JP7353245B2 - Additive manufacturing equipment and additive manufacturing method - Google Patents
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Description
本開示は、3次元造形物を製造する付加製造装置および付加製造方法に関する。 The present disclosure relates to an additive manufacturing apparatus and an additive manufacturing method for manufacturing a three-dimensionally shaped object.
3次元造形物を製造する技術の1つとして、付加製造(Additive Manufacturing:AM)の技術が知られている。付加製造の技術における複数の方式のうちの1つである指向性エネルギー堆積(Direct Energy Deposition:DED)方式によると、付加製造装置は、ビームの照射位置である加工点へ溶加材を供給しながら加工点を移動させることによって、ビードを形成する。ビードは、溶融した溶加材が凝固することによって得られる凝固物である。付加製造装置は、ビードの層を順次積み重ねることによって造形物を製造する。 Additive manufacturing (AM) technology is known as one of the technologies for manufacturing three-dimensional objects. According to the Direct Energy Deposition (DED) method, which is one of several methods in additive manufacturing technology, additive manufacturing equipment supplies filler metal to the processing point where the beam is irradiated. A bead is formed by moving the processing point while A bead is a solidified material obtained by solidifying a molten filler material. Additive manufacturing equipment manufactures objects by stacking layers of beads in sequence.
造形物には、設計データに基づいて決定されたビード形状と形成されるビード形状との間における誤差が生じ易い箇所が存在する場合がある。誤差が生じるか否かは、付加製造装置を使用する使用者の経験に基づいてある程度は推定され得る。ただし、誤差の発生には、造形物の製造時におけるさまざまな物理現象が関係することになるため、誤差が発生する箇所、または誤差の程度を高い精度で推定することは困難であった。 A shaped object may have a portion where an error is likely to occur between the bead shape determined based on design data and the bead shape to be formed. Whether or not an error occurs can be estimated to some extent based on the experience of the user who uses the additive manufacturing device. However, since the occurrence of errors is related to various physical phenomena during the manufacturing of the shaped object, it has been difficult to estimate with high accuracy the location where errors occur or the degree of errors.
特許文献1には、ビームの照射と同時に溶加材である金属粉を吹き付ける加工ヘッドを備え、金属粉の吹き付け面と加工ヘッドとの実距離と想定距離との差である誤差が検出された場合に金属粉の供給量を調整する付加製造装置が開示されている。特許文献1にかかる付加製造装置は、1つの層において誤差が検出された場合に、当該層に積み重ねられる層についての供給量、レーザ出力、加工ヘッドの速度といった加工条件を算出する。
特許文献1に開示される従来の付加製造装置は、層の高さが不足する形状誤差があった場合に、次に形成される層において、高さの不足分を補うための後加工が行われる。このため、従来の付加製造装置では、高さの不足である形状誤差が生じるたびに後加工が必要となることから、製造に要する時間が長くなるという問題があった。また、従来の付加製造装置では、加工条件が適正な加工条件から大幅にずれることによって形状誤差が生じた場合に、次に形成される層において形状誤差を補正することができず、形状精度が低下する場合があるという問題があった。
The conventional additive manufacturing apparatus disclosed in
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、製造に要する時間を短縮でき、かつ形状精度が高い造形物を製造可能とする付加製造装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain an additive manufacturing device that can shorten the time required for manufacturing and can manufacture a shaped object with high shape accuracy.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる付加製造装置は、ビームの照射によって溶加材を溶融させ、溶融した溶加材の固化物である層を積み重ねることによって造形物を製造する。本開示にかかる付加製造装置は、造形物の形状誤差を表す目的関数へ、製造された造形物の層を測定した結果である測定値を入力することにより目的関数の値を更新する目的関数更新部と、目的関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件を探索する探索処理部と、ビームの移動経路上における補間点群を示す指令を生成する指令生成部と、を備える。目的関数更新部は、補間点群に含まれる各補間点の位置である指令位置ごとにおける測定値を目的関数へ入力することにより目的関数を更新する。探索処理部は、指令位置ごとの加工条件を探索する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objectives, the additive manufacturing apparatus according to the present disclosure melts a filler material by beam irradiation and builds by stacking layers that are solidified materials of the melted filler material. Manufacture things. The additive manufacturing apparatus according to the present disclosure updates the objective function value by inputting a measurement value that is a result of measuring a layer of a manufactured object into an objective function that represents a shape error of the object. a search processing section that searches for machining conditions based on evaluation based on the value of the objective function ; and a command generation section that generates a command indicating a group of interpolation points on a beam movement path . The objective function updating unit updates the objective function by inputting into the objective function a measured value at each command position, which is the position of each interpolation point included in the interpolation point group. The search processing section searches for machining conditions for each commanded position.
本開示にかかる付加製造装置は、製造に要する時間を短縮でき、かつ形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。 The additive manufacturing apparatus according to the present disclosure has the advantage that the time required for manufacturing can be shortened and a shaped article with high shape accuracy can be manufactured.
以下に、実施の形態にかかる付加製造装置および付加製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。 Below, an additive manufacturing apparatus and an additive manufacturing method according to an embodiment will be described in detail based on the drawings.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかる付加製造装置の構成を示すブロック図である。実施の形態1にかかる付加製造装置100は、溶融させた溶加材を被加工物へ付加することによって造形物を製造する工作機械である。付加製造装置100は、ビームの照射によって溶加材を溶融させ、溶融した溶加材の固化物である層を積み重ねることによって造形物を製造する。溶加材は、金属のワイヤまたは金属粉といった材料である。溶加材は、金属以外であっても良い。実施の形態1において、ビームは、レーザビームである。ビームは、電子ビームまたはアークビームといったビームでも良い。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an additive manufacturing apparatus according to a first embodiment. Additive manufacturing apparatus 100 according to the first embodiment is a machine tool that manufactures a shaped object by adding molten filler material to a workpiece. The additive manufacturing apparatus 100 melts a filler material by beam irradiation and manufactures a shaped object by stacking layers that are solidified materials of the melted filler material. The filler metal is a material such as metal wire or metal powder. The filler metal may be other than metal. In the first embodiment, the beam is a laser beam. The beam may be an electron beam or an arc beam.
付加製造装置100は、加工条件を探索する加工条件探索装置10と、付加製造装置100を制御する数値制御装置11と、造形物を製造するための加工を行う加工部12と、形成された層の形状を測定する測定器13とを有する。実施の形態1において、加工条件探索装置10は、付加製造装置100に内蔵されている。加工条件探索装置10は、付加製造装置100の外部の装置であっても良い。加工条件探索装置10は、ネットワークを介して付加製造装置100に接続可能な装置であっても良い。加工条件探索装置10は、クラウドサーバ上に存在する装置であっても良い。加工条件探索装置10によって探索された加工条件は、ネットワークを介して加工条件探索装置10に接続された複数の付加製造装置100に適用されても良い。 The additive manufacturing device 100 includes a processing condition search device 10 that searches for processing conditions, a numerical control device 11 that controls the additive manufacturing device 100, a processing section 12 that performs processing for manufacturing a shaped object, and a processing section 12 that performs processing for manufacturing a shaped object. It has a measuring device 13 for measuring the shape of. In the first embodiment, the processing condition search device 10 is built into the additive manufacturing device 100. The processing condition search device 10 may be a device external to the additive manufacturing device 100. The processing condition search device 10 may be a device that can be connected to the additive manufacturing device 100 via a network. The processing condition search device 10 may be a device existing on a cloud server. The processing conditions searched by the processing condition search device 10 may be applied to a plurality of additive manufacturing devices 100 connected to the processing condition search device 10 via a network.
