特許第6834198号(P6834198)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6834198造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6834198
(24)【登録日】2021年2月8日
(45)【発行日】2021年2月24日
(54)【発明の名称】造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラム
(51)【国際特許分類】
   B29C 64/393 20170101AFI20210215BHJP
   B29C 64/30 20170101ALI20210215BHJP
   B33Y 30/00 20150101ALI20210215BHJP
   B33Y 10/00 20150101ALI20210215BHJP
   B33Y 50/02 20150101ALI20210215BHJP
【FI】
   B29C64/393
   B29C64/30
   B33Y30/00
   B33Y10/00
   B33Y50/02
【請求項の数】6
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2016-133625(P2016-133625)
(22)【出願日】2016年7月5日
(65)【公開番号】特開2018-1655(P2018-1655A)
(43)【公開日】2018年1月11日
【審査請求日】2019年4月17日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
(74)【代理人】
【識別番号】100089118
【弁理士】
【氏名又は名称】酒井 宏明
(72)【発明者】
【氏名】夏川 宜之
【審査官】 ▲高▼橋 理絵
(56)【参考文献】
【文献】 国際公開第2016/042810(WO,A1)
【文献】 特開2003−231182(JP,A)
【文献】 中国特許出願公開第104260358(CN,A)
【文献】 特開2016−107462(JP,A)
【文献】 国際公開第2016/075802(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B29C 64/00−64/40
B33Y 10/00−99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
造形物の3次元位置情報に基づいて、前記造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理部と、
造形中断時における前記複製物の3次元位置を示す第1の位置情報を取得する取得部と、
前記造形中断後の造形再開時において、前記複製物の3次元位置を検出するように前記造形部を制御し、検出された前記複製物の3次元位置を示す第2の位置情報を生成する生成部と、
前記第1の位置情報及び前記第2の位置情報の差異に基づいて、前記複製物の造形再開位置を、前記第1の位置情報から前記第2の位置情報補正する補正部と、
前記造形再開位置で示される3次元位置から前記複製物の造形を再開するように、前記造形部を制御する再開処理部と
を有する造形装置。
【請求項2】
前記造形部は、
前記複製物にレーザ光を照射するレーザ発光部と、
前記レーザ発光部に対して相対向して設けられ、前記複製物の外形に応じて得られるレーザ光を受光するセンサとを有し、
前記生成部は、前記センサの出力に基づいて、前記第2の位置情報を生成すること
を特徴とする請求項1に記載の造形装置。
【請求項3】
前記造形部は、前記複製物を撮像する一つ又は複数のカメラ装置を有し、
前記生成部は、前記カメラ装置の撮像画像に基づいて、前記第2の位置情報を生成すること
を特徴とする請求項1に記載の造形装置。
【請求項4】
前記造形部は、前記複製物を接触走査する圧電素子を有し、
前記生成部は、前記圧電素子が前記複製物に接触した際に電圧の偏差に基づいて、前記第2の位置情報を生成すること
を特徴とする請求項1に記載の造形装置。
【請求項5】
造形処理部が、造形物の3次元位置情報に基づいて、前記造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理ステップと、
取得部が、造形中断時における前記複製物の3次元位置を示す第1の位置情報を取得する取得ステップと、
生成部が、前記造形中断後の造形再開時において、前記複製物の3次元位置を検出するように前記造形部を制御し、検出された前記複製物の3次元位置を示す第2の位置情報を生成する生成ステップと、
補正部が、前記第1の位置情報及び前記第2の位置情報の差異に基づいて、前記複製物の造形再開位置を、前記第1の位置情報から前記第2の位置情報補正する補正ステップと、
