特許 6964801 積層造形装置

(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】6964801

(24)【登録日】2021年10月21日

(45)【発行日】2021年11月10日

(54)【発明の名称】積層造形装置

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/90 20210101AFI20211028BHJP

   B22F 12/45 20210101ALI20211028BHJP

   B29C 64/386 20170101ALI20211028BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20211028BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20211028BHJP

【ＦＩ】

   B22F12/90

   B22F12/45

   B29C64/386

   B33Y30/00

   B33Y50/02

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2020-556460(P2020-556460)

(86)(22)【出願日】2018年11月9日

(86)【国際出願番号】JP2018041750

(87)【国際公開番号】WO2020095453

(87)【国際公開日】20200514

【審査請求日】2020年10月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】多久島 秀

(72)【発明者】

【氏名】河野 裕之

(72)【発明者】

【氏名】澤 良次

(72)【発明者】

【氏名】森田 大嗣

【審査官】 坂口 岳志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１５７４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／０５３２９９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−０８３３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１１２８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２４２１３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ １０／００−１２／９０

Ｂ２９Ｃ ６４／００−６４／４０

Ｂ２２Ｆ ３／１６

Ｂ２２Ｆ ３／１０５

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワーク上で加工位置を移動させながら溶融した加工材料を前記加工位置で積層することで付加加工を行うとともに、前記付加加工を繰り返して造形物を形成する積層造形装置であって、
前記加工材料を溶融する加工光を前記加工位置に結像する加工光学系と、
前記ワーク上の前記加工位置とは異なる計測位置に計測用の照明光を照射する計測用照明と、
前記照明光が前記計測位置で反射した反射光を受光する受光素子を備える受光光学系と、
前記受光素子上における前記反射光の受光位置に基づいて、前記ワーク上に形成された造形物の高さを演算する演算部と、
を備え、
前記受光光学系は、
前記計測位置で反射して前記受光素子に入射する反射光の結像位置では光を透過させ、前記加工位置から入射される光の結像位置では光を遮光する遮光マスクを備えることを特徴とする積層造形装置。

【請求項2】

前記受光光学系は、
前記計測位置で反射された前記反射光を第一の結像位置に結像する第一の結像光学系と、
前記第一の結像位置に結像した光を前記受光素子上に結像する第二の結像光学系と、
を備え、
前記第一の結像位置に前記遮光マスクが設置されることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。

【請求項3】

前記受光光学系は、
前記計測位置で反射された前記反射光を前記受光素子上に結像する結像光学系を備え、
前記受光素子と前記結像光学系との間に前記遮光マスクが設置されることを特徴とする請求項１に記載の積層造形装置。

【請求項4】

前記加工光学系は、前記加工位置に前記加工光を集光する対物レンズを備え、
前記受光光学系は、前記対物レンズを透過した前記反射光を前記受光素子に結像する第三の結像光学系を備え、
前記第三の結像光学系の中心軸の位置は、前記対物レンズの中心軸の位置とは異なっている、
または、前記第三の結像光学系の中心軸は、前記対物レンズの中心軸に対して傾いていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の積層造形装置。

【請求項5】

前記造形物に前記加工材料を付着させる高さの範囲に対して、前記計測位置で反射された前記反射光が受光される前記受光素子上の範囲と、前記付加加工を行う際に前記加工材料が溶融する範囲の像が、前記遮光マスクがない場合に結像される前記受光素子上の範囲とが重ならないように、前記計測位置が設定されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の積層造形装置。

【請求項6】

前記遮光マスクは、前記高さの範囲に対して、前記計測位置で反射された前記反射光が前記受光素子に入射する光路の範囲を除いて遮光することを特徴とする請求項５に記載の積層造形装置。

【請求項7】

前記計測用の照明光は、ライン状に照射されるラインビームであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の積層造形装置。

【請求項8】

前記ラインビームは円弧状であり、前記付加加工中にとりうる前記円弧状のラインビームの中心角が９０度以上であることを特徴とする請求項７に記載の積層造形装置。

【請求項9】

前記計測位置は、前記加工位置に対応して移動し、
前記造形物の前記計測位置における高さに基づいて、前記計測位置における前記付加加工の加工条件を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の積層造形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加工位置で加工材料を溶融して積層することで造形物を形成する積層造形装置に関する。

【背景技術】

【0002】

３Ｄプリンタのように加工材料を積層して３次元の造形物を形成する積層造形技術において、加工材料である金属を積層する方式として、指向性エネルギー堆積（ＤＥＤ：Directed Energy Deposition）方式がある。ＤＥＤ金属積層装置は、供給口から金属ワイヤ、金属粉末等の金属材料を加工材料としてベースプレートに供給し、レーザまたは電子ビームなどで金属材料を溶融して積層することで造形物を形成する。しかし、形成済みの造形物に対して金属材料を供給するための、ベースプレートと加工材料の供給口との間の高さが適切な値の範囲から外れると、均一に金属材料を積層することができない。例えば、形成済みの造形物に対して、適切な値の範囲よりも高い供給口から金属材料が提供された場合、言い換えれば造形物の高さが設計値よりも低い場合には、供給した金属材料が溶滴となり、造形物に凹凸が生じる。一方、形成済みの造形物に対して、適切な値の範囲よりも低い供給口から供給された場合、言い換えれば造形物の高さが設計値よりも高い場合には、金属材料が造形物に押し付けられ過ぎる影響で溶け残りが発生する。

