(57)【要約】  金属材料を母材の被加工部に供給しながらレーザ照射位置を移動させて積層造形を行う工作機械（１１）の積層条件を制御する積層条件制御装置（１００）において、加工プログラム（１０）に基づいてレーザ照射位置におけるレーザビームの走査速度を求める加工プログラム解析部（１０１）と、レーザビームの出力値、金属材料の供給量および溶融状態の被加工部の温度を取得するデータ取得部（１０３）と、走査速度、出力値、供給量および温度に基づいて、金属材料の溶着状態が溶着量安定状態であるか否かを判定する溶着状態判定部（１０４）と、溶着状態判定部（１０４）における判定結果が溶着量安定状態となるように出力値および供給量を調整する積層条件調整部（１０５）と、積層条件調整部（１０５）により調整された出力値の指令値および供給量の指令値を工作機械（１１）に出力する積層条件出力部（１０６）とを備える。
2020026306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料を母材の被加工部に供給しながらレーザ照射位置を移動させて積層造形を行う工作機械の積層条件を制御する積層条件制御装置において、
加工プログラムに基づいて前記レーザ照射位置におけるレーザビームの走査速度を求める加工プログラム解析部と、
前記レーザビームの出力値、前記金属材料の供給量および溶融状態の前記被加工部の温度を取得するデータ取得部と、
前記走査速度、前記出力値、前記供給量および前記温度に基づいて、前記金属材料の溶着状態が溶着量安定状態であるか否かを判定する溶着状態判定部と、
前記溶着状態判定部における判定結果が溶着量安定状態となるように前記出力値および前記供給量を調整する積層条件調整部と、
前記積層条件調整部により調整された前記出力値の指令値および前記供給量の指令値を前記工作機械に出力する積層条件出力部と
を備えることを特徴とする積層条件制御装置。
【請求項２】
積層高さ、積層幅、前記出力値および前記供給量を含んだ積層条件データを複数記憶する記憶部を備え、
前記積層条件調整部は、前記積層条件データを使用することにより、前記加工プログラムまたは外部から指定されている前記積層高さおよび前記積層幅が維持されるように、前記出力値および前記供給量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の積層条件制御装置。
【請求項３】
積層高さ、積層幅、前記出力値および前記供給量を含んだ積層条件データを複数記憶する記憶部を備え、
前記積層条件調整部は、前記積層条件データを使用することにより、前記加工プログラムまたは外部から指定されている前記積層高さおよび前記積層幅よりも、実際の積層高さまたは実際の積層幅のいずれかが小さくなるように、前記出力値および前記供給量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の積層条件制御装置。
【請求項４】
前記実際の積層高さは前記加工プログラムまたは外部から指定されている前記積層高さを整数で均等分割した高さである
ことを特徴とする請求項３に記載の積層条件制御装置。
【請求項５】
前記実際の積層幅は前記加工プログラムまたは外部から指定されている前記積層幅を奇数で均等分割した幅である
ことを特徴とする請求項３に記載の積層条件制御装置。
【請求項６】
前記加工プログラムもしくは外部から指定されている前記積層高さと前記実際の積層高さとの差分を補正するための差分経路の指令経路、または前記加工プログラムもしくは外部から指定されている前記積層幅と前記実際の積層幅との差分を補正するための差分経路の指令経路を計算する加工プログラム経路補正部を
さらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の積層条件制御装置。
【請求項７】
前記溶着状態判定部は、前記走査速度、前記出力値および前記供給量に対応して前記溶着量安定状態、溶着量不足状態または溶着量過剰状態のいずれであるかを示す溶着状態遷移図を用いて、前記溶着量安定状態であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の積層条件制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を利用して金属材料による積層造形をおこなうための積層条件制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
指向性エネルギ堆積（ＤＥＤ：Direct  Energy  Deposition）方式における金属積層造形は、レーザビームを金属粉または金属線条といった金属材料に照射して局所的に溶融させつつ、金属材料を供給することで、加工領域に金属を溶着させるプロセスである。この方法は、造形自由度が高いことを特徴としているため、切削加工法では製造が困難な形状を容易に作製することができる。【０００３】
金属積層造形において、レーザ出力、金属粉または金属線条の供給量、さらには溶融池の温度といったプロセスパラメータを調整する数値制御（ＮＣ：Numerical  Control）装置を積層条件制御装置と呼ぶ。また、母材が溶融してできた溶融金属のたまりを溶融池と呼ぶ。積層条件制御装置を用いて金属積層造形を行う場合には、ＣＡＭ（Computer  Aided  Manufacturing）で加工プログラムを作成することが一般的である。加工プログラムには加工形状の情報、レーザ出力、金属粉または金属線条の供給量が記述されている。積層条件制御装置は、この加工プログラムを読み込み、レーザビームが照射される母材の一部である被加工部の移動経路の演算を行う。更に、積層条件制御装置は、加減速をはじめとする処理を行い、単位時間毎の移動経路上の指令点である補間点の演算を行う。演算された補間点データによって数値制御の工作機械の各駆動軸を制御し、被加工部またはレーザ照射位置を目標の位置に移動させることにより、被加工部に加工プログラム記載のレーザ出力値のレーザビームが照射される。母材の一部である被加工部は溶融して溶融池を形成し、この溶融池に金属粉末または金属線条が加工プログラムに記載された速度で供給される。一定時間がたつと、被加工部は金属を溶着した状態で再凝固するため、積層造形が行われる。このとき、目標の形状または微細構造を得るために、被加工部またはレーザ照射位置を目標の位置に移動させるとともに、被加工部に対するレーザ照射量、金属粉または金属線条の供給量、さらには溶融池の温度といったプロセスパラメータを調整することが必要となり、例えば特許文献１において、溶融池の温度を考慮してレーザ出力および金属粉または金属線条の供給量の調整をおこなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５３７９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、溶融池の温度を考慮してレーザ出力および金属粉または金属線条の供給量の調整をおこなったとしても、溶融池の温度における金属粉または金属線条の溶着状態を考慮した調整ではないため、目標とする積層形状を得ることができないという問題点があった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、目標とする積層形状を高い精度で得ることができる積層条件制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、金属材料を母材の被加工部に供給しながらレーザ照射位置を移動させて積層造形を行う工作機械の積層条件を制御する積層条件制御装置において、加工プログラムに基づいてレーザ照射位置におけるレーザビームの走査速度を求める加工プログラム解析部と、レーザビームの出力値、金属材料の供給量および溶融状態の被加工部の温度を取得するデータ取得部と、走査速度、出力値、供給量および温度に基づいて、金属材料の溶着状態が溶着量安定状態であるか否かを判定する溶着状態判定部とを備える。本発明は、溶着状態判定部における判定結果が溶着量安定状態となるように出力値および供給量を調整する積層条件調整部と、積層条件調整部により調整された出力値の指令値および供給量の指令値を工作機械に出力する積層条件出力部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、目標とする積層形状を高い精度で得ることができる積層条件制御装置を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる積層条件制御装置の構成を示す図
