(57)【要約】【課題】アーク溶接を用いて対象物上に溶接付加物を形成する際に、溶接付加物の形状を安定させることができる付加製造方法及びこれを用いた加工システムを提供する。【解決手段】溶接トーチ２１を、溶接中心線ＷＣＬを跨いでウィービングさせつつ溶接中心線ＷＣＬに沿った方向に移動させながら、溶接開始点から連続的に溶接ワイヤＷを溶融させて対象物ＯＢＪ上に溶接付加物を形成する付加製造方法において、前記溶接付加物を形成しつつ、溶接トーチ２１を溶接開始点に向かって移動させ、溶接開始点の手前で形成される溶接付加物において、溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物よりも、対象物ＯＢＪの単位面積当たりにおける量を増大させ、その後、溶接トーチ２１を溶接開始点へと移動させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチを、溶接中心線を跨いでウィービングさせながら前記溶接中心線に沿った方向に移動させ、対象物上に溶接付加物を形成する付加製造方法であって、
前記トーチを、溶接開始点から奥側へと移動させた後、手前側から前記溶接開始点に向かって移動させ、
前記溶接開始点の手前の所定部分で形成される溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量を、前記溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量よりも増大させる、
付加製造方法。
【請求項２】
前記溶接開始点の手前の所定部分で形成される溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量を、前記溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量よりも増大させるため、前記溶接開始点の手前において前記溶接中心線を挟んだ２か所の休止点で、前記トーチの移動を所定時間停止させる、
請求項１に記載の付加製造方法。
【請求項３】
前記２つの休止点が一方向のウィービング軌跡上に存在するとき、溶接終了点は、前記一方向のウィービング軌跡に接続する他方向のウィービング軌跡上に存在する、
請求項２に記載の付加製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の付加製造方法を実行する加工システムにおいて、
前記対象物に対して前記トーチを相対的に移動させる加工部と、
前記加工部を制御する制御部と、
前記制御部に接続されたインタフェース部とを有し、
前記インタフェース部を介して、前記溶接中心線の幾何学的数値、前記ウィービングの周期及び振幅に関する第１の情報を入力可能であり、
前記制御部は、入力された前記第１の情報に基づいて、前記トーチを移動させる前記対象物上の座標を算出する、
加工システム。
【請求項５】
前記インタフェース部を介して、前記トーチの移動を停止させる時間、及び前記トーチの移動速度に関する第２の情報を入力可能であり、
前記制御部は、入力された前記第２の情報に基づいて、前記加工部の動作を制御する、
請求項４に記載の加工システム。
【請求項６】
過去に入力された前記第２の情報と、対象物の単位面積当たりに形成された溶接付加物の量とをデータベースとして蓄積するメモリを含み、前記制御部は、前記インタフェース部から入力された前記第２の情報と、前記メモリに蓄積された前記データベースとに基づいて、対象物の単位面積当たりにおける溶接付加物の量を推定する、
請求項５に記載の加工システム。
【請求項７】
前記制御部は、前記インタフェース部から入力された前記第１の情報と前記第２の情報のうち少なくとも一方が不適切であると判断した場合、前記インタフェース部を介してエラー情報を表示する、
請求項５又は６に記載の加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、付加製造方法、及びこれを用いた加工システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
付加材料をワークに溶融・結合させる付加製造（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）技術の一つとして、アーク溶接が知られている。アーク溶接にて、例えばワークの表面に環状の溶接ビードを積層形成することによって、高さのある円筒状の付加物を形成できる。また、溶接トーチを溶接線に対して左右に揺動させつつ進行させるウィービングという手法を用いることで、溶接線単位長さ当たり多量の溶接付加物を堆積でき、これにより例えば肉厚の円筒状の付加物を形成することができる。
