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(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】P2024173399
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】積層造形方法、積層造形装置、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20241205BHJP
B23K 9/095 20060101ALI20241205BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20241205BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 G
B23K9/04 Z
B23K9/095 501Z
B33Y10/00
B33Y30/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023091791
(22)【出願日】2023-06-02
(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】100104880
【弁理士】
【氏名又は名称】古部 次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100125346
【弁理士】
【氏名又は名称】尾形 文雄
(72)【発明者】
【氏名】藤井 達也
(72)【発明者】
【氏名】橋本 裕志
(72)【発明者】
【氏名】篠崎 貴宏
(57)【要約】
【課題】溶加材が溶接ビードに正常に接触しないまま造形を続けることによる造形不良の発生を抑制する。
【解決手段】溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形方法であって、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層工程と、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動する第１の移動工程と、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層工程とを含む、積層造形方法。
【選択図】図１４
【解決手段】溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形方法であって、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層工程と、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動する第１の移動工程と、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層工程とを含む、積層造形方法。
【選択図】図１４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形方法であって、
前記複数のパスの第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層工程と、
前記第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを、前記複数のパスの当該第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動する第１の移動工程と、
前記第１の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層工程と
を含む、積層造形方法。
前記複数のパスの第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層工程と、
前記第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを、前記複数のパスの当該第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動する第１の移動工程と、
前記第１の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層工程と
を含む、積層造形方法。
【請求項2】
前記積層造形物の造形を制御するための制御情報から、前記複数のパスの情報と、当該複数のパスの各パスの積層開始位置とを取得する取得工程を更に含む、請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項3】
前記第１の積層工程は、
前記溶加材が前記溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、当該溶加材の当該溶接ビードに対する接触を検知する第１の検知工程と、
前記接触の検知結果に基づいて、前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第１の判定工程と
を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
前記溶加材が前記溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、当該溶加材の当該溶接ビードに対する接触を検知する第１の検知工程と、
前記接触の検知結果に基づいて、前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第１の判定工程と
を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項4】
前記第１の判定工程は、前記接触の検知結果が正常と判定される正常時間区間を参照して、前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する、請求項３に記載の積層造形方法。
【請求項5】
前記第１の移動工程は、前記接触が検知された時間と前記正常時間区間との前後関係に基づいて、前記溶接トーチの移動方向を決定する、請求項４に記載の積層造形方法。
【請求項6】
前記第２の積層工程は、
前記溶加材が前記溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、当該溶加材の当該溶接ビードに対する接触を検知する第２の検知工程と、
前記接触の検知結果に基づいて、前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第２の判定工程と
を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
前記溶加材が前記溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、当該溶加材の当該溶接ビードに対する接触を検知する第２の検知工程と、
前記接触の検知結果に基づいて、前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第２の判定工程と
を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項7】
前記第２の判定工程は、前記接触の検知結果が正常と判定される正常時間区間を参照して、前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する、請求項６に記載の積層造形方法。
【請求項8】
前記第１の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを第２の位置に移動する第２の移動工程を更に含み、
前記第２の移動工程は、前記接触が検知された時間と前記正常時間区間との前後関係に基づいて、前記溶接トーチの移動方向を決定する、請求項７に記載の積層造形方法。
前記第２の移動工程は、前記接触が検知された時間と前記正常時間区間との前後関係に基づいて、前記溶接トーチの移動方向を決定する、請求項７に記載の積層造形方法。
【請求項9】
前記第１の検知工程又は前記第２の検知工程は、前記接触が検知されると、前記溶加材の送出を停止し、当該溶加材を、前記溶接トーチからの突き出し長さが所定の長さとなるように引き戻す、請求項３乃至請求項８の何れかに記載の積層造形方法。
【請求項10】
