(57)【要約】【課題】アークを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物の製造および検査における、生産効率の低下を抑制する。【解決手段】積層造形装置６０は、垂直多関節ロボットからなるロボット装置１０と、制御装置３０とを有しており、ロボット装置１０の先端側に設けられた保持部には、溶接トーチ２０または接触式計測器７０が選択的に取り付け可能となっており、ロボット装置１０に溶接トーチ２０を取り付けた場合にはロボット溶接装置として、ロボット装置１０に接触式計測器７０を取り付けた場合には三次元形状測定装置として、それぞれ機能する。三次元形状測定装置において、接触式計測器７０は、母材１１０上に形成されたビード１２１に接触して、積層造形物１２０の形状等を計測する。【選択図】図１
2020189327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動アームを制御指令に基づいて走査させるマニピュレータと、
前記可動アームの先端に取り付けられて、自身が保持するツールを交換可能なツールチェンジャと
を有し、
前記ツールチェンジャには、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながらビードを積層する溶接トーチと、当該ビードに接触して当該ビードを計測する接触式計測器とが、少なくとも取り付け可能であり、
前記接触式計測器は、前記ビードに接触する探針と当該探針を当該ビードに向けて押し付けるスプリングとを有するタッチセンサを、複数並べてなる計測部を有することを特徴とする造形物の製造装置。
【請求項２】
前記接触式計測器は、凹形状を呈し且つ前記計測部を保持する筐体をさらに有し、
前記筐体に設けられた凹部には、前記計測部を構成する複数の前記タッチセンサにおける探針の先端部側が突出するように配置されることを特徴とする請求項１記載の造形物の製造装置。
【請求項３】
前記計測部を構成する複数の前記タッチセンサが、二次元方向に配列されていることを特徴とする請求項１または２記載の造形物の製造装置。
【請求項４】
前記接触式計測器は、前記ビードの表面形状を計測することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の造形物の製造装置。
【請求項５】
前記接触式計測器は、前記ビードの表面抵抗を計測することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の造形物の製造装置。
【請求項６】
前記接触式計測器を用いた前記ビードの計測結果に基づき、当該ビードの表面状態に関する二次元マップを作成するマップ作成部をさらに有することを特徴とする請求項４または５記載の造形物の製造装置。
【請求項７】
マニピュレータに設けられた可動アームの先端に取り付けられた溶接トーチを用い、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながらビードを積層する工程と、
前記可動アームの先端に取り付けられた前記溶接トーチを、前記ビードに接触して当該ビードを計測する接触式計測器に交換する工程と、
前記マニピュレータに設けられた前記可動アームの先端に取り付けられた前記接触式計測器を用い、前記ビードに接触して当該ビードを計測する工程と、
前記ビードの計測結果に基づき、当該ビードの表面状態に関する二次元マップを作成する工程と
を有する造形物の製造方法。
【請求項８】
コンピュータに、
マニピュレータに設けられた可動アームの先端に取り付けられた溶接トーチを用い、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながらビードを積層させる機能と、
前記可動アームの先端に取り付けられた前記溶接トーチを、前記ビードに接触して当該ビードを計測する接触式計測器に交換させる機能と、
前記マニピュレータに設けられた前記可動アームの先端に取り付けられた前記接触式計測器を用い、前記ビードに接触して当該ビードを計測させる機能と、
前記ビードの計測結果に基づき、当該ビードの表面状態に関する二次元マップを作成する機能と
を実現させるプログラム。
【請求項９】
アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながら積層されたビードに接触する探針と、当該探針を当該ビードに向けて押し付けるスプリングと、を有するタッチセンサを、複数並べてなる計測部と、
凹形状を呈し且つ前記計測部を保持する筐体とを有し、
前記筐体に設けられた凹部には、前記計測部を構成する複数の前記タッチセンサにおける探針の先端部側が突出するように配置されることを特徴とする接触式計測器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形物の製造装置、造形物の製造方法、プログラム、接触式計測器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、３Ｄプリンタの生産手段としてのニーズが高まっており、特に金属材料で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。金属材料による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。
【０００３】
例えば特許文献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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７８４５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物を製造する場合、得られた造形物の形状等を検査したい、という要望がある。そして、従来にあっては、例えば製造現場にて造形物を製造した後、検査現場にてこの造形物の検査を行うようにしていた。
しかしながら、造形物の製造と検査とを異なる場所で行う場合、製造と検査との間に、造形物の搬送が必要となることから、結果として生産効率の低下を招くおそれがあった。
本発明は、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物の製造および検査における、生産効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明は、可動アームを制御指令に基づいて走査させるマニピュレータと、前記可動アームの先端に取り付けられて、自身が保持するツールを交換可能なツールチェンジャとを有し、前記ツールチェンジャには、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながらビードを積層する溶接トーチと、当該ビードに接触して当該ビードを計測する接触式計測器とが、少なくとも取り付け可能であり、前記接触式計測器は、前記ビードに接触する探針と当該探針を当該ビードに向けて押し付けるスプリングとを有するタッチセンサを、複数並べてなる計測部を有することを特徴とする、造形物の製造装置を提供する。
ここで、前記接触式計測器は、凹形状を呈し且つ前記計測部を保持する筐体をさらに有し、前記筐体に設けられた凹部には、前記計測部を構成する複数の前記タッチセンサにおける探針の先端部側が突出するように配置される、ものとしてもよい。
また、前記計測部を構成する複数の前記タッチセンサが、二次元方向に配列されている、ものとしてもよい。
さらに、前記接触式計測器は、前記ビードの表面形状を計測する、ものとしてもよい。
さらにまた、前記接触式計測器は、前記ビードの表面抵抗を計測する、ものとしてもよい。
そして、前記接触式計測器を用いた前記ビードの計測結果に基づき、当該ビードの表面状態に関する二次元マップを作成するマップ作成部をさらに有する、ものとしてもよい。
【０００７】
また、本発明は、マニピュレータに設けられた可動アームの先端に取り付けられた溶接トーチを用い、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながらビードを積層する工程と、前記可動アームの先端に取り付けられた前記溶接トーチを、前記ビードに接触して当該ビードを計測する接触式計測器に交換する工程と、前記マニピュレータに設けられた前記可動アームの先端に取り付けられた前記接触式計測器を用い、前記ビードに接触して当該ビードを計測する工程と、前記ビードの計測結果に基づき、当該ビードの表面状態に関する二次元マップを作成する工程とを有する造形物の製造方法、を提供する。
【０００８】
また、本発明は、コンピュータに、マニピュレータに設けられた可動アームの先端に取り付けられた溶接トーチを用い、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながらビードを積層させる機能と、前記可動アームの先端に取り付けられた前記溶接トーチを、前記ビードに接触して当該ビードを計測する接触式計測器に交換させる機能と、前記マニピュレータに設けられた前記可動アームの先端に取り付けられた前記接触式計測器を用い、前記ビードに接触して当該ビードを計測させる機能と、前記ビードの計測結果に基づき、当該ビードの表面状態に関する二次元マップを作成する機能と、を実現させるプログラムを提供する。
【０００９】
