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特開2024-67332積層造形装置の制御情報修正方法、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】P2024067332
(43)【公開日】2024-05-17
(54)【発明の名称】積層造形装置の制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20240510BHJP
B23K 31/00 20060101ALI20240510BHJP
B33Y 50/00 20150101ALI20240510BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20240510BHJP
B33Y 10/00 20150101ALI20240510BHJP
B23K 9/127 20060101ALN20240510BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 G
B23K9/04 Z
B23K31/00 Z
B33Y50/00
B33Y50/02
B33Y10/00
B23K9/127 509E
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022177320
(22)【出願日】2022-11-04
(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】陳 朱耀
(72)【発明者】
【氏名】椋田 雄
(72)【発明者】
【氏名】椿 翔太
(57)【要約】
【課題】曲線状の造形経路においても、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる積層造形装置の制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラムを提供する。
【解決手段】積層造形装置の制御情報修正方法は次の各工程を有する。造形経路及び造形経路に沿って形成されるビードのビード形状との情報を含む造形計画情報を取得する。造形計画情報とビード形状の情報に基づいて造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する。ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、偏って高くなる部分をビード幅中心側へ押し戻す方向にアークを放出させるトーチ傾斜角を求める。そして、トーチをトーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、造形計画情報に基づき作成された制御情報を修正する。
【選択図】図３
【解決手段】積層造形装置の制御情報修正方法は次の各工程を有する。造形経路及び造形経路に沿って形成されるビードのビード形状との情報を含む造形計画情報を取得する。造形計画情報とビード形状の情報に基づいて造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する。ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、偏って高くなる部分をビード幅中心側へ押し戻す方向にアークを放出させるトーチ傾斜角を求める。そして、トーチをトーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、造形計画情報に基づき作成された制御情報を修正する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成を制御するための制御情報を修正する積層造形装置の制御情報修正方法であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得し、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出し、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求め、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する、
積層造形装置の制御情報修正方法。
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得し、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出し、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求め、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する、
積層造形装置の制御情報修正方法。
【請求項2】
前記トーチ傾斜角は、前記造形経路の長手方向に直交する面内における前記ビードのビード高さ方向からのトーチ先端軸の傾斜角度である、
請求項１に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
請求項１に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
【請求項3】
前記ビード高さの偏り分布は、前記造形経路の曲率と前記ビードのビード幅に基づくモデル式により算出される、
請求項１に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
請求項１に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
【請求項4】
前記造形経路の経路上の点に対応する曲率の正負に応じて、前記トーチの傾斜方向を連続的に変化させる、
請求項３に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
請求項３に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
【請求項5】
前記造形経路の曲率半径が前記ビード幅の半値より小さい場合と、前記造形経路の曲率半径が前記ビード幅の半値以上の場合とで、それぞれ異なる前記モデル式を用いて前記ビード高さの偏り分布を求める、
請求項３に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
請求項３に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
【請求項6】
前記造形経路の曲率半径が前記ビード幅の半値より小さい場合に、前記造形経路に沿って形成する前記ビードへの前記加工材料の供給を、前記造形経路の曲率に応じた経路内周側の体積と経路外周側の体積との差分に応じて修正することに加えて、前記造形経路同士の接近により前記ビード同士が重なる重なり領域の体積と非重なり領域の体積との差分に応じて修正する、
請求項３から５のいずれか１項に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
請求項３から５のいずれか１項に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
