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特開2025-99872積層造形装置の制御方法、積層造形装置の制御装置、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】P2025099872
(43)【公開日】2025-07-03
(54)【発明の名称】積層造形装置の制御方法、積層造形装置の制御装置、及びプログラム
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20250626BHJP
B23K 9/095 20060101ALI20250626BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 G
B23K9/04 Z
B23K9/095 510D
B23K9/095 501G
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023216840
(22)【出願日】2023-12-22
(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】飛田 正俊
(72)【発明者】
【氏名】吉川 旭則
(72)【発明者】
【氏名】篠崎 貴宏
(72)【発明者】
【氏名】黄 碩
(72)【発明者】
【氏名】黒澤 瑛介
(72)【発明者】
【氏名】陳 朱耀
(72)【発明者】
【氏名】佐野 萌
(72)【発明者】
【氏名】橋本 裕志
(72)【発明者】
【氏名】山田 岳史
(57)【要約】
【課題】複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、ギャップの幅を適正な範囲に収めることにある。
【解決手段】溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御方法であって、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得するステップと、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測するステップと、複数の形状プロファイルに基づいて、ギャップの幅の実績値を導出するステップと、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するステップとを含む、積層造形装置の制御方法。
【選択図】図９
【解決手段】溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御方法であって、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得するステップと、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測するステップと、複数の形状プロファイルに基づいて、ギャップの幅の実績値を導出するステップと、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するステップとを含む、積層造形装置の制御方法。
【選択図】図９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御方法であって、
前記造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得するステップと、
前記積層計画に基づいて積層された前記複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測するステップと、
前記複数の形状プロファイルに基づいて、前記ギャップの幅の実績値を導出するステップと、
前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記複数の溶接ビードの積層条件を補正するステップと
を含む、積層造形装置の制御方法。
前記造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得するステップと、
前記積層計画に基づいて積層された前記複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測するステップと、
前記複数の形状プロファイルに基づいて、前記ギャップの幅の実績値を導出するステップと、
前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記複数の溶接ビードの積層条件を補正するステップと
を含む、積層造形装置の制御方法。
【請求項2】
前記導出するステップでは、前記複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置間の距離を、前記ギャップの幅の実績値として導出する、請求項１に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項3】
前記特定位置は、前記複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの前記ギャップの方向に突出した先端位置である、請求項２に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項4】
前記導出するステップでは、前記複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置から、前記複数の溶接ビードの各溶接ビードの前記ギャップの方向に突出した先端位置を推定し、当該先端位置間の距離を、前記ギャップの幅の実績値として導出する、請求項１に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項5】
前記特定位置は、前記複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの前記ギャップの方向に突出した先端位置である、請求項４に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項6】
前記補正するステップでは、前記積層条件の標準の設定値に前記ずれ量に応じた比例項、微分項及び積分項の少なくとも何れか１つが加算された補正式を用いて、当該積層条件を補正する、請求項１に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項7】
前記補正するステップでは、積層の進行に応じて、前記積層条件の標準の設定値に前記積分項が加算されていない前記補正式を、前記積層条件の標準の設定値に前記積分項が加算された前記補正式に切り換える、請求項６に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項8】
前記補正するステップでは、次層の前記複数の溶接ビードの各溶接ビードを積層する際の狙い位置の計画値を、前記複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置に補正する、請求項１に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項9】
前記特定位置は、前記狙い位置の計画値を積層方向に延伸して前記各形状プロファイルと交差した位置である、請求項８に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項10】
前記補正するステップでは、積層の進行に応じて、前記積層条件を補正する補正方法を第１補正方法から第２補正方法に切り替え、
前記第１補正方法は、前記複数の溶接ビードの各溶接ビードの積層方向の成長量の計画値と、前記形状プロファイルに基づいて導出された当該成長量の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記積層条件を補正する方法であり、
前記第２補正方法は、前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記積層条件を補正する方法である、請求項１に記載の積層造形装置の制御方法。
前記第１補正方法は、前記複数の溶接ビードの各溶接ビードの積層方向の成長量の計画値と、前記形状プロファイルに基づいて導出された当該成長量の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記積層条件を補正する方法であり、
前記第２補正方法は、前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記積層条件を補正する方法である、請求項１に記載の積層造形装置の制御方法。
【請求項11】
溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御装置であって、
前記造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する取得部と、
前記積層計画に基づいて積層された前記複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する計測部と、