【0003】

したがって、形成済みの造形物の高さを計測し、金属材料を供給する高さを適切な値の範囲に制御する必要がある。造形物の高さを計測する方法として、光切断方式がある。光切断方式では、計測用の照明光としてラインビームを対象物に照射し、照明光が対象物に斜めに入射し、対象物で反射された光を受光できるように配置されている受光光学系により、照明光が対象物上で反射された反射光を受光する。光切断方式では、三角測量の原理により、受光光学系における反射光の受光位置から対象物の高さ分布を算出する。具体的には、対象物上で反射される反射光は、イメージセンサなどで受光される。イメージセンサ上の強度分布から反射光の像の重心位置が算出され、対象物までの距離が変位として算出される。計測用の照明光以外の外乱光がイメージセンサに入射すると、重心の計算結果に誤差が生じるため、高さ計測結果に測定誤差が生じる。特許文献１には、外乱光を除去するために、計測用の照明光の波長のみを透過する光学フィルタを受光光学系に取り付け、照明光の広がり角に応じて、透過波長を変化させることで、光の入射角の増加に伴う反射波長変化によって生じた波長の光を透過させ、外乱光を除去し、高さ計測誤差を減少させる方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−２４２１３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、積層造形装置の加工位置は、金属等の加工材料を溶かす程の高温になる。このため、積層造形装置の加工位置では、非常に高輝度な熱輻射光が発生する。このような高輝度な熱輻射光が発生すると、形成済みの造形物の高さを計測する場合に、熱輻射光が高輝度の外乱光となるため、イメージセンサ上の像から得られる反射光の像の重心位置が不安定になり、計測値にも誤差が生じる。また、加工位置で発生する高輝度な熱輻射光は、広いスペクトルを有し、一般に計測用の照明光に用いられる波長の光も含まれる。このため、特許文献１に記載された方法では、計測用の照明光の波長のみを透過する波長選択フィルタを用いているため、加工位置から発生する熱輻射光を完全に除去することができず、形成済みの造形物の高さの加工中の計測精度が劣化するという課題があった。

【0006】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、形成済みの造形物の高さの加工中の計測精度の劣化を抑制することができる積層造形装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる積層造形装置は、ワーク上で加工位置を移動させながら溶融した加工材料を加工位置で積層することで付加加工を行うとともに、付加加工を繰り返して造形物を形成する積層造形装置であって、加工材料を溶融する加工光を加工位置に結像する加工光学系と、ワーク上の加工位置とは異なる計測位置に計測用の照明光を照射する計測用照明と、照明光が計測位置で反射した反射光を受光する受光素子を備える受光光学系と、受光素子上における反射光の受光位置に基づいて、ワーク上に形成された造形物の高さを演算する演算部と、を備え、受光光学系は、計測位置で反射して受光素子に入射する反射光の結像位置では光を透過させ、加工位置から入射される光の結像位置では光を遮光する遮光マスクを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、形成済みの造形物の高さの加工中の計測精度の劣化を抑制す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】実施の形態１にかかる積層造形装置の構成を示す斜視図

【図2】実施の形態１にかかる制御回路を示す図

【図3】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における積層造形装置のＸＺ平面の断面を示す図

【図4】実施の形態１にかかる造形物に対する金属ワイヤの供給口の高さを示す図

【図5】実施の形態１にかかる加工中の加工点のＸＺ断面を示す図

【図6】実施の形態１にかかるワイヤ高さ制御の手順を示すフローチャート

【図7】実施の形態１にかかる積層造形装置が第二層目を加工する場合のワイヤ高さを示す図

【図8】実施の形態１にかかるライン照明が投影された造形物の拡大したＸＺ断面を示す図

【図9】実施の形態１にかかる造形物にラインビームを照射した際の受光素子上に結像されたラインビームの画像を示す図

【図10】実施の形態１にかかる加工中の受光素子であるイメージセンサの結像結果の概略を示す図

【図11】実施の形態１にかかるイメージセンサから出力される画像を示す図

【図12】実施の形態１にかかる遮光マスクの構成例を示す図

【図13】実施の形態１にかかる遮光マスクの構成例を示す別の図

【図14】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における積層造形装置のＸＺ平面の断面を示す別の図

【図15】実施の形態２にかかる積層造形装置のＸＺ断面を示す図

【図16】実施の形態２にかかる遮光マスクの厚みと遮光部の領域との関係を示す図

【図17】実施の形態３にかかる造形物の形成方向を変更した加工を行う場合のＸＹ断面を示す１つ目の例の図

【図18】実施の形態３にかかる造形物の形成方向を変更した加工を行う場合のＸＹ断面を示す２つ目の例の図

【図19】実施の形態３にかかる造形物の形成方向を変更した加工を行う場合のＸＹ断面を示す３つ目の例の図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明の実施の形態にかかる積層造形装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0011】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる積層造形装置１００の構成を示す斜視図である。なお、以降の実施の形態も含めて、積層造形装置１００は、金属を加工材料として使用する金属積層装置であるものとするが、樹脂等の他の加工材料を使用するものであっても良い。また、積層造形装置１００によって形成される造形物は、積層物と呼ばれることもある。本実施の形態の積層造形装置１００は、加工用レーザ１と、加工ヘッド２と、固定具５と、駆動ステージ６と、ライン照明８と、演算部９と、制御部１０とを備える。

【0012】

加工用レーザ１は、ワーク３上に造形物４を形成する造形加工に用いられる加工光を発する光源である。加工用レーザ１は、半導体レーザを用いたファイバレーザ、またはＣＯ_２レーザが用いられる。例えば、加工用レーザ１が照射する加工光の波長は、１０７０ｎｍである。一般的に、加工光は加工位置に点状に集光されるので、以降では加工位置を加工点と呼ぶ。積層造形装置１００は、ワーク３上の加工位置を移動させながら、すなわち、走査しながら、走査の度に加工位置で加工材料７を溶融して積層することで造形物４を形成する。

【0013】

ワーク３は、駆動ステージ６に載せられ、固定具５で駆動ステージ６の上に固定される。ワーク３は、造形物４が形成される際の土台となるものである。ここでは、ワーク３としてベースプレートを想定するが、３次元形状を有する物体であれば良い。駆動ステージ６が駆動されることで、加工ヘッド２に対するワーク３の位置が変化し、ワーク３上の加工点が走査される。加工点が走査されるとは、定められた経路に沿って、すなわち定められた軌跡を描くように加工点が移動することを意味する。積層造形装置１００は、ワーク３上で加工位置である加工点を移動させながら、溶融した加工材料７を加工点で積層することで付加加工を行う。言い換えると、積層造形装置１００は、ワーク３上を移動する加工点で、溶融した加工材料７を積層することで付加加工を行う。より具体的には、積層造形装置１００は、駆動ステージ６を駆動することで、ワーク３上で加工位置の候補点を移動させる。移動経路上の候補点の少なくとも１点が、加工材料７が積層される加工点となる。積層造形装置１００は、加工点において、付加加工を行うために供給される加工材料７を加工光で溶融する。積層造形装置１００は、加工点の走査を繰り返すことで、溶融した加工材料７が凝固して生成されたビードを積層して、ワーク３上に造形物４を形成する。駆動ステージ６は、ＸＹＺの３軸の走査が可能であり、ＸＹ面内、ＹＺ面内での回転も行うことができる５軸ステージが使用されることが多い。例えば、Ｘ軸は横軸であり、Ｙ軸は縦軸であり、Ｚ軸は高さ軸である。ここでは、駆動ステージ６を５軸で走査するものとするが、加工ヘッド２を走査しても良い。