【０００３】
ところで、環状の溶接ビードを形成する場合、溶接ビードの始端と終端とを重ねる必要があるが、つなぎ目の形状が安定しないという問題がある。溶接ビードのつなぎ目の形状が安定しないと、次に積層される溶接ビードの形状にゆがみが生じ、精度の良い溶接付加物を形成できない虞れがある。
【０００４】
これに対し特許文献１には、ビード継ぎ重ね溶接の開始側および終了側で、アークを発生させる電圧および溶接トーチの走行速度を最適な値に制御することにより、ビード継ぎ部に溶接欠陥を発生させることなく、平滑で良好な溶接ビードを形成できるビード継ぎ重ね溶接の制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−７７３０５号公報
【特許文献２】特開昭５７−４１８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術によれば、つなぎ目を通過後に溶接トーチを一時停止させている。しかしながら、本発明者らの検討結果によれば、溶接トーチをウィービングさせながら、溶接ビードのつなぎ目を通過するように移動させた場合、溶接ビードのつなぎ目にくびれが生じ、その後に溶接トーチを一時停止させても、このくびれが残存することが判明した。
【０００７】
一方、特許文献２には、ウィービング両端部の手前から高電流を付与しつつ、ウィービング両端部で溶接トーチを一時停止させる技術が開示されている。しかしながら、特許文献２の技術は、全てのウィービング両端部で溶接トーチを停止させて、単位時間当りの溶接金属量を平均的に増大させるものであり、溶接ビードのつなぎ目にくびれが生じるという問題を解消するものではない。なお、溶接ビードのつなぎ目にくびれが生じるという問題は、閉ループ状に溶接ビードを形成する場合のほか、第１の溶接ビードに第２の溶接ビードをつなぎ合わせる際にも生じうる。
【０００８】
そこで本発明は、アーク溶接を用いて対象物上に溶接付加物を形成する際に、溶接付加物の形状を安定させることができる付加製造方法及びこれを用いた加工システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一つの側面によれば、トーチを、溶接中心線を跨いでウィービングさせながら前記溶接中心線に沿った方向に移動させ、対象物上に溶接付加物を形成する付加製造方法であって、
前記トーチを、溶接開始点から奥側へと移動させた後、手前側から前記溶接開始点に向かって移動させ、
前記溶接開始点の手前の所定部分で形成される溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量を、前記溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量よりも増大させる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アーク溶接を用いて対象物上に溶接付加物を形成する際に、溶接付加物の形状を安定させることができる付加製造方法及びこれを用いた加工システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態の加工システムを示す概略斜視図である。
【図２】図２は、加工システムの加工部を示す概略斜視図である。
【図３】図３は、制御部における入力処理制御を示すフローチャートである。
【図４】図４は、モニタ部に表示される情報の例を示す図である。
【図５】図５は、モニタ部に表示される情報の別な例を示す図である。
【図６】図６は、加工部を駆動するためのプログラムの例を示す図であり、理解しやすいように数値の説明を付している。
【図７】図７は、加工部を駆動する制御部の制御動作を示すフローチャートである。
【図８】図８は、環状の溶接付加物を形成するためのウィービング軌跡を示した図である。
