JP7499221B2 - Control method for additive manufacturing system, additive manufacturing system, and program - Google Patents
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Description
本発明は、溶接トーチを移動させながら積層造形物を造形する積層造形システムの制御方法、その積層造形システム、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a control method for an additive manufacturing system that creates an additive object while moving a welding torch, the additive manufacturing system, and a program.
特許文献１には、溶接トーチを整備するシステムであって、溶接トーチの部品を保持および解放する把持モジュールであって、把持モジュールの軸に沿って移動可能であり、把持モジュールの軸を中心に回転可能である把持モジュールと、把持モジュールの動きに自由度を与えて、部品の取り外しまたは交換のときに溶接トーチの嵌合部品間にかかる力を制御または低減する制御システムとを備えるシステムが記載されている。 Patent document 1 describes a system for servicing a welding torch, the system including a gripping module that holds and releases parts of the welding torch, the gripping module being movable along an axis of the gripping module and rotatable about an axis of the gripping module, and a control system that provides freedom of movement of the gripping module to control or reduce the forces exerted between mating parts of the welding torch when parts are removed or replaced.
溶接トーチを移動させながら積層造形物を造形する積層造形システムにおいて、積層造形物の形状によっては溶接トーチと積層造形物とが干渉して装置エラーが発生し、装置のメンテナンスや復旧作業等が必要となってしまう。干渉を少なくするために溶接トーチの口径は比較的小さくすることが望ましいが、例えば溶接トーチのノズルの口径を小さくすると、造形中に生じるスパッタがノズル内に堆積して内部が閉塞するまでのサイクルが短くなり、結果として造形効率の低下を引き起こす場合がある。 In additive manufacturing systems that create additive objects by moving a welding torch, depending on the shape of the additive object, the welding torch may interfere with the additive object, causing equipment errors and requiring equipment maintenance and recovery work. To reduce interference, it is desirable to make the diameter of the welding torch relatively small; however, for example, reducing the diameter of the welding torch nozzle shortens the cycle in which spatter generated during manufacturing accumulates inside the nozzle and clogs the inside, which can result in reduced manufacturing efficiency.
本発明の目的は、積層造形物を造形する積層造形システムにおいて溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換頻度を最適化させつつ積層造形物を造形できるようにすることにある。 The object of the present invention is to enable additive manufacturing systems that can manufacture additive objects while optimizing the frequency of replacement of welding torches or welding torch parts.
かかる目的のもと、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層することにより積層造形物を造形する積層造形システムの制御方法であって、積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する抽出ステップと、軌跡に基づいて、溶接トーチが通過する移動空間の座標情報と、既に積層された溶着ビードが溶接トーチの侵入を排除する排除空間の座標情報とを演算する演算ステップと、排除空間の座標情報と移動空間の座標情報とに基づいて、移動空間と排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する判定ステップと、空間的な重なりがあると判定された場合に、溶接トーチの口径がより小さくなるように溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する生成ステップとを含む、積層造形システムの制御方法を提供する。 For this purpose, the present invention provides a control method for an additive manufacturing system that creates an additive object by stacking weld beads made by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch, the control method including: an extraction step of extracting the trajectory of the stacking path from the stacking plan of the additive object; a calculation step of calculating, based on the trajectory, coordinate information of the movement space through which the welding torch passes and coordinate information of the exclusion space in which the already stacked weld beads exclude the intrusion of the welding torch; a determination step of determining whether there is a spatial overlap between the movement space and the exclusion space based on the coordinate information of the exclusion space and the coordinate information of the movement space; and a generation step of generating a command to replace the welding torch or a welding torch part so that the diameter of the welding torch becomes smaller when it is determined that there is a spatial overlap.
積層造形システムの制御方法は、交換作業の回数を減少させるために積層パスの順序を修正する修正ステップを更に含む、ものであってよい。 The control method for the additive manufacturing system may further include a correction step of correcting the order of the additive passes to reduce the number of replacement operations.
積層造形システムの制御方法は、溶接トーチを移動させながら、既に積層された溶着ビードの形状を計測する計測ステップと、計測された形状に基づいて、排除空間の座標情報を変更する変更ステップとを更に含む、ものであってよい。 The control method for the additive manufacturing system may further include a measurement step of measuring the shape of the weld bead that has already been deposited while moving the welding torch, and a modification step of modifying the coordinate information of the exclusion space based on the measured shape.
積層造形システムの制御方法は、演算ステップで、軌跡に、溶接トーチの傾斜角、溶接トーチの口径、及び軌跡の配置の少なくとも１つに基づく予め用意したモデル図形を当てはめることにより、移動空間を演算する、ものであってよい。 The control method for the additive manufacturing system may include, in a calculation step, calculating the movement space by applying a pre-prepared model figure based on at least one of the tilt angle of the welding torch, the diameter of the welding torch, and the arrangement of the trajectory to the trajectory.
積層造形システムの制御方法は、演算ステップで、軌跡に、溶着ビードの幅、溶着ビードの高さ、軌跡のなす角度、及び軌跡の配置の少なくとも１つに基づく予め用意したモデル図形を当てはめることにより、排除空間を演算する、ものであってよい。 The control method for the additive manufacturing system may include, in a calculation step, calculating the exclusion space by applying to the trajectory a model figure prepared in advance based on at least one of the width of the weld bead, the height of the weld bead, the angle of the trajectory, and the arrangement of the trajectory.
また、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層することにより積層造形物を造形する積層造形システムの制御方法であって、溶接トーチを移動させながら溶着ビードを積層するように制御する第１の制御ステップと、溶接トーチと積層された溶着ビードとが干渉する場合に、溶接トーチの口径がより小さくなるように溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行うように制御する第２の制御ステップとを含む、積層造形システムの制御方法も提供する。 The present invention also provides a control method for an additive manufacturing system that creates an additive object by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch, the control method including a first control step of controlling the welding torch to stack the weld beads while moving the welding torch, and a second control step of controlling the welding torch or welding torch parts to replace the welding torch or welding torch parts so that the diameter of the welding torch becomes smaller when interference occurs between the welding torch and the stacked weld beads.
更に、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層することにより積層造形物を造形する積層造形システムであって、積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する抽出手段と、軌跡に基づいて、溶接トーチが通過する移動空間の座標情報と、既に積層された溶着ビードが溶接トーチの侵入を排除する排除空間の座標情報とを演算する演算手段と、排除空間の座標情報と移動空間の座標情報とに基づいて、移動空間と排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する判定手段と、空間的な重なりがあると判定された場合に、溶接トーチの口径がより小さくなるように溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する生成手段とを備えた、積層造形システムも提供する。 The present invention also provides an additive manufacturing system that creates an additive object by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch, the additive manufacturing system comprising: an extraction means that extracts the trajectory of the stacking path from the stacking plan of the additive object; a calculation means that calculates, based on the trajectory, coordinate information of the movement space through which the welding torch passes and coordinate information of the exclusion space in which the already stacked weld beads exclude the intrusion of the welding torch; a determination means that determines whether there is a spatial overlap between the movement space and the exclusion space based on the coordinate information of the exclusion space and the coordinate information of the movement space; and a generation means that generates a command to replace the welding torch or welding torch parts so that the diameter of the welding torch becomes smaller when it is determined that there is a spatial overlap.
更にまた、本発明は、溶接トーチを移動させながら溶加材を溶融及び凝固させた溶着ビードを積層することにより積層造形物を造形する積層造形システムを制御するコンピュータに、積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する機能と、軌跡に基づいて、溶接トーチが通過する移動空間の座標情報と、既に積層された溶着ビードが溶接トーチの侵入を排除する排除空間の座標情報とを演算する機能と、排除空間の座標情報と移動空間の座標情報とに基づいて、移動空間と排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する機能と、空間的な重なりがあると判定された場合に、溶接トーチの口径がより小さくなるように溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する機能とを実現させるための、プログラムも提供する。 Furthermore, the present invention also provides a program for enabling a computer that controls an additive manufacturing system that creates an additive object by stacking weld beads made by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch to perform the following functions: extracting the trajectory of the stacking path from the stacking plan of the additive object; calculating, based on the trajectory, coordinate information of the movement space through which the welding torch passes and coordinate information of the exclusion space in which the already stacked weld beads exclude the intrusion of the welding torch; determining whether there is a spatial overlap between the movement space and the exclusion space based on the coordinate information of the exclusion space and the coordinate information of the movement space; and generating a command to replace the welding torch or welding torch parts so that the diameter of the welding torch becomes smaller when it is determined that there is a spatial overlap.
本発明によれば、積層造形物を造形する積層造形システムにおいて溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換頻度を最適化させつつ積層造形物を造形できるようになる。 According to the present invention, it is possible to manufacture additive objects while optimizing the frequency of replacement of welding torches or welding torch parts in an additive manufacturing system that manufactures additive objects.
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。 The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the attached drawings.
［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の概略構成例を示した図である。
[Configuration of Metal Additive Manufacturing System]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of a metal additive manufacturing system 1 according to the present embodiment.
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。 As shown in the figure, the metal additive manufacturing system 1 includes a welding robot (manipulator) 10, a CAD device 20, a stacking planning device 30, and a control device 50. The stacking planning device 30 writes a control program for controlling the welding robot 10 to a removable recording medium 70 such as a memory card, and the control device 50 is capable of reading the control program written to the recording medium 70.
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。 The welding robot 10 has an arm 11 with multiple joints, and performs welding work by operating according to a control program read by the control device 50. The welding robot 10 also has a welding torch 13 for forming the additive manufacturing object 100 via a wrist 12 at the tip of the arm 11. In the case of the metal additive manufacturing system 1, the welding robot 10 moves the welding torch 13 while melting a filler metal (wire) 14 made of mild steel to manufacture the additive manufacturing object 100. Specifically, the welding torch 13 supplies the filler metal 14 while flowing a shielding gas to generate an arc to melt and solidify the filler metal 14, and stacks multiple layers of weld beads (hereinafter simply referred to as "beads") on the base material 90 to manufacture the additive manufacturing object 100. Note that an arc is used here as a heat source for melting the filler metal 14, but a laser or plasma may also be used. The welding robot 10 also includes a feeder that feeds the filler metal 14, but a description of this will be omitted.
