特許 7697918 ロボットの制御装置、制御方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-06-16

(45)【発行日】2025-06-24

(54)【発明の名称】ロボットの制御装置、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20250617BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20250617BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20250617BHJP

【ＦＩ】

B23K9/12 331Q

B23K9/04 G

B23K9/04 Z

B33Y50/02

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022183507

(22)【出願日】2022-11-16

(65)【公開番号】P2024072589

(43)【公開日】2024-05-28

【審査請求日】2024-09-02

(73)【特許権者】

【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

【審査官】松田 長親

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１７４１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１４９５７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／００－９／３２

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

Ｂ２９Ｃ ６４／００

Ｂ２２Ｆ １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接トーチを用いて積層造形を行うロボットの制御装置であって、
造形物の形状情報と、前記溶接トーチのトーチ情報と、前記積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得手段と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成手段と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定手段と、
前記特定手段にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整手段と、
を有し、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定手段は、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する、制御装置。

【請求項2】

前記干渉マップは、３次元座標系における軸と、当該軸回りの角度とを対応付けて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる領域が定義される、請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記干渉マップは、前記造形物を積層造形する際のパスごとに生成される、請求項１に記載の制御装置。

【請求項4】

前記調整手段は、干渉する位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータにオフセットを付与し、連続する位置の姿勢のパラメータにスムージング処理を行うことで、パラメータの調整を行う、請求項１に記載の制御装置。

【請求項5】

前記形状情報に基づいて、前記積層造形のパスごとの前記造形物の形状を予測する予測手段を更に有し、
前記生成手段は、前記予測手段により予測された前記造形物の形状に基づいて前記干渉マップを生成する、請求項１に記載の制御装置。

【請求項6】

前記予測手段は更に、予測したパスごとの前記造形物の形状の外表面を、所定の曲面または曲線モデルによって補間する、請求項５に記載の制御装置。

【請求項7】

溶接トーチを用いて積層造形を行うロボットの制御方法であって、
造形物の形状情報と、前記溶接トーチのトーチ情報と、前記積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得工程と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成工程と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整工程と、
を有し、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定工程において、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する、制御方法。

【請求項8】

コンピュータに、
造形物の形状情報と、溶接トーチのトーチ情報と、積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得工程と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成工程と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整工程と、
を実行させ、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定工程において、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットの制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ロボットを用いて溶接ビードを積層させることで積層造形物を造形することが行われている。また、溶接を自動的に行わせる場合、オペレータは溶接の経路や姿勢を予め教示することが行われている。積層造形を行う際には、すでに造形された溶接ビードや母材の形状や位置を考慮して姿勢を制御する必要がある。

【0003】

例えば、特許文献１では、溶接トーチをモデル化し、パス上の各狙い位置において溶接トーチが造形物に衝突しない角度を算出してトーチ角を設定する構成が開示されている。また、特許文献２では、溶接トーチ姿勢とトーチの位置との関係を定義したテーブルを用いて干渉を判定する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】中国特許出願公開第１１４１６１０４７号明細書

【文献】特許第４３３５８８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

積層造形の際に、積層造形装置の溶接トーチが母材や積層造形物と衝突や干渉した場合、造形が中断されるのみならず、積層造形を再度行うために装置を復旧させる際に長い時間を要する場合がある。そのため、積層造形中の衝突や干渉を回避するように制御する必要がある。しかし、溶接トーチと母材の３次元空間における距離を、溶接トーチの軌跡を構成する複数の点それぞれに対して干渉判定をした場合、膨大な時間を要する。更には、このような干渉判定処理において、漏れも生じ得る。

【0006】

また、溶接トーチと母体との間の距離に基づいて干渉判定を行うことはできる。しかし、その結果を踏まえて、どの方向に溶接トーチが回避すればよいかの姿勢の修正設定も必要となる。このような溶接トーチの干渉判定および回避条件の設定にはユーザの多大な労力を要することとなる。そのため、積層造形に係る溶接トーチの干渉判定に加え、溶接トーチの姿勢の調整を自動的に行う手法が求められていた。

【0007】

上記課題を鑑み、本発明は、積層造形における溶接トーチと造形物との干渉を回避するように自動的に姿勢パラメータを調整することを可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明は以下の構成を有する。すなわち、溶接トーチを用いて積層造形を行うロボットの制御装置であって、
造形物の形状情報と、前記溶接トーチのトーチ情報と、前記積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得手段と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成手段と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定手段と、
前記特定手段にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整手段と、
を有し、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定手段は、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する。

【0009】

また、本発明の別の一形態として、以下の構成を有する。すなわち、溶接トーチを用いて積層造形を行うロボットの制御方法であって、
造形物の形状情報と、前記溶接トーチのトーチ情報と、前記積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得工程と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成工程と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整工程と、
を有し、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定工程において、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する。

