WO2018168881A1 - 積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a layered object, a manufacturing system, and a manufacturing program.
  • a 3D printer using a metal material uses a heat source such as a laser or an arc to melt a metal powder or a metal wire, and laminates the molten metal to form a model.
  • Patent Document 1 includes a step of generating shape data representing the shape of a mold, a step of dividing a mold into a laminate along contour lines based on the generated shape data, and the obtained laminate.
  • the bead stacking position is determined by estimating the height and shape of the next layer, and the molten bead is stacked.
  • the actual molten bead height h now is the planned molten bead planned height h k. And may be different.
  • the shielding property of the shield gas SG becomes unstable, which affects the quality of the modeled object. There is. Also, as shown in FIG.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to appropriately manage the height of the molten bead of each layer in the layered modeling, to improve the quality of the modeled object,
  • An object of the present invention is to provide a manufacturing method, a manufacturing system, and a manufacturing program for a layered object that can prevent interference with the layering apparatus.
  • the above object of the present invention can be achieved by the following constitution. (1) obtaining shape data representing the shape of the model; Dividing the shaped object into a plurality of layers parallel to each other based on the shape data, and generating layer shape data representing the shape of each layer; Forming a molten bead for each layer, and laminating the molten bead until the shape of the shaped article is formed; With The formation of the molten bead in each layer is as follows: Forming a molten bead by a laminating apparatus based on the layer shape data of each layer; Measuring the height of the formed molten bead; Comparing whether the measured melt bead height is within a tolerance with respect to the expected height; When the height of the molten bead is lower than a value obtained by subtracting the tolerance with respect to the expected height, a step of forming another molten bead on the molten bead, When the height of the molten bead is higher than a value
  • a laminating apparatus that forms a molten bead of the plurality of layers based on layer shape data representing the shape of each of the layers obtained by dividing the shaped object into a plurality of layers parallel to each other;
  • a cutting device capable of cutting the molten bead formed by the laminating device;
  • a height measuring device for measuring the height of the formed molten bead;
  • the laminating apparatus is controlled to form the molten beads of the plurality of layers based on the layer shape data of the layers, and the height measuring device is measured for each formation of the molten beads of the layers.
  • the laminating apparatus is controlled to form another molten bead on the molten bead, and the height of the molten bead is A control device for controlling the cutting device to delete the molten bead when the estimated height is higher than the value obtained by adding the tolerance;
  • a manufacturing system for a layered object comprising: (4) Using the layer shape data representing the shape of each layer obtained by dividing the shaped product into a plurality of layers based on the shape data representing the shape of the shaped product, the molten bead of each layer is formed, and the modeling A manufacturing program for a layered object that executes a procedure of laminating the molten beads until a shape of an object is formed,
  • the formation of the melt bead of each layer includes a procedure for forming a melt bead by a laminating apparatus based on layer shape data of each layer, a procedure for measuring the height of the formed
  • the manufacturing method, manufacturing system, and manufacturing program of the layered object of the present invention it is possible to set the height of the molten bead in each layer as planned at the time of layered modeling, and as a result, the molten metal planned in advance.
  • the accuracy of molding can be ensured by suppressing an error from the stacking position.
  • the shielding performance by the shielding gas can be secured, not only leading to quality assurance, but also preventing damage due to collision with the laminating equipment such as the welding torch. .
  • the layered object manufacturing system 10 of the present embodiment includes a welding robot 20, a cutting robot 30, a height measuring device 40, a control device 50, a CAD / CAM device 51, and a trajectory.
  • Planning means 52 and memory 53 are provided. That is, in this embodiment, the existing welding robot 20 is used as the laminating apparatus of the present invention, and the existing cutting robot 30 is used as the cutting apparatus of the present invention.
  • the manufacturing system 10 of the layered object has the welding torch 22 based on the layer shape data representing the shape of each layer L1... Lk of the layered object 11 while melting the filler material (wire) W by the welding robot 20. It moves and the laminated bead 61 is shape
  • a molten bead 61 is continuously laminated in a spiral shape (that is, the end portion of the previous layer molten bead 61 and the start end portion of the next layer molten bead 61 are formed.
  • the case where a substantially cylindrical shape is molded is shown by being continuous, the layered object 11 can be set to an arbitrary shape.
  • the welding robot 20 is an articulated robot and includes a welding torch 22 at the distal end portion of the distal arm 21.
  • the tip arm 21 can be moved three-dimensionally, and the welding torch 22 can be moved to any position in any posture by controlling the posture and position of the tip arm 21 with the control device 50. .
  • the welding torch 22 is provided with a substantially cylindrical shield nozzle to which a shield gas SG (see FIG. 3) is supplied, a contact tip (not shown) arranged inside the shield nozzle, and held by the contact tip to supply a melting current.