また、本発明は、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材を供給しながら積層されたビードに接触する探針と、当該探針を当該ビードに向けて押し付けるスプリングと、を有するタッチセンサを、複数並べてなる計測部と、凹形状を呈し且つ前記計測部を保持する筐体とを有し、前記筐体に設けられた凹部には、前記計測部を構成する複数の前記タッチセンサにおける探針の先端部側が突出するように配置されることを特徴とする、接触式計測器を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アークを用いて溶加材を溶融および固化してなるビードを複数重ねた積層体を含む造形物の製造および検査における、生産効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における金属積層造形システムの概略構成例を示した図である。
【図２】ロボット装置の概略構成を示した斜視図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は、接触式計測器の概略構成例を示した図である。
【図４】接触式計測器の動作例を説明するための図である。
【図５】制御装置の機能構成例を示した図である。
【図６】計画作成装置のハードウェア構成例を示した図である。
【図７】計画作成装置の機能構成例を示した図である。
【図８】計画作成装置の動作例を示したフローチャートである。
【図９】実施の形態１における積層造形装置の動作例を示したフローチャートである。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、計画作成装置で用いられる各種データの概念を説明するための図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、積層造形物の製造プロセス例を示した図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態１における積層造形物の計測プロセス例を示した図である。
【図１３】実施の形態２における積層造形装置の動作例を示したフローチャートである。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、実施の形態２におけるビードの計測プロセス例を示した図である。
【図１５】ビード形状マップの一例を示す図である。
【図１６】スラグ付着マップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
＜実施の形態１＞
［金属積層造形システム］
図１は、本発明の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。
本実施の形態の金属積層造形システム１は、計画作成装置４０と、積層造形装置６０とを備える。これらのうち、計画作成装置４０は、ビード１２１を順次積層することによって積層造形物１２０を形成する計画（以下では、「積層計画」と称する）に関する、制御プログラム等の作成を行う。また、積層造形装置６０は、計画作成装置４０が作成した、積層計画に関する制御プログラムに従って動作することで母材１１０上に積層造形物１２０を形成し、母材１１０と積層造形物１２０とを有する構造体１００の製造を行う。そして、積層造形装置６０は、ロボット装置１０と、溶接トーチ２０と、カメラ２５と、制御装置３０と、接触式計測器７０と、工具交換装置８０とを備える。この金属積層造形システム１では、計画作成装置４０が、積層造形装置６０を制御する制御プログラム等を、各種メモリカード等のリムーバブルな記録媒体５０に書き込む。そして、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０が、記録媒体５０に書き込まれた制御プログラム等を読み出して実行する。
【００１３】
また、金属積層造形システム１に設けられた計画作成装置４０には、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置２が接続されている。このＣＡＤ装置２は、コンピュータを用いて、造形物を三次元座標で表した設計を行うとともに、設計によって得られた三次元データ（以下では、「三次元ＣＡＤデータ」と称する）を保持する機能を有している。なお、ここでは、ＣＡＤ装置２が金属積層造形システム１の外部に設置されるものとして説明を行うが、金属積層造形システム１の内部にＣＡＤ装置２を設けてもかまわない。
【００１４】
では次に、金属積層造形システム１を構成する積層造形装置６０および計画作成装置４０のそれぞれについて、説明を行う。
【００１５】
（積層造形装置）
本実施の形態で用いた積層造形装置６０は、基本的には、ガスシールドアーク溶接方式を採用したロボット溶接装置を転用したものとなっている。このため図１に示す状態において、ロボット装置１０には、溶接トーチ２０が取り付けられている。なお、この積層造形装置６０は、上述した構成要素の他に、シールドガスを供給するガス供給装置やワイヤ２１を供給するワイヤ供給装置等をさらに有しているのであるが、ここではその詳細な説明を省略する。
【００１６】
また、本実施の形態の積層造形装置６０では、自身に設けられた工具交換装置８０を用いて、ロボット装置１０から溶接トーチ２０を取り外すとともに、このロボット装置１０に接触式計測器７０を取り付けることと、その逆の動作を実行することとが可能となっている。そして、溶接トーチ２０に代えて接触式計測器７０を備えた積層造形装置６０は、溶接トーチ２０を用いて自身が製造したビード１２１、積層造形物１２０あるいは構造体１００に接触してこれらの形状を計測する、三次元形状測定装置としても機能するようになっている。
【００１７】
なお、以下の説明においては、ロボット装置１０に溶接トーチ２０が取り付けられた積層造形装置６０のことを、『ロボット溶接装置』と称することがある。また、ロボット装置１０に接触式計測器７０が取り付けられた積層造形装置６０のことを、『三次元形状測定装置』と称することがある。
【００１８】
〔積層計画〕
では、積層造形装置６０の具体的な構成を説明する前に、上述した積層計画について説明しておく。
本実施の形態の積層計画は、母材１１０上に、複数のビード１２１を順次積層することによって積層造形物１２０を製造する際に、溶接トーチ２０を装着した積層造形装置６０（ロボット溶接装置）で用いられる。また、「積層計画」は、ロボット装置１０等に対して定められる「軌道計画」と、溶接トーチ２０等に対して定められる「溶接計画」とを含んでいる。そして、「積層計画」に関連する制御プログラムは、上述したように、計画作成装置４０が作成し、記録媒体５０を介して積層造形装置６０に設けられた制御装置３０に伝達され、制御装置３０が実行する。
【００１９】
｛軌道計画｝
これらのうち、「軌道計画」は、積層造形物１２０の製造において各ビード１２１を形成する際に、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１の先端部の移動軌跡を定めることを目的として、ロボット装置１０等に対して設定される。
【００２０】
｛溶接計画｝
これに対し、「溶接計画」は、積層造形物１２０の製造において各ビード１２１を形成する際に、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１の溶接条件（アークのオンオフ、送給速度、溶接電流等）を定めることを目的として、溶接トーチ２０等に対して設定される。そして、溶接計画は、上述した軌道計画と連関するようになっている。
【００２１】
〔計測計画〕
一方、本実施の形態では、上述した積層計画にしたがって母材１１０上に積層造形物１２０を製造する際に、接触式計測器７０を装着した積層造形装置６０（三次元形状測定装置）を用いて、積層造形物１２０や積層造形物１２０を構成する各ビード１２１の形状等に関する測定を行う。本実施の形態の計測計画は、このような場合に、接触式計測器７０を装着した積層造形装置６０（三次元形状測定装置）で用いられる。そして、本実施の形態の「計測計画」は、上述した積層計画のうちの軌道計画に基づき、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０が作成し且つ実行する。
【００２２】
なお、本実施の形態（実施の形態１）では、複数のビード１２１を積層してなる積層造形物１２０の全体に対して、計測計画が定められる場合を例として説明を行う。また、次の実施の形態（実施の形態２）では、積層造形物１２０を構成する複数のビード１２１のそれぞれに対して、計測計画が定められる場合を例として説明を行う。
【００２３】
〔ロボット装置〕
図２は、積層造形装置６０に設けられたロボット装置１０の概略構成を示した斜視図である。以下では、図１に加えて図２も参照しつつ、ロボット装置１０の構成について説明を行う。
【００２４】
本実施の形態のロボット装置１０は、一般的な６つの駆動軸を有する６軸の垂直多関節ロボットであり、軌道計画に基づく制御指令を受けて動作する。ただし、ロボット装置１０は垂直多関節ロボットに限られるものではなく、他の構成であってもかまわない。また、ロボット装置１０が垂直多関節ロボットを採用する場合であっても、その軸数は、６軸に限定されるものではなく、５軸以下であってもよいし、７軸以上であってもかまわない。
【００２５】