加工部12は、レーザビームを発振するレーザ発振器20と、レーザビームの照射位置へ溶加材を供給する材料供給部21と、加工ヘッドを駆動する軸駆動部22とを有する。加工ヘッドの図示は省略する。加工ヘッドは、被加工物へ向けてレーザビームを出射する。軸駆動部22は、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の各方向へ加工ヘッドを移動させる。X軸、Y軸およびZ軸は、互いに垂直な3軸とする。X軸とY軸とは、水平方向の軸である。Z軸は、鉛直方向の軸である。付加製造装置100は、軸駆動部22が加工ヘッドを移動させることによって、被加工物におけるレーザビームの照射位置を移動させる。 The processing section 12 includes a laser oscillator 20 that oscillates a laser beam, a material supply section 21 that supplies filler material to the irradiation position of the laser beam, and a shaft drive section 22 that drives the processing head. Illustration of the processing head is omitted. The processing head emits a laser beam toward the workpiece. The shaft drive unit 22 moves the processing head in each of the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction. The X-axis, Y-axis, and Z-axis are three axes that are perpendicular to each other. The X axis and the Y axis are horizontal axes. The Z axis is a vertical axis. In the additive manufacturing apparatus 100, the shaft drive unit 22 moves the processing head, thereby moving the irradiation position of the laser beam on the workpiece.
測定器13は、Z軸方向における層の高さと、X軸方向とY軸方向とにおける層の形状とを測定することによって、層の3次元形状を測定する。測定器13には、例えばカメラが使用される。測定器は、撮影された画像を解析することによって、層の3次元形状を測定する。測定器13には、レーザ変位計、光干渉断層撮影を行う光干渉断層計(Optical Coherence Tomography:OCT)等が使用されても良い。 The measuring device 13 measures the three-dimensional shape of the layer by measuring the height of the layer in the Z-axis direction and the shape of the layer in the X-axis direction and the Y-axis direction. For example, a camera is used as the measuring device 13. The measuring device measures the three-dimensional shape of the layer by analyzing the captured image. The measuring device 13 may be a laser displacement meter, an optical coherence tomography (OCT), or the like that performs optical coherence tomography.
数値制御装置11は、加工プログラムに従って付加製造装置100を制御する。数値制御装置11は、加工プログラムを解析する加工プログラム解析部16と、加工部12へ送られる指令を生成する指令生成部17と、加工部12へ加工条件を出力する加工条件出力部18とを有する。 Numerical control device 11 controls additive manufacturing device 100 according to a processing program. The numerical control device 11 includes a machining program analysis section 16 that analyzes a machining program, a command generation section 17 that generates commands to be sent to the machining section 12, and a machining condition output section 18 that outputs machining conditions to the machining section 12. have
加工プログラム解析部16は、加工プログラムに記述されている処理の内容を基に、照射位置の移動経路を求める。加工プログラム解析部16は、移動経路のデータを指令生成部17へ出力する。加工プログラム解析部16は、加工条件を設定するための情報を加工プログラムから取得することにより、加工条件を設定する。加工プログラム解析部16は、加工プログラムに記述されている加工条件を加工プログラムから読み出すことによって加工プログラムを取得しても良い。 The machining program analysis unit 16 determines the movement path of the irradiation position based on the contents of the processing described in the machining program. The machining program analysis section 16 outputs data on the movement route to the command generation section 17. The machining program analysis unit 16 sets machining conditions by acquiring information for setting machining conditions from the machining program. The machining program analysis unit 16 may acquire the machining program by reading machining conditions described in the machining program from the machining program.
指令生成部17は、移動経路のデータに基づいて、位置指令を生成する。位置指令は、レーザビームの移動経路上における補間点群を示す指令である。指令生成部17は、生成された位置指令を軸駆動部22へ送ることによって、軸駆動部22を制御する。 The command generation unit 17 generates a position command based on the movement route data. The position command is a command indicating a group of interpolation points on the movement path of the laser beam. The command generating section 17 controls the shaft driving section 22 by sending the generated position command to the shaft driving section 22 .
指令生成部17は、加工プログラムと加工条件とに従ったビーム出力指令を生成する。ビーム出力指令は、レーザビームの出力を示す指令である。指令生成部17は、生成されたレーザ出力指令をレーザ発振器20へ送ることによって、レーザ発振器20を制御する。 The command generation unit 17 generates a beam output command according to the machining program and machining conditions. The beam output command is a command indicating the output of the laser beam. The command generation unit 17 controls the laser oscillator 20 by sending the generated laser output command to the laser oscillator 20.
指令生成部17は、加工プログラムと加工条件とに従った供給指令を生成する。供給指令は、溶加材の供給速度を示す指令である。指令生成部17は、生成された供給指令を材料供給部21へ送ることによって、材料供給部21を制御する。 The command generation unit 17 generates a supply command according to a machining program and machining conditions. The supply command is a command indicating the supply speed of the filler metal. The command generation unit 17 controls the material supply unit 21 by sending the generated supply command to the material supply unit 21 .
加工条件出力部18には、後述する加工条件探索装置10による探索結果である加工条件の情報が入力される。初期加工条件は、加工プログラムに従って最初に設定される加工条件であって、あらかじめ設定された加工条件である。切り換え部19は、探索結果と初期加工条件とを切り換える。加工条件出力部18は、かかる切り換えによって、探索結果である加工条件の情報と、初期加工条件の情報とのうちの一方を加工部12へ出力する。これにより、加工部12へ入力される加工条件は、探索結果と初期加工条件とに切り換えられる。
The machining condition output unit 18 receives machining condition information that is a search result by a machining condition search device 10, which will be described later. The initial machining conditions are machining conditions that are initially set according to the machining program, and are machining conditions that are set in advance. The switching
加工条件探索装置10は、目的関数更新部14と探索処理部15とを有する。目的関数更新部14は、層の形状誤差を変数とする目的関数を保持し、製造された造形物における形状誤差の測定値を目的関数へ入力することにより目的関数の値を更新する。探索処理部15は、演算結果を基準とする評価に基づいて加工条件を探索する。 The processing condition search device 10 includes an objective function update section 14 and a search processing section 15. The objective function updating unit 14 maintains an objective function that uses the shape error of the layer as a variable, and updates the value of the objective function by inputting the measured value of the shape error in the manufactured object into the objective function. The search processing unit 15 searches for machining conditions based on evaluation based on the calculation results.
指令生成部17は、指令位置を示す情報である指令位置情報24を目的関数更新部14と探索処理部15へ出力する。指令位置は、補間点群を構成する各補間点の位置である。測定器13は、測定結果である測定値25を目的関数更新部14と探索処理部15とへ出力する。加工条件出力部18は、探索結果である加工条件の情報と、初期加工条件の情報とのうちの一方である加工条件情報26を、加工部12と探索処理部15とへ出力する。
The command generation unit 17 outputs command
実施の形態1において、目的関数は、「目的関数=Σ|(層の目標形状)-(測定された層の形状)|」と表される。「|(層の目標形状)-(測定された層の形状)|」は、層の形状誤差を表す。目的関数更新部14は、指令位置ごとにおける測定値25を目的関数へ入力することにより目的関数を更新する。さらに、目的関数更新部14は、造形物を構成する複数の層の各々についての測定値25を目的関数へ入力することにより目的関数を更新する。
In the first embodiment, the objective function is expressed as “objective function=Σ|(target shape of layer)−(measured shape of layer)|”. “|(Target shape of layer)−(Measured shape of layer)|” represents the shape error of the layer. The objective function updating unit 14 updates the objective function by inputting the measured
探索処理部15は、目的関数の値を最小化する加工条件であって、指令位置ごとの加工条件を探索する。探索処理部15は、材料の供給速度、レーザビームの出力、加工ヘッドの送り速度、ピッチといった加工条件を探索する。ピッチは、レーザビームの出射位置と被加工物との距離である。 The search processing unit 15 searches for machining conditions for each commanded position, which are machining conditions that minimize the value of the objective function. The search processing unit 15 searches processing conditions such as material supply speed, laser beam output, processing head feed speed, and pitch. The pitch is the distance between the laser beam emission position and the workpiece.