【0014】

ライン照明８は、形成済みの造形物４の高さを計測するために、ワーク３上の計測位置に計測用のライン状の照明光であるラインビーム４０を照射する。計測位置は、加工点とは異なる位置となる。ライン照明８は計測用照明とも呼ばれる。ラインビーム４０は計測位置で反射する。計測位置で反射した光を受光できるように受光光学系は配置される。また、受光光学系は、ラインビーム４０の光軸に対して斜め方向の光軸を持つように配置される。加工時に発生する熱輻射光のピーク波長が赤外であるため、ライン照明８の光源には、熱輻射光のピーク波長から離れた、波長５５０ｎｍ付近の緑色レーザ、または波長４２０ｎｍ付近の青色レーザを用いることが望ましい。なお、造形物４の高さを計測するために用いられる照明光は、ラインビーム４０である必要はなく、点状に集光された照明光であるスポットビームであっても良い。スポットビームを用いれば、ワーク３上の照明された点の高さを計測できる。一方、ラインビーム４０を用いれば、ワーク３上の照明された範囲の高さ分布を計測できる。本実施の形態では、造形物４の高さを計測するためにラインビーム４０が用いられるものとする。

【0015】

演算部９は、ラインビーム４０の反射光の受光光学系における受光位置に基づいて、三角測量の原理によって、ラインビーム４０が照射された位置における造形物４の高さを演算する。造形物４の高さは、造形物４の上面のＺ方向の位置となる。また、制御部１０は、演算部９で演算された高さを用いて、付加加工における加工条件を制御する。より具体的には、制御部１０は、演算部９で演算された造形物４の高さを用いて、加工用レーザ１の駆動条件、および駆動ステージ６の駆動条件、加工材料７となる金属ワイヤを供給するワイヤ供給部の駆動条件などの加工条件を最適化する。ワイヤ供給部の駆動条件には、金属ワイヤを供給する高さが含まれる。ライン照明８、受光光学系、および演算部９は、高さ計測装置を構成する。

【0016】

実施の形態にかかる演算部９および制御部１０は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。

【0017】

本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図２に示す構成の制御回路２００となる。

【0018】

図２に示すように、制御回路２００は、ＣＰＵであるプロセッサ２００ａと、メモリ２００ｂとを備える。図２に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２００ａがメモリ２００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ２００ｂは、プロセッサ２００ａが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

【0019】

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における積層造形装置１００のＸＺ平面の断面を示す図である。加工ヘッド２は、投光レンズ１１と、ビームスプリッタ１２と、対物レンズ１３と、集光レンズ１４と、遮光マスク１５と、第二の結像光学系１６と、受光部１７とを備える。加工ヘッド２は、加工用レーザ１から照射される加工光をワーク３上の加工位置に結像する加工光学系２０と、ワーク３上に形成された造形物４の高さ計測を行う受光光学系３０とを備える。対物レンズ１３および集光レンズ１４を備える第一の結像光学系、遮光マスク１５、第二の結像光学系１６、および受光部１７は、受光光学系３０を構成する。受光光学系３０は、計測光学系とも呼ばれる。加工用レーザ１から出射した加工光は、投光レンズ１１を透過し、ビームスプリッタ１２でワーク３の方向に反射され、対物レンズ１３を用いてワーク３上の加工点に集光される。投光レンズ１１、ビームスプリッタ１２、および対物レンズ１３は、加工ヘッド２に備えられる加工光学系２０を構成する。例えば、投光レンズ１１の焦点距離は２００ｍｍである。例えば、対物レンズ１３の焦点距離は４６０ｍｍである。ビームスプリッタ１２の表面には、加工用レーザ１から照射される加工光の波長の反射率を高くし、加工光の波長より短い波長の光を透過するようなコーティングが行われる。積層造形装置１００は、駆動ステージ６を駆動することでワーク３を−Ｘ方向に走査しながら、金属ワイヤまたは金属粉末を加工材料７として加工点に供給する。この結果、加工点が走査されるのに従って、加工点において加工光によって加工材料７が溶融された後に凝固して＋Ｘ方向にビードが延びていくように形成される。形成されたビードが造形物４の一部となる。

【0020】

加工点が走査されるたびに、土台となるワーク３または造形済みの造形物４の一部の上に新たにビードが積層されることで、新たな造形物４の一部が形成される。この動作を繰り返すことで、加工材料７が積層されて最終生成物である造形物４が形成される。本実施の形態では、加工材料７として金属ワイヤが用いられるものとして説明を進める。高さ計測用のライン照明８は、加工ヘッド２の側面に取り付けられ、ワーク３または形成済みの造形物４上の計測位置に向けてラインビーム４０を照射する。本実施の形態においては、計測位置は、加工点の走査方向における、加工点の後方に位置するものとする。ワーク３が−Ｘ方向に走査される場合、加工点はワーク３上を＋Ｘ方向に走査されるので、加工点の後方は−Ｘ方向となり、ビードは、＋Ｘ方向にビードが延びていくように形成される。計測位置は、加工点と異なる位置であれば、加工点の後方に限定されず、例えば、加工点の前方であっても良い。計測位置は、加工材料７の供給方向などを考慮して決定される。例えば、計測位置は、加工点を基準として加工材料７の供給方向と反対側とすれば、加工材料７に遮られることなく計測位置を照明するのが容易となる。また、計測位置は、加工点の移動に対応して移動するものとしてもよい。ここで、以降の実施の形態も含めて、ビードは線状に延びるように形成されるものとして説明するが、点状に形成したビードを繋げて一つのビードとするなど、その他のビード形成方法でも良い。