再開処理部が、前記造形再開位置で示される3次元位置から前記複製物の造形を再開するように、前記造形部を制御する再開処理ステップと
を有する造形方法。
【請求項6】
コンピュータを、
造形物の3次元位置情報に基づいて、前記造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理部と、
造形中断時における前記複製物の3次元位置を示す第1の位置情報を取得する取得部と、
前記造形中断後の造形再開時において、前記複製物の3次元位置を検出するように前記造形部を制御し、検出された前記複製物の3次元位置を示す第2の位置情報を生成する生成部と、
前記第1の位置情報及び前記第2の位置情報の差異に基づいて、前記複製物の造形再開位置を、前記第1の位置情報から前記第2の位置情報補正する補正部と、
前記造形再開位置で示される3次元位置から前記複製物の造形を再開するように、前記造形部を制御する再開処理部として機能させること
を特徴とする造形処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
今日において、試作品等の複製物の造形(RP:Rapid Prototyping又はRM:Rapid Manufacturing)が可能となる3次元プリンタ装置(3Dプリンタ装置)が知られている。この3Dプリンタ装置は、CAD(Computer Aided Design)等で作成した3DモデルデータをSTL(Standard Triangulated Language)ファイルに変換する。また、3Dプリンタ装置は、STLファイルをGコード(Gcode)に変換し、このGコードに基づいて、軸の移動及び座標系の設定等を行いながら複製物を造形する。
【0003】
また、近年、STLファイルの他、AMF(Additive Manufacturing File)ファイルも使用できる3Dプリンタ装置が知られている。また、3Dプリンタと3Dスキャンにより較正を検出して複製物を造形する、光造形のような造形手法も知られている。
【0004】
また、自動停止機能を備えた3Dプリンタ装置において、3Dプリント時のプレビュー時に自動停止位置を入力して停止させた後、造形を再開する機能を備えた3Dプリンタ装置も知られている。このような自動停止機能を備えた3Dプリンタ装置は、造形を自動停止させて、複製物をインサートする等の処理を行うことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、自動停止機能を備えた3Dプリンタ装置は、以下の問題がある。すなわち、造形の途中で複製物を3Dプリンタ装置から取り外し、再度、複製物を3Dプリンタ装置に設置して造形を再開する場合、複製物の元の設置位置と再設置位置との間に3次元位置のズレが生ずると、複製物の造形品質に悪影響を及ぼす問題がある。また、造形中の発熱等により複製物の設置位置にズレが生じた場合、複製物の造形品質に悪影響を及ぼす問題がある。
【0006】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、複製物の造形再開位置を高精度に調整し、造形品質を向上させることができる造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、造形物の3次元位置情報に基づいて、造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理部と、造形中断時における複製物の3次元位置を示す第1の位置情報を取得する取得部と、造形中断後の造形再開時において、複製物の3次元位置を検出するように造形部を制御し、検出された複製物の3次元位置を示す第2の位置情報を生成する生成部と、第1の位置情報及び第2の位置情報の差異に基づいて、複製物の造形再開位置を、第1の位置情報から第2の位置情報補正する補正部と、造形再開位置で示される3次元位置から複製物の造形を再開するように、造形部を制御する再開処理部とを有する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、複製物の造形再開位置を高精度に調整し、造形品質を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1図1は、第1の実施の形態の造形装置の外観を示す図である。
図2図2は、第1の実施の形態の造形装置のハードウェア構成図である。
図3図3は、第1の実施の形態の造形装置のソフトウェア構成を示す図である。
図4図4は、第1の実施の形態の造形装置の機能ブロック図である。
図5図5は、3Dスキャンデータ又は3Dモデルデータのフォーマットの一例を示す図である。
図6図6は、熱溶解積層法で造形物が造形されている様子を示す図である。
図7図7は、造形条件を説明するための図である。