探索処理部15は、現在の加工に用いられた加工条件に補正量を加算することによって、探索結果である加工条件を求める。探索処理部15は、造形物の製造を開始してから初回の探索では、初期加工条件を基に加工条件を探索する。探索処理部15は、初回の探索を行った後は、探索結果である加工条件を基に加工条件を探索する。 The search processing unit 15 obtains machining conditions as a search result by adding the correction amount to the machining conditions used in the current machining. The search processing unit 15 searches for machining conditions based on the initial machining conditions in the first search after starting manufacturing of the shaped object. After performing the first search, the search processing unit 15 searches for machining conditions based on the machining conditions that are the search results.
補正量には、ランダムに決定された補正量を用いることができる。補正量は、造形物の形状と加工条件との相関関係に基づいて決定されても良い。当該相関関係には、付加製造において経験的に得られている関係を使用することができる。補正量は、造形に伴う物理現象のモデルに基づいて決定されても良い。物理現象のモデルは、層の体積を増加させるために溶加材の供給量を増加させるといったモデルを指す。 A randomly determined correction amount can be used as the correction amount. The amount of correction may be determined based on the correlation between the shape of the object and the processing conditions. For the correlation, a relationship that has been empirically obtained in additive manufacturing can be used. The amount of correction may be determined based on a model of physical phenomena associated with modeling. A model of the physical phenomenon refers to a model in which the supply of filler metal is increased to increase the volume of the layer.
1つの造形物を製造する際に、1つの層が形成されると、測定器13は当該形成された層を測定し、測定値25を加工条件探索装置10へ送る。加工条件探索装置10は、測定値25に対応する指令位置情報24を指令生成部17から取得する。また、加工条件探索装置10は、層の目標形状を示す目標形状データを取得する。加工条件探索装置10は、例えば、造形物の設計データから目標形状データを取得する。目的関数更新部14は、目標形状データと測定値25とを目的関数へ入力することによって、目的関数の値を更新する。
When one layer is formed when manufacturing one modeled object, the measuring device 13 measures the formed layer and sends the measured
目的関数更新部14は、指令位置に紐付けられた測定値25を取得する。目的関数更新部14は、造形物の各層についての目標形状のデータと測定値25とを取得して、目標関数の値を更新する。さらに、目的関数更新部14は、互いに同じ形状の複数の造形物の製造において、目標関数の値を更新する。互いに同じ形状とは、3次元形状が互いに同一であることを指す。互いに同じ形状の複数の造形物は、例えば、同じ設計データに基づいて製造される複数の造形物である。
The objective function updating unit 14 acquires the measured
目的関数更新部14は、目的関数の値が最小化したか否かを評価することによって、目的関数の値の更新を終了するか否かを判定する。目的関数更新部14は、目的関数の値が最小化したと判断した場合に、更新を終了すると判定する。目的関数更新部14は、更新の有無を示す信号23を探索処理部15へ送る。なお、実施の形態1において、目的関数の値が最小化したとは、目標形状と形成された形状との差が測定器13によって検出されなくなった状態を指す。
The objective function updating unit 14 determines whether to finish updating the value of the objective function by evaluating whether the value of the objective function has been minimized. When the objective function updating unit 14 determines that the value of the objective function has been minimized, it determines to end the update. The objective function updating unit 14 sends a
探索処理部15は、目的関数の値が更新されるたびに、加工条件を探索する。探索処理部15は、目的関数更新部14が目的関数の値の更新を終了することによって、加工条件の探索を終了する。このように、探索処理部15は、目的関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件を探索する。 The search processing unit 15 searches for machining conditions every time the value of the objective function is updated. The search processing unit 15 ends the search for processing conditions when the objective function updating unit 14 finishes updating the value of the objective function. In this way, the search processing unit 15 searches for machining conditions based on evaluation based on the value of the objective function.
次に、図2および図3を参照して、加工条件探索装置10による加工条件の探索について説明する。図2は、実施の形態1にかかる付加製造装置によって製造される造形物の例を示す図である。図3は、実施の形態1にかかる付加製造装置による加工条件の探索について説明するための図である。図2に示す造形物30は、第1層31と第2層32と第3層33とを順次積み重ねることによって製造される3層の壁形状である。ここでは、図2に示す造形物30を複数製造する場合における加工条件の探索について説明する。第1層31の高さはz1、第2層32の高さはz2、第3層33の高さはz3とする。かかる高さとは、Z軸方向における高さとする。
Next, with reference to FIGS. 2 and 3, searching for machining conditions by the machining condition search device 10 will be described. FIG. 2 is a diagram showing an example of a shaped object manufactured by the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is a diagram for explaining the search for processing conditions by the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. The shaped
造形物30-1は、複数の造形物30のうち、1回目の製造によって製造された造形物30である。造形物30-1は、初期加工条件を用いて製造された造形物30である。図3には、造形物30-1のうちXZ面における形状と、各層を形成するときにおける溶加材の供給量とを示している。供給量は、探索される加工条件の1例である。供給量を表すグラフの縦軸は供給量であるW、横軸はX軸方向における指令位置を表す。
The object 30-1 is the
造形物30-1の第1層31が形成されたときに、測定器13は、指令位置x1,x2,・・・,xnの各々における第1層31の形状を測定する。造形物30-1の第2層32が形成されたときに、測定器13は、指令位置x1,x2,・・・,xnの各々における第2層32の形状を測定する。造形物30-1の第3層33が形成されたときに、測定器13は、指令位置x1,x2,・・・,xnの各々における第3層33の形状を測定する。nは整数とする。
When the
目的関数更新部14は、造形物30-1についての測定値25を用いて、目的関数を更新する。目的関数更新部14は、各指令位置x1,x2,・・・,xnにおけるΔz1の絶対値を目的関数へ入力する。Δz1は、第1層31の形状誤差であって、形成された第1層31の高さとz1との差である。目的関数更新部14は、各指令位置x1,x2,・・・,xnにおけるΔz2の絶対値を目的関数へ入力する。Δz2は、第2層32の形状誤差であって、形成された第2層32の高さとz2との差である。目的関数更新部14は、各指令位置x1,x2,・・・,xnにおけるΔz3の絶対値を目的関数へ入力する。Δz3は、第3層33の形状誤差であって、形成された第3層33の高さとz3との差である。探索処理部15は、目的関数が更新されたことに伴い、各指令位置x1,x2,・・・,xnの加工条件を探索する。
The objective function updating unit 14 updates the objective function using the measured
ビードのうち加工開始位置の端と、ビードのうち加工終了位置の端とは、形状の垂れが発生し易い。造形物30-1では、初期加工条件から加工条件が変更されていないため、各層のうちビードの加工開始位置とビードの加工終了位置とにおいて、形状誤差が生じている。造形物30-1の第1層31と第2層32と第3層33との各々には、Z軸方向における高さが低くなる形状誤差が生じている。付加製造装置100は、造形物30-1の製造が終了した時点において造形物30-1の高さが不足していると判断した場合に、高さ不足を補うための材料34-2,34-3を追加する後加工を行う。
The end of the bead at the machining start position and the end of the bead at the machining end position tend to sag in shape. In the modeled object 30-1, since the machining conditions have not been changed from the initial machining conditions, a shape error occurs between the bead machining start position and the bead machining end position in each layer. Each of the
このように、付加製造装置100は、造形物30の製造において付加された材料が不足している場合に、後工程によって材料を補う。付加製造装置100は、造形物30の製造において付加された材料が過剰であった場合に、付加された材料の一部を後加工によって除去しても良い。
In this way, the additive manufacturing apparatus 100 supplements the material in a post-process when there is a shortage of material added in manufacturing the modeled
付加製造装置100は、造形物30-1の製造が終了した際の探索結果である加工条件を用いて2回目の製造を行い、造形物30-2を製造する。測定器13は、造形物30-1の場合と同様に測定を行う。造形物30-2の製造が終了すると、目的関数更新部14は、造形物30-1の場合と同様に形状誤差を目的関数へ入力することによって、目的関数を更新する。探索処理部15は、目的関数が更新されたことに伴い、各指令位置x1,x2,・・・,xnの加工条件を探索する。 The additive manufacturing apparatus 100 performs the second manufacturing process using the processing conditions that are the search results when the manufacturing of the shaped object 30-1 is completed, and manufactures the shaped object 30-2. The measuring device 13 performs measurements in the same manner as in the case of the shaped object 30-1. When the manufacturing of the object 30-2 is completed, the objective function updating unit 14 updates the objective function by inputting the shape error into the objective function as in the case of the object 30-1. The search processing unit 15 searches for machining conditions for each command position x1, x2, . . . , xn as the objective function is updated.