【図９】図９は、図８の矢印Ａで示すウィービング軌跡の一部を拡大して示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第１の比較例として対象物上に形成された環状の溶接付加物の図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の矢印Ｂで示す部位を拡大して示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は、第２の比較例として対象物上に形成された環状の溶接付加物の図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の矢印Ｃで示す部位を拡大して示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、実施例として対象物上に形成された環状の溶接付加物の図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の矢印Ｄで示す部位を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。本明細書で用いる「ウィービング」とは、溶接トーチ（単にトーチともいう）を、溶接中心線を跨いで所定の周期及び振幅でウィービングさせつつ前記溶接中心線に沿った方向に移動させる動作をいい、「溶接中心線」とはウィービングの両振幅の中心を通過する線をいうものとする。
【００１３】
また、「ウィービング軌跡」とは、対象物に対して相対的にウィービングする溶接トーチの移動軌跡をいう。ウィービング軌跡としては、三角波状やサインカーブ状など種々の形があるが、いずれの場合でも溶接中心線を一方向に横切った後、他方向に横切ることを周期的に繰り返すものである。ウィービング軌跡の方向が変わる転換点（溶接中心線から周期的に溶接トーチが最も遠ざかる点）をウィービング方向変換点といい、三角波やサインカーブの頂点がこれに相当する。ウィービング軌跡上に、第１、第２、第３の３つのウィービング方向変換点がこの順序で連続して存在した場合、第１及び第２のウィービング方向変換点の間が、一方向のウィービング軌跡となり、第２及び第３のウィービング方向変換点の間が、他方向のウィービング軌跡となる。
【００１４】
また、「溶接開始点」とは、ウィービング軌跡上で溶接トーチが溶接付加物の形成を開始する位置をいい、「溶接終了点」とは、ウィービング軌跡上で溶接トーチが溶接付加物の形成を終了する位置をいう。さらに、「溶接開始点の奥側」とは、溶接開始点から溶接付加物の形成が開始された側（例えば溶接中心線を挟んで一方の側）をいう。これに対し、「溶接開始点の手前」とは、ウィービング軌跡に沿って溶接を行いながら溶接開始点へと接近する溶接トーチと、その溶接開始点との間であって溶接開始点の近傍をいい、溶接開始点を基準として、奥側とは異なる側（例えば溶接中心線を挟んで他方の側）になる。
また、本明細書において、溶接開始点及び溶接終了点以外に、溶接トーチが移動の動作を所定の時間停止する点について「休止点」というものとする。なお、休止点における「所定の停止時間」は「ドウェル状態の時間」ともいう。
【００１５】
（加工システムの構成）
図１は、本発明の一実施形態にかかる加工システム１０を示す概略斜視図である。図２は、加工システム１０の加工部２０を示す概略斜視図である。ここで、加工システム１０の左右方向をＸ軸方向とし、奥行き方向をＹ軸方向とし、高さ方向をＺ軸方向とする
【００１６】
加工システム１０は、基台１１と、基台１１上に設けられた筐体１２と、筐体１２内部に設けられた加工部２０と、加工部２０を制御する制御部１３と、制御部１３に接続されたインタフェース部１４とを有する。筐体１２は開閉可能な扉１２ａを有する。図１では扉１２ａは開放した状態で示されているが、扉１２ａを閉じることで、筐体１２内の加工部２０は外部から隔離された状態で加工を行うことができる。インタフェース部１４は、例えば液晶パネルなどのモニタ部１４ａと、数値を入力可能なキーパッド部１４ｂとを有する。
【００１７】
また、加工システム１０は、筐体１２の外部において、溶接トーチ２１に溶接ワイヤＷを供給するワイヤ供給装置１５、溶接トーチ２１にシールドガスを供給するシールドガスボンベ１６及び溶接トーチ２１に電力を供給する溶接機電源１７を備える。溶接ワイヤ、シールドガスおよび電力は、ケーブルＣＢＬを介して筐体１２内の加工部２０に供給され、後述するようにして溶接付加物を形成するために用いられる。なお、図示していないが、ケーブルＣＢＬは筐体１２内で弛みがあり、溶接トーチ２１の移動を阻害することはない。
【００１８】
図２において、加工部２０は、ケーブルＣＢＬに接続された溶接トーチ２１と、溶接トーチ２１をＹ軸方向に移動させるＹ軸ステージ２２と、Ｙ軸ステージ２２をＺ軸方向に移動させるＺ軸ステージ２３と、Ｚ軸ステージ２３をＸ軸方向に移動させるＸ軸ステージ２４と、溶接の対象物ＯＢＪをθ軸回りに回転するアクチュエータ２５とを有する。簡略化して図示する各軸ステージ２２，２３，２４及びアクチュエータ２５は、配線を介して制御部１３に接続されており、制御部１３からの制御信号に応じて、溶接トーチ２１及び対象物ＯＢＪを精密に移動させることができる。
