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JP7744867B2 - Forming device, forming device unit, and forming system - Google Patents
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JP7744867B2 - Forming device, forming device unit, and forming system - Google Patents

Forming device, forming device unit, and forming system

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JP7744867B2 JP2022053375A JP2022053375A JP7744867B2 JP 7744867 B2 JP7744867 B2 JP 7744867B2 JP 2022053375 A JP2022053375 A JP 2022053375A JP 2022053375 A JP2022053375 A JP 2022053375A JP 7744867 B2 JP7744867 B2 JP 7744867B2
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Description

本発明は、造形装置造形装置ユニット及び造形システムに関する。 The present invention relates to a modeling apparatus , a modeling apparatus unit , and a modeling system .

従来、溶接用のマニピュレータ(ロボットアーム)を用いて溶融させた金属を積層することによって立体的な造形物を製造する、いわゆるWAAM(Wire Arc Additive Manufacturing)方式と呼ばれる造形手法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この造形手法では、MIG/MAG溶接等のようにワイヤ状の溶接金属を外部から供給し、ロボットアームを台車やクレーン、リフター等の搬送装置によって移動させることで、比較的に大型の造形が可能である。
Conventionally, a manufacturing method known as the Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) method is known, in which a three-dimensional object is manufactured by stacking molten metal using a welding manipulator (robot arm) (see, for example, Patent Document 1).
This manufacturing method allows for the creation of relatively large objects by supplying wire-like welding metal from an external source, as in MIG/MAG welding, and moving the robot arm using a transport device such as a cart, crane, or lifter.

特開2021-74981号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-74981

しかしながら、上記の造形手法では、造形可能なサイズが搬送装置の可動範囲に限定される。例えば天井クレーンを使用してロボットアームを移動させる場合、造形物の高さは天井クレーンの設置高さ未満に限定される。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、従来に比べて大型の造形を可能にすることを目的とする。
However, in the above-mentioned modeling methods, the size of the object that can be modeled is limited by the range of motion of the transport device. For example, when an overhead crane is used to move the robot arm, the height of the model is limited to less than the installation height of the overhead crane.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to enable the creation of larger objects than ever before.

本発明に係る造形装置は、
壁面に吸着して移動可能な移動機構と、
金属を積層可能な金属積層機構と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記移動機構を壁面に吸着させて移動させながら、前記金属積層機構により金属成形物の上面を造形する構成とした。
The molding apparatus according to the present invention comprises:
a moving mechanism that can move by adhering to a wall surface;
a metal lamination mechanism capable of laminating metal;
a control unit,
The control unit is configured to move the moving mechanism by adsorbing it to a wall surface, while causing the metal layering mechanism to shape the upper surface of the metal molded product .

本発明によれば、従来に比べて大型の造形が可能になる。 This invention makes it possible to create larger objects than ever before.

実施形態に係る造形システムを示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a modeling system according to an embodiment. 実施形態に係る造形ロボットの斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a modeling robot according to an embodiment. 実施形態に係るトーチの先端部周辺を示す図である。FIG. 2 is a view showing the periphery of the tip of the torch according to the embodiment. 実施形態に係る造形システムの概略の制御構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a schematic control configuration of the molding system according to the embodiment. 実施形態に係る造形処理を説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining a forming process according to an embodiment. 実施形態に係る造形処理を説明するための図である。1A to 1C are diagrams for explaining a forming process according to an embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

[造形システムの構成]
図1は、本実施形態に係る造形システム1を示す概念図である。
この図に示すように、造形システム1は、造形ロボット10により金属製の立体造形物を作製するためのものである。具体的に、造形システム1は、造形ロボット10と、ワイヤ送給機5と、制御装置4とを備える。
[Configuration of the modeling system]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a modeling system 1 according to this embodiment.
As shown in this figure, the modeling system 1 is for producing a three-dimensional metal object using a modeling robot 10. Specifically, the modeling system 1 includes the modeling robot 10, a wire feeder 5, and a control device 4.

図2は、造形ロボット10の斜視図である。
この図に示すように、造形ロボット10は、溶融させた金属を積層することで立体的な造形物を作製する、いわゆるWAAM方式(Wire Arc Additive Manufacturing)による三次元造形装置である。
なお、以下の構成の説明では、互いに直交するXYZの各方向を、各図に示すとおり設定する。一例として、XY平面が水平、Z方向が鉛直方向となっている。
FIG. 2 is a perspective view of the modeling robot 10.
As shown in this figure, the modeling robot 10 is a three-dimensional modeling device that uses the so-called WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) method to create a three-dimensional object by stacking molten metal.
In the following description of the configuration, the mutually orthogonal X, Y, and Z directions are set as shown in the drawings. As an example, the XY plane is horizontal, and the Z direction is vertical.