前記複数の形状プロファイルに基づいて、前記ギャップの幅の実績値を導出する導出部と、
前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記複数の溶接ビードの積層条件を補正する補正部と
を備える、積層造形装置の制御装置。
前記造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する取得部と、
前記積層計画に基づいて積層された前記複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する計測部と、
前記複数の形状プロファイルに基づいて、前記ギャップの幅の実績値を導出する導出部と、
前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記複数の溶接ビードの積層条件を補正する補正部と
を備える、積層造形装置の制御装置。
【請求項12】
溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御装置に、
前記造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する機能と、
前記積層計画に基づいて積層された前記複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する機能と、
前記複数の形状プロファイルに基づいて、前記ギャップの幅の実績値を導出する機能と、
前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記複数の溶接ビードの積層条件を補正する機能と
を実現させるためのプログラム。
前記造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する機能と、
前記積層計画に基づいて積層された前記複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する機能と、
前記複数の形状プロファイルに基づいて、前記ギャップの幅の実績値を導出する機能と、
前記ギャップの幅の計画値と前記ギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、前記複数の溶接ビードの積層条件を補正する機能と
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、積層造形装置の制御方法、積層造形装置の制御装置、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、光学式センサやアーク電圧等による開先情報検出手段に溶接ビード幅を検出させてその結果を記憶し、溶接ビード幅を基に溶接条件を制御する第１の制御手段と、溶接中のアーク電圧を検出して記憶し、アーク電圧若しくは予め決めた基準電圧との差電圧を基に溶接条件を制御する第２の制御手段を具備し所定のビード積層高さとなるように溶接条件を制御するように構成する自動多層盛溶接装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０００－０３３４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、溶接ビードの積層高さの観点からのみ積層条件を補正する構成を採用したのでは、ギャップの幅を適正な範囲に収めることができない。
【0005】
本発明の目的は、複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、ギャップの幅を適正な範囲に収めることにある。
【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、溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御方法であって、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得するステップと、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測するステップと、複数の形状プロファイルに基づいて、ギャップの幅の実績値を導出するステップと、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するステップとを含む、積層造形装置の制御方法を提供する。
導出するステップでは、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出してよい。その場合、特定位置は、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルのギャップの方向に突出した先端位置であってよい。
導出するステップでは、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置から、複数の溶接ビードの各溶接ビードのギャップの方向に突出した先端位置を推定し、先端位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出してよい。その場合、特定位置は、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルのギャップの方向に突出した先端位置であってよい。
補正するステップでは、積層条件の標準の設定値にずれ量に応じた比例項、微分項及び積分項の少なくとも何れか１つが加算された補正式を用いて、積層条件を補正してよい。その場合、補正するステップでは、積層の進行に応じて、積層条件の標準の設定値に積分項が加算されていない補正式を、積層条件の標準の設定値に積分項が加算された補正式に切り換えてよい。
補正するステップでは、次層の複数の溶接ビードの各溶接ビードを積層する際の狙い位置の計画値を、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置に補正してよい。その場合、特定位置は、狙い位置の計画値を積層方向に延伸して各形状プロファイルと交差した位置であってよい。
補正するステップでは、積層の進行に応じて、積層条件を補正する補正方法を第１補正方法から第２補正方法に切り替えてよい。そして、第１補正方法は、複数の溶接ビードの各溶接ビードの積層方向の成長量の計画値と、形状プロファイルに基づいて導出された成長量の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する方法であってよい。また、第２補正方法は、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する方法であってよい。
導出するステップでは、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出してよい。その場合、特定位置は、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルのギャップの方向に突出した先端位置であってよい。
導出するステップでは、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置から、複数の溶接ビードの各溶接ビードのギャップの方向に突出した先端位置を推定し、先端位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出してよい。その場合、特定位置は、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルのギャップの方向に突出した先端位置であってよい。
補正するステップでは、積層条件の標準の設定値にずれ量に応じた比例項、微分項及び積分項の少なくとも何れか１つが加算された補正式を用いて、積層条件を補正してよい。その場合、補正するステップでは、積層の進行に応じて、積層条件の標準の設定値に積分項が加算されていない補正式を、積層条件の標準の設定値に積分項が加算された補正式に切り換えてよい。
補正するステップでは、次層の複数の溶接ビードの各溶接ビードを積層する際の狙い位置の計画値を、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置に補正してよい。その場合、特定位置は、狙い位置の計画値を積層方向に延伸して各形状プロファイルと交差した位置であってよい。
補正するステップでは、積層の進行に応じて、積層条件を補正する補正方法を第１補正方法から第２補正方法に切り替えてよい。そして、第１補正方法は、複数の溶接ビードの各溶接ビードの積層方向の成長量の計画値と、形状プロファイルに基づいて導出された成長量の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する方法であってよい。また、第２補正方法は、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する方法であってよい。
【0007】
