特開 2022-100100 ノズル検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022100100

(43)【公開日】2022-07-05

(54)【発明の名称】ノズル検査システム

(51)【国際特許分類】

   B22F 12/53 20210101AFI20220628BHJP

   B05B 15/68 20180101ALI20220628BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20220628BHJP

   B05C 11/10 20060101ALI20220628BHJP

   B05C 11/00 20060101ALI20220628BHJP

   G01B 11/00 20060101ALI20220628BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220628BHJP

   B22F 10/25 20210101ALI20220628BHJP

   B22F 3/105 20060101ALI20220628BHJP

   B22F 3/16 20060101ALI20220628BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALN20220628BHJP

【ＦＩ】

B22F12/53

B05B15/68

B05C5/00 101

B05C11/10

B05C11/00

G01B11/00 H

B33Y50/02

B22F10/25

B22F3/105

B22F3/16

B33Y30/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020214261

(22)【出願日】2020-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】芝浦機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】竹内 将人

(72)【発明者】

【氏名】後藤 利章

(72)【発明者】

【氏名】藤巻 晋平

【テーマコード（参考）】

2F065

4D073

4F041

4F042

4K018

【Ｆターム（参考）】

2F065AA03

2F065AA07

2F065FF01

2F065FF42

2F065JJ03

2F065JJ26

2F065PP13

2F065QQ04

2F065QQ21

4D073BB03

4D073BB06

4D073CB19

4D073CB23

4F041AB01

4F041AB05

4F041BA05

4F041BA12

4F041BA22

4F042AB03

4F042BA08

4F042BA22

4F042DH09

4K018CA44

4K018EA51

4K018EA60

(57)【要約】

【課題】噴出される噴出物の中心と、ノズルの軸心と、の間のズレを定量的に検査可能なノズル検査システムを提供する。
【解決手段】一つの実施形態に係るノズル検査システムは、撮像装置と、回転装置と、演算装置とを備える。前記撮像装置は、保持部に保持されたノズルから噴出された噴出物と、前記保持部に前記ノズルと同軸に保持されたキャリブレーション部材と、を撮像する。前記回転装置は、前記ノズルの軸心又は前記キャリブレーション部材の軸心に沿って延びる回転軸まわりに前記ノズル又は前記キャリブレーション部材を前記撮像装置に対して相対的に回転させる。前記演算装置は、前記撮像装置が撮像した前記噴出物の画像と、前記撮像装置が撮像した前記キャリブレーション部材の画像と、に基づき、前記ノズルの軸心と直交する仮想平面における前記噴出物の位置と前記ノズルの軸心の位置との差を算出する第１の演算部、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

保持部に保持されたノズルから噴出された流体及び粉体のうち少なくとも一方を含む噴出物と、前記保持部に前記ノズルと同軸に保持されたキャリブレーション部材と、を撮像する撮像装置と、
前記ノズルの軸心又は前記キャリブレーション部材の軸心に沿って延びる回転軸まわりに前記ノズル又は前記キャリブレーション部材を前記撮像装置に対して相対的に回転させる回転装置と、
前記撮像装置が撮像した前記噴出物の画像と、前記撮像装置が撮像した前記キャリブレーション部材の画像と、に基づき、前記ノズルの軸心と直交する仮想平面における前記噴出物の位置と前記ノズルの軸心の位置との差を算出する第１の演算部、を有する演算装置と、
を具備するノズル検査システム。

【請求項2】

前記ノズルと選択的に前記保持部に保持されることが可能な前記キャリブレーション部材、をさらに具備する請求項１のノズル検査システム。

【請求項3】

前記第１の演算部は、前記キャリブレーション部材の画像を二値化する二値化部と、二値化された前記キャリブレーション部材の画像に基づき前記ノズルと同軸の前記キャリブレーション部材の軸心の位置を算出する軸心算出部と、を有する、請求項１又は請求項２のノズル検査システム。

【請求項4】

前記ノズルは、噴出した前記噴出物を収束点で収束させ、
前記第１の演算部は、前記ノズルの軸心と直交する仮想平面における、前記噴出物の位置としての前記収束点の位置と、前記ノズルの軸心の位置と、の差を算出する、
請求項１乃至請求項３のいずれか一つのノズル検査システム。

【請求項5】

前記第１の演算部は、前記噴出物の画像における輝度をガウシアンフィッティングするフィッティング部と、前記ノズルの軸心と直交する方向における前記収束点の位置としてガウシアンフィッティングされた前記輝度のピークの位置を算出するピーク算出部と、を有する、請求項４のノズル検査システム。

【請求項6】

前記演算装置は、前記撮像装置が撮像した前記噴出物の画像と、前記撮像装置が撮像した前記キャリブレーション部材の画像と、に基づき、前記ノズルの軸心に沿う方向における前記収束点の位置と前記キャリブレーション部材の先端の位置との差を算出する第２の演算部、をさらに有する、請求項４又は請求項５のノズル検査システム。

【請求項7】

前記回転装置は、前記ノズル及び前記キャリブレーション部材を回転させる、請求項１乃至請求項６のいずれか一つのノズル検査システム。

【請求項8】

前記撮像装置は、互いに反対の二つの方向から前記噴出物を撮像する、請求項１乃至請求項７のいずれか一つのノズル検査システム。

【請求項9】

前記保持部に保持された前記ノズルに、霧状の液体としての前記噴出物を供給するスモーク供給装置、をさらに具備する請求項１乃至請求項８のいずれか一つのノズル検査システム。

【請求項10】

前記ノズルの軸心と直交する仮想平面における前記噴出物の位置と前記ノズルの軸心の位置との差が閾値を超えているか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果を出力する出力部と、
をさらに具備する請求項１乃至請求項９のいずれか一つのノズル検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ノズル検査システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ノズルは、流体及び粉末のうち少なくとも一方を含む噴出物を噴出する。例えば、積層造形装置において、ノズルは、粉末状の材料を噴出する。積層造形装置は、ノズルから噴出された材料にレーザ光を照射することで当該材料を固化させ、固化した材料の層を形成する。積層造形装置のノズルは、所望の収束点に粉末を収束させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－００８３１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えばノズルの加工及び組み立ての個体差により、噴出される噴出物の中心と、ノズルの軸心と、の間にズレが生じてしまう虞がある。当該ズレを定量的に検査することが可能となれば、ノズルの使用の可否の定量的な判断が可能となる。

【0005】

本発明が解決する課題の一例は、噴出される噴出物の中心と、ノズルの軸心と、の間のズレを定量的に検査可能なノズル検査システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一つの実施形態に係るノズル検査システムは、撮像装置と、回転装置と、演算装置とを備える。前記撮像装置は、保持部に保持されたノズルから噴出された流体及び粉体のうち少なくとも一方を含む噴出物と、前記保持部に前記ノズルと同軸に保持されたキャリブレーション部材と、を撮像する。前記回転装置は、前記ノズルの軸心又は前記キャリブレーション部材の軸心に沿って延びる回転軸まわりに前記ノズル又は前記キャリブレーション部材を前記撮像装置に対して相対的に回転させる。前記演算装置は、前記撮像装置が撮像した前記噴出物の画像と、前記撮像装置が撮像した前記キャリブレーション部材の画像と、に基づき、前記ノズルの軸心と直交する仮想平面における前記噴出物の位置と前記ノズルの軸心の位置との差を算出する第１の演算部、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、一つの実施形態に係るノズル検査システムを概略的に示す側面図である。

【図2】図２は、上記実施形態のノズルを模式的に示す断面図である。

【図3】図３は、上記実施形態の制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図4】図４は、上記実施形態のノズル検査システムの構成を機能的に示すブロック図である。