【0010】

また、本発明の別の一形態として、以下の構成を有する。すなわち、プログラムであって、
コンピュータに、
造形物の形状情報と、溶接トーチのトーチ情報と、積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得工程と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成工程と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定工程と、
前記特定工程にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整工程と、
を実行させ、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定工程において、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、積層造形における溶接トーチと造形物との干渉を回避するように自動的に姿勢パラメータを調整することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る積層造形システムの構成例を示す概略構成図。

【図2】本発明の一実施形態に係る溶接トーチの先端部の構成例を示す概略図。

【図3】本発明の一実施形態に係る干渉判定を説明するための概念図。

【図4】本発明の一実施形態に係る溶接トーチの干渉判定を説明するための概念図。

【図5】本発明の一実施形態に係る溶接トーチの干渉判定を説明するための概念図。

【図6】本発明の一実施形態に係る溶接トーチの干渉判定を説明するための概念図。

【図7】本発明の一実施形態に係る溶接トーチのパスの調整を説明するためのグラフ図。

【図8】本発明の一実施形態に係る干渉マップの例を示すグラフ図。

【図9A】本発明の一実施形態に係る干渉マップと姿勢との関係の例を示すグラフ図。

【図9B】本発明の一実施形態に係る干渉マップと姿勢との関係の例を示すグラフ図。

【図9C】本発明の一実施形態に係る干渉マップと姿勢との関係の例を示すグラフ図。

【図10】本発明の一実施形態に係る溶接トーチの姿勢のスムージングを説明するためのグラフ図。

【図11】本発明の一実施形態に係る姿勢パラメータの調整に係る処理のフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を説明するための一実施形態であり、本発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。

【0014】

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態について説明を行う。ここでは、積層造形を実行可能な積層造形システムを例に挙げて説明する。しかし、本発明の本質部分を実装可能な構成であれば、これに限定するものではない。

【0015】

［システム構成］
図１は、本発明を適用可能な積層造形システムの概略構成図である。

【0016】

本実施形態に係る積層造形システム１は、積層造形装置１００、および、積層造形装置１００を統括制御する情報処理装置２００を含んで構成される。図１において、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸にて示される３次元座標系を示す。３次元座標系の原点位置は、特に限定するものでは無いが、任意の位置が設定され、この原点位置を基準として、積層造形システム１は積層造形の動作を行う。

【0017】

積層造形装置１００は、溶接ロボット１０４、トーチ１０２に溶加材（溶接ワイヤ）Ｍを供給する溶加材供給部１０５、溶接ロボット１０４を制御するロボットコントローラ１０６、および電源１０７を含んで構成される。

【0018】

溶接ロボット１０４は、多関節ロボットであり、先端軸に設けたトーチ１０２には、溶加材Ｍが連続供給可能に支持される。トーチ１０２は、溶加材Ｍを先端から突出した状態に保持する。トーチ１０２の位置や姿勢は、溶接ロボット１０４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。

【0019】

トーチ１０２は、シールドノズル（不図示）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。本実施形態で用いられるアーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接や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、造形する積層造形物Ｗに応じて適宜選定される。

【0020】

トーチ１０２近傍には、トーチ１０２の動きに追従して移動可能な形状センサ１０１が備えられる。形状センサ１０１は、ベース１０３上に形成された積層造形物Ｗの形状を検知する。本実施形態では、形状センサ１０１により、積層造形物Ｗを構成する溶接ビード１０８（単に、「ビード」とも称する）の高さや位置、幅などを検出可能であるものとする。形状センサ１０１にて検出された情報は、情報処理装置２００へ送信される。なお、形状センサ１０１の構成は、特に限定するものではなく、接触により形状を検出する構成（接触式センサ）であってもよいし、レーザなどにより形状を検出するような構成（非接触式センサ）であってもよい。なお、形成されたビードの形状を導出する手段としては、トーチ１０２近傍に設置された形状センサ１０１に限定するものではない。例えば、形成されたビードの形状を間接的に導出するような構成であってもよい。一例としては、溶接電流や溶加材Ｍの送給速度のプロファイルと、ビードの高さの傾向を示すＤＢ（データベース）を予め規定しておき、造形時の溶接条件に基づいて、形成されたビードの高さを導出するような構成であってもよい。

【0021】

溶接ロボット１０４において、アーク溶接法が消耗電極式の場合、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、溶融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１０２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。溶加材Ｍは、ロボットアーム等に取り付けた繰り出し機構（不図示）により、溶加材供給部１０５からトーチ１０２に送給される。そして、トーチ１０２を移動しつつ、連続送給される溶加材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１０８がベース１０３上に形成される。溶接ビード１０８が積層されることで、積層造形物Ｗが造形される。