また、本発明は、溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御装置であって、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する取得部と、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する計測部と、複数の形状プロファイルに基づいて、ギャップの幅の実績値を導出する導出部と、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正する補正部とを備える、積層造形装置の制御装置も提供する。
【0008】
更に、本発明は、溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の制御装置に、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する機能と、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する機能と、複数の形状プロファイルに基づいて、ギャップの幅の実績値を導出する機能と、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正する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】
【0009】
本発明によれば、複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、ギャップの幅を適正な範囲に収めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【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】第１の実施の形態における制御装置による制御の概要を示す図である。
【図4】第１の実施の形態における積層計画装置の機能構成例を示す図である。
【図5】第１の実施の形態における制御装置の機能構成例を示す図である。
【図6】制御装置の形状プロファイル受信部が受信する形状プロファイルの一例を示す図である。
【図7】制御装置のギャップ幅導出部によるギャップ幅及び狙い位置の導出方法を示す図である。
【図8】第１の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9】第１の実施の形態における制御装置が実行する造形制御処理の内容を示すフローチャートである。
【図10】第２の実施の形態における制御装置による他の制御の概要を示す図である。
【図11】第２の実施の形態における制御装置の機能構成例を示す図である。
【図12】第２の実施の形態における制御装置が実行する造形制御処理の内容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】
【0011】
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。
【0012】
［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。
【0013】
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、軟鋼製の溶加材（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、溶加材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加材１４を溶融及び固化し、母材９０上に複数層の溶接ビード（以下、単に「ビード」という）を積層して積層造形物１００を製造する。尚、ここでは、溶加材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、溶加材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。溶接ロボット１０は、溶接トーチにより溶接ビードを積層して造形物を造形する積層造形装置の一例である。
【0014】
また、溶接ロボット１０は、腕１１の先端に形状計測器１５を備える。形状計測器１５は、溶接ロボット１０により積層途中の積層造形物１００が有する形状を計測する。形状計測器１５は、積層造形物１００の断面の形状プロファイルを取得できるものが好ましい。このような形状計測器１５としては、例えば、照射したレーザ光の反射光強度に基づいて断面の形状プロファイルを取得する形状計測センサ等を利用することができる。或いは、形状計測器１５としては、これに限らず三次元の形状を計測できるものを利用してもよいが、以下では、照射したレーザ光の反射光強度に基づいて断面の形状プロファイルを取得するものを利用するものとして説明する。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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する。そして、制御装置５０は、この制御プログラムを動作させることにより、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ビードを形成するよう、溶接ロボット１０を制御する。制御装置５０は、積層造形装置の制御装置の一例である。
【0018】
［制御装置のハードウェア構成］
図２は、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、ＨＤＤ５３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、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、ＨＤＤ５３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。
【0019】
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。
【0020】
［本実施の形態の背景及び概要］
金属積層造形システム１では、積層計画装置３０が作成した積層計画に基づいて積層溶接を行うよう、制御装置５０が溶接ロボット１０を制御する。しかしながら、このように積層計画に基づき積層溶接を実施したとしても、溶接電源や装置の個体差、溶加材１４のロットによる微妙な直径差等から、積層される溶着量は毎回一定ではなく、計画からずれる。例えば、空洞を有する流路を左右から積層造形して左右の積層造形物１００を形成し、最後にこの左右の積層造形物１００を閉合して完成させる場合を考える。この場合、左右の積層造形物１００の間のギャップ幅が基準範囲を超えると、溶け落ちが発生したり、裏波が出ず溶け込み不足となったりして、強度不足となる等、問題が多々発生する。
金属積層造形システム１では、積層計画装置３０が作成した積層計画に基づいて積層溶接を行うよう、制御装置５０が溶接ロボット１０を制御する。しかしながら、このように積層計画に基づき積層溶接を実施したとしても、溶接電源や装置の個体差、溶加材１４のロットによる微妙な直径差等から、積層される溶着量は毎回一定ではなく、計画からずれる。例えば、空洞を有する流路を左右から積層造形して左右の積層造形物１００を形成し、最後にこの左右の積層造形物１００を閉合して完成させる場合を考える。この場合、左右の積層造形物１００の間のギャップ幅が基準範囲を超えると、溶け落ちが発生したり、裏波が出ず溶け込み不足となったりして、強度不足となる等、問題が多々発生する。
【0021】
本実施の形態では、左右対称にビードを積層して造形する空洞形状を有する流路等の積層造形物１００について、最終溶接にて裏波を有する閉合溶接を欠陥なく安定的に行うために、ギャップ幅を目標数値範囲に収まるよう制御する。
【0022】
尚、本実施の形態では、積層造形物１００の積層として、円形のアーチ形状の断面を持つ流路の積層を例に説明するが、これには限らない。本実施の形態は、角管等の他の断面形状を持つものや、構造物中の形状に間隔の指定があるもの等の積層に広く適用可能である。つまり、本実施の形態は、２つの独立したビードがギャップを形成する積層造形物１００に適用可能である。或いは、独立したビードは２つでなくてもよく、本実施の形態は、複数の独立したビードがギャップを形成する積層造形物１００に適用可能と言うこともできる。尚、以下では、積層造形物１００がｎ層からなるものとして説明する。
【0023】
［第１の実施の形態］
（概要）
図３は、第１の実施の形態における制御装置５０による制御の概要を示す図である。
図示するように、まず、制御装置５０は、積層計画装置３０から取得した制御プログラムを溶接ロボット１０に実行させ、溶接トーチ１３により流路の第１層を造形する（Ｓ１１）。
（概要）
図３は、第１の実施の形態における制御装置５０による制御の概要を示す図である。
図示するように、まず、制御装置５０は、積層計画装置３０から取得した制御プログラムを溶接ロボット１０に実行させ、溶接トーチ１３により流路の第１層を造形する（Ｓ１１）。
【0024】
次に、制御装置５０は、形状計測器１５により流路の第１層の断面の形状を計測し、断面の形状の計測結果である形状プロファイルを取得する（Ｓ１２）。
