日】2024-02-01

(54)【発明の名称】制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/095 20060101AFI20240125BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20240125BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20240125BHJP

   B33Y 50/00 20150101ALI20240125BHJP

【ＦＩ】

B23K9/095 510D

B23K9/04 Z

B23K31/00 Z

B23K9/04 G

B33Y50/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022115683

(22)【出願日】2022-07-20

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】近口 諭史

(57)【要約】

【課題】積層造形によって造形物を造形する際に、積層高さの局所的なずれを抑制し、高品質な造形物の造形を実現できる制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】ビード層ＢＬを形成する溶接ビードＢの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得工程と、造形情報に基づいてビード層ＢＬの予測形状を算出する予測形状算出工程と、予測形状に基づいて積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定工程と、積層条件の変更を要すると判定された場合に、溶接ビードＢの積層条件を場所ごとに調整してビード層ＢＬの層高さＢＬｈのばらつきを抑える積層条件調整工程と、を含む。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する制御情報修正方法であって、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得工程と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出工程と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定工程と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整工程と、
を含む、
制御情報修正方法。

【請求項2】

前記変更要否判定工程において、前記ビード層の前記予測形状を基準とした層高さの分布を算出し、それぞれの前記ビード層における前記層高さの差分が、予め設定した閾値より大きい場合に前記積層条件を変更要と判定する、
請求項１に記載の制御情報修正方法。

【請求項3】

前記層高さの分布は、前記積層方向に対する前記造形物の表面の傾斜角に基づいて算出される、
請求項２に記載の制御情報修正方法。

【請求項4】

調整された前記積層条件の調整量が予め設定した許容値より大きくなる場合に、前記造形物の目標形状の分割数及び前記溶接ビードの積層方向の少なくとも一方を、前記調整量が前記許容値以下となるまで繰り返し修正する工程をさらに含む、
請求項１から３のいずれか一項に記載の制御情報修正方法。

【請求項5】

造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得部と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出部と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定部と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整部と、
を含む、
制御情報修正装置。

【請求項6】

造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正するプログラムであって、
コンピュータに、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得機能と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出機能と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定機能と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整機能と、
を実現させるための、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザー又はアーク等の熱源を用いて、金属粉体又は金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。

【0003】

特許文献１には、第１溶接ビードに第２溶接ビードを積層する場合に、溶接トーチから送出する溶滴の溶滴量を制御するパラメータ値を中心線からの偏位量に基づいて演算し、演算したパラメータ値に基づいて溶接トーチ及び移動機構を制御し、高さ方向の誤差と三次元形状の崩れを抑える造形装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１６０２１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形において、三次元のＣＡＤデータで表される造形物の形状を複数層にスライスして設計した軌道計画に基づいて造形物を造形する場合、軌道計画で設定する狙い位置が実際の形状からずれることがある。

【0006】

このように、軌道計画の狙い位置と実際の形状との間に不整合が生じると、トーチが造形物に干渉したり、造形物とトーチの間隔が開きすぎたりしてアークスタートのエラーを引き起こし、造形の継続に支障をきたすおそれがある。

【0007】

そこで本発明は、積層造形によって造形物を造形する際に、積層高さの局所的なずれを抑制し、高品質な造形物の造形を実現できる制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は下記構成からなる。
（１） 造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する制御情報修正方法であって、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得工程と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出工程と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定工程と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整工程と、
を含む、
制御情報修正方法。
（２） 造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得部と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出部と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定部と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整部と、
を含む、
制御情報修正装置。
（３） 造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正するプログラムであって、
コンピュータに、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得機能と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出機能と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定機能と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整機能と、
を実現させるための、
プログラム。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、積層造形によって造形物を造形する際に、積層高さの局所的なずれを抑制し、高品質な造形物の造形を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、積層造形システムの全体構成を示す概略図である。