【図5】図５は、上記実施形態のズレ算出方法の一例を示す例示的なフローチャートである。

【図6】図６は、上記実施形態の第１の画像及び第１の画像の輝度プロファイルを模式的に示す図である。

【図7】図７は、上記実施形態の第２の画像及び第２の画像の輝度プロファイルを模式的に示す図である。

【図8】図８は、上記施形態のノズル及び撮像装置を模式的に示す平面図である。

【図9】図９は、上記実施形態の各回転角度におけるＸ－Ｙ平面上のズレを模式的に示す平面図である。

【図10】図１０は、上記実施形態のズレ、中点、及び平面上ズレを模式的に示す平面図である。

【図11】図１１は、上記実施形態のノズルの検査方法の一例を示す例示的なフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、一つの実施形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。また、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明が、複数の表現で記載されることがある。構成要素及びその説明は、一例であり、本明細書の表現によって限定されない。構成要素は、本明細書におけるものとは異なる名称でも特定され得る。また、構成要素は、本明細書の表現とは異なる表現によっても説明され得る。

【0009】

図１は、一つの実施形態に係るノズル検査システム１を概略的に示す側面図である。ノズル検査システム１は、ノズル２の品質を検査する。本実施形態におけるノズル２は、積層造形（付加製造）に用いられる。なお、ノズル２は、他の用途に用いられても良い。

【0010】

図２は、本実施形態のノズル２を模式的に示す断面図である。図２に示すように、ノズル２は、積層造形装置３に搭載される。積層造形装置３は、例えば、粉末状の材料を層状に積み重ねることにより、所定の形状の物体４を積層造形する。

【0011】

積層造形装置３は、例えば、いわゆる指向性エネルギー堆積方式（Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＤＥＤ）又はレーザーメタルデポジション方式（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＬＭＤ）の三次元プリンタである。なお、ノズル２は、他の装置に搭載されても良い。

【0012】

ノズル２は、例えば、略円錐台の筒状に形成される。なお、ノズル２の形状は、この例に限られない。ノズル２に、出射路１１と、噴出路１２とが設けられる。出射路１１及び噴出路１２は、同軸に配置され、ノズル２の先端２ａに開口する。先端２ａは、出射路１１及び噴出路１２の軸心Ａｘｎに沿う方向における、ノズル２の端部である。軸心Ａｘｎは、筒状のノズル２の軸心でもある。

【0013】

出射路１１は、軸心Ａｘｎに沿って延びる略円形の孔である。積層造形装置３において、発振素子が出射したレーザ光Ｌが、出射路１１を通り、ノズル２の外部に出射される。言い換えると、出射路１１は、レーザ光Ｌを先端２ａから出射させる。

【0014】

噴出路１２は、軸心Ａｘｎに沿って延びる略円環状の孔である。噴出路１２は、出射路１１を囲む。積層造形装置３において、粉末状の材料Ｍ及びキャリアガスＧを含む噴出物Ｏｅが、噴出路１２を通り、ノズル２の外部に噴出される。言い換えると、噴出路１２は、キャリアガスＧと材料Ｍとを含む噴出物Ｏｅを、先端２ａから噴出する。粉末状の材料Ｍは、例えば金属であり、粉体の一例である。キャリアガスＧは、例えば窒素やアルゴンのような不活性ガスであり、流体の一例である。

【0015】

噴出路１２は、先端２ａに近づくに従って外径及び内径が縮小するように延びている。このため、ノズル２は、収束点Ｐで噴出物Ｏｅを収束させるように、噴出路１２から噴出物Ｏｅを噴出する。

【0016】

ノズル２に、シールドガスが噴出する通路がさらに設けられても良い。当該通路は、噴出路１２を囲み、先端２ａ又はノズル２の他の部分からシールドガスを吐出する。シールドガスは、例えば、窒素やアルゴンのような不活性ガスである。

【0017】

ノズル２は、例えば、物体４のベース又は仕掛品に向かって、噴出物Ｏｅを噴出する。また、ノズル２は、レーザ光Ｌを物体４に照射する。すなわち、レーザ光Ｌが噴出物Ｏｅの供給と平行してノズル２から照射される。

【0018】

積層造形装置３は、物体４及び噴出された材料Ｍをレーザ光Ｌにより加熱し、溶融又は焼結させる。これにより、材料Ｍの層が形成される。積層造形装置３は、材料Ｍの層にレーザ光Ｌを照射することで、アニール処理を行っても良い。積層造形装置３は、材料Ｍの層を反復的に積み重ねることにより、物体４を積層造形する。

【0019】

噴出物Ｏｅの収束点Ｐは、ノズル２の軸心Ａｘｎ上に位置するように設定される。また、レーザ光Ｌの焦点も、ノズル２の軸心Ａｘｎ上に位置するように設定される。これにより、積層造形装置３は、収束点Ｐにレーザ光Ｌの焦点を配置することができ、材料Ｍを効率的に溶融又は焼結することができる。

【0020】

収束点Ｐが所望の位置からずれると、積層造形装置３による積層造形の効率が低下する虞がある。例えば、収束点Ｐが軸心Ａｘｎと直交する方向に軸心Ａｘｎから離間した場合、レーザ光Ｌの焦点が収束点Ｐから離れるため、材料Ｍの溶融又は焼結の効率が低下する。また、収束点Ｐが所望の位置から軸心Ａｘｎに沿う方向に離間すると、レーザ光Ｌの焦点を収束点Ｐに合わせる調整が難しくなる。

【0021】

ノズル２は、例えば、部品の加工精度や、複数の部品の組み立て精度により、形状の個体差が生じることがある。このようなノズル２の加工及び組み立ての個体差により、噴出物Ｏｅの収束点Ｐと、所望の位置と、の間にズレが生じてしまう虞がある。例えば、噴出物Ｏｅの収束点Ｐと、ノズル２の軸心Ａｘｎと、の間にズレが生じる。

【0022】

図１のノズル検査システム１は、噴出物Ｏｅの収束点Ｐと、所望の位置と、の間のズレを定量的に検査することができる。言い換えると、ノズル検査システム１は、製造されたノズル２の品質を定量的に検査することができる。

【0023】

各図面に示されるように、本明細書において、便宜上、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｘ軸及びＹ軸は、略水平に設けられる。Ｚ軸は、略鉛直に設けられる。

【0024】

さらに、本明細書において、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向が定義される。Ｘ方向は、Ｘ軸に沿う方向であって、Ｘ軸の矢印が示す＋Ｘ方向と、Ｘ軸の矢印の反対方向である－Ｘ方向とを含む。Ｙ方向は、Ｙ軸に沿う方向であって、Ｙ軸の矢印が示す＋Ｙ方向と、Ｙ軸の矢印の反対方向である－Ｙ方向とを含む。Ｚ方向は、Ｚ軸に沿う方向であって、Ｚ軸の矢印が示す＋Ｚ方向と、Ｚ軸の矢印の反対方向である－Ｚ方向とを含む。＋Ｚ方向は、鉛直上方である。－Ｚ方向は、鉛直下方である。

【0025】

図１に示すように、ノズル検査システム１は、保持装置２１と、キャリブレーション部材２２と、供給装置２３と、撮像装置２４と、照明装置２５と、回転装置２６と、入力装置２７と、出力装置２８と、制御装置２９とを有する。供給装置２３は、スモーク供給装置の一例である。