図8図8は、造形物の積層ピッチを説明するための図である。
図9図9は、積層ピッチ及び造形方向の違いについて説明するための図である。
図10図10は、造形処理動作の流れを示すフローチャートである。
図11図11は、マッチング処理の流れを示すフローチャートである。
図12図12は、第1の実施の形態の造形装置の造形部におけるスキャン動作を説明するための図である。
図13図13は、第2の実施の形態の造形装置の造形部におけるスキャン動作を説明するための図である。
図14図14は、第2の実施の形態の造形装置の造形部のカメラ装置で撮像された撮像画像を示す図である。
図15図15は、第3の実施の形態の造形装置の造形部におけるスキャン動作を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面に基づいて実施の形態の造形装置の説明をする。
【0011】
(3Dプリンタのハードウェア構成)
図1は、実施の形態の造形装置の外観を示す図である。また、図2は、実施の形態の造形装置のハードウェア構成図である。図1及び図2に示す造形装置1は、CPU20、ROM21、RAM22、HDD23、入出力I/F24、操作パネル25、表示部26及び造形部27を備える。CPU20〜造形部27は、それぞれバスライン28を介して相互に接続されている。
【0012】
CPU20は、3Dプリンタ12全体の動作を制御する。記憶部であるROM21、RAM22及びHDD23は、後述するプログラム及びアプリケーション、ファイル、情報等を記憶する。また、RAM22は、CPU20に対して作業空間を提供する。
【0013】
操作パネル25は、ユーザによる造形開始、造形停止及び造形再開等の入力操作を受け付ける。表示部26は、例えば液晶パネルとなっており、3Dスキャンデータ及び造形に使用する3Dモデルデータの他、操作メニュー及びメッセージ等を表示する。一例ではあるが、操作パネル25及び表示部26は、両者が一体的に形成された、いわゆるタッチパネルとなっている。造形部27は、上述の熱溶解積層法、光造形法又は粉末法等を用いて造形物を造形する。
【0014】
また、造形部27は、3Dスキャン機能を備えており、複製元となる造形物を3Dスキャン処理し、造形物の複製物を形成するための3Dモデルデータを生成する。また、複製物の造形が一旦中断され、再開される際に、造形途中の複製物を3Dスキャン処理して3Dスキャンデータを生成する。なお、以下、複製元となる造形物を3Dスキャン処理して生成したデータを「3Dモデルデータ」という。また、複製物の造形を一旦中断し、再開時に複製物を3Dスキャン処理して生成したデータを「3Dスキャンデータ」という。
【0015】
図3は、3Dプリンタ12に記憶されているプログラム及び情報等を示す図である。この図3に示すように、3Dプリンタ12には、オペレーションシステム(OS)、造形処理プログラム、3Dモデルデータ、3Dスキャンデータ、造形停止時位置情報、及び、造形再開時位置情報等が記憶される。
【0016】
このようなプログラム及び情報の記憶場所は、任意でよい。一例として、この実施の形態の造形装置1の場合、OSは、ROM21に記憶されている。また、造形処理プログラム、3Dモデルデータ、3Dスキャンデータ、造形停止時位置情報、及び、造形再開時位置情報は、HDD23に記憶される。なお、これらのプログラム及び情報を、造形装置1がアクセス可能な外部記憶装置、又は、ネットワークを介して通信可能な他の機器或いはデータベース等に記憶して用いてもよい。
【0017】
(造形装置の機能構成)
図4は、造形装置1の機能ブロック図である。造形装置1のCPU20は、例えばHDD23に記憶されている造形処理プログラムを実行することで、図4に示す各機能を実現する。具体的には、CPU20は造形処理プログラムを実行することで、第1の読み込み部31、第2の読み込み部32、制御部33、スキャン制御部34、位置情報処理部35、補正部36及び造形処理部37を実現する。
【0018】
第1の読み込み部31は、これから複製物を形成する造形物の3DモデルデータをHDD23から読み込む。また、第1の読み込み部31は、複製物の造形を一旦停止した際に、複製物の位置情報(造形停止時位置情報)を取得する。複製物は、HDD23から読み込まれた3Dモデルデータに基づいて形成される。このため、第1の読み込み部31は、複製物の造形が一旦停止された際に、複製物の造形に用いていた3Dモデルデータ(停止直前の3Dモデルデータ)を、造形停止時位置情報として取得する。
【0019】
第2の読み込み部32は、複製物の造形を一旦停止し、造形を再開する際に、複製物を3Dスキャンすることで得られた3Dスキャンデータ(造形再開時位置情報)をHDD23から読み込む。制御部33は、操作パネル25を介して指示される、造形開始指示、造形停止指示、及び、造形再開指示等に従って、造形開始処理、造形停止処理、及び、造形再開処理等を行う。