  • the welding torch 22 feeds the filler material W, generates an arc while flowing the shield gas SG, melts and solidifies the filler material W, and laminates a molten bead 61 on the base 60 to perform additive manufacturing.
  • An object 11 is formed.
  • the welding torch 22 may be a non-molten electrode type that supplies a filler metal from the outside.
  • the cutting robot 30 is an articulated robot, similar to the welding robot 20, and includes a metal processing tool 32 such as an end mill or a grinding wheel at the tip of the tip arm 31.
  • a metal processing tool 32 such as an end mill or a grinding wheel at the tip of the tip arm 31.
  • the cutting robot 30 can be moved three-dimensionally by the control device 50 so that the processing posture can take an arbitrary posture.
  • the cutting robot 30 processes the molten bead 61 formed by the welding robot 20 to a desired height with the metal processing tool 32 as necessary.
  • the height measuring device 40 is a device for measuring the height h now of the molten bead 61, and any height measuring device such as a contact type or a non-contact type can be used. Since the temperature is high, it is preferable to use a non-contact type measuring device such as a laser type or an imaging type.
  • the height measuring device 40 measures the height h now of the molten bead 61 every time one layer of the molten bead 61 is formed.
  • the CAD / CAM device 51 generates shape data of the layered object 11 to be formed, and then divides the data into a plurality of layers to generate layer shape data representing the shape of each layer L1.
  • the trajectory planning means 52 generates a movement trajectory of the welding torch 22 based on the layer shape data.
  • the memory 53 stores the generated layer shape data, the movement trajectory of the welding torch 22, and the like.
  • the control device 50 executes the manufacturing program stored therein, thereby controlling the welding robot 20 based on the layer shape data stored in the memory 53 and the movement trajectory of the welding torch 22, and as will be described later.
  • the movement of the welding robot 20 and the cutting robot 30 is controlled in accordance with the state of the molten bead 61 of each layer.
  • shape data representing the shape of the layered object 11 is created by the CAD / CAM device 51, and the inputted shape data (CAD data) is divided into a plurality of layers L1... Lk. Then, layer shape data representing the shape of each layer L1... Lk is generated (step S1).
  • the layer shape data representing the shape of each layer L1... Lk is the movement locus of the welding torch 22, that is, the lamination locus of the molten bead 61.
  • the division of the shape data of the layered object 11 into a plurality of layers is preferably performed in a direction substantially orthogonal to the lamination direction of the molten beads 61. That is, when the laminated bead 61 is laminated in the vertical direction to form the layered object 11, the molten bead 61 is divided in the horizontal direction, and when the molten bead 61 is laminated in the horizontal direction to form the layered object 11, the vertical direction. Divide into below, the case where the lamination bead 11 is formed by laminating the molten beads 61 in the vertical direction will be described.
  • the trajectory planning means 52 moves the trajectory of the welding torch 22 in each layer L1... Lk and the planned height h k of the molten bead 61 in which the molten beads 61 of each layer L1.
  • a specific lamination plan of the molten bead 61 is created (step S2).
  • the planned height h k is the total height (total height) of the laminated molten beads 61.
  • the planned height of the melt bead 61 for each layer L1... Lk may be the same, or may be a height different for each layer according to the layer shape data of each layer L1.
  • the welding torch 22 is moved along the planned movement trajectory, and the first layer molten bead 61 is stacked on the base 60 (step S5).
  • the height measuring device 40 measures the height h now of the first-layer molten bead 61.
  • the height h now of the melt bead 61 is measured each time the melt bead 61 of each layer L1... Lk is formed.
  • step S6 it is compared whether or not the measured height h now of the molten bead 61 is within the tolerance ⁇ with respect to the planned height h k . Specifically, it is determined whether or not the measured height h now of the melt bead 61 is equal to or greater than the value obtained by subtracting the tolerance ⁇ from the planned height h k (step S6).
  • step S6 when it is determined that the height h now of the molten bead 61 is smaller than the value obtained by subtracting the tolerance ⁇ from the planned height h k , the process returns to step S5 and is placed on the first layer of molten bead 61. further stacking additional molten bead 61a, performs again compared with the height h now planned height h k by measuring the molten bead 61.
  • the height h now of the melt bead 61 is brought close to the planned height h k .
  • the height h now molten bead 61 is smaller than the planned height h k, due to the molten bead 61 of the next layer is deposited, can be suppressed adverse effect on the quality of the laminate shaped article 11.
  • the process proceeds to the next step, and the height h of the molten bead 61 is increased. It is determined whether or not “ now” is equal to or smaller than a value obtained by adding the tolerance ⁇ to the planned height h k (step S7).
