特許 7096415 積層造形装置及び積層造形物の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-27

(45)【発行日】2022-07-05

(54)【発明の名称】積層造形装置及び積層造形物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/85 20210101AFI20220628BHJP

   B22F 12/90 20210101ALI20220628BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20220628BHJP

   B29C 64/153 20170101ALI20220628BHJP

   B29C 64/268 20170101ALI20220628BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20220628BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20220628BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20220628BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20220628BHJP

【ＦＩ】

B22F10/85

B22F12/90

B22F10/28

B29C64/153

B29C64/268

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021163652

(22)【出願日】2021-10-04

【審査請求日】2022-04-11

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000132725

【氏名又は名称】株式会社ソディック

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】金子 幹男

(72)【発明者】

【氏名】小林 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】元矢 享嘉

【審査官】祢屋 健太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１０７１５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１６２０９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／８５

Ｂ２２Ｆ １２／９０

Ｂ２２Ｆ １０／２８

Ｂ２９Ｃ ６４／１５３

Ｂ２９Ｃ ６４／２６８

Ｂ２９Ｃ ６４／３９３

Ｂ３３Ｙ １０／００

Ｂ３３Ｙ ３０／００

Ｂ３３Ｙ ５０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、造形テーブルと、材料層形成装置と、照射装置と、撮像装置と、画像処理装置と、制御装置とを備える積層造形装置であって、
前記造形テーブル上には造形領域が設けられ、
前記チャンバは、前記造形領域を覆い、
前記造形領域内にベースプレートが配置され、
前記ベースプレートは、平面視において前記ベースプレートの外縁を構成する第１辺及び第２辺を備え、
前記材料層形成装置は、前記ベースプレートの上面に材料粉体の供給により材料層を形成し、
前記照射装置は、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成し、
前記撮像装置は、前記チャンバ内に移動可能に設けられた第１カメラを備え、
第１カメラは、第１辺の一部及び一方の端点と第２辺の一部及び一方の端点とが第１カメラの視野に含まれるように設定された初期位置から第１辺の他方の端点に向かって第１辺に沿って移動した位置において、第１辺の少なくとも一部を含む第１領域を撮像して第１画像を取得し、前記初期位置から第２辺の他方の端点に向かって第２辺に沿って移動した位置において、第２辺の少なくとも一部を含む第２領域を撮像して第２画像を取得し、
前記画像処理装置は、第１画像を解析して第１辺の位置情報を取得し、第２画像を解析して第２辺の位置情報を取得し、
前記制御装置は、第１辺の前記位置情報及び第２辺の前記位置情報を用いて、検出対象点として第１辺及び第２辺の交点又は第１辺及び第２辺の延長線上の交点の座標を算出する、積層造形装置。

【請求項2】

請求項１に記載の積層造形装置であって、
第１カメラは、第１領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第１画像を取得し、第２領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第２画像を取得し、
前記画像処理装置は、前記複数の第１画像をそれぞれ解析して第１辺の前記位置情報を取得し、前記複数の第２画像をそれぞれ解析して第２辺の前記位置情報を取得する、積層造形装置。

【請求項3】

請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記画像処理装置は、前記複数の第１画像に含まれる第１辺の長さを検出し、前記複数の第２画像に含まれる第２辺の長さを検出し、
前記制御装置は、検出された第１辺の前記長さが最も大きい第１画像から取得された第１辺の前記位置情報、及び検出された第２辺の前記長さが最も大きい第２画像から取得された第２辺の前記位置情報を用いて、前記検出対象点の座標を算出する、積層造形装置。

【請求項4】

請求項２に記載の積層造形装置であって、
前記制御装置は、第１辺の前記位置情報及び第２辺の前記位置情報を統計処理した結果を用いて、前記検出対象点の座標を算出する、積層造形装置。