このロボット装置１０は、床等の設置対象に固定される基部１１と、基部１１上で鉛直方向に沿った第１駆動軸Ｓ１回りに旋回可能に設けられた旋回部１２と、水平方向に沿った第２駆動軸Ｓ２を介して一端部が旋回部１２と連結され、第２駆動軸Ｓ２回りに回転可能な下腕部１３とを備えている。また、ロボット装置１０は、下腕部１３の他端部に第２駆動軸Ｓ２と平行な第３駆動軸Ｓ３を介して接続された上腕部１４と、上腕部１４に設けられ、第４駆動軸Ｓ４によりアーム軸線回りに回転可能な手首旋回部１５とを備えている。さらに、ロボット装置１０は、手首旋回部１５に第５駆動軸Ｓ５を介して接続される手首曲げ部１６と、手首曲げ部１６の先端に第６駆動軸Ｓ６を介して接続される手首回転部１７とを備えている。このロボット装置１０では、これら下腕部１３、上腕部１４、手首旋回部１５、手首曲げ部１６および手首回転部１７が、多関節アーム（マニピュレータ）を構成している。また、手首回転部１７等が、可動アームとして機能している。
【００２６】
また、多関節アームの最先端軸となる手首回転部１７には、所謂エンドエフェクタとして機能することで、溶接トーチ２０を保持する保持部１８が取り付けられている。そして、この保持部１８には、工具交換装置８０を用いることにより、溶接トーチ２０に代えて接触式計測器７０が取り付け可能となっている。したがって、本実施の形態のロボット装置１０には、保持部１８を介して、溶接トーチ２０あるいは接触式計測器７０のいずれか一方が、選択的に取り付けられるようになっている。また、手首回転部１７には、カメラ２５が取り付けられている。
【００２７】
〔溶接トーチ〕
溶接トーチ２０は、アルゴンガスや炭酸ガス等のシールドガス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コンタクトチップ（ともに図示せず）とを有している。そして、コンタクトチップには、送給されてくるワイヤ２１が保持されるようになっている。この溶接トーチ２０は、ワイヤ２１を送給しつつ、シールドガスを流しながらアークを発生させてワイヤ２１を溶融および固化させることで、母材１１０上に複数のビード１２１を形成且つ積層し、積層造形物１２０の形成を行うようになっている。なお、本実施の形態の金属積層造形システム１において、積層造形物１２０の形成に用いられる、溶加材の一例としてのワイヤ２１については、積層造形物１２０に求められる機能や特性等に応じて、適宜選定することが可能である。そして、ここでは、ワイヤ２１自身が電極且つ溶加材となる「溶極式」を例として説明を行うが、「非溶極式」を採用することも可能である。
【００２８】
〔接触式計測器〕
図３は、接触式計測器７０の概略構成例を示した図である。ここで、図３（ａ）は、接触式計測器７０を測定対象（例えば積層造形物１２０）側からみた正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面図である。なお、図３は、初期状態の接触式計測器７０を示している。以下では、図１に加えて図３も参照しつつ、接触式計測器７０の構成について説明を行う。
【００２９】
接触式計測器７０は、筐体７１と、自身の一部が筐体７１の内部に収容されるとともに他の一部が筐体７１の外部に突出して配置され、測定対象の形状等を計測する計測部７２とを有している。
【００３０】
｛筐体｝
筐体７１は、全体として円柱状を呈する本体部７１１と、本体部７１１における一方の円形面（測定対象と対峙する面）の周縁部から突出して設けられ、全体として円形の筒状を呈する側壁部７１２とを有している。そして、これら本体部７１１と側壁部７１２とによって、本体部７１１における一方の円形面側には、凹部７１３が形成されている。ここで、筐体７１は、例えばステンレス等の金属やジルコニア等のセラミックス（無機材料）で構成することができる。また、筐体７１における本体部７１１の内部には、それぞれが円柱状を呈する複数（２５ヶ所）の内部空間７１１ａが設けられている。なお、内部空間７１１ａは、凹部７１３側からみたときに、５行×５列となるようにマトリクス状に配列されている。
【００３１】
｛計測部｝
計測部７２は、複数（２５個）のタッチセンサ７２０を備えている。また、タッチセンサ７２０は、筐体７１における凹部７１３の内側に、５行×５列となるように配置されている。そして、タッチセンサ７２０のうち、測定対象と近い先端側は、凹部７１３にて筐体７１の外側に突出して配置されており、測定対象から遠い後端側は、筐体７１に設けられた内部空間７１１ａの内側に配置されている。
【００３２】
｛タッチセンサ｝
タッチセンサ７２０は、先端側に設けられる探針７２１と、探針７２１の後端側に設けられるコイルスプリング７２２とを有している。そして、探針７２１は、筐体７１における本体部７１１の内側と外側とに跨がって配置されており、コイルスプリング７２２は、筐体７１における本体部７１１の内側すなわち内部空間７１１ａに配置されている。
【００３３】
探針７２１は、針状を呈し且つ先端側に位置する針状体７２１ａと、筒状を呈し且つ針状体７２１ａの後端側に位置し、針状体７２１ａと一体化してなる筒状体７２１ｂとを有している。この探針７２１は、導電性を有する、例えばステンレス等の金属で構成することができる。そして、針状体７２１ａの直径は例えばミリメートルオーダとすることができる。また、筒状体７２１ｂの内径は、コイルスプリング７２２の外径よりもわずかに大きいものとすることができ、筒状体７２１ｂの外径は、内部空間７１１ａの内径よりもわずかに小さいものとすることができる。さらに、筒状体７２１ｂの先端側から後端側に向かう長さは、内部空間７１１ａよりも短く（この例では３分の１程度）なっている。そして、探針７２１における針状体７２１ａの先端側は、凹部７１３を介して側壁部７１２よりも先端側に突出している。これに対し、探針７２１における筒状体７２１ｂの全域は、内部空間７１１ａに収容されている。
【００３４】
コイルスプリング７２２は、螺旋状を呈する圧縮バネで構成されている。このコイルスプリング７２２も、導電性を有する、例えばステンレス等の金属で構成することができる。そして、コイルスプリング７２２の自由長さは、内部空間７１１ａの長さよりも大きいものとすることができる。これにより、内部空間７１１ａに収容されたコイルスプリング７２２は、その先端側が、探針７２１の筒状体７２１ｂにおける先端側の内面に突き当たり、また、その後端側が、内部空間７１１ａにおける後端側の内面に突き当たることで、予め圧縮された状態となっている。
【００３５】
なお、筐体７１をステンレス等の金属で構成する場合、筐体７１と各タッチセンサ７２０（探針７２１およびコイルスプリング７２２）とは、絶縁膜等を介して電気的に絶縁しておくことが望ましい。
【００３６】
｛接触式計測器の動作｝
図４は、接触式計測器７０の動作例を説明するための図である。なお、図４は、接触式計測器７０の筐体７１に設けられた凹部７１３を、測定対象である、凹凸を有する積層造形物１２０に対峙させた状態を例示している。
【００３７】
計測が開始されると、図３（ｂ）に示す初期状態にある接触式計測器７０は、移動に伴って積層造形物１２０と対峙する位置まで移動し、例えば図４に示す状態（動作状態）へと移行する。
【００３８】
ここで、計測部７２を構成する複数のタッチセンサ７２０のうちの１つに着目すると、このタッチセンサ７２０では、探針７２１における針状体７２１ａの先端が、積層造形物１２０の表面に突き当たることによって、タッチセンサ７２０の後端側すなわち筒状体７２１ｂが設けられている側へと押される。このとき、探針７２１とともにタッチセンサ７２０を構成するコイルスプリング７２２は、探針７２１の図中上方への移動に伴い、その移動量に応じた長さだけ縮む。また、このとき、計測部７２を構成する他のタッチセンサ７２０でも、それぞれに設けられた探針７２１が押し込まれることにより、対応するコイルスプリング７２２が縮む。そして、各々のタッチセンサ７２０において、探針７２１が押し込まれた長さあるいはコイルスプリング７２２が縮んだ長さを、電気的手法や光学的手法等を用いて検出する。それから、制御装置３０が、これら各タッチセンサ７２０からの出力を用いて演算を行うことで、測定対象（ここでは積層造形物１２０）の表面形状を特定することができる。
【００３９】
また、本実施の形態では、各タッチセンサ７２０を構成する探針７２１およびコイルスプリング７２２を、導電性を有する金属で構成している。このため、複数のタッチセンサ７２０によって構成される計測部７２は、測定対象（ここでは積層造形物１２０）の表面抵抗（接触抵抗）を測定することも可能である。
【００４０】
そして、計測が終了すると、例えば図４に示す状態（動作状態）にある接触式計測器７０は、移動に伴って積層造形物１２０と対峙しない位置まで移動し、再び図３（ｂ）に示す初期状態へと移行する。
【００４１】
ここで、計測部７２を構成する複数のタッチセンサ７２０のうちの１つに着目すると、このタッチセンサ７２０では、探針７２１における針状体７２１ａの先端が、積層造形物１２０の表面に突き当たらなくなる。このとき、探針７２１とともにタッチセンサ７２０を構成するコイルスプリング７２２が、その復元力により、探針７２１を先端側に向かって押す。ただし、探針７２１に設けられた筒状体７２１ｂの先端側が、内部空間７１１ａにおける先端側の面に突き当たることにより、探針７２１の先端側への移動は停止し、コイルスプリング７２２も、それ以上は伸びなくなる。これにより、接触式計測器７０は、図３（ｂ）等に示す初期状態へと戻ることになる。
【００４２】
では、図１に戻って説明を続ける。
〔カメラ〕
カメラ２５は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像デバイスを有しており、この例では、赤外画像を撮影できるようになっている。そして、カメラ２５は、ロボット装置１０の最先端に位置する手首回転部１７に取り付けられており、溶接トーチ２０（あるいは接触式計測器７０）に追従して動くことにより、溶接トーチ２０から突出するワイヤ２１の先端部の周辺の画像（あるいは接触式計測器７０の先端側の周辺の画像）を撮影するようになっている。