【図２】実施の形態１にかかる加工プログラムの一例を示す図
【図３】実施の形態１にかかる加工プログラムを用いて造形された積層造形物を示す図
【図４】実施の形態１にかかる記憶部に記憶されている６つの積層条件データを示す図
【図５】実施の形態１における積層造形物の１層目のコーナ形状部におけるレーザの照射経路を示す図
【図６】図５に対応する速度波形の一例を示す図
【図７】実施の形態１にかかる溶着量安定状態、溶着量不足状態および溶着量過剰状態における積層形状の一例を示す図
【図８】実施の形態１にかかる与えられた溶融池温度における溶着状態遷移図の一例を示す図
【図９】実施の形態１にかかる積層造形物の１層目の溶着状態を示す図
【図１０】実施の形態１にかかる積層造形物の２層目の溶着状態を示す図
【図１１】実施の形態１にかかる積層造形物の３層目の溶着状態を示す図
【図１２】実施の形態１における溶着量不足状態からの調整を説明する図
【図１３】実施の形態１における溶着量過剰状態からの調整を説明する図
【図１４】実施の形態１にかかる積層条件制御装置の動作を説明するフローチャート
【図１５】本発明の実施の形態２にかかる積層条件制御装置の構成を示す図
【図１６】実施の形態２にかかる記憶部に記憶されている６つの積層条件データを示す図
【図１７】実施の形態２における溶着量不足状態からの調整を説明する図
【図１８】実施の形態２における溶着量過剰状態からの調整を説明する図
【図１９】実施の形態２にかかる１層目における目標の積層形状と実際の積層形状とを示すＸＺ平面図
【図２０】実施の形態２にかかる１層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を補正する差分経路を示す図
【図２１】実施の形態２にかかる３層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を示すＸＹ平面図
【図２２】実施の形態２にかかる３層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を補正する差分経路を示す図
【図２３】実施の形態２にかかる積層条件制御装置の動作を説明するフローチャート
【図２４】実施の形態１および２にかかる積層条件制御装置の機能をコンピュータシステムで実現する場合のハードウェア構成を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかる積層条件制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる積層条件制御装置１００の構成を示す図である。図１に示す積層条件制御装置１００は、外部から入力された加工プログラム１０に従って、単位時間毎の補間点群である移動指令と、レーザ出力指令と、金属粉または金属線条といった金属材料の供給量指令とを出力することで、積層造形用のＮＣ工作機械である工作機械１１を制御する数値制御装置である。金属粉または金属線条といった金属材料の供給量を以下では金属材料供給量とする。
【００１２】
積層条件制御装置１００は、加工プログラム１０を先読みすることにより加工目標である積層造形物の形状を求めてレーザ照射位置におけるレーザビームの走査速度を求める加工プログラム解析部１０１と、上記走査速度をもとに単位時間当たりの補間点を作成して工作機械１１に出力する指令値生成部１０２と、レーザビームの出力値であるレーザ出力値、金属材料供給量、および積層対象の温度データを取得するデータ取得部１０３と、上記走査速度、上記レーザ出力値、上記金属材料供給量、および積層対象の上記温度データに基づいて、金属材料の溶着量の状態を判定する溶着状態判定部１０４と、溶着状態判定部１０４における状態判定結果が適切な状態となるように上記レーザ出力値、および金属材料供給量を調整する積層条件調整部１０５と、積層条件調整部１０５における上記レーザ出力値、および金属材料供給量を工作機械１１に出力する積層条件出力部１０６と、積層条件データを記憶する記憶部１１０とを備える。レーザ照射位置におけるレーザビームの走査速度をレーザ走査速度とする。また、加工プログラム１０を先読みするとは、加工プログラム１０の加工内容を記述している箇所を当該箇所の実際の加工のタイミングよりも早いタイミングで読み出すことをいう。
【００１３】
以下では、積層条件制御装置１００の各構成要素について更に詳細に説明する。
【００１４】
図２は、実施の形態１にかかる加工プログラム１０の一例を示す図である。加工プログラム１０は、加工プログラム解析部１０１に積層条件制御装置１００の外部から入力される。
【００１５】
図３は、実施の形態１にかかる加工プログラム１０を用いて造形された積層造形物を示す図である。工作機械１１によれば、供給された金属粉または金属線条といった金属材料がレーザビームにより加熱溶融された母材表面の被加工部の上に積層される。そして、母材上をレーザ照射領域がコーナ形状に動くようにして積層をおこない、これをＺ方向に３層分重ねたものが図３に示した積層造形物である。
【００１６】
ここで、図３に示した積層造形物に対する目標とする積層高さをｈとし、目標とする積層幅をｄとする。ここで、積層幅とは、積層高さの方向およびレーザビームの走査方向に共に垂直な方向の積層造形物の幅を示す。積層高さｈ、積層幅ｄ、積層高さｈおよび積層幅ｄで積層するための積層条件であるレーザ出力値Ｐ１、金属材料供給量Ｖ１、およびそのときのレーザ走査速度Ｆ１を積層条件データＤ１とする。図２に示す加工プログラム１０のＮ１０４ブロックで積層条件データＤ１を選択することが指定されている。なお、積層条件データＤ１の指定は、積層条件制御装置１００の外部からユーザまたは他の装置により行われてもかまわない。
【００１７】
積層造形を行うためには目標とする積層高さおよび積層幅とそのときのレーザ出力指令値、金属材料供給量指令値が必要となる。積層条件制御装置１００の記憶部１１０には、積層高さおよび積層幅とそのときのレーザ出力値、金属材料供給量、レーザ走査速度についての情報が一括りのデータとして少なくとも１つ以上記憶されている。この一括りのデータを積層条件データと称し、レーザ出力値および金属材料供給量の指令値は加工プログラム１０上でＧコードまたはＭコードを用いて目標とする積層高さおよび積層幅となるように記憶されている積層条件データに基づいて指定する。なお、目標とする積層高さおよび積層幅となるようにレーザの出力指令値、金属材料供給量指令値を加工プログラム１０上に直接記載してもよい。また、目標とする積層高さおよび積層幅が記憶部１１０などに設定パラメータとして複数セット記憶されていて、積層条件制御装置１００の外部からユーザまたは他の装置により、いずれの積層高さおよび積層幅とするかが指定されるようになっていてもかまわない。すなわち、目標とする積層高さおよび積層幅は、加工プログラムまたは外部から指定される。
【００１８】
上述したように、積層条件制御装置１００の記憶部１１０には積層条件データが少なくとも１つ以上記憶されている。図４は、実施の形態１にかかる記憶部１１０に記憶されている６つの積層条件データＤ１〜Ｄ６を示す図である。図４は、６つの積層条件データＤ１〜Ｄ６における積層高さおよび積層幅と、それに対応するレーザ走査速度、レーザ出力値、金属材料供給量の一例を示す。
【００１９】
以下では、積層条件制御装置１００の各構成要素の動作を詳細に説明する。
【００２０】
（加工プログラム解析部１０１）