【0022】

なお、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、電子ビームやレーザ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。電子ビームやレーザにより加熱する場合、加熱量を更に細かく制御でき、溶接ビード１０８の状態をより適正に維持して、積層造形物Ｗの更なる品質向上に寄与できる。

【0023】

ロボットコントローラ１０６は、情報処理装置２００からの指示に基づき、所定の駆動プログラムにより溶接ロボット１０４を駆動させ、ベース１０３上に積層造形物Ｗを造形させる。つまり、溶接ロボット１０４は、ロボットコントローラ１０６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１０２を移動させる。電源１０７は、ロボットコントローラ１０６に溶接に要する電力を供給する溶接電源である。電源１０７は、複数の制御モードで動作可能であり、制御モードに応じて、ロボットコントローラ１０６への電源供給の際の電力（電流や電圧など）を切り替えることが可能である。溶加材供給部１０５は、情報処理装置２００からの指示に基づき、溶接ロボット１０４のトーチ１０２への溶加材Ｍの供給および送給速度を制御する。

【0024】

情報処理装置２００は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）などの情報処理装置などであってよい。図１に示す各機能は、不図示の制御部が、不図示の記憶部に記憶された本実施形態に係る機能のプログラムを読み出して実行することで実現されてよい。記憶部としては、揮発性の記憶領域であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）や、不揮発性の記憶領域であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などが含まれてよい。また、制御部としては、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、またはＧＰＧＰＵ（Ｇｅｎｅｒａｌ－Ｐｕｒｐｏｓｅ ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔｓ）などが用いられてよい。

【0025】

情報処理装置２００は、造形制御部２０１、電源制御部２０２、送給制御部２０３、ＤＢ管理部２０４、形状データ取得部２０５、教示データ取得部２０６、パラメータ調整部２０７、および周辺装置制御部２０８を含んで構成される。造形制御部２０１は、造形しようとする積層造形物Ｗの設計データ（例えば、ＣＡＤ／ＣＡＭデータなど）に基づき、造形の際のロボットコントローラ１０６に対する制御信号を生成する。ここでの制御信号は、溶接ロボット１０４によるトーチ１０２の移動軌跡や溶接ビード１０８の形成時の溶接条件、溶加材供給部１０５による溶加材Ｍの送給速度などを含む。トーチ１０２の移動軌跡は、ベース１０３上に溶接ビード１０８を形成している最中のトーチ１０２の軌跡に限定するものではなく、例えば、溶接ビード１０８を形成する開始位置へのトーチ１０２の移動軌跡なども含むものとする。

【0026】

電源制御部２０２は、電源１０７によるロボットコントローラ１０６への電源供給（制御モード）を制御する。制御モードに応じて、同じ形状のビードを形成する際の電流や電圧の値、電流の波形（パルス）なども異なり得る。また、電源制御部２０２は、電源１０７から、ロボットコントローラ１０６に対して提供している電流や電圧の情報を適時取得する。

【0027】

送給制御部２０３は、溶加材供給部１０５による溶加材Ｍの送給速度や送給タイミングを制御する。ここでの溶加材Ｍの送給制御は、繰り出し（正送給）のみならず、戻し（逆送給）も含むものとする。ＤＢ管理部２０４は、本実施形態に係るＤＢ（データベース）を管理する。本実施形態に係るＤＢには、例えば、１パスごとの造形結果としてのビードの形状に関する情報が含まれる。ここでのパスは、積層造形物の造形時のトーチ１０２の経路に相当する。形状データ取得部２０５は、形状センサ１０１にて検出された、ベース１０３上に形成された溶接ビード１０８の形状データを取得する。

【0028】

教示データ取得部２０６は、例えば、不図示の教示ペンダントなどを介してオペレータから教示されたパラメータを含む教示データを取得する。造形制御部２０１は、積層造形物Ｗの設計データと教示データとを用いて溶接ロボット１０４を制御することで積層造形物Ｗを造形することができる。本実施形態では、これらのデータをまとめて「積層計画データ」とも記載する。なお、積層計画データに含まれるデータは、特に限定するものではない。パラメータ調整部２０７は、後述する処理により、トーチ１０２と造形物等の干渉を判定し、トーチ１０２の姿勢を調整するためのパラメータを算出する。積層計画データは、パラメータ調整部２０７にて算出されたパラメータに基づいて調整される。

【0029】

周辺装置制御部２０８は、積層造形システム１が備える溶接ロボット１０４の周りに備えられた周辺装置の動作を制御する。周辺装置は、図１では不図示であるが、例えば、積層造形物Ｗが造形されるベース１０３の位置や姿勢を調整するためのポジショナや、溶接ロボット１０４を所定方向にスライドさせることが可能なスライダなどが挙げられる。したがって、溶接ロボット１０４は、これらの周辺装置と連動して積層造形の動作を行ってよい。