【0026】

保持装置２１は、検査対象のノズル２、又はキャリブレーション部材２２を保持する。また、保持装置２１は、撮像装置２４及び照明装置２５を支持する。保持装置２１は、ベース３１と、複数の柱３２と、支持台３３と、保持部３４と、アーム３５と、スクリーン３６とを有する。

【0027】

ベース３１は、例えば、Ｘ－Ｙ平面上に広がる板状に形成される。Ｘ－Ｙ平面は、Ｚ軸と直交する仮想平面である。複数のＸ－Ｙ平面が、Ｚ方向の各座標上に存在する。ベース３１は、例えば、略水平な面の上に配置される。なお、ベース３１は、この例に限られない。柱３２は、ベース３１から＋Ｚ方向に延びている。

【0028】

支持台３３は、例えば、Ｘ－Ｙ平面上に広がる板状に形成される。支持台３３は、ベース３１から＋Ｚ方向に離間した位置で、複数の柱３２に支持される。ベース３１と支持台３３との間の距離は、軸心Ａｘｎに沿う方向におけるノズル２の長さよりも長い。

【0029】

保持部３４は、支持台３３に設けられる。保持部３４は、ノズル２と、キャリブレーション部材２２とを、選択的に保持することができる。なお、保持部３４は、ノズル２及びキャリブレーション部材２２の代わりに、他の部品を保持可能であっても良い。

【0030】

保持部３４は、ノズル２を、軸心ＡｘｎがＺ方向に延びるように保持することができる。また、保持部３４は、当該保持部３４からノズル２が取り外された状態で、キャリブレーション部材２２を保持することができる。保持部３４は、例えば、ネジ、万力、又は他の手段により、ノズル２又はキャリブレーション部材２２を保持する。

【0031】

キャリブレーション部材２２は、互いに径が異なるとともに同軸に配置された複数の円柱を有する。なお、キャリブレーション部材２２の形状は、この例に限られない。保持部３４は、キャリブレーション部材２２を、当該キャリブレーション部材２２の軸心ＡｘｃがＺ方向に延びるように保持することができる。

【0032】

キャリブレーション部材２２の複数の円柱は、－Ｚ方向に向かって直径がだんだんと短くなるように並べられる。すなわち、直径が最も短い円柱が－Ｚ方向におけるキャリブレーション部材２２の端に配置され、直径が最も長い円柱が＋Ｚ方向におけるキャリブレーション部材２２の端に配置される。

【0033】

保持部３４は、キャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃと、ノズル２の軸心Ａｘｎとが同軸となるよう、キャリブレーション部材２２を保持することができる。すなわち、Ｘ－Ｙ平面上において、保持部３４に保持されたノズル２の軸心Ａｘｎの位置と、保持部３４に保持されたキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃの位置とは、略同一となる。

【0034】

例えば、保持部３４は、複数のピン３４ａを有する。ノズル２に、軸心Ａｘｎから当該軸心Ａｘｎと直交する方向に離間した複数の孔が設けられる。また、キャリブレーション部材２２に、軸心Ａｘｃから当該軸心Ａｘｃと直交する方向に離間した複数の孔が設けられる。複数のピン３４ａは、保持部３４に保持されたノズル２の孔、又は保持部３４に保持されたキャリブレーション部材２２の孔に挿入されることで、ノズル２及びキャリブレーション部材を同軸に位置決めする。なお、保持部３４は、この例に限られない。

【0035】

アーム３５は、支持台３３から例えば－Ｙ方向に延びている。アーム３５に、撮像装置２４及び照明装置２５が支持される。すなわち、撮像装置２４及び照明装置２５は、保持部３４に保持されたノズル２又はキャリブレーション部材２２から、軸心Ａｘｎ又は軸心Ａｘｃと直交する方向に離間している。照明装置２５は、撮像装置２４よりも保持部３４に近い。

【0036】

スクリーン３６は、Ｘ－Ｚ平面上に広がる板状に形成される。保持部３４は、撮像装置２４とスクリーン３６との間に位置する。スクリーン３６は、背景３６ａを有する。背景３６ａは、撮像装置２４に向く、黒色の平面である。なお、保持装置２１は、スクリーン３６を省略しても良い。

【0037】

供給装置２３は、いわゆるスモークマシンである。供給装置２３は、保持部３４に保持されたノズル２の噴出路１２に接続される。供給装置２３は、例えば、ドライアイス、又はグリコール類と水との混合物を加熱し、霧状の液体を生成する。供給装置２３は、霧状の液体を、噴出路１２を通じてノズル２から噴出させる。すなわち、供給装置２３は、保持部３４に保持されたノズル２に、霧状の液体としての噴出物Ｏｅを供給する。霧状の液体は、流体の一例である。

【0038】

供給装置２３からノズル２に供給される噴出物Ｏｅは、材料Ｍ及びキャリアガスＧを含む噴出物Ｏｅと似た挙動で、ノズル２から噴出される。すなわち、霧状の形態としての噴出物Ｏｅは、材料Ｍ及びキャリアガスＧがノズル２から噴出された場合と略同一の収束点Ｐで収束する。なお、供給装置２３は、材料Ｍ及びキャリアガスＧを含む噴出物Ｏｅを、保持部３４に保持されたノズル２に供給しても良い。

【0039】

撮像装置２４は、例えば、ＣＣＤカメラのようなデジタルカメラであり、静止画及び動画の少なくとも一方を撮像可能である。撮像装置２４は、保持部３４に保持されたノズル２から噴出された噴出物Ｏｅと、保持部３４に保持されたキャリブレーション部材２２とを撮像する。

【0040】

照明装置２５は、例えば、リングライトであり、ＬＥＤのような光源を有する。照明装置２５は、保持部３４に保持されたノズル２から噴出された噴出物Ｏｅと、保持部３４に保持されたキャリブレーション部材２２とを照らす。照明装置２５は、複数の方向から噴出物Ｏｅ及びキャリブレーション部材２２を照らしても良い。照明装置２５は、例えば、撮像装置２４の視野の外に配置される。

【0041】

照明装置２５は、上記の例に限られない。例えば、照明装置２５は、ＬＥＤのような光源と、ハーフミラーとを有しても良い。ハーフミラーは、撮像装置２４の光軸上に配置され、光を反射する面を光源と、噴出物Ｏｅ又はキャリブレーション部材２２に向け、光を透過する面を撮像装置２４に向ける。これにより、照明装置２５は、撮像装置２４の光軸と同一方向に噴出物Ｏｅ及びキャリブレーション部材２２を照らすことができる。

【0042】

Ｚ方向において、撮像装置２４の光軸と、照明装置２５の光軸と、収束点Ｐと、キャリブレーション部材２２の先端２２ａと、は略同一の位置（座標）に配置される。これにより、照明装置２５は、噴出物Ｏｅ及びキャリブレーション部材２２を均一に照らすことができる。

【0043】

回転装置２６は、例えば、保持部３４を、Ｚ方向に延びる回転軸Ａｘｒまわりに回転させる。これにより、回転装置２６は、回転軸Ａｘｒまわりに、保持部３４に保持されたノズル２又はキャリブレーション部材２２を回転させる。言い換えると、回転装置２６は、ノズル２又はキャリブレーション部材２２を、撮像装置２４に対して相対的に回転させる。なお、回転装置２６は、撮像装置２４を回転軸Ａｘｒまわりに回転させることで、ノズル２又はキャリブレーション部材２２を、撮像装置２４に対して相対的に回転させても良い。

【0044】

保持部３４は、ノズル２を、軸心Ａｘｎと回転軸Ａｘｒとが同軸となるように保持することができる。また、保持部３４は、キャリブレーション部材２２を、軸心Ａｘｃと回転軸Ａｘｒとが同軸となるように保持することができる。

