(57)【要約】  母材の表面の加工領域にワイヤを供給するワイヤノズル（３１）と、ワイヤの先端にビームを照射可能なビーム源と、ワイヤノズル（３１）との間にビーム源を挟んで配置されて加工領域にガスを噴出するガスノズル（３３）とが設けられた加工ヘッド（３）を制御することにより付加加工を行う付加製造装置において、ビームが照射される方向に観て、ワイヤが供給される方向と加工ヘッド（３）の進行方向とが成す角度を求め、角度に基づいて、付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える。
2019198212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造装置において、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求め、前記角度に基づいて、前記付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える
ことを特徴とする付加製造装置。
【請求項２】
前記角度に依存した前記加工条件が格納された加工条件テーブルと、
前記加工条件選択部は、加工経路を指定する加工プログラムに基づいて前記角度を求めて、前記角度および前記加工条件テーブルを用いて、前記加工条件を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの出力値および前記ガスのガス圧が格納されている
ことを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの照射領域内の強度変化を規定するビームプロファイルが格納されている
ことを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項５】
母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造システムにおいて、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度に依存した前記付加加工の加工条件が格納された加工条件テーブルと、
加工経路に基づいて前記角度を求めて、前記角度および前記加工条件テーブルを用いて、前記加工条件を選択する加工条件選択部と、
前記加工条件選択部によって選択された加工条件についての情報を含んだ加工プログラムに基づいて、前記角度に基づいて、前記加工条件を選択する数値制御装置と、
を備えることを特徴とする付加製造システム。
【請求項６】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの出力値および前記ガスのガス圧が格納されている
ことを特徴とする請求項５に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの照射領域内の強度変化を規定するビームプロファイルが格納されている
ことを特徴とする請求項６に記載の付加製造システム。
【請求項８】
母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造方法において、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求めるステップと、
前記角度に基づいて、前記付加加工の加工条件を選択するステップと、
を備えることを特徴とする付加製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤ式の付加製造加工を行う付加製造装置、付加製造システムおよび付加製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤ式の付加製造加工において、予め設定された加工条件で加工を行う場合、ワイヤの供給方向と加工ヘッドの進行方向との角度差分に依存して、理想のビード形状に対して形状誤差が発生することが知られている。加工条件は、ビーム出力、ガス圧などであり、理想のビード形状とは、断面形状が対称で、ビードの幅と高さとの比が一定なビード形状を指す。ビード形状の形状誤差が発生するとは、断面形状が非対称になるビード形状の偏心が生ずること、ビードの幅と高さとの比が一定の値からずれることが考えられる。【０００３】
加工の進行方向とビード形状の偏心との関係については、特許文献１において説明されている。特許文献１では、溶接進行方向に対して直交する方向の一方に溶接トーチを傾斜させながら走査させてアーク溶接を行うと、母材に対する入熱に偏りが発生することが原因となってビードの偏心が発生することが説明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１４６７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ワイヤの供給方向と加工ヘッドの進行方向との角度差分が常に一定になるようにしてビード形状を理想的な形状にする方法として、加工物自体を回転させる方式がある。しかし、この方法を用いた場合、加工機に回転テーブルを装着する必要があるため、加工領域が狭くなる、機械の軸数が増え制御が複雑になるといった問題が発生する。