具体的に、造形ロボット10は、車体11と、車体11上に搭載された造形機構30とを備える。
車体11は、本発明に係る移動機構の一例であり、造形機構30を搭載するフレーム12と、これを支持する4つの車輪18とを備える。
各車輪18(車輪本体)は、球状(球殻状)に形成され、フレーム12に設けられた回動支持部13により回転可能に支持されている。各回動支持部13の外側には、各車輪18を回転駆動させる駆動部16が固定されている。駆動部16は、例えばギアモータ(ギアードモータ)で構成され、車輪18に連結されている。そして、駆動部16が作動することにより、車輪18を回転させることができる。この回転により、造形ロボット10は、任意の面上を走行することができる。
なお、車輪18の配置数は、本実施形態では4つであるが、これに限定されない。
Specifically, the modeling robot 10 includes a vehicle body 11 and a modeling mechanism 30 mounted on the vehicle body 11 .
The vehicle body 11 is an example of a moving mechanism according to the present invention, and includes a frame 12 on which the shaping mechanism 30 is mounted, and four wheels 18 that support the frame 12.
Each wheel 18 (wheel body) is formed in a spherical shape (spherical shell shape) and is rotatably supported by a rotation support part 13 provided on the frame 12. A drive part 16 that rotates each wheel 18 is fixed to the outside of each rotation support part 13. The drive part 16 is formed, for example, by a gear motor (geared motor) and is connected to the wheel 18. The drive part 16 is operated to rotate the wheel 18. This rotation allows the modeling robot 10 to travel on any surface.
The number of wheels 18 arranged is four in this embodiment, but is not limited to this.

また、各車輪18には電磁石19(磁力発生手段)が内蔵されている。電磁石19は、移動のための車輪18(外殻)の回転とは独立してその磁極方向(吸引力発生方向)を変更可能なように構成されている。このような電磁石19により、車輪18の接地面に垂直な方向に磁力(吸引力)を発生させ、走行のためのトラクションが得られる。さらには、車輪18を金属製の壁面に吸着させて、当該壁面上を移動できる。なお、各車輪18に内蔵される磁力発生手段は、磁極方向を変更可能であれば電磁石に限定されず、例えば永久磁石等であってもよい。 Each wheel 18 also has a built-in electromagnet 19 (magnetic force generating means). The electromagnet 19 is configured so that its magnetic pole direction (direction of attractive force generation) can be changed independently of the rotation of the wheel 18 (outer shell) for movement. Such electromagnets 19 generate a magnetic force (attraction force) in a direction perpendicular to the contact surface of the wheel 18, providing traction for movement. Furthermore, the wheels 18 can be attracted to a metal wall surface and move along the wall. Note that the magnetic force generating means built into each wheel 18 is not limited to electromagnets as long as it is capable of changing its magnetic pole direction, and may be, for example, a permanent magnet.

造形機構30は、車体11のフレーム12上に搭載されている。造形機構30は、本発明に係る金属積層機構の一例であり、トーチ34と、トーチ34を変位可能に支持する変位機構35とを備える。
トーチ34は、アーク放電により金属製のワイヤ(溶加材)Wを溶融する作業ツールである。造形ロボット10(造形機構30)は、MIG、MAG、TIG等の溶接方式により、トーチ34で金属製のワイヤWを溶融して積層していくことで、金属製の立体造形物を作製する。
The molding mechanism 30 is mounted on the frame 12 of the vehicle body 11. The molding mechanism 30 is an example of a metal laminating mechanism according to the present invention, and includes a torch 34 and a displacement mechanism 35 that supports the torch 34 so that it can be displaced.
The torch 34 is a work tool that uses arc discharge to melt a metal wire (filler material) W. The modeling robot 10 (modeling mechanism 30) melts and layers the metal wire W with the torch 34 using a welding method such as MIG, MAG, or TIG, thereby producing a three-dimensional metal model.

変位機構35は、第1移動機構351と、第2移動機構352と、第3移動機構353と、回動機構(角度調整機構)354とを有する。
第1移動機構351は、トーチ34を車体11に対して、Y方向に移動させる機構である。
The displacement mechanism 35 includes a first moving mechanism 351 , a second moving mechanism 352 , a third moving mechanism 353 , and a rotation mechanism (angle adjustment mechanism) 354 .
The first moving mechanism 351 is a mechanism that moves the torch 34 in the Y direction relative to the vehicle body 11 .