また、溶接ロボット１０は、腕１１の先端に形状センサ１５を備える。形状センサ１５は、溶接ロボット１０により実際に積層されたビードの断面形状を計測する。形成直後のビードは高温であるため、ビードの形状の計測方法としては、レーザ計測等、非接触式の計測方法を用いるのが好ましい。本実施の形態では、既に積層された溶着ビードの形状を計測する計測手段の一例として、形状センサ１５を設けている。 The welding robot 10 also has a shape sensor 15 at the tip of the arm 11. The shape sensor 15 measures the cross-sectional shape of the bead that has actually been layered by the welding robot 10. Because the bead is hot immediately after it is formed, it is preferable to use a non-contact measurement method such as laser measurement to measure the shape of the bead. In this embodiment, the shape sensor 15 is provided as an example of a measurement means for measuring the shape of a welded bead that has already been layered.
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。 The CAD device 20 uses a computer to design objects and has the function of storing three-dimensional data obtained by the design (hereinafter referred to as "three-dimensional CAD data").
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、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、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。本実施の形態では、積層造形システムを制御するコンピュータの一例として、積層計画装置３０を設けている。 The stacking planning device 30 creates a stacking plan for the additive manufacturing object 100 based on the three-dimensional CAD data held by the CAD device 20. In other words, it determines the trajectory of the welding torch 13 and also determines the welding conditions for the welding robot 10 to weld. It then generates a control program for controlling the welding robot 10 to form a bead along the determined trajectory under the determined welding conditions, and outputs this control program to the recording medium 70. In this embodiment, the stacking planning device 30 is provided as an example of a computer that controls the additive manufacturing system.
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、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。 The control device 50 reads and stores the control program from the recording medium 70. Then, by operating this control program, the welding robot 10 is controlled to form a bead according to the stacking plan created by the stacking plan device 30, that is, along the trajectory determined by the stacking plan device 30, under the welding conditions determined by the stacking plan device 30.
［積層計画装置のハードウェア構成］
図２は、積層計画装置３０のハードウェア構成例を示す図である。
[Hardware configuration of stacking planning device]
FIG. 2 is a diagram showing an example of a hardware configuration of the stacking planning device 30. As shown in FIG.
図示するように、積層計画装置３０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ＣＰＵ３１と、記憶手段であるメインメモリ３２及び磁気ディスク装置（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）３３とを備える。ここで、ＣＰＵ３１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、積層計画装置３０の各機能を実現する。また、メインメモリ３２は、各種プログラムやその実行に用いるデータ等を記憶する記憶領域であり、磁気ディスク装置３３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。 As shown in the figure, the stacking planning device 30 is realized by, for example, a general-purpose PC (Personal Computer) and includes a CPU 31, which is a calculation means, a main memory 32, which is a storage means, and a magnetic disk device (HDD: Hard Disk Drive) 33. Here, the CPU 31 executes various programs such as an OS (Operating System) and application software, and realizes each function of the stacking planning device 30. The main memory 32 is a storage area that stores various programs and data used for executing the programs, and the magnetic disk device 33 is a storage area that stores input data for the various programs and output data from the various programs.
また、積層計画装置３０は、外部との通信を行うための通信Ｉ／Ｆ３４と、ビデオメモリやディスプレイ等からなる表示機構３５と、キーボードやマウス等の入力デバイス３６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３７とを備える。尚、図２は、積層計画装置３０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、積層計画装置３０は図示の構成に限定されない。 The stacking planning device 30 also includes a communication I/F 34 for communicating with the outside, a display mechanism 35 including a video memory and a display, an input device 36 including a keyboard and a mouse, and a driver 37 for reading and writing data from and to the recording medium 70. Note that FIG. 2 merely illustrates an example of a hardware configuration in which the stacking planning device 30 is realized by a computer system, and the stacking planning device 30 is not limited to the illustrated configuration.
また、図２に示したハードウェア構成は、制御装置５０のハードウェア構成としても捉えられる。但し、制御装置５０について述べるときは、図２の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をそれぞれ、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と表記するものとする。 The hardware configuration shown in FIG. 2 can also be regarded as the hardware configuration of the control device 50. However, when discussing the control device 50, the CPU 31, main memory 32, magnetic disk device 33, communication I/F 34, display mechanism 35, input device 36, and driver 37 in FIG. 2 will be written as CPU 51, main memory 52, magnetic disk device 53, communication I/F 54, display mechanism 55, input device 56, and driver 57, respectively.
［本実施の形態の背景及び概要］
このような構成を備えた金属積層造形システム１において、溶接トーチ１３を移動させながらビードを積層する際、既設のビードの形状によっては溶接トーチ１３の侵入が妨げられる場合がある。
[Background and Overview of the Present Invention]
In the metal additive manufacturing system 1 having such a configuration, when beads are layered while moving the welding torch 13, the entry of the welding torch 13 may be hindered depending on the shape of the existing bead.
そこで、本実施の形態では、積層計画から得られた積層パスの軌跡に基づいて、溶接トーチ１３が通過する移動空間と、既設のビードが溶接トーチ１３の侵入を排除する排除空間とを演算する。そして、これらの空間に重複部分がある場合に、溶接トーチ１３の口径がより小さくなるように制御する。また、溶接トーチ１３の口径をより小さくしても重複部分が解消しない場合には、積層パスの順序を変更するように制御する。 In this embodiment, the movement space through which the welding torch 13 passes and the exclusion space through which the existing bead excludes the intrusion of the welding torch 13 are calculated based on the trajectory of the lamination path obtained from the lamination plan. If there is an overlap between these spaces, the diameter of the welding torch 13 is controlled to be smaller. Furthermore, if the overlap does not disappear even when the diameter of the welding torch 13 is reduced, the order of the lamination paths is controlled to be changed.
［本実施の形態の詳細］
以下、このような概要を実現する金属積層造形システム１について、積層計画装置３０及び制御装置５０の構成及び動作を中心に詳細に説明する。尚、ここでは、溶接トーチ１３の口径をより小さくすることの一例として、溶接トーチ部品の一例である溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換する場合について説明する。特に、溶接トーチ１３のノズルとして、２つのサイズの口径のノズルが用意されている場合を例にとって説明する。
[Details of this embodiment]
The metal additive manufacturing system 1 that realizes the above outline will be described in detail below, focusing on the configurations and operations of the lamination planning device 30 and the control device 50. Note that, here, as an example of reducing the diameter of the welding torch 13, a case where the nozzle of the welding torch 13, which is an example of a welding torch part, is replaced with one having a smaller diameter will be described. In particular, a case where nozzles of two different diameter sizes are prepared as the nozzles of the welding torch 13 will be described as an example.
（積層計画装置の機能構成）
図３は、本実施の形態における積層計画装置３０の機能構成例を示した図である。図示するように、本実施の形態における積層計画装置３０は、ＣＡＤデータ取得部４１と、ＣＡＤデータ分割部４２と、積層計画部４３と、ノズル交換判定部４４と、制御プログラム生成部４５と、制御プログラム出力部４６とを備える。
(Functional configuration of stacking planning device)
3 is a diagram showing an example of a functional configuration of the stacking planning device 30 in this embodiment. As shown in the figure, the stacking planning device 30 in this embodiment includes a CAD data acquisition unit 41, a CAD data division unit 42, a stacking planning unit 43, a nozzle exchange determination unit 44, a control program generation unit 45, and a control program output unit 46.
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。 The CAD data acquisition unit 41 acquires three-dimensional CAD data representing the three-dimensional shape of the layered object 100 from the CAD device 20.
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。 The CAD data division unit 42 divides (slices) the three-dimensional CAD data acquired by the CAD data acquisition unit 41 into multiple layers, thereby generating multiple layer shape data each representing the shape of each layer. At that time, the CAD data division unit 42 may convert the three-dimensional CAD data into an internal format that makes it easier to divide the data into multiple layers.
積層計画部４３は、ＣＡＤデータ分割部４２が生成した複数の層形状データの各層の高さ及び幅に合ったビードを溶着する際の溶接トーチ１３の位置や溶接条件を含む積層計画を生成する。このような積層計画を生成するには、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。例えば、溶接速度やワイヤ送給速度を数条件振って溶着量を変えつつ、ビードオンプレート溶接や鉛直に数層の積層を行い、各々の条件にて１層当たりの高さや幅を測定した結果をデータベース化する。そして、積層する際に積層する所望の高さや幅を満たす溶接速度と溶着量を選択し、測定した結果から各層の推定形状を随時計算し、溶接トーチ１３の位置を決める。尚、溶着断面の計算は溶加材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。 The lamination planning unit 43 generates a lamination plan including the position of the welding torch 13 and the welding conditions when depositing beads that match the height and width of each layer of the multiple layer shape data generated by the CAD data division unit 42. In order to generate such a lamination plan, in addition to the height and width of the bead, a model that approximates the cross-sectional shape of the bead is required. These may be calculated and estimated from the actual values of measurement experiments or the cross-sectional area of the amount of deposited metal. For example, bead-on-plate welding or vertical lamination of several layers is performed while changing the amount of deposition by varying the welding speed and wire feed speed under several conditions, and the results of measuring the height and width per layer under each condition are stored in a database. Then, a welding speed and deposition amount that satisfy the desired height and width to be laminated when laminating are selected, and the estimated shape of each layer is calculated from the measurement results as needed, and the position of the welding torch 13 is determined. The calculation method for the cross-section of the deposition may be changed depending on the material of the filler material 14 and the state of the shape of the already laminated part. Lamination that includes the molded object is planned using this calculation method.