【0030】

また、本実施形態に係る設計データにおける座標系と、溶接ロボット１０４の座標系とは対応付けられており、任意の位置を原点として、３次元における位置が規定されるように座標系の３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）が設定されているものとする。

【0031】

上記構成の積層造形システム１は、積層計画データにて規定されるトーチ１０２の移動軌跡と、干渉判定の結果に応じて算出されるパラメータに従って、トーチ１０２を溶接ロボット１０４の駆動により移動させながら、溶加材Ｍを溶融させ、溶融した溶加材Ｍをベース１０３上に供給する。これにより、ベース１０３の上面に複数の線状の溶接ビード１０８が並べられて積層された積層造形物Ｗが造形される。

【0032】

［干渉判定］
図２は、トーチ１０２の先端部の形状の例を示す概略図である。トーチ１０２の先端部はテーパ状になっており、最先端部の幅Ｗ１とし、先端部から遠くなるに従って、最大幅Ｗ２となる。このテーパ状の部分の長さをＬにて示す。例えば、Ｗ１＝２０［ｍｍ］、Ｗ２＝２５［ｍｍ］、Ｌ＝２１．５［ｍｍ］として構成されてよい。このような、積層造形に用いられるトーチ１０２の情報として、トーチノズル口径やノズルの長さなどが予めトーチ情報として管理される。

【0033】

図３は、トーチ１０２と、母材や積層造形物との干渉判定の概念を説明するための概念図である。ここでは、トーチ１０２は、複数の点にてモデル化され、その最先端部を点１０２ａにて示す。また、母材３００等の表面も複数の点（例えば、点３０１）にてモデル化される。ここでは、トーチ１０２や母材３００や造形物は、一定間隔の点にて構成されるが、その点の間隔は特に限定するものではない。

【0034】

例えば、図３に示すように、トーチ１０２を構成する点と、母材や造形物を構成する点との３次元空間上における距離判定を行うことで、干渉判定を行う。例えば、点間の距離に対して、一定の閾値を設け、その距離が閾値以下となった場合には、干渉しているものと判定してよい。

【0035】

図４は、図２に示すトーチ１０２の構成例に基づいて、３次元空間上でのトーチ１０２が位置する空間を示す概念図である。ここでは、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸にて３次元座標系を示し、そこにトーチ１０２が位置しているものとする。図３に示すようにトーチ１０２をモデル化し、トーチ１０２が占有する領域を干渉判定に用いる。領域Ｒは、３次元空間内においてトーチ１０２が位置するものとして扱われる領域を示す。ここでは、領域Ｒをトーチ１０２が内接する空間として円柱形状にて示すが、他の形状であってもよい。領域Ｒに関し、ｘ軸方向の長さ（直径）をＬｘにて示し、ｙ軸方向の長さ（直径）をＬｙにて示す。ここでは、ｚ方向については省略しているが、同様に定義できる。

【0036】

領域Ｒは、トーチ１０２の形状、位置、姿勢によって変動し得る。また、領域Ｒは、トーチ１０２の移動方向を考慮して設定されてもよい。

【0037】

図５は、積層造形の際の干渉を説明するための図である。ここでは、ｘ軸方向に沿って水平方向から見た図であり、横方向をｙ軸とし、高さ方向をｚ軸とする。トーチ１０２の周辺には、母材３００が配置され、また、ビード３５０が４層（４パス）にて形成された例を示す。なお、図５では、トーチ１０２の先端部の形状を用いて説明するが、図４の領域Ｒのようにトーチ１０２の形状に対応して円柱状の構成にて干渉判定を行ってもよい。

【0038】

ここで、トーチのｘ座標（図面奥行方向）の位置をｘ_ｔとする（ｘ＝ｘ_ｔ）。また、ｘ軸回りのトーチ１０２の回転角をθｘにて示す。また、ｙ軸方向におけるビード３５０の端部の位置をｙ_Ｂとして示す。更に、ｙ軸方向におけるトーチ１０２の端部の位置をｙ_Ｔとして示す。このとき、ｙ_Ｔは、ビード３５０の高さ（ｚ軸方向の値）に対応して、トーチ１０２のｙ軸方向の値に基づいて特定されてよい。

【0039】

干渉判定においては、図５の例の場合、以下のように扱うことができる。
ｙ_Ｔ＞ｙ_Ｂ：干渉無し
ｙ_Ｔ＝ｙ_Ｂ：干渉境界（干渉有りと判定可能）
ｙ_Ｔ＜ｙ_Ｂ：干渉有り

【0040】

図６は、３次元座標系において、積層造形動作を行っている際の別の例を示す。図５と同様に、トーチ１０２の周辺に母材３００が配置され、また、ビード３５０が５層（５パス）にて形成された例を示している。また、３次元座標系と、その軸回りの回転角θ_ｘ、θ_ｙ、θ_ｚを示している。ここでは、トーチ１０２は、ｘ軸方向に沿って移動する例を示している。