造形物30-2に用いられた加工条件が初期加工条件よりも適切な加工条件であることによって、造形物30-2の各層における形状誤差は、造形物30-1の場合に比べて小さくなる。具体的には、各層のうちビードの加工開始位置とビードの加工終了位置とにおいて供給量Wを増加させることによって、各層の高さ不足が補われる。造形物30-2に後加工によって追加される材料34-3は、造形物30-1の場合に比べて少なくなる。 Since the processing conditions used for the modeled object 30-2 are more suitable than the initial processing conditions, the shape errors in each layer of the modeled object 30-2 are smaller than those for the modeled object 30-1. . Specifically, by increasing the supply amount W at the bead processing start position and bead processing end position of each layer, the insufficient height of each layer is compensated for. The amount of material 34-3 added to the object 30-2 through post-processing is smaller than that for the object 30-1.
造形物30-mは、付加製造装置100によるm回目の製造によって製造された造形物30である。mは整数とする。加工条件探索装置10は、同じ形状の造形物30の製造が繰り返されるごとに加工条件を探索する。付加製造装置100は、造形物30の製造が繰り返されるごとに適切な加工条件が探索されることによって、形状誤差を小さくすることができる。付加製造装置100は、指令位置ごとにおける加工条件が最適化されることによって、形状誤差が発生し易い箇所における形状誤差を効率よく低減させることができる。複数回の製造が繰り返されることによって、図3に示すように、形状誤差が解消された造形物30-mを得ることができる。
The shaped article 30-m is the shaped
付加製造装置100は、同じ形状の造形物30の製造が繰り返されるごとに加工条件を探索することによって、後加工による形状補正が不要となる。付加製造装置100は、後加工による形状補正が不要となる製造に要する時間が不要となることによって、製造に要する時間を短縮できる。
The additive manufacturing apparatus 100 searches for machining conditions each time a molded
図4は、実施の形態1にかかる付加製造装置の動作手順を示すフローチャートである。ステップS1では、付加製造装置100は、造形物30の層を形成する。ステップS2では、付加製造装置100は、測定器13によって層の形状を測定する。ステップS3において、付加製造装置100は、造形物30の造形が終了したか否かを判断する。
FIG. 4 is a flowchart showing the operation procedure of the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. In step S1, the additive manufacturing apparatus 100 forms layers of the shaped
付加製造装置100は、造形物30の全ての層が形成された場合に、造形物30の造形が終了したと判断する。付加製造装置100は、造形物30のうちまだ形成されていない層がある場合、造形物30の造形が終了していないと判断する。造形物30の造形が終了した場合(ステップS3,Yes)、付加製造装置100は、以下に説明するステップS4へ手順を進める。造形物30の造形が終了していない場合(ステップS3,No)、付加製造装置100は、ステップS3へ手順を戻して、まだ形成されていない層を形成する。
The additive manufacturing apparatus 100 determines that the modeling of the modeled
ステップS4において、付加製造装置100は、ステップS2における測定によって取得された測定値25を用いて目的関数を更新する。ステップS5において、付加製造装置100は、探索処理部15において加工条件を探索する。これにより、付加製造装置100は、図4に示す手順による動作を終了する。付加製造装置100は、同じ形状の造形物30を製造する場合に、図4に示す手順による動作によって、目的関数の更新と加工条件の探索とを行う。
In step S4, the additive manufacturing apparatus 100 updates the objective function using the measured
探索処理部15は、機械学習を用いて加工条件を探索しても良い。図5は、実施の形態1において機械学習を用いて加工条件を探索する場合における探索処理部の構成を示すブロック図である。探索処理部15は、機械学習を行う学習装置41と、造形物30の形状誤差を小さくさせる加工条件を推論する推論装置42と、学習済モデルを記憶するモデル記憶部43とを有する。学習装置41は、目的関数を最小化させる加工条件を学習し、学習済モデルを生成する。推論装置42は、学習済モデルを用いて、目的関数を最小化させる加工条件であって指令位置ごとの加工条件を推論する。
The search processing unit 15 may search for machining conditions using machine learning. FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a search processing section when searching for machining conditions using machine learning in the first embodiment. The search processing unit 15 includes a learning device 41 that performs machine learning, an inference device 42 that infers processing conditions that reduce the shape error of the
図6は、実施の形態1にかかる付加製造装置が有する学習装置の機能構成を示すブロック図である。学習装置41は、データ取得部44とモデル生成部45とを有する。データ取得部44は、指令位置情報24と、測定値25と、加工条件情報26とを取得する。また、データ取得部44は、目標形状を示す目標形状データを取得する。データ取得部44は、学習用データとして、指令位置情報24、測定値25、加工条件情報26および目標形状データを取得する。
FIG. 6 is a block diagram showing the functional configuration of a learning device included in the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. The learning device 41 includes a data acquisition section 44 and a model generation section 45. The data acquisition unit 44 acquires
データ取得部44は、指令位置ごとの測定値25と、指令位置ごとの加工条件情報26と、指令位置ごとの目標形状データとをまとめ合わせたデータセットを作成する。すなわち、データ取得部44は、指令位置に紐付けられた測定値25と加工条件情報26と目標形状データとを含むデータセットを作成する。データ取得部44は、作成されたデータセットをモデル生成部45へ出力する。
The data acquisition unit 44 creates a data set in which the measured
モデル生成部45は、データセットを用いて学習済モデルを生成する。モデル生成部45が用いる学習アルゴリズムは、どのようなものであっても良い。一例として、強化学習(Reinforcement Learning)を適用した場合について説明する。強化学習は、ある環境内におけるエージェントである行動主体が、現在の状態を観測し、取るべき行動を決定する、というものである。エージェントは行動を選択することで環境から報酬を得て、一連の行動を通じて報酬が最も多く得られるような方策を学習する。強化学習の代表的な手法として、Q学習(Q-Learning)およびTD学習(TD-Learning)などが知られている。例えば、Q学習の場合、行動価値関数Q(s,a)の一般的な更新式である行動価値テーブルは、次の式(1)で表される。行動価値関数Q(s,a)は、環境「s」のもとで行動「a」を選択する行動の価値である行動価値Qを表す。 The model generation unit 45 generates a trained model using the data set. Any learning algorithm may be used by the model generation unit 45. As an example, a case where reinforcement learning is applied will be described. Reinforcement learning is a method in which an agent in an environment observes the current state and decides what action to take. Agents obtain rewards from the environment by selecting actions, and through a series of actions, they learn strategies that will yield the most rewards. Q-Learning and TD-Learning are known as typical methods of reinforcement learning. For example, in the case of Q-learning, the action value table, which is a general update formula for the action value function Q(s, a), is expressed by the following equation (1). The action value function Q(s, a) represents the action value Q, which is the value of the action of selecting action "a" under environment "s".