また、積層計画部４３は、後述するように積層パスのパス順序の修正が重複判定部４４３により指示された場合に、積層パスの順序を修正して積層計画を再度生成する。本実施の形態では、交換作業の回数を減少させるために積層パスの順序を修正する修正手段の一例として、積層計画部４３のこの機能を設けている。 In addition, when the overlap determination unit 443 instructs the lamination plan unit 43 to modify the lamination path order as described below, the lamination plan unit 43 modifies the lamination path order and regenerates the lamination plan. In this embodiment, this function of the lamination plan unit 43 is provided as an example of a modification means for modifying the lamination path order to reduce the number of replacement operations.
ノズル交換判定部４４は、積層計画部４３が生成した積層計画に基づいて、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換する必要があるかどうかを判定する処理等を行う。 The nozzle replacement determination unit 44 performs processing such as determining whether the nozzle of the welding torch 13 needs to be replaced with one having a smaller diameter based on the stacking plan generated by the stacking plan unit 43.
具体的には、ノズル交換判定部４４は、軌跡抽出部４４１と、空間生成部４４２と、重複判定部４４３とを備える。 Specifically, the nozzle replacement determination unit 44 includes a trajectory extraction unit 441, a space generation unit 442, and an overlap determination unit 443.
軌跡抽出部４４１は、積層計画部４３が生成した積層計画から各積層パスの軌跡を抽出する。ここで、各積層パスの軌跡は、例えば、各積層パスが通る点の座標情報の集合とすればよい。本実施の形態では、積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する抽出手段の一例として、軌跡抽出部４４１を設けている。 The trajectory extraction unit 441 extracts the trajectory of each lamination path from the lamination plan generated by the lamination plan unit 43. Here, the trajectory of each lamination path may be, for example, a collection of coordinate information of points through which each lamination path passes. In this embodiment, the trajectory extraction unit 441 is provided as an example of an extraction means for extracting the trajectory of a lamination path from the lamination plan of the laminated object.
図４（ａ）に層形状データ（スライスデータ）の一例を示し、図４（ｂ）にこの層形状データに対する積層パスの一例を示す。図４（ａ）の層形状データは、壁部１１０と、壁部１１０から側方に突出したオーバーハング部１２０，１３０とからなる。壁部１１０とオーバーハング部１２０，１３０とに囲まれた部分は中空部１４０となっている。また、図４（ｂ）の積層パスは、壁部１１０を形成するための積層パス１１１ａ～１１１ｅと、オーバーハング部１２０，１３０をそれぞれ形成するための積層パス１２１ａ～１２１ｄ，１３１ａ～１３１ｆと、壁部１１０のオーバーハング部１２０，１３０に挟まれた部分を形成するための積層パス１４１とを含む。ここで、積層パス１１１ａ～１１１ｅ，１２１ａ～１２１ｄ，１３１ａ～１３１ｆ，１４１は、例えばこの順序で積層されるものとする。また、積層パス１１１ａ～１１１ｅ，１２１ａ～１２１ｄ，１３１ａ～１３１ｆの軌跡は既設ビードの軌跡であり、積層パス１４１の軌跡はこれから溶接トーチ１３が移動する軌跡であるとする。このことは、前者を実線矢印で示し、後者を破線矢印で示すことで表している。 Figure 4(a) shows an example of layer shape data (slice data), and Figure 4(b) shows an example of a lamination path for this layer shape data. The layer shape data in Figure 4(a) consists of a wall portion 110 and overhang portions 120, 130 that protrude laterally from the wall portion 110. The portion surrounded by the wall portion 110 and the overhang portions 120, 130 forms a hollow portion 140. The lamination paths in Figure 4(b) include lamination paths 111a-111e for forming the wall portion 110, lamination paths 121a-121d, 131a-131f for forming the overhang portions 120, 130, respectively, and lamination path 141 for forming the portion of the wall portion 110 sandwiched between the overhang portions 120, 130. Here, lamination passes 111a to 111e, 121a to 121d, 131a to 131f, and 141 are assumed to be laminated in this order, for example. Also, the trajectories of lamination passes 111a to 111e, 121a to 121d, and 131a to 131f are assumed to be the trajectory of the existing bead, and the trajectory of lamination pass 141 is assumed to be the trajectory along which welding torch 13 will move from now on. This is indicated by the former being shown with a solid arrow and the latter being shown with a dashed arrow.
空間生成部４４２は、軌跡抽出部４４１が抽出した各積層パスの軌跡から、積層時に溶接トーチ１３が通過する移動空間と、既設ビードが溶接トーチ１３の侵入を排除する排除空間とを、演算により生成する。本実施の形態では、軌跡に基づいて移動空間の座標情報と排除空間の座標情報とを演算する演算手段の一例として、空間生成部４４２を設けている。 The space generating unit 442 generates, by calculation, a movement space through which the welding torch 13 passes during lamination and an exclusion space in which the existing bead excludes the welding torch 13 from entering, based on the trajectory of each lamination path extracted by the trajectory extracting unit 441. In this embodiment, the space generating unit 442 is provided as an example of a calculation means for calculating coordinate information of the movement space and coordinate information of the exclusion space based on the trajectory.
例えば、空間生成部４４２は、溶接トーチ１３の移動空間及び既設ビードの排除空間を、図４に示したスライスデータや積層パスの軌跡に、三次元形状を描画する機能を有するソフトウェアを用いて、ビードを模擬した図形を当てはめることにより、生成するとよい。 For example, the space generating unit 442 may generate the movement space of the welding torch 13 and the removal space of the existing bead by applying a figure simulating the bead to the slice data and the lamination path trajectory shown in Figure 4 using software with a function for drawing three-dimensional shapes.
また、空間生成部４４２は、溶接トーチ１３の移動空間については、積層時の溶接トーチ１３の傾斜角やノズルの口径に対応する幅を溶接トーチ１３の軌跡に付加することにより、簡易的に生成してもよい。加えて、空間生成部４４２は、この生成された移動空間に更にクリアランスを付加することにより、溶接トーチ１３の移動空間を生成してもよい。 The space generating unit 442 may simply generate the movement space of the welding torch 13 by adding a width corresponding to the inclination angle of the welding torch 13 during stacking and the nozzle diameter to the trajectory of the welding torch 13. In addition, the space generating unit 442 may generate the movement space of the welding torch 13 by further adding a clearance to this generated movement space.
また、空間生成部４４２は、既設ビードの排除空間については、計画されたビードの幅や高さに応じた楕円や台形等の簡単なビードのモデル形状をビードの軌跡に付加することにより、簡易的に生成してもよい。 The space generating unit 442 may also generate the clearance space for the existing bead in a simple manner by adding a simple bead model shape, such as an ellipse or trapezoid, according to the planned width and height of the bead to the bead trajectory.
更に、空間生成部４４２は、図５に示すように、ビードの軌跡がなす角度に応じた領域を追加することにより、既設ビードの排除空間を生成してもよい。図５（ａ）に、領域が追加される前の排除空間１５２を示す。排除空間１５２は、排除空間１１２ｅと排除空間１３２ｆとを含む。ここで、排除空間１１２ｅは、積層パス１１１ｅにビードのモデル形状を付加することにより生成された排除空間とし、排除空間１３２ｆは、積層パス１３１ｆにビードのモデル形状を付加することにより生成された排除空間とする。そして、積層パス１１１ｅと積層パス１３１ｆとは、鋭角θで交差しているとする。図５（ｂ）に、領域が追加された後の排除空間１６２を示す。排除空間１６２は、排除空間１１２ｅと排除空間１３２ｆとがなす鋭角θの部分に領域１３３が追加されたものである。 Furthermore, the space generating unit 442 may generate an exclusion space for an existing bead by adding an area according to the angle of the bead trajectory, as shown in FIG. 5. FIG. 5(a) shows the exclusion space 152 before the area is added. The exclusion space 152 includes the exclusion space 112e and the exclusion space 132f. Here, the exclusion space 112e is an exclusion space generated by adding a model shape of a bead to the lamination path 111e, and the exclusion space 132f is an exclusion space generated by adding a model shape of a bead to the lamination path 131f. The lamination path 111e and the lamination path 131f intersect at an acute angle θ. FIG. 5(b) shows the exclusion space 162 after the area is added. The exclusion space 162 is obtained by adding the area 133 to the acute angle θ formed by the exclusion space 112e and the exclusion space 132f.
更にまた、空間生成部４４２は、積層パスの軌跡同士の間隔に基づいて溶接トーチ１３の軌跡や既設ビードの軌跡に与える幅を設定してもよい。また、空間生成部４４２は、複数の積層パスの軌跡に対して予め用意したビード積層体の要素形状モデルを与えてもよい。ここで、ビード積層体の要素形状モデルは、例えば、複数のビードからなる壁、ブロック、オーバーハング等のモデルであってよい。 Furthermore, the space generating unit 442 may set the width to be given to the trajectory of the welding torch 13 and the trajectory of the existing bead based on the distance between the trajectories of the lamination passes. The space generating unit 442 may also give a pre-prepared element shape model of the bead stack to the trajectories of multiple lamination passes. Here, the element shape model of the bead stack may be, for example, a model of a wall, block, overhang, etc., made up of multiple beads.