【0041】

積層造形中のトーチ１０２と、母材３００やビード３５０との干渉を回避するため、トーチ１０２は移動位置に応じて姿勢を調整する必要がある。特に、ビード３５０については、積層造形が進むにつれてその形状（幅や高さ）が変化するため、そのような変化に対応してトーチ１０２の姿勢を制御する必要がある。

【0042】

本実施形態では、トーチ１０２のパスごとにその周辺に位置する母材やビードの位置と、トーチ１０２との干渉が生じる、トーチ１０２の位置および姿勢の制御パラメータを定義したマップ（以下、「干渉マップ」と称する）を用い、積層計画データに基づくトーチ１０２の制御パラメータを調整する。ここでの調整する制御パラメータとして、トーチ１０２の姿勢、すなわち、３次元空間に対応して定義された３次元座標軸回りの回転角が挙げられる。つまり、ある狙い位置における母材やビードとトーチ１０２との干渉／非干渉は、母材やビードの位置とトーチ１０２の位置や姿勢に応じて変化する。

【0043】

図７は、干渉マップとトーチ１０２のｘ軸回りの回転角θ_ｘとの関係の例を示す図である。ここでは、ｙ軸とｚ軸の値は固定とする。図７において、横軸はｘ軸上のｘの値を示し、縦軸はｘ軸回りの回転角θ_ｘを示す。また、干渉マップ上において、母材３００と、ビード３５０の領域が示される。さらに、線４００は、トーチのｘの座標における回転角θ_ｘを示す。

【0044】

ここで、母材３００またはビード３５０の領域と、線４００とが重複する姿勢パラメータ（ｘ，θ_ｘ）は、トーチ１０２と、母材３００またはビード３５０とが干渉することを意味する。したがって、これらが干渉しないように、パラメータを調整する必要がある。

【0045】

図７の例では、上から順にパラメータを調整する流れを示している。まず、線４００は、初期値を示す。そして、線４０１に示すように、干渉が生じないように調整する。調整方法は特に限定するものではない。例えば、調整は、干渉が生じないように干渉している位置の回転角を干渉が生じる境界（以下、「干渉境界」とも称する）に変更するような構成であってもよいし、あるｘ軸の値において干渉が生じない領域の中点となる回転角を用いてもよい。もしくは、予め設定されたオフセット値を用いて調整してもよい。

【0046】

さらに、線４０２に示すように、スムージング処理を行う。スムージングの方法は特に限定するものではない。例えば、スムージング処理は、連続する位置の回転角θの差異が所定の範囲以内となるように行われてもよい。これにより、トーチ１０２の移動の際に急激な回転角の変化を抑制することができる。

【0047】

図８は、図７と同様に、干渉マップの構成例を示す。横軸は、座標軸（ここでは、ｘ軸）の値を示し、縦軸は座標軸回りの回転角（ここでは、回転角θ_ｘ）を示す。また、領域８０１が母材に対応し、領域８０２がビードに対応する。干渉マップは、軸ごと、更には、パスごとに設けられる。すなわち、積層造形物が１０パスにて形成される場合には、３（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸に対応）×１０（１０パスそれぞれに対応）＝３０の干渉マップが用いられる。

【0048】

図９Ａ～図９Ｃは、１つのパスに対応して設けられる各軸に対応した干渉マップの例を示す。以下の例では、ｘ軸回りの回転角θ_ｘの調整を行う場合について説明する。本例では、図６に示すように、ｘ軸方向に沿って造形が行われるものとし、そのため、ｙ軸の値およびｚ軸の値は固定となる。したがって、パスの造形方向（トーチ１０２の移動方向）によって３軸のうちのどのパラメータを調整するかは適宜異なる。

【0049】

図９Ａは、ｘ軸方向に対応した干渉マップであり、初期値である線９０３を設定した状態を示す。横軸はｘ軸上の値を示し、縦軸はｘ軸回りの回転角を示す。初期値は、予め規定されていてもよいし、積層計画データなどにて指定されていてもよい。領域９０１は母材に対応し、領域９０２はその時点で造形済みのビードに対応する。

【0050】

図９Ｂは、ｙ軸に対応した干渉マップであり、初期値である点９１３を設定した状態を示す。上述したように、ｙ軸の値およびｙ軸回りの回転角θ_ｙは固定となるため、点にて示す。横軸はｙ軸上の値を示し、縦軸はｙ軸回りの回転角を示す。初期値は、予め規定されていてもよいし、積層計画データなどにて指定されていてもよい。領域９１１は母材に対応し、領域９１２はその時点で造形済みのビードに対応する。