次に、制御装置５０は、Ｓ１２で取得した形状プロファイルから、指定部位のギャップ幅と次層の狙い位置とを導出する（Ｓ１３）。
次に、制御装置５０は、ギャップ幅及び狙い位置について、計画値とＳ１３で導出した値とを比較し、比較結果に基づいて積層条件及び狙い位置を補正する（Ｓ１４）。
次に、制御装置５０は、Ｓ１４で補正した積層条件及び狙い位置に基づいて、制御プログラムを更新する（Ｓ１５）。
次に、制御装置５０は、Ｓ１２で取得した形状プロファイルから、指定部位のギャップ幅と次層の狙い位置とを導出する（Ｓ１３）。
次に、制御装置５０は、ギャップ幅及び狙い位置について、計画値とＳ１３で導出した値とを比較し、比較結果に基づいて積層条件及び狙い位置を補正する（Ｓ１４）。
次に、制御装置５０は、Ｓ１４で補正した積層条件及び狙い位置に基づいて、制御プログラムを更新する（Ｓ１５）。
【0025】
その後、制御装置５０は、Ｓ１１～Ｓ１５を、第２層から第ｎ層まで繰り返す（Ｓ１６）。その際、制御装置５０は、Ｓ１１において、Ｓ１５で更新された制御プログラムを溶接ロボット１０に実行させる。また、図では便宜上Ｓ１２～Ｓ１５を第ｎ層についても実行するように示したが、流路の第ｎ層を造形した後は閉合するので、厳密にはＳ１２～Ｓ１５を第ｎ層については実行しなくてよい。
【0026】
そして、最後に、制御装置５０は、ギャップを閉合するための閉合ビードの積層を溶接ロボット１０に実行させ、溶接トーチ１３により閉合ビードを積層する（Ｓ１７）。
【0027】
（積層計画装置の機能構成）
図４は、第１の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図である。図示するように、第１の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、積層計画生成部４３と、積層計画出力部４４とを備える。
図４は、第１の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図である。図示するように、第１の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、積層計画生成部４３と、積層計画出力部４４とを備える。
【0028】
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。
【0029】
積層計画生成部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条件や狙い位置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、ビードの高さや幅の他、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。本実施の形態では、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、狙い位置を決める。尚、溶着断面の計算は溶加材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。
【0030】
積層計画出力部４４は、積層計画生成部４３が生成した積層計画を記録媒体７０に出力する。
【0031】
（制御装置の機能構成）
図５は、第１の実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示す図である。図示するように、第１の実施の形態における制御装置５０は、積層計画取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、制御プログラム実行部６３と、計画値記憶部６４と、形状プロファイル受信部６５と、ギャップ幅導出部６６と、積層条件補正部６８と、制御プログラム更新部６９とを備える。
図５は、第１の実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示す図である。図示するように、第１の実施の形態における制御装置５０は、積層計画取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、制御プログラム実行部６３と、計画値記憶部６４と、形状プロファイル受信部６５と、ギャップ幅導出部６６と、積層条件補正部６８と、制御プログラム更新部６９とを備える。
【0032】
積層計画取得部６１は、記録媒体７０に記録された積層計画を取得する。
ここで、積層計画とは、溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを含むものであってよい。また、積層計画は、溶接ロボット１０がビードを積層する狙い位置、溶接速度、溶加材１４の送給速度（以下、単に「送給速度」という）、溶接電流、溶接電圧、溶接トーチ１３の姿勢、ビードを積層する順番等の計画値を含んでよい。更に、積層計画は、積層造形物１００の形状情報、ビードの高さ又は幅、及び積層途中におけるビードの幅又は高さの累積値の少なくとも何れか１つの計画値を含んでよい。更にまた、積層計画は、計画上の形状プロファイルを含んでもよい。後述するように、この計画上の形状プロファイルによってビード間のギャップ幅の計画値が特定される。
そして、積層計画取得部６１は、積層計画から制御プログラムと計画値とを取り出す。
本実施の形態では、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する取得部の一例として、積層計画取得部６１を設けている。
ここで、積層計画とは、溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを含むものであってよい。また、積層計画は、溶接ロボット１０がビードを積層する狙い位置、溶接速度、溶加材１４の送給速度（以下、単に「送給速度」という）、溶接電流、溶接電圧、溶接トーチ１３の姿勢、ビードを積層する順番等の計画値を含んでよい。更に、積層計画は、積層造形物１００の形状情報、ビードの高さ又は幅、及び積層途中におけるビードの幅又は高さの累積値の少なくとも何れか１つの計画値を含んでよい。更にまた、積層計画は、計画上の形状プロファイルを含んでもよい。後述するように、この計画上の形状プロファイルによってビード間のギャップ幅の計画値が特定される。
そして、積層計画取得部６１は、積層計画から制御プログラムと計画値とを取り出す。
本実施の形態では、造形物を造形する工程に関する積層計画から、複数の溶接ビードが形成するギャップの幅の計画値を取得する取得部の一例として、積層計画取得部６１を設けている。
【0033】
制御プログラム記憶部６２は、積層計画取得部６１が積層計画から取り出した制御プログラムを記憶する。
【0034】
制御プログラム実行部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又は制御プログラム更新部６９により更新された制御プログラムを実行する。これにより、制御プログラム実行部６３は、積層計画生成部４３が生成した積層計画又はその後に修正された積層計画に従ってビードを形成するよう、溶接ロボット１０を制御する。
【0035】
具体的には、制御プログラム実行部６３は、第１層から第ｎ層までのビードを形成するよう、溶接ロボット１０を制御する。
その後、制御プログラム実行部６３は、開口したギャップの閉合を行うよう、溶接ロボット１０を制御する。各層のビードが形成される際に後述する各機能部がギャップ幅を所定の範囲に収めることで、溶接ロボット１０は、ギャップの閉合を安定して行うことができる。尚、制御プログラム実行部６３は、ギャップを閉合する際に、第１層から第ｎ層までのビードを形成する際とは異なる制御を行ってよい。特に、閉合ビードはギャップの両端のビードと十分に融合させるために十分な溶け込みを得る必要があるため、制御プログラム実行部６３は、開口部の形状に合わせて入熱量を調整する制御を行ってよい。ここで、制御プログラム実行部６３は、入熱量を調整する制御として、溶接電流や溶接電圧の他、混合シールドガスの混合比を調整する制御を行ってよい。
その後、制御プログラム実行部６３は、開口したギャップの閉合を行うよう、溶接ロボット１０を制御する。各層のビードが形成される際に後述する各機能部がギャップ幅を所定の範囲に収めることで、溶接ロボット１０は、ギャップの閉合を安定して行うことができる。尚、制御プログラム実行部６３は、ギャップを閉合する際に、第１層から第ｎ層までのビードを形成する際とは異なる制御を行ってよい。特に、閉合ビードはギャップの両端のビードと十分に融合させるために十分な溶け込みを得る必要があるため、制御プログラム実行部６３は、開口部の形状に合わせて入熱量を調整する制御を行ってよい。ここで、制御プログラム実行部６３は、入熱量を調整する制御として、溶接電流や溶接電圧の他、混合シールドガスの混合比を調整する制御を行ってよい。
【0036】
計画値記憶部６４は、積層計画取得部６１が積層計画から取り出した計画値を記憶する。
【0037】
形状プロファイル受信部６５は、制御プログラム実行部６３が制御プログラムを実行することによって積層された積層造形物１００の断面の形状プロファイルを形状計測器１５から受信する。ここで、形状プロファイルは、積層造形物１００において複数の独立したビードがギャップを形成する場合、この複数の独立したビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイル部分を含むことになる。