なお、加工部２０はこれに限られず、例えば以上の要素に加えて対象物ＯＢＪをＺ軸に平行な軸まわりに旋回するアクチュエータや、溶接トーチ２１を揺動可能なアクチュエータのいずれかを含め、５軸加工機とすることもできる。
【００１９】
制御部１３の制御に従い、加工部２０の動作時に、溶接トーチ２１にはワイヤ供給装置１５から、溶加材としての溶接ワイヤＷが供給される。また、シールドガスボンベ１６からシールドガスが供給される。更に溶接機電源１７が直流電源であれば正の電圧が印加される。一方、対象物ＯＢＪは接地されているため、溶接トーチ２１を接近させることで、溶接ワイヤＷの先端と対象物ＯＢＪとの間でアーク放電が生じる。これにより、溶接ワイヤＷが溶融して対象物ＯＢＪに溶接付加物を形成することができる。
【００２０】
（インタフェース部の数値入力）
次に、インタフェース部１４を用いた数値入力の一例について説明する。図３は、制御部１３における入力処理制御を示すフローチャートの一例である。制御部１３は、不図示のスイッチのオン操作に応じて、ステップＳ０１で、例えば図４又は図５に示す表示画面をモニタ部１４ａに表示する。
図４に示す表示画面においては、複数の数値入力欄ＩＣＭと、平面である対象物に溶接付加物を形成するための入力を支援する画像ＩＭＧ１が表示されている。一方、図５に示す表示画面においては、複数の数値入力欄ＩＣＭと、円筒外周面である対象物に溶接付加物を形成するための入力を支援する画像ＩＭＧ２が表示されている。
【００２１】
より具体的には、画像ＩＭＧ１は、対象物（図４では平面）上に形成したい溶接付加物及びウィービング軌跡の形状を示すと同時に、更に数値入力欄ＩＣＭに入力すべき数値の内容を、それぞれ示している。作業者は、画像ＩＭＧ１を見ながら、キーパッド部１４ｂを介して、数値入力欄ＩＣＭに数値を情報として入力することができる。入力された数値は、インタフェース部１４から制御部１３へと送信される（ステップＳ０２）。
【００２２】
入力内容の一例を説明すると、作業者は、Ａ：＃１と表示された数値入力欄に、溶接付加物を形成する対象物ＯＢＪが平面である場合は「１」、円筒外周面である場合は「２」を入力することによって、溶接付加物を形成する対象物ＯＢＪの形状を選択することができる。
【００２３】
ここで、Ａ：＃１に「１」を入力した場合には、図４に示される画像ＩＭＧ１が表示される。これに対しＡ：＃１に「２」を入力した場合には、図５に示される画像ＩＭＧ２が表示される。ただし、Ａ：＃１にデフォルト値として「１」または「２」を設定しておき、その後の操作によって入力値を切り替え可能としてもよい。
【００２４】
また、スイッチのオン操作後最初のモニタ部１４ａの表示画面において、画像ＩＭＧ１、ＩＭＧ２のいずれも表示せず、Ａ：＃１と表示された数値入力欄に「１」又は「２」を入力することで、対応する画像ＩＭＧ１、ＩＭＧ２のいずれかを表示できるようにしてもよい。
【００２５】
ここで、作業者が数値を入力する際の数値入力欄ＩＣＭの選択は、モニタ部１４ａがタッチパネルである場合、所望の数値入力欄をタッチすることで行うことができる。或いはキーパッド部１４ｂを介して所望の数値入力欄を選択し、選択された数値入力欄に数値を入力できるようにしてもよい。
また、数値入力欄が選択されたときは、その数値入力欄の表示色が変更され、同時に数値入力欄ＩＣＭの下方のメッセージ欄に、該当する数値の説明を表示することができる。さらにメッセージ欄には、過去に適正に入力された数値に基づいて、推奨される数値の範囲を表示することもできる。これを作業者が視認することで、入力ミスを抑制して有効な入力支援を行える。
【００２６】
続いて作業者は、図４の表示画面においてＢ：＃２と表示された数値入力欄には、この例では溶接中心線に一致する基準円の直径（ｍｍ）を入力でき、Ｃ：＃３と表示された数値入力欄には、ウィービングの振幅（ｍｍ）を入力できる。また作業者は、Ｉ：＃４と表示された数値入力欄には、ウィービングの周期（ｍｍ）を入力でき、Ｊ：＃５と表示された数値入力欄には、溶接トーチの移動速度すなわち送り速度（ｍｍ／ｍｉｎ）を入力できる。更に作業者は、Ｋ：＃６と表示された数値入力欄には、溶接トーチを停止させるドウェル状態の時間（ｓｅｃ）を入力できる。