【0021】

ラインビーム４０は、ビードが造形される方向、つまり駆動ステージ６が移動する方向に対して直角であり、駆動ステージ６の上面に対して平行な方向、例えば、Ｙ方向に広がったビームを形成するようシリンドリカルレンズなどを用いて形成される。ここでビームの広がりとは、ラインビーム４０が形成する二等辺三角形の底辺の部分を示す。ラインビーム４０は、形成済みの造形物４にライン状に照射される。計測位置に照射されたラインビーム４０は計測位置で反射され、対物レンズ１３に入射し、ビームスプリッタ１２を透過して、集光レンズ１４により第一の結像位置に集光される。対物レンズ１３と集光レンズ１４とを合わせて第一の結像光学系と呼ぶ。

【0022】

集光レンズ１４の結像面である第一の結像位置には遮光マスク１５が設置されている。遮光マスク１５は、ガラスなどの透過材料をベースとしており、加工点からの光の結像位置には、光を遮光する遮光材が蒸着などにより形成される。遮光マスク１５は、例えば、ガラスなどの透過材料上に酸化クロムなどの遮光材料を蒸着することで製作できる。遮光マスク１５は、加工点からの光の結像位置は遮光し、計測位置からの反射光の結像位置は遮光しない機能を有していれば、その他の構成でも良い。遮光マスク１５を透過した光は第二の結像光学系１６を用いて受光部１７に結像される。第二の結像光学系１６は、例えば、レンズ２枚を用いて第一の結像光学系と同様に構成されるが、レンズ１枚、または３枚以上のレンズでも良く、受光部１７に結像できる機能を有していれば良い。受光部１７は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの受光素子を搭載したエリアカメラなどが用いられるが、二次元に画素が配列された受光素子を備える構成であれば良い。なお、ビームスプリッタ１２から受光部１７までの光学系内に、ラインビーム４０の照射波長のみを透過するバンドパスフィルタを入れておくことが望ましい。バンドパスフィルタを備えることで、加工光、熱輻射光、または外乱光などのうち、不必要な波長の光を除去することができる。以上のように、受光光学系３０は、加工点で発せられて受光素子に入射する光は遮光し、計測位置で反射して受光素子に入射する反射光は遮光しない遮光マスク１５を備える。換言すれば、受光光学系３０は、計測位置で反射して受光素子に入射する反射光の結像位置では光を透過させ、加工位置から入射される光の結像位置では光を遮光する遮光マスク１５を備える。

【0023】

積層造形装置１００は、加工点に加工材料７として金属ワイヤを供給し、加工点に加工光を照射することで、形成済みの造形物４の上に新たな層を積層して新たな造形物４とする付加加工を行う。図４は、実施の形態１にかかる造形物４に対する金属ワイヤの供給口の高さを示す図である。ここで、金属ワイヤの供給口の高さとは、ワーク３の上面を基準とした金属ワイヤの供給口の高さを示す。以降では、金属ワイヤの供給口の高さは、単に供給口の高さと呼ばれることもある。なお、供給口からの金属ワイヤの出射量を既知の値に設定しておけば、供給口の高さから金属ワイヤの先端部の高さも算出することができる。供給口からの金属ワイヤの出射量は、供給口から金属ワイヤの先端部までの長さを表す。供給口の高さを制御することによって、金属ワイヤの先端部の高さを制御することができる。ここでは、供給口からの金属ワイヤの出射量は一定となるように制御され、供給口の高さと金属ワイヤの先端部の高さとは１対１に対応するものとする。また、供給口の適切な高さの範囲は、造形済みの造形物４の高さに依存する。図４に示す通り、形成済みの造形物４に対して金属ワイヤを適切な高さで供給できなければ、加工結果に不具合が発生する。例えば、図４（ａ）に示すように形成済みの造形物４に応じた供給口の適切な高さ範囲をｈａ±αとする。図４（ａ）では、供給口の高さは、ｈａ±αの範囲の中央である。つまり、図４（ａ）では、供給口の高さが、ｈａである。図４（ａ）においてｈａ＋αを上限値５１として示す。図４（ａ）においてｈａ−αを下限値５０として示す。図４（ａ）では、供給口の高さはｈａであり、ｈａ±αの範囲内であるため、加工結果に不具合は発生しない。しかし、図４（ｂ）では、供給口の高さｈｂは、ｈｂ＞ｈａ＋αであり、ｈａ±αの範囲外である。この場合、金属ワイヤが溶解する位置が造形物４から離れているため、加工光が照射されて溶けた金属ワイヤが形成済みの造形物４に十分付着せず、溶滴が発生し、加工後の造形物４に凹凸が発生する。また、図４（ｃ）では、供給口の高さｈｃは、ｈｃ＜ｈａ−αであり、ｈａ±αの範囲外である。この場合、金属ワイヤが形成済みの造形物４の方向に押し付けられすぎ、加工光が照射されても金属ワイヤが全て溶けきらず、溶け残りの金属ワイヤが発生する。この結果、加工後の造形物４に溶け残った金属ワイヤが含まれてしまう。このように、形成済みの造形物４に応じた供給口の高さを加工中に適切な値に維持し続けることが高精度な加工には不可欠である。ワーク３に対して造形物４を加工し始める１層目の場合、ワーク３の高さが平坦であれば、供給口の高さを一定に維持して加工すればよい。

【0024】

しかし、２層目以降は、前回（前層）までに形成済みの造形物上に加工を行う必要がある。ここで、前回までに形成済みの造形物４の高さが設計値通りの高さになっていない場合、または位置によって造形物４の高さが一定になっていない場合が考えられる。この場合には、前回の積層時の供給口の高さから、設計上の１層分の高さだけ供給口を上昇させても、実際には、前回の積層時までの造形物の高さが設計値と異なる部分では、供給口の高さが今回積層する部分に対応する供給口の適切な範囲内ではない可能性がある。また、位置によって造形物４の高さが一定になっていない場合も考えられる。もし、２層目では適切な高さ範囲（ｈａ±α）、言い換えると許容誤差範囲に入っていたとしても、複数回加工を行い、ｎ層目（ｎ≧２）を加工する場合には積層誤差がｎ回加算されるため、許容誤差範囲（ｈａ±α）に入らない可能性がある。ここで、加工後の造形物４の高さを計測し、次回の加工時にこの高さ情報を利用して、制御を行う必要がある。