【請求項7】
トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料で形成されるビードによって三次元形状を造形する積層造形装置が造形経路に沿ってビード形成する際の、前記積層造形装置を制御する制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する情報取得部と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する偏り分布算出部と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求めるトーチ傾斜角設定部と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する修正部と、
を備える制御情報修正装置。
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する情報取得部と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する偏り分布算出部と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求めるトーチ傾斜角設定部と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する修正部と、
を備える制御情報修正装置。
【請求項8】
造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成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、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する手順と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する手順と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求める手順と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する手順と、
を実行させるためのプログラム。
コンピュータに、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する手順と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する手順と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求める手順と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する手順と、
を実行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、三次元形状を造形する積層造形装置の制御情報修正方法、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３Ｄプリンタを用いた造形のニーズが高まっており、金属材料を用いた造形の実用化に向けて研究開発が進められている。金属材料を造形する３Ｄプリンタは、レーザー又は電子ビーム、更に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ることで造形物を作製する。このような造形技術として、例えば特許文献１には、モールド材に沿ってビードを形成することにより、造形物を造形するビードの形状を整えながら積層し、造形物を造形することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】中国特許出願公開第１１０８９９９０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
曲線状の造形経路に沿ってビードを形成する場合、造形経路の曲率半径が小さいほど形成されるビードのビード高さ分布の偏りが顕著となる。例えば、湾曲した造形経路に沿って形成したビードは、その湾曲内側の領域ではビードを形成する材料の供給が過剰となり、湾曲外側の領域では材料の供給が不足する。その結果、形成されるビードのビード高さ分布が、湾曲内側では高く湾曲外側では低くなる傾向がある。このビード高さ分布の偏りを何も対策せず、湾曲した部分以外と同じ条件でビードを形成すると、ビードの垂れ、溶込み不足等を引き起こし、計画された造形形状からの乖離が大きくなってしまう。
【0005】
そこで本発明は、曲線状の造形経路においても、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる積層造形装置の制御情報修正方法、制御情報修正装置及びプログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、下記の構成からなる。
（１） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成を制御するための制御情報を修正する積層造形装置の制御情報修正方法であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得し、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出し、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求め、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する、
積層造形装置の制御情報修正方法。
（２） トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料で形成されるビードによって三次元形状を造形する積層造形装置が造形経路に沿ってビード形成する際の、前記積層造形装置を制御する制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する情報取得部と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する偏り分布算出部と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求めるトーチ傾斜角設定部と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する修正部と、
を備える制御情報修正装置。
（３） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成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、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する手順と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する手順と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求める手順と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する手順と、