【0051】

図９Ｃは、ｚ軸に対応した干渉マップであり、初期値である点９２３を設定した状態を示す。上述したように、ｚ軸の値およびｚ軸回りの回転角θ_ｚは固定となるため、点にて示す。横軸はｚ軸上の値を示し、縦軸はｚ軸回りの回転角を示す。初期値は、予め規定されていてもよいし、設計データなどにて指定されていてもよい。領域９１１は母材に対応する。

【0052】

図１０は、図９Ａ～図９Ｃに示した干渉マップに基づいて、ｘ軸回りの回転角θ_ｘの調整経過を示す。図７と同様に、干渉判定を行い、干渉が生じない回転角に調整したうえで、スムージング処理が行われる。線９０３では、トーチ１０２と母材との干渉が生じている。線９０４では、干渉が生じないように調整されている。更に、線９０５、線９０６のようにスムージング処理を行うことで、急激な回転角の変更を生じさせないようなトーチ１０２の姿勢制御が可能となる。

【0053】

なお、図１０の例では、ｙ軸の姿勢パラメータ（ｙ，θ_ｙ）およびｚ軸の姿勢パラメータ（ｚ，θ_ｚ）を調整することなく、ｘ軸の姿勢パラメータ（ｘ，θ_ｘ）のみを調整することで、干渉が生じない制御パラメータを得ることが可能な場合を示した。一方、積層造形の経過によっては、ｙ軸やｚ軸の姿勢パラメータを固定した状態では、ｘ軸回りの干渉が生じない回転角が存在しない場合がある。このような場合には、ｙ軸回りやｚ軸回りの値を同時並行的に調整することで、いずれの軸方向においても干渉が生じないようにしてよい。

【0054】

［処理フロー］
図１１は、本実施形態に係るトーチ１０２の姿勢パラメータの調整に係る処理のフローチャートである。本処理フローは、情報処理装置２００により実行される。例えば、情報処理装置２００が備えるＣＰＵなどの処理部が図１に示した各部位を実現するためのプログラムを記憶部（不図示）から読み出して実行することにより実現されてよい。また、本処理フローが実行される前に、積層造形のための積層計画データが準備されているものとする。なお、本処理フローは、積層造形の動作が開始される前に予め実施されてもよいし、積層造形の動作の際に平行して実行されてもよい。

【0055】

Ｓ１１０１にて、情報処理装置２００は、積層計画データから、形状情報、トーチ情報、および運棒情報を取得する。形状情報は、積層造形物の最終的な形状のほか、パスごとの形状に係る情報を含む。形状情報は、例えば、母材を含む積層造形物のＣＡＤ情報をスライスや分割したものであってもよい。形状情報には、１パスごとのビードの積層造形を定義したものや、これを予測したものが含まれてよい。このような情報を含むことで、トーチ１０２の干渉を正確に予測することが可能となる。なお、ビードの積層を予測する手法としては、例えば、特開２０２２－０７１６９２号公報や特開２０２２－０９３０２３号公報に記載の手法が用いられてよい。

【0056】

また、形状情報において、積層造形物に関するデータの表現形式に依存して、いびつな凹凸等を含む場合には、例えば、所定の曲面や曲線モデルによって外表面を補間することで外表面を平滑化するなどしてもよい。平滑化の手法については特に限定するものではなく、公知の手法が用いられてよい。トーチ情報は、図２に示したようなトーチ１０２の形状に係る情報の他、トーチ１０２がとり得る姿勢の情報を含んでよい。トーチ情報により、例えば、図４に示すような領域Ｒを特定することができる。運棒情報は、例えば、図９Ａに示した線９０３に対応する造形に係る姿勢の初期値が含まれる。初期値は、例えば、上記の姿勢パラメータに対応して、各軸の座標（ｘ，ｙ，ｚ）および各軸回りの角度（θ_ｘ，θ_ｙ，θ_ｚ）の形式にて示されてよい。また、運棒情報には、ビードを形成する際のトーチ１０２の移動経路、あるパスの終了位置から次のパスの開始位置までのトーチの移動経路、パスの積層順などが含まれてよい。

【0057】

Ｓ１１０２にて、情報処理装置２００は、Ｓ１１０１にて取得した形状情報に基づいて、未処理のパスのうちの１のパスに着目する。通常、積層造形において、造形するパスの順番は予め規定されているため、情報処理装置２００は、その順番に従って、順に着目する。

【0058】

Ｓ１１０３にて、情報処理装置２００は、Ｓ１１０１にて取得した各種情報に基づいて、複数の軸および複数のパスに対応する複数の干渉マップを作成する。すなわち、図８に示すような干渉マップが作成される。ここでの干渉マップの作成方法としては、例えば、図５に示すように母材や造形済みのビードの端部座標（例えば、図５のｙ_Ｂ）を特定することで生成してよい。もしくは、積層造形物や母材に対して３次元の形状モデルを定義して干渉マップを作成してもよい。