【請求項5】

請求項１に記載の積層造形装置であって、
第１カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第１辺に平行に移動した位置において第１領域を撮像して第１画像を取得し、
当該所定距離は、第１辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しく、
第１カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第２辺に平行に移動した位置において第２領域を撮像して第２画像を取得し、
当該所定距離は、第２辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しい、積層造形装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１つに記載の積層造形装置であって、
カメラ移動装置を備え、
前記撮像装置は、前記チャンバ内に固定された第２カメラを備え、
第２カメラは、前記造形領域全体を含む領域を撮像して全体画像を取得し、
前記画像処理装置は、前記全体画像を解析して前記造形領域における前記ベースプレートの位置情報を取得し、
前記制御装置は、前記ベースプレートの前記位置情報を用いて第１カメラの移動指令を作成し、
前記カメラ移動装置は、前記移動指令に従って第１カメラを移動させる、積層造形装置。

【請求項7】

材料層形成工程と、固化工程と、第１及び第２画像取得工程と、第１及び第２画像解析工程と、算出工程とを備える積層造形物の製造方法であって、
前記材料層形成工程では、造形テーブル上に設けられた造形領域を覆うチャンバ内において、前記造形領域内に配置されたベースプレートの上面に材料粉体を供給して材料層を形成し、
前記固化工程では、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成し、
前記ベースプレートは、平面視において前記ベースプレートの外縁を構成する第１辺及び第２辺を備え、
第１画像取得工程では、前記チャンバ内に移動可能に設けられたカメラを用いて、第１辺の一部及び一方の端点と第２辺の一部及び一方の端点とが第１カメラの視野に含まれるように設定された初期位置から第１辺の他方の端点に向かって第１辺に沿って移動した位置において、第１辺の少なくとも一部を含む第１領域を撮像して第１画像を取得し、
第２画像取得工程では、前記カメラを用いて、前記初期位置から第２辺の他方の端点に向かって第２辺に沿って移動した位置において、第２辺の少なくとも一部を含む第２領域を撮像して第２画像を取得し、
第１画像解析工程では、第１画像を解析して第１辺の位置情報を取得し、
第２画像解析工程では、第２画像を解析して第２辺の位置情報を取得し、
前記算出工程では、第１辺の前記位置情報及び第２辺の前記位置情報を用いて、検出対象点として第１辺及び第２辺の交点又は第１辺及び第２辺の延長線上の交点の座標を算出する、製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、積層造形装置及び積層造形物の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

三次元造形物の積層造形においては、種々の方式が知られている。例えば、不活性ガスが充満されたチャンバ内において、造形テーブル上の造形領域内に配置されたベースプレートの上面に金属の材料粉体を供給して材料層を形成する。そして、材料層の所定位置に照射装置を用いてレーザ光又は電子ビームを照射することで材料層を焼結又は溶融させて固化層を形成する。このような材料層及び固化層の形成を繰り返すことによって、固化層を積層して所望の三次元造形物を製造する。

【0003】

ベースプレートは、造形テーブルを保護するとともに固化層を固着しやすくするために用いられる。造形完了後の造形物は、ベースプレートと一体化した状態で造形テーブルから取り外され、ベースプレートを造形物から完全に切り離し、又はベースプレートの全部又は一部分を残した状態で製品となる。特許文献１には、ベースプレート上に焼結体が形成された構造の三次元造形物の形状精度を向上させるための製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６５６４１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

レーザ光又は電子ビームをベースプレート上の材料層の所定位置に高精度で照射するためには、造形領域におけるベースプレートの位置を正確に把握し、照射装置の座標系を適切に設定する必要がある。例えば、平面視におけるベースプレートのいずれかの隅角を座標系の設定における基準点とする場合、当該隅角の位置を把握する必要がある。基準点の位置検出には、タッチプローブ、ピックテスタ、通電検出器等の接触式の測定機器を適用可能である他、ＣＣＤカメラ等を備える撮像装置により基準点を含む画像を取得し、画像処理を行って位置情報を取得する非接触式の方法が適用可能である。