  • the height h now molten bead 61 is larger than a value obtained by adding the tolerance ⁇ plan height h k is the metalworking tool 32 of the cutting robot 30, the height h now molten bead 61, plan sales Cutting is performed so that the height becomes h k (step S8).
  • step S6 After cutting the molten bead 61 by a cutting robot 30, the process returns to step S6, again, by measuring the height h now molten bead 61 after cutting by the height measuring apparatus 40, compared to the planned height h k To do.
  • a broken line is shown in FIG.
  • step S7 if the height h now of the molten bead 61 is larger than the value obtained by adding the tolerance ⁇ to the planned height h k , the welding torch is formed when the molten bead 61 of the next layer (second layer) is laminated. 22 or the filler material W may contact the first melt bead 61 that has been laminated, leading to a stop of the welding robot 20 or damage to the welding torch 22, but the height h now of the melt bead 61 may be reduced . This can be prevented by cutting to the planned height h k .
  • step S7 when the height h now of the melt bead 61 is equal to or smaller than the planned height h k plus the tolerance ⁇ , the height h now of the melt bead 61 is equal to the tolerance ⁇ . Then, it is determined whether or not the planned number of layers of molten beads 61 are stacked (step S9).
  • step S9 If it is determined that the lamination of the molten beads 61 of the number of layers planned in step S9 is completed, the creation program of the layered object 11 is terminated.
  • shape data representing the shape of the layered object 11 is acquired, and a plurality of the layered object 11 is obtained based on the shape data.
  • the welding robot 20 laminates and forms the melt bead 61 of each layer L1 ... Lk, and forms the layered object 11.
  • the formation of the melt bead 61 of each layer L1... Lk includes the step of forming the melt bead 61 by the welding robot 20 based on the layer shape data of each layer L1... Lk and the height h now of the formed melt bead 61.
  • the step of measuring by the measuring device 40 is compared with the measured height h now of the molten bead 61 within the tolerance ⁇ with respect to the planned height h k , and the height h now of the molten bead 61 is compared. Is lower than the value obtained by subtracting the tolerance ⁇ with respect to the planned height h k , the welding robot 20 forms a further molten bead 61 a on the molten bead 61, and the height of the molten bead 61. A step of deleting the molten bead 61 by the cutting robot 30 when the height h now is higher than a value obtained by adding the tolerance ⁇ to the planned height h k .
  • the height h now at each layer L1... Lk can be set within the tolerance ⁇ with respect to the planned height h k at the time of layered modeling, and as a result, an error from the previously planned molten metal stacking position. And the layered object 11 can be formed with high accuracy.
  • the distance between the welding torch 22 and the molten bead 61 is appropriate even during modeling, not only the shielding performance by the shielding gas can be ensured but also quality assurance is ensured, and the welding torch 22 and the filler material W and the molten bead 61 are also secured. Can be prevented from being stopped or damaged by collision.
  • the comparison between the height h now of the melt bead 61 measured by the height measuring device 40 and the planned height h k is based on the stacking of the additional melt beads 61a or the cutting of the melt bead 61 by the cutting robot 30. Since the process is performed again later, the layered object 11 can be formed with higher accuracy.
  • the welding robot 20 executes a procedure for forming the layered object 11 by forming the molten beads 61 of the layers L1.
  • the formation of the melt bead 61 of each layer L1... Lk includes the procedure of forming the melt bead 61 by the welding robot 20 based on the layer shape data of each layer L1... Lk, and the height h now of the formed melt bead 61.
  • the procedure of measuring by the height measuring device 40 is compared with whether the measured height h now of the melt bead 61 is within the tolerance ⁇ with respect to the planned height h k , and the height of the melt bead 61 is compared.
  • the welding robot 20 overlaps the molten bead 61 to form another molten bead 61a, and the molten bead 61
  • the procedure of deleting the molten bead 61 by the cutting robot 30 is executed.
  • the height h now at each layer L1... Lk can be set within the tolerance ⁇ with respect to the planned height h k at the time of layered modeling, and as a result, an error from the previously planned molten metal stacking position.
  • the layered object 11 can be formed with high accuracy.
  • step S6 when another molten bead 61a is stacked, another molten bead 61a having an appropriate height depending on the stacking error under different filler materials W, different welding torches, or different welding conditions. May be performed so as to be laminated. Alternatively, another molten bead 61a may be laminated under the same conditions as the molten bead 61 in anticipation of the cutting process in step S8.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation
  • a lamination apparatus using another metal fusion lamination method for example, a laser such as Selective Laser Melting (SLM) or Laser Metal Deposition (LMD). It is also possible to apply a melt lamination method by electron beam welding or electron beam welding.