加工プログラム解析部１０１は、図２の加工プログラム１０が外部から入力されると、加工プログラム１０を先読みすることにより加工目標である積層造形物の形状を求めて解析をおこない、レーザ走査速度を決定する。まず、積層造形物の１層目のコーナ形状にかかるブロックを加工プログラム１０から先読みし、単位時間毎のレーザ走査速度である指令速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）を決定する。なお、コーナ形状にかかるブロックであることは、当該ブロックを含んだ前後のブロックの記述内容から判別可能である。ここで、ｉは時刻を示し、ｋは層を示している（ｋ＝１，２，３（層目））。したがって、Ｆｃ（ｉ，１）は、１層目の時刻ｉにおける指令速度を示す。
【００２１】
加工プログラム解析部１０１の具体的な処理には、予め設定された加速度で加減速するための速度波形を生成する加減速処理、加減速処理により生成した速度波形を滑らかにするスムージング処理が含まれる。なお、スムージング処理は、移動平均フィルタ処理とも称呼される。
【００２２】
図５は、実施の形態１における積層造形物の１層目のコーナ形状部におけるレーザの照射経路を示す図である。図６は、図５に対応する速度波形の一例を示す図である。すなわち、図６は、積層造形物の１層目のコーナ形状において加工プログラム解析部１０１が求めた速度波形の一例を示す図である。
【００２３】
図５において、レーザの照射経路上の時刻ｉ１、時刻ｉ２および時刻ｉ３のレーザの照射位置が示されている。図６に示されるように、レーザ照射位置の移動開始直後は加減速処理により徐々に加速していき、時刻ｉ１での指令速度Ｆｃ（ｉ１，１）はＦ１に達する。その後、コーナ進入直前で減速して、コーナを通過する時刻ｉ２での指令速度Ｆｃ（ｉ２，１）はＦ１／２となり、コーナ通過後に再度加速するため時刻ｉ３での指令速度Ｆｃ（ｉ３，１）はＦ１に達する。最後にレーザ照射位置の移動終了部分において減速して指令速度０となることで、レーザ照射位置の移動が停止する。
【００２４】
このようにして、２層目、３層目における単位時間毎の指令速度Ｆｃ（ｉ，２）、Ｆｃ（ｉ，３）も同様に図６に示すような速度波形として加工プログラム解析部１０１により求められる。
【００２５】
以上のようにして計算されるレーザ照射位置における単位時間毎の指令速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）（ｋ＝１，２，３）にあわせて、溶着状態が常に溶着量安定領域に含まれるように積層条件の調整をおこなう。なお、加工プログラム解析部１０１の動作は、１層目、２層目、３層目のプログラム解析処理と指令値生成部１０２、データ取得部１０３、溶着状態判定部１０４、積層条件調整部１０５、積層条件出力部１０６の処理とを同時進行で行ってもよい。
【００２６】
（指令値生成部１０２）
指令値生成部１０２は、加工プログラム解析部１０１によるスムージング処理後の指令速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）で移動したときの単位時間毎のレーザ照射位置である補間点の座標を演算する補間処理を実行して、補間点の座標を生成する。この補間点の座標は単位時間毎に工作機械１１に出力され、工作機械１１においてレーザ照射位置が目標とする位置へと制御される。
【００２７】
（データ取得部１０３）
データ取得部１０３では、溶融状態の被加工部である溶融池の温度Ｔ（ｉ，ｋ）、レーザ出力値Ｐ（ｉ，ｋ）および金属粉または金属線条といった金属材料供給量Ｖ（ｉ，ｋ）のデータが取得される。本実施の形態１では、層ごとの溶融池の温度Ｔ（ｉ，ｋ）は層内で一定としている。溶融池温度Ｔ（ｉ，ｋ）は、レーザ照射による被加工部分の蓄熱の影響により、層の位置が母材から高くなるほど高い温度になるので、Ｔ（ｉ，３）＞Ｔ（ｉ，２）＞Ｔ（ｉ，１）という関係が成り立つ。データ取得部１０３が取得する上記データは、工作機械１１に設置されたセンサが計測した計測値であってもよいし、データ取得部１０３が推定式を用いて算出した推定値であってもよい。
【００２８】
（溶着状態判定部１０４）
溶着状態判定部１０４は、データ取得部１０３が取得した溶融池の温度Ｔ（ｉ，ｋ）、レーザ出力値Ｐ（ｉ，ｋ）および金属材料供給量Ｖ（ｉ，ｋ）に基づいて、指令速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）で動く際に安定した状態で積層することができるかについて判定する。溶着状態判定部１０４は、金属材料が、溶着量安定状態、溶着量不足状態または溶着量過剰状態の３つの状態のいずれの溶着状態になるかを判定する。
【００２９】
金属材料の溶着状態の判定には、以下の数式（１）で示される指標値ｗ１（ｉ，ｋ）および数式（２）で示される指標値ｗ２（ｉ，ｋ）が用いられる。
【００３０】
ｗ１（ｉ，ｋ）＝Ｐ（ｉ，ｋ）／Ｆｃ（ｉ，ｋ）    ・・・（１）
【００３１】
ｗ２（ｉ，ｋ）＝Ｖ（ｉ，ｋ）／Ｆｃ（ｉ，ｋ）    ・・・（２）
【００３２】
ここで、ｗ１（ｉ，ｋ）は、レーザ照射位置である溶融池におけるレーザ照射量の指標値であり、ｗ２（ｉ，ｋ）は、レーザ照射位置である溶融池における金属材料の供給量の指標値である。ｗ１（ｉ，ｋ）は、（レーザ出力値／レーザ走査速度）に、ｗ２（ｉ，ｋ）は、（金属材料供給量／レーザ走査速度）になっている。
【００３３】
指標値ｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値に基づき、金属材料の溶着状態を評価する。溶着状態の判定には以下の数式（３）〜数式（５）に示す評価式Ｗ（ｗ１，ｗ２）が用いられる。
【００３４】
Ｗ（ｗ１，ｗ２）＝０，ｗ１＞α１×ｗ２＋β１∩ｗ１＞α３×ｗ２＋β３    ・・・（３）
【００３５】
Ｗ（ｗ１，ｗ２）＝１，α２×ｗ２＋β２＜ｗ１＜α１×ｗ２＋β１          ・・・（４）
【００３６】
Ｗ（ｗ１，ｗ２）＝２，ｗ１＜α２×ｗ２＋β２∩ｗ１＜α３×ｗ２＋β３    ・・・（５）
【００３７】
実施の形態１においては、評価式Ｗ＝０のときは溶着量不足状態と判定し、評価式Ｗ＝１のときは溶着量安定状態と判定し、評価式Ｗ＝２のときは溶着量過剰状態と判定する。数式（３）〜数式（５）それぞれの右側に示した（ｗ１，ｗ２）の領域が、溶着量不足領域、溶着量安定領域、溶着量過剰領域を表している。評価式Ｗの値は任意の値に設定してかまわない。
【００３８】
図７は、実施の形態１にかかる溶着量安定状態、溶着量不足状態および溶着量過剰状態における積層形状の一例を示す図である。図７の上は、３つの状態の積層形状をレーザの走査方向であるＹ方向に観た図であり、図７の下は、３つの状態の積層形状をレーザの照射方向であるＺ方向に観た図である。図７において、溶着量安定状態は溶着量が適切であるため目標とする形状に積層可能な状態であり、溶着量不足状態は溶着量が不足しているため部分的にしか溶着されていない状態であり、溶着量過剰状態は溶着量が多すぎるため溶着した金属材料が流れてしまい、目標より平らな形状に積層される状態である。
【００３９】
図８は、実施の形態１にかかる与えられた溶融池温度における溶着状態遷移図の一例を示す図である。図８の溶着状態遷移図は、指標値ｗ１を縦軸にとり、指標値ｗ２を横軸にとった場合の与えられた溶融池温度における溶着状態を示している。図８において、ｗ１／ｗ２の値が小さくなるにつれて、被加工部分に照射されるレーザに対する金属材料供給量が過剰となるため、溶着量過剰状態となる。一方で、ｗ１／ｗ２の値が大きくなるにつれて、被加工部分に照射されるレーザに対する金属材料供給量が不足となるため、溶着量不足状態となる。
【００４０】
また、図８の溶着状態遷移図において、溶着量安定状態、溶着量不足状態、溶着量過剰状態の３つの状態を区別する境界線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、データ取得部１０３が計測した溶融池温度に応じて変化する。境界線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３についてのパラメータは溶融池温度毎に溶着状態判定部１０４に予め記憶されている。境界線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のパラメータは、具体的には、数式（３）〜数式（５）の領域を決定しているα１（Ｔ）およびβ１（Ｔ）、α２（Ｔ）およびβ２（Ｔ）、α３（Ｔ）およびβ３（Ｔ）である。α１（Ｔ）およびβ１（Ｔ）は溶着量不足領域と溶着量安定領域との境界線Ｌ１の傾きおよび切片であり、α２（Ｔ）およびβ２（Ｔ）は溶着量過剰領域と溶着量安定領域との境界線Ｌ２の傾きおよび切片であり、α３（Ｔ）およびβ３（Ｔ）は溶着量不足領域と溶着量過剰領域との境界線Ｌ３の傾きと切片である。