【図2】図２は、制御情報修正装置の機能ブロック図である。

【図3】図３は、制御情報修正装置による制御情報の修正手順を示すフローチャートである。

【図4】図４は、隣接するビード間の重なりを考慮したモデルの一例を示す説明図である。

【図5】図５は、下層側へ溶接金属が垂れた形状を再現したモデルの一例を示す説明図である。

【図6】図６は、円錐形状を有する筒状の造形物の概略斜視図である。

【図7】図７は、円錐形状を有する筒状の造形物における予測形状を示す模式図である。

【図8】図８は、溶接ビードを積層させた際に生じるビード層の層高さのずれを示す模式図である。

【図9】図９は、ビード層の層高さのずれを説明する模式図である。

【図10】図１０は、積層条件を調整した際の第１層目のビード層を形成する溶接ビードの形状を示す模式図である。

【図11】図１１は、積層条件を調整した際の第１層目のビード層の層高さを示す模式図である。

【図12】図１２は、積層条件を調整した際の各ビード層の層高さを示す模式図である。

【図13】図１３は、積層条件を調整して溶接ビードの幅を抑えた際の各ビード層の層高さを示す模式図である。

【図14】図１４は、造形物の３次元形状のスライスの仕方を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここで示す積層造形システムは、マニピュレータに保持された溶加材（溶接ワイヤ）を熱源装置によって溶融させて溶接ビードを形成し、形成された溶接ビードを所望の形状に繰り返し積層して、溶接ビードが積層されてなる造形物を造形するものである。制御情報修正装置は、このような造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する。

【0012】

＜積層造形システムの構成＞
上記の制御情報修正装置が生成する制御情報によって動作される、積層造形システムの一構成例を説明する。
図１は、積層造形システムの全体構成を示す概略図である。
積層造形システム１００は、造形制御装置１５と、マニピュレータ１７と、溶加材供給装置１９と、マニピュレータ制御装置２１と、熱源制御装置２３とを含んで構成される。

【0013】

マニピュレータ制御装置２１は、マニピュレータ１７と、熱源制御装置２３とを制御する。マニピュレータ制御装置２１には不図示のコントローラが接続されて、マニピュレータ制御装置２１の任意の操作がコントローラを介して操作者から指示可能となっている。

【0014】

マニピュレータ１７は、例えば多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ１１には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１１は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。トーチ１１の位置及び姿勢は、マニピュレータ１７を構成する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。マニピュレータ１７は、６軸以上の自由度を有するものが好ましく、先端の熱源の軸方向を任意に変化させられるものが好ましい。マニピュレータ１７は、図１に示す４軸以上の多関節ロボットの他、２軸以上の直交軸に角度調整機構を備えたロボット等、種々の形態であってもよい。

【0015】

トーチ１１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。シールドガスは、大気を遮断し、溶接中の溶融金属の酸化、窒化などを防いで溶接不良を抑制する。本構成で用い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（Tungsten Inert Gas）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、造形対象に応じて適宜選定される。ここでは、ガスメタルアーク溶接を例に挙げて説明する。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、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１１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。

【0016】

溶加材供給装置１９は、トーチ１１に向けて溶加材Ｍを供給する。溶加材供給装置１９は、溶加材Ｍが巻回されたリール１９ａと、リール１９ａから溶加材Ｍを繰り出す繰り出し機構１９ｂとを備える。溶加材Ｍは、繰り出し機構１９ｂによって必要に応じて正方向又は逆方向に送られながらトーチ１１へ送給される。繰り出し機構１９ｂは、溶加材供給装置１９側に配置されて溶加材Ｍを押し出すプッシュ式に限らず、ロボットアーム等に配置されるプル式、又はプッシュ－プル式であってもよい。

【0017】

熱源制御装置２３は、マニピュレータ１７による溶接に要する電力を供給する溶接電源である。熱源制御装置２３は、溶加材Ｍを溶融、凝固させるビード形成時に供給する溶接電流及び溶接電圧を調整する。また、熱源制御装置２３が設定する溶接電流及び溶接電圧等の溶接条件に連動して、溶加材供給装置１９の溶加材供給速度が調整される。