を実行させるためのプログラム。
（１） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成を制御するための制御情報を修正する積層造形装置の制御情報修正方法であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得し、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出し、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求め、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する、
積層造形装置の制御情報修正方法。
（２） トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料で形成されるビードによって三次元形状を造形する積層造形装置が造形経路に沿ってビード形成する際の、前記積層造形装置を制御する制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する情報取得部と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する偏り分布算出部と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求めるトーチ傾斜角設定部と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する修正部と、
を備える制御情報修正装置。
（３） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成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、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する手順と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する手順と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求める手順と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する手順と、
を実行させるためのプログラム。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、曲線状の造形経路においても、計画された造形形状からのずれを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
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装置は、あらかじめ定めた造形計画に基づいた造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を加工点の加工対象面に付加することで形成される溶接ビード（ビード）を用いて層形状を形成し、形成された層形状を積層して三次元形状を造形する。制御情報修正装置は、前記造形計画に基づき作成された制御情報を、計画された造形形状からのずれが抑制されるように修正する。
【0010】
＜積層造形装置の構成＞
上記の制御情報に基づいて動作する積層造形装置の一構成例を説明する。制御情報修正装置は、制御情報を修正することで、積層造形装置の造形動作を変更させる。
上記の制御情報に基づいて動作する積層造形装置の一構成例を説明する。制御情報修正装置は、制御情報を修正することで、積層造形装置の造形動作を変更させる。
【0011】
図１は、積層造形装置の全体構成を示す概略図である。積層造形装置１００は、造形部１１と造形制御部１３とを備える。制御情報修正装置２００は、造形制御部１３に接続されて積層造形装置１００の一部を構成してもよく、積層造形装置１００とは離隔して設けられ、ネットワーク等の通信又は記憶媒体を介して造形制御部１３に接続されてもよい。
【0012】
造形部１１は、マニピュレータ１７と、溶加材供給部１９と、マニピュレータ制御部２１と、熱源制御部２３とを含んで構成される。
【0013】
マニピュレータ制御部２１は、マニピュレータ１７と熱源制御部２３を制御する。マニピュレータ制御部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部２１から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２５には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ２５は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。トーチ２５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、種々の形態でもよい。
【0015】
トーチ２５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２５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】
溶加材供給部１９は、トーチ２５に向けて溶加材Ｍを供給する。溶加材供給部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２５へ送給される。繰り出し機構１９ｂは、溶加材供給部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】
熱源制御部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。熱源制御部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、熱源制御部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、溶加材供給部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、形成する溶接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Ｗｋ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】
造形制御部１３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装置１００は、造形物Ｗｋ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Ｗｋ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２５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２７上に形成される。つまり、マニピュレータ制御部２１は、造形制御部１３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と熱源制御部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部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２５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Ｗｋが得られる。