【0045】

回転軸Ａｘｒは、軸心Ａｘｎ及び軸心Ａｘｃからズレていても良い。回転軸Ａｘｒは、軸心Ａｘｎ及び軸心Ａｘｃと略平行である。また、保持部３４に保持されたノズル２又はキャリブレーション部材２２は、回転軸Ａｘｒ上に配置される。以上のように、回転軸Ａｘｒは、軸心Ａｘｎ又は軸心Ａｘｃに沿って延びている。

【0046】

入力装置２７は、例えば、キーボード、マウス、及びタッチパネルのような、ユーザからの入力を受け付ける装置である。出力装置２８は、例えば、ディスプレイ及びスピーカのような、情報を出力する装置である。

【0047】

図３は、本実施形態の制御装置２９のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、制御装置２９は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２９ａのような演算装置と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｒｙ）２９ｂと、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｒｙ）２９ｃと、ストレージ２９ｄと、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２９ｅとを有し、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成となっている。ＣＰＵ２９ａは、演算装置の一例である。

【0048】

ＣＰＵ２９ａ、ＲＯＭ２９ｂ、ＲＡＭ２９ｃ、ストレージ２９ｄ、及びＩ／Ｆ２９ｅは、バスを介して互いに接続されている。ＣＰＵ２９ａは、Ｉ／Ｆ２９ｅを介して、供給装置２３、撮像装置２４、照明装置２５、回転装置２６、入力装置２７、及び出力装置２８に接続されている。

【0049】

ＣＰＵ２９ａがＲＯＭ２９ｂ又はストレージ２９ｄに組み込まれたプログラムを実行することで、制御装置２９は、ノズル検査システム１の各部を制御する。例えば、制御装置２９は、供給装置２３、撮像装置２４、照明装置２５、及び回転装置２６を制御する。

【0050】

ＲＯＭ２９ｂは、プログラム及びプログラムの実行に必要なデータを格納している。ＲＡＭ２９ｃは、プログラムの実行時に作業領域として機能する。ストレージ２９ｄは、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）のような、データを記憶、変更、削除可能な装置である。

【0051】

図４は、本実施形態のノズル検査システム１の構成を機能的に示すブロック図である。制御装置２９は、例えば、ＣＰＵ２９ａがＲＯＭ２９ｂ又はストレージ２９ｄに格納されたプログラムを読み出し実行することで、図４に示す各部を実現する。図４に示すように、制御装置２９は、例えば、記憶部４１と、回転制御部４２と、撮像制御部４３と、供給制御部４４と、入力部４５と、演算部４６と、判定部４７と、出力部４８とを備える。演算部４６は、第１の演算部及び第２の演算部の一例である。

【0052】

例えば、ＲＡＭ２９ｃやストレージ２９ｄが、記憶部４１として機能する。また、ＣＰＵ２９ａが、回転制御部４２、撮像制御部４３、供給制御部４４、入力部４５、演算部４６、判定部４７、及び出力部４８として機能する。

【0053】

記憶部４１は、種々のデータを記憶する。回転制御部４２は、回転装置２６を制御する。例えば、回転制御部４２は、回転装置２６により、保持部３４を回転軸Ａｘｒまわりに所望の角度に亘って回転させる。撮像制御部４３は、撮像装置２４を制御する。例えば、撮像制御部４３は、撮像装置２４の撮像を開始又は停止させるとともに、画像処理により撮像装置２４から取得した電気信号に基づく画像データを生成する。なお、画像処理は、撮像装置２４によって行われても良い。

【0054】

供給制御部４４は、供給装置２３を制御する。例えば、供給制御部４４は、供給装置２３による噴出物Ｏｅの供給を開始又は停止させる。入力部４５は、入力装置２７からの入力を受け付ける。

【0055】

演算部４６は、二値化部５１と、軸心算出部５２と、フィッティング部５３と、ピーク算出部５４と、ズレ算出部５５とを備える。演算部４６は、種々の演算により、噴出物Ｏｅの収束点Ｐと、所望の位置と、の間のズレを算出する。判定部４７は、収束点Ｐと所望の位置との間のズレに基づき、検査対象のノズル２の品質を判定する。出力部４８は、判定部４７による判定結果を、出力装置２８に出力する。

【0056】

ノズル検査システム１は、Ｘ－Ｙ平面上における収束点Ｐと所望の位置との間のズレを検査する。さらに、ノズル検査システム１は、Ｚ方向における収束点Ｐと所望の位置との間のズレを検査する。すなわち、ノズル検査システム１は、収束点Ｐと所望の位置との間の三次元空間におけるズレを検査する。

【0057】

Ｘ－Ｙ平面上における収束点Ｐの所望の位置は、ノズル２の軸心Ａｘｎの位置である。また、Ｚ方向における収束点Ｐの所望の位置は、ノズル２の種類に対応する固有の値として設定される。

【0058】

ノズル検査システム１は、ノズル２に対応するキャリブレーション部材２２を用いて、収束点Ｐと所望の位置との間の三次元空間におけるズレを検査する。キャリブレーション部材２２は、収束点Ｐの所望の位置の標準を表すよう、ノズル２よりも精密に製造される。

【0059】

上述のように、キャリブレーション部材２２は、保持部３４に、ノズル２と同軸に保持される。このため、キャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃは、Ｘ－Ｙ平面上における収束点Ｐの所望の位置を表す。

【0060】

Ｚ方向において、保持部３４に保持されたキャリブレーション部材２２の先端２２ａは、Ｚ方向における収束点Ｐの所望の位置を表す。キャリブレーション部材２２の先端２２ａは、保持部３４に保持されたキャリブレーション部材２２の、－Ｚ方向における端部である。

【0061】

キャリブレーション部材２２は、ノズル２に対応して作られる。このため、複数種類のノズル２が製造される場合、互いに寸法が異なる複数のキャリブレーション部材２２が作られる。なお、一つのキャリブレーション部材２２が、複数種類のノズル２に対応していても良い。

【0062】

図５は、本実施形態のズレ算出方法の一例を示す例示的なフローチャートである。以下、ノズル検査システム１による、三次元空間における収束点Ｐと所望の位置との間のズレの算出方法について図５を参照して説明する。なお、図５を参照して以下に説明する算出方法はあくまで一例であり、ノズル検査システム１は、他の方法により算出を行っても良い。

【0063】

まず、保持部３４に、検査対象のノズル２に対応するキャリブレーション部材２２が保持される。そして、撮像制御部４３が、撮像装置２４にキャリブレーション部材２２を撮像させる（Ｓ１１）。

【0064】

図６は、本実施形態の第１の画像６１及び第１の画像６１の輝度プロファイルを模式的に示す図である。撮像制御部４３は、キャリブレーション部材２２を撮像した撮像装置２４の出力信号に基づき、キャリブレーション部材２２が写る第１の画像６１を生成する。第１の画像６１は、キャリブレーション部材の画像の一例である。撮像制御部４３は、第１の画像６１を、記憶部４１に記憶させる。

【0065】

撮像装置２４は、第１の画像６１にキャリブレーション部材２２の先端２２ａが写るように、キャリブレーション部材２２を撮像する。上述のように、キャリブレーション部材２２は、－Ｚ方向に向かって直径がだんだんと短くなるように並べられた複数の円柱を有する。－Ｚ方向におけるキャリブレーション部材２２の端に配置された円柱は、直径が小さいため、高倍率で撮像装置２４に撮像されることができる。一方、キャリブレーション部材２２の複数の円柱は、＋Ｚ方向に向かってだんだんと太くなるように並べられるため、キャリブレーション部材２２の剛性が低減することを抑制できる。