Ｂ：＃２、Ｃ：＃３、Ｉ：＃４に入力される数値が第１の情報であり、Ｊ：＃５、Ｋ：＃６に入力される数値が第２の情報である。これら数値は、インタフェース部１４から制御部１３へと送信される（図３のステップＳ０２）。
なお、制御部１３に設けた内部または外部のメモリに、予め各数値の許容範囲を記憶しておき、各数値入力欄に入力された数値が許容範囲外となった時、メッセージ欄に「入力された数値は許容範囲外です。」などのエラーメッセージ（エラー情報）を表示させてもよい。各数値の許容範囲は、過去のデータに基づき随時更新されることができる。
【００２７】
一方、図５の表示画面においては、作業者は、Ｂ：＃２と表示された数値入力欄には、対象物である円筒外径（ｍｍ）を入力できる。それ以外は、図４の表示画面で入力する内容と共通するため、重複する説明を省略する。ここで、図４の基準円直径及び図５の円筒外径を、溶接中心線の幾何学的数値とする。以下では、図４の表示画面に基づき入力がなされたものとして説明を行う。
【００２８】
図３のステップＳ０３で、制御部１３は、入力された基準円直径、ウィービングの振幅及び周期に基づいて、対象物上においてトーチを移動すべきウィービング方向変換点の座標を演算し、図６に示すような加工部２０の動作プログラムを自動作成する。以上で、インタフェース部１４の入力動作は終了する。
なお、制御部１３は内部または外部のメモリに、過去に入力された溶接トーチの送り速度及びドウェル状態の時間に対応付けて、それにより形成された溶接付加物の幅（及び／または高さ）をデータベースとして蓄積できる。蓄積されたデータベースと、新たに入力された溶接トーチの送り速度及びドウェル状態の時間とに基づいて、制御部１３は、これから形成される溶接付加物の幅（及び／または高さ）を推定でき、これに基づき対象物上の単位面積当たりの溶接付加物の量を求めることができる。推定された溶接付加物の幅（及び／または高さ）は、作業者の要求に応じてインタフェース部１４で表示できる。
【００２９】
（入力作業簡素化の実現）
仮にインタフェース部１４を用いない場合、作業者は図６に一例を示す動作プログラムを手入力した上で、制御部１３に読み込ませなければならない。このため、動作プログラムの手入力には膨大な工数がかかるとともに、入力ミスも生じやすい。従来の動作プログラムの作成方法では、基本的に溶接トーチの、少なくともウィービング方向変換点についてＸＹ座標を個々に特定する必要がある。具体的には図６に示すように、溶接開始点を原点としたときに、各ウィービング方向変換点のＸＹ座標について、その数（ここではｍ個）分の座標を入力し、更にドウェル状態の時間を適切な位置に入力しなくてはならない。
これに対し本実施の形態によれば、インタフェース部１４を用いた対話型で数値入力を行った後、制御部１３が加工部２０の動作プログラムを自動作成するので、入力が容易であり、入力ミスも防げ、更には数値の修正も容易である。
【００３０】
（加工部の動作）
次に、制御部１３に制御された加工部２０の動作について説明する。図７は、加工部２０を駆動する制御部１３の制御動作を示すフローチャートである。図８は、Ｘ軸を横軸とし、Ｙ軸を縦軸として、対象物表面に２次元座標を設定し、その上に、環状の溶接付加物を形成するためのウィービング軌跡ＷＴを示した図である。ここで溶接中心線は円であるものとする。図９は、図８の矢印Ａで示すウィービング軌跡の一部を拡大して示す図である。
【００３１】
図９において、制御部１３にて決定された数値に従って加工部２０が駆動され、ウィービング軌跡ＷＴに沿って溶接トーチ２１の中心が移動する。ここでは、ウィービング軌跡ＷＴは溶接中心線ＷＣＬに沿った三角波状であり、ｍ個のウィービング方向変換点及び溶接開始点の座標が、制御部１３にて以下の通り決定されたものとする。
ウィービング方向変換点：（Ｘ１、Ｙ１）、・・・・（Ｘｍ−１、Ｙｍ−１）、（Ｘｍ、Ｙｍ）
溶接開始点：（Ｘ０、Ｙ０）
【００３２】
また、ウィービング方向変換点は、図８に示すように、溶接トーチ２１を移動させる左回りの順序で、溶接開始点から数えて第１番目のウィービング方向変換点（Ｘ１、Ｙ１）、・・・第ｍ番目のウィービング方向変換点（Ｘｍ、Ｙｍ）と、順に名付けるものとする。更に、図９に示すように、溶接開始点（Ｘ０、Ｙ０）は溶接中心線ＷＣＬ上にあるものとする。
【００３３】
図１に示す溶接トーチ２１にはワイヤ供給装置１５から、溶加材としての溶接ワイヤＷが供給され、シールドガスボンベ１６からシールドガスが供給され、また溶接機電源１７が直流電源であれば正の電圧が印加されている。以下、溶接付加物の形成工程について具体的に説明する。
【００３４】