  • SLM Selective Laser Melting
  • LMD Laser Metal Deposition

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Abstract

溶接ロボット（２０）は、各層（Ｌ１…Ｌｋ）の溶融ビード（６１）の高さｈｎｏｗが、計画高さ（ｈｋ）に対して許容差（ε）の範囲内となるように各層（Ｌ１…Ｌｋ）の溶融ビード（６１）を形成、積層して、積層造形物（１１）を形成する。溶融ビード（６１）の高さ（ｈｎｏｗ）が、計画高さ（ｈｋ）に対して許容差（ε）を引いた値より低い場合は、溶接ロボット（２０）が、溶融ビード（６１）に重ねてさらに他の溶融ビード（６１ａ）を形成する。溶融ビード（６１）の高さ（ｈｎｏｗ）が、計画高さ（ｈｋ）に対して許容差（ε）を足した値より高い場合は、溶融ビード（６１）を切削ロボット（３０）により削除する。

Description

積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラム
　本発明は、積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラムに関する。
　近年、生産手段としての３Ｄプリンタのニーズが高まっており、特に金属材料への適用については航空機業界等で実用化に向けて研究開発が行われている。金属材料を用いた３Ｄプリンタは、レーザやアーク等の熱源を用いて、金属粉体や金属ワイヤを溶融させ、溶融金属を積層させて造形物を造形する。
　従来、溶融金属を積層して造形物を造形する技術としては、溶着ビードを用いて金型を製造するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、金型の形状を表現する形状データを生成する工程と、生成された形状データに基づいて、金型を等高線に沿った積層体に分割する工程と、得られた積層体の形状データに基づいて、溶加材を供給する溶接トーチの移動経路を作成する工程と、を備える金型の製造方法が記載されている。
日本国特許第３７８４５３９号公報
　造形物を造形するために溶融金属を積層する技術において、溶融ビードを鉛直方向に積層するだけでなく、複雑な形状を作る際には水平方向に積層する必要も生じる。この場合、次層の高さや形状を推定してビード積層位置を決め、溶融ビードを積層する。
　しかしながら、実際の積層においては、推定の誤差や積層する部位の形状などの影響を受けて、実際のビード積層位置と、計画したビード積層位置との間に誤差が生じるため、補正が必要となる。計画したビード積層位置との誤差が生じると、次の層の形状が推定した形状と異なったものとなり、層を重ねるごとにその乖離が大きくなって、結果として目標の精度で造形物を形成できなくなる虞がある。
　例えば、ロボットなどの自動機を用いたアーク溶接により溶融ビードを積層する場合、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、実際の溶融ビードの高さｈｎｏｗが計画した溶融ビードの予定高さｈｋと異なる可能性がある。この場合、図４Ａに示すように、前層のビードＬｐに対して次層のビードＬｎを溶接する際、シールドガスＳＧのシールド性が不安定となり、造形物の品質に影響を及ぼす場合がある。また、図４Ｂに示すように、実際の溶融ビードの高さｈｎｏｗが計画した溶融ビードの予定高さｈｋより高いと、次層のビードＬｎを溶接する際、前層のビードＬｐがアーク溶接のトーチＴや溶加材Ｗと干渉して、造形物の品質に悪影響を及ぼすと共に、自動機の停止や、トーチの損傷などの課題が生じる。
　一方、特許文献１に記載の金型の製造方法では、積層高さの誤差補正や、各層の溶融ビードの高さ補正について考慮されておらず、改善の余地があった。
　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、積層造形において、各層の溶融ビードの高さを適切に管理して、造形物の品質を向上すると共に、溶融ビードと積層装置との干渉を防止することができる積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラムを提供することにある。
　本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）　造形物の形状を表す形状データを取得する工程と、
　前記形状データに基づいて前記造形物を互いに平行な複数の層に分割し、前記各層の形状を表す層形状データを生成する工程と、
　前記各層の溶融ビードを形成し、前記造形物の形状が形成されるまで前記溶融ビードを積層する工程と、
を備え、
　前記各層の溶融ビードの形成は、
　前記各層の層形状データに基づいて積層装置によって溶融ビードを形成する工程と、
　前記形成された溶融ビードの高さを計測する工程と、
　前記計測された溶融ビードの高さが前記予定高さに対して許容差の範囲内であるか比較する工程と、
　前記溶融ビードの高さが前記予定高さに対して前記許容差を引いた値より低い場合は、前記溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成する工程と、
　前記溶融ビードの高さが前記予定高さに対して前記許容差を足した値より高い場合は、前記溶融ビードを削除する工程と、
を備える積層造形物の製造方法。
（２）　前記計測工程及び前記比較工程は、前記他の溶融ビード形成工程又は前記溶融ビード削除工程を実行した後に再度行う（１）に記載の積層造形物の製造方法。
（３）　造形物を互いに平行な複数の層に分割した、前記各層の形状を表す層形状データに基づいて、前記複数の層の溶融ビードを形成する積層装置と、