上記の式(1)により表される更新式は、時刻「t+1」における最良の行動「a」の行動価値が、時刻「t」において実行された行動「a」の行動価値Qよりも大きければ、行動価値Qを大きくし、逆の場合は、行動価値Qを小さくする。換言すれば、時刻「t」における行動「a」の行動価値Qを、時刻「t+1」における最良の行動価値に近づけるように、行動価値関数Q(s,a)を更新する。それにより、ある環境における最良の行動価値が、それ以前の環境における行動価値に順次伝播する。 The update formula expressed by the above equation (1) is that if the action value of the best action "a" at time "t+1" is greater than the action value Q of the action "a" executed at time "t", then , the action value Q is increased, and in the opposite case, the action value Q is decreased. In other words, the action value function Q(s, a) is updated so that the action value Q of action "a" at time "t" approaches the best action value at time "t+1". As a result, the best action value in a certain environment is sequentially propagated to the action value in the previous environment.
モデル生成部45は、報酬計算部46と関数更新部47とを有する。報酬計算部46は、目的関数の値に基づいて報酬を計算する。関数更新部47は、報酬計算部46によって計算される報酬に従って、加工条件を決定するための関数を更新する。関数更新部47は、関数の更新によって作成された学習済モデルをモデル記憶部43へ出力する。 The model generation section 45 includes a reward calculation section 46 and a function update section 47. The reward calculation unit 46 calculates the reward based on the value of the objective function. The function updating unit 47 updates the function for determining processing conditions according to the remuneration calculated by the remuneration calculation unit 46. The function update unit 47 outputs the learned model created by updating the function to the model storage unit 43.
報酬計算部46は、指令位置に紐付けられた測定値25および目標形状データに基づいて、目標関数の値を算出する。報酬計算部46は、目的関数の値に基づいて、報酬「r」を計算する。報酬計算部46は、目的関数の値が小さくなった場合において、報酬「r」を増大させる。報酬計算部46は、報酬の値である「1」を与えることによって報酬「r」を増大させる。なお、報酬の値は「1」に限られない。また、報酬計算部46は、当該差が大きくなった場合に、報酬「r」を低減させる。報酬計算部46は、報酬の値である「-1」を与えることによって報酬「r」を低減させる。なお、報酬の値は「-1」に限られない。
The reward calculation unit 46 calculates the value of the target function based on the measured
図7は、実施の形態1における学習装置の処理手順を示すフローチャートである。図7のフローチャートを参照して、行動価値関数Q(s,a)を更新する強化学習方法について説明する。 FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of the learning device in the first embodiment. A reinforcement learning method for updating the action value function Q(s,a) will be described with reference to the flowchart in FIG.
ステップS11において、学習装置41は、学習用データを取得する。データ取得部44は、学習用データを用いてデータセットを作成する。ステップS12において、学習装置41は、報酬を算出する。ステップS13において、学習装置41は、報酬に基づいて行動価値関数Q(s,a)を更新する。ステップS14において、学習装置41は、行動価値関数Q(s,a)が収束したか否かを判断する。学習装置41は、ステップS14における行動価値関数Q(s,a)の更新が行われなくなることによって行動価値関数Q(s,a)が収束したと判定する。 In step S11, the learning device 41 acquires learning data. The data acquisition unit 44 creates a dataset using the learning data. In step S12, the learning device 41 calculates a reward. In step S13, the learning device 41 updates the action value function Q(s, a) based on the reward. In step S14, the learning device 41 determines whether the action value function Q(s, a) has converged. The learning device 41 determines that the action value function Q(s, a) has converged because the action value function Q(s, a) is no longer updated in step S14.
行動価値関数Q(s,a)が収束していないと判定された場合(ステップS14,No)、学習装置41は、動作手順をステップS11へ戻す。行動価値関数Q(s,a)が収束したと判定された場合(ステップS14,Yes)、学習装置41は、図7に示す手順による学習を終了する。なお、学習装置41は、ステップS14による判定を行わず、ステップS13からステップS11へ動作手順を戻すことによって学習を継続させることとしても良い。モデル記憶部43は、生成された行動価値関数Q(s,a)である学習済モデルを記憶する。 If it is determined that the action value function Q(s, a) has not converged (step S14, No), the learning device 41 returns the operation procedure to step S11. If it is determined that the action value function Q(s, a) has converged (step S14, Yes), the learning device 41 ends the learning according to the procedure shown in FIG. 7. Note that the learning device 41 may continue learning by returning the operating procedure from step S13 to step S11 without making the determination in step S14. The model storage unit 43 stores the learned model that is the generated action value function Q(s, a).
図8は、実施の形態1にかかる付加製造装置が有する推論装置の機能構成を示すブロック図である。推論装置42は、学習済モデルに基づいて、目標関数の値を最小化させる加工条件であって指令位置ごとの加工条件を推論する。推論装置42は、データ取得部48と推論部49とを有する。
FIG. 8 is a block diagram showing the functional configuration of an inference device included in the additive manufacturing apparatus according to the first embodiment. The inference device 42 infers machining conditions for each commanded position, which are machining conditions that minimize the value of the objective function, based on the learned model. The inference device 42 includes a
データ取得部48は、指令位置情報24を推論用データとして取得する。データ取得部48は、指令位置情報24を推論部49へ出力する。推論部49は、モデル記憶部43から読み出された学習済モデルへ指令位置情報24を入力することで、目標関数の値を最小化させる指令位置ごとの加工条件を推論する。
The
図9は、実施の形態1における推論装置の処理手順を示すフローチャートである。ステップS15において、推論装置42は、データ取得部48において、推論用データである指令位置情報24を取得する。ステップS16において、推論装置42は、推論部49において、取得されたデータである指令位置情報24を学習済モデルへ入力し、指令位置ごとの加工条件を推論する。ステップS17において、推論装置42は、推論結果である加工条件を示す加工条件情報を数値制御装置11へ出力する。これにより、推論装置42は、図9に示す手順による処理を終了する。
FIG. 9 is a flowchart showing the processing procedure of the inference device in the first embodiment. In step S15, the inference device 42 uses the
付加製造装置100は、機械学習の手法によって、目的関数の値を最小化させる加工条件を効率良く探索することが可能となる。 The additive manufacturing apparatus 100 can efficiently search for processing conditions that minimize the value of the objective function using machine learning techniques.