重複判定部４４３は、溶接トーチ１３の移動空間と既設ビードの排除空間との重複を判定することで、溶接トーチ１３と積層造形物１００とが干渉しそうな積層パスを抽出する。例えば、重複判定部４４３は、移動空間及び排除空間の両方に属する点の有無を座標情報から調べることで、移動空間及び排除空間の重複を判定すればよい。その際、重複判定部４４３は、積層パスの積層順に重複を判定することで、造形中に起こり得る干渉を網羅的に調べることができる。本実施の形態では、排除空間の座標情報と移動空間の座標情報とに基づいて移動空間と排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する判定手段の一例として、重複判定部４４３を設けている。 The overlap determination unit 443 extracts lamination paths that are likely to cause interference between the welding torch 13 and the layered object 100 by determining overlap between the movement space of the welding torch 13 and the exclusion space of the existing bead. For example, the overlap determination unit 443 may determine overlap between the movement space and the exclusion space by checking the coordinate information for the presence or absence of points that belong to both the movement space and the exclusion space. In this case, the overlap determination unit 443 can comprehensively check for interference that may occur during modeling by determining overlap based on the stacking order of the lamination paths. In this embodiment, the overlap determination unit 443 is provided as an example of a determination means for determining whether there is spatial overlap between the movement space and the exclusion space based on the coordinate information of the exclusion space and the coordinate information of the movement space.
図６に、溶接トーチ１３による干渉の一例を示す。図６には、壁部１１０における既設ビードの排除空間１１２ａ～１１２ｅと、オーバーハング部１２０における既設ビードの排除空間１２２ａ～１２２ｄと、オーバーハング部１３０における既設ビードの排除空間１３２ａ～１３２ｆとを示している。また、図５では、排除空間１１２ｅと排除空間１３２ｆとがなす鋭角の部分に領域１３３が追加されることしか示さなかったが、図６では、排除空間１１２ｅと排除空間１２２ｄとがなす鈍角の部分に領域１２３が追加されることも示している。更に、図６には、これから溶接トーチ１３が移動する移動空間１４２も示している。この場合、移動空間１４２と領域１２３とは重複しないが、移動空間１４２と領域１３３とは重複している。つまり、溶接トーチ１３と積層造形物１００とは、溶接トーチ１３が積層パス１４１を移動する際に、領域１３３において干渉している。 Figure 6 shows an example of interference by the welding torch 13. Figure 6 shows the existing bead elimination spaces 112a-112e in the wall portion 110, the existing bead elimination spaces 122a-122d in the overhang portion 120, and the existing bead elimination spaces 132a-132f in the overhang portion 130. Also, while Figure 5 only shows that the area 133 is added to the acute angle portion formed by the elimination space 112e and the elimination space 132f, Figure 6 also shows that the area 123 is added to the obtuse angle portion formed by the elimination space 112e and the elimination space 122d. Furthermore, Figure 6 also shows the movement space 142 through which the welding torch 13 will move. In this case, the movement space 142 does not overlap with the area 123, but the movement space 142 overlaps with the area 133. In other words, the welding torch 13 and the layered object 100 interfere with each other in the area 133 when the welding torch 13 moves along the layering path 141.
重複判定部４４３は、溶接トーチ１３と積層造形物１００との干渉が発生する積層パスについて、干渉を回避するためにその積層パスの前で溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換するノズル交換命令の設定を制御プログラム生成部４５に指示する。尚、重複判定部４４３は、ノズルを交換した後に干渉が回避できるかを確認するために、交換後のノズルの口径を用いて空間生成部４４２による空間生成及び重複判定部４４３による重複判定を再度行うように制御してもよい。このようにノズルを交換して溶接トーチ１３と積層造形物１００との干渉を回避することにより、軌跡やビードの溶接条件を修正することなく装置エラーや造形中の欠陥発生を抑制することができる。 The overlap determination unit 443 instructs the control program generation unit 45 to set a nozzle replacement command to replace the nozzle of the welding torch 13 with one having a smaller diameter before a lamination pass in which interference occurs between the welding torch 13 and the layered object 100 in order to avoid the interference. Note that the overlap determination unit 443 may control the space generation unit 442 to generate space again and the overlap determination unit 443 to perform overlap determination again using the nozzle diameter after the replacement in order to check whether interference can be avoided after the nozzle is replaced. By replacing the nozzle in this way to avoid interference between the welding torch 13 and the layered object 100, it is possible to suppress device errors and defects during modeling without modifying the welding conditions for the trajectory or bead.
更に、重複判定部４４３は、ノズルの交換回数が増えると生産性が下がるため、ノズルの交換回数が減少するように、積層パスのパス順序の修正を積層計画部４３に指示してもよい。その際、重複判定部４４３は、ノズルを交換しても干渉が回避できなかった場合に、積層パスのパス順序の修正を積層計画部４３に指示するとよい。 Furthermore, since an increase in the number of nozzle replacements reduces productivity, the overlap determination unit 443 may instruct the stacking planning unit 43 to modify the pass order of the stacking passes so as to reduce the number of nozzle replacements. In this case, if interference cannot be avoided even by replacing the nozzles, the overlap determination unit 443 may instruct the stacking planning unit 43 to modify the pass order of the stacking passes.
例えば、重複判定部４４３は、複数の積層パスを予め用意したビード積層体の要素形状モデルに当てはめて重複を判定する場合には、そのビード積層体の要素形状モデルを単位として積層順序を決めてよい。ここで、ビード積層体の要素形状モデルは、上記と同様、例えば、複数のビードからなる壁、ブロック、オーバーハング等のモデルであってよい。ビード積層体の要素形状モデルを単位として積層順序を設定すれば、積層造形物１００の積層パスの数が多い場合に順序の組合せ総数が減って、適切な積層順序が効率的に探索可能となる。尚、重複判定部４４３は、ビード積層体の要素形状モデル内の複数の積層パスについては積層順序を固定してもよい。 For example, when the overlap determination unit 443 determines overlap by fitting multiple stacking paths to a prepared element shape model of a bead stack, the stacking order may be determined using the element shape model of the bead stack as a unit. Here, the element shape model of the bead stack may be, for example, a model of a wall, block, overhang, etc., made up of multiple beads, as described above. If the stacking order is set using the element shape model of the bead stack as a unit, the total number of order combinations is reduced when the number of stacking paths of the layered object 100 is large, making it possible to efficiently search for an appropriate stacking order. Note that the overlap determination unit 443 may fix the stacking order for multiple stacking paths in the element shape model of the bead stack.
図７を参照して、積層パスのパス順序の変更について説明する。当初の積層計画においては、積層パス１１１ａ～１１１ｅ，１２１ａ～１２１ｄ，１３１ａ～１３１ｆ，１４１がこの順序で積層されるようになっていたとする。この場合、積層パス１３１ａ～１３１ｆが積層された後に積層パス１４１が積層されるので、移動空間１４２と領域１３３とが重複する。そこで、積層パス１４１が積層された後に積層パス１３１ａ～１３１ｆが積層されるように、積層パスのパス順序を変更するとよい。 The change in the pass order of the lamination paths will be described with reference to FIG. 7. In the original lamination plan, lamination paths 111a to 111e, 121a to 121d, 131a to 131f, and 141 were to be laminated in this order. In this case, lamination path 141 is laminated after lamination paths 131a to 131f, so that movement space 142 and area 133 overlap. Therefore, it is advisable to change the pass order of the lamination paths so that lamination paths 131a to 131f are laminated after lamination path 141.
或いは、重複判定部４４３は、小さい口径のノズルが必要となる複数の積層パスがある場合には、これらの積層パスを連続して積層した後、通常サイズの口径のノズルを用いて積層パスを積層するようにしてもよい。このようにすれば、ノズルの交換の頻度が低減される。 Alternatively, when there are multiple lamination passes that require a small-diameter nozzle, the overlap determination unit 443 may laminate these lamination passes consecutively, and then laminate the lamination passes using a nozzle with a normal-sized diameter. In this way, the frequency of nozzle replacement is reduced.
制御プログラム生成部４５は、積層計画部４３が生成した積層計画に従って溶接を行うように溶接ロボット１０を制御するための制御プログラムを生成する。本実施の形態では、溶接トーチを移動させながら溶着ビードを積層するように制御する第１の制御手段の一例として、制御プログラム生成部４５のこの機能を設けている。 The control program generation unit 45 generates a control program for controlling the welding robot 10 to perform welding according to the lamination plan generated by the lamination plan unit 43. In this embodiment, this function of the control program generation unit 45 is provided as an example of a first control means for controlling the welding torch to laminate the weld bead while moving it.
また、制御プログラム生成部４５は、干渉が発生する積層パスの前で溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換するノズル交換命令の設定が重複判定部４４３により指示された場合に、制御プログラムにノズル交換命令を設定する。本実施の形態では、空間的な重なりがあると判定された場合に溶接トーチの口径がより小さくなるように溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する生成手段の一例として、制御プログラム生成部４５のこの機能を設けている。また、本実施の形態では、溶接トーチと積層された溶着ビードとが干渉する場合に、溶接トーチの口径がより小さくなるように溶接トーチ部品の交換作業を行うように制御する第２の制御手段の一例としても、制御プログラム生成部４５のこの機能を設けている。 In addition, when the overlap determination unit 443 instructs the control program generation unit 45 to set a nozzle replacement command to replace the nozzle of the welding torch 13 with a smaller diameter before the lamination pass where interference occurs, the control program generation unit 45 sets a nozzle replacement command in the control program. In this embodiment, this function of the control program generation unit 45 is provided as an example of a generating means for generating a command to perform a welding torch part replacement operation so that the welding torch diameter becomes smaller when it is determined that there is a spatial overlap. In this embodiment, this function of the control program generation unit 45 is also provided as an example of a second control means for controlling a welding torch part replacement operation to make the welding torch diameter smaller when there is interference between the welding torch and the laminated weld beads.
制御プログラム出力部４６は、制御プログラム生成部４５が生成した制御プログラムを記録媒体７０に出力する。 The control program output unit 46 outputs the control program generated by the control program generation unit 45 to the recording medium 70.
（制御装置の機能構成）
図８は、本実施の形態における制御装置５０の機能構成例を示した図である。図示するように、本実施の形態における制御装置５０は、制御プログラム取得部６１と、制御プログラム記憶部６２と、形状データ受信部６３と、制御プログラム実行部６４とを備える。
(Functional configuration of the control device)
8 is a diagram showing an example of a functional configuration of the control device 50 in this embodiment. As shown in the figure, the control device 50 in this embodiment includes a control program acquisition unit 61, a control program storage unit 62, a shape data receiving unit 63, and a control program execution unit 64.