【0021】
＜制御情報修正装置の構成＞
図２は、制御情報修正装置２００の機能ブロック図である。制御情報修正装置２００は、情報取得部３１と、偏り分布算出部３３と、トーチ傾斜角設定部３５と、修正部３７とを備える。制御情報修正装置２００の各部の詳細については後述するが、概略的な機能は次の通りである。
図２は、制御情報修正装置２００の機能ブロック図である。制御情報修正装置２００は、情報取得部３１と、偏り分布算出部３３と、トーチ傾斜角設定部３５と、修正部３７とを備える。制御情報修正装置２００の各部の詳細については後述するが、概略的な機能は次の通りである。
【0022】
情報取得部３１は、造形経路と造形経路に沿って形成される溶接ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する。偏り分布算出部３３は、造形計画情報とビード形状の情報に基づいて造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する。トーチ傾斜角設定部３５は、ビード幅方向（造形経路の長手方向に直交する方向）の断面におけるビード高さの偏り分布を求め、ビード高さの偏り分布に応じて、アークを放出させるトーチ傾斜角を求める。修正部３７は、トーチをトーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、造形計画情報に基づき作成された制御情報を修正する。
【0023】
制御情報修正装置２００に入力されて修正された制御情報は、例えば、図１に示す造形制御部１３に出力される。造形制御部１３は、造形経路の途中の特定箇所、即ち、新たにトーチ傾斜角が設定された箇所（湾曲した造形経路の部分）に対して、トーチ姿勢を変更した造形計画に修正して、造形プログラムを作成又は更新する。そして、造形制御部１３が、新たな造形プログラムに基づいて造形部１１を駆動制御することで、曲線状の造形経路においても、計画された造形形状からのずれを抑制できるようになる。
【0024】
上記の制御情報修正装置２００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。制御情報修正装置２００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。制御部としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processor Unit）等のプロセッサ、又は専用回路等を例示できる。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。
【0025】
また、制御情報修正装置２００は、上記した形態のほか、前述したように、ネットワーク等を介して遠隔地から造形制御部１３に接続される他のコンピュータで構成してもよい。
【0026】
次に、制御情報修正装置２００による制御情報の修正手順について、図２に示す各部の構成と共に詳細に説明する。
図３は、制御情報の修正手順を示すフローチャートである。まず、情報取得部３１は、
造形物Ｗｋを造形するための溶接ビードを形成する造形経路と、形成する溶接ビードのビード形状に関する造形計画情報を取得する（Ｓ１）。造形経路については公知の方法で算出されたものでよく、例えば、ＣＡＤデータ等の造形物の形状を所定厚さにスライスし、スライスされた層形状に対して、溶接ビードの形状を模したビードモデルを当てはめて求めてもよい。また、予め生成され、記憶された造形計画情報を読み込んでもよい。
図３は、制御情報の修正手順を示すフローチャートである。まず、情報取得部３１は、
造形物Ｗｋを造形するための溶接ビードを形成する造形経路と、形成する溶接ビードのビード形状に関する造形計画情報を取得する（Ｓ１）。造形経路については公知の方法で算出されたものでよく、例えば、ＣＡＤデータ等の造形物の形状を所定厚さにスライスし、スライスされた層形状に対して、溶接ビードの形状を模したビードモデルを当てはめて求めてもよい。また、予め生成され、記憶された造形計画情報を読み込んでもよい。
【0027】
読み込む造形計画情報に含まれる造形経路（以下、パスともいう。）の情報としては、例えばパス中に含まれる点の座標情報（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、隣接するパス同士のピッチｄ、スライスした層の厚さ（層間隔）ｈ、各パスの積層順序、等の情報が挙げられる。
【0028】
一方、取得するビード形状の情報としては、ビードモデル、ビード幅、ビード高さ、等の形状情報が含まれる。設定されたパスに沿ってビードモデルを設定することで、線状のパスから、溶接ビードを形成する狙い位置であるトーチの移動軌跡に沿って溶接ビードを形成した場合のビード形状を推定できる。
【0029】
図４は、隣接するビード間の重なりを考慮したビードモデルの一例を示す説明図である。ここでは、溶接ビードの長手方向に直交する断面における３つのビードモデルの形状を示している。各ビードモデルは、基準となるパスＰＳ１のビードモデルＢＭａの断面形状が台形であり、ビードモデルＢＭａにはパスＰＳ２のビードモデルＢＭｂが隣接して設けられ、ビードモデルＢＭｂにはパスＰＳ３のビードモデルＢＭｃが隣接して設けられている。ビードモデルＢＭｂ，ＢＭｃ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。具体的には、ビードモデルＢＭｂ，ＢＭｃは、基本的にビードモデルＢＭａと同じ台形形状であり、ビードモデルＢＭａ側とは反対側となる台形の底辺の一端を中心に、断面形状をそのまま維持しつつ、所定角度時計回りに回転させて、台形の底辺を傾斜させている。そして、ビードモデルＢＭｂがビードモデルＢＭａと重なる部分はビードモデルＢＭａの領域とし、ビードモデルＢＭａに含まれないビードモデルＢＭｂの下方領域をビードモデルＢＭｂの領域に含ませる。同様に、ビードモデルＢＭｃがビードモデルＢＭｂと重なる部分はビードモデルＢＭｂの領域とし、ビードモデルＢＭｂに含まれないビードモデルＢＭｃの下方領域をビードモデルＢＭｃの領域に含ませる。
【0030】
その結果、ビードモデルＢＭｂの形状は、ビードモデルＢＭａの一方の斜辺に寄り添う多角形状（５角形）となり、ビードモデルＢＭｃの形状は、ビードモデルＢＭｂ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、各ビードモデルＢＭａ，ＢＭｂ，ＢＭｃは、実際の溶接ビードの断面形状により近似した形状となる。
【0031】