【００４１】
そして、溶着状態判定部１０４は、加工プログラム解析部１０１が加工プログラム１０を先読みすることにより決定したレーザ走査速度である指令速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）と、データ取得部１０３が計測したレーザ出力値および金属材料の供給量と、に基づいてｗ１およびｗ２を計算する。さらに、溶着状態判定部１０４は、データ取得部１０３が計測した溶融池温度に基づいて、予め記憶されている境界線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３についての情報を利用して溶着状態遷移図を取得できる。溶着状態判定部１０４は、求めたｗ１およびｗ２と、溶着状態遷移図に基づいて溶着状態を判定する。
【００４２】
なお、境界線のパラメータは、溶融池の温度Ｔに応じて変化するが、予めあらゆる溶融池温度、レーザ出力値、金属材料供給量の条件下での積層実験を行っておくことで、複数の条件下での境界線のパラメータを導出しておき、積層条件制御装置１００の記憶部１１０に記憶させておく。また、境界線のパラメータは、記憶部１１０に記憶されている複数の積層条件データを利用して推定してもよいし、溶融池温度毎の境界線のパラメータを記憶させておく代りに溶融池温度毎の溶着状態遷移図そのものを記憶部１１０に記憶させておいてもよい。溶融池温度毎の境界線のパラメータまたは溶着状態遷移図は、記憶部１１０ではなく、溶着状態判定部１０４が備える記憶部に記憶されていてもかまわない。
【００４３】
図９は、実施の形態１にかかる積層造形物の１層目の溶着状態を示す図である。図１０は、実施の形態１にかかる積層造形物の２層目の溶着状態を示す図である。図１１は、実施の形態１にかかる積層造形物の３層目の溶着状態を示す図である。
【００４４】
図９〜図１１は、積層条件を調整せずに積層条件データＤ１のみを用いて積層する場合の各層（ｋ＝１，２，３）の溶融池温度Ｔ（ｉ，ｋ）における溶着状態遷移図を示すと共に、各溶着状態遷移図において、ｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値がどの溶着状態になっているかを示している。
【００４５】
図９の１層目においては、データ取得部１０３が取得した溶融池温度データはＴ（ｉ，１）であり、ｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値は溶着量不足領域に含まれる。
【００４６】
図１０の２層目においては、データ取得部１０３が取得した溶融池温度Ｔ（ｉ，２）は蓄熱の影響があるため、ｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値は、１層目とは異なり、溶着量安定領域に含まれる。
【００４７】
図１１の３層目においては、データ取得部１０３が取得した溶融池温度Ｔ（ｉ，３）は２層目よりも蓄熱の影響が大きくなるため、ｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値は溶着量過剰領域に含まれる。
【００４８】
以上より、図２に示した加工プログラム１０の各層の時刻ｉにおける溶着状態は、１層目が溶着量不足状態、３層目が溶着量過剰状態となり、１層目および３層目は積層条件を調整しなければ目標の形状に積層できない状態である。これに対して、２層目は積層条件を調整しなくてよい溶着量安定状態になっている。
【００４９】
（積層条件調整部１０５）
積層条件調整部１０５は、溶着状態判定部１０４が判定した溶着状態に基づいて、レーザ出力値および金属材料供給量の設定値の調整を行う。積層条件調整部１０５は、加工プログラム１０または外部から指定されている積層条件データから記憶部１１０に記憶されている他の積層条件データに使用する積層条件データを変更することにより、レーザ出力設定値および金属材料供給量の調整をおこなう。なお、この調整は、記憶部１１０に記憶されている６つの積層条件データからモデル式を構築して、適切なレーザ出力設定値および金属材料供給量を導出して実行してもよい。
【００５０】
積層条件制御装置１００においては、加工プログラム１０において指定されている積層条件データＤ１において溶着量安定状態にならない場合に、記憶されている６つの積層条件データの中から積層条件データＤ１と積層高さおよび積層幅が同じ積層条件データであって、溶着量安定状態で積層できる積層条件データを抽出する。そして抽出された積層条件データの中から１つの積層条件データを選択する。
【００５１】
図９に示したように、積層条件データＤ１を用いた積層造形物の１層目の時刻ｉにおける溶着状態は、溶着状態判定部１０４により溶着量不足状態と判定される。図１２は、実施の形態１における溶着量不足状態からの調整を説明する図である。図１２には、図９に示した１層目の溶融池温度Ｔ（ｉ，１）での溶着状態遷移図における記憶部１１０に記憶されている積層条件データの分布が示されている。図１２のＤ１の点は、積層条件データＤ１を用いて積層した場合に実測データに基づいて計算したｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値を示している。これに対して、図１２のＤ２〜Ｄ６の点は、数式（１）および数式（２）のＰ（ｉ，ｋ）およびＶ（ｉ，ｋ）に図４に示した積層条件データの設定値を代入して求めた値を示している。
【００５２】
図１２において、Ｄ１以外の積層条件制御装置１００に記憶されている積層条件データの中で積層高さおよび積層幅が同じで溶着量安定状態になるという条件に該当する積層条件データは積層条件データＤ２の１つしかない。そのため、積層条件調整部１０５は、積層条件データＤ２を選択する。
【００５３】
さらに、積層条件調整部１０５は、選択した積層条件データに基づいて、加工プログラム解析部１０１が求めたレーザ走査速度に応じたレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，ｋ）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，ｋ）を以下の数式（６）および数式（７）に示すように調整する。
【００５４】
Ｐｃ（ｉ，ｋ）＝（Ｆｃ（ｉ，ｋ）／Ｆ）×Ｐ＋Ｐｏ    ・・・（６）
【００５５】
Ｖｃ（ｉ，ｋ）＝（Ｆｃ（ｉ，ｋ）／Ｆ）×Ｖ＋Ｖｏ    ・・・（７）
【００５６】
数式（６）および数式（７）におけるＰ、ＶおよびＦはそれぞれ選択された積層条件データに記載されているレーザ出力値、金属材料供給量およびレーザ走査速度を表している。ＰｏおよびＶｏは調整用のオフセット値を表しているが、以下ではそれぞれ０として説明する。
【００５７】
図１２に示したように１層目の時刻ｉでは図４の積層条件データＤ２が選択されている。したがって、数式（６）を用いてレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，１）＝（Ｆｃ（ｉ，１）／Ｆ２）×Ｐ２が得られ、数式（７）を用いて金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，１）＝（Ｆｃ（ｉ，１）／Ｆ２）×Ｖ２が得られる。
【００５８】
したがって、図５に示した１層目のコーナ形状部における時刻ｉ１、時刻ｉ２、時刻ｉ３のレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，１）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，１）は、それぞれ（Ｐｃ（ｉ１，１），Ｖｃ（ｉ１，１））＝（Ｆ１／Ｆ２×Ｐ２，Ｆ１／Ｆ２×Ｖ２）、（Ｐｃ（ｉ２，１），Ｖｃ（ｉ２，１））＝（Ｆ１／Ｆ２×Ｐ２／２，Ｆ１／Ｆ２×Ｖ２／２）、（Ｐｃ（ｉ３，１），Ｖｃ（ｉ３，１））＝（Ｆ１／Ｆ２×Ｐ２，Ｆ１／Ｆ２×Ｖ２）となる。時刻ｉ２では時刻ｉ１および時刻ｉ３の１／２倍のレーザ出力値および金属材料供給量になる。