前記第１の検知工程又は前記第２の検知工程は、前記溶接トーチの姿勢を変更しながら、前記接触を検知する、請求項３乃至請求項８の何れかに記載の積層造形方法。
【請求項11】
前記積層造形物の造形を制御するための制御情報から、前記溶接ビードの溶接条件を取得する取得工程を更に含み、
前記第２の積層工程は、前記新たな溶接ビードを積層するのに先立ち前記溶接条件を補正する補正工程を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
前記第２の積層工程は、前記新たな溶接ビードを積層するのに先立ち前記溶接条件を補正する補正工程を含む、請求項１に記載の積層造形方法。
【請求項12】
溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形装置であって、
前記複数のパスの第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する積層処理部と、
前記第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを、前記複数のパスの当該第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、所定の位置に移動する移動処理部と
を備え、
前記積層処理部は、前記所定の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する、積層造形装置。
前記複数のパスの第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する積層処理部と、
前記第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを、前記複数のパスの当該第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、所定の位置に移動する移動処理部と
を備え、
前記積層処理部は、前記所定の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する、積層造形装置。
【請求項13】
溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形装置に、
前記複数のパスの第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層機能と、
前記第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを、前記複数のパスの当該第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、所定の位置に移動する移動機能と、
前記所定の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層機能と
を実現させるためのプログラム。
前記複数のパスの第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層機能と、
前記第１のパスの積層開始位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、当該溶接トーチを、前記複数のパスの当該第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、所定の位置に移動する移動機能と、
前記所定の位置に前記溶接トーチを位置させた状態で前記溶加材が前記溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層機能と
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、積層造形方法、積層造形装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、物品を形成する方法であって、物品の三次元体積モデルの定義である第１のデータファイルをコンピュータメモリ内に構築するステップと、第１のデータファイルを読み取り、３次元ボリュームモデルを分解して、物品の３次元ボリュームモデルを通るツールパスを記述する一連の相対空間座標を含む第２のデータファイルを生成するアルゴリズムを行うコンピュータプログラムを実行するステップと、多軸溶接ロボットを操作して、ワークテーブルに対して溶接ヘッドを位置決めし、相対運動が第２のデータファイルによって定義された経路に従うようにするステップとを組み合わせて含み、溶接ヘッドの動作も制御されて、物品の三次元体積モデルの立体表現を構築するために経路の少なくとも一部をたどる際に溶接ビードを堆積させる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】米国特許第６２７４８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
例えば、溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを積層することによって側方へ突出したオーバーハング構造を造形する場合に、溶加材が溶接ビードに正常に接触しないまま造形を続けたのでは、造形不良が発生する可能性がある。
【0005】
本発明の目的は、溶加材が溶接ビードに正常に接触しないまま造形を続けることによる造形不良の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
かかる目的のもと、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形方法であって、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層工程と、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動する第１の移動工程と、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層工程とを含む、積層造形方法を提供する。
【0007】
積層造形方法は、積層造形物の造形を制御するための制御情報から、複数のパスの情報と、複数のパスの各パスの積層開始位置とを取得する取得工程を更に含む、ものであってよい。
【0008】
第１の積層工程は、溶加材が溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、溶加材の溶接ビードに対する接触を検知する第１の検知工程と、接触の検知結果に基づいて、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第１の判定工程とを含む、ものであってよい。その場合、第１の判定工程は、接触の検知結果が正常と判定される正常時間区間を参照して、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する、ものであってよい。また、その場合、第１の移動工程は、接触が検知された時間と正常時間区間との前後関係に基づいて、溶接トーチの移動方向を決定する、ものであってよい。
【0009】
第２の積層工程は、溶加材が溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、溶加材の溶接ビードに対する接触を検知する第２の検知工程と、接触の検知結果に基づいて、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第２の判定工程とを含む、ものであってよい。その場合、第２の判定工程は、接触の検知結果が正常と判定される正常時間区間を参照して、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する、ものであってよい。また、その場合、積層造形方法は、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを第２の位置に移動する第２の移動工程を更に含み、第２の移動工程は、接触が検知された時間と正常時間区間との前後関係に基づいて、溶接トーチの移動方向を決定する、ものであってよい。
【0010】
その場合、第１の検知工程又は第２の検知工程は、接触が検知されると、溶加材の送出を停止し、溶加材を、溶接トーチからの突き出し長さが所定の長さとなるように引き戻す、ものであってよい。
【0011】
その場合、第１の検知工程又は第２の検知工程は、溶接トーチの姿勢を変更しながら、接触を検知する、ものであってよい。