図５は、下層側へ溶接金属が垂れた形状を再現したビードモデルの一例を示す説明図である。ここでは、溶接ビードの長手方向に直交する断面におけるビードモデルの形状を示している。ベース２７に積層された断面形状が台形のビードモデルＢＭ１と、ビードモデルＢＭ１より上層のビードモデルＢＭ２，ＢＭ３，・・・，ＢＭｎ（ｎは層数）のうち、上層の台形のビードモデル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４３ａ，４３ｂを追加している。垂れ部４３ａ，４３ｂの断面形状は、それぞれ底辺４１の端部を一辺とする三角形であり、前述した溶接ビードの溶接条件と軌跡情報（パス）に応じて、その形状と面積が設定される。垂れ部４３ａと垂れ部４３ｂとは、互いに同じ形状でも異なる形状でもよい。また、垂れ部４３ａ，４３ｂは、台形のビードモデルの底辺４１の両端部に設ける以外にも、底辺４１のいずれか一方の端部のみに設けてもよい。
【0032】
垂れ部４３ａ，４３ｂを設けたビードモデルＢＭ２，ＢＭ３，・・・，ＢＭｎを、造形計画用のビードモデルに設定することで、溶接ビードのビード高さが、溶接ビードに生じる溶融金属の垂れ下がりによる影響が加味される。これにより、オーバーハング部などの溶接ビードの溶融金属が垂れやすい条件下でも、溶接ビードの輪郭を演算により求めた結果と実際の形状とが整合されやすくなる。
【0033】
また、ビードモデルの形状は、溶接条件に応じて決定することもできる。溶接条件としては、溶接電流、溶接電圧、トーチの移動速度（運棒速度）、溶加材の送給速度等が挙げられる。
【0034】
例えば、ビード高さＬＨを式（１）から求め、ビード幅ＬＷを式（２）から求めてもよい。
【0035】
【数1】
【0036】
Ｔｓ：トーチ移動速度
Ｗｆ：溶加材送給速度
Ｃ１～Ｃ６：係数
Ｄ１～Ｄ６：係数
Ｗｆ：溶加材送給速度
Ｃ１～Ｃ６：係数
Ｄ１～Ｄ６：係数
【0037】
ビードモデルの形状は、溶接条件と、溶着断面積、ビード高さ、ビード幅等のパラメータとを関連付けて保存したデータベースから、設定される溶接条件に最も近いモデル形状を探索してもよい。また、上記したデータベースを基に近似式を作成して、その近似式を用いてモデル形状を決定してもよい。
【0038】
上記のように、ビードモデルとしては、隣接して配置されるビード同士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等の溶接ビード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。また、ビード幅とビード高さは、溶接速度、送給速度等の溶接条件と関係付けられていてもよい。
【0039】
次に、偏り分布算出部３３は、取得した造形計画の情報（造形経路とビード形状の情報）から、ビード高さの偏り分布を、モデル式を用いて算出する（Ｓ２）。なお、以下の説明では、面積等の幾何学的な計算を簡単にするため、単純な長方形のビードモデルを用いることにする。
【0040】
図６は、長方形のビードモデルＢＭが直線状のパスＰＳに沿って配列された様子を示す説明図である。このビードモデルＢＭのビード幅をｗ、ビード高さをｈとする。パスＰＳが直線状である場合、パスＰＳに沿って複数のビードモデルＢＭを順次に配置することで、パスＰＳに沿って造形計画通りの均質なビード形成が行える。しかし、パスＰＳが曲線状である場合、パスＰＳの曲率が大きくなる（曲率半径が小さくなる）ほど、パスＰＳに沿って並ぶビードモデル同士の重なりと隙間とが拡大する。
【0041】
図７は、湾曲するパスＰＳに沿って配列されるビードモデルＢＭを示す説明図である。この場合のビードモデルＢＭでは、曲率半径がＲのパスＰＳの径方向内側（湾曲内側という）に、隣接するビードモデルＢＭ同士が重なり合う重なり部４５を生じ、パスＰＳの径方向外側（湾曲外側という）の外側に、ビードモデルＢＭ同士の間に隙間部４７を生じる。したがって、パスＰＳに沿って溶接ビードを形成する際、ビードモデルＢＭのパスＰＳよりも湾曲内側では、重なり部４５が存在するために必要な溶着量（溶融した溶加材Ｍの供給量）が少なくて済む。一方、パスＰＳの湾曲外側では、隙間部４７を埋めて連続した溶接ビードにするために溶着量を増量させる必要がある。
【0042】
図８は、湾曲したパスＰＳに沿ってビード形成した場合のビード高さ分布を示す説明図である。実際にパスＰＳに沿って形成される溶接ビードは、パスＰＳの長手方向に直交する方向の断面におけるビード高さの分布が、破線で示すようなビード幅ｗの中央位置Ｐ０を中心とする対称形状にはならない。パスＰＳの湾曲内側では溶着量が過剰となってビード高さが増加する。また、湾曲外側では溶着量が不足してビード高さが低くなる。その結果、溶接ビードの高さ分布は、実線で示すように湾曲内側に最大高さの位置が偏った状態となる。
【0043】
このようなビード高さの偏り分布は、以下に示すモデル式により定量的な算出が可能である。パスＰＳの曲率半径Ｒがビード幅ｗの半値以上である場合（Ｒ≧ｗ／２）、パスＰＳの湾曲内側の領域に必要な溶着量ＷＡinは式（３）で表せる。また、湾曲外側に必要な溶着量ＷＡoutは式（４）で表せる。トーチを運棒して発生する溶着量は、パスＰＳの湾曲外側と湾曲内側とで等しく、式（５）で表せるため、実質的に、湾曲内側の積層高さｈinと湾曲外側の積層高さｈoutは、式（６）で表せる。
【0044】
【数2】
【0045】
図９は、図７に示すビードモデルのパスＰＳに直交する断面を示す説明図である。ビード幅ｗの一端部Ｐ１と他端部Ｐ２との間の中央位置Ｐ０がパスＰＳの中心位置であり、図９の中央位置Ｐ０より左側（Ｐ１側）が湾曲内側、右側（Ｐ２側）が湾曲外側である。ビードモデルＢＭの湾曲外側は、元のビード高さｈより高いビード高さｈoutとなり、湾曲内側は元のビード高さｈより低いビード高さｈinとなる。
【0046】
ビードモデルの湾曲外側領域でのビード高さｈoutにおけるビード幅中心位置Ｍoutと、湾曲内側領域でのビード高さｈinにおけるビード幅中心位置Ｍinとを結ぶ線をＬｓとする。この線Ｌｓの水平面からの傾斜角θは、ビード高さの内外差（ｈin－ｈout）の式（７）から導かれる式（８）から推定できる。このように、湾曲外側の溶着量Ａoutよりも、湾曲内側の溶着量Ａinが多くなる。
【0047】
【数3】
【0048】
なお、ビード高さ分布の偏りについての式（５）～（８）による記述は、ビード形状を単純な幾何図形（円弧）に当てはめたものである。そのため、上記した方法に限らず、溶接ビードを模擬したモデル曲線を用意して、その曲線にフィッティングさせてもよい。最終的なビード高さの偏り分布としては、式（７）式の高低差、又は式（８）で特定される傾斜角θで表してもよい。なお、パスＰＳの曲率半径は、必ずしもパスＰＳを円形に近似する必要はなく、パスＰＳの一部を円弧に近似した場合の、その円弧の曲率半径Ｒを用いてもよい。
【0049】
また、曲率半径Ｒがビード幅ｗの半値未満（Ｒ＜ｗ／２）の場合は次のようになる。
図１０は、パスの曲率半径Ｒがビード幅ｗの半値未満である場合のビードモデルＢＭの重なりの様子を示す模式的な説明図である。パスＰＳの曲率半径Ｒが小さいと、隣接するビードモデルＢＭ同士の間の重なり部４５と隙間部４７のうち、重なり部４５が多重に重なり合うことになる。
図１０は、パスの曲率半径Ｒがビード幅ｗの半値未満である場合のビードモデルＢＭの重なりの様子を示す模式的な説明図である。パスＰＳの曲率半径Ｒが小さいと、隣接するビードモデルＢＭ同士の間の重なり部４５と隙間部４７のうち、重なり部４５が多重に重なり合うことになる。
【0050】