制御プログラム取得部６１は、記録媒体７０に記録された制御プログラムを取得する。 The control program acquisition unit 61 acquires the control program recorded on the recording medium 70.
制御プログラム記憶部６２は、制御プログラム取得部６１が取得した制御プログラムを記憶する。 The control program storage unit 62 stores the control program acquired by the control program acquisition unit 61.
形状データ受信部６３は、積層されたビードの形状を計測する形状センサ１５から、逐次、計測された形状を示す形状データを受信する。 The shape data receiving unit 63 sequentially receives shape data indicating the measured shape from the shape sensor 15, which measures the shape of the stacked beads.
制御プログラム実行部６４は、制御プログラム記憶部６２に記憶された制御プログラムを読み出して実行する。これにより、制御プログラム実行部６４は、積層計画部４３が生成し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。特に、制御プログラム実行部６４は、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換するノズル交換命令が設定されている場合に、図示しないノズル交換ステーションでノズルを口径がより小さなものに交換するよう、溶接ロボット１０を制御する。その場合、制御プログラムには、ノズルを口径がより小さなものに交換することを決定する根拠となった移動空間及び排除空間の座標情報を付加しておくとよい。また、制御プログラム実行部６４は、形状データ受信部６３が受信した形状データに基づいて、その排除空間を変更するようにしてもよい。本実施の形態では、計測された形状に基づいて排除空間の座標情報を変更する変更手段の一例として、制御プログラム実行部６４のこの機能を設けている。 The control program execution unit 64 reads out and executes the control program stored in the control program storage unit 62. As a result, the control program execution unit 64 controls the welding robot 10 to form a bead according to the lamination plan generated by the lamination plan unit 43. In particular, when a nozzle replacement command is set to replace the nozzle of the welding torch 13 with one having a smaller diameter, the control program execution unit 64 controls the welding robot 10 to replace the nozzle with one having a smaller diameter at a nozzle replacement station (not shown). In this case, it is preferable to add coordinate information of the movement space and the exclusion space that are the basis for deciding to replace the nozzle with one having a smaller diameter to the control program. In addition, the control program execution unit 64 may change the exclusion space based on the shape data received by the shape data receiving unit 63. In this embodiment, this function of the control program execution unit 64 is provided as an example of a change means for changing the coordinate information of the exclusion space based on the measured shape.
（積層計画装置の動作）
図９は、本実施の形態における積層計画装置３０の動作例を示したフローチャートである。
(Operation of stacking planning device)
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the stacking planning device 30 in this embodiment.
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）。 In the stacking planning device 30, first, the CAD data acquisition unit 41 acquires three-dimensional CAD data from the CAD device 20 (step 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）。 Next, the CAD data division unit 42 divides the three-dimensional CAD data acquired in step 301 into multiple layers to generate layer shape data (step 302).
次に、積層計画部４３が、ステップ３０２で生成された層形状データから積層計画を生成する（ステップ３０３）。 Next, the stacking planning unit 43 generates a stacking plan from the layer shape data generated in step 302 (step 303).
次に、ノズル交換判定部４４は、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換すべきかどうかを判定するノズル交換判定処理を実行する（ステップ３０４）。このノズル交換判定処理の詳細については、後述する。 Next, the nozzle replacement determination unit 44 executes a nozzle replacement determination process to determine whether the nozzle of the welding torch 13 should be replaced with one having a smaller diameter (step 304). Details of this nozzle replacement determination process will be described later.
次に、積層計画部４３は、ステップ３０３で生成した積層計画において、ノズル交換判定処理でパス順序を修正すべきかどうかを示すパス順序修正フラグがＯＮに設定された２つの積層パスのパス順序を修正する（ステップ３０５）。 Next, the stacking plan unit 43 corrects the pass order of the two stacking passes for which the pass order correction flag, indicating whether the pass order should be corrected in the nozzle replacement determination process, is set to ON in the stacking plan generated in step 303 (step 305).
次に、制御プログラム生成部４５が、ステップ３０３で生成された積層計画、又は、ステップ３０３で生成されステップ３０５で修正された積層計画に基づいて、制御プログラムを生成する（ステップ３０６）。具体的には、積層計画に従ってビードを形成するように溶接ロボット１０を制御する制御プログラムを生成する。 Next, the control program generation unit 45 generates a control program based on the lamination plan generated in step 303, or based on the lamination plan generated in step 303 and modified in step 305 (step 306). Specifically, a control program is generated that controls the welding robot 10 to form a bead according to the lamination plan.
次に、制御プログラム生成部４５は、ステップ３０６で生成した制御プログラムにおいて、ノズル交換判定処理でノズルを口径がより小さなものに交換すべきかどうかを示すノズル交換フラグが切り替わった積層パスに対してノズル交換命令を設定する（ステップ３０７）。具体的には、制御プログラム生成部４５は、ノズル交換フラグがＯＦＦからＯＮに切り替わった積層パスに対してノズルを口径がより小さなものに交換するノズル交換命令を設定する。また、制御プログラム生成部４５は、ノズル交換フラグがＯＮからＯＦＦに切り替わった積層パスに対してノズルを口径がより大きなものに交換するノズル交換命令を設定する。 Next, the control program generation unit 45 sets a nozzle replacement command for the lamination pass in which the nozzle replacement flag indicating whether the nozzle should be replaced with a smaller diameter has been switched in the nozzle replacement determination process in the control program generated in step 306 (step 307). Specifically, the control program generation unit 45 sets a nozzle replacement command to replace the nozzle with a smaller diameter for the lamination pass in which the nozzle replacement flag has been switched from OFF to ON. In addition, the control program generation unit 45 sets a nozzle replacement command to replace the nozzle with a larger diameter for the lamination pass in which the nozzle replacement flag has been switched from ON to OFF.
或いは、制御プログラム生成部４５は、ノズル交換フラグがＯＮからＯＦＦに切り替わった積層パスであっても、ノズルを口径がより大きなもの交換する、つまり、ノズルを元に戻す作業を行わなくてもよい。制御プログラム生成部４５は、ノズルを元に戻す積層パスとして、作業者が積層計画から任意に決定した積層パスを用いてもよいし、以下に示すようにノズルを元に戻さない場合の作業負荷とノズルを元に戻す場合の作業負荷とを比較して決定した積層パスを用いてもよい。 Alternatively, the control program generation unit 45 may not replace the nozzle with one of a larger diameter, i.e., may not return the nozzle to its original position, even in a lamination pass in which the nozzle replacement flag has switched from ON to OFF. The control program generation unit 45 may use a lamination pass that the worker has arbitrarily determined from the lamination plan as the lamination pass for returning the nozzle to its original position, or may use a lamination pass that has been determined by comparing the workload when the nozzle is not returned to its original position with the workload when the nozzle is returned to its original position, as shown below.
ノズルを元に戻さない場合の作業負荷と、ノズルを元に戻す場合の作業負荷とは、次の式により算出される。
（ノズルを元に戻さない場合の作業負荷）＝（口径がより小さなノズルの見込み清掃回数）×（口径がより小さなノズルの清掃１回にかかる所要時間）
（ノズルを元に戻す場合の作業負荷）＝（ノズルの交換１回にかかる所要時間）＋（口径がより大きなノズルの見込み清掃回数）×（口径がより大きなノズルの清掃１回にかかる所要時間）
The workload when the nozzle is not returned to its original position and the workload when the nozzle is returned to its original position are calculated by the following formula.
(Workload if nozzle is not replaced) = (Estimated number of cleanings with smaller nozzle) x (Time required to clean the smaller nozzle)
(Workload required to replace nozzle) = (Time required for one nozzle change) + (Expected number of cleanings for larger nozzle) x (Time required for one cleaning of larger nozzle)
ここで、ノズルの見込み清掃回数は、残りの積層パス数や過去のノズル交換頻度実績に基づいて見積もってよい。また、ノズルの清掃１回にかかる所要時間やノズルの交換１回にかかる所要時間は、過去の実績値を参照することで求めてよい。 Here, the expected number of times the nozzle will be cleaned may be estimated based on the remaining number of stacking passes and the past frequency of nozzle replacement. In addition, the time required for one nozzle cleaning and the time required for one nozzle replacement may be obtained by referring to past performance values.
このようにノズルを元に戻すタイミングを柔軟に決定する場合は、清掃と交換の作業負荷を比較しているので、ノズル部品の徒な消耗を抑制することができる。 In this way, when the timing of returning the nozzle to its original position can be flexibly determined, the workload of cleaning and replacement is compared, thereby reducing unnecessary wear on the nozzle parts.
最後に、制御プログラム出力部４６が、ステップ３０６で生成された制御プログラム、又は、ステップ３０６で生成されステップ３０７でノズル交換命令が設定された制御プログラムを、記録媒体７０に出力する（ステップ３０８）。 Finally, the control program output unit 46 outputs the control program generated in step 306, or the control program generated in step 306 and in which the nozzle replacement command has been set in step 307, to the recording medium 70 (step 308).
図１０は、図９のステップ３０４のノズル交換判定処理の流れを示したフローチャートである。尚、初期状態において、ノズル交換フラグＦｎ（ｉ）及びパス順序修正フラグＦｐ（ｉ，ｊ）は、何れもＯＦＦに設定されているものとする。 Figure 10 is a flow chart showing the flow of the nozzle replacement determination process in step 304 of Figure 9. Note that in the initial state, the nozzle replacement flag Fn(i) and the pass order correction flag Fp(i,j) are both set to OFF.