【0025】

ここで、計測された形成済みの造形物４の高さを用いて、形成済みの造形物４に対して金属ワイヤを適切な高さに維持する方法について説明する。造形物４の加工後に、加工とは別に再び同一経路を計測のために走査し、形成済みの造形物４の高さを計測することも可能である。しかし、この場合には、１層の付加加工に対して、加工経路を２度走査する必要があるため、時間がかかる。ここで、加工中に形成済みの造形物４の高さを計測することで、１層の付加加工に対する加工経路の走査回数を一度にしつつ、付加加工と形成済みの造形物４の高さの計測の両方を行うことができる。図５は、実施の形態１にかかる加工中の加工点のＸＺ断面を示す図である。付加加工時に加工点に加工光が照射され、ワーク３上で金属ワイヤが溶けた状態となっている領域をメルトプールと呼ぶ。例えば、−Ｘ方向にワーク３を載せた駆動ステージ６を走査すれば、Ｘ方向に直線状の造形物４を付加することができる。加工点のメルトプール近傍は高温となっているが、駆動ステージ６を移動させていくと、メルトプールは自然冷却され、金属のビードとして一定の形状に凝固する。このビードが積層されて造形物４が形成される。

【0026】

ここで、メルトプール端を加工点の中心、つまり加工用レーザ光の光軸から距離Ｗだけ離れた位置とする。メルトプールでは加工材料が溶融しており、形成済みの造形物の高さを正確に計測することが困難である。したがって、高さの計測を行うためのラインビーム４０の照射位置は加工点の中心から距離Ｗ以上離れた位置とすることが望ましい。例えば、高さの計測を行うためのラインビーム４０の照射位置は加工点の中心から距離Ｌ離れた位置とすることが望ましい。すなわち、高さが計測される計測位置は、加工時に加工材料７が溶解している範囲から外れた位置とすることが望ましい。ラインビーム４０の照射位置は加工点から遠い方がビードも十分凝固しており計測しやすいが、ラインビーム４０の照射角度を一定にする場合、設置位置を加工ヘッド２から離す必要があり、装置が大きくなる。また、ラインビーム４０の設置位置を加工ヘッド２近傍にする場合には照射角度が垂直になるため、高さ変化に対するラインビーム４０の照射位置の変位が少ないため、高さ分解能が低下する。また、撮像系を加工ヘッド２と同軸に設置する場合には、視野を大きくする必要があるため、解像度が低下する。撮像系を加工ヘッド２と別で設ける場合には装置が大型化する。以上のように、計測位置は、様々な事項を考慮して決定することになる。特に、計測位置は、計測が必要となる高さ範囲を考慮して決定する必要がある。計測が必要となる高さ範囲は、積層造形装置１００の仕様に応じて決定される。

【0027】

ラインビーム４０などの高さ計測用の照明光が計測位置で反射された反射光の受光素子上における受光位置は、計測位置の高さによって変化する。ここで、計測が必要となる高さ範囲に対して、計測位置で反射された反射光が受光される受光素子上の範囲と、加工時に加工材料７が溶解している範囲の像とが、遮光マスク１５がない場合に結像される受光素子上の範囲と重ならないように、計測位置を設定する必要がある。このように構成することで、計測位置からの反射光と加工位置で発生する外乱光とを、光学的に分離することが可能となる。遮光マスク１５は、加工点から放射される熱輻射光は受光素子上で受光されないように遮光し、計測位置で反射された反射光は遮光せずに透過する。例えば、遮光マスク１５は、加工点から放射される熱輻射光が受光素子に入射する光路の範囲だけを遮光するように構成される。また、例えば、遮光マスク１５は、計測が必要となる高さ範囲に対して、計測位置で反射される反射光が受光素子に入射する光路の範囲を除いて遮光するように構成される。

【0028】

図６は、実施の形態１にかかるワイヤ高さ制御の手順を示すフローチャートである。ここで、ワイヤ高さとは、ワーク３の上面を基準とした、加工光が照射される加工材料７の先端部の高さである。なお、ワイヤ高さは、加工材料７が溶融していない状態での加工材料７の先端部の高さである。まず、積層造形装置１００は、一層目の付加加工を開始する（ステップＳ１）。また、積層造形装置１００は、加工後の造形物４の高さの計測を開始し（ステップＳ２）、計測位置に対する造形物４の高さを保存することで一層目の付加加工が終了する（ステップＳ３）。ここで、計測できる造形物４の高さの間隔は、受光部１７で受光素子として用いるイメージセンサのフレームレートと加工軸の走査速度（加工点の走査速度）とで決定される。例えば、フレームレートＦ［ｆｐｓ］、駆動ステージ６の移動速度ｖ［ｍｍ／ｓ］とすると、造形物４の高さの加工点の走査方向の計測間隔Λ［ｍｍ］は、Λ＝ｖ／Ｆとなる。また、駆動ステージ６の移動範囲をＰ×Ｑ［ｍｍ］とすると、一層目の加工時で最大Ｐ／Λ×Ｑ／Λの高さ計測結果を測定することができる。この後、積層造形装置１００は、ワイヤの高さを変更し（ステップＳ４）、ｎ層目の付加加工を開始する（ステップＳ５）。積層造形装置１００は、ｎ層目の加工後の造形物４の高さの計測を開始し（ステップＳ６）、計測位置に対する造形物４の高さを保存することでｎ層目の付加加工が終了する（ステップＳ７）。積層造形装置１００が、全ての層の付加加工が終了した場合（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、処理は終了する。積層造形装置１００が、全ての層の付加加工が終了していない場合（ステップＳ８，Ｎｏ）、処理はステップＳ４に戻る。

【0029】

図７は、実施の形態１にかかる積層造形装置１００が第二層目を加工する場合のワイヤ高さを示す図である。二層目を加工する場合には、例えば、図７に示すように、一層目で形成された造形物４の高さを計測した結果、領域Ｉは設計通り高さＴ１で造形でき、領域ＩＩは設計より高いＴ２となり、領域ＩＩＩは設計より低いＴ３であったとする。ここで、全ての領域の高さ計測結果の平均値Ｔａｖｅ＝Ｔ１を用いてワイヤ高さを調整する場合、ワイヤを＋Ｚ方向にＴａｖｅ離して二層目の加工を始める。ここで、二層目加工時のワイヤ高さ調整には、一層分の設計積載量、計測した高さ計測結果の最大値、または中央値などを用いても良い。そして、各加工位置に二層目を積層する場合には、一層目の各領域での計測高さＴ１〜Ｔ３と二層目での目標積層高さ（２×Ｔ１）との差分に応じて、制御部１０は加工条件を変更する。