本実施の形態では、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する計測部の一例として、形状プロファイル受信部６５を設けている。
本実施の形態では、積層計画に基づいて積層された複数の溶接ビードにそれぞれ対応する複数の形状プロファイルを計測する計測部の一例として、形状プロファイル受信部６５を設けている。
【0038】
図６に、形状プロファイル受信部６５が受信する形状プロファイルの一例を示す。図示するように形状プロファイルを積層の進行に合わせて更新することで、形状プロファイルから積層形状の推移を把握することが可能となる。また、図示するように形状プロファイルにおいて積層されたビードＢ１，Ｂ２，…，Ｂｎに対応する狙い位置Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎを重ねて配置することで、ビードの形状と狙い位置との位置関係を比較することが可能となる。
【0039】
ギャップ幅導出部６６は、形状プロファイル受信部６５が受信した形状プロファイルと、計画値記憶部６４に記憶された計画値とに基づいて、ギャップ幅及び次層の狙い位置を導出する。
【0040】
形状プロファイル受信部６５が図６のような形状プロファイルを受信した場合、この形状プロファイルでは、左右のそれぞれに湾曲したビード壁が存在する。そこで、ギャップ幅導出部６６は、それらのビード壁の頂上に位置するビード間の距離をギャップ幅として導出する。
【0041】
図７に、この場合のギャップ幅の導出方法を示す。図７では、計画上の形状プロファイル６１０を破線で示し、実際の形状プロファイル６２０を実線で示している。また、計画上の形状プロファイル６１０から得られたギャップ幅の計画値をＧａｐＰとし、実際の形状プロファイル６２０から得られたギャップ幅の実績値をＧａｐＧ、ＧａｐＲとしている。レーザ光を用いて得られた形状プロファイル（以下、「センサプロファイル６３０」という）では、太い実線で示すように実形状の一部までしか情報が得られない場合がある。この場合は、見かけ上のビード間最近接距離であるＧａｐＧと、実際のビード間最近接距離であるＧａｐＲとが異なる場合がある。流路屋根の閉合等が計画されている場合においては、ＧａｐＲを把握することが好ましい。よって、ギャップ幅導出部６６は、ＧａｐＧからＧａｐＲを推測する等してもよい。具体的には、ギャップ幅導出部６６は、簡易試験体等からＧａｐＧとＧａｐＲとの関係に即したオフセット値を得ることで、ＧａｐＧをＧａｐＲに変換するとよい。或いは、ギャップ幅導出部６６は、簡易試験体から得たＧａｐＧとＧａｐＲとの関係を機械学習したモデルにＧａｐＧを入力することによりＧａｐＲを推定してもよい。尚、ギャップ幅導出部６６は、ＧａｐＧを導出する際にはセンサプロファイル６３０上の特定位置を用いてよいが、センサプロファイル６３０上のギャップ幅方向に最も突出した先端位置をこの特定位置とするのが好ましい。この先端位置は、図７では、太い実線で示したセンサプロファイル６３０が取得できた範囲６２１と細い実線で示したセンサプロファイル６３０が取得できなかった範囲６２２との境界の点であってよい。また、後述する新たな狙い位置ＴＲＲ，ＴＲＬを先端位置と見なしてもよく、センサプロファイル６３０の取得範囲等を考慮して先端位置を抽出してもよい。
【0042】
本実施の形態では、複数の形状プロファイルに基づいて、ギャップの幅の実績値を導出する導出部の一例として、ギャップ幅導出部６６のこの機能を設けている。
また、本実施の形態では、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出する導出部の一例として、ギャップ幅導出部６６のこの機能を設けている。
更に、本実施の形態では、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置から、複数の溶接ビードの各溶接ビードのギャップの方向に突出した先端位置を推定し、先端位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出する導出部の一例として、ギャップ幅導出部６６のこの機能を設けている。
また、本実施の形態では、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出する導出部の一例として、ギャップ幅導出部６６のこの機能を設けている。
更に、本実施の形態では、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置から、複数の溶接ビードの各溶接ビードのギャップの方向に突出した先端位置を推定し、先端位置間の距離を、ギャップの幅の実績値として導出する導出部の一例として、ギャップ幅導出部６６のこの機能を設けている。
【0043】
また、次層の狙い位置がビードの表面から離れた位置に設定されると、アークの発生不良や積層形状の不良を招く恐れがある。そこで、ギャップ幅導出部６６は、次層の狙い位置も導出する。
【0044】
図７には、この場合の狙い位置の導出方法も示す。ギャップ幅導出部６６は、計画上の狙い位置ＴＰＲ，ＴＰＬをオーバーハング角θＯＨの積層方向であるＶＲ，ＶＬ方向に延伸してセンサプロファイル６３０と交差する点を新たな狙い位置ＴＲＲ，ＴＲＬとして導出する。尚、センサプロファイル６３０とＶＲ，ＶＬ方向とが交差しない場合は、所定のビード形状モデルで補完して得られる形状プロファイルから次層の狙い位置を導出するとよい。
【0045】
積層条件補正部６８は、ギャップ幅導出部６６が導出したギャップ幅の実績値及び新たな狙い位置を、計画値記憶部６４に記憶された計画上のギャップ幅及び狙い位置と比較する。
【0046】
具体的には、積層条件補正部６８は、計画値記憶部６４に記憶されたギャップ幅の計画値と、ギャップ幅導出部６６が導出したギャップ幅の実績値とを比較し、ずれ量εを算出する。ここで、ギャップ幅の実績値とは、センサプロファイルから直接得られる値（例えば、ＧａｐＧ）であってもよいし、センサプロファイルに基づく推定によって得られる値（例えば、ＧａｐＲ）であってもよい。積層条件補正部６８は、算出されたずれ量εに応じた補正量を用いて、次層に積層するビードの積層条件を補正する。例えば、対象とする次層をｋ層とし、その時のずれ量をεｋ、前回とのずれ量の変化量をΔεｋとすると、積層条件補正部６８は、下記式（１）に示す補正量によって溶接速度ＷｅｌｄＶｋを補正してよい。
【0047】
【数1】
【0048】
式（１）はＰＩＤ制御の式であって、Ｋｐは比例ゲイン、Ｋｄは微分ゲイン、Ｋｉは積分ゲイン、θＯＨはオーバーハング角、φは溶接トーチ１３の水平面に対する傾斜角を表す。式（１）では、溶接速度の標準の設定値がオーバーハング角度θＯＨ及び溶接トーチ１３の傾斜角φに基づいて補正され、補正後の溶接速度がギャップ幅のずれ量εに依存した補正項で更に補正される。尚、式（１）の右辺の第２項から第４項は必ずしも全ての項が設けられる必要はない。第２項から第４項の少なくとも１つが設けられていればよい。また、積層の進行に応じて項の追加又は省略を行ってもよい。例えば、式（１）の右辺の第４項は途中の層である第ｍ層から加算されるようにしてよい。この場合、ｍの値は、ずれ量εの収束性に応じて調整してよい。更に、ゲインＫｐ、Ｋｄ、Ｋｉはオーバーハング角θＯＨ等、積層されるビードの状況に応じて調整されてよい。式（１）では、ゲインＫｐがオーバーハング角θＯＨに基づいて修正されている。これは図７に示す通り、ビードの溶着量が同じであってもオーバーハング角θＯＨによってギャップ幅方向への寄与が異なるためである。このように、積層条件補正部６８は、式（１）によって溶接速度を補正するが、式（１）と類似の式によって送給速度を補正してもよい。
【0049】
本実施の形態では、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
また、本実施の形態では、積層条件の標準の設定値にずれ量に応じた比例項、微分項及び積分項の少なくとも何れか１つが加算された補正式の一例として、式（１）を用いている。そして、本実施の形態では、補正式を用いて、積層条件を補正する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
更に、本実施の形態では、積層の進行に応じて、積層条件の標準の設定値に積分項が加算されていない補正式を、積層条件の標準の設定値に積分項が加算された補正式に切り換える補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
また、本実施の形態では、積層条件の標準の設定値にずれ量に応じた比例項、微分項及び積分項の少なくとも何れか１つが加算された補正式の一例として、式（１）を用いている。そして、本実施の形態では、補正式を用いて、積層条件を補正する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