【0006】

画像取得による非接触式の位置検出においては、カメラと撮像対象物との間の距離が小さいほど、且つカメラの視野に含まれる情報が多いほど、検出精度が高くなる。しかし、一般に撮像対象物との距離と視野内に含まれる情報量とはトレードオフの関係にある。例えば、ベースプレートにカメラを近づけると、視野に含まれるベースプレートの範囲がより限定され、視野内の情報が減少してしまう。逆に、ベースプレートのより広い範囲を視野に含めようとすると、ベースプレートからカメラを遠ざける必要がある。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ベースプレートの位置検出における精度の低下を抑制することが可能な積層造形装置及び積層造形物の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、チャンバと、造形テーブルと、撮像装置と、画像処理装置と、制御装置とを備える積層造形装置であって、前記造形テーブル上には造形領域が設けられ、前記チャンバは、前記造形領域を覆い、前記造形領域内にベースプレートが配置され、前記ベースプレートは、平面視において前記ベースプレートの外縁を構成する第１辺及び第２辺を備え、前記ベースプレートの上面には、材料粉体の供給により材料層が形成され、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層が形成され、前記撮像装置は、前記チャンバ内に移動可能に設けられた第１カメラを備え、第１カメラは、第１辺の一部及び一方の端点と第２辺の一部及び一方の端点とが第１カメラの視野に含まれるように設定された初期位置から第１辺の他方の端点に向かって第１辺に沿って移動した位置において、第１辺の少なくとも一部を含む第１領域を撮像して第１画像を取得し、前記初期位置から第２辺の他方の端点に向かって第２辺に沿って移動した位置において、第２辺の少なくとも一部を含む第２領域を撮像して第２画像を取得し、前記画像処理装置は、第１画像を解析して第１辺の位置情報を取得し、第２画像を解析して第２辺の位置情報を取得し、前記制御装置は、第１辺の前記位置情報及び第２辺の前記位置情報を用いて、検出対象点として第１辺及び第２辺の交点又は第１辺及び第２辺の延長線上の交点の座標を算出する、積層造形装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る積層造形装置においては、移動可能な第１カメラを用い、初期位置から視野に含まれる第１辺及び第２辺の長さがより大きくなるように移動した位置で第１画像及び第２画像が取得される。視野に含まれる辺の長さが大きいほど画像から取得される辺の位置情報の精度が高くなる。従って、初期位置において撮像した画像から第１辺及び第２辺の位置情報を取得する場合と比べて、より高精度な位置情報を取得することが可能となり、これに伴い当該位置情報から算出される検出対象点の座標の精度を向上させることができる。また、初期位置からの移動において第１カメラとベースプレートとの距離は一定であるため、撮像対象物との距離を変化させずにより多くの情報を視野内に含めることが可能となる。

【0010】

以下、本発明の種々の実施形態を例示する。以下に示す実施形態は互いに組み合わせ可能である。
好ましくは、第１カメラは、第１領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第１画像を取得し、第２領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第２画像を取得し、前記画像処理装置は、前記複数の第１画像をそれぞれ解析して第１辺の前記位置情報を取得し、前記複数の第２画像をそれぞれ解析して第２辺の前記位置情報を取得する。
好ましくは、前記画像処理装置は、前記複数の第１画像に含まれる第１辺の長さを検出し、前記複数の第２画像に含まれる第２辺の長さを検出し、前記制御装置は、検出された第１辺の前記長さが最も大きい第１画像から取得された第１辺の前記位置情報、及び検出された第２辺の前記長さが最も大きい第２画像から取得された第２辺の前記位置情報を用いて、前記検出対象点の座標を算出する。
好ましくは、前記制御装置は、第１辺の前記位置情報及び第２辺の前記位置情報を統計処理した結果を用いて、前記検出対象点の座標を算出する。
好ましくは、第１カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第１辺に平行に移動した位置において第１領域を撮像して第１画像を取得し、当該所定距離は、第１辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しく、第１カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第２辺に平行に移動した位置において第２領域を撮像して第２画像を取得し、当該所定距離は、第２辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しい。
好ましくは、前記積層造形装置は、カメラ移動装置を備え、前記撮像装置は、前記チャンバ内に固定された第２カメラを備え、第２カメラは、前記造形領域全体を含む領域を撮像して全体画像を取得し、前記画像処理装置は、前記全体画像を解析して前記造形領域における前記ベースプレートの位置情報を取得し、前記制御装置は、前記ベースプレートの前記位置情報を用いて第１カメラの移動指令を作成し、前記カメラ移動装置は、前記移動指令に従って第１カメラを移動させる。