図７のステップＳ１１において、制御部１３は、加工部２０の溶接トーチ２１をＺ軸方向に沿って対象物ＯＢＪに近接させ、溶接開始点（Ｘ０、Ｙ０）へと移動させる。溶接トーチ２１が対象物ＯＢＪに所定距離まで接近したときアーク放電が生じ、溶接ワイヤＷが溶融して対象物ＯＢＪの表面に落下する。これによりステップＳ１２にて、溶接開始点（Ｘ０、Ｙ０）から溶接付加物が形成され、更に溶接トーチ２１を移動させることで連続した溶接ビードが形成される。
【００３５】
ステップＳ１３で、制御部１３は、溶接付加物を形成している溶接トーチ２１を、第１番目のウィービング方向変換点（Ｘ１、Ｙ１）に向かって移動させる。ここでは、溶接トーチ２１の移動を、Ｙ軸方向の移動及びＸ軸方向のシフトを1パターンとして、複数パターンを繰り返すことで行う。ただし、Ｙ軸方向とＸ軸方向の移動を同時に行ってもよい。さらに、制御部１３は内蔵カウンタをn＝１とする。
【００３６】
ステップＳ１４で、制御部１３は内蔵カウンタをｎ＝ｎ＋１と繰り上げ、ステップＳ１５で、更に溶接トーチ２１を第ｎ番目（ここでは第２番目）のウィービング方向変換点に向かって移動させる。更に制御部１３は、ステップＳ１６において、ｎ＝ｍ−１か否か（すなわち最後のウィービング方向変換点より１つ前のウィービング方向変換点か否か）を判定し、ｎ＝ｍ−１でなければ、制御フローをステップＳ１４へと戻して、次のウィービング方向変換点に向かって溶接トーチ２１を移動させる。
【００３７】
そして、ステップＳ１６において、ｎ＝ｍ−１であると判定した場合、すなわち溶接トーチ２１が到達したウィービング方向変換点が、最後のウィービング方向変換点から一つ手前のウィービング方向変換点（Ｘｍ−１、Ｙｍ−１）であると判定した場合、ステップＳ１７において、制御部１３は、溶接付加物を形成しつつ（溶接ワイヤＷの送り込み及び溶接電流・電圧を変化させず）、溶接トーチ２１をドウェル状態とし、所定時間（ここでは０．２ｓｅｃ）だけ停止させる。
【００３８】
その後、ステップＳ１８で、制御部１３は、溶接トーチ２１を溶接中心線ＷＣＬを跨いで、第ｍ番目のウィービング方向変換点（Ｘｍ、Ｙｍ）に向かって移動させ、更にステップＳ１９で溶接付加物を形成しつつ（溶接ワイヤＷの送り込み及び溶接電流・電圧を変化させず）、溶接トーチ２１を所定時間（ここでは０．２ｓｅｃ）だけ停止させる。
【００３９】
図９では、第ｍ番目のウィービング方向変換点（Ｘｍ、Ｙｍ）まで、溶接トーチ２１が到達した状態でのウィービング軌跡ＷＴを黒色矩形で示しているが、第ｍ番目のウィービング方向変換点（Ｘｍ、Ｙｍ）から溶接開始点（Ｘ０、Ｙ０）までのウィービング軌跡は点線白抜き矩形で示している。この例では、第（ｍ−１）番目のウィービング方向変換点（Ｘｍ−１、Ｙｍ−１）と、第ｍ番目のウィービング方向変換点（Ｘｍ、Ｙｍ）が、溶接トーチ２１を停止させる休止点となる。
【００４０】
さらに、図７のステップＳ２０で、溶接トーチ２１を溶接中心線ＷＣＬ上にある溶接開始点（Ｘ０、Ｙ０）に向かって（溶接を開始した側とは溶接開始点を挟んで反対の側から）移動させ、溶接開始点（Ｘ０、Ｙ０）で溶接トーチ２１を対象物ＯＢＪからＺ軸方向に離間させることで、アーク溶接を終了する。これにより、溶接終了点が溶接開始点になり、ウィービング軌跡は閉ループ状となって、環状の溶接付加物を形成できる。溶接付加物を複数層重ねたい場合、さらに図７のステップＳ１１〜Ｓ２０を所望の回数だけ繰り返せばよい。
【００４１】
以上の例では、溶接終了点が、溶接中心線ＷＣＬを跨いだ一方向（図９で左上向き）のウィービング軌跡上に存在しており、２つの休止点は、一方向のウィービング軌跡に接続する他方向（図９で左下向き）のウィービング軌跡上に存在している。休止点は、必ずしもウィービング方向変換点上にある必要はなく、その近傍であってもよい。
なお、溶接終了点の座標を溶接開始点の座標と厳密に一致させる必要はない。両者はウィービング全振幅の１０％以下で近接していると好ましい。
【００４２】
本実施形態によれば、制御部１３は、インタフェース部１４から入力された溶接トーチ２１の移動速度とドウェル状態の時間に基づいて、溶接トーチ２１の動作を制御することができる。より具体的には、制御部１３が２つの休止点で溶接トーチ２１の移動をドウェル状態の時間だけ停止させ、それ以外の場所では一定速度で移動させることができる。これにより、対象物ＯＢＪの単位面積当たりの溶接付加物の量を調整できる。