更に、本実施の形態では、積層の進行に応じて、積層条件の標準の設定値に積分項が加算されていない補正式を、積層条件の標準の設定値に積分項が加算された補正式に切り換える補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
【0050】
また、積層条件補正部６８は、形状プロファイル上で、計画値記憶部６４に記憶された計画上の狙い位置と、ギャップ幅導出部６６が導出した新たな狙い位置とを比較する。その際、積層条件補正部６８は、計画上の狙い位置ＴＰＲ，ＴＰＬと新たな狙い位置ＴＲＲ，ＴＲＬとの間の距離ＡＲ，ＡＬを併せて算出する（図７参照）。ここで、新たな狙い位置ＴＲＲ，ＴＲＬはセンサプロファイル６３０上の特定位置であってよい。但し、この特定位置は、前述したように、計画上の狙い位置ＴＰＲ，ＴＰＬをオーバーハング角θＯＨの積層方向であるＶＲ，ＶＬ方向に延伸してセンサプロファイル６３０と交差する位置とするのが好ましい（図７参照）。そして、積層条件補正部６８は、溶接ロボット１０に指示する狙い位置を、下記式（２）の狙い位置間の距離ＡＲ，ＡＬを用いた補正量である補正ベクトルによって、新たな狙い位置ＴＲＲ，ＴＲＬに更新する。
【0051】
【数2】
【0052】
ここで、Ｖｊは、現層の狙い位置から次層の狙い位置へ向かう方向の単位ベクトルである。但し、Ｖｊが水平面となす角は鋭角とする。このような狙い位置の更新を行わないと、積層済みのビードの先端でアークが正しく発生せず、アークが不安定となったり、溶接電源にエラーが発生したりして、装置が止まることがある。
【0053】
本実施の形態では、次層の複数の溶接ビードの各溶接ビードを積層する際の狙い位置の計画値を、複数の形状プロファイルの各形状プロファイルの特定位置に補正する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
【0054】
制御プログラム更新部６９は、積層条件補正部６８が求めた補正量によって制御プログラムを更新する。更新対象とするビードはギャップを形成する両端のビードとする。特に溶着量は独立で調整すると左右のビードの形状が不均衡（非対称）になり易いので、式（１）から導かれた溶接速度又は送給速度の補正量はギャップの両端のビードの積層に適用する。他方、狙い位置の補正量に対しては、ギャップの左側と右側とで個別の調整を加えてよい。例えば、溶接トーチ１３の先端から溶加材１４が所定の方向に曲がっている場合、曲がり方向に合わせたオフセット値の与え方がギャップの左に積層するビードとギャップの右に積層するビードとで異なってもよい。
尚、制御プログラム更新部６９は、狙い位置や溶着量の補正に伴って溶接ロボット１０の姿勢等を併せて修正してもよい。
尚、制御プログラム更新部６９は、狙い位置や溶着量の補正に伴って溶接ロボット１０の姿勢等を併せて修正してもよい。
【0055】
（積層計画装置の動作）
図８は、第１の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）。
次に、積層計画生成部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）。
次に、積層計画出力部４４が、ステップ３０３で生成された積層計画を記録媒体７０に出力する（ステップ３０４）。
図８は、第１の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）。
次に、積層計画生成部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）。
次に、積層計画出力部４４が、ステップ３０３で生成された積層計画を記録媒体７０に出力する（ステップ３０４）。
【0056】
（制御装置の動作）
制御装置５０では、まず、積層計画取得部６１が、記録媒体７０から積層計画を取得し、積層計画に含まれる制御プログラムを制御プログラム記憶部６２に、積層計画に含まれる計画値を計画値記憶部６４にそれぞれ記憶する。そして、制御プログラム実行部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を読み出してこれを実行することにより、第１の実施の形態における造形制御処理の実行を開始する。
制御装置５０では、まず、積層計画取得部６１が、記録媒体７０から積層計画を取得し、積層計画に含まれる制御プログラムを制御プログラム記憶部６２に、積層計画に含まれる計画値を計画値記憶部６４にそれぞれ記憶する。そして、制御プログラム実行部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を読み出してこれを実行することにより、第１の実施の形態における造形制御処理の実行を開始する。
【0057】
図９は、このような造形制御処理の内容を示すフローチャートである。
図示するように、まず、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを１に設定する（ステップ５０１）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを層数ｎまで１ずつ増加させながら、各インデックスｉについて以下の処理を行う。
図示するように、まず、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを１に設定する（ステップ５０１）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを層数ｎまで１ずつ増加させながら、各インデックスｉについて以下の処理を行う。
【0058】
即ち、制御プログラム実行部６３は、積層造形物１００のｉ層目を造形するよう、溶接ロボット１０を制御する（ステップ５０２）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉが層数ｎに達したか否かを判定する（ステップ５０３）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉが層数ｎに達したか否かを判定する（ステップ５０３）。
【0059】
その結果、層のインデックスｉが層数ｎに達していないと判定されれば、形状プロファイル受信部６５が、形状計測器１５から形状プロファイルを受信する（ステップ５０４）。
次いで、ギャップ幅導出部６６が、計画値記憶部６４に記憶された計画値と、ステップ５０４で受信された形状プロファイルとに基づいて、ギャップ幅の実績値及び次層の新たな狙い位置を導出する（ステップ５０５）。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶されたギャップ幅の計画値と、ステップ５０５で導出されたギャップ幅の実績値とを比較して、そのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する（ステップ５０６）。具体的には、積層条件補正部６８は、ずれ量に応じた補正量を求め、この補正量だけ積層条件を補正する。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶された次層の狙い位置の計画値と、ステップ５０５で導出された次層の新たな狙い位置とを比較して、次層の狙い位置を補正する（ステップ５０７）。具体的には、積層条件補正部６８は、狙い位置に関する補正量を求め、この補正量だけ狙い位置を補正する。
次いで、制御プログラム更新部６９が、制御プログラム実行部６３が実行中の制御プログラムを、ステップ５０６及びステップ５０７で求められたた補正量に基づいて更新する（ステップ５０８）。
その後、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉに１を加算して（ステップ５０９）、処理をステップ５０２へ戻す。
次いで、ギャップ幅導出部６６が、計画値記憶部６４に記憶された計画値と、ステップ５０４で受信された形状プロファイルとに基づいて、ギャップ幅の実績値及び次層の新たな狙い位置を導出する（ステップ５０５）。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶されたギャップ幅の計画値と、ステップ５０５で導出されたギャップ幅の実績値とを比較して、そのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する（ステップ５０６）。具体的には、積層条件補正部６８は、ずれ量に応じた補正量を求め、この補正量だけ積層条件を補正する。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶された次層の狙い位置の計画値と、ステップ５０５で導出された次層の新たな狙い位置とを比較して、次層の狙い位置を補正する（ステップ５０７）。具体的には、積層条件補正部６８は、狙い位置に関する補正量を求め、この補正量だけ狙い位置を補正する。
次いで、制御プログラム更新部６９が、制御プログラム実行部６３が実行中の制御プログラムを、ステップ５０６及びステップ５０７で求められたた補正量に基づいて更新する（ステップ５０８）。
その後、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉに１を加算して（ステップ５０９）、処理をステップ５０２へ戻す。
【0060】