【0012】
積層造形方法は、積層造形物の造形を制御するための制御情報から、溶接ビードの溶接条件を取得する取得工程を更に含み、第２の積層工程は、新たな溶接ビードを積層するのに先立ち溶接条件を補正する補正工程を含む、ものであってよい。
【0013】
また、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形装置であって、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する積層処理部と、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、所定の位置に移動する移動処理部とを備え、積層処理部は、所定の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する、積層造形装置も提供する。
【0014】
更に、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶接ビードを複数のパスに沿って積層することにより積層造形物を造形する積層造形装置に、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層機能と、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、所定の位置に移動する移動機能と、所定の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層機能とを実現させるためのプログラムも提供する。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、溶加材が溶接ビードに正常に接触しないまま造形を続けることによる造形不良の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本実施の形態における金属積層造形システムの概略構成例を示す図である。
【図2】本実施の形態における制御装置のハードウェア構成例を示す図である。
【図3】本実施の形態における積層計画装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図4】本実施の形態における制御装置の機能構成例を示すブロック図である。
【図5】狙い位置が積層造形物の最表面に位置している場合の姿勢変更を伴う接触検知の模式図である。
【図6】狙い位置が積層造形物の中に埋もれている場合の姿勢変更を伴う接触検知の模式図である。
【図7】狙い位置が積層造形物に対して宙に浮いている場合の姿勢変更を伴う接触検知の模式図である。
【図8】（ａ）は狙い位置が積層造形物に対して宙に浮いている場合の接触検知の模式図であり、（ｂ）はこの場合の検知信号の変化を示すグラフである。
【図9】（ａ）は狙い位置が積層造形物の最表面に位置している場合の接触検知の模式図であり、（ｂ）はこの場合の各時間区間における検知信号の変化を示すグラフである。
【図10】（ａ）は狙い位置が積層造形物の中に埋もれている場合の接触検知の模式図であり、（ｂ）はこの場合の各時間区間における検知信号の変化を示すグラフである。
【図11】（ａ）～（ｃ）は、隣接パスを決定する際の第１の状況を示す図である。
【図12】（ａ）～（ｃ）は、隣接パスを決定する際の第２の状況を示す図である。
【図13】本実施の形態における積層計画装置の動作例を示すフローチャートである。
【図14】本実施の形態における制御装置が行う制御プログラムの実行制御の内容の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0018】
［金属積層造形システムの構成］
図１は、本実施の形態における金属積層造形システム１の概略構成例を示す図である。
図示するように、金属積層造形システム１は、溶接ロボット（マニピュレータ）１０と、ＣＡＤ装置２０と、積層計画装置３０と、制御装置５０とを備える。また、積層計画装置３０は、溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを、例えばメモリカード等のリムーバブルな記録媒体７０に書き込み、制御装置５０は、記録媒体７０に書き込まれた制御プログラムを読み出すことができるようになっている。
図１は、本実施の形態における金属積層造形システム１の概略構成例を示す図である。
図示するように、金属積層造形システム１は、溶接ロボット（マニピュレータ）１０と、ＣＡＤ装置２０と、積層計画装置３０と、制御装置５０とを備える。また、積層計画装置３０は、溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを、例えばメモリカード等のリムーバブルな記録媒体７０に書き込み、制御装置５０は、記録媒体７０に書き込まれた制御プログラムを読み出すことができるようになっている。
【0019】
溶接ロボット１０は、複数の関節を有する腕（アーム）１１を備え、制御装置５０が読み込んだ制御プログラムに従って動作することで溶接作業を行う。また、溶接ロボット１０は、腕１１の先端に手首部１２を介して、積層造形物１００を造形するための溶接トーチ１３を有している。そして、金属積層造形システム１の場合、溶接ロボット１０は、溶加材の一例である軟鋼製の溶接ワイヤ１４を溶融しながら、溶接トーチ１３を移動させて、積層造形物１００を製造する。具体的には、溶接トーチ１３は、溶接ワイヤ１４を供給しつつ、シールドガスを流しながらアークを発生させて溶接ワイヤ１４を溶融及び固化し、母材９０上に複数層の溶接ビードを積層して積層造形物１００を製造する。尚、ここでは、溶接ワイヤ１４を溶融する熱源としてアークを用いるが、レーザやプラズマを用いてもよい。また、溶接ロボット１０は、この他に、溶接ワイヤ１４を送給する送給装置等も含むが、これについては説明を省略する。
【0020】
ＣＡＤ装置２０は、コンピュータを用いて造形物の設計を行うと共に、設計によって得られた三次元データ（以下、「三次元ＣＡＤデータ」という）を保持する機能を有している。
【0021】
積層計画装置３０は、ＣＡＤ装置２０が保持する三次元ＣＡＤデータに基づいて積層造形物１００の積層計画を作成する。つまり、積層計画装置３０は、溶接トーチ１３の軌道を決定すると共に、溶接ロボット１０が溶接する際の溶接条件を決定する。そして、積層計画装置３０は、この決定した軌道に沿って決定した溶接条件で溶接ビードを形成するように溶接ロボット１０を制御するための制御プログラムを生成し、この制御プログラムを記録媒体７０に出力する。
【0022】
制御装置５０は、記録媒体７０から制御プログラムを読み込んで保持し、この制御プログラムを動作させる。これにより、制御装置５０は、積層計画装置３０で作成された積層計画に従って、つまり、積層計画装置３０で決定された軌道に沿って、積層計画装置３０で決定された溶接条件で溶接ビードを形成するよう、溶接ロボット１０を制御する。
【0023】
また、金属積層造形システム１は、図示しないが、積層造形物１００を造形のために位置付けるポジショナを備えていてもよい。例えば、中心軸のサポート材（図示せず）の周りに複数層のビードを積層して円柱状の積層造形物１００を製造する場合、ポジショナは中心軸を中心として積層造形物１００を回転させる回転ポジショナであってよい。或いは、ポジショナは、積層造形物１００を直線状に移動させるリニアポジショナであってもよい。
【0024】
更に、金属積層造形システム１は、図示しないが、溶接ロボット１０を平行移動させるためのスライダを備えていてもよい。
【0025】
［制御装置のハードウェア構成］
図２は、本実施の形態における制御装置５０のハードウェア構成例を示す図である。
図示するように、制御装置５０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）等により実現され、演算手段であるＣＰＵ５１と、記憶手段であるメインメモリ５２及び磁気ディスク装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）５３とを備える。ここで、ＣＰＵ５１は、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行し、制御装置５０の各機能を実現する。また、メインメモリ５２は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、磁気ディスク装置５３は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。