実施の形態1では、学習装置41が用いる学習アルゴリズムに強化学習を適用する場合について説明したが、学習アルゴリズムには、強化学習以外の学習が適用されても良い。学習装置41は、強化学習以外の公知の学習アルゴリズム、例えば、深層学習(Deep Learning)、ニューラルネットワーク、遺伝的プログラミング、機能論理プログラミングあるいはサポートベクターマシンといった学習アルゴリズムを用いて機械学習を実行しても良い。 In the first embodiment, a case has been described in which reinforcement learning is applied to the learning algorithm used by the learning device 41, but learning other than reinforcement learning may be applied to the learning algorithm. The learning device 41 may perform machine learning using a known learning algorithm other than reinforcement learning, for example, a learning algorithm such as deep learning, neural network, genetic programming, functional logic programming, or support vector machine. good.
実施の形態1では、学習装置41は、付加製造装置100に内蔵されている。学習装置41は、付加製造装置100に含まれる装置に限られず、付加製造装置100の外部の装置であっても良い。学習装置41は、ネットワークを介して付加製造装置100に接続可能な装置であっても良い。学習装置41は、クラウドサーバ上に存在する装置であっても良い。 In the first embodiment, the learning device 41 is built into the additive manufacturing device 100. The learning device 41 is not limited to a device included in the additive manufacturing device 100, but may be a device external to the additive manufacturing device 100. The learning device 41 may be a device connectable to the additive manufacturing device 100 via a network. The learning device 41 may be a device existing on a cloud server.
学習装置41は、複数の付加製造装置100に対して作成されたデータセットに従って、パラメータを学習しても良い。学習装置41は、同一の現場で使用される複数の付加製造装置100からデータセットを取得しても良く、あるいは、互いに異なる現場で使用される複数の付加製造装置100からデータセットを取得しても良い。データセットは、複数の現場において互いに独立して稼働する複数の付加製造装置100から収集されたものであっても良い。複数の付加製造装置100からのデータセットの収集を開始した後に、データセットが収集される対象に新たな付加製造装置100が追加されても良い。また、複数の付加製造装置100からのデータセットの収集を開始した後に、データセットが収集される対象から、複数の付加製造装置100のうちの一部が除外されても良い。 The learning device 41 may learn parameters according to data sets created for the plurality of additive manufacturing devices 100. The learning device 41 may acquire data sets from multiple additive manufacturing devices 100 used at the same site, or may acquire datasets from multiple additive manufacturing devices 100 used at different sites. Also good. The data set may be collected from multiple additive manufacturing devices 100 operating independently from each other at multiple sites. After starting the collection of data sets from a plurality of additive manufacturing apparatuses 100, a new additive manufacturing apparatus 100 may be added to the targets for which data sets are collected. Furthermore, after starting the collection of data sets from the plurality of additive manufacturing apparatuses 100, some of the plurality of additive manufacturing apparatuses 100 may be excluded from the targets for which data sets are collected.
ある1つの付加製造装置100について学習を行った学習装置41は、当該付加製造装置100以外の他の付加製造装置100についての学習を行っても良い。当該他の付加製造装置100についての学習を行う学習装置41は、当該他の付加製造装置100における再学習によって、出力の予測モデルを更新することができる。 The learning device 41 that has learned about one additive manufacturing device 100 may also learn about other additive manufacturing devices 100 other than the additive manufacturing device 100. The learning device 41 that performs learning on the other additive manufacturing device 100 can update the output prediction model by relearning in the other additive manufacturing device 100.
実施の形態1によると、付加製造装置100は、層の形状誤差を変数とする目的関数へ測定値25を入力することによって目標関数の値を更新し、目標関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件を探索する。付加製造装置100は、目標関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件が探索されることによって、後加工が不要となるため、製造に要する時間を短縮することができる。また、付加製造装置100は、目標関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件が探索されることによって、形状精度が高い造形物を製造することが可能となる。以上により、付加製造装置100は、製造に要する時間を短縮でき、かつ形状精度が高い造形物を製造することができるという効果を奏する。
According to the first embodiment, the additive manufacturing apparatus 100 updates the value of the objective function by inputting the measured
実施の形態2.
実施の形態2では、造形物30の製造をシミュレーションした結果に基づいて、目標関数の値の更新と加工条件の探索とを行う例について説明する。図10は、実施の形態2にかかる付加製造装置が有する加工条件探索装置の構成を示すブロック図である。実施の形態2では、上記の実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1とは異なる構成について主に説明する。
Embodiment 2.
In the second embodiment, an example will be described in which the value of the objective function is updated and the processing conditions are searched based on the results of simulating the manufacture of the shaped
加工条件探索装置50は、目的関数更新部14と探索処理部15とシミュレーション部51を有する。シミュレーション部51は、造形物30の製造をシミュレーションする。
実施の形態2において、シミュレーション部51は、加工条件探索装置50に内蔵されている。シミュレーション部51は、加工条件探索装置50の外部の装置であっても良い。シミュレーション部51は、付加製造装置100の外部の装置であっても良い。
The processing condition search device 50 includes an objective function update section 14, a search processing section 15, and a
In the second embodiment, the
シミュレーション部51は、造形物30の製造をシミュレーションするごとに、造形物30を構成する各層の形状を表す形状データを目的関数更新部14へ出力する。探索処理部15は、シミュレーションにおいて使用される加工条件の探索を行い、探索結果である加工条件を表す加工条件情報をシミュレーション部51へ出力する。シミュレーション部51は、入力される加工条件情報に従って造形物30の製造をシミュレーションする。シミュレーション部51によるシミュレーションが終了されると、探索処理部15は、探索結果である加工条件を表す加工条件情報を数値制御装置11へ出力する。
The
実施の形態2によると、付加製造装置100は、シミュレーションを行うことによって加工条件を探索することにより、実際の造形に要する溶加材および電力などを消費することなく、加工条件を探索することができる。 According to the second embodiment, the additive manufacturing apparatus 100 can search for processing conditions by performing simulation without consuming filler metal, electric power, etc. required for actual modeling. can.
実施の形態3.
実施の形態3では、目標形状と相似する形状の造形物についての加工条件の探索結果を用いて、目標形状についての加工条件を探索する例について説明する。図11は、実施の形態3にかかる付加製造装置の動作について説明するための図である。実施の形態3では、上記の実施の形態1または2と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1または2とは異なる構成について主に説明する。
Embodiment 3.