【0020】
スキャン制御部34は、造形部27の3Dスキャン制御を行う。位置情報処理部35は、造形停止時及び造形再開時における複製物の3次元の各位置を示す造形停止時位置情報及び造形再開時位置情報の記憶処理を行う。補正部36は、造形停止時位置情報及び造形再開時位置情報の差分に基づいて、複製物の造形再開位置を補正するための補正情報を生成する。造形処理部37は、複製物の造形処理及び3Dスキャン処理を行い、造形再開時には、補正部36により算出された造形再開位置から複製物の造形を再開する。これにより、複製物の造形を一旦停止した後に造形を再開する場合でも、複製物の設置位置のズレから造形再開位置にズレを生じ、造形品質が下がる不都合を防止できる。
【0021】
なお、この例では、第1の読み込み部31〜造形処理部37は、造形処理プログラムにより、ソフトウェア的に実現されることとして説明を進める。しかし、第1の読み込み部31〜造形処理部37のうち、一部又は全部を、IC(Integrated Circuit)等のハードウェアで実現してもよい。
【0022】
また、造形処理プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、造形処理プログラムは、CD−R、DVD、ブルーレイディスク(登録商標)、半導体メモリ等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。DVDは、「Digital Versatile Disk」の略記である。また、造形処理プログラムは、インターネット等のネットワーク経由でインストールするかたちで提供してもよい。さらには、造形処理プログラムは、機器内のROM等に予め組み込んで提供してもよい。
【0023】
(3Dモデルデータ及び3Dスキャンデータのフォーマット)
図5に、複製物を3Dスキャンすることで生成される3Dスキャンデータ、又は、複製元となる造形物を3Dスキャンすることで生成される3Dモデルデータの一例を示す。造形部27は、複製元となる造形物の表面を3次元的に読み取り、造形物の表面形状の情報となる3Dスキャンデータを生成する。この3Dスキャンデータが、造形物の複製を形成するための3DモデルデータとしてHDD23に記憶される。一例として、造形部27は、例えば図5に示すように三次元の頂点の位置(座標)を指定した三角形データの集合によるSTL(Standard Triangulated Language)形式の3Dスキャンデータを生成する。
【0024】
図5の例において、STL形式の3Dスキャンデータは、ファセット(facet)からエンドファセット(endfacet)で、1つの三角形データで表す。また、ノーマルファセット(normal facet)は、三角形の法線ベクトルを表す。また、3つの座標(vertex)で三角形の各頂点の位置を表す。このような三角形データを繰り返し記述することで、三次元形状を表現する。ここでは、3Dスキャンデータについて説明したが、3Dモデルデータも同様に表現される。なお、3Dスキャンデータ及び3Dモデルデータは、三次元形状を表現していればSTL形式に限らず、どのような形式のデータであってもよい。
【0025】
制御部33は、第1の読み込み部31によりHDD23から読み込まれた3Dモデルデータから、造形物を造形したときの造形条件を抽出する。造形条件は、造形物を造形したときに指定した積層ピッチ及び造形方向等である。積層ピッチは、粉末の樹脂や石膏等を積み重ねて造形する際の各層の厚さである。造形方向は、造形物を造形する際の層を積み重ねる方向(積層方向)である。以下、造形条件をこれら2つの情報として説明するが、造形条件はこれらに限定されるものではない。
【0026】
造形条件は、例えば図7に示すように項目及び各項目に対応する内容を含む。項目は、積層ピッチ及び造形方向である。内容は、各層の高さ(mm)及び積み重ねる方向である。積み重ねる方向は、X軸、Y軸、Z軸に対する角度である。X軸は、造形装置1が備える造形槽を上から見た矩形の平面の一辺の方向、Y軸は、その平面の該一辺に垂直な他の辺の方向、Z軸は、X軸およびY軸に対して垂直で、造形槽の高さ方向である。
【0027】
図8に示す造形物を参照して、積層ピッチについて説明する。図8に示す造形物は、造形された円錐状の造形物で、円錐状にするために、一層毎に径が小さくなる円盤を積み重ねることにより造形されている。各円盤の厚さ(高さ)が各層の厚さであり、また、積層ピッチとなっている。
【0028】
積層ピッチがどの程度であるかは、複製元の造形物の表面を計測することにより求めることができる。これは、3Dプリンタ12で造形した造形物が、層の積み重ねにより造形されたことに起因して、図9(a)に示すように、層の厚みの違いが、造形物の表面に現れるためである。この表面の計測は、画像解析により行うことができる。
【0029】