したがって、ワイヤ式の付加製造加工において、簡易な制御でビード形状の偏心を回避することが求められていた。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な制御でビード形状の偏心を防ぐことができる付加製造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、本発明の付加製造装置は、母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、ワイヤ状の部材にビームを照射可能なビーム源と、ワイヤノズルとの間にビーム源を挟んで配置されて加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う。本発明は、ビームが照射される方向に観て、ワイヤ状の部材が供給される方向と加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求め、角度に基づいて、付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる付加製造装置は、簡易な制御でビード形状の偏心を防ぐ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にかかる付加製造システムの機能構成を示すブロック図
【図２】実施の形態１にかかる加工ヘッドの構成を示す図
【図３】ワイヤが供給される方向と加工ヘッドの進行方向とが反対方向となる場合である第１比較例を示す図
【図４】図３のＩＶ−ＩＶにおける矢印方向に観たビードの断面形状を示す図
【図５】ワイヤが供給される方向と加工ヘッドの進行方向とが直角となる場合である第２比較例を示す図
【図６】図５のＶＩ−ＶＩにおける矢印方向に観たビードの断面形状を示す図
【図７】ワイヤが供給される方向と加工ヘッドの進行方向とが同一方向となる場合である第３比較例を示す図
【図８】図７を母材の表面と平行なＹ方向に観た図
【図９】図８のＩＸ−ＩＸにおける矢印方向に観たビードの断面形状を示す図
【図１０】ワイヤが供給される方向と加工ヘッドの進行方向とが反対方向となる場合である第４比較例を示す図
【図１１】図１０を母材の表面と平行なＹ方向に観た図
【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩにおける矢印方向に観たビードの断面形状を示す図
【図１３】実施の形態１においてワイヤが供給される方向に対して加工ヘッドの進行方向が変化する様子を示す図
【図１４】図１３の一点鎖線で囲った部分を拡大した図
【図１５】実施の形態１にかかる加工条件テーブルの一例を示した図
【図１６】実施の形態１にかかる加工条件の選択の様子を説明する図
【図１７】実施の形態１にかかるレーザビームのビームプロファイルについて説明するための図
【図１８】本発明の実施の形態２にかかる付加製造システムの機能構成を示すブロック図
【図１９】実施の形態１および２にかかる数値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付加製造装置、付加製造システムおよび付加製造方法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にかかる付加製造システム１０１の機能構成を示すブロック図である。付加製造システム１０１は、ＣＡＭ（Computer  Aided  Manufacturing）装置１Ａおよび付加製造装置１０Ａを備える。付加製造装置１０Ａは、数値制御装置２Ａと、加工ヘッド３と、サーボアンプ４と、サーボアンプ４に駆動される図示せぬモータとを備える。
【００１２】
図２は、実施の形態１にかかる加工ヘッド３の構成を示す図である。加工ヘッド３は、ワイヤ状の部材であるワイヤ３０を供給するワイヤノズル３１と、ワイヤ３０の先端にレーザビームを照射可能なビーム源であるレーザヘッド３２と、母材５１の表面の加工領域にガスを噴出するガスノズル３３と、を備える。ワイヤノズル３１は、母材５１の上に一定方向に一定速度でワイヤ３０を供給する。ワイヤノズル３１から供給されたワイヤ３０は加工領域においてレーザビームにより加熱溶融されてビード５０が形成される。すなわち、加工領域は、母材５１の表面のビード５０が形成される領域である。ガスノズル３３は、ワイヤノズル３１との間にレーザヘッド３２を挟んで設置されており、加工領域に形成されたビード５０を冷却するためのガスの噴出が電空弁により制御される。付加加工時には、ワイヤ３０の先端にレーザビームが照射された状態で、レーザビームの照射方向である図２のＺ方向と垂直な方向である進行方向に加工ヘッド３が移動する。これにより、母材５１の表面上の当該進行方向とは反対の方向に延伸するようにビード５０が形成される。このとき、母材５１の表面に照射されるレーザビームはワイヤ３０自体に遮蔽されるので、遮蔽された領域と加工ヘッド３の進行方向との関係により、後述するように母材５１への入熱状況が変化する。レーザヘッド３２からレーザビームが照射される方向に観て、ワイヤノズル３１がワイヤ３０を供給する方向とガスノズル３３がガスを噴出する方向とは反対になっている。図２では、レーザヘッド３２からレーザビームが照射される方向がＺ方向であり、母材５１の表面に平行な方向がＺ方向と垂直なＸ方向およびＹ方向である。そして、ワイヤノズル３１がワイヤ３０を供給する方向をＸＹ平面に垂直に投影するとＸ方向になっている。ここでは、ビーム源としてレーザ発振器を備えたレーザヘッド３２を用いているので、ビームはレーザビームになっているが、ビーム源を電子ビーム発生源に変更して、電子ビームをビームにしてもかまわない。すなわち、ワイヤ３０を加熱溶融できるビームが使用できるのであればビーム源は限定されない。