第1移動機構351には、第2移動機構352が連結されている。第2移動機構352は、トーチ34を車体11に対して、X方向に移動させる機構である。
第2移動機構352には、第3移動機構353が連結されている。第3移動機構353は、トーチ34を車体11に対して、上下方向(Z方向)に移動させる機構である。
A second moving mechanism 352 is connected to the first moving mechanism 351. The second moving mechanism 352 is a mechanism that moves the torch 34 relative to the vehicle body 11 in the X direction.
A third movement mechanism 353 is connected to the second movement mechanism 352. The third movement mechanism 353 is a mechanism that moves the torch 34 in the vertical direction (Z direction) relative to the vehicle body 11.

第3移動機構353には、回動機構354が連結されている。回動機構354は、連結部355を介してトーチ34と連結されている。この回動機構354は、トーチ34を車体11に対して水平軸回りに回動させる機構である。
このような構成の変位機構35により、トーチ34の位置および姿勢を適宜変更することができる。
A rotation mechanism 354 is connected to the third movement mechanism 353. The rotation mechanism 354 is connected to the torch 34 via a connecting portion 355. The rotation mechanism 354 is a mechanism that rotates the torch 34 about a horizontal axis relative to the vehicle body 11.
The displacement mechanism 35 configured in this manner allows the position and attitude of the torch 34 to be changed as appropriate.

図3は、トーチ34の先端部周辺を示す図である。
この図に示すように、トーチ34には、連結部材371を介して、撮像部37が連結、支持されている。撮像部37は、例えばCMOSカメラやCCDカメラ等で構成され、トーチ34およびワイヤWを含む撮影対象を撮像し、その画像情報を取得する。取得された画像情報は制御装置4に送信される。本実施形態の撮像部37は、造形ロボット10の進行方向(例えば、-Y方向)側の斜め上方から、トーチ34周辺の溶融部(ワイヤWが溶融している部分)を撮影する。
また、トーチ34には、レーザ光照射部39も支持されている。レーザ光照射部39は、溶融部周辺に向けてレーザ光LBを照射する。本実施形態のレーザ光照射部39は、トーチ34とX方向で同じ位置に、トーチ34のY方向に隣り合って配置されている。これにより、レーザ光照射部39からのレーザ光LBは、その中心がトーチ34とX方向で同じ位置で照射される。また、本実施形態のレーザ光照射部39は、レーザ光LBとして、X方向に沿ったラインレーザ光を照射するよう構成されている。これにより、撮像部37で成形済みの金属等の形状を正確に検出することができる。
FIG. 3 is a diagram showing the periphery of the tip of the torch 34. As shown in FIG.
As shown in this figure, the imaging unit 37 is connected to and supported by the torch 34 via a connecting member 371. The imaging unit 37 is composed of, for example, a CMOS camera or a CCD camera, and captures an image of the object to be photographed, including the torch 34 and the wire W, and acquires the image information. The acquired image information is transmitted to the control device 4. The imaging unit 37 in this embodiment captures an image of the molten zone (the portion where the wire W is molten) around the torch 34 from diagonally above in the traveling direction (for example, the −Y direction) of the modeling robot 10.
The torch 34 also supports a laser beam irradiator 39. The laser beam irradiator 39 irradiates the periphery of the molten portion with a laser beam LB. In this embodiment, the laser beam irradiator 39 is disposed at the same position as the torch 34 in the X direction and adjacent to the torch 34 in the Y direction. This allows the laser beam LB from the laser beam irradiator 39 to be irradiated with its center at the same position as the torch 34 in the X direction. In addition, the laser beam irradiator 39 in this embodiment is configured to irradiate a line laser beam along the X direction as the laser beam LB. This allows the imaging unit 37 to accurately detect the shape of the formed metal or the like.

図4は、造形システム1の概略の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、造形ロボット10は、上記構成のほか、通信部101と、制御部102と、位置計測装置110とを有する。
通信部101は、制御装置4との間で各種情報を送受信可能な通信デバイスである。具体的に、通信部101は、制御装置4から送信されてきた信号を受信したり、撮像部37が取得した画像情報等を制御装置4に送信したりする。
制御部102は、例えば制御装置4からの動作指令や所定の動作プログラムに基づいて、造形ロボット10の各部の動作を制御する。
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic control configuration of the modeling system 1.
As shown in this figure, the modeling robot 10 has a communication unit 101, a control unit 102, and a position measurement device 110 in addition to the above configuration.
The communication unit 101 is a communication device capable of transmitting and receiving various types of information to and from the control device 4. Specifically, the communication unit 101 receives signals transmitted from the control device 4 and transmits image information acquired by the imaging unit 37 to the control device 4.
The control unit 102 controls the operation of each part of the modeling robot 10 based on, for example, an operation command from the control device 4 or a predetermined operation program.