ノズル交換判定処理では、まず、軌跡抽出部４４１が、図９のステップ３０３で生成された積層計画から、積層パスの軌跡を抽出する（ステップ３５１）。 In the nozzle replacement determination process, first, the trajectory extraction unit 441 extracts the trajectory of the lamination path from the lamination plan generated in step 303 of FIG. 9 (step 351).
次に、軌跡抽出部４４１は、積層パスのインデックスｉを２に設定する（ステップ３５２）。つまり、２つ目の積層パスに着目する。 Next, the trajectory extraction unit 441 sets the lamination path index i to 2 (step 352). In other words, it focuses on the second lamination path.
次に、軌跡抽出部４４１は、積層パスのインデックスｉを積層パスの個数ｎまで１ずつ増加させながら、各インデックスｉについてステップ３５３～ステップ３６１の処理を行う。 Then, the trajectory extraction unit 441 performs the processes of steps 353 to 361 for each index i while incrementing the lamination path index i by 1 up to the number n of lamination paths.
即ち、空間生成部４４２が、まず、ステップ３５１で抽出された積層パスの軌跡に基づいて、移動空間Ｓｔ（ｉ）と、排除空間Ｓｂ（１）～Ｓｂ（ｉ－１）とを生成する（ステップ３５３）。ここで、移動空間Ｓｔ（ｉ）とは、ｉ番目の積層パスにビードを形成する際に溶接トーチ１３が通過する移動空間である。排除空間Ｓｂ（ｊ）（ｊ＝１，２，…，ｉ－１）とは，ｊ番目の積層パスに既に形成されたビードが溶接トーチ１３の侵入を排除する排除空間である。尚、排除空間Ｓｂ（１）～Ｓｂ（ｉ－１）の中には、図６に示した領域１２３，１３３のような、各積層パスにおける排除空間がなす角度の部分に特別に追加された領域も含まれるものとする。また、空間生成部４４２は、排除空間Ｓｂ（１）～Ｓｂ（ｉ－２）として、これまでのインデックスｉについての処理で生成されたものを用いてもよいが、ここでは、排除空間Ｓｂ（１）～Ｓｂ（ｉ－１）の中に上記の領域を含めるために改めて生成している。 That is, the space generating unit 442 first generates the movement space St(i) and the exclusion spaces Sb(1) to Sb(i-1) based on the trajectory of the lamination path extracted in step 351 (step 353). Here, the movement space St(i) is the movement space through which the welding torch 13 passes when forming a bead in the i-th lamination pass. The exclusion space Sb(j) (j = 1, 2, ..., i-1) is the exclusion space in which the bead already formed in the j-th lamination pass excludes the intrusion of the welding torch 13. Note that the exclusion spaces Sb(1) to Sb(i-1) also include areas specially added to the angle formed by the exclusion spaces in each lamination pass, such as areas 123 and 133 shown in FIG. 6. Additionally, the space generation unit 442 may use the excluded spaces Sb(1) to Sb(i-2) generated in the previous processing for index i, but here it generates the excluded spaces Sb(1) to Sb(i-1) anew to include the above-mentioned area.
次に、重複判定部４４３が、既にビードが形成された積層パス（以下、「ビード形成パス」という）のインデックスｊを１に設定する（ステップ３５４）。つまり、１つ目のビード形成パスに着目する。 Next, the overlap determination unit 443 sets the index j of the lamination pass on which a bead has already been formed (hereinafter referred to as the "bead formation pass") to 1 (step 354). In other words, the first bead formation pass is the focus.
次に、重複判定部４４３は、ビード形成パスのインデックスｊをビード形成パスの個数ｉ－１まで１ずつ増加させながら、各インデックスｊについてステップ３５５～ステップ３５９の処理を行う。 Then, the overlap determination unit 443 performs the processes of steps 355 to 359 for each index j of the bead forming path while incrementing the index j by 1 up to the number of bead forming paths i-1.
即ち、重複判定部４４３は、ステップ３５３で生成された移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂ（ｊ）とが重複しているかどうかを判定する（ステップ３５５）。 That is, the overlap determination unit 443 determines whether the movement space St(i) generated in step 353 overlaps with the exclusion space Sb(j) (step 355).
ステップ３５５で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂ（ｊ）とが重複していると判定されれば、空間生成部４４２は、ノズルを口径がより小さなものに交換した後の移動空間Ｓｔ（ｉ）を生成する（ステップ３５６）。尚、これまでのインデックスｊについての処理で、ノズルを口径がより小さなものに交換した後の移動空間Ｓｔ（ｉ）を既に生成している場合は、この処理はスキップしてもよい。 If it is determined in step 355 that the movement space St(i) and the exclusion space Sb(j) overlap, the space generation unit 442 generates the movement space St(i) after replacing the nozzle with one having a smaller aperture (step 356). Note that if the movement space St(i) after replacing the nozzle with one having a smaller aperture has already been generated in the processing for the previous index j, this processing may be skipped.
次に、重複判定部４４３は、ステップ３５６で生成された移動空間Ｓｔ（ｉ）と、ステップ３５３で生成された排除空間Ｓｂ（ｊ）とが重複しているかどうかを判定する（ステップ３５７）。つまり、ステップ３５５で判定された重複が解消していないかを判定する。 Next, the overlap determination unit 443 determines whether the movement space St(i) generated in step 356 overlaps with the exclusion space Sb(j) generated in step 353 (step 357). In other words, it determines whether the overlap determined in step 355 has been resolved.
ステップ３５７で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂ（ｊ）とが重複していないと判定されれば、つまり、重複が解消したと判定されれば、重複判定部４４３は、ノズル交換フラグＦｎ（ｉ）をＯＮに設定する（ステップ３５８）。ここで、ノズル交換フラグＦｎ（ｉ）は、ＯＮである場合に、ｉ番目の積層パスの溶接トーチ１３がｉ－１番目までの積層パスの既設ビードの何れかと干渉するために、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換すべきことを示す。尚、これまでのインデックスｊについての処理で、ノズル交換フラグＦｎ（ｉ）が既にＯＮとなっている場合は、この処理はスキップしてもよい。 If it is determined in step 357 that the movement space St(i) and the exclusion space Sb(j) do not overlap, that is, if it is determined that the overlap has been eliminated, the overlap determination unit 443 sets the nozzle replacement flag Fn(i) to ON (step 358). Here, when the nozzle replacement flag Fn(i) is ON, it indicates that the welding torch 13 of the i-th lamination pass interferes with any of the existing beads of the lamination passes up to the i-1th lamination pass, and therefore the nozzle of the welding torch 13 should be replaced with one with a smaller diameter. Note that if the nozzle replacement flag Fn(i) is already ON in the processing for the index j up to this point, this processing may be skipped.
ステップ３５７で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂ（ｊ）とが重複していると判定されれば、つまり、重複が解消しなかったと判定されれば、重複判定部４４３は、例えばパス順序修正フラグＦｐ（ｉ，ｊ）をＯＮに設定する（ステップ３５９）。ここで、パス順序修正フラグＦｐ（ｉ，ｊ）は、ＯＮである場合に、ｉ番目の積層パスの溶接トーチ１３がｊ番目の積層パスの既設ビードと干渉し、ノズルを交換しても干渉を回避できないために、ｉ番目の積層パスとｊ番目の積層パスとのパス順序を修正すべきことを示す。 If it is determined in step 357 that the movement space St(i) and the exclusion space Sb(j) overlap, that is, if it is determined that the overlap has not been resolved, the overlap determination unit 443 sets, for example, the pass order correction flag Fp(i,j) to ON (step 359). Here, when the pass order correction flag Fp(i,j) is ON, it indicates that the welding torch 13 of the i-th lamination pass interferes with the existing bead of the j-th lamination pass, and the interference cannot be avoided even by replacing the nozzle, so that the pass order between the i-th lamination pass and the j-th lamination pass should be corrected.
その後、重複判定部４４３は、ビード形成パスのインデックスｊに１を加算する（ステップ３６０）。つまり、次のビード形成パスに着目する。そして、ビード形成パスのインデックスｊがビード形成パスの個数ｉ－１を超えたかどうかを判定する（ステップ３６１）。 Then, the overlap determination unit 443 adds 1 to the bead forming path index j (step 360). In other words, it focuses on the next bead forming path. It then determines whether the bead forming path index j exceeds the number of bead forming paths i-1 (step 361).
その結果、ビード形成パスのインデックスｊがビード形成パスの個数ｉ－１を超えていないと判定すれば、重複判定部４４３は、処理をステップ３５５へ戻す。 As a result, if it is determined that the bead forming path index j does not exceed the number of bead forming paths i-1, the overlap determination unit 443 returns the process to step 355.
一方、ビード形成パスのインデックスｊがビード形成パスの個数ｉ－１を超えたと判定すれば、重複判定部４４３は、処理をステップ３６２へ進める。 On the other hand, if it is determined that the bead forming path index j exceeds the number of bead forming paths i-1, the overlap determination unit 443 advances the process to step 362.
その後、軌跡抽出部４４１は、積層パスのインデックスｉに１を加算する（ステップ３６２）。つまり、次の積層パスに着目する。そして、積層パスのインデックスｉが積層パスの個数ｎを超えたかどうかを判定する（ステップ３６３）。 Then, the trajectory extraction unit 441 adds 1 to the lamination path index i (step 362). In other words, it focuses on the next lamination path. Then, it determines whether the lamination path index i exceeds the number n of lamination paths (step 363).
その結果、積層パスのインデックスｉが積層パスの個数ｎを超えていないと判定すれば、軌跡抽出部４４１は、処理をステップ３５３へ戻す。 As a result, if it is determined that the stacking path index i does not exceed the number of stacking paths n, the trajectory extraction unit 441 returns the process to step 353.
一方、積層パスのインデックスｉが積層パスの個数ｎを超えたと判定すれば、軌跡抽出部４４１は、処理を図９へ戻す。 On the other hand, if it is determined that the stacking path index i exceeds the number of stacking paths n, the trajectory extraction unit 441 returns the process to FIG. 9.