【００１３】
ＣＡＭ装置１Ａは、付加製造する対象形状を指定するＣＡＤ（Computer-Aided  Design）モデル１１と、ＣＡＤモデル１１を解析することにより加工経路を生成する加工経路生成部１２と、加工経路生成部１２が生成した加工経路を加工プログラム１４に変換する加工プログラム変換部１３と、を備える。加工プログラム変換部１３は作成した加工プログラム１４を数値制御装置２Ａに送る。加工プログラム１４は、加工ヘッド３の軌跡を指示することにより加工経路を指定している。
【００１４】
数値制御装置２Ａは、加工プログラム解析部２１と、軸移動量生成部２２と、加工条件選択部２３と、加工条件出力部２４と、加工条件テーブル２５と、を備える。
【００１５】
加工プログラム解析部２１は、加工プログラム１４を解析することにより加工プログラム１４により指定された各加工経路の終点座標を決定して、各加工経路の終点座標を軸移動量生成部２２に送る。
【００１６】
軸移動量生成部２２は、加工プログラム解析部２１による解析結果を受け取る。軸移動量生成部２２は、各加工経路の終点座標に基づいて、数値制御装置２Ａの制御周期当たりの各軸方向の移動量指令値を生成する。ここで、各軸とは、加工ヘッド３と母材５１との相対位置を変化させることができる図示せぬ駆動装置が駆動する駆動軸である。軸移動量生成部２２は、生成した各軸方向の移動量指令値をサーボアンプ４および加工条件選択部２３のそれぞれに送る。
【００１７】
加工条件テーブル２５は、加工ヘッド３の進行方向に応じた加工条件の設定値を予め設定しておくためのデータテーブルである。
【００１８】
加工条件選択部２３は、軸移動量生成部２２から受け取った各軸方向の移動量指令値に基づいて、加工ヘッド３の進行方向θを算出する。加工ヘッド３の進行方向は上述したようにレーザビームの照射方向であるＺ方向と垂直な方向である。したがって、加工ヘッド３の進行方向θは、レーザビームの照射方向を軸として、ＸＹ平面内の３６０°の角度を取り得る。ここでは、進行方向θは、レーザビームの照射方向に観て、加工ヘッド３の進行方向と基準となる方向とが成す角度とする。そして、基準となる方向を正のＸ方向にとり、加工ヘッド３の進行方向が正のＸ方向である場合をθ＝０度とする。図２のＸの矢印の方向を正のＸ方向とするが、以下では、正のＸ方向を単にＸ方向と呼ぶ場合もある。したがって、θ＝ｔａｎ−１（Ｙ方向の移動量指令値／Ｘ方向の移動量指令値）とすれば進行方向θが求まる。そして、図２では、ワイヤノズル３１からワイヤ３０が供給される方向をＸＹ平面に垂直に投影すると基準となる方向である正のＸ方向になっている。したがって、加工ヘッド３の進行方向θは、レーザビームが照射される方向に観て、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが成す角度になっている。
【００１９】
加工条件選択部２３は、加工条件テーブル２５を参照して、上記のようにして求めた加工ヘッド３の進行方向θを用いて、加工条件テーブル２５の中の加工条件を選択する。そして、加工条件選択部２３は、選択した加工条件の設定値である加工条件設定値を加工条件出力部２４に送る。
【００２０】
加工条件出力部２４は、加工条件選択部２３から受け取った加工条件設定値をレーザヘッド３２およびガスノズル３３に出力する。
【００２１】
レーザヘッド３２は、加工条件出力部２４から加工条件設定値としてレーザ出力値（ｋｗ）を受け取って、当該レーザ出力値となるようにレーザ発振器を制御する。
【００２２】
ガスノズル３３は、加工条件出力部２４から加工条件設定値としてガス圧（ＭＰａ）を受け取って、当該ガス圧となるように電空弁を制御する。
【００２３】
サーボアンプ４は、軸移動量生成部２２から受け取った各軸方向の移動量指令値に基づいて、被加工物である母材５１を搭載する図示せぬテーブルを各軸の方向に動かすモータを駆動する。
【００２４】
実施の形態１にかかる付加製造装置１０Ａは、上述したように加工ヘッド３の進行方向に応じた加工条件が格納された加工条件テーブル２５に基づいて付加加工を行うが、加工ヘッド３の進行方向を考慮しないで常に同一の加工条件で付加加工を実行した場合について、以下に比較例を用いて説明する。
【００２５】
図３は、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが反対方向となる場合である第１比較例を示す図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶにおける矢印方向に観たビード５０の断面形状を示す図である。図５は、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが直角となる場合である第２比較例を示す図である。図６は、図５のＶＩ−ＶＩにおける矢印方向に観たビード５０の断面形状を示す図である。図３および図５は、レーザビームの照射方向にビード５０を観た図である。