In Embodiment 3, an example will be described in which processing conditions for a target shape are searched for using processing condition search results for a shaped object having a shape similar to the target shape. FIG. 11 is a diagram for explaining the operation of the additive manufacturing apparatus according to the third embodiment. In Embodiment 3, the same components as in
図11に示す造形物30bは、加工条件の対象である第1の造形物である。造形物30aについては、実施の形態1または2に示す場合と同様に、加工条件の探索が既に行われているとする。造形物30aは、加工条件が既に探索されている第2の造形物である。造形物30bの目標形状SAと、造形物30aの形状とが互いに相似であって、目標形状SAは、造形物30aの形状をスケールアップさせたものであるとする。相似比R1は、造形物30aの形状と目標形状SAとの相似比である。
The shaped
図11には、造形物30aの探索済み加工条件である供給量Wのグラフと、造形物30bについての加工条件である供給量Wのグラフとを示している。探索処理部15は、探索済み加工条件における供給量Wと指令位置との紐付けを、相似比R1を用いて変化させることによって、初期加工条件における供給量Wと指令位置との紐付けを決定する。このように、探索処理部15は、造形物30bについての加工条件を探索する際における初期加工条件として、造形物30aの探索済み加工条件を相似比R1に基づいて調整した加工条件を使用する。探索処理部15は、造形物30aについての探索済み加工条件を基に、造形物30bについての加工条件を探索する。
FIG. 11 shows a graph of the supply amount W, which is the searched processing condition for the
実施の形態3によると、付加製造装置100は、探索済み加工条件を基に加工条件を探索することによって、探索に要する時間を短縮させることができる。また、付加製造装置100は、造形物30aを実物大からスケールダウンさせた造形物30aについてあらかじめ加工条件を探索してから、造形物30aについての加工条件を探索可能であることによって、探索のために実物大の造形物30aを製造する回数を少なくすることができる。これにより、付加製造装置100は、溶加材および電力などの消費を少なくすることができる。
According to the third embodiment, additive manufacturing apparatus 100 can shorten the time required for searching by searching for processing conditions based on searched processing conditions. Further, the additive manufacturing apparatus 100 can search for processing conditions for the modeled
実施の形態3では、第1の造形物の形状と第2の造形物の形状とは互いに相似でない場合であっても、第2の造形物についての探索済み加工形状を基に、第1の造形物についての加工形状を探索しても良い。第1の造形物の形状が、第2の造形物の形状に相似する形状に対し、Z軸方向における高さまたはX軸方向における長さが異なる場合においても、第2の造形物についての探索済み加工形状を基に、第1の造形物についての加工形状を探索しても良い。第1の造形物の形状は、第2の造形物の形状を一定のサイズ比で変化させた形状である。かかる場合について、第1の造形物の形状は、第2の造形物の形状とは互いに類似であるものとする。 In the third embodiment, even if the shape of the first object and the shape of the second object are not similar to each other, the shape of the first object is determined based on the searched processed shape of the second object. It is also possible to search for a processed shape for a modeled object. Even if the shape of the first object is different from the shape of the second object in height in the Z-axis direction or length in the X-axis direction, the search for the second object can be performed. A processed shape for the first shaped object may be searched based on the completed processed shape. The shape of the first object is a shape obtained by changing the shape of the second object at a constant size ratio. In such a case, the shape of the first shaped object is assumed to be similar to the shape of the second shaped object.
図12は、実施の形態3の変形例について説明するための図である。図12に示す造形物30dは、加工条件の対象である第1の造形物である。造形物30cについては、実施の形態1または2に示す場合と同様に、加工条件の探索が既に行われているとする。造形物30cは、加工条件が既に探索されている第2の造形物である。造形物30dの形状と、造形物30cの形状とは、互いに類似である。造形物30dの形状は、造形物30cの形状SBを、X軸方向とZ軸方向とにおいてサイズ比R2で縮小したものである。
FIG. 12 is a diagram for explaining a modification of the third embodiment. A shaped
探索処理部15は、探索済み加工条件における供給量Wと指令位置との紐付けを、サイズ比R2を用いて変化させることによって、初期加工条件における供給量Wと指令位置との紐付けを決定する。このように、探索処理部15は、造形物30dについての加工条件を探索する際における初期加工条件として、造形物30cの探索済み加工条件をサイズ比R2に基づいて調整した加工条件を使用する。探索処理部15は、造形物30cについての探索済み加工条件を基に、造形物30dについての加工条件を探索する。変形例の場合も、付加製造装置100は、探索済み加工条件を基に加工条件を探索することによって、探索に要する時間を短縮させることができる。
The search processing unit 15 determines the link between the supply amount W and the command position in the initial processing conditions by changing the link between the supply amount W and the command position in the searched processing conditions using the size ratio R2. do. In this way, the search processing unit 15 uses the processing conditions obtained by adjusting the searched processing conditions for the
実施の形態4.
実施の形態4では、形状誤差が許容範囲内になったときに加工条件の探索を終了する例について説明する。図13は、実施の形態4にかかる付加製造装置の動作について説明するための図である。実施の形態4では、上記の実施の形態1から3と同一の構成要素には同一の符号を付し、実施の形態1から3とは異なる構成について主に説明する。
Embodiment 4.
In Embodiment 4, an example will be described in which the search for machining conditions is terminated when the shape error falls within an allowable range. FIG. 13 is a diagram for explaining the operation of the additive manufacturing apparatus according to the fourth embodiment. In Embodiment 4, the same components as in
実施の形態4では、目的関数更新部14は、目的関数の値があらかじめ設定された範囲内に収束された場合に、目的関数の値の更新を終了する。探索処理部15は、目的関数更新部14が更新を終了したことを受けて、形状誤差であるΔz1,Δz2,Δz3の各々があらかじめ設定された閾値未満となったときに、加工条件の探索を終了する。m回の製造と加工条件の探索とが繰り返されるによって目的関数の値が最小化されるとした場合に、m-k回目に製造された造形物30である造形物30-(m-k)について、目的関数の値の更新を終了すると判断された場合に、付加製造装置100は、造形物30についての加工条件の探索を終了する。kは、m未満の整数である。
In the fourth embodiment, the objective function updating unit 14 finishes updating the objective function value when the objective function value is converged within a preset range. The search processing unit 15 starts searching for machining conditions when each of the shape errors Δz1, Δz2, and Δz3 becomes less than a preset threshold in response to the objective function updating unit 14 completing the update. finish. If it is assumed that the value of the objective function is minimized by repeating m-times of manufacturing and searching for processing conditions, then the object 30-(m-k) which is the
実施の形態4によると、付加製造装置100は、形状誤差が許容範囲内になったときに加工条件の探索を終了することによって、探索に要する時間を短縮させることができる。 According to the fourth embodiment, the additive manufacturing apparatus 100 can shorten the time required for the search by ending the search for processing conditions when the shape error falls within the allowable range.
次に、実施の形態1から4にかかる加工条件探索装置10,50が有するハードウェア構成について説明する。図14は、実施の形態1から4にかかる加工条件探索装置が有するハードウェア構成例を示す図である。図14には、プログラムを実行するハードウェアを用いることによって加工条件探索装置10,50の機能が実現される場合におけるハードウェア構成を示している。 Next, the hardware configuration of the machining condition search devices 10 and 50 according to the first to fourth embodiments will be described. FIG. 14 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the processing condition search device according to the first to fourth embodiments. FIG. 14 shows a hardware configuration in which the functions of the machining condition search devices 10 and 50 are realized by using hardware that executes a program.
加工条件探索装置10,50は、各種処理を実行するプロセッサ61と、内蔵メモリであるメモリ62と、情報を記憶する記憶装置63と、加工条件探索装置10,50への情報の入力と加工条件探索装置10,50からの情報の出力のためのインタフェース回路64とを有する。 The machining condition search devices 10 and 50 include a processor 61 that executes various processes, a memory 62 that is a built-in memory, a storage device 63 that stores information, and input of information to the machining condition search devices 10 and 50 and processing conditions. It has an interface circuit 64 for outputting information from the search devices 10 and 50.
プロセッサ61は、CPU(Central Processing Unit)である。プロセッサ61は、処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、又はDSP(Digital Signal Processor)であっても良い。メモリ62は、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)またはEEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)である。 The processor 61 is a CPU (Central Processing Unit). The processor 61 may be a processing device, a microprocessor, a microcomputer, or a DSP (Digital Signal Processor). The memory 62 is a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or an EEPROM (registered trademark) (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory).
記憶装置63は、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)である。コンピュータを加工条件探索装置10として機能させるプログラムは、記憶装置63に格納される。プロセッサ61は、記憶装置63に格納されているプログラムをメモリ62に読み出して実行する。 The storage device 63 is an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive). A program that causes the computer to function as the processing condition search device 10 is stored in the storage device 63. The processor 61 reads the program stored in the storage device 63 into the memory 62 and executes it.