（制御装置の動作）
制御装置５０では、まず、制御プログラム取得部６１が、記録媒体７０から制御プログラムを取得して制御プログラム記憶部６２に記憶する。この状態で、溶接ロボット１０を用いて実際に積層造形物１００を造形する際には、形状データ受信部６３が形状センサ１５からビードの形状を示す形状データを受信しながら、制御プログラム実行部６４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。
(Operation of the control device)
In the control device 50, first, the control program acquisition unit 61 acquires the control program from the recording medium 70 and stores it in the control program storage unit 62. When the welding robot 10 is used to actually form the additively manufactured object 100 in this state, the shape data receiving unit 63 receives shape data indicating the shape of the bead from the shape sensor 15, while the control program execution unit 64 reads out the control program stored in the control program storage unit 62 and executes it.
図１１は、この制御プログラム実行部６４の動作例を示したフローチャートである。尚、ここでは、ｉ番目の積層パスで溶接トーチ１３を移動させてビードを形成する時点での制御プログラム実行部６４の動作例を示す。また、制御プログラムには、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換することを決定する根拠となった移動空間及び排除空間の座標情報が付加されているものとする。 Figure 11 is a flow chart showing an example of the operation of the control program execution unit 64. Note that, here, an example of the operation of the control program execution unit 64 at the time when the welding torch 13 is moved to form a bead in the i-th lamination pass is shown. Also, the control program is assumed to include coordinate information of the movement space and the removal space that are the basis for deciding to replace the nozzle of the welding torch 13 with one with a smaller diameter.
制御プログラム実行部６４は、まず、制御プログラムから、移動空間Ｓｔ（ｉ）と、排除空間Ｓｂ（１）～Ｓｂ（ｉ－１）とを取得する（ステップ５０１）。ここで、移動空間Ｓｔ（ｉ）とは、ｉ番目の積層パスにビードを形成する際に溶接トーチ１３が通過する移動空間である。排除空間Ｓｂ（ｊ）（ｊ＝１，２，…，ｉ－１）とは，ｊ番目の積層パスに既に形成されたビードが溶接トーチ１３の侵入を排除する排除空間である。尚、排除空間Ｓｂ（１）～Ｓｂ（ｉ－１）の中には、図６に示した領域１２３，１３３のような、各積層パスにおける排除空間がなす角度の部分に特別に追加された領域も含まれるものとする。 The control program execution unit 64 first obtains the movement space St(i) and the exclusion spaces Sb(1) to Sb(i-1) from the control program (step 501). Here, the movement space St(i) is the movement space through which the welding torch 13 passes when forming a bead in the i-th lamination pass. The exclusion space Sb(j) (j = 1, 2, ..., i-1) is the exclusion space through which the bead already formed in the j-th lamination pass excludes the intrusion of the welding torch 13. Note that the exclusion spaces Sb(1) to Sb(i-1) also include areas that are specially added to the angle formed by the exclusion spaces in each lamination pass, such as areas 123 and 133 shown in FIG. 6.
次に、制御プログラム実行部６４は、既にビードが形成された積層パスであるビード形成パスのインデックスｊを１に設定する（ステップ５０２）。つまり、１つ目のビード形成パスに着目する。 Next, the control program execution unit 64 sets the index j of the bead formation pass, which is a lamination pass on which a bead has already been formed, to 1 (step 502). In other words, it focuses on the first bead formation pass.
次に、制御プログラム実行部６４は、ビード形成パスのインデックスｊをビード形成パスの個数ｉ－１まで１ずつ増加させながら、各インデックスｊについてステップ５０３～ステップ５１０の処理を行う。 Then, the control program execution unit 64 performs the processes of steps 503 to 510 for each index j while incrementing the bead forming path index j by 1 up to the number of bead forming paths i-1.
即ち、制御プログラム実行部６４は、まず、形状データ受信部６３から排除空間Ｓｂｒ（ｊ）を取得したかどうかを判定する（ステップ５０３）。ここで、排除空間Ｓｂｒ（ｊ）は、形状データ受信部６３から取得したｊ番目のビード形成パスにおける既設ビードの形状であってよい。溶接トーチ１３でビードを形成する際に、全てのビード形成パスにおける既設ビードの形状を取得できるわけではないので、このような判定を行っている。 That is, the control program execution unit 64 first determines whether the excluded space Sbr(j) has been acquired from the shape data receiving unit 63 (step 503). Here, the excluded space Sbr(j) may be the shape of the existing bead in the jth bead formation pass acquired from the shape data receiving unit 63. When forming a bead with the welding torch 13, it is not possible to acquire the shapes of the existing beads in all bead formation passes, so this type of determination is made.
ステップ５０３で排除空間Ｓｂｒ（ｊ）を取得したと判定すれば、制御プログラム実行部６４は、この排除空間Ｓｂｒ（ｊ）が、ステップ５０１で取得した排除空間Ｓｂ（ｊ）から乖離しているかどうかを判定する（ステップ５０４）。つまり、制御プログラム実行部６４は、実際に計測した排除空間Ｓｂｒ（ｊ）が計画上の排除空間Ｓｂ（ｊ）から乖離しているかどうかを判定する。 If it is determined in step 503 that the exclusion space Sbr(j) has been acquired, the control program execution unit 64 determines whether this exclusion space Sbr(j) deviates from the exclusion space Sb(j) acquired in step 501 (step 504). In other words, the control program execution unit 64 determines whether the actually measured exclusion space Sbr(j) deviates from the planned exclusion space Sb(j).
ステップ５０４で排除空間Ｓｂｒ（ｊ）が排除空間Ｓｂ（ｊ）から乖離していると判定すれば、制御プログラム実行部６４は、ステップ５０１で取得した移動空間Ｓｔ（ｉ）とステップ５０３で取得した排除空間Ｓｂｒ（ｊ）とが重複しているかどうかを判定する（ステップ５０５）。 If it is determined in step 504 that the excluded space Sbr(j) is separated from the excluded space Sb(j), the control program execution unit 64 determines whether the movement space St(i) obtained in step 501 overlaps with the excluded space Sbr(j) obtained in step 503 (step 505).
ステップ５０５で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂｒ（ｊ）とが重複していると判定すれば、制御プログラム実行部６４は、溶接トーチ１３のノズルが交換可能であるか判定する（ステップ５０６）。つまり、制御プログラム実行部６４は、溶接トーチ１３に現在取り付けられているノズルが、用意された２種類のノズルのうちの口径が小さい方のノズルであるかを判定する。 If it is determined in step 505 that the movement space St(i) and the exclusion space Sbr(j) overlap, the control program execution unit 64 determines whether the nozzle of the welding torch 13 is replaceable (step 506). In other words, the control program execution unit 64 determines whether the nozzle currently attached to the welding torch 13 is the nozzle with the smaller diameter of the two types of nozzles provided.
ステップ５０６で溶接トーチ１３のノズルが交換可能であると判定すれば、制御プログラム実行部６４は、ノズルを口径がより小さなものに交換した後の移動空間Ｓｔ（ｉ）を生成する（ステップ５０７）。 If it is determined in step 506 that the nozzle of the welding torch 13 is replaceable, the control program execution unit 64 generates the movement space St(i) after the nozzle is replaced with one having a smaller diameter (step 507).
次に、制御プログラム実行部６４は、ステップ５０７で生成された移動空間Ｓｔ（ｉ）と、ステップ５０３で取得された排除空間Ｓｂｒ（ｊ）とが重複しているかどうかを判定する（ステップ５０８）。つまり、ステップ５０５で判定された重複が解消していないかを判定する。 Next, the control program execution unit 64 determines whether the movement space St(i) generated in step 507 overlaps with the excluded space Sbr(j) acquired in step 503 (step 508). In other words, it determines whether the overlap determined in step 505 has been resolved.
ステップ５０８で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂｒ（ｊ）とが重複していないと判定すれば、つまり、重複が解消したと判定すれば、制御プログラム実行部６４は、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換し（ステップ５０９）、処理をステップ５１１へ進める。 If it is determined in step 508 that the movement space St(i) and the exclusion space Sbr(j) do not overlap, that is, that the overlap has been eliminated, the control program execution unit 64 replaces the nozzle of the welding torch 13 with one having a smaller diameter (step 509) and proceeds to step 511.
ステップ５０３で排除空間Ｓｂｒ（ｊ）を取得しなかったと判定した場合も、制御プログラム実行部６４は、処理をステップ５１１へ進める。ステップ５０４で排除空間Ｓｂｒ（ｊ）が排除空間Ｓｂ（ｊ）から乖離していないと判定した場合も、制御プログラム実行部６４は、処理をステップ５１１へ進める。ステップ５０５で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂｒ（ｊ）とが重複していないと判定した場合も、制御プログラム実行部６４は、処理をステップ５１１へ進める。 If it is determined in step 503 that the excluded space Sbr(j) has not been acquired, the control program execution unit 64 also advances the process to step 511. If it is determined in step 504 that the excluded space Sbr(j) is not separated from the excluded space Sb(j), the control program execution unit 64 also advances the process to step 511. If it is determined in step 505 that the movement space St(i) and the excluded space Sbr(j) do not overlap, the control program execution unit 64 also advances the process to step 511.
一方、ステップ５０６で溶接トーチ１３のノズルが交換可能でないと判定すれば、制御プログラム実行部６４は、エラーを出力し（ステップ５１０）、処理を終了する。ステップ５０８で移動空間Ｓｔ（ｉ）と排除空間Ｓｂｒ（ｊ）とが重複していると判定した場合、つまり、重複が解消しなかったと判定した場合も、制御プログラム実行部６４は、エラーを出力し（ステップ５１０）、処理を終了する。 On the other hand, if it is determined in step 506 that the nozzle of the welding torch 13 is not replaceable, the control program execution unit 64 outputs an error (step 510) and ends the process. If it is determined in step 508 that the movement space St(i) and the exclusion space Sbr(j) overlap, that is, if it is determined that the overlap has not been resolved, the control program execution unit 64 also outputs an error (step 510) and ends the process.