位置計測装置110は、造形ロボット10自身の位置を計測するものである。位置計測装置110の具体構成は特に限定されず、例えば、GNSS(衛星測位システム)を利用するものでもよい。あるいは、走行方向を計測するセンサ(慣性計測装置等)と走行距離センサとを用い、微少時間に走行した方向と距離とを逐次積算して位置を計測するものでもよいし、作業エリアの各所に配置されたリフレクタ(マーカ)を光学センサで検出して、予め設定されているリフレクタの配置情報と照合することで造形ロボット10の位置を計測するものや、レーザ光LBを撮像部37で撮影した結果を画像処理することで得た金属成形物の位置を基準にして造形ロボット10の位置を算出するもの等でもよい。 The position measurement device 110 measures the position of the modeling robot 10 itself. The specific configuration of the position measurement device 110 is not particularly limited, and it may, for example, be one that uses a Global Navigation Satellite System (GNSS). Alternatively, it may use a sensor that measures the traveling direction (such as an inertial measurement unit) and a traveling distance sensor to measure the position by sequentially integrating the direction and distance traveled over a very short period of time. Alternatively, it may measure the position of the modeling robot 10 by detecting reflectors (markers) placed at various locations in the work area with an optical sensor and comparing the detected reflectors with preset reflector placement information. Alternatively, it may calculate the position of the modeling robot 10 based on the position of the metal molded product obtained by image processing the results of capturing laser light LB with the imaging unit 37.

制御装置4は、例えばパーソナルコンピュータで構成される。制御装置4は、造形ロボット10及びワイヤ送給機5と電気的に接続されており、造形システム1各部の動作を統括的に制御する。なお、「電気的な接続」とは、無線による接続、有線による接続のいずれもでもよい。
具体的に、制御装置4は、CPU41と、記憶部42と、通信部43と、入力部44と、表示部45とを有する。
The control device 4 is configured by, for example, a personal computer. The control device 4 is electrically connected to the modeling robot 10 and the wire feeder 5, and comprehensively controls the operation of each part of the modeling system 1. Note that the "electrical connection" may be either a wireless connection or a wired connection.
Specifically, the control device 4 includes a CPU 41 , a storage unit 42 , a communication unit 43 , an input unit 44 , and a display unit 45 .

CPU41は、入力部44の操作内容等に基づいて制御装置4の各部を動作させたり、記憶部42に予め記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。
記憶部42は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等により構成されるメモリであり、各種のプログラム及びデータを記憶するとともに、CPU41の作業領域としても機能する。本実施形態の記憶部は、後述の造形処理を実行するためのプログラムを記憶している。
The CPU 41 operates each part of the control device 4 based on the operation content of the input unit 44, deploys programs pre-stored in the memory unit 42, and works in conjunction with the deployed programs to execute various processes.
The storage unit 42 is a memory configured by RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), etc., and stores various programs and data, and also functions as a work area for the CPU 41. The storage unit of this embodiment stores a program for executing a formation process, which will be described later.

通信部43は、造形ロボット10及びワイヤ送給機5との間で各種情報を送受信可能な通信デバイスである。
入力部44は、ユーザが制御装置4を動作させるための各種操作を行う操作手段であり、例えばマウス等のポインティングデバイスやキーボードを含む。
表示部45は、例えば液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイその他のディスプレイで構成され、CPU41からの表示信号に基づいて各種情報を表示する。本実施形態の表示部45は、撮像部17で撮像された画像等を表示する。なお、表示部45は、入力部44の一部を兼ねるタッチパネルであってもよい。
The communication unit 43 is a communication device capable of transmitting and receiving various information between the modeling robot 10 and the wire feeder 5 .
The input unit 44 is an operation means by which the user performs various operations to operate the control device 4, and includes, for example, a pointing device such as a mouse and a keyboard.
The display unit 45 is configured with, for example, a liquid crystal display, an organic EL display, or other display, and displays various information based on a display signal from the CPU 41. The display unit 45 of this embodiment displays images captured by the imaging unit 17, etc. The display unit 45 may be a touch panel that also serves as part of the input unit 44.