プログラムは、コンピュータシステムによる読み取りが可能とされた記憶媒体に記憶されたものであっても良い。加工条件探索装置10,50は、記憶媒体に記録されたプログラムをメモリ62へ格納しても良い。記憶媒体は、フレキシブルディスクである可搬型記憶媒体、あるいは半導体メモリであるフラッシュメモリであっても良い。プログラムは、他のコンピュータあるいはサーバ装置から通信ネットワークを介してコンピュータシステムへインストールされても良い。 The program may be stored in a storage medium that can be read by a computer system. The machining condition search devices 10 and 50 may store a program recorded on a storage medium in the memory 62. The storage medium may be a portable storage medium such as a flexible disk, or a flash memory such as semiconductor memory. The program may be installed onto the computer system from another computer or server device via a communications network.
目的関数更新部14、探索処理部15およびシミュレーション部51の機能は、プロセッサ61とソフトウェアの組み合わせによって実現される。当該各機能は、プロセッサ61およびファームウェアの組み合わせによって実現されても良く、プロセッサ61、ソフトウェアおよびファームウェアの組み合わせによって実現されても良い。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、記憶装置63に格納される。モデル記憶部43の各機能は、記憶装置63の使用により実現される。インタフェース回路64は、ハードウェアに接続される外部機器からの信号を受信する。外部機器は、数値制御装置11、加工部12および測定器13である。
The functions of the objective function update section 14, search processing section 15, and
以上の各実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものである。各実施の形態の構成は、別の公知の技術と組み合わせることが可能である。各実施の形態の構成同士が適宜組み合わせられても良い。本開示の要旨を逸脱しない範囲で、各実施の形態の構成の一部を省略または変更することが可能である。 The configurations shown in each of the embodiments above are examples of the contents of the present disclosure. The configuration of each embodiment can be combined with other known techniques. The configurations of each embodiment may be combined as appropriate. It is possible to omit or change a part of the configuration of each embodiment without departing from the gist of the present disclosure.
10,50 加工条件探索装置、11 数値制御装置、12 加工部、13 測定器、14 目的関数更新部、15 探索処理部、16 加工プログラム解析部、17 指令生成部、18 加工条件出力部、19 切り換え部、20 レーザ発振器、21 材料供給部、22 軸駆動部、23 信号、24 指令位置情報、25 測定値、26 加工条件情報、30,30-1,30-2,30-(m-k),30-m,30a,30b,30c,30d 造形物、31 第1層、32 第2層、33 第3層、34-2,34-3 材料、41 学習装置、42 推論装置、43 モデル記憶部、44,48 データ取得部、45 モデル生成部、46 報酬計算部、47 関数更新部、49 推論部、51 シミュレーション部、61 プロセッサ、62 メモリ、63 記憶装置、64 インタフェース回路、100 付加製造装置。 10, 50 machining condition search device, 11 numerical control device, 12 machining unit, 13 measuring device, 14 objective function update unit, 15 search processing unit, 16 machining program analysis unit, 17 command generation unit, 18 machining condition output unit, 19 Switching unit, 20 Laser oscillator, 21 Material supply unit, 22 Axis drive unit, 23 Signal, 24 Command position information, 25 Measured value, 26 Processing condition information, 30, 30-1, 30-2, 30-(m-k ), 30-m, 30a, 30b, 30c, 30d Modeled object, 31 1st layer, 32 2nd layer, 33 3rd layer, 34-2, 34-3 Material, 41 Learning device, 42 Inference device, 43 Model Storage unit, 44, 48 Data acquisition unit, 45 Model generation unit, 46 Reward calculation unit, 47 Function update unit, 49 Inference unit, 51 Simulation unit, 61 Processor, 62 Memory, 63 Storage device, 64 Interface circuit, 100 Additive manufacturing Device.
Claims (9)
前記造形物の形状誤差を表す目的関数へ、製造された前記造形物の層を測定した結果である測定値を入力することにより前記目的関数の値を更新する目的関数更新部と、
前記目的関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件を探索する探索処理部と、
前記ビームの移動経路上における補間点群を示す指令を生成する指令生成部と、を備え、
前記目的関数更新部は、前記補間点群に含まれる各補間点の位置である指令位置ごとにおける前記測定値を前記目的関数へ入力することにより前記目的関数を更新し、
前記探索処理部は、前記指令位置ごとの前記加工条件を探索することを特徴とする付加製造装置。 An additive manufacturing device that manufactures a shaped object by melting a filler material by beam irradiation and stacking layers that are solidified products of the melted filler material,
an objective function updating unit that updates a value of the objective function by inputting a measurement value that is a result of measuring a layer of the manufactured object into an objective function representing a shape error of the object;
a search processing unit that searches for machining conditions based on evaluation based on the value of the objective function ;
a command generation unit that generates a command indicating a group of interpolation points on the movement path of the beam ,
The objective function updating unit updates the objective function by inputting the measured value at each command position, which is the position of each interpolation point included in the interpolation point group, to the objective function,
The additive manufacturing apparatus is characterized in that the search processing section searches for the processing conditions for each of the commanded positions .
前記推論装置は、前記学習済モデルを用いて、前記目的関数を最小化させる前記加工条件であって前記指令位置ごとの前記加工条件を推論することを特徴とする請求項6に記載の付加製造装置。 The search processing unit includes a learning device that generates a trained model for inferring the machining conditions for each commanded position, which are the machining conditions that minimize the objective function,
Additive manufacturing according to claim 6 , wherein the inference device uses the learned model to infer the machining conditions for each of the commanded positions, which are the machining conditions that minimize the objective function. Device.
前記指令位置ごとの前記測定値と、前記指令位置ごとの前記加工条件情報と、前記指令位置ごとの前記目標形状データとをまとめ合わせたデータセットを用いて前記学習済モデルを生成するモデル生成部と、を有することを特徴とする請求項7に記載の付加製造装置。 The learning device includes a data acquisition unit that acquires the command position information, the measured value, processing condition information indicating the processing conditions, and target shape data indicating the target shape of the object;
a model generation unit that generates the learned model using a data set that includes the measured value for each commanded position, the machining condition information for each commanded position, and the target shape data for each commanded position; The additive manufacturing apparatus according to claim 7 , characterized in that it has the following.
前記造形物の形状誤差を表す目的関数へ、製造された前記造形物の層を測定した結果である測定値を入力することにより前記目的関数の値を更新する工程と、
前記目的関数の値を基準とする評価に基づいて加工条件を探索する工程と、
前記ビームの移動経路上における補間点群を示す指令を生成する工程と、を含み、
前記目的関数の値を更新する工程では、前記補間点群に含まれる各補間点の位置である指令位置ごとにおける前記測定値を前記目的関数へ入力することにより前記目的関数を更新し、
前記加工条件を探索する工程では、前記指令位置ごとの前記加工条件を探索することを特徴とする付加製造方法。 An additive manufacturing method for manufacturing a shaped object using an additive manufacturing device that melts a filler material by beam irradiation and stacks layers that are solidified products of the melted filler material, the method comprising:
updating the value of the objective function by inputting a measurement value that is a result of measuring a layer of the manufactured object into an objective function representing a shape error of the object ;
searching for processing conditions based on evaluation based on the value of the objective function ;
generating a command indicating a group of interpolation points on the movement path of the beam ,
In the step of updating the value of the objective function, the objective function is updated by inputting the measurement value at each command position, which is the position of each interpolation point included in the interpolation point group, into the objective function;
An additive manufacturing method characterized in that, in the step of searching for the processing conditions, the processing conditions are searched for each of the commanded positions .
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