【0018】

溶加材Ｍを溶融させる熱源としては、上記したアークに限らない。例えば、アークとレーザーとを併用した加熱方式、プラズマを用いる加熱方式、電子ビーム又はレーザーを用いる加熱方式等、他の方式による熱源を採用してもよい。電子ビーム又はレーザーにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、形成するビードの状態をより適正に維持して、積層構造物の更なる品質向上に寄与できる。また、溶加材Ｍの材質についても特に限定するものではなく、例えば、軟鋼、高張力鋼、アルミ、アルミ合金、ニッケル、ニッケル基合金など、造形物Ｗの特性に応じて、用いる溶加材Ｍの種類が異なっていてよい。

【0019】

造形制御装置１５は、上記した各部を統括して制御する。

【0020】

上記した構成の積層造形システム１００は、造形物Ｗの造形計画に基づいて作成された造形プログラムに従って動作する。造形プログラムは、多数の命令コードにより構成され、造形物の形状、材質、入熱量等の諸条件に応じて、適宜なアルゴリズムに基づいて作成される。この造形プログラムに従って、トーチ１１を移動させつつ、送給される溶加材Ｍを溶融及び凝固させると、溶加材Ｍの溶融凝固体である線状の溶接ビードＢがベース１３上に形成される。つまり、マニピュレータ制御装置２１は、造形制御装置１５から提供される所定のプログラムに基づいてマニピュレータ１７、熱源制御装置２３を駆動させる。マニピュレータ１７は、マニピュレータ制御装置２１からの指令により、溶加材Ｍをアークで溶融させながらトーチ１１を移動させて溶接ビードＢを形成する。このようにして溶接ビードＢを順次に形成、積層することで、目的とする形状の造形物Ｗが得られる。

【0021】

図２は、造形制御装置１５の機能ブロック図である。造形制御装置１５は、造形情報取得部３１と、予測形状算出部３３と、変更要否判定部３５と、積層条件調整部３７と、を含んで構成され、制御情報修正装置として機能する。各部の詳細については後述するが、概略的な機能は次のとおりである。

【0022】

造形情報取得部３１は、溶接ビードＢの造形経路、積層方向及び溶接ビードＢの積層条件に関する造形情報を取得する。

【0023】

予測形状算出部３３は、造形情報取得部３１によって取得された溶接ビードＢの造形経路及び溶接ビードＢの積層条件に基づいて、溶接ビードＢを積層させるビード層の予測形状を算出する。

【0024】

変更要否判定部３５は、予測形状算出部３３によって算出される予測形状に基づいて、溶接ビードＢからなるビード層ＢＬの層高さ（層間隔）ＢＬｈを算出し、この層高さＢＬｈの分布に基づいて、溶接ビードＢの積層条件の変更の要否を判定する。

【0025】

積層条件調整部３７は、変更要否判定部３５が溶接ビードＢの積層条件の変更を要すると判定した場合に、溶接ビードＢの積層条件を場所ごとに調整する。

【0026】

上記の造形制御装置１５は、例えば、ＰＣ（Personal Computer）などの情報処理装置を用いたハードウェアにより構成される。造形制御装置１５の各機能は、不図示の制御部が不図示の記憶装置に記憶された特定の機能を有するプログラムを読み出し、これを実行することで実現される。記憶装置としては、揮発性の記憶領域であるＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性の記憶領域であるＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等のストレージを例示できる。また、制御部としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）などのプロセッサ、又は専用回路等を例示できる。造形制御装置１５は、上記した形態のほか、ネットワーク等を介して積層造形システム１００から遠隔から接続される他のコンピュータであってもよい。

【0027】

＜制御情報の生成手順＞
図３は、制御情報修正装置による制御情報の修正手順を示すフローチャートである。

【0028】

造形情報取得部３１が、溶接ビードＢの造形経路、積層方向、ビード形状及び溶接ビードＢの積層条件に関する情報を、造形情報として取得する（ステップＳ１）。

【0029】

この溶接ビードＢの造形情報における造形経路及び積層方向については、公知の手段で算出できる。例えば、ＣＡＤデータ等における造形物を複数層にスライスした形状データに対して、各種の軌道パターンを適用して生成できる。また、予め生成・記憶された軌道の情報を読み込んでもよい。なお、読み込む軌道の情報としては、例えば、溶接ビードＢのパス中に含まれる点の座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、隣接する溶接ビードＢのパス同士のピッチ、各ビード層の間隔、各溶接ビードＢのパスの積層順序などが挙げられる。