また、制御装置５０は、外部との通信を行うための通信Ｉ／Ｆ５４と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構５５と、キーボードやマウス等の入力デバイス５６と、記録媒体７０に対してデータの読み書きを行うためのドライバ５７とを備える。尚、図２は、制御装置５０をコンピュータシステムにて実現した場合のハードウェア構成を例示するに過ぎず、制御装置５０は図示の構成に限定されない。
図２は、本実施の形態における制御装置５０のハードウェア構成例を示す図である。
図示するように、制御装置５０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）等により実現され、演算手段であるＣＰＵ５１と、記憶手段であるメインメモリ５２及び磁気ディスク装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）５３とを備える。ここで、ＣＰＵ５１は、ＯＳ（Operating System）やアプリケーションソフトウェア等の各種プログラムを実行し、制御装置５０の各機能を実現する。また、メインメモリ５２は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、磁気ディスク装置５３は、各種プログラムに対する入力データや各種プログラムからの出力データ等を記憶する記憶領域である。
また、制御装置５０は、外部との通信を行うための通信Ｉ／Ｆ５４と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構５５と、キーボードやマウス等の入力デバイス５６と、記録媒体７０に対してデータの読み書きを行うためのドライバ５７とを備える。尚、図２は、制御装置５０をコンピュータシステムにて実現した場合のハードウェア構成を例示するに過ぎず、制御装置５０は図示の構成に限定されない。
【0026】
また、図２に示したハードウェア構成は、積層計画装置３０のハードウェア構成としても捉えられる。但し、積層計画装置３０について述べるときは、図２のＣＰＵ５１、メインメモリ５２、磁気ディスク装置５３、通信Ｉ／Ｆ５４、表示機構５５、入力デバイス５６、ドライバ５７をそれぞれ、ＣＰＵ３１、メインメモリ３２、磁気ディスク装置３３、通信Ｉ／Ｆ３４、表示機構３５、入力デバイス３６、ドライバ３７と表記するものとする。
【0027】
［本実施の形態の背景］
このような金属積層造形システム１では、側方へ突出したオーバーハング構造を造形する際、積層する狙い位置に高い精度が求められる。狙い位置が適正な位置から外れた場合には、溶接ビードが思わぬ位置に積層されたり、溶接金属が溶け落ちたり、アーク発生不良が生じたりする等、様々な支障をきたすことがある。本明細書では、このように狙い位置が適正な位置から外れることを「すかし」と呼称する。
すかしの発生を防止するためには溶接トーチ１３と積層造形物１００との位置関係をパス毎に適正な位置関係に保つ必要がある。しかしながら、適正な位置関係は一定ではなく造形するパスの種類や造形の進捗具合等、様々な因子に左右されるため、管理が難しい。また、通常の溶接であれば開先形状を前提に位置合わせを行うことができるが、溶接ビード上では開先のような特徴的な形状がない場合も多いので、適正な狙い位置を自動で探り当てることも難しい。そうなると、作業者が適正な狙い位置を目視で探り当てる等の人手作業が発生し、生産性が低下し易い。
このような金属積層造形システム１では、側方へ突出したオーバーハング構造を造形する際、積層する狙い位置に高い精度が求められる。狙い位置が適正な位置から外れた場合には、溶接ビードが思わぬ位置に積層されたり、溶接金属が溶け落ちたり、アーク発生不良が生じたりする等、様々な支障をきたすことがある。本明細書では、このように狙い位置が適正な位置から外れることを「すかし」と呼称する。
すかしの発生を防止するためには溶接トーチ１３と積層造形物１００との位置関係をパス毎に適正な位置関係に保つ必要がある。しかしながら、適正な位置関係は一定ではなく造形するパスの種類や造形の進捗具合等、様々な因子に左右されるため、管理が難しい。また、通常の溶接であれば開先形状を前提に位置合わせを行うことができるが、溶接ビード上では開先のような特徴的な形状がない場合も多いので、適正な狙い位置を自動で探り当てることも難しい。そうなると、作業者が適正な狙い位置を目視で探り当てる等の人手作業が発生し、生産性が低下し易い。
【0028】
そこで、本実施の形態では、すかしの検知から適正な狙い位置の決定までを自動で行うための方法を提案する。
【0029】
［積層計画装置の機能構成］
図３は、本実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例を示すブロック図である。図示するように、本実施の形態における積層計画装置３０は、ＣＡＤデータ取得部４１と、ＣＡＤデータ分割部４２と、積層計画部４３と、制御プログラム生成部４４と、制御プログラム出力部４５とを備える。
図３は、本実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例を示すブロック図である。図示するように、本実施の形態における積層計画装置３０は、ＣＡＤデータ取得部４１と、ＣＡＤデータ分割部４２と、積層計画部４３と、制御プログラム生成部４４と、制御プログラム出力部４５とを備える。
【0030】
ＣＡＤデータ取得部４１は、ＣＡＤ装置２０から、積層造形物１００の三次元形状を表す三次元ＣＡＤデータを取得する。
ＣＡＤデータ分割部４２は、ＣＡＤデータ取得部４１が取得した三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割（スライス）することで、各層の形状をそれぞれが表す複数の層形状データを生成する。その際、ＣＡＤデータ分割部４２は、三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割し易い内部形式に変換してもよい。
ＣＡＤデータ分割部４２は、ＣＡＤデータ取得部４１が取得した三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割（スライス）することで、各層の形状をそれぞれが表す複数の層形状データを生成する。その際、ＣＡＤデータ分割部４２は、三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割し易い内部形式に変換してもよい。
【0031】
積層計画部４３は、ＣＡＤデータ分割部４２が生成した複数の層形状データの各層の高さ及び幅に合ったビードを溶着する際の溶接トーチ１３の位置や溶接条件を含む積層計画を生成する。このような積層計画を生成するには、溶接ビードの高さや幅の他、溶接ビードの断面形状を近似するモデルが必要である。これらは測定実験の実測値や、溶着金属量の断面積から計算して推定したものでもよい。例えば、溶接速度やワイヤ送給速度を数条件振って溶着量を変えつつ、ビードオンプレート溶接や鉛直に数層の積層を行い、各々の条件にて１層当たりの高さや幅を測定した結果をデータベース化する。そして、積層する際に積層する所望の高さや幅を満たす溶接速度と溶着量を選択し、測定した結果から各層の推定形状を随時計算し、溶接トーチ１３の位置を決める。尚、溶着断面の計算は溶接ワイヤ１４の材質や、既に積層した部位の形状の状態によって計算方法を変えるようにしてもよい。この計算方法によって造形物を内包する積層を計画していく。
【0032】
制御プログラム生成部４４は、積層計画部４３が生成した積層計画に従って溶接を行うように溶接ロボット１０を制御するための制御プログラムを生成する。
制御プログラム出力部４５は、制御プログラム生成部４４が生成した制御プログラムを記録媒体７０に出力する。
制御プログラム出力部４５は、制御プログラム生成部４４が生成した制御プログラムを記録媒体７０に出力する。
【0033】
［制御装置の機能構成］
図４は、本実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示すブロック図である。図示するように、本実施の形態における制御装置５０は、制御プログラム取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、情報取得部６３と、接触検知部６４と、検知判定部６５と、移動制御部６６と、実行制御部６７と、制御プログラム実行部６８とを備える。