【００２６】
図３に示すように、図３の紙面垂直方向であるレーザビームの照射方向からみてワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが反対方向となる場合は、図４に示すようにビード５０の断面形状は左右対称になる。これは、レーザヘッド３２から照射されるレーザビームのワイヤ３０による遮蔽率が図３の紙面上におけるワイヤ３０の左右で偏りが生じないからである。その結果、レーザビームによる母材５１の加熱に図４の母材５１の左右で偏りが生じないので、ビード５０の断面形状は左右対称になる。また、後で詳述するが、図３の紙面垂直方向であるレーザビームの照射方向からみてワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが同じ場合も、ビード５０の断面形状は変化するが左右対称になる。
【００２７】
これに対して、図５に示すように、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが直角となる場合は、図６に示すようにビード５０の断面形状は非対称になり偏心が生ずる。図６の破線で示したのは図３に示した偏心の無い対称なビード形状である。ビード５０の断面形状に偏心が生ずるのは、レーザヘッド３２から母材５１に照射されるレーザビームがワイヤ３０によって遮蔽される割合が、図５の紙面上におけるワイヤ３０の先端より上と下とでは異なってしまうからである。すなわち、図５において、ワイヤ３０の先端より上に比べて下の方がレーザヘッド３２から母材５１に照射されるレーザビームがワイヤ３０により遮蔽される割合が大きくなる。その結果、図５の紙面上において、加工ヘッド３が右側へ進行したときに、ワイヤ３０の先端より下の母材５１に比べて上の母材５１の方がより多く加熱される。これにより、図６の紙面上においてワイヤ３０によりレーザビームが遮蔽される割合が大きい左側よりも多く加熱されることになる右側の母材５１の上のビード５０の高さが低くなり、ビード５０の断面形状に偏心が生じる。
【００２８】
このように、ビーム源を熱源としたワイヤ式の溶接技術においては、ワイヤ供給方向と溶接進行方向である加工ヘッド３の進行方向とが成す角度差分により、付加加工直前の母材５１へのビーム照射量のワイヤ３０による遮蔽率が変化する。この遮蔽率の変化に依存して、付加加工により形成されるビード５０の幅および高さが変化する。このことについて、比較例を用いてさらに詳細に説明する。
【００２９】
図７は、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが同一方向となる場合である第３比較例を示す図である。図７は、レーザビームの照射方向であるＺ方向にビード５０を観た図である。図８は、図７を母材５１の表面と平行なＹ方向に観た図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸにおける矢印方向に観たビード５０の断面形状を示す図である。図１０は、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが反対方向となる場合である第４比較例を示す図である。図１０は、レーザビームの照射方向であるＺ方向にビード５０を観た図である。図１１は、図１０を母材５１の表面と平行なＹ方向に観た図である。図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩにおける矢印方向に観たビード５０の断面形状を示す図である。
【００３０】
図７に示すように、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが同一方向となる場合は、レーザビームの照射領域３００において、付加加工直前の母材５１へのビーム照射量のワイヤ３０による遮蔽率が図１０の場合に比べて小さくなる。図７の場合は、レーザビームが照射される方向に観て、ワイヤ３０はビード５０と重なる位置にあるので、レーザビームの照射領域３００において母材５１が遮蔽される面積はビード５０の面積のみになる。したがって、図７のレーザビームの照射領域３００において、付加加工直前の母材５１にレーザビームが直接照射される面積が図１０の場合に比べて大きくなる。その結果、母材５１への予熱が図１０の場合に比べて多くなり、冷却時の温度勾配が緩慢になることで、図９に示すように、図１２に比べてビード５０のビード幅が広がり、ビード高さが低くなる傾向となる。
【００３１】