【0030】

一方、溶接ビードＢのビード形状の情報については、溶接ビードＢの形状モデル、ビード高さ、ビード幅といった情報を取得する。

【0031】

形状モデルとしては隣接する溶接ビードＢ間の重なりを考慮したモデル、下層側への垂れ形状を再現したモデルなど、溶接ビードＢを実際に積層した際に起きる現象を再現したものが望ましい。

【0032】

図４は、隣接する溶接ビードＢ間の重なりを考慮したモデルの一例である。各モデルは、基準となるパスＰ１のモデルＢＭ１の断面形状が台形であり、モデルＢＭ１にはパスＰＳ２のモデルＢＭ２が隣接して設けられ、モデルＢＭ２にはパスＰＳ３のモデルＢＭ３が隣接して設けられている。モデルＢＭ２，ＢＭ３は、図４の左側に配置されるモデルに一部をオーバーラップさせている。その結果、モデルＢＭ２の形状は、モデルＢＭ１の一方の斜辺に寄り添う多角形状（５角形）となり、モデルＢＭ３の形状は、モデルＢＭ２の一方の斜辺に寄り添う多角形状（５角形）となる。このように、各ＢＭ１，ＢＭ２，ＢＭ３は、実際の溶接ビードの断面形状に近似した形状となる。

【0033】

図５は、下層側へ溶融金属が垂れた形状を再現したモデルの一例である。ベース１３に積層された断面形状が台形のモデルＢＭ１と、モデルＢＭ１より上層のモデルＢＭ２，ＢＭ３，・・・，ＢＭｎ（ｎは整数）のうち、上層の台形ビードモデルＢＭ２，ＢＭ３，・・・，ＢＭｎについては、底辺４１の両端部に、下方へ延びる垂れ部４７Ａ，４７Ｂを追加している。このように、垂れ部４７Ａ，４７Ｂを設けたモデルＢＭ２，ＢＭ３，・・・，ＢＭｎを、積層計画用のビードモデルに設定することで、溶接ビードＢのビード高さが、溶接ビードＢに生じる溶融金属の垂れ下がりによる影響を受けにくくなる。これにより、オーバーハング部などの溶接ビードＢの溶融金属が垂れやすい条件下でも、輪郭の予測形状と実際の形状とが整合されやすくなる。

【0034】

溶接ビードＢのビード幅及びビード高さは溶接速度、送給速度などの溶接条件と関係づけられていてもよい。

【0035】

例えば、ビード高さＨは式（１）から求め、ビード幅ＬＷは式（２）から求めてもよい。
Ｈ ＝Ｃ_１＋Ｃ_２Ｗ_ｆ＋Ｃ_３Ｔ_ｓ＋Ｃ_４Ｗ_ｆ ^２＋Ｃ_５Ｔ_ｓ ^２＋Ｃ_６Ｗ_ｆＴ_ｓ ・・・式（１）
ＬＷ＝Ｄ_１＋Ｄ_２Ｗ_ｆ＋Ｄ_３Ｔ_ｓ＋Ｄ_４Ｗ_ｆ ^２＋Ｄ_５Ｔ_ｓ ^２＋Ｄ_６Ｗ_ｆＴ_ｓ ・・・式（２）
Ｔｓ：トーチ移動速度
Ｗｆ：溶加材送給速度
Ｃ_１～Ｃ_６：係数
Ｄ_１～Ｄ_６：係数

【0036】

予測形状算出部３３が、造形情報取得部３１によって取得された造形情報に基づいて、ビード層ＢＬの予測形状を算出する（ステップＳ２）。つまり、溶接ビードＢの造形経路及び積層方向の情報に、溶接電流、溶接電圧、送給速度、溶接速度等の積層条件を与えることにより、溶接ビードＢからなるビード層ＢＬの形状の予測を行う。このビード層ＢＬの形状の予測は、図４及び図５に示したモデル形状を用いてもよい。なお、このビード層ＢＬの形状予測の算出に際しては、予測形状と積層条件の関係を把握するため、同一パス内での条件を固定するのが好ましい。