造形方向がどの方向であるかも、積層ピッチと同様、複製元の造形物の表面を計測することにより求めることができる。これは、造形装置1で造形した造形物が、層の積み重ねにより造形されることに起因して、図9(b)に示すように、造形された向きの違いが造形物の表面に現れるためである。ちなみに、図9(b)は、円盤を積み重ねて造形した円錐状の造形物と、直方体等を積み重ねることで造形した、90度回転した円錐状の造形物を示している。
【0030】
造形処理部37は、制御部33から受け取った3Dモデルデータ、及び、3Dモデルデータから抽出した造形条件に基づき、造形部37の造形処理を制御する。3Dモデルデータは、表面形状の情報のほか、内部構造の情報を含めてもよい。この場合、造形処理部37は、内部構造を反映した造形物を造形することができる。造形処理部37は、複製元の造形物と同じ造形条件で複製物を造形することで、同じ積層ピッチ及び造形方向で造形処理を行い、複製元となる造形物と同様の複製物を造形する。
【0031】
(造形手法)
図6は、造形部27において、屈曲した管状の複製物Bが、熱溶解積層法(FDM:Fused Deposition Modeling)で造形されている様子を示す図である。ヘッド部Hであるエクストルーダ(Extruder)は、x−y平面を移動し、溶融した樹脂を吐出して、z軸に沿って造形物の各層を積層して造形物の複製物Bを造形する。すなわち、エクストルーダは、一つの層の造形が終了すると、z軸正方向に移動し、次の層の造形を行う動作を、造形物の複製物Bの造形が完了するまでの間、繰り返し行う。
【0032】
(造形処理動作)
次に、図10のフローチャートを用いて造形処理動作の流れを説明する。ユーザにより操作パネル25が操作され、造形開始指示が行われると、CPU20は、例えばHDD23等の記憶部に記憶されている造形処理プログラムに従って、図10のフローチャートの各処理を実行する。
【0033】
すなわち、CPU20は、ユーザから造形開始指示に従って造形を開始すると、図10のフローチャートのステップS1から順に処理を開始する。ステップS1では、図4に示した制御部33が、複製物の造形停止を示す造形停止情報が供給されたか否かを判別する(ステップS1)。造形停止情報が供給されない場合(ステップS1:No)、制御部33は、ステップS11に処理を進め、第1の読み込み部31により3Dモデルデータサーバ11から読み込まれた3Dモデルデータ、及び、3Dモデルデータから抽出した造形条件に基づいて造形処理部37を制御することで、継続して複製物の造形制御を行う。そして、制御部33は、ステップS12において、複製物の造形が完了したか否かを判別し、造形が完了したものと判別した場合(ステップS12:Yes)、図10のフローチャートの処理を終了する。これに対して、複製物の造形が完了していないものと判別した場合(ステップS12:No)、制御部33は、ステップS1に処理を戻し、造形停止情報の有無を監視する。
【0034】
次に、ステップS1において、造形停止情報が供給されたと判別すると(ステップS1:Yes)、処理がステップS2に進む。ステップS2では、造形停止情報は、ユーザが操作パネル25を介して複製物の造形の中断を指示する割り込み指示を行うことで操作パネル25から発行された造形停止情報(造形停止割り込み情報)であるか否かを判別する。
【0035】
すなわち、複製物の造形を中断して、ユーザが複製物に所望の処理を施した後、再度、3Dプリンタ12に複製物を設置して造形を再開する場合がある。一例ではあるが、この場合、ユーザが操作パネル25を操作して、割り込み指示操作を行う。制御部33は、この割り込み指示操作を示す造形停止割り込み情報が供給されたと判別した場合(ステップS2:Yes)、ステップS3に処理を進める。
【0036】
これに対して、ユーザが割り込み作業は意図せずに、造形経過を確認するためだけに、造形の停止を指示することで、操作パネル25から造形停止情報が供給される場合がある。さらに、造形時に発生した異常を検知した造形処理部37から、制御部33に対して造形を強制的に停止したことを示す造形停止情報が供給される場合もある。制御部13は、ステップS2において、供給された造形停止情報は、造形停止割り込み情報ではないと判別した場合(ステップS2:No)、ステップS13に処理を進め、供給された造形停止情報は、造形時に異常が発生したことを示す造形停止情報であるか否かを判別する。
【0037】
供給された造形停止情報が、造形時に異常が発生したことを示す造形停止情報ではないと判別した場合(ステップS13:No)、制御部33は、ステップS2に処理を戻し、上述の造形停止割り込み情報の供給の有無を監視する。これに対して、供給された造形停止情報が、造形時に異常が発生したことを示す造形停止情報であると判別した場合(ステップS1:Yes)、制御部33は、ステップS14に処理を進め、例えばエラーメッセージ及び(又は)異常警告アラーム等により、異常発生をユーザに報知する制御を行い、図10のフローチャートの処理を終了する。