【0011】

本発明の別の観点によれば、材料層形成工程と、固化工程と、第１及び第２画像取得工程と、第１及び第２画像解析工程と、算出工程とを備える積層造形物の製造方法であって、前記材料層形成工程では、造形テーブル上に設けられた造形領域を覆うチャンバ内において、前記造形領域内に配置されたベースプレートの上面に材料粉体を供給して材料層を形成し、前記固化工程では、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成し、前記ベースプレートは、平面視において前記ベースプレートの外縁を構成する第１辺及び第２辺を備え、第１画像取得工程では、前記チャンバ内に移動可能に設けられたカメラを用いて、第１辺の一部及び一方の端点と第２辺の一部及び一方の端点とが第１カメラの視野に含まれるように設定された初期位置から第１辺の他方の端点に向かって第１辺に沿って移動した位置において、第１辺の少なくとも一部を含む第１領域を撮像して第１画像を取得し、第２画像取得工程では、前記カメラを用いて、前記初期位置から第２辺の他方の端点に向かって第２辺に沿って移動した位置において、第２辺の少なくとも一部を含む第２領域を撮像して第２画像を取得し、第１画像解析工程では、第１画像を解析して第１辺の位置情報を取得し、第２画像解析工程では、第２画像を解析して第２辺の位置情報を取得し、前記算出工程では、第１辺の前記位置情報及び第２辺の前記位置情報を用いて、検出対象点として第１辺及び第２辺の交点又は第１辺及び第２辺の延長線上の交点の座標を算出する、製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係る積層造形装置１００の概略構成図である。

【図2】材料層形成装置３の斜視図である。

【図3】リコータヘッド１１の上方からの斜視図である。

【図4】リコータヘッド１１の下方からの斜視図である。

【図5】照射装置１３の概略構成図である。

【図6】ベースプレート８１を造形領域Ｒに配置した状態を示す平面図である。

【図7】隅角の１つが面取りされているベースプレート８１を造形領域Ｒに配置した状態を示す平面図である。

【図8】積層造形装置１００の別の概略構成図であり、図１の積層造形装置１００を右側から見た構成を示す図である。

【図9】図６のベースプレート８１の配置における全体撮像カメラ６１及び部分撮像カメラ６２の撮像領域又は視野の例を示す図である。

【図10】ベースプレート８１の隅角Ｃ２付近を撮像する際の部分撮像カメラ６２の視野を示す図である。

【図11】図１０の部分撮像カメラ６２の視野に含まれる各辺の長さの変化を説明するための図である。

【図12】ベースプレート８１の隅角Ｃ４付近を撮像する際の部分撮像カメラ６２の視野を示す図である。

【図13】図７のベースプレート８１の配置における部分撮像カメラ６２の視野を示す図である。

【図14】図１０の第２領域Ｖ_Ｃ２，２を撮像して得られる第２画像を示す図である。

【図15】制御装置９の構成を示すブロック図である。

【図16】造形用座標系の設定の手順を示すフロー図である。

【図17】積層造形装置１００を用いた三次元造形物の製造方法を示す図である。

【図18】積層造形装置１００を用いた三次元造形物の製造方法を示す図である。

【図19】第２実施形態における部分撮像カメラ６２の視野を示す図である。

【図20】第２実施形態における部分撮像カメラ６２の視野を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下に示す実施形態中で示した各特徴事項は、互いに組み合わせ可能である。また、各特徴事項について独立して発明が成立する。

【0014】

１．積層造形装置１００
図１は、第１実施形態に係る積層造形装置１００の概略構成図である。積層造形装置１００は、チャンバ１、材料層形成装置３、及び照射装置１３を備える。チャンバ１内に配置される造形テーブル５上に設けられた造形領域Ｒにおいて、材料層８５及び固化層８６の形成を繰り返すことで、所望の三次元造形物が形成される。なお、以下の説明において、図１の手前に向かう方向を積層造形装置１００の「前」、図１の奥に向かう方向を積層造形装置１００の「後」と定める。そして、図１の上下方向を積層造形装置１００の上下方向（鉛直方向）と、図１の左右方向を積層造形装置１００の左右方向と定める。