【0037】

ここで、図６及び図７は、下部から上部へ向かって偏心する円錐形状を有する筒状の造形物Ｗの予測形状の一例を示しており、予測形状算出部３３は、造形物Ｗの形状をスライスし、溶接ビードＢｉ（ｉ＝１～Ｎ）からなる複数のビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）を設計する。

【0038】

その後、溶接ビードＢの各ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）について、下段から順に、変更要否判定部３５による積層条件の変更要否判定（ステップＳ３，Ｓ４）及び積層条件調整部３７による積層条件の調整（ステップＳ５）を行う。

【0039】

変更要否判定では、まず、変更要否判定部３５が、予測形状に基づいて、各ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）の層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）の分布を算出する（ステップＳ３）。

【0040】

さらに、変更要否判定部３５は、予測形状に基づいて算出した各ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）の層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）の分布に基づいて、ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）に積層条件の変更を要する傾斜角θを有するか否かをビード層ＢＬｉごとに判定する（ステップＳ４）。

【0041】

積層条件調整部３７は、変更要否判定部３５が溶接ビードＢｉ（ｉ＝１～Ｎ）の積層条件の変更を要すると判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、つまり、ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）の法線ベクトルと積層方向Ｚとの間に一定の乖離が認められる場合、そのビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）を形成する溶接ビードＢｉ（ｉ＝１～Ｎ）の積層条件を場所ごとに調整する（ステップＳ５）。

【0042】

ところで、図６及び図７に示したように、下部から上部へ向かって偏心する円錐形状を有する筒状の造形物Ｗを造形する造形例の場合、ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）は、周方向において、積層方向Ｚに沿って略垂直に積層される積層箇所と、積層方向Ｚに対して傾斜角θで斜めに積層される積層箇所とを有する。したがって、この造形例では、図８に示すように、積層方向Ｚと積層形状の側面とのなす傾斜角θによってビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）の層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）にずれが生じる。図９に示すように、例えば、積層方向Ｚに沿って傾斜せずに垂直（θ＝０°）に積層される積層箇所（図９における右側）では、溶接ビードＢｉのビード高さがビード層ＢＬｉの層高さＢＬｈｉと略一致する。一方、積層方向Ｚに対して傾斜角θで傾斜（θ≠０°）する積層箇所（図９における左側）では、溶接ビードＢｉの最大ビード高さがビード層ＢＬｉの層高さＢＬｈｉとはならない。このため、溶接ビードＢｉの予測形状を考慮すると、造形物Ｗにおけるビード層ＢＬｉは、図７に示した層境界が実現されなくなる。そして、この層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）のずれが累積すると、図８に示すように、ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）の層境界面が徐々に傾くこととなる。

【0043】

このような造形物Ｗを造形する造形例では、まず、変更要否判定部３５が、第１層目のビード層ＢＬ１について、層高さＢＬｈ１の最大値ＢＬｈ１maxと最小値ＢＬｈ１minを抽出し、これらの層高さＢＬｈ１の最大値ＢＬｈ１maxと最小値ＢＬｈ１minとの差分が閾値ε以内に収まるか否かを判定する（ステップＳ４）。

【0044】

次に、積層条件調整部３７が、第１層目のビード層ＢＬ１の層高さＢＬｈ１が均一となるように積層条件を調整する（ステップＳ５）。具体的には、ビード層ＢＬ１の場所ごとにおける傾斜角θに基づいて、ビード層ＢＬ１の予測形状を算出するために用いた積層条件における溶接電流、溶接電圧、送給速度、溶接速度等を調整する。これにより、図１０及び図１１に示すように、溶接ビードＢ１の溶着量を場所Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ…ごとに調整する。すると、溶接ビードＢ１は、場所毎に溶着量が増減され、溶着量の調整前（図１１における破線）から溶着量の調整後（図１１における実線）に変更される。例えば、積層方向Ｚに沿って傾斜せずに垂直（θ＝０°）に積層される積層箇所（図１１における右側）では、溶接ビードＢ１の溶着量を減少させ、積層方向Ｚに対して傾斜角θで傾斜（θ≠０°）する積層箇所（図１１における左側）では、溶接ビードＢ１の溶着量を増加させている。これにより、溶接ビードＢ１からなるビード層ＢＬ１の層高さＢＬｈ１が均一化される（図１１参照）。この溶接ビードＢの溶着量の調整は、ビード層ＢＬ１の層高さＢＬｈ１が予め設定された基準層高さＢＬｈｓとなるように調整するのが好ましい。なお、積層条件調整部３７は、変更要否判定部３５が溶接ビードＢ１の積層条件の変更を要しないと判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、ビード層ＢＬ１を形成する溶接ビードＢ１の積層条件をそのまま維持する。