【0066】

次に、図５に示すように、演算部４６が、第１の画像６１におけるキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃを算出する（Ｓ１２）。本実施形態の演算部４６では、二値化部５１及び軸心算出部５２が、軸心Ａｘｃを算出する。なお、演算部４６は、この例に限られない。

【0067】

二値化部５１が、記憶部４１から第１の画像６１を取得し、当該第１の画像６１を二値化する。例えば、二値化部５１は、第１の画像６１の各ピクセルについて、輝度と所定の閾値とを比較することで、第１の画像６１を二値化する。

【0068】

二値化された第１の画像６１において、キャリブレーション部材２２の輪郭が明確となる。また、背景３６ａが黒色であるため、第１の画像６１におけるキャリブレーション部材２２は、背景３６ａからより確実に区別される。

【0069】

図６に示すように、軸心算出部５２は、例えば、横方向における輝度のプロファイル６２を算出する。軸心算出部５２は、－Ｚ方向における第１の画像６１の端から、一定間隔ごとに第１の画像６１を走査する。

【0070】

－Ｚ方向における第１の画像６１の端では、例えば、背景３６ａが写っている。背景３６ａの輝度は、二値化により最低レベル（０）となっている。一方、キャリブレーション部材２２の輝度は、二値化により最高レベル（１）となっている。このため、一定間隔ごとの走査がキャリブレーション部材２２の先端２２ａに到達すると、輝度の最高レベル（１）が現れる。軸心算出部５２は、輝度の最高レベルが数ピクセル連続した場合、Ｚ方向における当該座標（以下、仮先端座標と称する）を、キャリブレーション部材２２の先端２２ａと仮に認識する。走査が一定間隔ごとに行われるため、仮先端座標は、Ｚ方向における先端２２ａの座標と異なっていても良い。

【0071】

軸心算出部５２は、仮先端座標において、輝度が最高レベルとなっている範囲の中央値を算出する。軸心算出部５２は、当該中央値を、横方向におけるキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃの座標（以下、仮軸心座標と称する）と仮に認識する。仮軸心座標は、横方向における軸心Ａｘｃの座標と異なっても良い。

【0072】

軸心算出部５２は、仮軸心座標において、Ｚ方向における輝度のプロファイル６３を算出する。軸心算出部５２は、輝度が最高レベルとなっている範囲の、－Ｚ方向における端の座標（以下、先端座標と称する）を、キャリブレーション部材２２の先端２２ａと認識する。すなわち、軸心算出部５２は、Ｚ方向におけるキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置を算出する。Ｚ方向は、ノズル２の軸心Ａｘｎに沿う方向である。

【0073】

軸心算出部５２は、先端座標において、横方向における輝度のプロファイル６４を算出する。軸心算出部５２は、輝度のプロファイル６４において輝度が最高レベルとなっている範囲の中央値を算出する。軸心算出部５２は、当該中央値を、横方向におけるキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃの座標（以下、軸心座標と称する）と認識する。

【0074】

以上のように、軸心算出部５２は、二値化された第１の画像６１に基づき、Ｘ－Ｙ平面上におけるキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃの座標（位置）を算出する。キャリブレーション部材２２がノズル２と同軸に配置されるため、算出された軸心Ａｘｃの座標は、Ｘ－Ｙ平面上におけるノズル２の軸心Ａｘｎの座標と実質的に等しい。

【0075】

軸心算出部５２は、記憶部４１に、Ｚ方向におけるキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置（先端座標）と、Ｘ－Ｙ平面上におけるキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃの位置（軸心座標）と、を記憶させる。

【0076】

記憶部４１には、Ｚ方向における先端２２ａの位置（先端座標）を含む高さズレデータ６６と、Ｘ－Ｙ平面上における軸心Ａｘｃの位置（軸心座標）を含む平面上ズレデータ６７と、が記憶されている。高さズレデータ６６は、Ｚ方向における収束点Ｐと所望の位置との間のズレを検査するための種々のデータを含む。平面上ズレデータ６７は、Ｘ－Ｙ平面上における収束点Ｐと所望の位置との間のズレを検査するための種々のデータを含む。

【0077】

次に、図５に示すように、撮像制御部４３は、キャリブレーション部材２２を全周に亘って撮影したか否かを判定する（Ｓ１３）。全周の撮影が完了していない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、回転制御部４２は、回転装置２６を駆動し、キャリブレーション部材２２を回転軸Ａｘｒまわりに所定の角度、回転させる（Ｓ１４）。回転制御部４２は、キャリブレーション部材２２を、例えば４５°回転させる。

【0078】

回転制御部４２がキャリブレーション部材２２を回転させると、撮像制御部４３が再び回転後の第１の画像６１を得て（Ｓ１１）、演算部４６が軸心Ａｘｃの座標を再び算出する（Ｓ１２）。制御装置２９は、キャリブレーション部材２２を全周に亘って撮影するまで、Ｓ１１～Ｓ１４を繰り返す。

【0079】

Ｓ１１～Ｓ１４が繰り返されることで、撮像装置２４がキャリブレーション部材２２を複数の方向から撮像し、撮像制御部４３が複数の第１の画像６１を記憶部４１に記憶させる。複数の第１の画像６１には、回転角度が関連付いて記録されている。回転角度は、例えば、最初の第１の画像が撮像されてから、当該第１の画像６１が撮像されるまでの、キャリブレーション部材２２の回転角度である。回転角度は、例えば、ロータリエンコーダのような角位置センサの検出値、又はユーザによる入力に基づいて記録される。

【0080】

本実施形態では、４５°の回転角度毎に、第１の画像６１が撮像される。すなわち、最初の撮像における回転角度を０°として、記憶部４１は、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、及び３１５°の回転角度における第１の画像６１を記憶する。すなわち、撮像装置２４は、互いに反対の二つの方向から、キャリブレーション部材２２を撮像する。

【0081】

撮像制御部４３は、キャリブレーション部材２２を全周に亘って撮影した場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、撮像装置２４による撮像を停止する（Ｓ１５）。この間に、例えばユーザが、保持部３４からキャリブレーション部材２２を取り外し、保持部３４に検査対象のノズル２を保持させる。

【0082】

次に、供給制御部４４は、ノズル２が保持部３４に取り付けられたか否かを判定する（Ｓ１６）。例えば、供給制御部４４は、入力部４５が入力装置２７から、ノズル２の取り付けを行ったユーザによる入力を受けるまで、待機する（Ｓ１６：Ｎｏ）。

【0083】

供給制御部４４は、ノズル２が保持部３４に取り付けられると（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、ノズル２に噴出物Ｏｅを噴出させる（Ｓ１７）。ノズル２から噴出された噴出物Ｏｅは、収束点Ｐで収束する。

【0084】

図７は、本実施形態の第２の画像７１及び第２の画像７１の輝度プロファイルを模式的に示す図である。次に、撮像制御部４３が、撮像装置２４に、ノズル２から噴出された噴出物Ｏｅを撮像させる（Ｓ１８）。撮像制御部４３は、噴出物Ｏｅが写る第２の画像７１を生成する。第２の画像７１は、噴出物の画像の一例である。撮像制御部４３は、第２の画像７１を、記憶部４１に記憶させる。

【0085】

本実施形態において、第２の画像７１は、噴出物Ｏｅの収束点Ｐと、噴出物Ｏｅを噴出するノズル２と、の画像を含む。なお、ノズル２は、第２の画像７１に含まれていなくても良い。