図４は、本実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示すブロック図である。図示するように、本実施の形態における制御装置５０は、制御プログラム取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、情報取得部６３と、接触検知部６４と、検知判定部６５と、移動制御部６６と、実行制御部６７と、制御プログラム実行部６８とを備える。
【0034】
制御プログラム取得部６１は、記録媒体７０に記録された制御プログラムを取得する。
制御プログラム記憶部６２は、制御プログラム取得部６１が取得した制御プログラムを記憶する。
制御プログラム記憶部６２は、制御プログラム取得部６１が取得した制御プログラムを記憶する。
【0035】
情報取得部６３は、制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムから、溶接ビードの積層に関する情報を取得する。
【0036】
具体的には、情報取得部６３は、積層される溶接ビードの積層開始位置、積層順序、溶接条件、軌跡情報（軌跡のことを「パス」とも呼称する）等を取得する。積層開始位置とは、各パスに沿って積層を開始する際の溶接トーチ１３の位置である。積層順序は、例えば、各溶接ビードのパス番号（ｉ＝１，２，３，…）のような番号情報であってよい。溶接条件は、溶接速度、溶接ワイヤ１４の送給速度（以下、「ワイヤ送給速度」という）、溶接電流、電圧、トーチ角度、ウィービング等の運棒パターンを含んでよい。また、溶接条件は、モデルに当てはめて得られた関係式によって、ビード高さ、ビード幅等に関連付けられていてもよい。ここで、モデルとしては、公知の如何なるモデルを用いてもよいが、例えば、特開２０２２－７１６９２号公報の図４のモデルや、特開２０２２－９３０２３号公報の図１０（Ｂ）のモデルを用いるとよい。また、関係式としては、公知の如何なる関係式を用いてもよいが、例えば、文献１「Inclined slicing and weld-deposition for additive manufacturing of metallic objects with large overhangs using higher order kinematics」（https://www.researchgate.net/publication/299649021）の式（１）、（２）を用いるとよい。文献１の式（１）、（２）では、ワイヤ送給速度Ｗｆ及び溶接速度Ｔｓが、ビード高さＨｅｉｇｈｔ（ｉｎ，ｍｍ）及びビード幅Ｗｉｄｔｈ（ｉｎ，ｍｍ）に関連付けられている。
【0037】
また、情報取得部６３は、溶接ロボット１０の姿勢情報や、ポジショナ、スライダ等の付帯設備を制御するための情報を取得してもよい。
【0038】
本実施の形態では、積層造形物の造形を制御するための制御情報の一例として、制御プログラムを用いている。また、本実施の形態では、制御情報から、複数のパスの情報と、複数のパスの各パスの積層開始位置とを取得する取得工程を実施する取得部の一例として、情報取得部６３を設けている。更に、本実施の形態では、制御情報から、溶接ビードの溶接条件を取得する取得工程を実施する取得部の一例として、情報取得部６３を設けている。
【0039】
接触検知部６４は、情報取得部６３が取得した積層開始位置、積層順序等に基づいて、特定パス（ｉ番目のパスとする）の積層開始位置に溶接トーチ１３を移動し、その積層開始位置から溶接ロボット１０を駆動させて接触検知を行う。
【0040】
具体的には、接触検知部６４は、溶接トーチ１３から突出する溶接ワイヤ１４に微弱な電圧を印加し、その状態で溶接トーチ１３をある動作パターンで動かす。そして、接触検知部６４は、溶接ワイヤ１４が積層造形物１００に接触したときに得られる電圧変化又は通電電流を検知することをトリガーとして、溶接ワイヤ１４の溶接ビードに対する接触位置の情報を取得する。ここで、動作パターンとしては、公知の如何なる動作パターンを用いてもよいが、例えば、ステッキセンシングやギャップセンシングの動作パターンを用いるとよい。また、接触位置の情報の取得方法としては、公知の如何なる方法を用いてもよいが、例えば、文献２「溶接ロボットへのレーザセンサの応用」（https://www.kobelco.co.jp/technology-review/pdf/54_2/086-090.pdf）に記載された方法を用いるとよい。尚、接触検知部６４は、接触が検知された後又は接触が検知されなくても溶接トーチ１３が一定距離動作した後は溶接トーチ１３を元の積層開始位置に戻す。
【0041】
また、接触検知部６４は、溶接トーチ１３を動かすのではなく、溶接ワイヤ１４を低速で送り出す操作（インチング）を行ってもよい。そして、接触検知部６４は、上記と同様の電圧変化又は通電電流を検知することで、溶接ワイヤ１４の溶接ビードに対する接触位置の情報を取得してもよい。この場合、接触検知部６４は、溶接ワイヤ１４の突き出し長さの初期値とインチング速度とから計算される溶接ワイヤ１４の送り出し長さを、積層開始位置に加味して接触位置を特定するとよい。ここで、インチング速度から溶接ワイヤ１４の送り出し長さを計算する方法としては、公知の如何なる方法を用いてもよいが、例えば、特開２０１９－７６９０７号公報の図５に示された方法を用いるとよい。或いは、接触検知部６４は、溶接ワイヤ１４をインチングさせる際の送給モータのモータ電流値の上昇に基づいて、接触検知を行ってもよい。尚、接触検知部６４は、接触が検知された後又は接触が検知されなくても一定の長さのインチングが行われた後は溶接ワイヤ１４を引き戻す操作（逆インチング）を行って、元の突き出し長さに戻す。
【0042】
このように例えば接触検知をトリガーにインチング及び逆インチングを制御することで、突出長さを作業員が目視等で管理する手間を省けるようになる。また、溶接トーチ１３を動かすよりも検知作業が簡便にかつ短時間で行えるようになる。
【0043】
尚、接触検知部６４は、溶接トーチ１３の姿勢を変えながら、複数の姿勢で接触検知を行ってもよい。例えば、接触検知部６４は、狙い位置を固定した状態で溶接トーチ１３の傾斜角を変更してよい。
【0044】
図５～図７は、姿勢変更を伴う接触検知の模式図である。これらの模式図では、便宜上、ある傾斜角の溶接トーチ１３及び溶接ワイヤ１４をそれぞれ溶接トーチ１３ａ及び溶接ワイヤ１４ａとして、別の傾斜角の溶接トーチ１３及び溶接ワイヤ１４をそれぞれ溶接トーチ１３ｂ及び溶接ワイヤ１４ｂとして、示している。
【0045】
図５は、狙い位置Ｐ０と実際の積層造形物１００の形状との間に大きな乖離が見られない例である。つまり、狙い位置Ｐ０が積層造形物１００の最表面に位置している。このような場合、溶接トーチ１３ａ，１３ｂから突出する溶接ワイヤ１４ａ，１４ｂは何れも狙い位置Ｐ０で積層造形物１００に接触するので、溶接トーチ１３の姿勢を変えても、同様の接触検知信号が得られる。
【0046】
一方、図６は、積層造形物１００のビード高さやビード幅が過剰に積層されて、狙い位置Ｐ１と実際の積層造形物１００との間に大きな乖離が見られる例である。つまり、狙い位置Ｐ１が積層造形物１００の中に埋もれている。このような場合、溶接トーチ１３の姿勢によってはインチングする猶予が殆どない等、溶接トーチ１３の姿勢の影響が現れ易い。
【0047】
また、図７は、積層造形物１００のビード高さやビード幅が過少に積層されて、狙い位置Ｐ２と実際の積層造形物１００との間に大きな乖離が見られる例である。つまり、狙い位置Ｐ２が積層造形物１００に対して宙に浮いている。このような場合、溶接トーチ１３の姿勢によってはインチングしても接触が検知されない等、溶接トーチ１３の姿勢の影響が現れやすい。つまり、溶接トーチ１３ａから突出する溶接ワイヤ１４ａは狙い位置Ｐ２の先で積層造形物１００に接触するが、溶接トーチ１３ｂから突出する溶接ワイヤ１４ｂは狙い位置Ｐ２の先でも積層造形物１００に接触しない。
【0048】
このように溶接ビードの端部近くで溶接トーチ１３の姿勢を変化させると検知時間が大きく変わるので、溶接ビードの丸みを帯びた端部を正確に把握できるようになる。
【0049】
本実施の形態では、溶加材が溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、溶加材の溶接ビードに対する接触を検知する第１の検知工程を実施する検知部の一例として、接触検知部６４のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、接触が検知されると、溶加材の送出を停止し、溶加材を、溶接トーチからの突き出し長さが所定の長さとなるように引き戻す第１の検知工程を実施する検知部の一例として、接触検知部６４のこの機能を設けている。更に、本実施の形態では、溶接トーチの姿勢を変更しながら、接触を検知する第１の検知工程を実施する検知部の一例として、接触検知部６４のこの機能を設けている。