【００４３】
〔工具交換装置〕
ツールチェンジャの一例としての工具交換装置８０は、溶接トーチ２０および接触式計測器７０を一時的に設置するための架台（図示せず）を備えている。そして、工具交換装置８０は、各種リニアガイドやエアチャック等（図示せず）を用いて、ロボット装置１０に対する溶接トーチ２０および接触式計測器７０の取り付けおよび取り外しを行うようになっている。
【００４４】
〔制御装置〕
図５は、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０の機能構成例を示した図である。以下では、図１に加えて図５も参照しつつ、制御装置３０の構成について説明を行う。
【００４５】
本実施の形態の制御装置３０は、受付部３０１と、全体制御部３０２と、ロボット制御部３０３と、溶接制御部３０４と、カメラ制御部３０５と、計測制御部３０６と、交換制御部３０７とを有している。
【００４６】
｛受付部｝
受付部３０１は、計画作成装置４０から、記録媒体５０を介して、積層造形装置６０を構成する、ロボット装置１０等を動作させるための制御プログラム等を含む出力データの入力を受け付ける。
【００４７】
｛全体制御部｝
全体制御部３０２は、受付部３０１が受け付けた制御プログラム（積層計画に対応）、あるいは、自身が作成した他の制御プログラム（計測計画に対応）にしたがい、ロボット装置１０等を動作させるための全体的な制御を行う。
【００４８】
｛ロボット制御部｝
ロボット制御部３０３は、全体制御部３０２による制御のもと、ロボット装置１０を構成する各部を動作させることにより、保持部１８に保持された溶接トーチ２０（あるいは接触式計測器７０）の位置制御および姿勢制御等を行う。
【００４９】
｛溶接制御部｝
溶接制御部３０４は、全体制御部３０２による制御のもと、溶接トーチ２０に対する給電動作、ワイヤ送給動作およびガス供給動作等に関する制御を行う。
【００５０】
｛カメラ制御部｝
カメラ制御部３０５は、全体制御部３０２による制御のもと、カメラ２５による撮影動作に関する制御を行う。
【００５１】
｛計測制御部｝
計測制御部３０６は、全体制御部３０２による制御のもと、接触式計測器７０の動作に関する制御を行う。
【００５２】
｛交換制御部｝
交換制御部３０７は、全体制御部３０２による制御のもと、ロボット装置１０に取り付ける溶接トーチ２０および接触式計測器７０の交換に関する制御を行う。
【００５３】
（計画作成装置）
続いて、計画作成装置４０の詳細について説明を行う。
【００５４】
〔ハードウェア構成〕
図６は、本実施の形態における計画作成装置４０のハードウェア構成例を示した図である。
本実施の形態の計画作成装置４０は、例えば汎用のＰＣ（Personal Computer）等により実現される。なお、具体的な説明は行わなかったが、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０も、以下に説明する計画作成装置４０と同様のハードウェア構成を有している。
【００５５】
この計画作成装置４０は、ＯＳや各種アプリケーション等のプログラムを読み出して実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）４１と、ＣＰＵ４１が実行するプログラムやプログラムを実行する際に使用するデータ等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）４２と、プログラムを実行する際に一時的に生成されるデータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）４３とを備えている。また、計画作成装置４０は、各種プログラムや各種データ等を記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）４４と、計画作成装置４０の外部に設けられたＣＡＤ装置２や制御装置３０等の機器との間でデータの送受信を行うＮＩＣ（Network Interface Card）４５と、操作者からの入力を受け付ける入力装置４６と、表示画面に画像を表示する表示装置４７と、これらを接続するバス４８とをさらに備えている。そして、計画作成装置４０に設けられたＣＰＵ４１が実行するプログラムは、予めＲＯＭ４２やＨＤＤ４４に記憶させておく形態の他、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してＣＰＵ４１に提供したり、あるいは、ネットワーク（図示せず）を介してＣＰＵ４１に提供したりすることも可能である。
【００５６】
〔機能構成〕
図７は、本実施の形態の計画作成装置４０の機能構成例を示した図である。
本実施の形態の計画作成装置４０は、取得部４０１と、変換部４０２と、切断部４０３と、分割部４０４と、作成部４０５と、付加部４０６と、出力部４０７とを有している。以下では、図１に加えて図７も参照しつつ、計画作成装置４０の構成について説明を行う。
【００５７】
｛取得部｝
取得部４０１は、ＣＡＤ装置２から、積層造形物１２０のもととなる造形物の三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ（後述する図１０（ａ）も参照）を取得する。
【００５８】
｛変換部｝
変換部４０２は、取得部４０１から受け取った三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを、計画作成装置４０での各種データ加工に用いられる内部データＤｉに変換する。
【００５９】
｛切断部｝
切断部４０３は、変換部４０２から受け取った内部データＤｉを、複数の層の積層体となるように切断（スライス）することで、層形状データＤｓ（具体的には、１層目の層形状データＤｓ（１）〜ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）を含むｎ層分のデータ：後述する図１０（ｂ）も参照）を作成する。
【００６０】
｛分割部｝
分割部４０４は、切断部４０３から受け取った層形状データＤｓに対し、層毎に分割点を設定することで、分割済層形状データＤｄ（具体的には、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）〜ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）を含むｎ層分のデータ：後述する図１０（ｃ）も参照）を作成する。
【００６１】
｛作成部｝
作成部４０５は、分割部４０４が作成した分割済層形状データＤｄに基づき、積層造形装置６０の制御装置３０が積層造形物１２０を製造する際に実行する、制御プログラムで使用される制御データＤｃを作成する。
【００６２】
｛付加部｝
付加部４０６は、制御装置３０が実行する制御プログラムに、分割部４０４から受け取った分割済層形状データＤｄと、作成部４０５から受け取った制御データＤｃとを付加することで、出力データＤｏを作成する。
【００６３】
｛出力部｝
出力部４０７は、付加部４０６から受け取った出力データＤｏを、記録媒体５０に書き込むことによって出力する。
【００６４】
［構造体］
ここで、図１等を参照しながら、本実施の形態の金属積層造形システム１によって製造される構造体１００に関する説明を行っておく。
本実施の形態の構造体１００は、積層対象となる母材１１０と、ワイヤ２１を用いて母材１１０上に形成される積層造形物１２０とを備えている。図１に示す例において、母材１１０は、矩形状（板状）を呈するとともに、その表面が鉛直上方を向くように配置されている。また、図１に示す例において、積層造形物１２０は、円筒状を呈するとともに、母材１１０の表面に、自身に設けられた開口部が鉛直上方を向くように形成されている。
【００６５】
なお、本実施の形態では、母材１１０と積層造形物１２０とを含む構造体１００が、最終的な製品となることがある。また、構造体１００から母材１１０を取り除くことで得られた積層造形物１２０が、最終的な製品となることもある。さらに、いずれの場合においても、積層造形物１２０に切削加工を含む各種機械加工を施した加工物が、最終的な製品となることがある。
【００６６】
（母材）
母材１１０は、積層造形物１２０の土台となるものである。母材１１０には、所謂溶接プロセスによる積層造形物１２０の形成が可能な金属材を用いることができる。また、積層造形時の安定性の確保等を考慮すれば、積層造形物１２０として、図１に示すような板材を使用することが望ましい。
【００６７】
（積層造形物）
積層造形物１２０は、それぞれがワイヤ２１を溶融・固化してなる複数のビード１２１を、鉛直方向上側に向かって積み重ねた構造を有している。そして、図１に示す積層造形物１２０では、ｎ層のビード１２１（具体的は、１層目のビード１２１（１）〜ｎ層目のビード１２１（ｎ））を積み重ねることによって、積層造形物１２０が構成されている。
【００６８】
［金属積層造形システムの動作］
続いて、本実施の形態の金属積層造形システム１の動作について説明を行う。
本実施の形態の金属積層造形システム１では、まず、計画作成装置４０が、積層造形物１２０の形成で使用する、制御プログラムおよび各種データを含む出力データＤｏ（積層計画に対応）の作成を行うとともに、作成した出力データＤｏを記録媒体５０に書き込む。そして、積層造形装置６０が、記録媒体５０から読み出した出力データＤｏに含まれる制御プログラムおよび各種データにしたがって動作し、溶接トーチ２０（ワイヤ２１）を用いた母材１１０上へのビード１２１（積層造形物１２０）の形成を行う。また、積層造形装置６０は、上記出力データＤｏに基づいて、積層造形物１２０の計測で使用する、他の制御プログラムおよび各種データを含む検査用データ（計測計画に対応）を作成する。そして、積層造形装置６０は、作成した他の制御プログラムおよび各種データにしたがって動作し、接触式計測器７０を用いた積層造形物１２０の計測を行う。そこで、以下では、最初に計画作成装置４０の動作について説明を行い、続いて積層造形装置６０の動作について説明を行う。