他方、図１０に示すように、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とが反対方向となる場合は、レーザビームの照射領域３００において、付加加工直前の母材５１へのビーム照射量のワイヤ３０による遮蔽率が図７の場合に比べて大きくなる。図１０の場合は、レーザビームが照射される方向に観て、レーザビームの照射領域３００において母材５１が遮蔽される面積はビード５０の面積およびワイヤ３０の面積となる。したがって、図１０のレーザビームの照射領域３００において、付加加工直前の母材５１にレーザビームが直接照射される面積が図７の場合に比べて小さくなる。その結果、母材５１への予熱が図７の場合に比べて少なくなり、冷却時の温度勾配が急激になることで、図１２に示すように、図９に比べてビード５０のビード幅が狭まり、ビード高さが高くなる傾向となる。以上説明したように、図７および図１０の場合は、ビード形状の偏心は生じないものの、ビード幅およびビード高さが異なる結果となる。
【００３２】
図１３は、実施の形態１においてワイヤ３０が供給される方向に対して加工ヘッド３の進行方向が変化する様子を示す図である。図１３は、図３から図１２で説明した場合を含んでいる。図１４は、図１３の一点鎖線で囲った部分を拡大した図である。図１４において、加工ヘッド３の進行方向が破線で示してある。図１４のレーザビームの照射領域３００は、破線より右下の部分においてワイヤ３０で遮蔽されている。したがって、図１４のレーザビームの照射領域３００の破線より左上の部分に比べて右下の部分では、母材５１の予熱が小さくなり、ビード５０の高さがより高くなる傾向となる。図６のビード５０の右側に比べて左側が高くなって偏心が生じた原因も同じ理由による。
【００３３】
以上説明したように、母材５１の予熱量の変化によってビード幅およびビード高さが変化する。したがって、ビード幅およびビード高さを一定に保つためには、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に依存して、レーザ出力を変化させればよい。具体的には、図１０の場合に比べて付加加工直前の母材５１へのビーム照射量のワイヤ３０による遮蔽率が図７の場合は小さくなる。したがって、図７の場合のレーザ出力を小さくすればよい。図７の場合のレーザ出力を変えない場合は、図１０の場合のレーザ出力を大きくすればよい。
【００３４】
また、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に依存した母材５１の予熱量の偏りによって、ビード形状の偏心は発生している。したがって、ビード形状の偏心を防ぐためには、レーザビームの照射領域３００内における入熱量の偏りを補正すればよい。具体的には、上記角度に依存して、ワイヤノズル３１から噴出される冷却用のガスのガス圧またはレーザビームのビームプロファイルを調整することが考えられる。
【００３５】
図１５は、実施の形態１にかかる加工条件テーブル２５の一例を示した図である。図１５の加工条件テーブル２５では、レーザビームが照射される方向に垂直な面内における加工ヘッド３の進行方向θの範囲毎に加工条件番号が付与されている。加工条件番号が加工条件を指定する加工条件のインデックスになっており、加工条件番号の最大数ＭＡＸはパラメータとしてユーザーが設定することが可能である。上述したように、レーザビームが照射される方向に垂直な面内においてワイヤノズル３１からワイヤ３０が供給される方向をＸ方向の正の方向としているので、加工ヘッド３の進行方向θは、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度になっている。したがって、異なる加工条件番号が対応する加工ヘッド３の進行方向θの範囲同士は重複しないようになっており、与えられた加工ヘッド３の進行方向θに対応する加工条件設定値は一意に定まる。図１５の加工条件設定値として、ビーム源から照射されるビームの出力であるレーザ出力値（ｋｗ）およびガスノズル３３が噴出するガスのガス圧（ＭＰａ）が格納されている。実際に形成されるビード形状の目標とするビード形状からの誤差と、各加工条件との加工ヘッド３の進行方向θに依存した相関関係を予め実験などにより求めておけば、加工ヘッド３の進行方向θに依存した各加工条件設定値を求めることができる。図１５の加工条件設定値としては、このようにして求めた値が格納されている。加工条件設定値が加工条件テーブル２５に格納される加工条件は、ビード形状の誤差と相関があり、数値制御装置２Ａから制御できる加工条件であれば限定されない。
【００３６】
そして、加工条件選択部２３は、軸移動量生成部２２から受け取った各軸方向の移動量指令値に基づいて加工ヘッド３の進行方向θを求め、求めた加工ヘッド３の進行方向θを用いて、加工条件テーブル２５の中の加工条件番号を選択する。加工条件選択部２３は、選択した加工条件番号に対応する加工条件設定値を加工条件出力部２４に送る。加工条件出力部２４は、加工条件選択部２３から受け取った加工条件設定値をレーザヘッド３２およびガスノズル３３に出力する。
【００３７】
なお、加工条件出力部２４が加工条件テーブル２５を参照できるのであれば、加工条件選択部２３は、求めた加工ヘッド３の進行方向θを用いて、加工条件テーブル２５の中の加工条件番号を選択するだけでもよい。この場合、加工条件選択部２３は、選択した加工条件番号を加工条件出力部２４に送る。加工条件出力部２４は、加工条件選択部２３から送られた加工条件番号に基づいて、加工条件テーブル２５を参照して、対応する加工条件設定値をレーザヘッド３２およびガスノズル３３に出力する。