図１１は、対向するビードモデルＢＭ同士の重なり部４５を（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）で示す説明図である。重なり部４５は、隣接するビードモデル同士の重なりと、対向するビードモデル同士との重なりとが多重に生じることになる。つまり、ビードモデルＢＭのパスＰＳの進行方向の前後だけでなく、進行方向に直交するビード幅方向においても重なりが発生する。
【0051】
この場合のビード高さの偏り分布は、前述したパスＰＳの曲率半径Ｒがビード幅ｗの半値以上である場合（Ｒ≧ｗ／２）と同様の手順で算出できる。
図１２は、図１０に示すビードモデルのパスＰＳに直交する断面を示す説明図である。パスＰＳの湾曲内側の領域に必要な溶着量ＷＡinは式（９）、湾曲外側に必要な溶着量ＷＡoutは式（１０）で表せる。また、トーチの運棒により発生する溶着量は、パスＰＳの湾曲外側と湾曲内側とで等しく、式（５）で表せるため、実質的に、湾曲内側の積層高さｈinと湾曲外側の積層高さｈoutは、式（１１）で表せる。
図１２は、図１０に示すビードモデルのパスＰＳに直交する断面を示す説明図である。パスＰＳの湾曲内側の領域に必要な溶着量ＷＡinは式（９）、湾曲外側に必要な溶着量ＷＡoutは式（１０）で表せる。また、トーチの運棒により発生する溶着量は、パスＰＳの湾曲外側と湾曲内側とで等しく、式（５）で表せるため、実質的に、湾曲内側の積層高さｈinと湾曲外側の積層高さｈoutは、式（１１）で表せる。
【0052】
【数4】
【0053】
また、ビードモデルの湾曲外側領域でのビード高さｈoutにおけるビード幅中心位置Ｍoutと、湾曲内側領域でのビード高さｈinにおける曲率半径Ｒ（Ｐ０とＰ３との間隔）の１／２のビード幅中心位置Ｍinとを結ぶ線をＬｓとする。この線Ｌｓの水平面からの傾斜角θは、ビード高さの内外差（ｈin－ｈout）の式（１２）から導かれる式（１３）から推定できる。このように、湾曲外側の溶着量Ａoutよりも、湾曲内側の溶着量Ａinが多くなる。
【0054】
【数5】
【0055】
次に、偏り分布算出部３３が上記のようにして得たビード高さの偏り分布を基にして、トーチ傾斜角設定部３５は、トーチの傾斜角を設定する（Ｓ３）。
図１３は、溶接ビードの高さの偏り分布とトーチ２５の傾斜角との関係を示す説明図である。ビードの高さの偏り分布が、パスＰＳの長手方向に直交する断面において、パス中心よりも湾曲内側に最大高さ位置が偏っている場合には、上記断面内で、トーチ２５をパス中心における鉛直方向から湾曲内側に所定の角度（トーチ傾斜角φ）で傾斜させるとよい。この状態でトーチ２５の先端からアークを放出すると、アーク圧力Ｐarkが湾曲内側から湾曲外側に向かう方向に作用する。これにより、溶接金属の偏りを図１３に鎖線で示す偏りのない分布に修正できる。
図１３は、溶接ビードの高さの偏り分布とトーチ２５の傾斜角との関係を示す説明図である。ビードの高さの偏り分布が、パスＰＳの長手方向に直交する断面において、パス中心よりも湾曲内側に最大高さ位置が偏っている場合には、上記断面内で、トーチ２５をパス中心における鉛直方向から湾曲内側に所定の角度（トーチ傾斜角φ）で傾斜させるとよい。この状態でトーチ２５の先端からアークを放出すると、アーク圧力Ｐarkが湾曲内側から湾曲外側に向かう方向に作用する。これにより、溶接金属の偏りを図１３に鎖線で示す偏りのない分布に修正できる。
【0056】
トーチ傾斜角φは、鉛直方向を基準に角度を大きく傾けるほど、横方向（水平方向）に働くアーク圧力Ｐarkが大きくなる。したがって、ビード高さの偏りの程度が大きいほど、トーチ傾斜角φを大きくすればよい。
【0057】
なお、トーチ２５を、溶接方向の前方へ傾けて後退角を付与する場合には、ビード幅が狭くビード高さが高くなりやすい。一方、溶接方向の後方へ傾けて前進角を付与する場合には、後退角を付与する場合と逆の傾向になりやすい。そこで、前進角又は後退角に応じてトーチ傾斜角φを調整してもよい。具体的には、ビード高さとビード幅の値を前進時又は後退時の値に設定して、前述した各式により計算すればよい。また、前進角又は後退角によらずにトーチ傾斜角φを設定してもよい。
【0058】
上記のビード高さの偏りとトーチ傾斜角φとの関係は、実験的又は解析的に対応関係を求めておき、テーブル又は演算式として記憶したデータベースを用意しておき、適宜に参照して、トーチ傾斜角φを求めてもよい。また、ビード高さの偏りとトーチ傾斜角φとの関係を機械学習によりモデル化しておき、このモデルを用いてトーチ傾斜角φを求めてもよい。
【0059】
上記したパスＰＳは、一定の方向に一定の曲率半径で湾曲する経路であるが、パスの形態は造形物に応じて変化する。
図１４は、溶接進行方向に沿って湾曲方向が変化するパスを示す説明図である。パスＰＳが複数の変曲点を有してうねりを伴う場合、前述した湾曲内側と湾曲外側とが溶接進行方向に沿って入れ替わる。そのため、ビード高さの偏り分布を求める際、パスＰＳの湾曲の曲率半径Ｒを正確に求めるには、湾曲内側と湾曲外側とを正確に定義しておく必要がある。そこで、基本的には、パスＰＳ上の任意の点を基準にして、その点を通りパスＰＳに近似される曲率半径の曲率円４９が存在する側を湾曲内側、曲率円４９が存在しない側を湾曲外側と定義する。
図１４は、溶接進行方向に沿って湾曲方向が変化するパスを示す説明図である。パスＰＳが複数の変曲点を有してうねりを伴う場合、前述した湾曲内側と湾曲外側とが溶接進行方向に沿って入れ替わる。そのため、ビード高さの偏り分布を求める際、パスＰＳの湾曲の曲率半径Ｒを正確に求めるには、湾曲内側と湾曲外側とを正確に定義しておく必要がある。そこで、基本的には、パスＰＳ上の任意の点を基準にして、その点を通りパスＰＳに近似される曲率半径の曲率円４９が存在する側を湾曲内側、曲率円４９が存在しない側を湾曲外側と定義する。
【0060】
次に、上記した手順で特定されたトーチ傾斜角φを積層造形装置１００の制御情報に反映する（Ｓ４）。図１に示すように、積層造形装置１００がトーチ２５をロボットアームの先端軸に備えたマニピュレータ１７である場合には、設定されたトーチ２５の姿勢、即ち、このトーチ姿勢に対応するロボットアームの姿勢にする制御情報を生成する。
【0061】
具体的には、修正部３７は、情報取得部３１が取得した造形計画情報に基づいて作成され、マニピュレータ１７の動作を設定する造形計画（造形プログラム）を、上記したトーチ姿勢にして作成又は修正する。この作成又は修正した造形計画に基づいて、造形プログラムを作成又は更新する。そして、造形制御部１３が、新たに作成された造形プログラムに基づいて造形部１１を駆動制御することで、曲線状の造形経路においても、計画された造形形状からのずれを抑制できるようになる。
【0062】
上記の制御情報の生成にあたっては、公知の手段を採用してもよい、例えばトーチ姿勢とマニピュレータの各関節角との関係を予め記憶しておき、その関係を基に制御情報を生成すればよい。
【0063】
また、曲率半径Ｒとビード幅ｗとの関係がＲ＜ｗ／２である場合、ビードモデル同士の重なり分を考慮しないと、必要な溶着量に対して過剰に溶着させることになる。したがって、パス上のＲ＜ｗ／２となる部位においては、造形計画で設定された溶着量を下げる修正が必要となる。
【0064】