【0038】
一方、供給された造形停止情報が、造形停止割り込み情報であると判別(ステップS2:Yes)することで、ステップS3に処理を進めると、制御部33が、造形処理部37に対して、造形停止を指示する。造形処理部37は、ステップS4において、複製物の造形を停止する。また、ステップS3では、制御部33が、造形を停止する位置に対応するXYZの軸の3次元位置情報を位置情報処理部35に供給する。すなわち、制御部33は、第1の読み込み部31で読み込まれた3Dモデルデータに基づいて、複製物の造形制御を行っている。取得部の一例である位置情報処理部35は、制御部33から供給される、造形を停止した位置に対応する3Dモデルデータ(第1の情報の一例)をHDD23の記憶領域に記憶する。
【0039】
次に、ユーザは、複製物の造形を一旦停止させると、一例ではあるが、造形装置1から複製物を取り出して所望の処理を施し、再度、造形装置1に複製物を設置する。そして、ユーザは、操作パネル25を操作して、複製物の造形の再開を指定する。一例ではあるが、この実施の形態の造形装置1の場合、ユーザから複製物の造形の再開が指示されると、制御部33が、造形再開の準備状態(造形再開レディ状態)に移行する。
【0040】
ステップS6は、制御部33が、上述の造形再開レディ状態に移行したか否かを判別する。造形再開レディ状態に移行していない場合は(ステップS6:No)、造形再開レディ状態に移行するまで待機状態となる。これに対して、造形再開レディ状態に移行した場合(ステップS6:Yes)、制御部33は、ステップS7に処理を進める。
【0041】
ステップS7では、制御部33が、スキャン制御部34に対して、造形物の3Dスキャンを指示する。生成部の一例であるスキャン制御部34は、この3Dスキャンの指示に従って、造形部27をスキャン制御する。このスキャンにより造形部27により生成された3Dスキャンデータ(第2の位置情報の一例)は、RAM22又はHDD23等の記憶部に一旦記憶される。第2の読み込み部32は、RAM22等に記憶された3Dスキャンデータを読み出し、制御部33を介して位置情報処理部35に転送する。位置情報処理部35は、転送された3Dスキャンデータを、HDD23の記憶領域に記憶する。
【0042】
図12は、造形部27において、再設置された複製物Bがスキャンされている様子を示す図である。この図12の例の場合、造形部27は、x軸方向及びz軸方向に移動可能な一つ又は複数のレーザダイオードLDを有している。また、造形部27は、X軸に沿って連設され、それぞれZ軸に沿って移動可能とされたレーザ光のセンサSを有している。この図12からわかるように、造形部27は、レーザダイオードLDをx軸方向及びz軸方向に移動させながら複製物をレーザ光でスキャン(走査)し、複製物の外形に応じて受光可能となるレーザ光を各センサSで受光する。これにより、造形部27に再設置された複製物の3次元位置に対応する3Dスキャンデータが得られることとなる。なお、レーザダイオードLDで複製物をスキャンするのではなく、ポリゴンミラーを使用して複製物をスキャンしてもよい。
【0043】
次に、図10のフローチャートの説明に戻り、3DスキャンデータをHDD23の記憶領域に記憶すると、ステップS8に処理が進む。ステップS8では、補正部36が、造形停止時における複製物の3次元の設置位置と、造形再開直前における複製物の3次元の設置位置との誤差判定を行い、この誤差が、許容範囲内であるか否かを判別する(スキャン結果のパターンマッチング処理)。このスキャン結果のパターンマッチング処理は、後述する。
【0044】
補正部36により、誤差が許容範囲内であると判別された場合(ステップS8:Yes)、処理がステップS9に進む。これに対して、誤差が許容範囲外であると判別された場合(ステップS8:No)、処理がステップS10に進み、造形停止前の3次元位置から複製物の造形を再開可能な3Dモデルデータを再生成し、ステップS9に処理を進める。この再生成された3Dモデルデータは、複製物の造形を一旦停止した3次元位置を、造形再開位置に補正したデータとなる。
【0045】
ステップS9では、制御部33が、造形処理部37に対して造形再開指示を行う。造形処理部37は、ステップS11において、複製物の造形を再開するように造形部27を制御する。これにより、造形を停止した3次元の位置と同じ位置(上述の許容範囲内の位置)から複製物の造形が再開される。ステップS12では、制御部33が、3Dモデルデータに対応する複製物の造形が完了したか否かを判別する。複製物の造形が完了していないと判別した場合には(ステップS12:No)、ステップS1に処理を戻し、上述の各処理を繰り返し実行する。また、制御部33が、3Dモデルデータに対応する複製物の造形が完了した場合には(ステップS12:Yes)、そのまま図10のフローチャートの処理を終了する。