【００５９】
続いて、図１０に示したように、積層条件データＤ１を用いた積層造形物の２層目の時刻ｉにおける溶着状態は、溶着状態判定部１０４により溶着量安定状態であると判定される。したがって、加工プログラム中で指定された積層条件データＤ１を変更する必要はない。この場合の２層目の時刻ｉにおけるレーザ走査速度に応じたレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，２）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，２）は、数式（６）および数式（７）に指定されている積層条件データＤ１に記載されているレーザ出力値、金属材料供給量およびレーザ走査速度を代入すれば得られる。その結果、レーザ出力値Ｐｃ（ｉ，２）＝（Ｆｃ（ｉ，１）／Ｆ１）×Ｐ１、金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，２）＝（Ｆｃ（ｉ，１）／Ｆ１）×Ｖ１となる。
【００６０】
さらに、図１１に示したように、積層条件データＤ１を用いた積層造形物の３層目の時刻ｉにおける溶着状態は、溶着状態判定部１０４により溶着量過剰状態と判定される。図１３は、実施の形態１における溶着量過剰状態からの調整を説明する図である。図１３には、図１１に示した３層目の溶融池温度Ｔ（ｉ，３）での溶着状態遷移図における記憶部１１０に記憶されている積層条件データの分布が示されている。図１３のＤ１の点は、積層条件データＤ１を用いて積層した場合に実測データに基づいて計算したｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値を示している。これに対して、図１３のＤ２〜Ｄ６の点は、数式（１）および数式（２）のＰ（ｉ，ｋ）およびＶ（ｉ，ｋ）に図４に示した積層条件データの設定値を代入して求めた値を示している。
【００６１】
図１３において、Ｄ１以外の積層条件制御装置１００に記憶されている積層条件データの中で積層高さおよび積層幅が同じで溶着量安定状態になるという条件に該当する積層条件データは複数存在し、積層条件データＤ３、Ｄ４の２つが該当する。該当する積層条件データが複数存在する場合は、その中で１つ選択すればよい。本実施の形態１においては、図１３の溶着状態遷移図における加工プログラム１０上で指定されている積層条件データＤ１からの距離が近い方の積層条件データＤ４を積層条件調整部１０５が選択する。距離ｕが近い方の積層条件データを選択するのは、レーザ出力値および金属材料供給量の変更幅が小さくなることを目的としている。
【００６２】
さらに、積層条件調整部１０５は、選択した図４の積層条件データＤ４に基づいて、３層目の任意の時刻ｉでのレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，３）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，３）を求める。したがって、数式（６）を用いてレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，３）＝（Ｆｃ（ｉ，３）／Ｆ４）×Ｐ４が得られ、数式（７）を用いて金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，３）＝（Ｆｃ（ｉ，１）／Ｆ４）×Ｖ４が得られる。
【００６３】
（積層条件出力部１０６）
積層条件出力部１０６は、ｋ層目の時刻ｉにおいて、指令値生成部１０２からレーザ照射位置である補間点の座標が工作機械１１に出力されるのと同時に、積層条件調整部１０５が調整したレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，ｋ）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，ｋ）を工作機械１１に出力する。
【００６４】
加工プログラム１０のＭコード、Ｇコードまたはパラメータ等によりレーザ照射および金属材料の供給のタイミングを任意に設定することで、軸移動の開始タイミングに限らず、適切なタイミングでレーザ照射および金属材料の供給を開始させることも可能である。
【００６５】
以下では、積層条件制御装置１００の動作を説明する。図１４は、実施の形態１にかかる積層条件制御装置１００の動作を説明するフローチャートである。
【００６６】
まず、加工プログラム解析部１０１に、加工物またはレーザ照射位置を予め設定された経路に移動させるために必要な移動指令とレーザ走査速度の指令、目標とする積層高さおよび積層幅で積層造形を行うために必要なレーザの出力指令値、金属材料供給量指令値が記述されている加工プログラム１０が外部から入力される（ステップＳ１）。
【００６７】
レーザ照射位置の移動指令は、加工プログラム１０に記載された座標値とそのときの移動モードをＧ０、Ｇ１等のＧコードにより指定される。レーザ走査速度指令は、加工プログラム１０において速度値が記載されたＦコードにより指定される。
【００６８】
ステップＳ１の後に、加工プログラム解析部１０１は、加工プログラム１０を先読みして積層造形物のプログラムされた形状の解析をおこない、これから積層造形を行うレーザ照射位置およびレーザ照射位置におけるレーザ走査速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）の指令値を決定する。また、加工プログラム１０において指定された積層条件データに基づいて、積層造形に必要であるレーザ出力値の指令値および金属材料供給量の指令値を決定する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ２の動作はステップＳ３以降のステップの動作と同時進行でおこなってもよい。
【００６９】
ステップＳ２の後に、データ取得部１０３が、ｋ層目の加工における単位時間毎のレーザ出力値Ｐ（ｉ，ｋ）、金属材料供給量Ｖ（ｉ，ｋ）、溶融池温度Ｔ（ｉ，ｋ）のデータを取得する（ステップＳ３）。上記データは、センサを用いた計測値であってもよいし、推定式による推定値であってもよい。なお、センサを用いた計測値を用いる場合は、ステップＳ１の終了からステップＳ３の開始までの間に金属積層造形の加工は開始されている。
【００７０】
ステップＳ３の後に、溶着状態判定部１０４は、加工プログラム解析部１０１において決定されたレーザ走査速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）で積層造形を行ったときまたは行うときの金属材料の溶着量についての溶着状態の判定を行う（ステップＳ４）。溶着状態判定部１０４は、溶着量安定状態、溶着量不足状態または溶着量過剰状態の３つの溶着状態のいずれであるかを判定する。溶着状態判定部１０４は、ステップＳ２において決定したレーザ走査速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）と、ステップＳ３において取得されたレーザ出力値Ｐ（ｉ，ｋ）および金属材料供給量Ｖ（ｉ，ｋ）とからｗ１およびｗ２を計算する。そして、ステップＳ３において取得された溶融池温度Ｔ（ｉ，ｋ）における溶着状態遷移図におけるｗ１およびｗ２の位置に基づいて溶着状態を判定する。
【００７１】
ステップＳ４の後に、積層条件調整部１０５は、溶着状態判定部１０４が判定した溶着状態に基づいて、レーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値の変更を行う（ステップＳ５）。積層条件調整部１０５は、溶着状態判定部１０４において溶着量不足状態または溶着量過剰状態と判定されたときに、目標とする積層高さおよび積層幅で溶着状態判定部１０４による判定結果が溶着量安定状態になるようにレーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値を変更する。積層条件調整部１０５は、加工プログラム１０または外部から指定されている積層条件データの積層高さおよび積層幅を維持しつつそれ以外の条件が異なる別の積層条件データに使用する積層条件データを変更することにより、レーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値を変更する。