一方、層のインデックスｉが層数ｎに達したと判定すれば、制御プログラム実行部６３は、ギャップの閉合を行うよう、溶接ロボット１０を制御し（ステップ５１０）、処理を終了する。
【0061】
（効果）
第１の実施の形態では、複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、ギャップの幅の計画値と実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するようにした。これにより、ギャップの幅を適正な範囲に収めることが可能となった。
第１の実施の形態では、複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、ギャップの幅の計画値と実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するようにした。これにより、ギャップの幅を適正な範囲に収めることが可能となった。
【0062】
［第２の実施の形態］
（概要）
第１の実施の形態における制御装置５０による制御は他の制御と組み合わせてよい。例えば、第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるギャップ幅による制御を、ビードの成長量（以下、単に「成長量」という）による制御と組み合わせるものとする。
例えば、円形のアーチ形状の積層造形物１００では、積層造形物１００の高さの大半を担う層は前半の層（１，２，３，…，ｍ－１層目）であるため、前半の層において積層高さを管理する観点から成長量を制御することが好ましい。後半の層（ｍ，ｍ＋１，…，ｎ層目）においては層数が増加しても積層高さの増加量は小さく、積層高さよりも左右のビード間隔の方が層毎に大きく変化する。従って、左右のビード間隔をギャップ幅と見なしてギャップ幅による制御に切り替えることでビード壁間の間隔を適正な量に調整することができ、閉合ビードの品質を確保し易い。逆に、ビード壁間の間隔が適正な量でないと、裏波ビードの形成不良や溶接金属の溶け落ちによる穴あき等の不具合を招く恐れがある。
（概要）
第１の実施の形態における制御装置５０による制御は他の制御と組み合わせてよい。例えば、第２の実施の形態では、第１の実施の形態におけるギャップ幅による制御を、ビードの成長量（以下、単に「成長量」という）による制御と組み合わせるものとする。
例えば、円形のアーチ形状の積層造形物１００では、積層造形物１００の高さの大半を担う層は前半の層（１，２，３，…，ｍ－１層目）であるため、前半の層において積層高さを管理する観点から成長量を制御することが好ましい。後半の層（ｍ，ｍ＋１，…，ｎ層目）においては層数が増加しても積層高さの増加量は小さく、積層高さよりも左右のビード間隔の方が層毎に大きく変化する。従って、左右のビード間隔をギャップ幅と見なしてギャップ幅による制御に切り替えることでビード壁間の間隔を適正な量に調整することができ、閉合ビードの品質を確保し易い。逆に、ビード壁間の間隔が適正な量でないと、裏波ビードの形成不良や溶接金属の溶け落ちによる穴あき等の不具合を招く恐れがある。
【0063】
図１０は、第２の実施の形態における制御装置５０による他の制御の概要を示す図である。
図示するように、まず、制御装置５０は、積層計画装置３０から取得した制御プログラムを溶接ロボット１０に実行させ、溶接トーチ１３により流路の第１層を造形する（Ｓ２１）。
図示するように、まず、制御装置５０は、積層計画装置３０から取得した制御プログラムを溶接ロボット１０に実行させ、溶接トーチ１３により流路の第１層を造形する（Ｓ２１）。
【0064】
次に、制御装置５０は、形状計測器１５により流路の第１層の断面の形状を計測し、断面の形状の計測結果である形状プロファイルを取得する（Ｓ２２）。
次に、制御装置５０は、Ｓ２２で取得した形状プロファイルから、成長量と次層の狙い位置とを導出する（Ｓ２３）。
次に、制御装置５０は、成長量及び狙い位置について、計画値とＳ２３で導出した値とを比較し、比較結果に基づいて積層条件及び狙い位置を補正する（Ｓ２４）。
次に、制御装置５０は、Ｓ２４で補正した積層条件及び狙い位置に基づいて、制御プログラムを更新する（Ｓ２５）。
次に、制御装置５０は、Ｓ２２で取得した形状プロファイルから、成長量と次層の狙い位置とを導出する（Ｓ２３）。
次に、制御装置５０は、成長量及び狙い位置について、計画値とＳ２３で導出した値とを比較し、比較結果に基づいて積層条件及び狙い位置を補正する（Ｓ２４）。
次に、制御装置５０は、Ｓ２４で補正した積層条件及び狙い位置に基づいて、制御プログラムを更新する（Ｓ２５）。
【0065】
その後、制御装置５０は、Ｓ２１～Ｓ２５を、第２層から第ｍ層まで繰り返す（Ｓ２６）。その際、制御装置５０は、Ｓ２１において、Ｓ２５で更新された制御プログラムを溶接ロボット１０に実行させる。また、図では便宜上Ｓ２２～Ｓ２５を第ｍ層についても実行するように示したが、流路の第ｍ層を造形した後はギャップ幅による制御を行うので、厳密にはＳ２２～Ｓ２５に代えて、図３のＳ１２～Ｓ１５を第ｍ層については実行するとよい。
【0066】
（積層計画装置の機能構成）
第２の実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例は、第１の実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例と同様なので、説明を省略する。
第２の実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例は、第１の実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例と同様なので、説明を省略する。
【0067】
（制御装置の機能構成）
図１１は、第２の実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示す図である。図示するように、第２の実施の形態における制御装置５０は、積層計画取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、制御プログラム実行部６３と、計画値記憶部６４と、形状プロファイル受信部６５と、ギャップ幅導出部６６と、成長量導出部６７と、積層条件補正部６８と、制御プログラム更新部６９とを備える。
図１１は、第２の実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示す図である。図示するように、第２の実施の形態における制御装置５０は、積層計画取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、制御プログラム実行部６３と、計画値記憶部６４と、形状プロファイル受信部６５と、ギャップ幅導出部６６と、成長量導出部６７と、積層条件補正部６８と、制御プログラム更新部６９とを備える。
【0068】
積層計画取得部６１、制御プログラム記憶部６２、制御プログラム実行部６３、計画値記憶部６４、形状プロファイル受信部６５、及びギャップ幅導出部６６については、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【0069】
成長量導出部６７は、形状プロファイル受信部６５が受信した形状プロファイルと、計画値記憶部６４に記憶された計画値とに基づいて、成長量及び次層の狙い位置を導出する。
【0070】
積層条件補正部６８は、第１層から第ｍ－１層については、次の動作を行う。即ち、積層条件補正部６８は、成長量導出部６７が導出した成長量の実績値及び新たな狙い位置を、計画値記憶部６４に記憶された計画上の成長量及び狙い位置と比較する。そして、積層条件補正部６８は、計画値記憶部６４に記憶された成長量の計画値と、成長量導出部６７が導出した成長量の実績値とのずれ量をεとして、式（１）と同様の式により積層条件を更新する。また、積層条件補正部６８は、次層の狙い位置を、式（２）と同じ式により更新する。
本実施の形態では、複数の溶接ビードの各溶接ビードの積層方向の成長量の計画値と、形状プロファイルに基づいて導出された成長量の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する方法である第１補正方法を実行する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
本実施の形態では、複数の溶接ビードの各溶接ビードの積層方向の成長量の計画値と、形状プロファイルに基づいて導出された成長量の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する方法である第１補正方法を実行する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
【0071】
また、積層条件補正部６８は、第ｍ層から第ｎ層については、第１の実施の形態と同じ動作を行う。
本実施の形態では、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する第２補正方法を実行する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