【0050】
接触検知部６４は、後述するように移動制御部６６が溶接トーチ１３を移動した後の溶接トーチ１３の位置から溶接ロボット１０を駆動させて接触検知を行う。接触検知の内容は、上述したものと同様である。
【0051】
本実施の形態では、溶加材が溶接ビードに接触した際に検知される電気的信号に基づいて、溶加材の溶接ビードに対する接触を検知する第２の検知工程を実施する検知部の一例として、接触検知部６４のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、接触が検知されると、溶加材の送出を停止し、溶加材を、溶接トーチからの突き出し長さが所定の長さとなるように引き戻す第２の検知工程を実施する検知部の一例として、接触検知部６４のこの機能を設けている。更に、本実施の形態では、溶接トーチの姿勢を変更しながら、接触を検知する第２の検知工程を実施する検知部の一例として、接触検知部６４のこの機能を設けている。
【0052】
検知判定部６５は、接触検知部６４がｉ番目のパスの積層開始位置から溶接ロボット１０を駆動させて行った接触検知の結果が正常であるか否か（溶接トーチ１３が溶接ビードに正常に接触したか否か）を判定する。その際、検知判定部６５は、単純には、所定時間、溶接トーチ１３を動作又はインチングしても所定の信号が得られない場合、つまり、接触が検知されない場合に、接触検知の結果が正常でないと判定してよい。
【0053】
図８（ａ）はこのときの接触検知の模式図であり、図８（ｂ）はこのときの検知信号の変化を示すグラフである。図８（ａ）では、狙い位置Ｐ２が積層造形物１００に対して宙に浮いているため、すかしが発生し、溶接ビード１０１が溶け落ちている。そして、図８（ｂ）では、通電電流の大きな変化は観測されていない。
【0054】
また、検知判定部６５は、接触検知部６４による接触検知の結果が正常であるか否かを更に限定的に判定するために、接触検知の結果が正常であると判定する時間区間を限定してもよい。例えば、正常時間区間と異常時間区間とを設け、検知判定部６５は、正常時間区間で所定の信号が検出された場合のみ接触検知の結果が正常であると判定し、それ以外の場合は接触検知の結果が異常であると判定するとよい。
【0055】
図９（ａ）は狙い位置Ｐ０が積層造形物１００の最表面に位置している場合の接触検知の模式図であり、図９（ｂ）はこの場合の各時間区間における検知信号の変化を示すグラフである。この場合、図９（ｂ）に示すように正常時間区間で所定の信号が検出されるので、検知判定部６５は、接触検知の結果が正常であると判定する。
【0056】
図１０（ａ）は狙い位置Ｐ１が積層造形物１００の中に埋もれている場合の接触検知の模式図であり、図１０（ｂ）はこの場合の各時間区間における検知信号の変化を示すグラフである。この場合、図１０（ｂ）に示すように正常時間区間より前の異常時間区間で所定の信号が検出されるので、検知判定部６５は、接触検知の結果が異常であると判定する。
【0057】
このような方法で接触検知の結果を判定することにより、図８（ａ）に示したようなケース以外の状況も把握することができ、すかしの判定精度が向上する。
尚、図８（ａ）に示したようなケースであっても、インチングを停止するまでの時間を引き延ばせば、接触が検知されることはある。その場合、正常時間区間よりも後の異常時間区間で所定の信号が検出されるので、検知判定部６５は、接触検知の結果が異常であると判定することになる。つまり、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示した時間区間を限定して判定する手法は、図８（ａ）に示したようなケースにも適用可能である。
尚、図８（ａ）に示したようなケースであっても、インチングを停止するまでの時間を引き延ばせば、接触が検知されることはある。その場合、正常時間区間よりも後の異常時間区間で所定の信号が検出されるので、検知判定部６５は、接触検知の結果が異常であると判定することになる。つまり、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）に示した時間区間を限定して判定する手法は、図８（ａ）に示したようなケースにも適用可能である。
【0058】
このように時間区間を指定することで、溶接トーチ１３と溶接ビードとの位置関係が正常か（計画通りか）否かを精密に判別できるようになる。
【0059】
本実施の形態では、接触の検知結果に基づいて、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第１の判定工程を実施する判定部の一例として、検知判定部６５のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、接触の検知結果が正常と判定される正常時間区間を参照して、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第１の判定工程を実施する判定部の一例として、検知判定部６５のこの機能を設けている。
【0060】
検知判定部６５は、後述するように移動制御部６６が溶接トーチ１３を移動した後の溶接トーチ１３の位置から溶接ロボット１０を駆動させて行った接触検知の結果が正常であるか否かを判定する。接触検知の結果の判定の内容は、上述したものと同様である。
【0061】
本実施の形態では、接触の検知結果に基づいて、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第２の判定工程を実施する判定部の一例として、検知判定部６５のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、接触の検知結果が正常と判定される正常時間区間を参照して、溶加材が溶接ビードに正常に接触したか否かを判定する第２の判定工程を実施する判定部の一例として、検知判定部６５のこの機能を設けている。
【0062】
移動制御部６６は、検知判定部６５により接触検知の結果が正常でないと判定された場合、溶接トーチ１３を、隣接パス（ｉ－１番目のパス又はｉ＋１番目のパス）の積層開始位置側に移動させる。例えば、ｉ番目のパスの積層開始時における狙い位置を点（ｘｓ，ｙｓ，ｚｓ）とし、隣接パスの積層開始時における狙い位置を点（ｘ’ｓ，ｙ’ｓ，ｚ’ｓ）とする。この場合、移動制御部６６は、溶接トーチ１３の移動後の狙い位置として、点（(ｘｓ＋ｘ’ｓ)／２，（ｙｓ＋ｙ’ｓ）／２，（ｚｓ＋ｚ’ｓ）／２）、つまり、２つの狙い位置の中間位置を選んでよい。
【0063】
尚、移動制御部６６は、接触検知の信号が得られた異常時間区間と正常時間区間の前後関係に基づいて、選択する隣接パス、つまり、溶接トーチ１３の移動方向を決定してよい。
図１１（ａ）～（ｃ）は、隣接パスを決定する際の第１の状況を示す図である。
例えば、図１１（ａ）のようにオーバーハングに溶着量が過剰気味に溶接ビードが積層されて当初設定されたｉ番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉが溶接ビード中に埋もれてしまったとする。この場合、図９（ａ）の状況よりも溶接トーチ１３と溶接ビードとの距離が近いので、接触検知の信号は正常時間区間よりも早く検出され易い。このような場合、移動制御部６６は、図１１（ｂ），（ｃ）のように、隣接パスとして、ｉ番目のパスの次のパス（ｉ＋１番目のパス）を参照する。つまり、移動制御部６６は、溶接トーチ１３をｉ＋１番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉ＋１に近付ける。尚、図１１（ｂ）は、溶接トーチ１３の移動量が適正だった場合を示しており、図１１（ｃ）は、溶接トーチ１３の移動量が大きすぎた場合を示している。
図１１（ａ）～（ｃ）は、隣接パスを決定する際の第１の状況を示す図である。