　前記積層装置により形成された前記溶融ビードを切削可能な切削装置と、
　前記形成された溶融ビードの高さを測定する高さ計測装置と、
　前記各層の層形状データに基づいて前記複数の層の前記溶融ビードを形成するように前記積層装置を制御すると共に、前記各層の溶融ビードの形成ごとに、前記高さ計測装置によって計測された前記溶融ビードの高さが予定高さに許容差を引いた値より低い場合、前記溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成するように前記積層装置を制御し、前記溶融ビードの高さが前記予定高さに前記許容差を足した値より高い場合、前記溶融ビードを削除するように前記切削装置を制御する制御装置と、
を備える積層造形物の製造システム。
（４）　造形物の形状を表す形状データに基づいて前記造形物を複数の層に分割された、前記各層の形状を表す層形状データを用いて、前記各層の溶融ビードを形成し、前記造形物の形状が形成されるまで前記溶融ビードを積層する手順を実行する積層造形物の製造プログラムであって、
　前記各層の溶融ビードの形成は、前記各層の層形状データに基づいて積層装置によって溶融ビードを形成する手順、前記形成された溶融ビードの高さを計測する手順、前記計測された溶融ビードの高さが前記予定高さに対して許容差の範囲内であるか比較する手順、前記溶融ビードの高さが予定高さに対して前記許容値を引いた値より低い場合は、前記溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成する手順、前記溶融ビードの高さが前記予定高さに対して前記許容値を足した値より高い場合は、前記溶融ビードを削除する手順、を実行する積層造形物の製造プログラム。
　本発明の積層造形物の製造方法、製造システム、及び製造プログラムによれば、積層造形時に各層での溶融ビードの高さを計画通りの高さとすることが可能となり、結果として予め計画した溶融金属積層位置との誤差を抑制して造形精度が担保できる。また、造形中も溶接トーチと積層金属間の距離が適切になるため、シールドガスによるシールド性を確保でき、品質担保につながるだけでなく、溶接トーチなどの積層装置への衝突による破損を防止できる。
本発明に係る積層造形物の製造システムの外観図である。 積層造形物を形成する手順を示すプログラムのフローチャートである。 積層造形物を形成する手順を模式的に示す図である。 実際のビード積層位置が計画したビード積層位置より低い時に、次層のビードを形成する場合を模式的に示す図である。 実際のビード積層位置が計画したビード積層位置より高い時に、次層のビードを形成する場合を模式的に示す図である。
　以下、本発明に係る積層造形物の製造方法及び製造システムの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術範囲を限定するものではない。
　図１に示すように、本実施形態の積層造形物の製造システム１０は、溶接ロボット２０と、切削ロボット３０と、高さ計測装置４０と、制御装置５０と、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５１と、軌道計画手段５２と、メモリー５３と、を備える。即ち、本実施形態では、本発明の積層装置として、既存の溶接ロボット２０が用いられ、本発明の切削装置として、既存の切削ロボット３０が用いられている。
　積層造形物の製造システム１０は、溶接ロボット２０により溶加材（ワイヤ）Ｗを溶融しながら、積層造形物１１の各層Ｌ１・・・Ｌｋの形状を表す層形状データに基づいて溶接トーチ２２を移動させて、溶融ビード６１を複数層Ｌ１・・・Ｌｋに亘って積層することで積層造形物１１を成形する。
　なお、図１では、積層造形物１１の一例として、溶融ビード６１を螺旋状に連続して積層する（即ち、前層の溶融ビード６１の終端部と次層の溶融ビード６１の始端部とが連続する）ことで略円筒形状を成型する場合を示しているが、積層造形物１１は、任意の形状に設定可能である。
　溶接ロボット２０は、多関節ロボットであり、先端アーム２１の先端部に溶接トーチ２２を備える。先端アーム２１は、３次元的に移動可能であり、先端アーム２１の姿勢及び位置を制御装置５０で制御することにより、溶接トーチ２２は、任意の姿勢で、任意の位置に移動することができる。
　溶接トーチ２２は、シールドガスＳＧ（図３参照）が供給される略筒状のシールドノズルと、シールドノズルの内部に配置された不図示のコンタクトチップと、コンタクトチップに保持されて溶融電流が給電される溶加材Ｗと、を備える。溶接トーチ２２は、溶加材Ｗを送給しつつ、シールドガスＳＧを流しながらアークを発生させて溶加材Ｗを溶融及び固化し、基台６０上に溶融ビード６１を積層して積層造形物１１を形成する。なお、溶接トーチ２２は、外部から溶加材を供給する非溶極式であってもよい。
　切削ロボット３０は、溶接ロボット２０と同様に、多関節ロボットであり、先端アーム３１の先端部に、例えば、エンドミルや研削砥石などの金属加工工具３２を備える。これにより、切削ロボット３０は、制御装置５０により、その加工姿勢が任意の姿勢を取り得るように、３次元的に移動可能となっている。
　切削ロボット３０は、必要に応じて、溶接ロボット２０により形成された溶融ビード６１を金属加工工具３２で所望に高さに加工する。