【0045】

その後、変更要否判定処理（ステップＳ３，Ｓ４）及び積層条件変更処理（ステップＳ５）を繰り返す（ステップＳ６）。これにより、第２層目以降のビード層ＢＬｉ（ｉ＝２～Ｎ）について、溶接ビードＢｉ（ｉ＝２～Ｎ）の積層条件の変更を要すると判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、そのビード層ＢＬｉ（ｉ＝２～Ｎ）を形成する溶接ビードＢｉ（ｉ＝２～Ｎ）の積層条件を調整し（ステップＳ５）、層高さＢＬｈｉ（ｉ＝２～Ｎ）を調整する。

【0046】

これにより、図１２に示すように、各溶接ビードＢｉ（ｉ＝１～Ｎ）からなる各ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）は、その層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）がそれぞれ均一化される。したがって、造形物Ｗの一部にオーバーハング部位が含まれていても、層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）の局所的なずれを抑制することができ、高品質な造形物Ｗを円滑に造形できる。

【0047】

なお、変更要否判定部３５による変更要否の判定（ステップＳ４）は、各ビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）について、特定の２箇所における層高さＢＬｈｉ１，ＢＬｈｉ２を抽出し、これらのＢＬｈｉ１，ＢＬｈｉ２の差分が閾値（許容値）ε以内に収まるか否かによって行ってもよい。

【0048】

また、溶接ビードＢの積層条件を調整して溶着量を調整すると、溶着量の増加箇所において過剰な余肉が発生してしまうおそれがある。このため、溶着量の調整とともに、溶接ビードＢのビード幅の調整を併せて行ってもよい。例えば、ウィービングの調整、トーチ１１の傾斜角の調整、入熱量の調整などを行って溶接ビードＢのビード幅に制限を設け、ビード幅の増加を抑えつつビード高さを調整する。すると、図１３に示すように、溶着量の増加による過剰な余肉の発生を抑えつつビード層ＢＬｉ（ｉ＝１～Ｎ）の層高さＢＬｈｉ（ｉ＝１～Ｎ）を均一化できる。

【0049】

このように、本構成例によれば、溶接ビードＢの積層条件を場所ごとに調整してビード層ＢＬの層高さＢＬｈのばらつきを抑えるので、造形物Ｗの一部にオーバーハング部位が含まれていても層高さＢＬｈの局所的なずれを抑制することができる。これにより、層高さＢＬｈの局所的なずれによって生じるおそれのあるトーチ１１と造形中の造形物Ｗとの干渉及びアークスタートのエラーを抑え、高品質な造形物Ｗを円滑に造形できる。

【0050】

なお、同一パス内における溶接ビードＢの積層条件の調整量が著しく大きい場合、溶接ビードＢの積層プロセスが不安定化するおそれがある。このような場合、予め許容値を設定し、積層条件の調整量が許容値より大きくなる場合に、造形物Ｗの目標形状の分割数及び溶接ビードＢの積層方向Ｚの少なくとも一方を、調整量が許容値以下となるまで繰り返し修正するのが好ましい。

【0051】

例えば、図１４に示すように、作成した造形物Ｗの３次元形状をスライスして複数のビード層ＢＬに分割した形状データ（図１４左参照）に対して、分割数を多くした形状データ（図１４右上参照）を、調整量が許容値以下となるまで繰り返し作成する。または、層高さＢＬｈの調整量が大きくなる側へ傾けた積層方向Ｚａの形状データ（図１４右下参照）を、調整量が許容値以下となるまで繰り返し作成する。これにより、同一パス内における溶接ビードＢの積層条件の調整量を抑え、溶接ビードＢの積層プロセスを安定化できる。