【００６９】
（計画作成装置の動作）
図８は、計画作成装置４０の動作例を示したフローチャートである。なお、ここでは、これから製造しようとする積層造形物１２０のもととなる造形物に関する三次元ＣＡＤデータＤ３ｄが、既にＣＡＤ装置２によって作成されているものとする。
【００７０】
計画作成装置４０の動作が開始すると、まず、取得部４０１が、ＣＡＤ装置２から三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを取得する（ステップ１０）。
【００７１】
次に、変換部４０２が、取得部４０１から受け取った三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを、内部データＤｉに変換する（ステップ２０）。
【００７２】
続いて、切断部４０３が、変換部４０２から受け取った内部データＤｉを用いて、層形状データＤｓを作成する（ステップ３０）。
【００７３】
さらに、分割部４０４が、切断部４０３から受け取った層形状データＤｓを用いて、分割済層形状データＤｄを作成する（ステップ４０）。
【００７４】
また、作成部４０５が、分割部４０４が作成した分割済層形状データＤｄを用いて、制御データＤｃを作成する（ステップ５０）。
【００７５】
また、付加部４０６が、積層造形装置６０の制御装置３０が実行する制御プログラムと、分割部４０４から受け取った分割済層形状データＤｄと、作成部４０５から受け取った制御データＤｃとを用いて、出力データＤｏを作成する（ステップ６０）。
【００７６】
そして、出力部４０７が、付加部４０６から受け取った出力データＤｏを、記録媒体５０に書き込むことによって出力する（ステップ７０）。
以上により、計画作成装置４０の動作が完了する。
【００７７】
（積層造形装置の動作）
図９は、実施の形態１における積層造形装置６０の動作例を示したフローチャートである。なお、図９に示す手順に従って積層造形装置６０が動作を開始する前に、ロボット装置１０の周辺のうちの予め定められた位置には、母材１１０が固定された状態で位置決めされているものとする。また、図９に示す手順に従って積層造形装置６０が動作を開始する前に、ロボット装置１０には溶接トーチ２０が取り付けられているものとする。すなわち、初期状態では、積層造形装置６０が「ロボット溶接装置」に設定されているものとする。このとき、接触式計測器７０は、工具交換装置８０に設けられた架台（図示せず）に、交換可能な状態で配置されている。
【００７８】
積層造形装置６０（ロボット溶接装置）が動作を開始すると、まず、受付部３０１が、記録媒体５０から読み出された、出力データＤｏの入力を受け付ける（ステップ１１０）。
【００７９】
次に、全体制御部３０２は、ステップ１１０で受け取った出力データＤｏに含まれる制御プログラムを、同じくステップ１１０で受け取った出力データＤｏに含まれる各種データ（分割済層形状データＤｄおよび制御データＤｃ）を参照しながら実行する。また、全体制御部３０２は、変数ｘを１に設定する（ステップ１２０）。
【００８０】
続いて、全体制御部３０２は、ｘ層目（最初は１層目）のビード１２１（ｘ）を形成するための指示（以下では「層形成指示」と称する）を作成し、ロボット制御部３０３および溶接制御部３０４へと出力する（ステップ１３０）。すると、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、層形成指示に基づいて協働して動作し、母材１１０上あるいは母材１１０に既に形成済となっているビード１２１（ｘ−１）上に、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の形成を行う。
【００８１】
それから、全体制御部３０２は、変数ｘが積層造形物１２０の総層数ｎと等しくなったか否かを判断する（ステップ１４０）。
【００８２】
ステップ１４０で否定の判断（Ｎｏ）を行った場合、全体制御部３０２は、変数ｘをｘ＋１に更新し（ステップ１５０）、ステップ１３０に戻って次の層に関する処理を続行する。
【００８３】
一方、ステップ１４０で肯定の判断（Ｙｅｓ）を行った場合、すなわち、ｎ層のビード１２１を積層することで、母材１１０上に対する積層造形物１２０の形成が完了している場合、全体制御部３０２は、溶接トーチ２０を接触式計測器７０に交換するための指示（以下では、「交換指示」と称する）を作成し、ロボット制御部３０３および交換制御部３０７へと出力する（ステップ１６０）。すると、ロボット装置１０および工具交換装置８０は、交換指示に基づいて協働して動作し、ロボット装置１０が保持していた溶接トーチ２０を取り外すとともに、このロボット装置１０に対する接触式計測器７０の取り付けを行う。すなわち、溶接トーチ２０と接触式計測器７０とを交換することで、積層造形装置６０は、「ロボット溶接装置」から、「三次元形状測定装置」へと変身する。なお、このとき、ロボット装置１０から取り外された溶接トーチ２０は、工具交換装置８０に設けられた架台（図示せず）に、交換可能な状態で設置される。
【００８４】
次いで、全体制御部３０２は、ステップ１１０で受け付けた出力データＤｏに含まれる分割済層形状データＤｄに基づき、積層造形物１２０の形状等を計測するための他の制御プログラムを作成するとともに実行する。これに伴い、全体制御部３０２は、積層造形物１２０を計測するための指示（以下では「全体計測指示」と称する）を作成し、ロボット制御部３０３および計測制御部３０６へと出力する（ステップ１７０）。すると、ロボット装置１０および接触式計測器７０は、全体計測指示に基づいて協働して動作し、接触式計測器７０が母材１１０上に形成された積層造形物１２０に接触して、積層造形物１２０の計測を行う。そして、制御装置３０は、接触式計測器７０による計測結果に基づき、積層造形物１２０の形状等の解析を行い、得られた解析結果を出力する。
【００８５】
それから、全体制御部３０２は、今度は、接触式計測器７０を溶接トーチ２０に交換するための指示（以下では、「逆交換指示」と称する）を作成し、ロボット制御部３０３および交換制御部３０７へと出力する（ステップ１８０）。すると、ロボット装置１０および工具交換装置８０は、逆交換指示に基づいて協働して動作し、ロボット装置１０が保持していた接触式計測器７０を取り外すとともに、このロボット装置１０に対する溶接トーチ２０の取り付けを行う。すなわち、接触式計測器７０と溶接トーチ２０とを交換することで、積層造形装置６０は、「三次元形状測定装置」から、「ロボット溶接装置」へと変身する。なお、このとき、ロボット装置１０から取り外された接触式計測器７０は、工具交換装置８０に設けられた架台（図示せず）に、交換可能な状態で設置される。これにより、積層造形装置６０の動作が完了する。
【００８６】
［具体例］
では、上述した金属積層造形システム１を用いた構造体１００の製造に関し、具体的な例を挙げて説明を行う。なお、ここでは、図１に示したように、矩形状を呈する母材１１０上に、円筒状を呈する積層造形物１２０を形成することで、構造体１００を製造する場合を例とする。
【００８７】
（各種データ）
最初に、積層造形物１２０の製造に用いられる、各種データに関する説明を行う。
図１０（ａ）〜（ｃ）は、積層造形物１２０の製造に際して、計画作成装置４０で用いられる各種データの概念を説明するための図である。なお、ここで説明する各種データは、実際には、バイナリ形式やアスキー形式等によって表現されるものであるが、ここでは、理解を助けるために模式的な表記を行っている。そして、図１０（ａ）〜（ｃ）では、各データの全体を三次元形状（斜視図）として表記している。
【００８８】
〔三次元形状データ〕
図１０（ａ）は、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄの一例を示している。
図１０（ａ）に示す三次元ＣＡＤデータＤ３ｄは、上述したように、ＣＡＤ装置２が作成し、計画作成装置４０の取得部４０１が取得する。なお、ここには記載していないが、計画作成装置４０の変換部４０２が作成する内部データＤｉも、表現形式が異なるだけで、表現しようとする形状そのものは、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄと同じである。
【００８９】
〔層形状データ〕
図１０（ｂ）は、層形状データＤｓの一例を示している。
図１０（ｂ）に示す層形状データＤｓは、上述したように、計画作成装置４０の切断部４０３が作成する。そして、この例では、層形状データＤｓが、１層目の層形状データＤｓ（１）〜ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）を含むｎ層構成となっている。また、１層目の層形状データＤｓ（１）〜ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）は、もととなる三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ（内部データＤｉ）が円筒状を呈していることに対応して、それぞれが円環状を呈するようになっている。
【００９０】