ワイヤ送給機5は、造形ロボット10に対し、その移動に追従しながらワイヤW、電力及びガスを供給する移動ロボットである。ワイヤ送給機5は、十分な長さのワイヤWを、例えばワイヤリール(図示省略)に巻回された状態で保持している。また、ワイヤ送給機5は、所定長さ(例えば最大約10m)のケーブルC1で造形ロボット10と連結されるとともに、十分な長さ(例えば最大数十m)のケーブルC2で電力ガス供給源(図示省略)と連結されている(図1参照)。そして、ワイヤ送給機5は、ケーブルC2を通じて電力ガス供給源から電力及びガスの供給を受け、ケーブルC1を通じてワイヤW、電力及びガスを造形ロボット10に供給する。
ただし、ワイヤ送給機5は、造形ロボット10とは独立して移動可能であって、少なくともワイヤWを造形ロボット10に供給できるものであればよい。
The wire feeder 5 is a mobile robot that supplies the wire W, electricity, and gas to the modeling robot 10 while following its movement. The wire feeder 5 holds a sufficient length of wire W, for example, wound on a wire reel (not shown). The wire feeder 5 is connected to the modeling robot 10 by a cable C1 of a predetermined length (e.g., up to approximately 10 m) and to an electricity and gas supply source (not shown) by a cable C2 of a sufficient length (e.g., up to several tens of meters) (see FIG. 1). The wire feeder 5 receives electricity and gas from the electricity and gas supply source via the cable C2 and supplies the wire W, electricity, and gas to the modeling robot 10 via the cable C1.
However, the wire feeder 5 may be movable independently of the modeling robot 10 and may at least supply the wire W to the modeling robot 10 .

具体的に、ワイヤ送給機5は、制御部51と、駆動部53と、通信部54とを有する。
制御部51は、例えば制御装置4又は造形ロボット10からの動作指令に基づいて、ワイヤ送給機5の各部の動作を制御する。
駆動部53は、車輪531(図1参照)を回転駆動させてワイヤ送給機5を移動させるものである。なお、ワイヤ送給機5の車輪531は、造形ロボット10の車輪18と同様に、壁面に吸着してトラクションを得られるように構成されるのが好ましい。
通信部54は、制御装置4又は造形ロボット10との間で各種情報を送受信可能な通信デバイスである。
なお、ワイヤ送給機5は、例えば制御装置4又は造形ロボット10からの指令に基づいて、ワイヤW、電力及びガスの少なくとも1つの供給量を制御できるように構成されていてもよい。
Specifically, the wire feeder 5 has a control unit 51 , a drive unit 53 , and a communication unit 54 .
The control unit 51 controls the operation of each part of the wire feeder 5 based on, for example, an operation command from the control device 4 or the modeling robot 10 .
The drive unit 53 rotates and drives the wheels 531 (see FIG. 1 ) to move the wire feeder 5. Note that, similar to the wheels 18 of the modeling robot 10, the wheels 531 of the wire feeder 5 are preferably configured to adhere to a wall surface to obtain traction.
The communication unit 54 is a communication device capable of sending and receiving various information to and from the control device 4 or the modeling robot 10 .
The wire feeder 5 may be configured to control the supply amount of at least one of the wire W, electricity, and gas based on commands from the control device 4 or the modeling robot 10, for example.

[造形動作]
続いて、造形システム1が立体造形を行うときに実行される造形処理について説明する。
図5及び図6は、この造形処理を説明するための図である。
造形処理は、例えばユーザ操作に基づいて、制御装置4のCPU41が記憶部42から該当プログラムを読み出して展開することで実行される。
[Modeling operation]
Next, a description will be given of a modeling process executed when the modeling system 1 performs three-dimensional modeling.
5 and 6 are diagrams for explaining this forming process.
The formation process is executed by the CPU 41 of the control device 4 reading out and developing a corresponding program from the storage unit 42 based on, for example, a user operation.

造形処理が実行されると、まず制御装置4のCPU41は、ユーザ操作に基づいて、造形ロボット10の移動経路と、当該移動経路におけるワイヤWの溶融(積層)タイミングとを設定する。
ここでは、ユーザが所望の造形物の形状データ(例えば三次元CADデータ)を入力すると、CPU41が当該形状データを解析して移動経路及び溶融タイミングを設定し、そのデータを記憶部42に記憶させる。
When the modeling process is executed, first, the CPU 41 of the control device 4 sets the movement path of the modeling robot 10 and the timing of melting (stacking) the wire W along the movement path based on a user operation.
Here, when the user inputs shape data (for example, three-dimensional CAD data) of a desired object, the CPU 41 analyzes the shape data, sets a movement path and melting timing, and stores the data in the storage unit 42.