【0086】

次に、演算部４６が、第２の画像７１における噴出物Ｏｅの収束点Ｐの座標を算出する（Ｓ１９）。本実施形態の演算部４６では、フィッティング部５３及びピーク算出部５４が、収束点Ｐの座標を算出する。なお、演算部４６は、この例に限られない。

【0087】

フィッティング部５３が、記憶部４１から第２の画像７１を取得し、当該第２の画像７１における輝度をガウシアンフィッティング（Ｇａｕｓｓｉａｎ ｆｉｔｔｉｎｇ）する。すなわち、フィッティング部５３は、第２の画像７１における輝度について、ガウス関数の曲線あてはめ（ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行う。

【0088】

例えば、フィッティング部５３は、記憶部４１の高さズレデータ６６から、Ｚ方向におけるキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置（先端座標）を読み出す。フィッティング部５３は、当該先端座標において、横方向における輝度のプロファイル７２を算出する。フィッティング部５３は、当該プロファイル７２をガウシアンフィッティングし、ガウス関数７３を算出する。ガウス関数７３は、ガウシアンフィッティングされた輝度の一例である。

【0089】

ピーク算出部５４は、ガウス関数７３のピーク７３ａの位置（座標）を算出する。ガウス関数７３のピーク７３ａの位置は、ガウス関数７３において輝度が最高となる、第２の画像７１の横方向の座標である。

【0090】

一般的に、ノズル２から噴出された噴出物Ｏｅの密度は、収束点Ｐで最大となる。このため、プロファイル７２の輝度は、収束点Ｐにおいて最大となる。すなわち、ピーク算出部５４は、軸心Ａｘｎ，Ａｘｃと直交する方向（横方向）における収束点Ｐの位置（以下、収束軸座標と称する）として、ガウス関数７３のピーク７３ａの位置を算出する。

【0091】

さらに、フィッティング部５３は、収束軸座標において、Ｚ方向における輝度のプロファイル７４を算出する。フィッティング部５３は、当該プロファイル７４をガウシアンフィッティングし、ガウス関数７５を算出する。

【0092】

ピーク算出部５４は、ガウス関数７５のピーク７５ａの位置（座標）を算出する。ガウス関数７５のピーク７５ａの位置は、ガウス関数７５において輝度が最高となる、第２の画像７１のＺ方向の座標である。ピーク算出部５４は、Ｚ方向における収束点Ｐの位置として、ガウス関数７５のピーク７５ａの位置を算出する。

【0093】

ピーク算出部５４は、記憶部４１に、高さズレデータ６６として、Ｚ方向における収束点Ｐの位置を記憶させる。さらに、ピーク算出部５４は、平面上ズレデータ６７として、横方向における収束点Ｐの位置を記憶させる。

【0094】

次に、図５に示すように、ズレ算出部５５が、第２の画像７１における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２とのズレを算出する（Ｓ２０）。例えば、ズレ算出部５５は、高さズレデータ６６から、現在の回転角度に関連付けられた第１の画像６１に係る、Ｚ方向における先端２２ａの位置（先端座標）を取得する。

【0095】

ズレ算出部５５は、例えば、ピーク算出部５４が算出したＺ方向における収束点Ｐの位置から、先端座標を減ずることで、Ｚ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差を算出する。すなわち、ズレ算出部５５は、第１の画像６１と第２の画像７１とに基づき、Ｚ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差（ズレ）を算出する。ズレ算出部５５は、Ｚ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置とのズレを、高さズレデータ６６として記憶部４１に記憶させる。

【0096】

さらに、ズレ算出部５５は、平面上ズレデータ６７から、現在の回転角度に関連付けられた第１の画像６１に係る、横方向における軸心Ａｘｃの位置（軸心座標）を取得する。ズレ算出部５５は、例えば、ピーク算出部５４が算出した横方向における収束点Ｐの位置から、軸心座標を減ずることで、横方向における収束点Ｐの位置と軸心Ａｘｃの位置との仮の差（ズレ）を算出する。ズレ算出部５５は、横方向における収束点Ｐの位置と軸心Ａｘｃの位置との仮のズレを、平面上ズレデータ６７として記憶部４１に記憶させる。

【0097】

次に、撮像制御部４３は、噴出物Ｏｅを全周に亘って撮影したか否かを判定する（Ｓ２１）。全周の撮影が完了していない場合（Ｓ２１：Ｎｏ）、回転制御部４２は、回転装置２６を駆動し、ノズル２を回転軸Ａｘｒまわりに所定の角度、回転させる（Ｓ２２）。回転制御部４２は、ノズル２を、例えば４５°回転させる。

【0098】

回転制御部４２がノズル２を回転させると、撮像制御部４３が回転後の第２の画像７１を再び得て（Ｓ１８）、演算部４６が収束点Ｐの位置を再び算出する（Ｓ１９）。さらに、演算部４６が収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２とのズレを再び算出する（Ｓ２０）。制御装置２９は、キャリブレーション部材２２を全周に亘って撮影するまで、Ｓ１８～Ｓ２２を繰り返す。

【0099】

Ｓ１８～Ｓ２２が繰り返されることで、撮像装置２４が噴出物Ｏｅを複数の方向から撮像し、撮像制御部４３が複数の第２の画像７１を記憶部４１に記憶させる。複数の第２の画像７１には、回転角度が関連付いて記録されている。回転角度は、例えば、最初の第２の画像７１が撮像されてから、当該第２の画像７１が撮像されるまでの、キャリブレーション部材２２の回転角度である。回転角度は、例えば、ロータリエンコーダのような角位置センサの検出値、又はユーザによる入力に基づいて記録される。

【0100】

本実施形態では、４５°の回転角度毎に、第２の画像７１が撮像される。すなわち、最初の撮像における回転角度を０°として、記憶部４１は、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、及び３１５°の回転角度における第２の画像７１を記憶する。すなわち、撮像装置２４は、互いに反対の二つの方向から、噴出物Ｏｅを撮像する。

【0101】

噴出物Ｏｅを全周に亘って撮影した場合（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、撮像制御部４３は撮像装置２４による撮像を停止させ、供給制御部４４はノズル２による噴出物Ｏｅの噴出を停止させる（Ｓ２３）。

【0102】

上述のように、ズレ算出部５５は、複数の回転角度について、横方向における収束点Ｐの位置と軸心Ａｘｃの位置との仮の差（ズレ）を算出する。各回転角度についての横方向におけるズレは、撮像装置２４の光軸に沿う方向（奥行）におけるズレの情報を持たない。このため、ズレ算出部５５は、以下に説明するように、複数の角度についてのズレに基づき、Ｘ－Ｙ平面上における収束点Ｐの位置と軸心Ａｘｃの位置との差（ズレ）を算出する。

【0103】

図８は、本実施形態のノズル２及び撮像装置２４を模式的に示す平面図である。本実施形態では、回転装置２６は、ノズル２又はキャリブレーション部材２２を回転させる。しかし、以下の記載では、理解のために、図８のように撮像装置２４が回転軸Ａｘｒまわりを回転するものと仮定して説明する。なお、ノズル２又はキャリブレーション部材２２が回転する場合と、撮像装置２４が回転する場合とは、いずれもノズル２又はキャリブレーション部材２２が撮像装置２４に対して相対的に回転する点で共通している。

【0104】

図８の括弧は、撮像装置２４の回転角度を示す。以下の説明における回転角度は、図８に示すように、ノズル２が固定された状態において撮像装置２４が第２の画像７１を撮影したときの回転角度である。