〔分割済層形状データ〕
図１０（ｃ）は、分割済層形状データＤｄの一例を示している。
図１０（ｃ）に示す分割済層形状データＤｄは、上述したように、計画作成装置４０の分割部４０４が作成する。また、この例では、もととなる層形状データＤｓがｎ層構成となっていることから、分割済層形状データＤｄも、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）〜ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）を含むｎ層構成となっている。そして、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）〜ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）は、それぞれのもととなる１層目の層形状データＤｓ（１）〜ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）が円環状を呈していることに対応して、円環状を呈するようになっている。
【００９１】
また、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）〜ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）では、もととなる１層目の層形状データＤｓ（１）〜ｎ層目の層形状データＤｓ（ｎ）に対し、周上の一箇所に分割点Ｐｄが設定されている。そして、分割点Ｐｄが設定された１層目の分割済層形状データＤｄ（１）〜ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）のそれぞれでは、分割点Ｐｄの前後を始点および終点とすることにより、始点から終点に至るまで、分割点Ｐｄを通ることなく、１パス（所謂一筆書き）で表現できる状態となっている。なお、この例では、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）〜ｎ層目の分割済層形状データＤｄ（ｎ）のそれぞれにおける分割点Ｐｄは、鉛直上方からみたときに重なるように配置されている。
【００９２】
（構造体）
続いて、積層造形物１２０を含む構造体１００の製造および計測について説明を行う。そして、ここでは、最初に、ロボット装置１０に溶接トーチ２０を取り付けた積層造形装置６０（ロボット溶接装置）による、積層造形物１２０の造形動作について説明を行い、続いて、ロボット装置１０に接触式計測器７０を取り付けた積層造形装置６０（三次元形状測定装置）による、積層造形物１２０の計測動作について説明を行う。
なお、ここでは、積層造形物１２０を構成するビード１２１の総層数が、５（ｎ＝５）である場合、換言すれば、１層目のビード１２１（１）〜５層目のビード１２１（５）を順次積層することによって、積層造形物１２０を製造する場合を例とする。
【００９３】
〔造形動作〕
まず、ロボット溶接装置を用いた造形動作について説明を行う。
図１１は、積層造形物１２０の製造プロセス例を示した図である。
【００９４】
｛１層目のビードの形成｝
図１１（ａ）は、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）に基づき、母材１１０上に、１層目のビード１２１（１）を形成した後の状態を示す斜視図である。
ここでは、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）を用いて、溶接トーチ２０を保持したロボット装置１０を駆動することにより、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１を、母材１１０上で移動させる。これに伴い、母材１１０上には、図１１（ａ）に示すように、略円環状を呈する１層目のビード１２１（１）が形成（積層）される。
【００９５】
｛２層目のビードの形成｝
図１１（ｂ）は、２層目の分割済層形状データＤｄ（２）に基づき、１層目のビード１２１（１）上に、２層目のビード１２１（２）を形成した後の状態を示す斜視図である。
ここでは、２層目の分割済層形状データＤｄ（２）を用いて、溶接トーチ２０を保持したロボット装置１０を駆動することにより、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１を、１層目のビード１２１（１）上で移動させる。これに伴い、略円環状を呈する１層目のビード１２１（１）上には、図１１（ｂ）に示すように、略円環状を呈する２層目のビード１２１（２）が形成（積層）される。
【００９６】
以降、同様の手順で、３層目のビード１２１（３）、４層目のビード１２１（４）および５層目のビード１２１（５）の積層が行われる。
【００９７】
｛ｎ層目（ｎ＝５）のビードの形成｝
図１１（ｃ）は、５層目の分割済層形状データＤｄ（５）に基づき、４層目のビード１２１（４）上に、最終層となる５層目のビード１２１（５）を形成した後の状態、すなわち、母材１１０上に積層造形物１２０を形成した後の状態を示す斜視図である。
ここでは、５層目の分割済層形状データＤｄ（５）を用いて、溶接トーチ２０を保持したロボット装置１０を駆動することにより、溶接トーチ２０に保持されたワイヤ２１を、４層目のビード１２１（４）上で移動させる。これに伴い、略円環状を呈する４層目のビード１２１（４）上には、図１１（ｃ）に示すように、略円環状を呈する５層目のビード１２１（５）が形成（積層）される。
【００９８】
〔計測動作〕
次に、三次元形状測定装置を用いた計測動作について説明を行う。
図１２は、実施の形態１における積層造形物１２０の計測プロセス例を示した図である。
【００９９】
｛各ビードの形成経路｝
図１２（ａ）は、図１１に示す積層造形物１２０の製造プロセスにおける、１層目のビード１２１（１）〜５層目のビード１２１（５）の形成経路Ｒｆを説明するための図である。
ここで、形成経路Ｒｆは、分割済層形状データＤｄ（図１０（ｃ）参照）に基づいて作成されるものであって、軌道計画に対応するものである。より具体的に説明すると、形成経路Ｒｆは、溶接トーチ２０を保持するロボット装置１０を用いた、ワイヤ２１の先端部の移動軌跡に対応している。図１２（ａ）に示す例では、１層目のビード１２１（１）〜５層目のビード１２１（５）のそれぞれに対応して、１層目の形成経路Ｒｆ（１）〜５層目の形成経路Ｒｆ（５）が設定されている。より具体的に説明すると、例えば、１層目の分割済層形状データＤｄ（１）に対応して１層目の形成経路Ｒｆ（１）が設定され、この１層目の形成経路Ｒｆ（１）に沿って１層目のビード１２１（１）が形成される、ということになる。そして、１層目の形成経路Ｒｆ（１）〜５層目の形成経路Ｒｆ（５）では、それぞれの始点から終点に向かう、図中一点鎖線矢印で示す方向に沿って、ワイヤ２１の先端部が移動していくことになる。
【０１００】
｛測定経路の第１の例｝
図１２（ｂ）は、図１１に示す積層造形物１２０の計測プロセスにおける、測定経路Ｒｍの第１の例を説明するための図である。
ここで、測定経路Ｒｍは、上記形成経路Ｒｆと同じく、分割済層形状データＤｄ（図１０（ｃ）参照）に基づいて作成されるものである。特に、この第１の例では、測定経路Ｒｍを、上記形成経路Ｒｆと同じになるように設定している。より具体的に説明すると、図１２（ｂ）に示す例では、１層目の形成経路Ｒｆ（１）〜５層目の形成経路Ｒｆ（５）のそれぞれに対応して、１層目の測定経路Ｒｍ（１）〜５層目の測定経路Ｒｍ（５）が設定されている。ここで、本実施の形態では、ロボット溶接装置を用いて積層造形物１２０を形成した後に、三次元形状測定装置を用いて積層造形物１２０を計測する、という手順を採用している。このため、溶接トーチ２０を用いて積層造形物１２０を形成するときと、接触式計測器７０を用いて積層造形物１２０を計測するときとで、ロボット装置１０がとるべき姿勢を異ならせた方がよい場合があり得る。このため、制御装置３０は、形成経路Ｒｆと測定経路Ｒｍとが共通であっても、ロボット装置１０の姿勢制御に関するプログラムは、両者で異ならせておくことが望ましい。
【０１０１】
｛測定経路の第２の例｝
図１２（ｃ）は、図１１に示す積層造形物１２０の計測プロセスにおける、測定経路Ｒｍの第２の例を説明するための図である。
ここで、測定経路Ｒｍは、上記形成経路Ｒｆと同じく、分割済層形状データＤｄ（図１０（ｃ）参照）に基づいて作成されるものである。ただし、この第２の例では、上記第１の例とは異なり、測定経路Ｒｍを、上記形成経路Ｒｆとは異なるように設定している。より具体的に説明すると、図１２（ｃ）に示す例では、１層目の形成経路Ｒｆ（１）〜５層目の形成経路Ｒｆ（５）とは無関係に、測定経路Ｒｍが設定されている。そして、この例では、もととなる分割済層形状データＤｄから、積層造形物１２０の形状の推定を行い、得られた推定結果に基づき、その外周面の全面を上下方向および周方向に沿って順次なぞっていくように、測定経路Ｒｍを設定している。この場合は、形成経路Ｒｆと測定経路Ｒｍとがそれぞれ固有なものとなるため、ロボット装置１０の姿勢制御に関するプログラムは、両者で異なることになる。
【０１０２】
＜実施の形態２＞
実施の形態１では、溶接トーチ２０を取り付けた積層造形装置６０（ロボット溶接装置）を用いて、複数のビード１２１を積層してなる積層造形物１２０の製造を行った後、溶接トーチ２０に代えて接触式計測器７０を取り付けた積層造形装置６０（三次元形状測定装置）を用いて、積層造形物１２０の計測を行っていた。これに対し、本実施の形態では、ロボット溶接装置を用いて１層分のビード１２１の形成を行った後、三次元形状測定装置を用いてこのビード１２１の計測を行う、という工程を交互に繰り返し実行するようにしたものである。なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様のものについては、同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【０１０３】