次に、CPU41は、設定された造形ロボット10の移動経路及び溶融タイミングに基づいて、造形ロボット10を動作させる。
造形ロボット10の制御部102は、制御装置4から送信された動作指令に基づいて各部を動作させる。これにより、造形ロボット10は、設定された移動経路に沿って移動しながら、トーチ34の先端(下端)から下方にワイヤWを供給しつつ当該ワイヤWを溶融して積層させ、立体造形を行う。造形ロボット10の位置は、位置計測装置110で取得されて制御装置4に送信される。このとき、ワイヤ送給機5は、造形ロボット10からケーブルC1の長さ範囲内に位置するように適宜移動しながら、ワイヤW、電力及びガスを造形ロボット10に供給する。
Next, the CPU 41 operates the model-forming robot 10 based on the set movement path and melting timing of the model-forming robot 10 .
The control unit 102 of the modeling robot 10 operates each unit based on operation commands transmitted from the control device 4. As a result, the modeling robot 10 moves along a set movement path while supplying wire W downward from the tip (lower end) of the torch 34, melting and layering the wire W, and performing three-dimensional modeling. The position of the modeling robot 10 is acquired by the position measurement device 110 and transmitted to the control device 4. At this time, the wire feeder 5 supplies wire W, electricity, and gas to the modeling robot 10 while moving appropriately so as to be positioned within the length of the cable C1 from the modeling robot 10.

ここで、円筒状の造形物を作製する場合の造形ロボット10の動作について具体的に説明する。
図5(a)に示すように、まず造形ロボット10は、例えば基板S上で円を描くように走行しながら、ワイヤWの溶融・積層を行うことで、溶融されたワイヤWが固化した金属成形物Mが円状に形成されていく。金属成形物Mに径方向の厚みを持たせる場合には、造形ロボット10が異なる半径の円を描くように移動すればよい。
Here, the operation of the modeling robot 10 when manufacturing a cylindrical model will be specifically described.
5A, first, the modeling robot 10 melts and layers the wire W while traveling, for example, in a circular motion on the substrate S, and a circular metal molded object M is formed by solidifying the molten wire W. To give the metal molded object M a radial thickness, the modeling robot 10 may move in a circular motion with different radii.

積層を繰り返して、金属成形物Mの高さがトーチ34の上下方向の可動範囲を超えたら、図5(b)に示すように、造形ロボット10は、車輪18を壁面に吸着させ、壁面を走行しながら金属成形物Mの上面をさらに造形していく。造形ロボット10の高さ位置がケーブルC1の長さを超える場合には、図6(a)に示すように、ワイヤ送給機5も車輪531を壁面に吸着させて壁面を走行させればよい。
これにより、図6(b)に示すように、大型・長大な円筒状の造形物であっても好適にこれを造形することができる。
When the height of the metal molding M exceeds the vertical movement range of the torch 34 after repeated stacking, as shown in Fig. 5(b), the modeling robot 10 attaches the wheels 18 to the wall surface and travels along the wall surface to further model the upper surface of the metal molding M. If the height position of the modeling robot 10 exceeds the length of the cable C1, as shown in Fig. 6(a), the wire feeder 5 also attaches the wheels 531 to the wall surface and travels along the wall surface.
This makes it possible to suitably form even a large, long cylindrical object, as shown in FIG. 6(b).

なお、造形ロボット10が造形可能な形状は円筒状に限定されない。造形ロボット10が曲面上を走行可能であれば曲面形状も自由に造形可能であるし、トーチ34を伸ばして届く範囲であれば走行困難な形状でも造形できる。
また、造形ロボット10の具体的な運用手法は特に限定されず、例えば巨大な造形物等は複数台の造形ロボット10で分担して造形してもよい。
The shapes that the modeling robot 10 can model are not limited to cylindrical shapes. If the modeling robot 10 can move on a curved surface, it can freely model any curved shape, and it can even model shapes that are difficult to move on as long as the torch 34 can reach them.
Furthermore, the specific operation method of the modeling robot 10 is not particularly limited, and for example, a large model may be formed by multiple modeling robots 10 in a shared manner.