【0105】

図９は、本実施形態の各回転角度における仮想平面Ｐｘｙ上のズレＤを模式的に示す平面図である。上述のように、各回転角度についての横方向における収束点Ｐの位置と軸心Ａｘｃの位置との仮の差（ズレ）Ｄは、撮像装置２４の光軸に沿う方向（奥行）におけるズレの情報を持たない。本実施形態のズレ算出部５５は、ノズル２の軸心Ａｘｃと直交する仮想平面Ｐｘｙ上において、ズレＤを、各回転角度における撮像装置２４の光軸と直交し且つ軸心Ａｘｎを通る仮想直線上に配置する。本実施形態における仮想平面Ｐｘｙは、Ｘ－Ｙ平面である。

【0106】

図９に示すように、回転角度が０°のズレＤ（０°）と、回転角度が１８０°のズレＤ（１８０°）とは、同一の仮想直線上に配置される。同様に、例えば、回転角度が４５°のズレＤ（４５°）と、回転角度が２２５°のズレＤ（２２５°）とは、同一の仮想直線上に配置される。他の角度も同様である。

【0107】

互いに反対の二つの回転角度（方向）における、横方向におけるズレＤの位置は、理論上、一致し得る。しかし、互いに反対の二つの回転角度における第２の画像７１は、異なる時間に撮影される。このため、互いに反対の二つの回転角度における、横方向におけるズレＤの位置には、揺らぎによりズレが生じる。

【0108】

図１０は、本実施形態のズレＤ、中点Ｐｈ、及び平面上ズレＤｐを模式的に示す平面図である。図１０に示すように、ズレ算出部５５は、互いに反対の二つの回転角度（方向）における、横方向におけるズレＤの中点Ｐｈを算出する（Ｓ２４）。言い換えると、ズレ算出部５５は、同一の仮想直線上に配置される二つのズレＤの中点Ｐｈを算出する。図１０において中点Ｐｈに付された括弧は、当該中点Ｐｈの基礎となるズレＤの回転角度を示す。

【0109】

図１０に示すように、ズレ算出部５５は、中点Ｐｈと軸心Ａｘｎとを結ぶ仮想直線Ｌ１と直交し、且つ当該中点Ｐｈを通る仮想直線Ｌ２を算出する。仮想直線Ｌ１は、各回転角度における撮像装置２４の光軸と略直交する。仮想直線Ｌ２は、各回転角度における撮像装置２４の光軸と略平行に延びている。さらに、ズレ算出部５５は、複数の仮想直線Ｌ２の交点Ｐｃを算出する（Ｓ２５）。

【0110】

ズレ算出部５５は、複数の交点Ｐｃが配置された複数のＸ座標及びＹ座標を取得する。図１０の例において、ズレ算出部５５は、複数の交点Ｐｃが配置されたＸ方向における三つの座標を取得する。また、ズレ算出部５５は、複数の交点Ｐｃが配置されたＹ方向における三つの座標を取得する。

【0111】

図１０の例において、中点Ｐｈ（０°，１８０°）の仮想直線Ｌ２が、Ｙ方向に延びており、三つの交点Ｐｃが当該仮想直線Ｌ２上に位置している。また、中点Ｐｈ（９０°，２７０°）の仮想直線Ｌ２が、Ｘ方向に延びており、三つの交点Ｐｃが当該仮想直線Ｌ２上に位置している。

【0112】

ズレ算出部５５は、複数の交点Ｐｃが配置されたＸ方向における三つの座標の平均値（平均Ｘ座標）を算出する。さらに、ズレ算出部５５は、複数の交点Ｐｃが配置されたＹ方向における三つの座標の平均値（平均Ｙ座標）を算出する。ズレ算出部５５は、Ｘ方向の座標が平均Ｘ座標、Ｙ方向の座標が平均Ｙ座標である平面上ズレＤｐを、仮想平面Ｐｘｙ上における噴出物Ｏｅの収束点Ｐとノズル２の軸心Ａｘｎの位置との差として算出する（Ｓ２６）。

【0113】

以上のように、ズレ算出部５５は、第１の画像６１及び第２の画像７１に基づき、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する仮想平面Ｐｘｙにおける、噴出物Ｏｅの位置としての収束点Ｐの位置と、ノズル２の軸心Ａｘｎの位置と、の差（平面上ズレＤｐ）を算出する。なお、ズレ算出部５５は、中点Ｐｈ、仮想直線Ｌ１，Ｌ２、及び交点Ｐｃの算出を省略しても良い。例えば、ズレ算出部５５は、複数のズレＤの平均座標を平面上ズレＤｐとして算出しても良い。

【0114】

次に、図５に示すように、ズレ算出部５５は、Ｚ方向における噴出物Ｏｅの収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差を算出する（Ｓ２７）。例えば、ズレ算出部５５は、Ｚ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との、各回転角度における差（ズレ）の平均値を算出する。ズレ算出部５５は、当該平均値を、Ｚ方向における噴出物Ｏｅの収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差として算出する。

【0115】

ズレ算出部５５は、記憶部４１に、高さズレデータ６６として、Ｚ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差（平均値）を記録させる。さらに、ズレ算出部５５は、記憶部４１に、平面上ズレデータ６７として、仮想平面Ｐｘｙ（Ｘ－Ｙ平面）における収束点Ｐの位置とノズル２の軸心Ａｘｎの位置との差（平面上ズレＤｐ）を記録させる（Ｓ２８）。以上により、ノズル検査システム１の演算部４６は、三次元空間における収束点Ｐと所望の位置との間のズレを算出する。

【0116】

以上のズレ算出方法では、Ｓ１１～Ｓ１５において、キャリブレーション部材２２の先端座標及び軸心座標が算出される。しかし、例えば、同一のキャリブレーション部材２２に対応する複数のノズル２について、収束点Ｐとノズル２の軸心Ａｘｎ及びキャリブレーション部材２２の先端２２ａとのズレが測定される場合がある。この場合、二つ目のノズル２以降のズレ算出では、Ｓ１１～Ｓ１５が省略され、最初に測定されたキャリブレーション部材２２の先端座標及び軸心座標が用いられても良い。

【0117】

図１１は、本実施形態のノズル２の検査方法の一例を示す例示的なフローチャートである。以下、ノズル検査システム１による、ノズル２の検査方法について図１１を参照して説明する。なお、図１１を参照して以下に説明する検査方法はあくまで一例であり、ノズル検査システム１は、他の方法により検査を行っても良い。

【0118】

まず、判定部４７が、記憶部４１の平面上ズレデータ６７から、Ｘ－Ｙ平面における収束点Ｐの位置とノズル２の軸心Ａｘｎの位置との差（平面上ズレＤｐ）を読み出す。判定部４７は、平面上ズレＤｐが閾値を越えているか否かを判定する（Ｓ１０１）。例えば、判定部４７は、軸心Ａｘｎと平面上ズレＤｐの座標との間の距離と、閾値とを比較する。

【0119】

平面上ズレＤｐが閾値を越えない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、判定部４７は、記憶部４１の高さズレデータ６６から、Ｚ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差（高さズレ）を読み出す。判定部４７は、高さズレが閾値を越えているか否かを判定する（Ｓ１０２）。

【0120】

高さズレが閾値を越えない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、出力部４８は、出力装置２８に、判定部４７による判定結果を出力させる。例えば、上述の閾値は、積層造形装置３の運用方法や造形プロセスに応じて決定される。すなわち、平面上ズレＤｐ及び高さズレが閾値を越えない場合、判定部４７はノズル２が積層造形装置３による運用条件に適合すると判定し、当該ノズル２の品質が出荷可能な水準に達しているものと判定する。従って、出力部４８は、出力装置２８に、ノズル２の出荷が許可されるとの判定を出力させる（Ｓ１０３）。