　高さ計測装置４０は、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを測定する装置であり、接触式、非接触式などの任意の高さ計測装置が使用可能であるが、形成直後の溶融ビード６１は高温であるため、レーザ式、撮像式などの非接触式計測装置を用いるのが好ましい。高さ計測装置４０は、１層の溶融ビード６１が形成されるごとに該溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを測定する。
　ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５１は、形成する積層造形物１１の形状データを作成した後、複数の層に分割して各層Ｌ１・・・Ｌｋの形状を表す層形状データを生成する。軌道計画手段５２は、層形状データに基づいて溶接トーチ２２の移動軌跡を生成する。メモリー５３は、生成された層形状データや溶接トーチ２２の移動軌跡などを記憶する。
　制御装置５０は、内部に格納された製造プログラムを実行することで、メモリー５３に記憶された層形状データや溶接トーチ２２の移動軌跡に基づいて、溶接ロボット２０を制御すると共に、後述するように、各層の溶融ビード６１の状態に応じて、溶接ロボット２０及び切削ロボット３０の動きを制御する。
　次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の積層造形物の製造システム１０により積層造形物１１を成形する具体的な手順について詳述する。
　図２のフローチャートに示すように、まず、ＣＡＤ／ＣＡＭ装置５１により積層造形物１１の形状を表す形状データを作成し、入力された形状データ（ＣＡＤデータ）を複数の層Ｌ１…Ｌｋに分割して、各層Ｌ１…Ｌｋの形状を表す層形状データを生成する（ステップＳ１）。各層Ｌ１…Ｌｋの形状を表す層形状データは、溶接トーチ２２の移動軌跡、即ち、溶融ビード６１の積層軌跡となる。
　積層造形物１１の形状データの複数層への分割は、溶融ビード６１の積層方向に対して略直交方向に分割するのが好ましい。即ち、溶融ビード６１を垂直方向に積層して積層造形物１１を形成する場合には水平方向に分割し、溶融ビード６１を水平方向に積層して積層造形物１１を形成する場合は、垂直方向に分割する。以下では、溶融ビード６１を垂直方向に積層して積層造形物１１を形成する場合について説明する。
　次いで、軌道計画手段５２が、層形状データに基づいて、各層Ｌ１…Ｌｋにおける溶接トーチ２２の移動軌跡や、各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビード６１が積層された溶融ビード６１の計画高さｈｋ、などの具体的な溶融ビード６１の積層計画を作成する（ステップＳ２）。
　そして、制御装置５０が備えるカウンタの数値をｋ＝１にセットするとともに（ステップＳ３）、１層目の溶融ビード６１が積層（形成）されたときの溶融ビード６１の計画高さｈｋをｈ1にセットする（ステップＳ４）。ここで、計画高さｈｋは、積層された溶融ビード６１の総高さ（合計高さ）とする。なお、各層Ｌ１…Ｌｋごとの溶融ビード６１の計画高さは、同じであってもよく、また各層Ｌ１…Ｌｋの層形状データに従って層ごとに異なる高さであってもよい。
　そして、図３に示すように、溶接トーチ２２を、計画された移動軌跡に沿って移動させて、１層目の溶融ビード６１を基台６０上に積層する（ステップＳ５）。そして、高さ計測装置４０により、１層目の溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを測定する。なお、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗの測定は、各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビード６１が形成されるごとに行う。
　次いで、測定された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εの範囲内であるか否かを比較する。具体的には、測定された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋから許容差εを引いた値と等しいか、又は大きいか否かが判別される（ステップＳ６）。
　ステップＳ６において、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋから許容差εを引いた値より小さいと判断されると、ステップＳ５に戻り、１層目の溶融ビード６１の上にさらに追加の溶融ビード６１ａを積層し、再び溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを測定して計画高さｈｋとの比較を行う。
　これにより、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに近づけられる。この結果、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが計画高さｈｋより小さいまま、次層の溶融ビード６１が積層されることによる、積層造形物１１の品質への悪影響を抑制できる。
　そして、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋから許容差εを引いた値と等しいか、または大きいと判断されると、次のステップに進み、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに許容差εを足した値と等しいか、又は小さいか否かが判別される（ステップＳ７）。
　溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに許容差εを足した値より大きい場合は、切削ロボット３０の金属加工工具３２により、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋになるように切削加工する（ステップＳ８）。