図７に示す、半円の円周に沿ったパスＰＳの場合、造形計画に設定される溶着量は、ビード断面積にパス長（πＲ）を乗じたｈｗπＲとなる。しかし、式（１４）に示すように、湾曲内側と湾曲外側に必要な溶着量の総和は、設定される溶着量ｈｗπＲより小さい。
【0065】
そこで、溶着量が過剰にならないように造形計画を修正する。ここで、修正前の造形計画による溶加材Ｍの直径をｄｗｉｒｅ、溶接速度をＶｗｅｌｄ ０、溶加材供給速度をＶｗｉｒｅ ０とし、修正後の造形計画の溶接速度をＶｗｅｌｄ １，溶加材供給速度をＶｗｉｒｅ １とする。
修正前後でのビード断面積は一定であるため、式（１５）で示す修正前のビード断面積ＡＢ０と、式（１６）で示す修正後のビード断面積ＡＢ１とは等しくなる。
修正前後でのビード断面積は一定であるため、式（１５）で示す修正前のビード断面積ＡＢ０と、式（１６）で示す修正後のビード断面積ＡＢ１とは等しくなる。
【0066】
【数6】
【0067】
この関係から、溶加材Ｍの直径が一定と仮定し、溶接速度を調整する場合には、溶接速度比（Ｖｗｅｌｄ １／Ｖｗｅｌｄ ０）は式（１７）となる。また、溶加材Ｍの直径が一定と仮定し、溶加材Ｍの送給速度を調整する場合には、送給速度比（Ｖｗｉｒｅ １／Ｖｗｉｒｅ ０）は式（１８）となる。
【0068】
【数7】
【0069】
以上のように、トーチ姿勢、溶接速度、溶加材供給速度の変更により、曲線状のパスＰＳを適切な溶着量で形成する造形計画を作成できる。例えば、パスＰＳの曲率半径Ｒとビード幅ｗとの関係がＲ≧ｗ／２の場合には、トーチ傾斜φを式（８）で示した傾斜角θに応じて変更する。また、Ｒ＜ｗ／２の場合には、溶着量が更に過剰となるため、トーチ角度の変更に加え、溶接速度、溶加材供給速度の少なくとも一方を変更する。これにより、湾曲した造形経路において、算出したビードの形状がビード幅中心から偏る場合、トーチを算出した傾斜角φで傾斜させてアークを発生させ、溶接ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正できる。その結果、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。また、溶接ビードの高さの偏り分布を、造形の計画段階で是正できるため、制御情報を別途にフィードバック制御する等の煩雑な制御を不要にできる。
【0070】
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。
【0071】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成を制御するための制御情報を修正する積層造形装置の制御情報修正方法であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得し、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出し、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求め、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する、
積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、ビードの形状がビード幅中心から偏る場合に、トーチを傾斜させてアークを発生させ、ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正することで、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。
（１） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成を制御するための制御情報を修正する積層造形装置の制御情報修正方法であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得し、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出し、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求め、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する、
積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、ビードの形状がビード幅中心から偏る場合に、トーチを傾斜させてアークを発生させ、ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正することで、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。
【0072】
（２） 前記トーチ傾斜角は、前記造形経路の長手方向に直交する面内における前記ビードのビード高さ方向からのトーチ先端軸の傾斜角度である、（１）に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、トーチ先端軸を傾斜させることで、アークの発生方向を変更させ、アーク圧力の作用方向を自在に変更できる。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、トーチ先端軸を傾斜させることで、アークの発生方向を変更させ、アーク圧力の作用方向を自在に変更できる。
【0073】
（３） 前記ビード高さの偏り分布は、前記造形経路の曲率と前記ビードのビード幅に基づくモデル式により算出される、（１）に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、造形経路の曲率に応じてモデル式によりビード高さの偏り分布を求めた結果を、計画段階にて制御情報に波及できる。そのため、別途にフィードバック制御等を行う必要がない。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、造形経路の曲率に応じてモデル式によりビード高さの偏り分布を求めた結果を、計画段階にて制御情報に波及できる。そのため、別途にフィードバック制御等を行う必要がない。
【0074】
（４） 前記造形経路の経路上の点に対応する曲率の正負に応じて、前記トーチの傾斜方向を連続的に変化させる、（３）に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、パスに沿って湾曲内側と湾曲外側とが切り替わる場合でも、パス上の各位置で湾曲内側と湾曲外側とを区別しながらトーチの傾斜角を調整できる。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、パスに沿って湾曲内側と湾曲外側とが切り替わる場合でも、パス上の各位置で湾曲内側と湾曲外側とを区別しながらトーチの傾斜角を調整できる。
【0075】