【0015】

１．１．チャンバ１
チャンバ１は、三次元造形物が形成される領域である造形領域Ｒを覆う。チャンバ１の内部は不活性ガス供給装置（不図示）から供給される所定濃度の不活性ガスで充満されている。本明細書において不活性ガスとは、材料層８５や固化層８６と実質的に反応しないガスであり、材料の種類に応じて選択され、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを使用可能である。固化層８６の形成時に発生するヒュームを含んだ不活性ガスは、チャンバ１から排出され、ヒュームコレクタにおいてヒュームが除去された後にチャンバ１へ供給され再利用される。ヒュームコレクタは、例えば、電気集塵機又はフィルタである。

【0016】

チャンバ１の上面には、レーザ光Ｂの透過窓となるウィンドウ１ａが設けられる。ウィンドウ１ａは、レーザ光Ｂを透過可能な材料で形成される。具体的に、ウィンドウ１ａの材料は、レーザ光Ｂの種類に応じて、石英ガラスもしくはホウケイ酸ガラス又はゲルマニウム、シリコン、ジンクセレンもしくは臭化カリウムの結晶等から選択される。例えば、レーザ光Ｂがファイバレーザ又はＹＡＧレーザの場合、ウィンドウ１ａは石英ガラスで構成可能である。

【0017】

また、チャンバ１の上面には、ウィンドウ１ａを覆うように汚染防止装置１７が設けられる。汚染防止装置１７は、円筒状の筐体１７ａと、筐体１７ａ内に配置された円筒状の拡散部材１７ｃとを備える。筐体１７ａと拡散部材１７ｃの間に不活性ガス供給空間１７ｄが設けられる。また、筐体１７ａの底面には、拡散部材１７ｃの内側に開口部１７ｂが設けられる。拡散部材１７ｃには多数の細孔１７ｅが設けられており、不活性ガス供給空間１７ｄに供給された清浄な不活性ガスは細孔１７ｅを通じて清浄室１７ｆに充満される。そして、清浄室１７ｆに充満された清浄な不活性ガスは、開口部１７ｂを通じて汚染防止装置１７の下方に向かって噴出される。このような構成により、ヒュームのウィンドウ１ａへの付着を防止し、レーザ光Ｂの照射経路からヒュームを排除することができる。

【0018】

１．２．材料層形成装置３
材料層形成装置３は、チャンバ１の内部に設けられる。図２に示すように、材料層形成装置３は、ベース４と、ベース４上に配置されるリコータヘッド１１とを備える。リコータヘッド１１は、リコータヘッド駆動装置１２によって水平１軸方向に往復移動可能に構成される。

【0019】

図３及び図４に示すように、リコータヘッド１１は、材料収容部１１ａと、材料供給口１１ｂと、材料排出口１１ｃとを備える。材料供給口１１ｂは、材料収容部１１ａの上面に設けられ、材料供給ユニット（不図示）から材料収容部１１ａに供給される材料粉体の受け口となる。材料排出口１１ｃは、材料収容部１１ａの底面に設けられ、材料収容部１１ａ内の材料粉体を排出する。材料排出口１１ｃは、材料収容部１１ａの長手方向に延びるスリット形状を有する。リコータヘッド１１の両側面には、平板状のブレード１１ｆｂ，１１ｒｂが設けられる。ブレード１１ｆｂ，１１ｒｂは、材料排出口１１ｃから排出される材料粉体を平坦化して、材料層８５を形成する。

【0020】

図１及び図２に示すように、造形領域Ｒは造形テーブル５上に位置し、造形領域Ｒに所望の三次元造形物が形成される。造形テーブル５は、造形テーブル駆動装置によって駆動され鉛直方向に移動可能である。造形時には造形領域Ｒ内にベースプレート８１が配置され、ベースプレート８１の上面に材料粉体が供給されて材料層８５が形成される。