[本実施形態の技術的効果]
以上のように、本実施形態によれば、造形ロボット10が、壁面に吸着して移動可能な車体11と、金属を積層可能な造形機構30とを備えている。
これにより、溶接ツール(ロボットアーム)を台車やクレーン、リフター等の搬送装置で移動させていた従来と異なり、搬送装置の可動範囲に起因する造形サイズの制限が無くなる。したがって、従来に比べて大型の造形が可能になる。
[Technical effect of this embodiment]
As described above, according to this embodiment, the modeling robot 10 includes the car body 11 that can move by adhering to a wall surface, and the modeling mechanism 30 that can stack metal.
This eliminates the limitations on model size imposed by the range of motion of the transport device, unlike the conventional method of moving the welding tool (robot arm) using a cart, crane, lifter, etc. Therefore, it is possible to create larger models than before.

また、本実施形態によれば、造形ロボット10とは独立して移動可能なワイヤ送給機5から造形ロボット10にワイヤW等を供給させている。
これにより、造形ロボット10自体にワイヤWを搭載する必要が無く、ワイヤ送給機5に造形ロボット10を追従させてワイヤW等を供給させることができる。したがって、造形ロボット10にワイヤWを送給するケーブルC1は、内部を通るワイヤWの摩擦等の理由から無制限に長くはできないところ、ワイヤ送給機5を独立して移動可能に構成することで、造形ロボット10の移動範囲、ひいては造形サイズの範囲を拡大することができる。
Furthermore, according to this embodiment, the wire W or the like is supplied to the model-forming robot 10 from the wire feeder 5 that is movable independently of the model-forming robot 10 .
This eliminates the need to mount the wire W on the modeling robot 10 itself, and allows the wire feeder 5 to follow the modeling robot 10 and supply the wire W. Therefore, although the cable C1 that feeds the wire W to the modeling robot 10 cannot be made infinitely long due to factors such as friction of the wire W passing through it, by configuring the wire feeder 5 to be independently movable, the range of movement of the modeling robot 10 and, ultimately, the range of modeling sizes can be expanded.

[その他]
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、制御装置4が造形ロボット10の動作を制御することとしたが、造形ロボット10の制御方法は特に限定されない。造形ロボット10がプログラム等により自律動作することとしてもよいし、オペレータに遠隔操作されることとしてもよい。遠隔操作される場合、造形ロボット10の撮像部17で撮影されたトーチ34周辺の溶接部の画像を表示部45にリアルタイム表示させてオペレータに見せるのがよい。
[others]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments.
For example, in the above embodiment, the control device 4 controls the operation of the model-forming robot 10, but the method of controlling the model-forming robot 10 is not particularly limited. The model-forming robot 10 may operate autonomously using a program or the like, or may be remotely controlled by an operator. When remotely controlled, it is preferable to display in real time on the display unit 45 an image of the welded portion around the torch 34 captured by the imaging unit 17 of the model-forming robot 10 so that the operator can see it.

また、上記実施形態では、球状の車輪18を磁力により地面(壁面)に吸着させることとしたが、車輪18の形状や吸着力の種類等は特に限定されない。例えば、車輪18の形状・構造が樽状であったり一般的なゴムタイヤ等であったりしてもよいし、車輪18表面の粘着力によって面に吸着するものであってもよい。ワイヤ送給機5の車輪531についても同様である。 In addition, in the above embodiment, the spherical wheels 18 are attached to the ground (wall surface) by magnetic force, but the shape of the wheels 18 and the type of adhesive force are not particularly limited. For example, the shape and structure of the wheels 18 may be barrel-shaped or may be a general rubber tire, or the wheels 18 may be attached to a surface by the adhesive force of their surfaces. The same applies to the wheels 531 of the wire feeder 5.

また、上記実施形態では、造形ロボット10の位置が、造形ロボット10自体に搭載された位置計測装置110によって取得されることとしたが、例えば車外に設置された計測装置によって取得されてもよい。 In addition, in the above embodiment, the position of the modeling robot 10 is acquired by a position measurement device 110 mounted on the modeling robot 10 itself, but it may also be acquired by a measurement device installed outside the vehicle, for example.