（５） 前記造形経路の曲率半径が前記ビード幅の半値より小さい場合と、前記造形経路の曲率半径が前記ビード幅の半値以上の場合とで、それぞれ異なる前記モデル式を用いて前記ビード高さの偏り分布を求める、（３）に記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、曲率半径とビード幅との関係によってビード高さの偏り分布が異なるため、それぞれの場合で異なるモデル式を使い分けることで、ビード高さの偏り分布をより正確に特定できる。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、曲率半径とビード幅との関係によってビード高さの偏り分布が異なるため、それぞれの場合で異なるモデル式を使い分けることで、ビード高さの偏り分布をより正確に特定できる。
【0076】
（６） 前記造形経路の曲率半径が前記ビード幅の半値より小さい場合に、前記造形経路に沿って形成する前記ビードへの前記加工材料の供給を、前記造形経路の曲率に応じた経路内周側の体積と経路外周側の体積との差分に応じて修正することに加えて、前記造形経路同士の接近により前記ビード同士が重なる重なり領域の体積と非重なり領域の体積との差分に応じて修正する、（３）から（５）のいずれか１つに記載の積層造形装置の制御情報修正方法。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、局所的にビードが過剰に盛られて計画形状から逸脱することを抑制できる。
この積層造形装置の制御情報修正方法によれば、局所的にビードが過剰に盛られて計画形状から逸脱することを抑制できる。
【0077】
（７） トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料で形成されるビードによって三次元形状を造形する積層造形装置が造形経路に沿ってビード形成する際の、前記積層造形装置を制御する制御情報を修正する制御情報修正装置であって、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する情報取得部と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する偏り分布算出部と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求めるトーチ傾斜角設定部と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する修正部と、
を備える制御情報修正装置。
この制御情報修正装置によれば、ビードの形状がビード幅中心から偏る場合に、トーチを傾斜させてアークを発生させ、ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正することで、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する情報取得部と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する偏り分布算出部と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求めるトーチ傾斜角設定部と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する修正部と、
を備える制御情報修正装置。
この制御情報修正装置によれば、ビードの形状がビード幅中心から偏る場合に、トーチを傾斜させてアークを発生させ、ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正することで、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。
【0078】
（８） 造形経路に沿って加工点を移動させながら、トーチ先端から放出されるアークにより溶融された加工材料を前記加工点の加工対象面に付加することで形成されるビードを用いて層形状を形成し、形成された前記層形状を積層して三次元形状を造形する積層造形装置において、前記積層造形装置による前記造形経路に沿ったビード形成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、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する手順と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する手順と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求める手順と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する手順と、
を実行させるためのプログラム。
このプログラムによれば、ビードの形状がビード幅中心から偏る場合に、トーチを傾斜させてアークを発生させ、ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正することで、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。
コンピュータに、
前記造形経路と前記ビードのビード形状の情報を含む造形計画情報を取得する手順と、
前記造形計画情報と前記ビード形状の情報に基づいて前記造形経路の長手方向に沿って形成されるビードにおいて前記造形経路に直交する断面におけるビード高さの偏り分布を算出する手順と、
前記ビード高さの偏り分布においてビード幅中心から偏って高くなる部分が存在する場合、前記偏って高くなる部分を前記ビード幅中心側へ押し戻す方向に前記アークを放出させるトーチ傾斜角を求める手順と、
前記トーチを前記トーチ傾斜角で傾斜させた姿勢でビード形成するように、前記造形計画情報に基づき作成された前記制御情報を修正する手順と、
を実行させるためのプログラム。
このプログラムによれば、ビードの形状がビード幅中心から偏る場合に、トーチを傾斜させてアークを発生させ、ビードの形状をビード幅中心から偏りにくくする造形計画に修正することで、計画された造形形状からの逸脱を抑制できる。
【符号の説明】
【0079】
１１ 造形部
１３ 造形制御部
１７ マニピュレータ
１９ 溶加材供給部
１９ａ リール
１９ｂ 繰り出し機構
２１ マニピュレータ制御部
２３ 熱源制御部
２５ トーチ
２７ ベース
３１ 情報取得部
３３ 偏り分布算出部
３５ トーチ傾斜角設定部
３７ 修正部
４１ 底辺
４３ａ，４３ｂ 垂れ部
４５ 重なり部
４７ 隙間部
４９ 曲率円
１００ 積層造形装置
２００ 制御情報修正装置
Ｂ 溶接ビード（ビード）
ＢＭ，ＢＭ1,ＢＭ２，ＢＭ３，ＢＭａ，ＢＭｂ，ＢＭｃ ビードモデル
ＰＳ パス
Ｒ 曲率半径
Ｈ ビード高さ
ｗ ビード幅
Ｍ 溶加材
Ｗｋ 造形物
φ トーチ傾斜角
１３ 造形制御部
１７ マニピュレータ
１９ 溶加材供給部
１９ａ リール
１９ｂ 繰り出し機構
２１ マニピュレータ制御部
２３ 熱源制御部
２５ トーチ
２７ ベース
３１ 情報取得部
３３ 偏り分布算出部
３５ トーチ傾斜角設定部
３７ 修正部
４１ 底辺
４３ａ，４３ｂ 垂れ部
４５ 重なり部
４７ 隙間部
４９ 曲率円
１００ 積層造形装置
２００ 制御情報修正装置
Ｂ 溶接ビード（ビード）
ＢＭ，ＢＭ1,ＢＭ２，ＢＭ３，ＢＭａ，ＢＭｂ，ＢＭｃ ビードモデル
ＰＳ パス
Ｒ 曲率半径
Ｈ ビード高さ
ｗ ビード幅
Ｍ 溶加材
Ｗｋ 造形物
φ トーチ傾斜角
【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】