したがって、溶接開始点の手前で形成される溶接付加物において、溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物よりも、対象物ＯＢＪの単位面積当たりにおける量を増大させることができるので、溶接開始点近傍での溶接付加物を安定して形成することができる。
なお、休止点における溶接トーチ２１の移動を停止するドウェル状態の時間は、溶加材の素材などによって変更することができる。ドウェル状態の時間は、例えば０．１ｓｅｃ〜１ｓｅｃであると好ましい。
【００４３】
また、例えば図４における例においては、２つの休止点における溶接トーチ２１の移動を停止する時間を、円形である溶接中心線の内側（第ｍ変更点）に対し外側（第（ｍ−１）変更点）で相対的に長くするなど、互いに異ならせてもよい。この場合、図４の数値入力欄ＩＣＭにおけるＫ：＃６に、停止時間を各々入力できるようにしてもよい。あるいは、２つの休止点のうち一方の休止点での停止時間をＫ：＃６に入力すると、他方の休止点の停止時間は、一方の休止点の停止時間に所定の時間差を加算（又は減算）するなどして自動計算されるようにしてもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、２つの休止点で溶接トーチ２１の移動を停止することにより、溶接開始点の手前で形成される溶接付加物において、溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物よりも、対象物ＯＢＪの単位面積当たりにおける量を部分的に増大させているが、溶接付加物の量を異ならせる手法はこれに限られない。例えば、溶接開始点の手前で休止する代わりに、溶接トーチ２１の移動速度を遅くする、或いは溶接開始点の手前で溶接電圧・電流を増大させることによっても、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
（本加工システムの特徴）
本実施の形態によれば、インタフェース部１４を用いた対話型で数値入力を行った後、制御部１３が加工部２０の動作プログラムを自動作成するので、入力が容易であり、入力ミスも防げ、更には数値の修正も容易である。また、制御部１３が不適切な入力と判定したときは、インタフェース部１４がエラーメッセージを表示するので、不適切な溶接付加物の形成を未然に防止できる。
【００４６】
（実施例）
図１０〜１２に、本発明者らが行った実験結果を示す。図１０に示す比較例は、平面である対象物に形成された環状の溶接付加物であり、溶接トーチを休止させることなく一定速度で移動させ、溶接開始点と溶接終了点とを一致させたものである。図１０（ｂ）から明らかなように、溶接開始点近傍において、溶接付加物のくびれが生じ、つなぎ目が不安定となることがわかる。
【００４７】
図１１に示す比較例は、同様に平面である対象物に形成された環状の溶接付加物であるが、溶接トーチを休止させることなく一定速度で移動させ、溶接開始点を通過した後に溶接トーチを停止させて溶接終了点としたものである。図１１（ｂ）から明らかなように、溶接開始点近傍において、図１０（ｂ）と同様に溶接付加物のくびれが生じ、つなぎ目が不安定となることがわかる。
【００４８】
図１２に示す実施例は、同様に平面である対象物に形成された環状の溶接付加物であるが、図８〜１０に示す実施形態に従って、溶接トーチを２つの休止点で停止させ、溶接開始点と溶接終了点とを一致させたものである。図１２（ｂ）から明らかなように、溶接開始点近傍において溶接付加物のくびれがなく、つなぎ目が安定していることがわかる。図１２の環状の溶接付加物に重ねて、同じ形状の溶接付加物を複数層積層しても、周方向の高さを均一に維持することができるから、精度の良い円筒形状を形成することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、加工部２０は、タレット旋盤や複合旋盤でも、或いは立形マシニングセンタや横形マシニングセンタを用いてもよいが、特に５軸マシニングセンタを好適に用いることができる。
また、使用できるアーク溶接としては、被覆アーク溶接、ミグ溶接、マグ溶接、ティグ溶接、プラズマ溶接などが挙げられる。さらに、溶接付加物の形成の目的としては、肉盛り、開先溶接、隅肉溶接、せん溶接、スロット溶接などの継手溶接であってもよい。溶接付加物を形成する対象物は、平面に限らず３次元形状を有するものであってもよい。たとえば長尺材を一回転させながら外周を肉盛りする場合なども相当する。
【００５０】
溶接付加物の形としては、環状に限らず、多角形状など種々の閉ループ形状を採用できる。ただし、必ずしも溶接中心線が閉ループを描く必要はない。例えば、対象物の中央（溶接開始点）から右端に向けて溶接を行い、その後対象物の左端から中央の溶接開始点に向けて溶接を行う場合も、本発明を適用できる。