【００３８】
図１６は、実施の形態１にかかる加工条件の選択の様子を説明する図である。図１６は、図１５の加工条件テーブル２５において加工条件番号の最大数ＭＡＸ＝８の場合に、加工ヘッド３の進行方向θによってどの加工条件番号が選択されるかをＸＹ平面上で表現した一例を示す図である。図１６に示したように加工ヘッド３が進行する場合は、加工条件番号２が加工条件選択部２３により選択される。
【００３９】
また、先に述べたように、数値制御装置２Ａは、ビード形状の偏心を防ぐために、ワイヤノズル３１から噴出されるガスのガス圧の代りに、またはそれに加えて、レーザビームのビームプロファイルを調整して選択してもよい。すなわち、加工条件設定値が加工条件テーブル２５に格納されている加工条件として、ビームプロファイルについての加工条件を追加してもよい。レーザビームのビームプロファイルは、ビームの照射領域内の強度変化を規定する加工条件である。
【００４０】
図１７は、実施の形態１にかかるレーザビームのビームプロファイルについて説明するための図である。図１７は、図２に示されるように座標系が設定されている場合に、レーザビームの照射領域３００をレーザビームが照射される方向であるＺ方向に観た様子を示している。母材５１の照射領域３００は、第１領域３０１および第２領域３０２からなる。加工ヘッド３の進行方向がＹ方向である場合、図２に示されるようにワイヤ３０が上に存在する第１領域３０１の方が第２領域３０２に比べて、母材５１に照射されるレーザビームが遮蔽される割合が大きい。
【００４１】
このような場合は、図１７の下に示すように、レーザヘッド３２から第１領域３０１に照射されるレーザビームのレーザ出力値Ｐ１がレーザヘッド３２から第２領域３０２に照射されるレーザビームのレーザ出力値Ｐ２より大きくなるようにビームプロファイルを調整する。加工条件テーブル２５において、加工条件としてビームプロファイルが追加されていて、レーザ出力値Ｐ１およびレーザ出力値Ｐ２が、それぞれ第１領域３０１および第２領域３０２に対して設定されていてもよい。また、加工条件テーブル２５において、レーザ出力値（ｋｗ）として基準出力であるレーザ出力値Ｐ１が設定されていて、ビームプロファイルとして、第１領域３０１および第２領域３０２に対する基準出力に対する比が設定されていてもよい。この場合、基準出力に対する比として、第１領域３０１に対しては数値１が設定されて、第２領域３０２に対しては数値（Ｐ２／Ｐ１）が設定されることになる。ビームプロファイルの設定は、上記のように照射領域３００を二分割しなくても、照射領域３００内での母材５１の熱分布を調整することが可能であればよい。したがって、照射領域３００内に照射されるレーザビームのレーザ出力が連続的に変化するような、２次元平面内でのレーザ出力値を定める関数を規定するものであってもよい。また、ビード形状の偏心を防ぐために、照射領域３００内での母材５１の熱分布をワイヤノズル３１から噴出されるガスのガス圧とビームプロファイルとを組み合わせて調整してもよい。
【００４２】
なお、加工条件テーブル２５にビームプロファイルについての加工条件設定値が格納されている場合、数値制御装置２Ａがレーザプロファイルを調整可能である必要があるが、その場合の調整方法は限定されない。この場合、ビームプロファイルについての加工条件設定値は、加工条件出力部２４からレーザヘッド３２に与えられるが、レーザヘッド３２が、反射率が変化する可変形ミラー、複数の光源を有するマルチレーザなどを有していれば、レーザプロファイルの調整が可能である。
【００４３】
以上説明したように、実施の形態１にかかる付加製造装置１０Ａを備えた付加製造システム１０１によれば、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に基づいて、付加加工の加工条件の設定値を調整することにより、簡易な制御でビード形状の偏心を防ぐことが可能となり、さらに、ビード幅およびビード高さを一定に保つことも可能になる。
【００４４】
また、従来、自動溶接ロボットでは、加工ヘッドを回転させることで、ワイヤの供給方向と加工ヘッドの進行方向との角度差分が常に一定となるようにしてビード形状の偏心を防いで、理想のビード形状を造形する方式がとられていた。しかし、実施の形態１にかかる付加製造装置１０Ａを備えた付加製造システム１０１によれば、加工ヘッドを回転させる必要がない。したがって、加工ヘッドを回転させた場合に生ずるワイヤの捻れ、加工点付近でのワイヤ先端の振動、ワイヤの切断、ワイヤと機械との干渉といった問題を回避することができる。
【００４５】
実施の形態２．
図１８は、本発明の実施の形態２にかかる付加製造システム１０２の機能構成を示すブロック図である。付加製造システム１０２は、ＣＡＭ装置１Ｂおよび付加製造装置１０Ｂを備える。付加製造装置１０Ｂは、数値制御装置２Ｂと、加工ヘッド３と、サーボアンプ４と、サーボアンプ４に駆動される図示せぬモータとを備える。
【００４６】