また、上記実施形態では、ワイヤ送給機5が電力ガス供給源から電力及びガスを供給されることとしたが、例えばワイヤ送給機5に電源バッテリやガスボンベを搭載させ、ここから造形ロボット10に電力及びガスを供給させてもよい。あるいは、ワイヤ送給機5自体に、ワイヤW、電源及びガスの少なくとも1つを搭載させ、それ以外が外部の供給源から供給されることとしてもよい。
また、ワイヤ送給機5の具体構成も特に限定されない。例えば、円弧状に動作する造形ロボット10との間でケーブルC1を捻じらないようにターンテーブル状に回転可能なものであってもよいし、造形ロボット10の高さ位置に追従しやすいように昇降機構を有するものなどであってもよい。
In the above embodiment, the wire feeder 5 is supplied with power and gas from the power and gas supply source, but the wire feeder 5 may be equipped with, for example, a power supply battery or a gas cylinder, which may supply power and gas to the modeling robot 10. Alternatively, the wire feeder 5 itself may be equipped with at least one of the wire W, a power supply, and gas, and the others may be supplied from an external supply source.
The specific configuration of the wire feeder 5 is also not particularly limited. For example, the wire feeder 5 may be rotatable like a turntable so as not to twist the cable C1 between the wire feeder 5 and the modeling robot 10, which moves in an arc, or may have an elevation mechanism so as to easily follow the height position of the modeling robot 10.

また、上記実施形態では、金属を積層可能な金属積層機構の一例として、いわゆるWAAM方式による造形が可能な造形機構30を挙げて説明した。しかし、本発明に係る金属積層機構はこのような造形機構に限定されず、例えば粉末又は液体樹脂をレーザ等で硬化させる手法等、3Dプリンタに採用されている手法のもの等を好適に採用できる。
また、本発明に係る造形装置は、造形物をゼロから作製するものに限定されず、例えば陥没した孔部等を造形的に補修するものにも好適に適用できる。
In the above embodiment, the metal lamination mechanism 30 capable of forming a shape by the so-called WAAM method has been described as an example of a metal lamination mechanism capable of laminating metal. However, the metal lamination mechanism according to the present invention is not limited to such a forming mechanism, and may suitably employ a method employed in a 3D printer, such as a method of hardening powder or liquid resin with a laser or the like.
Furthermore, the molding apparatus according to the present invention is not limited to those that create a molded object from scratch, but can also be suitably applied to those that repair a sunken hole or the like by molding, for example.

その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 In addition, the details shown in the above embodiment can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.

1 造形システム
4 制御装置
5 ワイヤ送給機(ワイヤ送給装置)
10 造形ロボット(造形装置)
11 車体(移動機構)
12 フレーム
18 車輪
19 電磁石(磁力発生手段)
30 造形機構(金属積層機構)
34 トーチ
41 CPU
531 車輪
C1 ケーブル
C2 ケーブル
M 金属成形物
W ワイヤ
1 Modeling system 4 Control device 5 Wire feeder (wire feeder)
10. Modeling robot (modeling device)
11 Vehicle body (movement mechanism)
12 Frame 18 Wheel 19 Electromagnet (magnetic force generating means)
30. Modeling mechanism (metal lamination mechanism)
34 Torch 41 CPU
531 Wheel C1 Cable C2 Cable M Metal molded object W Wire

Claims (6)

壁面に吸着して移動可能な移動機構と、
金属を積層可能な金属積層機構と、
制御部と、を備え、
前記制御部は、前記移動機構を壁面に吸着させて移動させながら、前記金属積層機構により金属成形物の上面を造形する、
造形装置。
a moving mechanism that can move by adhering to a wall surface;
a metal lamination mechanism capable of laminating metal;
a control unit,
The control unit causes the moving mechanism to move by adsorption to a wall surface, and shapes the upper surface of the metal molded object using the metal layering mechanism.
Modeling equipment.
前記金属積層機構は、金属製のワイヤをトーチで溶融させて積層させる、
請求項1に記載の造形装置。
The metal lamination mechanism melts and laminates metal wires with a torch.
The molding apparatus according to claim 1 .
前記移動機構は、球状に形成された車輪を有する、
請求項1又は請求項2に記載の造形装置。
The moving mechanism has a spherically formed wheel.
The molding apparatus according to claim 1 or 2.
前記車輪には、磁極方向を変更可能な磁力発生手段が内蔵されている、
請求項3に記載の造形装置。
The wheel has built-in magnetic force generating means capable of changing the magnetic pole direction.
The molding apparatus according to claim 3 .
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の造形装置と、
前記造形装置とは独立して移動可能に構成され、金属製のワイヤを収容して前記造形装置に供給するワイヤ送給装置と、
を備える造形装置ユニット。
The molding apparatus according to any one of claims 1 to 4,
a wire feeder configured to be movable independently of the modeling device and configured to store and supply a metal wire to the modeling device;
A molding device unit comprising:
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の造形装置と、The molding apparatus according to any one of claims 1 to 4,
前記造形装置の動作を制御する制御装置と、a control device that controls an operation of the molding device;
を備える造形システム。A molding system comprising:
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