【0121】

一方、平面上ズレＤｐが閾値を超える場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、又は高さズレが閾値を超える場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、判定部４７はノズル２が積層造形装置３による運用条件に適合しないと判定し、当該ノズル２の品質が出荷可能な水準を下回るものと判定する。従って、出力部４８は、出力装置２８に、ノズル２の出荷が許可されないとの判定を出力させる（Ｓ１０４）。

【0122】

以上により、ノズル検査システム１は、ノズル２の品質を検査する。ノズル検査システム１は、定量的に算出された平面上ズレＤｐ及び高さズレに基づきノズル２を検査する。このため、ノズル検査システム１は、ノズル２の品質をより確かに検査することができる。なお、以上の判定の後に、ノズル２がさらに検査されても良い。

【0123】

以上のノズル検査システム１において、ノズル２及びキャリブレーション部材２２は、保持装置２１の保持部３４に取り付けられた状態で、撮像装置２４に撮像された。しかし、ノズル検査システム１はこの例に限られない。例えば、ノズル２及びキャリブレーション部材２２は、積層造形装置３に取り付けられた状態で撮像装置２４に撮像されても良い。

【0124】

以上説明された実施形態に係るノズル検査システム１において、回転装置２６は、ノズル２の軸心Ａｘｎ又はキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃに沿って延びる回転軸Ａｘｒまわりに、ノズル２又はキャリブレーション部材２２を撮像装置２４に対して相対的に回転させる。制御装置２９の演算部４６は、噴出物Ｏｅの第２の画像７１とキャリブレーション部材２２の第１の画像６１と、に基づき、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する仮想平面Ｐｘｙにおける噴出物Ｏｅの位置とノズル２の軸心Ａｘｎの位置との差（平面上ズレＤｐ）を算出する。これにより、ノズル検査システム１は、例えばノズル２の加工及び組み立ての個体差により生じる、ノズル２に噴出される噴出物Ｏｅの中心とノズル２の軸心Ａｘｎとの、仮想平面Ｐｘｙにおけるズレを定量的に検査することができる。従って、ノズル検査システム１は、ノズル２の品質を定量的に検査することができる。

【0125】

キャリブレーション部材２２は、ノズル２と選択的に保持部３４に保持されることが可能である。言い換えると、キャリブレーション部材２２とノズル２とは、共通の保持部３４に付け替えられることが可能である。これにより、保持部３４が複雑化することが抑制される。

【0126】

二値化部５１は、キャリブレーション部材２２の第１の画像６１を二値化する。軸心算出部５２は、二値化されたキャリブレーション部材２２の第１の画像６１に基づきノズル２と同軸のキャリブレーション部材２２の軸心Ａｘｃの位置を算出する。二値化により、第１の画像６１におけるキャリブレーション部材２２の輪郭が明確となる。これにより、演算部４６は、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する方向におけるノズル２の軸心Ａｘｎの位置をより正確に得ることができる。

【0127】

ノズル２は、噴出した噴出物Ｏｅを収束点Ｐで収束させる。演算部４６は、噴出物Ｏｅの位置として、収束点Ｐの位置を用いる。これにより、ノズル検査システム１は、ノズル２に噴出される噴出物Ｏｅの中心とノズル２の軸心Ａｘｎとの、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する仮想平面Ｐｘｙにおけるズレをより定量的に検査することができる。

【0128】

演算部４６は、噴出物Ｏｅの第２の画像７１における輝度をガウシアンフィッティングするフィッティング部５３と、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する方向における収束点Ｐの位置としてガウシアンフィッティングされた輝度のピーク７３ａの位置を算出するピーク算出部５４と、を有する。噴出物Ｏｅは、収束点Ｐで収束するため、収束点Ｐにおける輝度が最も高くなる。従って、演算部４６は、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する方向における収束点Ｐの位置をより容易に得ることができる。

【0129】

演算部４６は、噴出物Ｏｅの第２の画像７１とキャリブレーション部材２２の第１の画像６１とに基づき、ノズル２の軸心Ａｘｎに沿うＺ方向における収束点Ｐの位置とキャリブレーション部材２２の先端２２ａの位置との差を算出する。これにより、ノズル検査システム１は、ノズル２に噴出された噴出物Ｏｅの収束点Ｐの位置と所望の位置との三次元空間におけるズレを定量的に検査することができる。従って、ノズル検査システム１は、ノズル２の品質を定量的に検査することができる。

【0130】

回転装置２６は、ノズル２及びキャリブレーション部材２２を回転させる。これにより、ノズル２及びキャリブレーション部材２２の周りに柱３２のような障害物が存在したとしても、撮像装置２４は、ノズル２及びキャリブレーション部材２２の全周を撮像することができる。

【0131】

撮像装置２４は、互いに反対の二つの方向から噴出物Ｏｅを撮像する。互いに反対の二つから撮影された噴出物Ｏｅの位置は、理論的には同一座標に位置する。しかし、ノズル２から噴出された噴出物Ｏｅの位置には揺らぎが存在する。撮像装置２４が二つの方向から噴出物Ｏｅを撮像することで、制御装置２９は、二つの方向から撮像された第２の画像７１から、噴出物Ｏｅの位置を平均化することができる。これにより、ノズル検査システム１は、ノズル２に噴出された噴出物Ｏｅの位置と所望の位置とのズレをより正確に検査することができる。

【0132】

供給装置２３は、保持部３４に保持されたノズル２に、霧状の液体としての噴出物Ｏｅを供給する。すなわち、ノズル検査システム１は、ノズル２が粉体状の材料Ｍの噴出に用いられるものであっても、検査時においては霧状の液体を噴出させることができる。一般的に、液体は、粉体よりも除去が容易である。これにより、検査後のノズル２の清掃が容易となる。

【0133】

判定部４７は、ノズル２の軸心Ａｘｎと直交する仮想平面Ｐｘｙにおける噴出物Ｏｅの位置とノズル２の軸心Ａｘｎの位置との差が閾値を越えているか否かを判定する。出力部４８は、判定部４７による判定結果を出力する。これにより、ノズル検査システム１がノズル２の品質の検査結果を自動的に出力し、ノズル２の品質の検査が容易となる。

【0134】

本実施形態の制御装置２９で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又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）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

【0135】

また、本実施形態の制御装置２９で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の制御装置２９で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供又は配布するように構成しても良い。

【0136】

また、本実施形態のプログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成しても良い。

【0137】

本実施形態の制御装置２９で実行される～プログラムは、上述した各部（回転制御部４２、撮像制御部４３、供給制御部４４、入力部４５、演算部４６、判定部４７、及び出力部４８）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ２９ａ（プロセッサ）が上記記憶媒体からプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、回転制御部４２、撮像制御部４３、供給制御部４４、入力部４５、演算部４６、判定部４７、及び出力部４８が主記憶装置上に生成されるようになっている。

【0138】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

【符号の説明】

【0139】

１…ノズル検査システム、２…ノズル、２２…キャリブレーション部材、２２ａ…先端、２３…供給装置、２４…撮像装置、２６…回転装置、２９…制御装置、３４…保持部、４６…演算部、４７…判定部、４８…出力部、５１…二値化部、５２…軸心算出部、５３…フィッティング部、５４…ピーク算出部、６１…第１の画像、７１…第２の画像、７３…ガウス関数、７３ａ…ピーク、Ａｘｎ，Ａｘｃ…軸心、Ａｘｒ…回転軸、Ｏｅ…噴出物、Ｐ…収束点、Ｍ…材料、Ｇ…キャリアガス、Ｐｘｙ…仮想平面、Ｄｐ…平面上ズレ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】