【0030】

もし、領域Ｉのように、計測したワイヤ高さＴ１＝一層目での目標造形高さの場合は、標準の加工条件（加工レーザ出力、ワイヤ供給量、駆動ステージ６の走査速度など）で加工を行う。一方、領域ＩＩのように、計測したワイヤ高さＴ２＞一層目での目標造形高さの場合には二層目後に全ての領域の造形物４の高さが均一になるよう、加工条件を変更して二層目の積層量を少なくする。例えば、加工レーザ出力を小さくしたり、ワイヤの供給量を少なくしたりする。また、計測したワイヤ高さＴ３＜一層目での目標造形高さの場合、二層目後に全ての領域の造形物４の高さが均一になるよう、加工条件を変更して二層目の積層量を多くする。例えば、加工レーザ出力を大きくしたり、ワイヤの供給量を多くしたりする。そして、二層目積層時も積層後の造形物４の高さを計測する。なお、計測された二層目の高さが、一層目の高さを基準とする相対的な高さである場合、一層目の計測結果に加算して総積層量を算出することができる。また、各層を積層する度に加工ヘッド２の高さを調整する場合には、調整された加工ヘッド２の高さを考慮して、造形物４の高さが求められる。このように、ｎ−１回目の積層時に計測したビード高さの結果を用いて、ｎ回目の積層時にワイヤ高さを一定量上昇させ、各加工位置での高さ変化に対しては加工条件を制御することで、各層加工終了後に全ての加工位置の積層量が均一になるよう制御を行う。こうすることで常に造形物４に対するワイヤ高さをｈａ±αに維持することができるため、加工不具合を発生させずに加工を継続することができる。

【0031】

次に、加工後のビード高さを計測するための、光切断方式を用いた高さ計測動作について説明する。図８は、実施の形態１にかかるライン照明８が投影された造形物４の拡大したＸＺ断面を示す図である。図８において、ワーク３上に対する造形物４の高さをΔＺとし、ラインビーム４０の照射角度をθとすると、ワーク３上と造形物４上のラインビーム４０の照射位置の差異ΔＸは、ΔＸ＝ΔＺ／ｔａｎθで表される。図９は、実施の形態１にかかる造形物４にラインビーム４０を照射した際の受光素子上に結像されたラインビーム４０の画像を示す図である。ライン照明８が照射するラインビーム４０は、環境光より十分強いため、受光素子で取得される画像にはラインビーム４０のみが写る。造形物４とワーク３との高さの違いにより、ラインビーム４０の照射位置はΔＸ’ずれて投影される。ここで、第一の結像光学系の倍率Ｍ１、第二の結像光学系１６の倍率Ｍ２を用いると、ΔＸ’＝Ｍ１×Ｍ２×ΔＸとなる。イメージセンサの１画素の大きさをＷとすると、１画素当たりの高さ変位量ΔＺ’は、ΔＺ’＝Ｗ×ｔａｎθ／（Ｍ１×Ｍ２）と表される。例えば、Ｗ＝５．５μｍ、Ｍ１＝１／２、Ｍ２＝１、θ＝７２ｄｅｇとすると、ΔＺ’＝３０μｍとなる。このようにイメージセンサ画像のラインビーム４０の投影位置から、三角測量の原理により、センサから対象物までの高さを算出することができる。

【0032】

また、ワーク３の上面と造形物４の上面とのラインビーム４０の照射位置の差異から造形物４の高さを算出することができる。もし、造形物４の高さがワーク３上面に対して高くなり、ワーク３上面からのラインビーム４０の反射光が受光できなくなったとしても、視野内の造形物４上面から反射したラインビーム４０の照射位置を用いて、センサからの距離を算出することができる。ラインビーム４０の照射位置は、一般にラインビーム４０の投影パターンのＸ方向重心位置から計算される。各Ｙ方向画素に対して、Ｘ方向の出力を算出し、ラインビーム４０の断面強度分布から重心位置を算出する。ここで、ラインビーム４０の照射位置の算出方法は重心位置に限らず、光量のピーク位置など適切に選択される。ラインビーム４０の照射幅は、照射位置の算出に対して十分な大きさである必要がある。例えば、重心計算の場合には、狭すぎると重心計算ができず、太すぎるとビームの強度パターン変化の影響で誤差が生じやすい。このため、５〜１０ｐｉｘｅｌ程度が望ましい。また、ラインビーム４０のラインの長さ（ラインビーム４０の照射幅）は造形物４の幅に対して十分長ければ良い。このように画像のＹ方向の各画素に対してＸ方向の輝度重心位置を算出し、この結果を高さに換算することで、造形物４の幅方向における造形物４の高さの断面分布を計測することができる。造形物４の高さを計測するために用いられる照明光として、スポットビームを用いる場合には、造形物４の高さの断面分布を計測することはできないが、スポットの大きさを適切に選択することで、誤差の少ない測定が可能となる。

【0033】

ここまでは、加工していない状態でラインビーム４０から造形物４の高さを算出する方法について説明したが、加工中に計測する場合には、加工点が高輝度な発光点となり、加工点から出た熱輻射光により、発生する撮像系内での迷光により、計測誤差が発生する。図１０は、実施の形態１にかかる加工中の受光素子であるイメージセンサの結像結果の概略を示す図である。遮光マスク１５がない状態で加工中にラインビーム４０をイメージセンサに結像すると、加工点から発光した熱輻射光もイメージセンサ上に結像される。上述の通り、ラインビーム４０の照射位置をメルトプールから離しているため、加工点から出た熱輻射光とラインビーム４０の反射光とを分離することが可能である。しかし、遮光マスク１５を用いない結像系では、加工点から発生した熱輻射光が撮像系の筐体内で反射して迷光となることが考えられる。熱輻射光の輝度が信号光であるラインビーム４０の輝度に対して十分小さければ問題は無いが、レーザ加工により発生する加工点の熱輻射光の輝度は非常に大きい。このため、筐体内で発生する迷光が無視できないと考えられる。また、イメージセンサに結像された熱輻射光も、イメージセンサ表面保護用の透明樹脂内で多重反射したり、イメージセンサの受光部１７の金属部などで反射したりすることで、迷光を発生させることが考えられる。