【0059】

Ｓ１１０４にて、情報処理装置２００は、Ｓ１１０３にて作成した干渉マップに対して、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸における初期値を設定する。例えば、図９Ａ～図９Ｃに示すように各軸における姿勢パラメータである回転角の初期値を設定する。姿勢パラメータの初期値は、例えば、運棒情報にて規定されてよい。図９Ａ～図９Ｃに示したように、トーチ１０２の移動経路に応じて、３つの軸のうちの２つの軸を固定し、１つの軸を変更するように設定してよい。

【0060】

Ｓ１１０５にて、情報処理装置２００は、Ｓ１１０３にて作成した干渉マップと、Ｓ１１０４にて設定した初期値とを比較することで、干渉判定を行う。

【0061】

Ｓ１１０６にて、情報処理装置２００は、Ｓ１１０５の干渉判定の結果、３つの軸の少なくとも一部に干渉が生じているか否かを判定する。少なくとも一部に干渉が生じている場合（Ｓ１１０６にてＹＥＳ）、情報処理装置２００の処理は、Ｓ１１０７へ進む。一方、いずれにも干渉が生じていない場合（Ｓ１１０６にてＮＯ）、情報処理装置２００の処理はＳ１１１９へ進む。ここでの干渉判定において、干渉境界上に位置する場合には、干渉すると判定してよい。

【0062】

Ｓ１１０７にて、情報処理装置２００は、干渉マップが示す干渉位置において、干渉が生じないように運棒情報を更新する。このとき、同じ軸回りの回転角を変更することで干渉を回避できる場合には、回転角を更新する。回転角の変更で干渉を回避できない場合には、他の軸回りの回転角を変更する。

【0063】

Ｓ１１０８にて、情報処理装置２００は、Ｓ１１０７の更新結果に対し、スムージング処理を行う。例えば、図７や図１０に示したようにスムージング処理を行う。なお、Ｓ１１０７にて１つの軸の運棒情報のみを更新した場合には、その軸に対するスムージング処理を行ってよい。一方、Ｓ１１０７にて２つ以上の軸の運棒情報を更新した場合には、それらすべてに対してスムージング処理を行ってよい。その後、情報処理装置２００の処理は、Ｓ１１０５へ戻り、再度干渉判定を行う。なお、１回の処理にて干渉を回避できる場合には、当該着目パスへの処理を終了することとし、Ｓ１１０９へ進んでもよい。

【0064】

Ｓ１１０９にて、情報処理装置２００は、着目パスの運棒情報を決定する。つまり、着目パスに対するトーチ１０２の姿勢パラメータ（ｘ，θｘ）が決定される。

【0065】

Ｓ１１１０にて、情報処理装置２００は、形状情報において未処理のパスがあるか否かを判定する。未処理のパスが有る場合（Ｓ１１１０にてＹＥＳ）、情報処理装置２００の処理は、Ｓ１１０２へ戻り、次の未処理のパスに着目して処理を繰り返す。一方、未処理のパスが無い場合（Ｓ１１１０にてＮＯ）、情報処理装置２００の処理はＳ１１１１へ進む。

【0066】

Ｓ１１１１にて、情報処理装置２００は、形状情報、および決定した運棒情報に基づいて造形動作を実施する。そして、本処理フローを終了する。

【0067】

以上、本実施形態により、積層造形における溶接トーチと造形物との干渉を回避するように自動的に姿勢パラメータを調整することが可能となる。

【0068】

＜その他の実施形態＞
上記の実施形態では、図７に示すように１のパス（例えば、線４００）に対して全体を調整するような構成の例を示した。しかし、これに限定するものではなく、いくつかの姿勢パラメータをサンプリングして調整するような構成であってもよい。より具体的には、線４００に含まれる複数の連続する姿勢パラメータのうち、所定間隔ごとの姿勢パラメータ（ｘ，θ_ｘ）を対象として調整を行い、その結果を用いてスムージング処理を行ってもよい。

【0069】

また、本発明において、上述した１以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。

【0070】

また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ））によって実現してもよい。

【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） 溶接トーチ（例えば、１０２）を用いて積層造形を行うロボット（例えば、１００）の制御装置（例えば、２００）であって、
造形物の形状情報と、前記溶接トーチのトーチ情報と、前記積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得手段（例えば、２０４、２０６）と、
前記形状情報および前記トーチ情報に基づいて、前記造形物と前記溶接トーチとの干渉が生じる前記溶接トーチの位置および姿勢のパラメータを示す干渉マップを生成する生成手段（例えば、２０７）と、
前記干渉マップと、前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定手段（例えば、２０７）と、
前記特定手段にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整手段（例えば、２０７）と、
を有し、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定手段は、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する、制御装置。