例えば、図１１（ａ）のようにオーバーハングに溶着量が過剰気味に溶接ビードが積層されて当初設定されたｉ番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉが溶接ビード中に埋もれてしまったとする。この場合、図９（ａ）の状況よりも溶接トーチ１３と溶接ビードとの距離が近いので、接触検知の信号は正常時間区間よりも早く検出され易い。このような場合、移動制御部６６は、図１１（ｂ），（ｃ）のように、隣接パスとして、ｉ番目のパスの次のパス（ｉ＋１番目のパス）を参照する。つまり、移動制御部６６は、溶接トーチ１３をｉ＋１番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉ＋１に近付ける。尚、図１１（ｂ）は、溶接トーチ１３の移動量が適正だった場合を示しており、図１１（ｃ）は、溶接トーチ１３の移動量が大きすぎた場合を示している。
【0064】
図１２（ａ）～（ｃ）は、隣接パスを決定する際の第２の状況を示す図である。
例えば、図１２（ａ）のようにオーバーハングに溶着量が過少気味に溶接ビードが積層されて当初設定されたｉ番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉが溶接ビードに対して宙に浮いてしまったとする。この場合、図９（ａ）の状況よりも溶接トーチ１３と溶接ビードとの距離が遠いので、接触検知の信号は正常時間区間よりも遅く検出されるか又は検出されない。このような場合、移動制御部６６は、図１２（ｂ），（ｃ）のように、隣接パスとして、ｉ番目のパスの前のパス（ｉ－１番目のパス）を参照する。つまり、移動制御部６６は、溶接トーチ１３をｉ－１番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉ－１に近付ける。尚、図１２（ｂ）は、溶接トーチ１３の移動量が適正だった場合を示しており、図１２（ｃ）は、溶接トーチ１３の移動量が大きすぎた場合を示している。
例えば、図１２（ａ）のようにオーバーハングに溶着量が過少気味に溶接ビードが積層されて当初設定されたｉ番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉが溶接ビードに対して宙に浮いてしまったとする。この場合、図９（ａ）の状況よりも溶接トーチ１３と溶接ビードとの距離が遠いので、接触検知の信号は正常時間区間よりも遅く検出されるか又は検出されない。このような場合、移動制御部６６は、図１２（ｂ），（ｃ）のように、隣接パスとして、ｉ番目のパスの前のパス（ｉ－１番目のパス）を参照する。つまり、移動制御部６６は、溶接トーチ１３をｉ－１番目のパスの積層開始時における狙い位置Ｐｉ－１に近付ける。尚、図１２（ｂ）は、溶接トーチ１３の移動量が適正だった場合を示しており、図１２（ｃ）は、溶接トーチ１３の移動量が大きすぎた場合を示している。
【0065】
このように、接触が早く検知される場合は溶接ビードが成長し過ぎている可能性が高いので、溶接トーチ１３を次パス側へ移動し、接触が遅く検知される場合は溶接ビードの成長が過少気味と考えられるので、溶接トーチ１３を前パス側へ移動する。これにより、積層造形物１００の端部を積層位置として捉え易くなる。
【0066】
本実施の形態では、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置又は所定の位置に移動する第１の移動工程を実施する移動処理部の一例として、移動制御部６６のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、接触が検知された時間と正常時間区間との前後関係に基づいて、溶接トーチの移動方向を決定する第１の移動工程を実施する移動処理部の一例として、移動制御部６６のこの機能を設けている。
【0067】
その後、接触検知部６４により接触検知が行われ、検知判定部６５により接触検知の結果が正常でないと判定されると、移動制御部６６は、同様に２つの狙い位置の中間位置に溶接トーチ１３を再度移動させる。移動制御部６６は、この一連の動作を繰り返すことで、最終的には溶接トーチ１３を、溶接ビードに対して適正な位置関係の位置に移動させることができる。尚、移動制御部６６は、この場合も、接触検知の信号が得られた異常時間区間と正常時間区間の前後関係に基づいて、溶接トーチ１３の移動方向を決定してよい。
【0068】
本実施の形態では、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを第２の位置に移動する第２の移動工程を実施する移動処理部の一例として、移動制御部６６のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、接触が検知された時間と正常時間区間との前後関係に基づいて、溶接トーチの移動方向を決定する第２の移動工程を実施する移動処理部の一例として、移動制御部６６のこの機能を設けている。
【0069】
実行制御部６７は、溶接トーチ１３を移動させることなく検知判定部６５により接触検知の結果が正常であると判定された場合、そのまま制御プログラムを実行する実行命令を制御プログラム実行部６８に出力する。
【0070】
また、実行制御部６７は、溶接トーチ１３を移動させることで検知判定部６５により接触検知の結果が正常であると判定された場合、接触検知部６４により特定された接触位置に基づいて、制御プログラムにおける溶接条件を補正する。具体的には、実行制御部６７は、情報取得部６３が取得した狙い位置及び接触検知部６４が特定した接触位置と、情報取得部６３が取得した溶接条件とに基づいて、制御プログラムが元々予定していたビード高さやビード幅との乖離量を特定する。そして、実行制御部６７は、この乖離量を補正する溶接条件（溶接速度やワイヤ送給速度）を算出する。実行制御部６７は、この溶接条件の算出に当たって、文献１に記載されたような関係式を用いてよい。或いは、実行制御部６７は、溶接条件のデータベースを保持しているのであれば、そのデータベースから補正された溶接条件として新たな溶接条件を選択してもよい。実行制御部６７は、その他に、パス数の補正等を行ってもよい。そして、実行制御部６７は、補正された溶接条件を用いて制御プログラムを実行する実行命令を制御プログラム実行部６８に出力する。
【0071】
本実施の形態では、新たな溶接ビードを積層するのに先立ち溶接条件を補正する補正工程を実施する補正処理部の一例として、実行制御部６７のこの機能を設けている。
【0072】
一方、実行制御部６７は、適当な溶接条件の補正が行えない場合に、溶接ロボット１０の一時停止命令を制御プログラム実行部６８に出力してもよい。
【0073】
制御プログラム実行部６８は、制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムを読み出して実行する。これにより、制御プログラム実行部６８は、積層計画部４３が生成した積層計画に従って溶接ビードを形成するよう、溶接ロボット１０を制御する。
その際、制御プログラム実行部６８は、実行制御部６７からそのまま制御プログラムを実行する実行命令を受信すると、そのまま制御プログラムを実行し、溶接ビードを積層する。
その際、制御プログラム実行部６８は、実行制御部６７からそのまま制御プログラムを実行する実行命令を受信すると、そのまま制御プログラムを実行し、溶接ビードを積層する。
【0074】
本実施の形態では、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第１の積層工程を実施する積層処理部の一例として、制御プログラム実行部６８のこの機能を設けている。
【0075】
また、制御プログラム実行部６８は、実行制御部６７から補正された溶接条件を用いて制御プログラムを実行する実行命令を受信すると、補正された溶接条件を用いて制御プログラムを実行し、溶接ビードを積層する。
【0076】
本実施の形態では、第１の位置又は所定の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層する第２の積層工程を実施する積層処理部の一例として、制御プログラム実行部６８のこの機能を設けている。
【0077】
一方、制御プログラム実行部６８は、実行制御部６７から溶接ロボット１０の一時停止命令を受信すると、制御プログラムの実行を一時停止し、溶接ビードの積層を一時停止する。
【0078】
尚、情報取得部６３、接触検知部６４、検知判定部６５、移動制御部６６、実行制御部６７は、溶接ビードを積層する前に必ず機能させてもよいが、オーバーハングにおける溶接ビードの積層等、すかしが特に発生し易いパスに限って機能させてもよい。これにより、すかし判定が生産時間の増加に与える影響を軽減することが可能となる。
【0079】
［積層計画装置の動作］
図１３は、本実施の形態における積層計画装置３０の動作例を示すフローチャートである。