【0021】

１．３．照射装置１３
図１に示すように、照射装置１３は、チャンバ１の上方に設けられる。照射装置１３は、造形領域Ｒ内に形成される材料層８５の照射領域にレーザ光Ｂを照射して、材料粉体を溶融又は焼結して固化させ、固化層８６を形成する。

【0022】

図５に示すように、照射装置１３は、光源３１と、コリメータ３３と、フォーカス制御ユニット３５と、走査装置３７とを備え、後述する照射制御部９６により制御される。光源３１は、レーザ光Ｂを生成する。レーザ光Ｂは、材料粉体を焼結又は溶融可能であればよく、例えば、ファイバレーザ、ＣＯ_２レーザ、ＹＡＧレーザである。本実施形態においては、レーザ光Ｂとして、ファイバレーザが用いられる。

【0023】

コリメータ３３は、コリメータレンズを備え、光源３１から出力されたレーザ光Ｂを平行光に変換する。フォーカス制御ユニット３５は、焦点制御レンズと、焦点制御レンズを光軸方向に沿って前後に移動させるモータとを備え、コリメータ３３により平行光に変換されたレーザ光Ｂの焦点位置を調整することで、材料層８５の表面におけるレーザ光Ｂのビーム径を調整する。

【0024】

走査装置３７は、例えばガルバノスキャナであり、第１ガルバノミラー３７ａ及び第２ガルバノミラー３７ｂと、第１ガルバノミラー３７ａ及び第２ガルバノミラー３７ｂを所望の角度に各々回転させる第１アクチュエータ及び第２アクチュエータとを備える。フォーカス制御ユニット３５を通過したレーザ光Ｂは、第１ガルバノミラー３７ａ及び第２ガルバノミラー３７ｂにより造形領域Ｒ内の材料層８５の上面に２次元走査される。具体的には、レーザ光Ｂは、後述する造形用座標系に従って、第１ガルバノミラー３７ａに反射されて造形領域Ｒにおける水平一軸方向であるＸ軸方向に、第２ガルバノミラー３７ｂに反射されて造形領域Ｒにおける他の水平一軸方向であってＸ軸方向に直交するＹ軸方向に走査される。

【0025】

第１ガルバノミラー３７ａ及び第２ガルバノミラー３７ｂにより反射されたレーザ光Ｂは、ウィンドウ１ａを透過して造形領域Ｒ内の材料層８５に照射され、これにより、固化層８６が形成される。なお、照射装置１３は、上述の形態に限定されない。例えば、フォーカス制御ユニット３５に代えてｆθレンズが設けられてもよい。また、照射装置１３は、レーザ光Ｂのかわりに電子ビームを照射して材料層８５を固化させるよう構成されてもよい。具体的には、照射装置１３を、電子を放出するカソード電極と、電子を収束して加速するアノード電極と、磁場を形成して電子ビームの方向を一方向に収束するソレノイドと、被照射体である材料層８５と電気的に接続されカソード電極との間に電圧を印加するコレクタ電極とを含むよう構成してもよい。

【0026】

上述の構成に加え、積層造形装置１００は、固化層８６及び造形物に対し必要に応じて切削加工等の機械加工を行うための機械加工装置（不図示）をチャンバ１内に備えてもよい。機械加工装置は、例えば、切削等の機械加工を行うための工具（例えば、エンドミル）を加工ヘッドに取り付けて構成され、加工ヘッドを水平方向及び鉛直方向に適宜移動させて固化層８６又は造形物に対して機械加工を行う。また、工具は、加工ヘッドのスピンドルに対して取り付けることで回転可能に構成してもよい。

【0027】

２．造形用座標系の設定
積層造形装置１００には、造形領域Ｒ内の位置を指定するための機械座標系が予め設定されている。機械座標系は、積層造形装置１００に固有に設定されるもので、造形条件によらず不変である。一方、ベースプレート８１上の材料層８５の所望の位置に照射装置１３を用いてレーザ光Ｂを照射する、又はベースプレート８１上の固化層８６又は造形物に対して機械加工を行うためには、造形に先駆けて、造形領域Ｒに配置されるベースプレート８１を基準とした造形用座標系を設定する必要がある。造形用座標系は、ベースプレート８１の交換や配置変更の度に設定され、照射装置１３や機械加工装置に対する動作指令は、造形用座標系に基づき作成される。また、照射装置１３や機械加工装置等といった積層造形装置１００を構成する装置毎に造形用座標系を設定することも可能である。