【００７２】
ステップＳ５の後に、積層条件調整部１０５は、ステップＳ５で変更したレーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値をもとに、指定された積層高さおよび積層幅は維持しつつ、レーザ照射位置におけるレーザ走査速度に応じてレーザ出力値の指令値および金属材料供給量の指令値の調整を実行する（ステップＳ６）。
【００７３】
ステップＳ６の後は、積層条件出力部１０６がレーザ走査速度に応じて調整されたレーザ出力値の指令値および金属材料供給量の指令値を工作機械１１に出力することにより、工作機械１１において被加工部にレーザ照射および金属材料の供給がおこなわれて、加工が実行される（ステップＳ７）。ここで、積層条件出力部１０６が調整されたレーザ出力値の指令値および金属材料供給量の指令値を工作機械１１に出力することは、加工プログラム解析部１０１が求めたレーザ照射位置の指令値およびレーザ照射位置におけるレーザ走査速度Ｆｃ（ｉ，ｋ）の指令値を指令値生成部１０２が工作機械１１に出力するのと同時に行われる。
【００７４】
ステップＳ７により、被加工部は溶融して溶融池を形成し、この溶融池に指定された速度で金属材料が供給される。一定の時間が経過すると、溶融池は金属を溶着した状態で再凝固するため、目標とする積層高さおよび積層幅を有した積層造形物の形成が行われる。
【００７５】
ステップＳ７の後は、積層条件制御装置１００は加工が終了したか否かを判定する（ステップＳ８）。加工が終了していないと判定された場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ３に行って、ｋ層目の次の層について上記動作を行う。加工が終了したと判定された場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、積層条件制御装置１００は動作を終了する。
【００７６】
以上説明したように、実施の形態１にかかる積層条件制御装置１００によれば、溶融池の温度における金属材料の溶着状態を考慮して、指定された積層高さおよび積層幅を維持して、常に溶着量安定状態で積層造形できるようにレーザ出力値および金属材料供給量を調整する。これにより、目標とする積層形状を高い精度で得ることができる。
【００７７】
実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２にかかる積層条件制御装置２００の構成を示す図である。図１５に示す積層条件制御装置２００は、外部から入力された加工プログラム１０に従って、単位時間毎の補間点群である移動指令と、レーザ出力指令と、金属粉または金属線条といった金属材料の供給量指令とを出力することで、積層造形用のＮＣ工作機械である工作機械１１を制御する数値制御装置である。積層条件制御装置２００の積層条件調整部２０５は、図１の積層条件調整部１０５と動作が異なり、積層条件制御装置２００の記憶部２１０が記憶している積層条件データは、図１の記憶部１１０が記憶している積層条件データとは異なる。図１６は、実施の形態２にかかる記憶部２１０に記憶されている６つの積層条件データＤ１〜Ｄ６を示す図である。さらに、積層条件制御装置２００には新たに加工プログラム経路補正部２０７が追加されている。しかし上記以外の構成は積層条件制御装置１００と同じで実施の形態１と同様に動作する。加工プログラム経路補正部２０７は、積層条件調整部２０５における積層条件の調整によって生じる実際の積層形状と目標とする積層形状との差分を補正する経路を求める。
【００７８】
加工プログラム解析部１０１に外部から入力される加工プログラム１０は実施の形態１の図２と同じであり、レーザ照射領域をコーナ形状に動かして積層をおこない、これを上方向に３層分重ねている。加工プログラムまたは外部から指定された目標とする積層高さをｈ、積層幅をｄとする。
【００７９】
また、実施の形態１と同様に、加工プログラム１０の各層の溶着状態は、１層目が溶着量不足状態で、３層目が溶着量過剰状態であり、積層条件を調整しなければ目標とする形状に積層できない状態であり、２層目が積層条件を調整しなくてよい溶着量安定状態であるとする。
【００８０】
目標とする積層高さｈ、目標とする積層幅ｄ、積層高さｈおよび積層幅ｄで積層するための積層条件であるレーザ出力値Ｐ１、金属材料供給量Ｖ１、およびそのときのレーザ走査速度Ｆ１を積層条件データＤ１とする。図２に示す加工プログラム１０のＮ１０４ブロックで積層条件データＤ１を選択することが指定されている。
【００８１】
（積層条件調整部２０５）
積層条件調整部２０５は、溶着状態判定部１０４が判定した溶着状態に基づいて、レーザ出力値および金属材料供給量の設定値の調整を行う。実施の形態２にかかる積層条件制御装置２００においては、加工プログラム１０により指定されている積層条件データを記憶部２１０に記憶されている他の積層条件データに変更することにより、レーザ出力設定値および金属材料供給量の調整をおこなう。なお、この調整は、記憶部２１０に記憶されている６つの積層条件データからモデル式を構築して、適切なレーザ出力設定値および金属材料供給量を導出して実行してもよい。
【００８２】
積層条件調整部２０５は、溶着状態判定部１０４が判定した溶着状態に基づいて、積層条件データを変更する際に、記憶部２１０に記憶されている６つの積層条件データの中から溶着量安定状態で積層できる積層条件データを１つ以上抽出し、その中から１つの積層条件データを選択する。
【００８３】
まず、溶着量安定状態で積層できる他の積層条件データを抽出する。次に、現在の積層条件データと積層高さおよび積層幅が同じ積層条件データを抽出するが、積層高さおよび積層幅が同じ積層条件データが存在しない場合は、溶着量安定状態で積層できるのであれば、積層高さおよび積層幅が同じであるという条件を外して積層条件データを選択する。
【００８４】
実施の形態２においては、現在の積層条件データにおいて溶着量不安定状態となる場合に、積層条件調整部２０５は、積層幅は変更せずに積層高さが目標とする積層高さよりも小さくなるような積層条件データを選択する。これにより、指定された目標の積層高さよりも加工時における実際の積層高さは小さくなる。また、積層条件調整部２０５は、現在の積層条件データにおいて、溶着量過剰状態となる場合には、積層高さは変更せずに積層幅が目標とする積層幅よりも小さくなるような積層条件データを選択する。これにより、指定された目標の積層幅よりも加工時における実際の積層幅は小さくなる。以下、具体的に説明する。
【００８５】
図９に示したように、積層条件データＤ１を用いた積層造形物の１層目の時刻ｉにおける溶着状態は、溶着状態判定部１０４により溶着量不足状態と判定される。図１７は、実施の形態２における溶着量不足状態からの調整を説明する図である。図１７は、図９に示した１層目の溶融池温度Ｔ（ｉ，１）での溶着状態遷移図における記憶部２１０に記憶されている積層条件データの分布が示されている。図１７のＤ１の点は、積層条件データＤ１を用いて積層した場合に実測データに基づいて計算したｗ１（ｉ，ｋ）およびｗ２（ｉ，ｋ）の値を示している。これに対して、図１７のＤ２〜Ｄ６の点は、数式（１）および数式（２）のＰ（ｉ，ｋ）およびＶ（ｉ，ｋ）に図１６に示した積層条件データの設定値を代入して求めた値を示している。
【００８６】
図１７は、１層目の溶融池温度Ｔ（ｉ，１）における溶着状態遷移図を記憶部２１０に記憶されている図１６の積層条件データの分布と共に示す。図１６および図１７より、記憶部２１０に記憶されている６つの積層条件データの中で溶着量安定状態で目標とする積層条件データＤ１と同じ積層高さおよび積層幅にて積層できる積層条件データは存在しない。そのため、溶着量安定領域内に存在する積層条件データの中で積層幅は変更せずに積層高さが目標とする積層条件データＤ１の積層高さよりも小さくなるような積層条件データを積層条件調整部２０５は選択する。ここで選択される積層条件データは積層条件データＤ３およびＤ４の２つある。