［金属積層造形システムの動作］
続いて、本実施の形態の金属積層造形システム１の動作について説明を行う。
本実施の形態の場合、計画作成装置４０の動作は、基本的に実施の形態１と同じである。これに対し、積層造形装置６０の動作は、実施の形態１と異なる。そこで、ここでは、最初に実行される計画作成装置４０の動作については説明を省略し、続いて実行される積層造形装置６０の動作についての説明を行う。
【０１０４】
（積層造形装置の動作）
図１３は、実施の形態２における積層造形装置６０の動作例を示したフローチャートである。なお、図１３に示す手順に従って積層造形装置６０が動作を開始する前に、ロボット装置１０の周辺のうちの予め定められた位置には、母材１１０が固定された状態で位置決めされているものとする。また、初期状態では、積層造形装置６０が「ロボット溶接装置」に設定されているものとする。
【０１０５】
積層造形装置６０（ロボット溶接装置）が動作を開始すると、まず、受付部３０１が、記録媒体５０から読み出された、出力データＤｏの入力を受け付ける（ステップ２１０）。
【０１０６】
次に、全体制御部３０２は、ステップ２１０で受け取った出力データＤｏに含まれる制御プログラムを、同じくステップ２１０で受け取った出力データＤｏに含まれる各種データ（分割済層形状データＤｄおよび制御データＤｃ）を参照しながら実行する。また、全体制御部３０２は、変数ｘを１に設定する（ステップ２２０）。
【０１０７】
続いて、全体制御部３０２は、ｘ層目（最初は１層目）のビード１２１（ｘ）を形成するための指示（層形成指示）を作成し、ロボット制御部３０３および溶接制御部３０４へと出力する（ステップ２３０）。すると、ロボット装置１０および溶接トーチ２０は、層形成指示に基づいて協働して動作し、母材１１０上あるいは母材１１０に既に形成済となっているビード１２１（ｘ−１）上に、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の形成を行う。
【０１０８】
その後、全体制御部３０２は、溶接トーチ２０を接触式計測器７０に交換するための指示（交換指示）を作成し、ロボット制御部３０３および交換制御部３０７へと出力する（ステップ２４０）。すると、ロボット装置１０および工具交換装置８０は、交換指示に基づいて協働して動作し、ロボット装置１０が保持していた溶接トーチ２０を取り外すとともに、このロボット装置１０に対する接触式計測器７０の取り付けを行う。すなわち、溶接トーチ２０と接触式計測器７０とを交換することで、積層造形装置６０は、「ロボット溶接装置」から、「三次元形状測定装置」へと変身する。このとき、ロボット装置１０から取り外された溶接トーチ２０は、工具交換装置８０に設けられた架台（図示せず）に、交換可能な状態で設置される。
【０１０９】
次いで、全体制御部３０２は、ｘ層目のビード１２１（ｘ）を計測するための指示（以下では「層計測指示」と称する）を作成し、ロボット制御部３０３および計測制御部３０６へと出力する（ステップ２５０）。すると、ロボット装置１０および接触式計測器７０は、層計測指示に基づいて協働して動作し、接触式計測器７０が母材１１０上に形成されたｘ層目のビード１２１（ｘ）に接触して、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の計測を行う。そして、制御装置３０は、接触式計測器７０による計測結果に基づき、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の形状等の解析を行い、得られた解析結果を出力する。
【０１１０】
その後、全体制御部３０２は、接触式計測器７０を溶接トーチ２０に交換するための指示（逆交換指示）を作成し、ロボット制御部３０３および交換制御部３０７へと出力する（ステップ２６０）。すると、ロボット装置１０および工具交換装置８０は、逆交換指示に基づいて協働して動作し、ロボット装置１０が保持していた接触式計測器７０を取り外すとともに、このロボット装置１０に対する溶接トーチ２０の取り付けを行う。すなわち、接触式計測器７０と溶接トーチ２０とを交換することで、積層造形装置６０は、「三次元形状測定装置」から、「ロボット溶接装置」へと変身する。なお、このとき、ロボット装置１０から取り外された接触式計測器７０は、工具交換装置８０に設けられた架台（図示せず）に、交換可能な状態で設置される。
【０１１１】
それから、全体制御部３０２は、変数ｘが積層造形物１２０の総層数ｎと等しくなったか否かを判断する（ステップ２７０）。
【０１１２】
ステップ２７０で否定の判断（Ｎｏ）を行った場合、全体制御部３０２は、変数ｘをｘ＋１に更新し（ステップ２８０）、ステップ２３０に戻って次の層に関する処理を続行する。
【０１１３】
一方、ステップ２７０で肯定の判断（Ｙｅｓ）を行った場合、すなわち、ｎ層のビード１２１を積層することで、母材１１０上に対する積層造形物１２０の形成が完了すると、積層造形装置６０の動作が完了する。
【０１１４】
［具体例］
では、上述した金属積層造形システム１を用いた構造体１００の製造に関し、具体的な例を挙げて説明を行う。なお、ここでは、実施の形態１と同様、図１に示したように、矩形状を呈する母材１１０上に、円筒状を呈する積層造形物１２０を形成することで、構造体１００を製造する場合を例とする。また、積層造形物１２０の製造に用いられる各種データ（三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ、層形状データＤｓ、分割済層形状データＤｄ）については、実施の形態１と同じである（図１０参照）ので、ここでは説明を省略する。
【０１１５】
（構造体）
続いて、積層造形物１２０を含む構造体１００の製造および計測について説明を行う。
なお、ここでは、実施の形態１と同様、積層造形物１２０を構成するビード１２１の総層数が、５（ｎ＝５）である場合を例とする。
【０１１６】
ここで、本実施の形態における積層造形物１２０の製造プロセス（造形動作）自体は、実施の形態１で説明したもの（図１１参照）と、基本的に同じである。ただし、本実施の形態では、１層目のビード１２１（１）〜５層目のビード１２１（５）の１層毎に、それぞれに対する計測動作が実行される点が、実施の形態１とは異なる。
【０１１７】
〔計測動作〕
次に、三次元形状測定装置を用いた計測動作について説明を行う。
図１４は、実施の形態２におけるビード１２１の計測プロセス例を示した図である。ここで、図１４は、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の場合を例示している。
【０１１８】
｛ｘ層目のビードの形成経路｝
図１４（ａ）は、図１１に示す積層造形物１２０の製造プロセスにおける、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の形成経路Ｒｆ（ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ））を説明するための図である。
ここで、ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）は、実施の形態１でも説明したように、分割済層形状データＤｄ（図１０（ｃ）参照）に基づいて作成されるものであって、軌道計画に対応するものである。図１４（ａ）に示す例では、ｘ層目のビード１２１（ｘ）に対応して、ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）が設定されている。そして、ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）では、自身の始点から終点に向かう、図中一点鎖線矢印で示す方向に沿って、ワイヤ２１の先端部が移動していくことになる。
【０１１９】
｛ｘ層目のビードの測定経路の第１の例｝
図１４（ｂ）は、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の計測プロセスにおける、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）の第１の例を説明するための図である。
ここで、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）は、実施の形態１でも説明したように、分割済層形状データＤｄ（図１０（ｃ）参照）に基づいて作成されるものである。特に、この第１の例では、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）を、上記ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）と同じになるように設定している。ここで、本実施の形態では、ロボット溶接装置を用いてｘ層目のビード１２１（ｘ）を形成した後、次のｘ＋１層目のビード１２１（ｘ＋１）を形成する前に、三次元形状測定装置を用いてｘ層目のビード１２１（ｘ）を計測する、という手順を採用している。このため、溶接トーチ２０を用いてｘ層目のビード１２１（ｘ）を形成するときと、接触式計測器７０を用いてｘ層目のビード１２１（ｘ）を計測するときとで、ロボット装置１０がとるべき姿勢を同じにした方がよい場合があり得る。このため、制御装置３０は、形成経路Ｒｆと測定経路Ｒｍとが共通であれば、ロボット装置１０の姿勢制御に関するプログラムは、両者で同じにしておくことが望ましい。