【0028】

造形用座標系を設定するために、本実施形態においては、造形用座標系の設定において基準となる点（基準点）の機械座標系における座標を特定する。具体的には、造形領域Ｒに配置されたベースプレート８１の画像を撮像装置により取得し、画像解析により少なくとも１つの検出対象点の機械座標系における座標を取得する。本発明における検出対象点とは、基準点の機械座標系における座標を特定するために、撮像装置により撮像され画像解析において位置が検出される点を指す。検出対象点の座標から基準点の座標を求め、例えば当該基準点を原点として、造形用座標系が設定される。造形用座標系の基準点としては、例えば、平面視におけるベースプレート８１の隅角、又は中心を選択可能である。また、検出対象点としては、基準点を特定するために画像解析により検出可能な点を適宜設定可能である。基準点そのものが画像解析により検出可能である場合には、基準点を検出対象点とすることができる。後述するようにエッジ検出等の画像解析により検出対象点を検出するうえでは、検出対象点は、平面視におけるベースプレート８１の外縁を構成する辺上に設定することが好ましく、平面視におけるベースプレート８１の隅角に設定することがさらに好ましい。

【0029】

例として、図６に示すように矩形のベースプレート８１を造形領域Ｒに配置した場合の、基準点の座標の決定について説明する。なお、図６の下、上、左、右方向は、積層造形装置１００の前、後、左、右方向にそれぞれ対応する。図６の例において、機械座標系は、平面視においてフレーム５１の内側に位置する造形領域Ｒの前端及び左端の交点に位置する隅角を原点Ｏｄとし、造形領域Ｒの前端をＸｄ軸、左端をＹｄ軸とするように設定されている。平面視におけるベースプレート８１の隅角Ｃ２を造形用座標系の基準点とする場合、隅角Ｃ２は画像解析による検出が比較的容易であるため、隅角Ｃ２を検出対象点として設定できる。画像解析により検出対象点である隅角Ｃ２の座標を取得し、これにより基準点としての隅角Ｃ２の座標が特定される。

【0030】

別の例として、平面視におけるベースプレート８１の中心Ｇを造形用座標系の基準点とすることもできる。中心Ｇを画像解析により直接検出することが困難な場合、より検出が容易な点を検出対象点として設定できる。例えば、矩形の一方の対角線の両端に位置する２つの隅角Ｃ２，Ｃ４を検出対象点として設定した場合、画像解析により隅角Ｃ２，Ｃ４の座標を取得し、隅角Ｃ２，Ｃ４を結ぶ線分の中点の座標を求めることで、基準点である中心Ｇの座標を特定できる。また、２つの隅角Ｃ２，Ｃ４の代わりに矩形の他方の対角線の両端に位置する２つの隅角Ｃ１，Ｃ３を検出対象点として同様の操作を行い、中心Ｇの座標を特定してもよい。或いは、４つの隅角Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を検出対象点として、画像解析によりこれらの点の座標を取得し、隅角Ｃ１，Ｃ３を結ぶ線分と隅角Ｃ２，Ｃ４を結ぶ線分の交点として中心Ｇの座標を特定してもよい。

【0031】

他の例として、図７に示すように、矩形の隅角の１つが面取りされているベースプレート８１を造形領域Ｒに配置した場合の、基準点の座標の決定について説明する。図７の例において、機械座標系は図６と同様に設定されている。面取り部分から延びるベースプレート８１の２辺Ｅ１，Ｅ２の延長線の交点である点Ｃ５を造形用座標系の基準点且つ検出対象点とする場合、画像解析により辺Ｅ１，Ｅ２の座標を求める。そして、辺Ｅ１，Ｅ２の延長線の交点の座標を求めることで、基準点且つ検出対象点である点Ｃ５の座標を特定することができる。