【0052】

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

【0053】

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する制御情報修正方法であって、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得工程と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出工程と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定工程と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整工程と、
を含む、制御情報修正方法。
この構成の制御情報修正方法によれば、溶接ビードの積層条件を場所ごとに調整してビード層の層高さのばらつきを抑えるので、造形物の一部にオーバーハング部位が含まれていても層高さの局所的なずれを抑制することができる。これにより、層高さの局所的なずれによって生じるおそれのあるトーチと造形中の造形物との干渉及びアークスタートのエラーを抑え、高品質な造形物を円滑に造形できる。

【0054】

（２） 前記変更要否判定工程において、前記ビード層の前記予測形状を基準とした層高さの分布を算出し、それぞれの前記ビード層における前記層高さの差分が、予め設定した閾値より大きい場合に前記積層条件を変更要と判定する、（１）に記載の制御情報修正方法。
この構成の制御情報修正方法によれば、オーバーハング部位又は曲面の有無に対応して積層条件の変更の要否を適切に判定できる。

【0055】

（３） 前記層高さの分布は、前記積層方向に対する前記造形物の表面の傾斜角に基づいて算出される、（２）に記載の制御情報修正方法。
この構成の制御情報修正方法によれば、造形物の表面の傾斜角を考慮することで、場所ごとに正確な層高さの分布を取得できる。

【0056】

（４） 調整された前記積層条件の調整量が予め設定した許容値より大きくなる場合に、前記造形物の目標形状の分割数及び前記溶接ビードの積層方向の少なくとも一方を、前記調整量が前記許容値以下となるまで繰り返し修正する工程をさらに含む、（１）から（３）のいずれか一つに記載の制御情報修正方法。
この構成の制御情報修正方法によれば、各ビード層における積層条件の変更による調整量が過度に大きくなることを抑え、積層プロセスを安定化できる。

【0057】

（５） 造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得部と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出部と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定部と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整部と、
を含む、制御情報修正装置。
この構成の制御情報修正装置によれば、溶接ビードの積層条件を場所ごとに調整してビード層の層高さのばらつきを抑えるので、造形物の一部にオーバーハング部位が含まれていても層高さの局所的なずれを抑制することができる。これにより、層高さの局所的なずれによって生じるおそれのあるトーチと造形中の造形物との干渉及びアークスタートのエラーを抑え、高品質な造形物を円滑に造形できる。

【0058】

（６） 造形経路に沿ってトーチを移動させながら溶接材料を溶融して対象面に溶接ビードを形成し、目標形状を複数層に分割したビード層が積層された三次元形状の造形物を造形する積層造形装置を制御するための制御情報を修正するプログラムであって、
コンピュータに、
前記ビード層を形成する前記溶接ビードの造形経路、積層方向及び積層条件に関する造形情報を取得する造形情報取得機能と、
前記造形情報に基づいて前記ビード層の予測形状を算出する予測形状算出機能と、
前記予測形状に基づいて前記積層条件の変更の要否を判定する変更要否判定機能と、
前記積層条件の変更を要すると判定された場合に、前記溶接ビードの前記積層条件を場所ごとに調整して前記ビード層の層高さのばらつきを抑える積層条件調整機能と、
を実現させるための、プログラム。
この構成のプログラムによれば、溶接ビードの積層条件を場所ごとに調整してビード層の層高さのばらつきを抑えるので、造形物の一部にオーバーハング部位が含まれていても層高さの局所的なずれを抑制することができる。これにより、層高さの局所的なずれによって生じるおそれのあるトーチと造形中の造形物との干渉及びアークスタートのエラーを抑え、高品質な造形物を円滑に造形できる。

【符号の説明】

【0059】

１１ トーチ
１５ 造形制御装置（制御情報修正装置）
３１ 造形情報取得部
３３ 予測形状算出部
３５ 変更要否判定部
３７ 積層条件調整部
１００ 積層造形システム（積層造形装置）
Ｂ 溶接ビード
Ｗ 造形物
θ 傾斜角

【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】

【図14】