【０１２０】
｛ｘ層目のビードの測定経路の第２の例｝
図１４（ｃ）は、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の計測プロセスにおける、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）の第２の例を説明するための図である。
ここで、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）は、上記ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）と同じく、分割済層形状データＤｄ（図１０（ｃ）参照）に基づいて作成されるものである。ただし、この第２の例では、上記第１の例とは異なり、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）を、上記ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）とは異なるように設定している。より具体的に説明すると、図１４（ｃ）に示す例では、ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）とは無関係に、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）が設定されている。そして、この例では、もととなる１層目の分割済層形状データＤｄ（１）から、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の形状の推定を行い、得られた推定結果に基づき、その上面の全面を縦横方向に順次なぞってくように、ｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）を設定している。この場合は、ｘ層目の形成経路Ｒｆ（ｘ）とｘ層目の測定経路Ｒｍ（ｘ）とがそれぞれ固有なものとなるため、ロボット装置１０の姿勢制御に関するプログラムは、両者で異なることになる。
【０１２１】
［計測結果の解析］
本実施の形態では、三次元形状測定装置を用いてｘ層目のビード１２１（ｘ）を計測した後、制御装置３０が、接触式計測器７０による計測結果に基づいて形状等の解析を行い、得られた解析結果を出力する、との説明を行った。以下には、本実施の形態における計測結果の解析に関し、２つの例を挙げて説明を行う。なお、この例において、接触式計測器７０による計測結果の解析は、制御装置３０に設けられた、マップ作成部の一例としての全体制御部３０２が行っている。
【０１２２】
（ビード形状マップ）
実施の形態１で説明したように、接触式計測器７０は、それぞれに設けられた探針７２１が進退可能に設けられることにより、測定対象の表面形状を検出可能な複数のタッチセンサ７２０を有している。このため、これらによる計測結果に基づき、測定対象の凹凸を把握することが可能となっている。
【０１２３】
図１５は、接触式計測器７０による計測結果を解析して得られた、ビード形状マップ２００の一例を示す図である。ここで、図１５は、ｘ層目のビード１２１（ｘ）に対応したビード形状マップ２００を示している。そして、実際には、このようなビード形状マップ２００が、ビード１２１の総層数（ｎ）だけ存在し得ることになる。
【０１２４】
図１５に示す例では、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の表面形状を、等高線を用いて表示している。ただし、これに限られるものではなく、例えば高さ毎に表示色を異ならせることによって、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の表面形状を表現することも可能である。
【０１２５】
また、実施の形態１では具体的な説明を行わなかったが、同様の手法を用いて、積層造形物１２０の形状に関するマップを形成することも可能である。
【０１２６】
（スラグ付着マップ）
実施の形態１で説明したように、接触式計測器７０は、それぞれに設けられた探針７２１が導電性を有していることにより、測定対象の導通状態を検出可能な複数のタッチセンサ７２０を有している。このため、これらによる計測結果に基づき、測定対象の電気抵抗（表面抵抗、接触抵抗）を把握することが可能となっている。
【０１２７】
図１６は、接触式計測器７０による計測結果を解析して得られた、スラグ付着マップ３００の一例を示す図である。ここで、図１６は、ｘ層目のビード１２１（ｘ）に対応したスラグ付着マップ３００を例示している。そして、実際には、このようなスラグ付着マップ３００が、ビード１２１の総層数（ｎ）だけ存在し得ることになる。
【０１２８】
図１６に示す例では、ｘ層目のビード１２１（ｘ）の表面のうち、スラグＳが付着していたと推定される部位を、他の部位よりも濃い色（この例では黒）で表示している。なお、ここでは、測定結果から得られた電気抵抗の値が、予め定められた閾値よりも高くなっている部位を、スラグＳの付着部位と推定している。これは、絶縁体で構成されることが多いスラグＳは、導電体である金属で構成されるｘ層目のビード１２１（ｘ）に比べて、電気抵抗の値が高くなり易いことを利用したものである。ただし、これに限られるものではなく、例えば電気抵抗の大きさ毎に表示色等を異ならせることによって、３レベル以上の表示を行ったマップを作成することも可能である。
【０１２９】
また、実施の形態１では詳細な説明を行わなかったが、同様の手法を用いて、積層造形物１２０に付着するスラグＳに関するマップを作成することも可能である。
【０１３０】
＜その他＞
なお、実施の形態１、２では、制御装置３０が、積層計画（軌道計画）に基づいて計測計画を作成していた。すなわち、制御装置３０は、分割済層形状データＤｄに基づいて、測定経路Ｒｍの設定を行っていた。ただし、これに限られるものではなく、例えば、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ、内部データＤｉや層形状データＤｓ等に基づいて、測定経路Ｒｍの設定を行うようにしてもかまわない。そして、この場合は、計画作成装置４０が、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄ、内部データＤｉや層形状データＤｓ等を、さらに記録媒体５０に書き込むとともに、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０が、記録媒体５０からこれらを読み出すようにすればよい。
【０１３１】
また、実施の形態１、２では、制御装置３０が、積層計画（軌道計画）に基づいて計測計画を作成していたが、これに限られるものではなく、計画作成装置４０が計測計画を作成するようにしてもかまわない。そして、この場合は、計画作成装置４０が、自身で作成した積層計画（出力データＤｏ）および計測計画（検査用データ）を記録媒体５０に書き込むとともに、積層造形装置６０に設けられた制御装置３０が、記録媒体５０からこれらを読み出して実行すればよい。
【０１３２】
また、実施の形態１、２では、積層造形装置６０を構成する制御装置３０が、接触式計測器７０による計測結果に基づく積層造形物１２０の形状等の解析を行っていたが、これに限られるものではない。例えば、積層造形装置６０に、パーソナルコンピュータ等の解析装置（図示せず）を設け、この解析装置を用いて、積層造形物１２０の解析を行うようにしてもよい。
【０１３３】
また、実施の形態１、２では、計画作成装置４０で、三次元ＣＡＤデータＤ３ｄを内部データＤｉに変換してから各種処理を施していたが、これに限られるものではなく、例えば三次元ＣＡＤデータＤ３ｄから直接層形状データＤｓを作成してもかまわない。
【０１３４】
また、実施の形態１、２では、接触式計測器７０において計測部７２を構成する複数のタッチセンサ７２０を、二次元に配列してしたが、これに限られるものではなく、例えば一列に並べて配置するようにしてもかまわない。
【符号の説明】
【０１３５】
１…金属積層造形システム、２…ＣＡＤ装置、１０…ロボット装置、２０…溶接トーチ、２１…ワイヤ、２５…カメラ、３０…制御装置、４０…計画作成装置、５０…記録媒体、６０…積層造形装置、７０…接触式計測器、８０…工具交換装置、１００…構造体、１１０…母材、１２０…積層造形物、１２１…ビード、３０１…受付部、３０２…全体制御部、３０３…ロボット制御部、３０４…溶接制御部、３０５…カメラ制御部、３０６…計測制御部、３０７…交換制御部、４０１…取得部、４０２…変換部、４０３…切断部、４０４…分割部、４０５…作成部、４０６…付加部、４０７…出力部
【図１】
2020189327.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2020189327.tif 000011
【図１０】
2020189327.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2020189327.tif 000014
【図１３】
2020189327.tif 000015
【図１４】
2020189327.tif 000016
【図１５】
2020189327.tif 000017
【図１６】
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