その後、制御プログラム実行部６４は、ビード形成パスのインデックスｊに１を加算する（ステップ５１１）。つまり、次のビード形成パスに着目する。そして、ビード形成パスのインデックスｊがビード形成パスの個数ｉ－１を超えたかどうかを判定する（ステップ５１２）。 Then, the control program execution unit 64 adds 1 to the bead forming pass index j (step 511). In other words, it focuses on the next bead forming pass. It then determines whether the bead forming pass index j exceeds the number of bead forming passes i-1 (step 512).
その結果、ビード形成パスのインデックスｊがビード形成パスの個数ｉ－１を超えていないと判定すれば、制御プログラム実行部６４は、処理をステップ５０３へ戻す。 As a result, if it is determined that the bead forming path index j does not exceed the number of bead forming paths i-1, the control program execution unit 64 returns the process to step 503.
一方、ビード形成パスのインデックスｊが積層パスの個数ｉ－１を超えたと判定すれば、制御プログラム実行部６４は、ｉ番目の積層パスのビードを形成するように溶接ロボット１０を制御し（ステップ５１３）、処理を終了する。 On the other hand, if it is determined that the bead formation pass index j exceeds the number of lamination passes i-1, the control program execution unit 64 controls the welding robot 10 to form a bead for the i-th lamination pass (step 513) and ends the process.
［変形例］
上記では、２つのサイズの口径のノズルを用意し、大きい方の口径のノズルを用いると溶接トーチ１３と積層造形物１００とが干渉する場合に、小さい方の口径のノズルに交換するようにしたが、この限りではない。複数のサイズの口径のノズルを用意し、大きい口径のノズルを用いると溶接トーチ１３と積層造形物１００とが干渉する場合に一段階小さい口径のノズルに交換する、という処理を繰り返すようにしてもよい。
[Modification]
In the above description, nozzles of two different diameters are prepared, and if using the larger nozzle diameter would cause interference between the welding torch 13 and the layered object 100, the nozzle is replaced with the smaller nozzle diameter, but this is not limited to the above. Nozzles of a plurality of different diameters may be prepared, and if using the larger nozzle diameter would cause interference between the welding torch 13 and the layered object 100, the nozzle may be replaced with a nozzle of the next smaller diameter, and this process may be repeated.
また、上記では、溶接トーチ１３の口径をより小さくするために、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換することとしたが、この限りではない。溶接トーチ１３の口径をより小さくするために、タンデムアーク溶接用のトーチをシングルアーク溶接用のトーチに交換する等、溶接トーチ１３を交換することとしてもよい。 In the above, the nozzle of the welding torch 13 is replaced with one having a smaller diameter in order to reduce the diameter of the welding torch 13, but this is not limited to the above. In order to reduce the diameter of the welding torch 13, the welding torch 13 may be replaced, for example, by replacing a torch for tandem arc welding with a torch for single arc welding.
［本実施の形態の効果］
以上述べたように、本実施の形態では、溶接トーチ１３が通過する移動空間と、既設のビードが溶接トーチ１３の侵入を排除する排除空間とに重複部分がある場合に、溶接トーチ１３のノズルを口径がより小さなものに交換するようにした。これにより、積層造形物１００を造形する金属積層造形システム１において、溶接トーチ１３のノズルとして口径が小さなノズルを必要最低限用いて積層造形物１００を造形できるようになった。
[Effects of this embodiment]
As described above, in this embodiment, the nozzle of the welding torch 13 is replaced with one having a smaller diameter when there is an overlap between the movement space through which the welding torch 13 passes and the exclusion space in which an existing bead excludes the entry of the welding torch 13. As a result, in the metal additive manufacturing system 1 that manufactures the additive object 100, it is possible to manufacture the additive object 100 using a minimum number of nozzles with small diameters as the nozzles of the welding torch 13.
１…金属積層造形システム、１０…溶接ロボット、１５…形状センサ、２０…ＣＡＤ装置、３０…積層計画装置、４１…ＣＡＤデータ取得部、４２…ＣＡＤデータ分割部、４３…積層計画部、４４…ノズル交換判定部、４４１…軌跡抽出部、４４２…空間生成部、４４３…重複判定部、４５…制御プログラム生成部、４６…制御プログラム出力部、５０…制御装置、６１…制御プログラム取得部、６２…制御プログラム記憶部、６３…形状データ受信部、６４…制御プログラム実行部、７０…記録媒体 1...Metal additive manufacturing system, 10...Welding robot, 15...Shape sensor, 20...CAD device, 30...Lamination planning device, 41...CAD data acquisition unit, 42...CAD data division unit, 43...Lamination planning unit, 44...Nozzle replacement determination unit, 441...Trajectory extraction unit, 442...Space generation unit, 443...Overlap determination unit, 45...Control program generation unit, 46...Control program output unit, 50...Control device, 61...Control program acquisition unit, 62...Control program storage unit, 63...Shape data reception unit, 64...Control program execution unit, 70...Recording medium
Claims (8)
前記積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する抽出ステップと、
前記軌跡に基づいて、前記溶接トーチが通過する移動空間の座標情報と、既に積層された前記溶着ビードが当該溶接トーチの侵入を排除する排除空間の座標情報とを演算する演算ステップと、
前記排除空間の座標情報と前記移動空間の座標情報とに基づいて、当該移動空間と当該排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する判定ステップと、
前記空間的な重なりがあると判定された場合に、前記溶接トーチの口径がより小さくなるように当該溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する生成ステップと
を含むことを特徴とする、積層造形システムの制御方法。 A method for controlling an additive manufacturing system that manufactures an additive manufacturing object by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch, comprising the steps of:
An extraction step of extracting a trajectory of a lamination path from a lamination plan of the layered object;
a calculation step of calculating, based on the trajectory, coordinate information of a movement space through which the welding torch passes and coordinate information of an exclusion space in which the already-laid weld bead excludes the entry of the welding torch;
a determination step of determining whether or not there is a spatial overlap between the movement space and the excluded space based on coordinate information of the excluded space and coordinate information of the movement space;
and generating, when it is determined that there is spatial overlap, a command to replace the welding torch or a welding torch part so that the diameter of the welding torch is smaller.
計測された前記形状に基づいて、前記排除空間の座標情報を変更する変更ステップと
を更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の積層造形システムの制御方法。 a measuring step of measuring a shape of the weld bead that has already been deposited while moving the welding torch;
The method for controlling an additive manufacturing system according to claim 1 , further comprising: a changing step of changing coordinate information of the exclusion space based on the measured shape.
前記溶接トーチを移動させながら前記溶着ビードを積層するように制御する第１の制御ステップと、
前記溶接トーチと積層された前記溶着ビードとが干渉する場合に、当該溶接トーチの口径がより小さくなるように当該溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行うように制御する第２の制御ステップと
を含むことを特徴とする、積層造形システムの制御方法。 A method for controlling an additive manufacturing system that manufactures an additive manufacturing object by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch, comprising the steps of:
a first control step of controlling the welding torch to move while stacking the weld beads;
and a second control step of controlling, when the welding torch interferes with the stacked weld beads, to replace the welding torch or a welding torch part so that the diameter of the welding torch becomes smaller.
前記積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する抽出手段と、
前記軌跡に基づいて、前記溶接トーチが通過する移動空間の座標情報と、既に積層された前記溶着ビードが当該溶接トーチの侵入を排除する排除空間の座標情報とを演算する演算手段と、
前記排除空間の座標情報と前記移動空間の座標情報とに基づいて、当該移動空間と当該排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する判定手段と、
前記空間的な重なりがあると判定された場合に、前記溶接トーチの口径がより小さくなるように当該溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する生成手段と
を備えたことを特徴とする、積層造形システム。 An additive manufacturing system that manufactures an additive object by stacking weld beads formed by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch, comprising:
An extraction means for extracting a trajectory of a lamination path from a lamination plan of the layered object;
a calculation means for calculating, based on the trajectory, coordinate information of a movement space through which the welding torch passes and coordinate information of an exclusion space in which the already deposited weld bead excludes the entry of the welding torch;
a determination means for determining whether or not there is a spatial overlap between the movement space and the excluded space based on coordinate information of the excluded space and coordinate information of the movement space;
and a generation means for generating, when it is determined that there is spatial overlap, a command to replace the welding torch or a welding torch part so that the diameter of the welding torch is smaller.
前記積層造形物の積層計画から積層パスの軌跡を抽出する機能と、
前記軌跡に基づいて、前記溶接トーチが通過する移動空間の座標情報と、既に積層された前記溶着ビードが当該溶接トーチの侵入を排除する排除空間の座標情報とを演算する機能と、
前記排除空間の座標情報と前記移動空間の座標情報とに基づいて、当該移動空間と当該排除空間との空間的な重なりがあるかどうかを判定する機能と、
前記空間的な重なりがあると判定された場合に、前記溶接トーチの口径がより小さくなるように当該溶接トーチ又は溶接トーチ部品の交換作業を行う命令を生成する機能と
を実現させるための、プログラム。 A computer controls an additive manufacturing system that creates an additive object by stacking deposition beads made by melting and solidifying a filler metal while moving a welding torch,
A function of extracting a trajectory of a lamination path from a lamination plan of the laminated object;
a function of calculating, based on the trajectory, coordinate information of a movement space through which the welding torch passes and coordinate information of an exclusion space in which the already deposited weld bead excludes the entry of the welding torch;
a function of determining whether or not there is a spatial overlap between the movement space and the excluded space based on coordinate information of the excluded space and coordinate information of the movement space;
and generating a command to replace the welding torch or welding torch part so that the diameter of the welding torch becomes smaller when it is determined that there is spatial overlap.
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