本発明は、既に形成された溶接ビードの端部に続けて溶接ビードを延長する場合、あるいは２つ以上の溶接ビードの端部同士を、新たな溶接ビードで連結する場合など、つなぎ目を安定させるのに有効である。
【符号の説明】
【００５１】
１０・・加工システム、１１・・基台、１２・・筐体、１３・・制御部、１４・・インタフェース部、１５・・ワイヤ供給装置、１６・・シールドガスボンベ、１７・・溶接機電源、２０・・加工部、２１・・溶接トーチ、２２・・Ｙ軸ステージ、２３・・Ｚ軸ステージ、２４・・Ｘ軸ステージ、２５・・アクチュエータ
【図１】
2020131237.tif 000003
【図２】
2020131237.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020131237.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年12月23日(2019.12.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチを、溶接中心線を跨いでウィービングさせながら前記溶接中心線に沿った方向に移動させ、対象物上に溶接付加物を形成する付加製造方法であって、
前記トーチを、溶接開始点から奥側へと移動させた後、手前側から前記溶接開始点に向かって移動させ、
前記溶接開始点の手前の所定部分で形成される溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量を、前記溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量よりも増大させるため、前記溶接開始点の手前において前記溶接中心線を挟んだ２か所の休止点で、前記トーチの移動を所定時間停止させる、
付加製造方法。
【請求項２】
前記２つの休止点が一方向のウィービング軌跡上に存在するとき、溶接終了点は、前記一方向のウィービング軌跡に接続する他方向のウィービング軌跡上に存在する、
請求項１に記載の付加製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の付加製造方法を実行する加工システムにおいて、
前記対象物に対して前記トーチを相対的に移動させる加工部と、
前記加工部を制御する制御部と、
前記制御部に接続されたインタフェース部とを有し、
前記インタフェース部を介して、前記溶接中心線の幾何学的数値、前記ウィービングの
周期及び振幅に関する第１の情報を入力可能であり、
前記制御部は、入力された前記第１の情報に基づいて、前記トーチを移動させる前記対
象物上の座標を算出し、
前記インタフェース部を介して、前記トーチの移動を停止させる時間、及び前記トーチの移動速度に関する第２の情報を入力可能であり、
前記制御部は、入力された前記第２の情報に基づいて、前記加工部の動作を制御する、加工システム。
【請求項４】
過去に入力された前記第２の情報と、対象物の単位面積当たりに形成された溶接付加物の量とをデータベースとして蓄積するメモリを含み、前記制御部は、前記インタフェース部から入力された前記第２の情報と、前記メモリに蓄積された前記データベースとに基づいて、対象物の単位面積当たりにおける溶接付加物の量を推定する、
請求項３に記載の加工システム。
【請求項５】
前記制御部は、前記インタフェース部から入力された前記第１の情報と前記第２の情報のうち少なくとも一方が不適切であると判断した場合、前記インタフェース部を介してエラー情報を表示する、
請求項３又は４に記載の加工システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の一つの側面によれば、トーチを、溶接中心線を跨いでウィービングさせながら前記溶接中心線に沿った方向に移動させ、対象物上に溶接付加物を形成する付加製造方法であって、
前記トーチを、溶接開始点から奥側へと移動させた後、手前側から前記溶接開始点に向かって移動させ、
前記溶接開始点の手前の所定部分で形成される溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量を、前記溶接開始点より奥側に形成された溶接付加物の前記対象物の単位面積当たりにおける量よりも増大させるため、前記溶接開始点の手前において前記溶接中心線を挟んだ２か所の休止点で、前記トーチの移動を所定時間停止させる。