【００８７】
該当する積層条件データが複数存在する場合は、その中で１つを選択すればよいが、積層条件調整部２０５は、目標とする積層高さが現在の積層条件データＤ１の積層高さを整数Ｎで均等分割した積層高さとなるような積層条件データを選択する。ここで選択された積層条件データの積層高さが加工時における実際の積層高さとなる。ここで、Ｎは任意の整数であるが、目標とする積層形状と実際の積層高さとの差分を小さくすべく、なるべく小さなＮの値を選択する。
【００８８】
積層条件調整部２０５が上記のように積層条件データを選択するのは、目標とする積層形状との差分経路を加工プログラム経路補正部２０７において抽出し、再度積層造形をおこなう際に、積層条件調整部２０５が今回選択した積層条件データを用いて複数回に分割して積層できるようにするためである。
【００８９】
図１６および図１７より、上記条件に該当する積層条件データは積層条件データＤ３の１つしかなく、積層高さはｈ／２、積層幅はｄとなる。
【００９０】
さらに、積層条件調整部２０５は、選択した積層条件データＤ３に基づいて、数式（６）および数式（７）を用いてレーザ走査速度に応じたレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，ｋ）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，ｋ）の調整をおこなう。
【００９１】
続いて、図１０に示したように、積層条件データＤ１を用いた積層造形物の２層目の時刻ｉにおける溶着状態は、溶着状態判定部１０４により溶着量安定状態であると判定される。したがって、加工プログラム中で指定された積層条件データＤ１を変更する必要はない。この場合の２層目の時刻ｉにおけるレーザ走査速度に応じたレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，２）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，２）の調整は、数式（６）および数式（７）に指定されている積層条件データＤ１に記載されているレーザ出力値、金属材料供給量およびレーザ走査速度を代入すれば得られる。
【００９２】
さらに、図１１に示したように、積層条件データＤ１を用いた積層造形物の３層目の時刻ｉにおける溶着状態は、溶着状態判定部１０４により溶着量過剰状態と判定される。図１８は、実施の形態２における溶着量過剰状態からの調整を説明する図である。図１８は、図１１に示した３層目の溶融池温度Ｔ（ｉ，３）での溶着状態遷移図における記憶部２１０に記憶されている積層条件データの分布が示されている。図１６および図１８より、記憶部２１０に記憶されている６つの積層条件データの中で溶着量安定状態で目標とする積層条件データＤ１と同じ積層高さおよび積層幅にて積層できる積層条件データは存在しない。そのため、溶着量安定領域内に存在する積層条件データの中で積層高さは変更せずに積層幅が目標とする積層条件データＤ１の積層幅よりも小さくなるような積層条件データを積層条件調整部２０５は選択する。ここで選択される積層条件データは積層条件データＤ５、Ｄ６の２つある。
【００９３】
該当する積層条件データが複数存在する場合は、その中で１つを選択すればよいが、積層条件調整部２０５は、目標とする積層幅を現在の積層条件データＤ１の積層幅を奇数である（２Ｍ−１）で均等分割した積層幅となるような積層条件データを選択する。ここで選択された積層条件データの積層幅が加工時における実際の積層幅となる。ここで、Ｍは任意の整数であるが、目標とする積層形状と実際の積層幅との差分を小さくすべく、なるべく小さなＭの値を選択する。
【００９４】
積層条件調整部２０５が上記のように積層条件データを選択するのは、目標とする積層形状との差分経路を加工プログラム経路補正部２０７において抽出し、再度積層造形をおこなう際に、積層条件調整部２０５が今回選択した積層条件データを用いて複数回に分割して積層できるようにするためである。
【００９５】
図１６および図１８より、上記条件に該当する積層条件データは積層条件データＤ６となり、積層高さはｈ、積層幅はｄ／３となる。
【００９６】
また、実施の形態１と同様に、レーザ出力値および金属材料供給量の変更幅が小さくなることを目的として、積層条件調整部２０５は、図１８の溶着状態遷移図において加工プログラム１０上で指定している積層条件データからの距離が一番近い積層条件データを指定するようにしてもよい。
【００９７】
さらに、積層条件調整部２０５は、選択した積層条件データＤ６に基づいて、数式（６）および数式（７）を用いてレーザ走査速度に応じたレーザ出力値Ｐｃ（ｉ，ｋ）および金属材料供給量Ｖｃ（ｉ，ｋ）の調整をおこなう。
【００９８】
（加工プログラム経路補正部２０７）
積層条件調整部２０５におけるレーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値の調整によって生じる目標とする積層形状との差分を補正するために、加工プログラム経路補正部２０７では複数回に分割して目標とする形状に積層する指令経路を作成して、加工プログラム解析部１０１に出力する。なお、加工プログラム経路補正部２０７は、加工プログラム１０またはパラメータにより、指定した範囲ごとに加工プログラム形状を分割し、各区間を一括りとして差分経路の推定をおこなう。加工プログラム１０の中のＧコードまたはＭコードなどの指令コードのうち特定の指令コードが有効かまたは無効である範囲を一括りとしてもよいし、加工プログラム中に特定文字列を含むかまたは含まない範囲を一括りとしてもよいし、上記指定した範囲のうち、積層条件調整部２０５において同じ積層条件データを指定している範囲を一括りとしてもよい。上記指定した範囲の具体例は各層になる。
【００９９】
加工プログラム経路補正部２０７は、図２に示した加工プログラム１０の中に記載されたＧ０指令で挟まれた区間を一括りとして、目標とする積層高さまたは目標とする積層幅との差分を補正するための差分経路の指令経路の作成をおこなう。すなわち、加工プログラム経路補正部２０７は、指定されている目標の積層高さと実際の積層高さとの差分を補正するための差分経路の指令経路、または指定されている目標の積層幅と実際の積層幅との差分を補正するための差分経路の指令経路を計算する。具体的には、加工プログラム１０により指定されている積層条件データと、積層条件調整部２０５による変更後の積層条件データとから上記差分経路の指令経路の計算をおこなう。これにより、各層ごとに差分を補正するための指令経路が計算されることになる。
【０１００】
積層条件調整部２０５において指定した積層条件が変更された影響で、１層目では目標の積層高さよりも１／２倍低い形状で積層が行われる。図１９は、実施の形態２にかかる１層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を示すＸＺ平面図である。図１９に示す通り、積層部分の高さ方向であるＺ方向に幅ｄ、高さｈ／２でレーザ照射位置の移動経路分だけ目標の積層形状と指令経路ｌ１に沿って形成された実際の積層形状との誤差が生じる。
【０１０１】
図２０は、実施の形態２にかかる１層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を補正する差分経路を示す図である。加工プログラム経路補正部２０７は、指令経路ｌ１からＺ軸方向にｈ／２だけずらした差分経路である指令経路ｌ２を計算して、加工プログラム解析部１０１に出力することで、工作機械１１は、指令経路ｌ１、ｌ２の２回に分けて積層造形をおこなうことができる。
【０１０２】