【0046】
(パターンマッチング処理)
図11のフローチャートは、図10のフローチャートのステップS7〜ステップS10の処理となるパターンマッチング処理の詳細を示すフローチャートである。この図11のフローチャートは、図10のフローチャートのステップS6で、制御部33が、造形再開レディ状態に移行したと判別することで、ステップS21から処理が開始される。ステップS21では、スキャン制御部34が、造形部27を3Dスキャン制御する。この3Dスキャンにより造形部27により生成された3Dスキャンデータは、RAM22に一旦記憶される。第2の読み込み部32は、RAM22に記憶された3Dスキャンデータを読み出し、制御部33を介して位置情報処理部35に転送する。位置情報処理部35は、転送された3Dスキャンデータを、HDD23の記憶領域に記憶する。
【0047】
ステップS22では、補正部36が、位置情報処理部35によりHDD23の記憶領域から読み出された造形停止時における複製物の3次元の設置位置、及び、造形再開直前における複製物の3次元の設置位置の誤差判定(パターンマッチング処理)を行う。そして、誤差が許容範囲内であれば(ステップS23:Yes)、ステップS25において複製物の造形を再開する。また、誤差が許容範囲外の場合は(ステップS23:No)、ステップS24において、造形停止前の3次元位置から複製物の造形を再開可能な3Dモデルデータを再生成して造形位置の補正処理を行い、この補正した3Dモデルデータを用いて、ステップS25で複製物の造形を再開する。
【0048】
例えば、
停止時の3Dモデルデータ:(x,y,z)=(1.00,1.00,1.00)
再開直前の3Dスキャンデータ:(x,y,z)=(3.00,3.00,3.00)
誤差:(x,y,z)=(2.00,2.00,2.00)
距離:2√3=3.46
誤差許容値=4.00
である場合、誤差に対応する距離が誤差許容値よりも小さな値であるため(3.46<4.00)、制御部33は、3Dモデルデータを再生成することなく、複製物の造形を再開する。これにより、造形停止前後で同じ位置から複製物の造形を再開できる。なお、xyz座標系の位置情報を例に用いて説明を進めているが、円筒座標系等を用いてもよい。
【0049】
これに対して、
停止時の3Dモデルデータ:(x,y,z)=(1.00,1.00,1.00)
再開直前の3Dスキャンデータ:(x,y,z)=(3.00,3.00,3.00)
誤差:(x,y,z)=(2.00,2.00,2.00)
距離:2√3=3.46
誤差許容値3.50
誤差許容値丸め処理設定:小数点以下2桁切り捨て設定(3.50→3.00)
である場合、誤差に対応する距離が誤差許容値よりも大きな値となる(3.46>3.00)。このため、補正部36が、停止時の3DモデルデータのX軸、Y軸及びZ軸を、上述の誤差である(x,y,z)=(2.00,2.00,2.00)分シフトさせた3Dモデルデータを再生成することで、補正した造形再開位置に対応する3Dモデルデータを生成する。そして、この補正した3Dモデルデータを用いて複製物の造形を再開する。これにより、造形を停止した3次元位置から複製物の造形を再開することができ、複製物の造形品質を向上させることができる。
【0050】
さらに具体的に説明すると、HDD23の記憶領域の各情報に対する割り当ては、以下のようになっている。
アドレス0x00→3Dモデルデータの第1の記憶領域
アドレス0x01→3Dスキャンデータの第1の記憶領域
アドレス0x02→誤差の第2の記憶領域
アドレス0x10→3Dモデルデータの第2の記憶領域
アドレス0x11→3Dスキャンデータの第2の記憶領域
アドレス0x12→誤差の第2の記憶領域
アドレス0x20→3Dモデルデータの第3の記憶領域
アドレス0x21→3Dスキャンデータの第3の記憶領域
アドレス0x22→誤差の第3の記憶領域
アドレス0x80→誤差許容値丸め処理設定情報の記憶領域
アドレス0x81→補正した3Dモデルデータの記憶領域
アドレス0x100→造形停止情報と造形再開情報の記憶領域(造形停止ON/OFF)
【0051】
アドレス0x80の記憶領域に記憶される「誤差許容値丸め処理設定情報」は、誤差の丸め処理を行うか否かの設定、及び、誤差の丸め処理を行う場合に、端数の処理の仕方(小数点以下の切り上げ又は切り捨て)を、ユーザが任意に設定可能となっている。端数の処理に関しては、四捨五入の形式でもよいし、IEEE(米国電気電子学会)754準拠の丸め規則を適用してもよい。
【0052】
また、一対の3Dモデルデータ及び3Dスキャンデータの誤差を用いて3Dモデルデータの補正を行う場合には、3Dモデルデータ及び3Dスキャンデータの第2、第3の記憶領域は、用いられない。複数の3Dモデルデータ及び3Dスキャンデータの誤差を用いて3Dモデルデータの補正を行う場合には、第1〜第3の記憶領域に記憶された3Dモデルデータ及び3Dスキャンデータの誤差を用いて3Dモデルデータの補正が行われる。