　切削ロボット３０により溶融ビード６１を切削加工した後、ステップＳ６に戻り、再び、高さ計測装置４０により切削加工後の溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを測定して、計画高さｈｋと比較する。なお、溶融ビード６１の切削加工により、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが計画高さｈｋに対して許容差εの範囲内であることが確実である場合には、図２に破線で示すように、計画した層数の溶融ビード６１が積層されたか否かを判別するステップＳ９に進めてもよい。
　ステップＳ７において、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに許容差εを足した値より大きいと、次層（２層目）の溶融ビード６１を積層するときに、溶接トーチ２２や溶加材Ｗが積層済みの１層目の溶融ビード６１に当接して、溶接ロボット２０の停止や溶接トーチ２２の損傷などに繋がる虞があるが、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを、計画高さｈｋまで切削加工することでこれを防止することができる。
　ステップＳ７で、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに許容差εを足した値と等しいか、又は小さい場合には、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗは、許容差εの範囲内であると判断され、続いて計画した層数の溶融ビード６１が積層されたか否かが判別される（ステップＳ９）。
　ステップＳ９で計画した層数の溶融ビード６１の積層が完了していないと判断されると、カウンタの数値をインクリメントしてｋ＝２にセットして（ステップＳ１０）、ステップＳ４に戻り、計画高さｈｋを、１層目と２層目の溶融ビード６１の合計高さである新しい計画高さｈｋに変更して、次層（２層目）の溶融ビード６１を１層目の溶融ビード６１の上に積層する。
　以後、同様に、計画した層数の溶融ビード６１の積層が完了するまで、溶融ビード６１の積層を繰り返し行って、積層造形物１１を形成する。
　ステップＳ９で計画した層数の溶融ビード６１の積層が完了したと判断されると、積層造形物１１の作成プログラムを終了する。
　以上説明したように、本実施形態の積層造形物の製造方法、製造システムによれば、積層造形物１１の形状を表す形状データを取得し、該形状データに基づいて積層造形物１１を複数の層Ｌ１…Ｌｋに分割した、各層Ｌ１…Ｌｋの形状を表す層形状データを生成する。そして、溶接ロボット２０は、各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビード６１を積層形成して、積層造形物１１を形成する。各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビード６１の形成は、各層Ｌ１…Ｌｋの層形状データに基づいて溶接ロボット２０によって溶融ビード６１を形成する工程と、形成された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを高さ計測装置４０により計測する工程と、計測された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εの範囲内であるか比較し、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εを引いた値より低い場合は、溶接ロボット２０が、溶融ビード６１に重ねてさらに他の溶融ビード６１ａを形成する工程と、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εを足した値より高い場合は、溶融ビード６１を切削ロボット３０により削除する工程と、を備える。これにより、積層造形時に各層Ｌ１…Ｌｋでの高さｈｎｏｗを計画高さｈｋに対して許容差εの範囲内とすることが可能となり、結果として予め計画した溶融金属積層位置との誤差を抑制して高精度で積層造形物１１を形成できる。
　また、造形中も溶接トーチ２２と溶融ビード６１間の距離が適切になるため、シールドガスによるシールド性を確保でき、品質担保につながるだけでなく、溶接トーチ２２や溶加材Ｗと溶融ビード６１との衝突による停止や損傷を防止できる。
　また、高さ計測装置４０により計測された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗと、計画高さｈｋとの比較は、追加の溶融ビード６１ａの積層、又は切削ロボット３０による溶融ビード６１の切削加工後に、再度行うので、より高い精度で積層造形物１１を形成することができる。