このとき、差分経路である指令経路ｌ２は指令経路ｌ１と同様に積層条件データＤ３のレーザ出力値および金属材料供給量を用いて、幅ｄおよび高さｈ／２で積層する。これにより、積層条件データの変更によって生じる目標の積層形状と実際の積層形状との差分を補正することができ、最終的に、積層幅ｄおよび積層高さｈの目標の積層形状を作成することができる。
【０１０３】
積層条件調整部２０５において指定した積層条件が変更された影響で、３層目では目標の積層幅よりも１／３倍狭い形状で積層が行われる。図２１は、実施の形態２にかかる３層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を示すＸＹ平面図である。図２１に示す通り、積層部分の幅方向であるＹ方向の両側に幅ｄ／３、高さｈでレーザ照射位置の移動経路分だけ目標の積層形状と指令経路ｌ１に沿って形成された実際の積層形状との誤差が生じる。
【０１０４】
図２２は、実施の形態２にかかる３層目における目標の積層形状と実際の積層形状との誤差を補正する差分経路を示す図である。加工プログラム経路補正部２０７は、指令経路ｌ１からＸ方向およびＹ方向に±ｄ／３だけずらした差分経路である指令経路ｌ２、ｌ３を計算して、加工プログラム解析部１０１に出力することで、工作機械１１は、指令経路ｌ１、ｌ２、ｌ３の３回に分けて積層造形をおこなうことができる。
【０１０５】
このとき、差分部分の指令経路ｌ２、ｌ３は指令経路ｌ１と同様に積層条件データＤ６のレーザ出力値および金属材料供給量を用いて、幅ｄ／３、高さｈで積層する。これにより、積層条件データの変更によって生じる目標の積層形状と実際の積層形状との差分を補正することができ、最終的に、積層幅ｄおよび積層高さｈの目標の積層形状を作成することができる。
【０１０６】
以下では、積層条件制御装置２００の動作を説明する。図２３は、実施の形態２にかかる積層条件制御装置２００の動作を説明するフローチャートである。
【０１０７】
ステップＳ１〜Ｓ４は、実施の形態１で図１４のステップＳ１〜Ｓ４と同じであり、説明を省略する。
【０１０８】
ステップＳ４の後に、積層条件調整部２０５は、溶着状態判定部１０４が判定した溶着状態に基づいて、レーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値の変更を行う（ステップＳ５）。実施の形態１では目標とする積層高さおよび積層幅で溶着状態判定部１０４による判定結果が溶着量安定状態になるようにレーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値を変更していたが、積層条件調整部２０５は、目標とする積層高さおよび積層幅を維持して積層条件データに変更するという制約がない。目標とする積層高さおよび積層幅が維持されなくても、積層条件調整部２０５は、溶着状態判定部１０４が溶着量不足状態または溶着量過剰状態と判定したときに、溶着量安定領域となるという条件を満たす積層条件データにレーザ出力値の設定値および金属材料供給量の設定値を変更することができる。これにより、積層条件制御装置２００は、積層条件制御装置１００よりも調整の範囲が広がり、目標とする積層高さおよび積層幅であって且つ溶着量安定状態を実現可能な積層条件が存在しない場合においても、より柔軟にレーザ出力値および金属材料供給量を調整することが可能となる。
【０１０９】
ステップＳ６，Ｓ７は、実施の形態１で図１４のステップＳ６，Ｓ７と同じであり、説明を省略する。
【０１１０】
ステップＳ７の後は、加工プログラム経路補正部２０７が、ステップＳ５，Ｓ６によるレーザ出力値の指令値および金属材料供給量の指令値の調整によって生じる目標の積層形状と実際の積層形状との差分を補正するための差分経路の指令経路を計算して（ステップＳ９）、加工プログラム解析部１０１に出力する。これにより、複数回に分けて積層することで目標の形状を作成する。
【０１１１】
ステップＳ９の後は、積層条件制御装置２００は加工が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０）。加工が終了していないと判定された場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ３に行って、差分経路または次の層について上記動作を行う。なお、差分経路を加工する場合は、ステップＳ３およびＳ４では何も実行しない。加工が終了したと判定された場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、積層条件制御装置２００は動作を終了する。
【０１１２】
以上説明したように、実施の形態２にかかる積層条件制御装置２００によれば、実施の形態１にかかる積層条件制御装置１００よりも調整の範囲が広がり、より柔軟にレーザ出力値および金属材料供給量を調整することが可能となる。
【０１１３】
実施の形態１および２にかかる積層条件制御装置１００，２００は、パーソナルコンピュータまたは汎用コンピュータといったコンピュータシステムにより実現される。図２４は、実施の形態１および２にかかる積層条件制御装置１００，２００の機能をコンピュータシステムで実現する場合のハードウェア構成を示す図である。積層条件制御装置１００，２００の機能をコンピュータシステムで実現する場合、記憶部１１０，２１０以外の積層条件制御装置１００，２００の機能は、図２４に示すようにＣＰＵ（Central  Processing  Unit）３０１、メモリ３０２、記憶装置３０３、表示装置３０４および入力装置３０５により実現される。積層条件制御装置１００，２００が実行する積層条件制御の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されて記憶装置３０３に格納される。ＣＰＵ３０１は、記憶装置３０３に記憶されたソフトウェアまたはファームウェアをメモリ３０２に読み出して実行することにより、記憶部１１０，２１０以外の積層条件制御装置１００，２００の機能を実現する。すなわち、コンピュータシステムは、記憶部１１０，２１０以外の積層条件制御装置１００，２００の機能がＣＰＵ３０１により実行されるときに、実施の形態１および２にかかる積層条件制御方法を実施するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するための記憶装置３０３を備える。また、これらのプログラムは、記憶部１１０，２１０以外の積層条件制御装置１００，２００の機能が実現する処理をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ３０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）といった揮発性の記憶領域が該当する。記憶装置３０３は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリといった不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスクが該当する。記憶部１１０，２１０は、メモリ３０２または記憶装置３０３により実現される。表示装置３０４の具体例は、モニタ、ディスプレイである。入力装置３０５の具体例は、キーボード、マウス、タッチパネルである。
【０１１４】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  加工プログラム、１１  工作機械、１００，２００  積層条件制御装置、１０１  加工プログラム解析部、１０２  指令値生成部、１０３  データ取得部、１０４  溶着状態判定部、１０５，２０５  積層条件調整部、１０６  積層条件出力部、１１０，２１０  記憶部、２０７  加工プログラム経路補正部、３０１  ＣＰＵ、３０２  メモリ、３０３  記憶装置、３０４  表示装置、３０５  入力装置、ｌ１，ｌ２，ｌ３  指令経路。
【図１】
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【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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