【0034】

このように、高輝度な加工点による熱輻射光が原因で発生する撮像系内の迷光が、信号光であるラインビーム４０とともに受光素子に入射した場合には、ノイズとなり輝度重心位置の算出結果に誤差が生じる。ここで、できるだけ迷光の発生を抑えるためにも、遮光マスク１５を用いて撮像系内で熱輻射光を遮光し、熱輻射光が受光素子に到達しないようにする。図３で示したとおり、遮光マスク１５は第一の結像光学系の焦点位置に設置される。第一の結像光学系の焦点位置には、ワーク３側の像が倍率Ｍ１で結像される。このため、メルトプールの大きさをφ２Ｗとすると、加工点から発生した熱輻射光を遮光するためには、遮光部の大きさをφ２Ｗ×Ｍ１以上にすれば良い。しかし、遮光部の大きさが大きすぎるとラインビーム４０も遮光されてしまうため、φ２（Ｌ−ΔＬ）×Ｍ１以下にする必要がある。図１１は、実施の形態１にかかるイメージセンサから出力される画像を示す図である。図１１に示すように、イメージセンサから出力される画像は、加工点からの光が遮光され、ラインビーム４０の反射光とともに入射していた迷光も除去することができる。遮光マスク１５の設置位置は第一の結像光学系の焦点位置としたが、厳密に焦点位置に合わせる必要は無く、遮光位置からずれた場合には、このずれの量に応じて遮光部の大きさを大きく設計しておけば、同様の効果が得られる。図１２は、実施の形態１にかかる遮光マスク１５の構成例を示す図である。図１３は、実施の形態１にかかる遮光マスク１５の構成例を示す別の図である。遮光マスク１５の構成としては、例えば、円形の筐体を用いる場合、図１２に示すように加工部のみを遮光する構成を示したが、ラインビーム４０だけを透過する図１３に示すような構成でも良く、加工点の結像位置が遮光されていれば良い。

【0035】

ここで、本発明における高さ計測装置では、ラインビーム４０のみを透過する遮光マスク１５を用いるため、加工用と高さ計測用とを併用しない集光レンズ１４および第二の結像光学系１６は、ラインビーム４０のみを受光部１７に結像できる光学系であった方が良い。図１４は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における積層造形装置１００のＸＺ平面の断面を示す別の図である。例えば、図１４に示すように、対物レンズ１３の中心軸に対して直角な方向に、対物レンズ１３の中心軸と、集光レンズ１４の中心軸または第二の結像光学系１６の中心軸とを軸ずれさせておく。ここで、対物レンズ１３は、加工位置に加工光を集光するレンズである。また、集光レンズ１４および第二の結像光学系１６は、計測用の照明光の反射光のうち、対物レンズ１３を透過した反射光を受光部１７に結像する第三の結像光学系を構成する。

【0036】

したがって、図１４における構成では、対物レンズ１３を透過した反射光を受光部１７に結像する第三の結像光学系の中心軸の位置は、加工位置に加工光を集光する対物レンズ１３の中心軸の位置とは異なっている。このような構成とすることで、計測用の照明光であるラインビーム４０の反射光をできるだけレンズの収差の影響を受けずに受光素子に結像できるようになり、高さ計測精度を向上できる。上記のように中心軸の位置をずらした構成とする代わりに、対物レンズ１３を透過した反射光を受光部１７に結像する第三の結像光学系の中心軸が、加工位置に加工光を集光する対物レンズ１３の中心軸に対して傾いた構成とすることでも同様の効果が得られる。また、集光レンズ１４のレンズ面の形状を変更しても良い。また、受光部１７の視野は、高さ計測範囲内でラインビーム４０が移動する範囲より広ければよく、ラインビーム４０の移動範囲だけを拡大するような第二の結像光学系１６を用いることでラインビーム４０の解像度を上げることができ、高さ計測精度を向上することができる。

【0037】

ここでは、−Ｘ方向にワーク３を走査して、ワイヤの供給される方向、つまり＋Ｘ方向にビードが延びるように形成する場合の高さ計測方法を述べた。この場合、加工直後の造形物４の高さが計測されるので、次回加工時にこの結果を使用すれば良い。一方、ワイヤを設置する方向と逆側の＋Ｘ方向にワーク３を走査して、ワイヤを設置する方向と反対方向、つまり−Ｘ方向にビードが延びるように形成することもできる。この場合、前回加工した造形物４の高さが今回の加工の直前に計測されるので、計測直後に加工条件を制御すればよい。ただし、前回加工時の積層物の平均積層高さを、今回の走査を開始する前のワイヤ高さ調整時に知ることができないため、設計値などを用いてワイヤ高さの調整を行い、設計値からの積層量の差異を計測して、この結果を加工時の制御に反映する。

【0038】

このように、ライン照明８を用いた光切断方式の高さ計測系を積層造形装置１００に組込み、加工中に造形物４の高さを計測する場合において、高さ計測の撮像系内で一度、加工点の像を結像し、この結像位置を遮光するような遮光部を有する遮光マスク１５を結像面に設置し、第二の結像光学系１６を用いて、遮光マスク１５を透過したライン照明８のみを結像することで、高輝度な加工点から発生する熱輻射光の筐体内、または受光部１７で発生する迷光を抑制し、高精度に造形物４の高さを計測することが可能となる。よって、積層造形装置１００は、形成済みの造形物４の高さの計測の精度の劣化を抑制することができる。

【0039】

実施の形態２．
本実施の形態２にかかる積層造形装置は、実施の形態１における積層造形装置と構成は同様であるが、高さ計測光学系の構成が異なる。本発明の実施の形態２にかかる積層造形装置は、高さ計測光学系内の遮光板を第一の結像光学系の焦点位置ではなく、受光素子であるイメージセンサの直前に設けた構成である。したがって、第二の結像光学系１６を省略することができ、装置全体の小型化が可能となるという利点がある。