　また、本実施形態の積層造形物の製造プログラムによれば、溶接ロボット２０が、各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビード６１を積層形成して、積層造形物１１を形成する手順を実行する。また、各層Ｌ１…Ｌｋの溶融ビード６１の形成は、各層Ｌ１…Ｌｋの層形状データに基づいて溶接ロボット２０によって溶融ビード６１を形成する手順と、形成された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗを高さ計測装置４０により計測する手順と、計測された溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εの範囲内であるか比較し、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εを引いた値より低い場合は、溶接ロボット２０が、溶融ビード６１に重ねてさらに他の溶融ビード６１ａを形成する手順と、溶融ビード６１の高さｈｎｏｗが、計画高さｈｋに対して許容差εを足した値より高い場合は、溶融ビード６１を切削ロボット３０により削除する手順と、を実行する。これにより、積層造形時に各層Ｌ１…Ｌｋでの高さｈｎｏｗを計画高さｈｋに対して許容差εの範囲内とすることが可能となり、結果として予め計画した溶融金属積層位置との誤差を抑制して高精度で積層造形物１１を形成できる。
　なお、ステップＳ６において、他の溶融ビード６１ａを積層する際には、異なる溶加材Ｗや異なる溶接トーチ、また、異なる溶接条件で、積層誤差に応じて適切な高さの他の溶融ビード６１ａを積層するように行われてもよい。或いは、ステップＳ８での切削加工を予め見越して、溶融ビード６１と同じ条件で、他の溶融ビード６１ａを積層してもよい。
　なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
　例えば、上記実施形態では、溶融積層方式としてアーク溶接を適用した例について説明したが、他の金属溶融積層方法による積層装置、例えばSelective Laser Melting（ＳＬＭ）、Laser Metal Deposition（ＬＭＤ）のようなレーザによる溶融積層方式や、電子ビーム溶接なども適用可能である。
　なお、本出願は、２０１７年３月１３日出願の日本特許出願（特願２０１７－０４７５５３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１０  　積層造形物の製造システム
１１  　積層造形物
２０  　溶接ロボット（積層装置）
３０  　切削ロボット（切削装置）
４０  　高さ計測装置
５０  　制御装置
６１  　溶融ビード
６１ａ      　他の溶融ビード
Ｌ１・・・Ｌｋ    　層
ε    　許容差
ｈｎｏｗ    　溶融ビードの高さ
ｈｋ  　溶融ビードの計画高さ（予定高さ） 

Claims (4)

  1. 　造形物の形状を表す形状データを取得する工程と、
    　前記形状データに基づいて前記造形物を互いに平行な複数の層に分割し、前記各層の形状を表す層形状データを生成する工程と、
    　前記各層の溶融ビードを形成し、前記造形物の形状が形成されるまで前記溶融ビードを積層する工程と、
    を備え、
    　前記各層の溶融ビードの形成は、
    　前記各層の層形状データに基づいて積層装置によって溶融ビードを形成する工程と、
    　前記形成された溶融ビードの高さを計測する工程と、
    　前記計測された溶融ビードの高さが前記予定高さに対して許容差の範囲内であるか比較する工程と、
    　前記溶融ビードの高さが前記予定高さに対して前記許容差を引いた値より低い場合は、前記溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成する工程と、
    　前記溶融ビードの高さが前記予定高さに対して前記許容差を足した値より高い場合は、前記溶融ビードを削除する工程と、
    を備える積層造形物の製造方法。
  2. 　前記計測工程及び前記比較工程は、前記他の溶融ビード形成工程又は前記溶融ビード削除工程を実行した後に再度行う請求項１に記載の積層造形物の製造方法。
  3. 　造形物を互いに平行な複数の層に分割した、前記各層の形状を表す層形状データに基づいて、前記複数の層の溶融ビードを形成する積層装置と、
    　前記積層装置により形成された前記溶融ビードを切削可能な切削装置と、
    　前記形成された溶融ビードの高さを測定する高さ計測装置と、
    　前記各層の層形状データに基づいて前記複数の層の前記溶融ビードを形成するように前記積層装置を制御すると共に、前記各層の溶融ビードの形成ごとに、前記高さ計測装置によって計測された前記溶融ビードの高さが予定高さに許容差を引いた値より低い場合、前記溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成するように前記積層装置を制御し、前記溶融ビードの高さが前記予定高さに前記許容差を足した値より高い場合、前記溶融ビードを削除するように前記切削装置を制御する制御装置と、
    を備える積層造形物の製造システム。
  4. 　造形物の形状を表す形状データに基づいて前記造形物を複数の層に分割された、前記各層の形状を表す層形状データを用いて、前記各層の溶融ビードを形成し、前記造形物の形状が形成されるまで前記溶融ビードを積層する手順を実行する積層造形物の製造プログラムであって、
    　前記各層の溶融ビードの形成は、前記各層の層形状データに基づいて積層装置によって溶融ビードを形成する手順、前記形成された溶融ビードの高さを計測する手順、前記計測された溶融ビードの高さが前記予定高さに対して許容差の範囲内であるか比較する手順、前記溶融ビードの高さが予定高さに対して前記許容値を引いた値より低い場合は、前記溶融ビードに重ねてさらに他の溶融ビードを形成する手順、前記溶融ビードの高さが前記予定高さに対して前記許容値を足した値より高い場合は、前記溶融ビードを削除する手順、を実行する積層造形物の製造プログラム。
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