図１３は、本実施の形態における積層計画装置３０の動作例を示すフローチャートである。
【0080】
図示するように、積層計画装置３０では、まず、ＣＡＤデータ取得部４１が、ＣＡＤ装置２０から三次元ＣＡＤデータを取得する（ステップ３０１）。
次に、ＣＡＤデータ分割部４２が、ステップ３０１で取得された三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割して、層形状データを生成する（ステップ３０２）。
次いで、積層計画部４３が、ステップ３０２で生成された層形状データから積層計画を生成する（ステップ３０３）。
その後、制御プログラム生成部４４が、ステップ３０３で生成された積層計画に基づいて、制御プログラムを生成する（ステップ３０４）。具体的には、積層計画に従ってビードを形成するように溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを生成する。
最後に、制御プログラム出力部４６が、ステップ３０４で生成された制御プログラムを記録媒体７０に出力する（ステップ３０５）。
次に、ＣＡＤデータ分割部４２が、ステップ３０１で取得された三次元ＣＡＤデータを複数の層に分割して、層形状データを生成する（ステップ３０２）。
次いで、積層計画部４３が、ステップ３０２で生成された層形状データから積層計画を生成する（ステップ３０３）。
その後、制御プログラム生成部４４が、ステップ３０３で生成された積層計画に基づいて、制御プログラムを生成する（ステップ３０４）。具体的には、積層計画に従ってビードを形成するように溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを生成する。
最後に、制御プログラム出力部４６が、ステップ３０４で生成された制御プログラムを記録媒体７０に出力する（ステップ３０５）。
【0081】
［制御装置の動作］
制御装置５０では、まず、制御プログラム取得部６１が、記録媒体７０から制御プログラムを取得して制御プログラム記憶部６２に記憶する。そして、制御プログラム実行部６８が制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムを読み出してこれを実行する。
その際、制御装置５０は、すかし判定及びそれに基づく補正制御のために、制御プログラムの実行制御を行う。
図１４は、このような制御プログラムの実行制御の内容の例を示すフローチャートである。
制御装置５０では、まず、制御プログラム取得部６１が、記録媒体７０から制御プログラムを取得して制御プログラム記憶部６２に記憶する。そして、制御プログラム実行部６８が制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムを読み出してこれを実行する。
その際、制御装置５０は、すかし判定及びそれに基づく補正制御のために、制御プログラムの実行制御を行う。
図１４は、このような制御プログラムの実行制御の内容の例を示すフローチャートである。
【0082】
図示するように、制御装置５０では、まず、情報取得部６３が、制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムから、溶接ビードの積層に関する情報を取得する（ステップ５０１）。
次に、接触検知部６４が、特定パス（ｉ番目のパスとする）の積層開始位置に溶接トーチ１３を位置させた状態で接触検知を行う（ステップ５０２）。そして、検知判定部６５が、ステップ５０２での接触検知の結果が正常であるか否かを判定する（ステップ５０３）。
その結果、ステップ５０２での接触検知の結果が正常であると判定されれば、制御プログラム実行部６８は、そのまま制御プログラムを実行することにより、溶接ビードを積層する（ステップ５０９）。
次に、接触検知部６４が、特定パス（ｉ番目のパスとする）の積層開始位置に溶接トーチ１３を位置させた状態で接触検知を行う（ステップ５０２）。そして、検知判定部６５が、ステップ５０２での接触検知の結果が正常であるか否かを判定する（ステップ５０３）。
その結果、ステップ５０２での接触検知の結果が正常であると判定されれば、制御プログラム実行部６８は、そのまま制御プログラムを実行することにより、溶接ビードを積層する（ステップ５０９）。
【0083】
一方、ステップ５０２での接触検知の結果が正常でないと判定されれば、移動制御部６６が、溶接トーチ１３を、隣接パス（ｉ－１番目のパス又はｉ＋１番目のパス）の積層開始位置側に移動させる（ステップ５０４）。その際、移動制御部６６は、接触検知の信号が得られた異常時間区間と正常時間区間の前後関係に基づいて、溶接トーチ１３の移動方向を決定してよい。
次に、接触検知部６４が、ステップ５０４での移動後の位置に溶接トーチ１３を位置させた状態で接触検知を行う（ステップ５０５）。そして、検知判定部６５が、ステップ５０５での接触検知の結果が正常であるか否かを判定する（ステップ５０６）。
その結果、ステップ５０５での接触検知の結果が正常でないと判定されれば、検知判定部６５は、処理をステップ５０４へ戻す。
次に、接触検知部６４が、ステップ５０４での移動後の位置に溶接トーチ１３を位置させた状態で接触検知を行う（ステップ５０５）。そして、検知判定部６５が、ステップ５０５での接触検知の結果が正常であるか否かを判定する（ステップ５０６）。
その結果、ステップ５０５での接触検知の結果が正常でないと判定されれば、検知判定部６５は、処理をステップ５０４へ戻す。
【0084】
一方、ステップ５０５での接触検知の結果が正常であると判定されれば、実行制御部６７が、制御プログラムにおける溶接条件について適当な補正を行えるか否かを判定する（ステップ５０７）。
その結果、ステップ５０７で適当な補正を行えると判定した場合、実行制御部６７は、溶接条件について補正を行う（ステップ５０８）。そして、制御プログラム実行部６８は、補正された溶接条件を用いて制御プログラムを実行することにより、溶接ビードを積層する（ステップ５０９）。
一方、ステップ５０７で適当な補正を行えないと判定した場合、制御プログラム実行部６８は、制御プログラムの実行を一時停止することにより、溶接ビードの積層を一時停止する（ステップ５１０）。
その結果、ステップ５０７で適当な補正を行えると判定した場合、実行制御部６７は、溶接条件について補正を行う（ステップ５０８）。そして、制御プログラム実行部６８は、補正された溶接条件を用いて制御プログラムを実行することにより、溶接ビードを積層する（ステップ５０９）。
一方、ステップ５０７で適当な補正を行えないと判定した場合、制御プログラム実行部６８は、制御プログラムの実行を一時停止することにより、溶接ビードの積層を一時停止する（ステップ５１０）。
【0085】
［本実施の形態の効果］
本実施の形態では、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層し、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動し、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層するようにした。これにより、すかしの発生を検知できるだけでなく、適正な積層位置を自動で探索できるようになった。
本実施の形態では、複数のパスの第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層し、第１のパスの積層開始位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触しなかった場合に、溶接トーチを、複数のパスの第１のパスに隣接する第２のパスの積層開始位置に近付くように、第１の位置に移動し、第１の位置に溶接トーチを位置させた状態で溶加材が溶接ビードに正常に接触した場合に、新たな溶接ビードを積層するようにした。これにより、すかしの発生を検知できるだけでなく、適正な積層位置を自動で探索できるようになった。
【符号の説明】
【0086】
１…金属積層造形システム、１０…溶接ロボット、２０…ＣＡＤ装置、３０…積層計画装置、４１…ＣＡＤデータ取得部、４２…ＣＡＤデータ分割部、４３…積層計画部、４４…制御プログラム生成部、４５…制御プログラム出力部、５０…制御装置、６１…制御プログラム取得部、６２…制御プログラム記憶部、６３…情報取得部、６４…接触検知部、６５…検知判定部、６６…移動制御部、６７…実行制御部、６８…制御プログラム実行部、７０…記録媒体
【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】