【0053】
(第1の実施の形態の効果)
以上の説明から明らかなように、第1の実施の形態の造形装置1は、造形停止前後の複製物の3次元位置の誤差(差分)に基づいて、造形停止時の3次元位置から造形再開が可能となるように補正した3次元位置情報(補正した3Dモデルデータ)を生成する。そして、この補正した3次元位置情報を用いて、複製物の造形を再開する。これにより、複製物の造形を再開する際に、造形を停止した3次元位置から造形を再開可能なように、造形開始位置を高精度に調整できる。このため、造形される複製物の造形品質を向上させることができる。また、複雑な形状の複製物である場合でも、造形品質を向上させることができる。
【0054】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態の造形装置の説明をする。第1の実施の形態の造形装置は、造形部27において、図12に示したようにレーザダイオードLDからのレーザ光をセンサSで受光する構成で、複製物のスキャンを行う例であった。これに対して、第2の実施の形態の造形装置は、造形部27において、左右のカメラ装置で撮像した撮像画像に基づいて、複製物Bのスキャンを行う例である。なお、第1の実施の形態と第2の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異のみ説明し、重複した説明は省略する。
【0055】
すなわち、第2の実施の形態の造形装置の場合、造形部27は、図13に示すように、それぞれ所定の設置間隔で配置された右目用カメラ装置CR及び左目用カメラ装置CLを有している。なお、この例では、2つのカメラ装置CR,CLを用いることとしたが、一つ(単眼)又は3つ以上のカメラ装置を用いてもよい。第2の実施の形態の造形装置の場合、造形部27は、右目用カメラ装置CR及び左目用カメラ装置CLで複製物Bを撮像する。これにより、図14に示すように、右目用カメラ装置CRで撮像した複製物Bの撮像画像BG、及び、左目用カメラ装置CLで撮像した複製物Bの撮像画像BGが得られる。
【0056】
制御部33は、各撮像画像BGを重ね合わせることで、複製物Bの測定点Pの位置を検出し、三角測量の演算を行う。これにより、複製物Bの三次元の各位置情報を得ることができ、上述の第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0057】
(第3の実施の形態)
次に、第3の実施の形態の造形装置の説明をする。第3の実施の形態の造形装置は、造形部27において、圧電素子を複製物に接触させ、電圧の偏差を検出して複製物の3次元の位置を検出する例である。なお、上述の各実施の形態と第3の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異のみ説明し、重複した説明は省略する。
【0058】
すなわち、第3の実施の形態の造形装置の場合、造形部27は、図15に示すように、X軸、Y軸及びZ軸に沿って移動可能であると共に、斜め方向も自在に移動可能な圧電素子PEを有する。圧電素子PEとしては、例えばピエゾ素子を用いることができる。
【0059】
造形部27は、圧電素子Pを移動させて複製物Bに接触させ、圧電素子PEでの電圧の偏差を検出し、複製物Bの3次元の位置を検出する。これにより、複製物Bの三次元の各位置情報を得ることができ、上述の第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、圧電素子Pは、第1の実施の形態で説明したレーザダイオードLD及びセンサSと併用してもよいし、第3の実施の形態で説明したカメラ装置CR、CLと併用してもよい。
【0060】
最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、上述の各実施の形態の説明では、複製元となる造形物を3Dスキャン処理して生成した3Dモデルデータを用いて、造形物の複製物を形成することとした。しかし、3Dスキャン処理行わずに、単に、予め取得した3Dモデルデータを用いて造形物の複製物を形成してもよい。
【0061】
この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0062】
1 造形装置
23 HDD
27 造形部
31 第1の読み込み部
32 第2の読み込み部
33 制御部
34 スキャン制御部
35 位置情報処理部
36 補正部
37 造形処理部
【先行技術文献】
【特許文献】
【0063】
【特許文献1】特表平04−506110号公報
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15