本実施の形態では、ギャップの幅の計画値とギャップの幅の実績値とのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する第２補正方法を実行する補正部の一例として、積層条件補正部６８のこの機能を設けている。
【0072】
更に、本実施の形態では、積層の進行に応じて、積層条件を補正する補正方法を第１補正方法から第２補正方法に切り替える補正部の一例として、積層条件補正部６８を設けている。
【0073】
制御プログラム更新部６９については、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。
【0074】
（積層計画装置の動作）
第２の実施の形態における積層計画装置３０の動作例は、第１の実施の形態における積層計画装置３０の動作例と同様なので、説明を省略する。
第２の実施の形態における積層計画装置３０の動作例は、第１の実施の形態における積層計画装置３０の動作例と同様なので、説明を省略する。
【0075】
（制御装置の動作）
制御装置５０では、まず、積層計画取得部６１が、記録媒体７０から積層計画を取得し、積層計画に含まれる制御プログラムを制御プログラム記憶部６２に、積層計画に含まれる計画値を計画値記憶部６４にそれぞれ記憶する。そして、制御プログラム実行部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を読み出してこれを実行することにより、第２の実施の形態における造形制御処理の実行を開始する。
制御装置５０では、まず、積層計画取得部６１が、記録媒体７０から積層計画を取得し、積層計画に含まれる制御プログラムを制御プログラム記憶部６２に、積層計画に含まれる計画値を計画値記憶部６４にそれぞれ記憶する。そして、制御プログラム実行部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を読み出してこれを実行することにより、第２の実施の形態における造形制御処理の実行を開始する。
【0076】
図１２は、このような造形制御処理の内容を示すフローチャートである。
図示するように、まず、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを１に設定する（ステップ５５１）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを層数ｎまで１ずつ増加させながら、各インデックスｉについて以下の処理を行う。
図示するように、まず、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを１に設定する（ステップ５５１）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉを層数ｎまで１ずつ増加させながら、各インデックスｉについて以下の処理を行う。
【0077】
即ち、制御プログラム実行部６３は、積層造形物１００のｉ層目を造形するよう、溶接ロボット１０を制御する（ステップ５５２）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉが層数ｎに達したか否かを判定する（ステップ５５３）。
次に、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉが層数ｎに達したか否かを判定する（ステップ５５３）。
【0078】
その結果、層のインデックスｉが層数ｎに達していないと判定されれば、形状プロファイル受信部６５が、形状計測器１５から形状プロファイルを受信する（ステップ５５４）。
次いで、形状プロファイル受信部６５は、層のインデックスｉが層数ｍに達したか否かを判定する（ステップ５５５）。
次いで、形状プロファイル受信部６５は、層のインデックスｉが層数ｍに達したか否かを判定する（ステップ５５５）。
【0079】
その結果、層のインデックスｉが層数ｍに達していないと判定されれば、成長量導出部６７が、計画値記憶部６４に記憶された計画値と、ステップ５５４で受信された形状プロファイルとに基づいて、成長量の実績値及び次層の新たな狙い位置を導出する（ステップ５５６）。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶された成長量の計画値と、ステップ５５６で導出された成長量の実績値とを比較して、そのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する（ステップ５５７）。具体的には、積層条件補正部６８は、ずれ量に応じた補正量を求め、この補正量だけ積層条件を補正する。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶された成長量の計画値と、ステップ５５６で導出された成長量の実績値とを比較して、そのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する（ステップ５５７）。具体的には、積層条件補正部６８は、ずれ量に応じた補正量を求め、この補正量だけ積層条件を補正する。
【0080】
一方、層のインデックスｉが層数ｍに達したと判定されれば、ギャップ幅導出部６６が、計画値記憶部６４に記憶された計画値と、ステップ５５４で受信された形状プロファイルとに基づいて、ギャップ幅の実績値及び次層の新たな狙い位置を導出する（ステップ５５８）。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶されたギャップ幅の計画値と、ステップ５５８で導出されたギャップ幅の実績値とを比較して、そのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する（ステップ５５９）。具体的には、積層条件補正部６８は、ずれ量に応じた補正量を求め、この補正量だけ積層条件を補正する。
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶されたギャップ幅の計画値と、ステップ５５８で導出されたギャップ幅の実績値とを比較して、そのずれ量が小さくなるように、積層条件を補正する（ステップ５５９）。具体的には、積層条件補正部６８は、ずれ量に応じた補正量を求め、この補正量だけ積層条件を補正する。
【0081】
次いで、積層条件補正部６８が、計画値記憶部６４に記憶された次層の狙い位置の計画値と、ステップ５５６又はステップ５５８で導出された次層の新たな狙い位置とを比較して、次層の狙い位置を補正する（ステップ５６０）。具体的には、積層条件補正部６８は、狙い位置に関する補正量を求め、この補正量だけ狙い位置を補正する。
次いで、制御プログラム更新部６９が、制御プログラム実行部６３が実行中の制御プログラムを、ステップ５５７及びステップ５６０、又はステップ５５９及びステップ５６０で求められた補正量に基づいて更新する（ステップ５６１）。
その後、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉに１を加算して（ステップ５６２）、処理をステップ５５２へ戻す。
次いで、制御プログラム更新部６９が、制御プログラム実行部６３が実行中の制御プログラムを、ステップ５５７及びステップ５６０、又はステップ５５９及びステップ５６０で求められた補正量に基づいて更新する（ステップ５６１）。
その後、制御プログラム実行部６３は、層のインデックスｉに１を加算して（ステップ５６２）、処理をステップ５５２へ戻す。
【0082】
一方、層のインデックスｉが層数ｎに達したと判定すれば、制御プログラム実行部６３は、ギャップの閉合を行うよう、溶接ロボット１０を制御し（ステップ５６３）、処理を終了する。
【0083】
（効果）
第２の実施の形態では、複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、前半は成長量の計画値と実績値とのずれ量が、後半はギャップの幅の計画値と実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するようにした。これにより、造形物の高さや幅を満足させつつ、ギャップの幅を適正な範囲に収めることが可能となった。
第２の実施の形態では、複数の溶接ビードがギャップを形成する造形物を造形する際に、前半は成長量の計画値と実績値とのずれ量が、後半はギャップの幅の計画値と実績値とのずれ量が小さくなるように、複数の溶接ビードの積層条件を補正するようにした。これにより、造形物の高さや幅を満足させつつ、ギャップの幅を適正な範囲に収めることが可能となった。
【符号の説明】
【0084】
１…金属積層造形システム、１０…溶接ロボット、１３…溶接トーチ、１５…形状計測器、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…積層計画生成部、４４…積層計画出力部、５０…制御装置、６１…積層計画取得部、６２…制御プログラム記憶部、６３…制御プログラム実行部、６４…計画値記憶部、６５…形状プロファイル受信部、６６…ギャップ幅導出部、６７…成長量導出部、６８…積層条件補正部、６９…制御プログラム更新部、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】