付加製造システム１０２と実施の形態１にかかる付加製造システム１０１との違いは、付加製造システム１０２のＣＡＭ装置１Ｂが加工条件選択部１５および加工条件テーブル２５を有していて、数値制御装置２Ｂが加工条件選択部を有していないところである。ＣＡＤモデル１１、加工条件テーブル２５、軸移動量生成部２２、加工ヘッド３およびサーボアンプ４は、実施の形態１と同じである。以下、付加製造システム１０２が付加製造システム１０１と異なる点を説明する。
【００４７】
加工経路生成部１２は、ＣＡＤモデル１１を解析することにより加工経路を生成すると、生成された加工経路を、加工プログラム変換部１３および加工条件選択部１５に送る。
【００４８】
加工条件選択部１５は、加工経路生成部１２から受け取った加工経路から各軸方向の移動量指令値を求めて、加工ヘッド３の進行方向θを算出する。さらに、加工条件選択部１５は、加工ヘッド３の進行方向θを用いて、加工条件テーブル２５を参照して、加工条件テーブル２５の中の加工条件番号を選択して、選択した加工条件番号を加工プログラム変換部１３に送る。
【００４９】
加工プログラム変換部１３は、加工経路生成部１２から与えられた加工経路および加工条件選択部１５から与えられた加工条件番号を加工プログラム１４に変換する。加工プログラム変換部１３が生成した加工プログラム１４において、加工条件番号がＭコードで指定されている。すなわち、加工プログラム１４は、加工ヘッド３の軌跡を指示することにより加工経路を指定すると共に、選択された加工条件についての情報である加工条件番号の情報も含んでいる。
【００５０】
数値制御装置２Ｂの加工プログラム解析部２１は、加工プログラム１４を解析することにより加工プログラム１４により指定された各加工経路の終点座標を決定して、各加工経路の終点座標を軸移動量生成部２２に送る。さらに、加工プログラム解析部２１は加工プログラム１４のＭコードを読み取ることにより各加工経路における加工条件番号を取得して、加工条件出力部２６に送る。
【００５１】
加工条件出力部２６は、加工プログラム解析部２１から送られた加工条件番号に基づいて、数値制御装置２Ｂの加工条件テーブル２５を参照して、対応する加工条件設定値をレーザヘッド３２およびガスノズル３３に出力する。
【００５２】
以上説明したように、実施の形態２にかかる付加製造システム１０２によれば、ワイヤ３０が供給される方向と加工ヘッド３の進行方向とがレーザビームが照射される方向に垂直な面内において成す角度に基づいて付加加工の加工条件をＣＡＭ装置１Ｂにおいて選択させることができる。
【００５３】
実施の形態１および２にかかる数値制御装置２Ａ，２Ｂ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１９は、実施の形態１および２にかかる数値制御装置２Ａ，２Ｂ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。数値制御装置２Ａ，２Ｂの機能をコンピュータシステムで実現する場合、数値制御装置２Ａ，２Ｂの機能は、図１９に示すようにＣＰＵ（Central  Processing  Unit）２０１、メモリ２０２、記憶装置２０３、表示装置２０４および入力装置２０５により実現される。数値制御装置２Ａ，２Ｂが実行する付加製造方法の機能は、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２０３に格納される。ＣＰＵ２０１は、記憶装置２０３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２０２に読み出して実行することにより、加工プログラム解析部２１、軸移動量生成部２２、加工条件選択部２３および加工条件出力部２４，２６の機能を実現する。すなわち、コンピュータシステムは、加工プログラム解析部２１、軸移動量生成部２２、加工条件選択部２３および加工条件出力部２４，２６の機能がＣＰＵ２０１により実行されるときに、実施の形態１および２にかかる付加製造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２０３を備える。また、これらのプログラムは、加工プログラム解析部２１、軸移動量生成部２２、加工条件選択部２３および加工条件出力部２４，２６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２０２は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）といった揮発性の記憶領域が該当する。加工プログラム１４および加工条件テーブル２５を記憶する記憶装置２０３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。表示装置２０４の具体例は、モニタ、ディスプレイである。入力装置２０５の具体例は、キーボード、マウス、タッチパネルである。
【００５４】
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】
【００５５】