【0072】

この構成によれば、積層造形における溶接トーチと造形物との干渉を回避するように自動的に姿勢パラメータを調整することが可能となる。

【0073】

（２） 前記干渉マップは、３次元座標系における軸と、当該軸回りの角度とを対応付けて、前記造形物が位置する領域が定義される、（１）に記載の制御装置。

【0074】

この構成によれば、各軸に応じた姿勢パラメータに対応した干渉マップを用いて、より精度良く干渉判定を行うことが可能となる。

【0075】

（３） 前記干渉マップは、前記造形物を積層造形する際のパスごとに生成される、（１）または（２）に記載の制御装置。

【0076】

この構成によれば、積層造形によって順番に形成されるビードの形状に対応して干渉判定を行うことが可能となる。

【0077】

（４） 前記調整手段は、干渉する位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータにオフセットを付与し、連続する位置の姿勢のパラメータにスムージング処理を行うことで、パラメータの調整を行う、（１）から（３）のいずれかに記載の制御装置。

【0078】

この構成によれば、急激な溶接トーチの姿勢の変更を抑制し、スムーズな積層造形を行うことが可能となる。

【0079】

（５） 前記形状情報に基づいて、前記積層造形のパスごとの前記造形物の形状を予測する予測手段（例えば、２０７）を更に有し、
前記生成手段は、前記予測手段により予測された前記造形物の形状に基づいて前記干渉マップを生成する、（１）から（４）のいずれかに記載の制御装置。

【0080】

この構成によれば、積層造形によって順番に形成されるビードの形状に対応して干渉判定を行うことが可能となる。特に、バスごとの形状情報が存在しない場合でもその形状を予測して干渉判定を行うことが可能となる。

【0081】

（６） 前記予測手段は更に、予測したパスごとの前記造形物の形状の外表面を、所定の曲面または曲線モデルによって補間する、（５）に記載の制御装置。

【0082】

この構成によれば、予測結果においていびつな形状や不連続な形状が生じるような場合でも、形状を安定化させ、精度のよい干渉判定が可能となる。

【0083】

（７） 溶接トーチ（例えば、１０２）を用いて積層造形を行うロボット（例えば、１００）の制御方法であって、
造形物の形状情報と、前記溶接トーチのトーチ情報と、前記積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得工程（例えば、Ｓ１１０１）と、
前記形状情報に基づいて、前記造形物が位置する領域を示す干渉マップを生成する生成工程（例えば、Ｓ１１０３）と、
前記干渉マップと、前記トーチ情報および前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定工程（例えば、Ｓ１１０５、Ｓ１１０６）と、
前記特定工程にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整工程（例えば、Ｓ１１０７、Ｓ１１０８）と、
を有し、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定工程において、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する、制御方法。

【0084】

この構成によれば、積層造形における溶接トーチと造形物との干渉を回避するように自動的に姿勢パラメータを調整することが可能となる。

【0085】

（８） コンピュータ（例えば、２００）に、
造形物の形状情報と、溶接トーチ（例えば、１０２）のトーチ情報と、積層造形の際の前記溶接トーチの運棒情報とを取得する取得工程（例えば、Ｓ１１０１）と、
前記形状情報に基づいて、前記造形物が位置する領域を示す干渉マップを生成する生成工程（例えば、Ｓ１１０３）と、
前記干渉マップと、前記トーチ情報および前記運棒情報にて規定される前記溶接トーチの位置および姿勢とに基づいて、前記溶接トーチと前記造形物との干渉が生じる位置を特定する特定工程（例えば、Ｓ１１０５、Ｓ１１０６）と、
前記特定工程にて特定された位置における前記溶接トーチの姿勢のパラメータを調整する調整工程（例えば、Ｓ１１０７、Ｓ１１０８）と、
を実行させ、
前記干渉マップは、３次元座標系における複数の軸それぞれに対応して生成され、
前記特定工程において、前記複数の軸それぞれのいずれかにて干渉が生じている位置の姿勢のパラメータを、修正を行うパラメータとして特定する、プログラム。

【0086】

この構成によれば、積層造形における溶接トーチと造形物との干渉を回避するように自動的に姿勢パラメータを調整することが可能となる。

【符号の説明】

【0087】

１…積層造形システム
１００…積層造形装置
１０１…形状センサ
１０２…トーチ
１０３…ベース
１０４…溶接ロボット
１０６…ロボットコントローラ
１０７…電源
１０８…溶接ビード
２００…情報処理装置
２０１…造形制御部
２０２…電源制御部
２０３…送給制御部
２０４…ＤＢ（データベース）管理部
２０５…形状データ取得部
２０６…教示データ取得部
２０７…パラメータ調整部
２０８…周辺装置制御部
Ｗ…積層造形物
Ｍ…溶加材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】