【0040】

図１５は、実施の形態２にかかる積層造形装置のＸＺ断面を示す図である。加工用レーザ１、加工光学系２０、およびライン照明８の構成は実施の形態１と同様である。本実施の形態では、ビームスプリッタ１２を透過した造形物４からの反射光を集光レンズ１４で受光部１７の受光素子に直接結像する。また、受光素子の直前に、つまり受光素子と第一の結像光学系との間に遮光マスク１５を設置することで、加工点からの熱輻射光を遮光し、ラインビーム４０の反射光のみをイメージセンサに結像する。遮光マスク１５は、例えば、イメージセンサ上に接着などの方法で取り付ける。遮光マスク１５上の遮光部の大きさは、設置されるイメージセンサの画素からの距離によって設定する必要がある。遮光したいメルトプールの領域をφＭとすると、第一の結像光学系によって結像されたイメージセンサ上での大きさはφＭ’＝φＭ×Ｍ１となる。図１６は、実施の形態２にかかる遮光マスク１５の厚みと遮光部の領域との関係を示す図である。図１６のように、イメージセンサの光線の入射角Ｒ、遮光部のイメージセンサ画素表面からの距離Ｄとすると、遮光部の領域φＳの大きさは、φＳ＝φＭ’＋２×Ｄｔａｎ（Ｒ）とすれば良い。ただし、遮光マスク１５の厚み、つまり距離Ｄが大きくなるとこの分、遮光部の領域φＳを大きくする必要があり、イメージセンサに結像されるラインビーム４０の反射光線も遮光してしまう可能性がある。このため、遮光マスク１５の厚みは極力薄くすることが望ましい。

【0041】

このように、実施の形態２の積層造形装置では、高さ計測部の結像光学系を一つにしても、加工点を遮光して、加工中にも高い高さ計測精度で造形物４の高さを計測することができるため、装置全体の小型化が可能となるメリットがある。

【0042】

実施の形態３．
本実施の形態３の積層造形装置は、実施の形態１、または実施の形態２におけるものと構成は同様であるが、高さ計測に用いるラインビーム４０の形状が異なる。本発明の実施の形態３による積層造形装置は、ラインビーム４０の照射形状が直線ではなく、加工点を中心とした円形形状である。このようにラインビーム４０の照射形状を円形とすることで、加工形状が直線ではなく、加工点の走査方向が加工中に変化する場合にも、造形物４に対して直角に横切る方向つまり、造形物４の幅方向にライン照明８を照射することができるため、駆動ステージ６の回転機構を無くすことができ、装置を小型化できる。例えば、駆動ステージ６をＸＹ平面内で回転させれば、Ｘ軸、Ｙ軸に対して斜め方向に走査する場合でも、計測位置が加工点の前方または後方となるようにすることができる。しかし、ラインビーム４０の照射形状を円形とすることで、駆動ステージ６を回転させなくても、計測位置の少なくとも一部が、加工点の前方または後方となるようにすることができる。

【0043】

図１７は、実施の形態３にかかる造形物４の形成方向を変更した加工を行う場合のＸＹ断面を示す１つ目の例の図である。図１７に記載される駆動ステージ６は、ＸＹ平面内で回転する回転ステージである。なお、図１７以降において、点線で囲われた範囲は、積層造形装置１００が造形物４を形成する予定の範囲を示す。図１７のように、駆動ステージ６を用いて造形物４の形成方向を変更した加工を行う場合には、駆動ステージ６上のＸＹ平面における回転ステージを用いてワーク３をβ度回転させ造形を行うことができるので、加工方向は常に一定である。この場合、直線状のラインビーム４０を用いても、常に造形物４の加工方向に対して垂直にラインビーム４０を照射することができる。図１８は、実施の形態３にかかる造形物４の形成方向を変更した加工を行う場合のＸＹ断面を示す２つ目の例の図である。図１８に記載される駆動ステージ６は回転ステージではなく、ＸＹ平面内で回転しない。図１８のように、回転ステージがない場合に造形物４の形成方向を変更した加工を行う場合には、Ｘ軸方向の動作速度とＹ軸方向の動作速度とを適切な比率に制御することで、加工方向を変更することができるが、ＸＹ平面に対して斜め方向に加工する必要がある。しかし、直線状のラインビーム４０を用いると、斜め方向に加工する場合に、造形物４が延びるように積層される方向に対して垂直な断面を計測することができなくなる。図１９は、実施の形態３にかかる造形物４の形成方向を変更した加工を行う場合のＸＹ断面を示す３つ目の例の図である。図１９に記載される駆動ステージ６は回転ステージではなく、ＸＹ平面内で回転しない。図１９では、円形のラインビーム４０を用いる。この場合、斜め方向に造形物４の加工を行っても、ラインビーム４０が加工点を中心とした円形状で照射されるため、加工方向に寄らず、常に加工点から一定の距離の造形物４の高さを計測することができる。ワイヤを＋Ｘ方向から装填する場合、一般には、＋Ｙ方向〜−Ｘ方向〜−Ｙ方向の１８０度の範囲で加工されることが多い。このため、ここでは、円形のラインビーム４０について説明したが、厳密に円形である必要はなく、楕円形状であっても良く、半円など、一部途切れていても問題はない。ラインビーム４０は、付加加工中にとりうるラインビームのラインの範囲の角度が９０度以上であれば、加工点がどの方向に走査される場合であっても、ラインビーム４０を用いて形成済みの造形物４の高さ測定が可能である。例えば、円弧状のラインビームの場合、中心角が９０度以上であればよい。もし、−Ｘ方向から＋Ｙ方向までの９０度の円弧状のラインビームを用いるとすると、＋Ｘ方向、−Ｙ方向にビードが延びるように形成される場合には、加工直後を計測することとなり、−Ｘ方向、＋Ｙ方向にビードが延びるように形成される場合には、加工直前を計測することとなる。また、曲線状のラインビームであれば、接線方向のラインの範囲の角度が９０度以上であればよい。また、加工方向が互いに垂直な２方向だけであれば、正方形などの四角形状でも良い。

【0044】

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0045】

１ 加工用レーザ、２ 加工ヘッド、３ ワーク、４ 造形物、５ 固定具、６ 駆動ステージ、７ 加工材料、８ ライン照明、９ 演算部、１０ 制御部、１１ 投光レンズ、１２ ビームスプリッタ、１３ 対物レンズ、１４ 集光レンズ、１５ 遮光マスク、１６ 第二の結像光学系、１７ 受光部、２０ 加工光学系、３０ 受光光学系、４０ ラインビーム、５０ 下限値、５１ 上限値、１００ 積層造形装置、２００ 制御回路、２００ａ プロセッサ、２００ｂ メモリ。

【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】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】