１Ａ，１Ｂ  ＣＡＭ装置、２Ａ，２Ｂ  数値制御装置、３  加工ヘッド、４  サーボアンプ、１０Ａ，１０Ｂ  付加製造装置、１１  ＣＡＤモデル、１２  加工経路生成部、１３  加工プログラム変換部、１４  加工プログラム、１５  加工条件選択部、２１  加工プログラム解析部、２２  軸移動量生成部、２３  加工条件選択部、２４，２６  加工条件出力部、２５  加工条件テーブル、３０  ワイヤ、３１  ワイヤノズル、３２  レーザヘッド、３３  ガスノズル、５０  ビード、５１  母材、１０１，１０２  付加製造システム、２０１  ＣＰＵ、２０２  メモリ、２０３  記憶装置、２０４  表示装置、２０５  入力装置、３００  照射領域、３０１  第１領域、３０２  第２領域。
【図１】
2019198212.tif 000003
【図２】
2019198212.tif 000004
【図３】
2019198212.tif 000005
【図４】
2019198212.tif 000006
【図５】
2019198212.tif 000007
【図６】
2019198212.tif 000008
【図７】
2019198212.tif 000009
【図８】
2019198212.tif 000010
【図９】
2019198212.tif 000011
【図１０】
2019198212.tif 000012
【図１１】
2019198212.tif 000013
【図１２】
2019198212.tif 000014
【図１３】
2019198212.tif 000015
【図１４】
2019198212.tif 000016
【図１５】
2019198212.tif 000017
【図１６】
2019198212.tif 000018
【図１７】
2019198212.tif 000019
【図１８】
2019198212.tif 000020
【図１９】
2019198212.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月26日(2018.9.26)
【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】
母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造装置において、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求め、前記角度に基づいて、前記付加加工の加工条件を選択する加工条件選択部を備える
ことを特徴とする付加製造装置。
【請求項２】
前記角度に依存した前記加工条件が格納された加工条件テーブルを備え、
前記加工条件選択部は、加工経路を指定する加工プログラムに基づいて前記角度を求めて、前記角度および前記加工条件テーブルを用いて、前記加工条件を選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の付加製造装置。
【請求項３】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの出力値および前記ガスのガス圧が格納されている
ことを特徴とする請求項２に記載の付加製造装置。
【請求項４】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの照射領域内の強度変化を規定するビームプロファイルが格納されている
ことを特徴とする請求項３に記載の付加製造装置。
【請求項５】
母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造システムにおいて、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度に依存した前記付加加工の加工条件が格納された加工条件テーブルと、
加工経路に基づいて前記角度を求めて、前記角度および前記加工条件テーブルを用いて、前記加工条件を選択する加工条件選択部と、
前記加工条件選択部によって選択された加工条件についての情報を含んだ加工プログラムに基づいて、前記角度に基づいて、前記加工条件を選択する数値制御装置と、
を備えることを特徴とする付加製造システム。
【請求項６】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの出力値および前記ガスのガス圧が格納されている
ことを特徴とする請求項５に記載の付加製造システム。
【請求項７】
前記加工条件テーブルには、前記角度に依存した前記加工条件として前記ビームの照射領域内の強度変化を規定するビームプロファイルが格納されている
ことを特徴とする請求項６に記載の付加製造システム。
【請求項８】
母材の表面の加工領域にワイヤ状の部材を供給するワイヤノズルと、前記ワイヤ状の部材の先端にビームを照射可能なビーム源と、前記ワイヤノズルとの間に前記ビーム源を挟んで配置されて前記加工領域にガスを噴出するガスノズルとが設けられた加工ヘッドを制御することにより付加加工を行う付加製造方法において、
前記ビームが照射される方向に観て、前記ワイヤ状の部材が供給される方向と前記加工ヘッドの進行方向とが成す角度を求めるステップと、
前記角度に基づいて、前記付加加工の加工条件を選択するステップと、
を備えることを特徴とする付加製造方法。
【国際調査報告】
2019198212.tif 000022
2019198212.tif 000023
2019198212.tif 000024
2019198212.tif 000025