【0032】

３．撮像装置
図８は、積層造形装置１００の別の概略構成図であり、図１の積層造形装置１００を右側から見た構成を示す図である。本実施形態に係る積層造形装置１００は、造形領域Ｒを上方から撮像するための撮像装置を備える。撮像装置は、例えば、ＣＣＤカメラ又はＣＭＯＳカメラである。本実施形態に係る撮像装置は、図８に示すように、ＣＣＤカメラである全体撮像カメラ６１（第２カメラの一例）及び部分撮像カメラ６２（第１カメラの一例）の２台のカメラを備え、各カメラが後述する画像処理装置４３により制御されて撮像を行う。図９は、図６のベースプレート８１の配置における、全体撮像カメラ６１及び部分撮像カメラ６２の撮像領域又は視野の例を示す図である。

【0033】

３．１．全体撮像カメラ６１
全体撮像カメラ６１は、チャンバ１内に設けられ、造形領域Ｒ全体を含む全体領域Ａｒを撮像して全体画像を取得する。造形領域Ｒ全体を撮像領域に含めるために、全体撮像カメラ６１は造形領域Ｒの上方に造形領域Ｒとある程度の距離を取って配置する必要がある。本実施形態においては、全体撮像カメラ６１はチャンバ１の天井部に固定される。全体画像は画像処理装置４３により解析され、造形領域Ｒにおけるベースプレート８１の位置情報が取得される。

【0034】

３．２．部分撮像カメラ６２
部分撮像カメラ６２は、チャンバ１内に少なくとも水平方向に移動可能に設けられ、全体領域Ａｒの一部であり検出対象点付近の領域を撮像して画像取得するために用いられる。本実施形態の部分撮像カメラ６２は、カメラ移動装置７により水平移動が可能である。

【0035】

図８に示すように、カメラ移動装置７は、一端に部分撮像カメラ６２が取り付けられる。カメラ移動装置７は、造形領域Ｒにおける水平一軸方向の往復移動を可能とする第１駆動機構７１と、第１駆動機構７１が取り付けられ当該水平一軸方向に直交する他の水平一軸方向の往復移動を可能とする第２駆動機構７２とを備え、後述する移動装置制御部９８により制御される。本実施形態の部分撮像カメラ６２は、第１駆動機構７１により積層造形装置１００の前後方向に、第２駆動機構７２により積層造形装置１００の左右方向に移動される。これにより、部分撮像カメラ６２を、造形領域Ｒの上方において水平方向に自在に移動させて任意の位置に配置することができる。なお、カメラ移動装置７は、部分撮像カメラ６２をさらに鉛直方向に移動させるように構成してもよい。本実施形態に係るカメラ移動装置７は、部分撮像カメラ６２を上下方向に往復移動させる第３駆動機構７３を備える。これにより、造形領域Ｒとの鉛直方向の距離を適宜調節することが可能となる。第１駆動機構７１、第２駆動機構７２、及び第３駆動機構７３は、例えば、リニアモータ、シリンダ、ボールネジ、又はラック・ピニオン機構を用いてそれぞれ構成することができる。

【0036】

制御装置９は、ベースプレート８１の位置情報を用いて部分撮像カメラ６２の移動指令を作成し、移動装置制御部９８に対して出力する。移動装置制御部９８は、移動指令に従ってカメラ移動装置７を動作させ、これにより部分撮像カメラ６２が移動し、所定の位置に配置される。

【0037】

撮像に際し、部分撮像カメラ６２は、検出対象点の直上付近の初期位置にまず配置される。例えば、図９のベースプレート８１の配置において隅角Ｃ２を基準点且つ検出対象点とする場合、部分撮像カメラ６２は、隅角Ｃ２と隅角Ｃ２を一方の端点とするベースプレート８１の辺Ｅ３，Ｅ４の一部とが視野に含まれる初期位置に配置される。ここで、辺Ｅ３，Ｅ４は、平面視におけるベースプレート８１の外縁を構成する辺である。図９においては、視野が初期領域Ｖ_Ｃ２，０となるような部分撮像カメラ６２の位置を初期位置に設定することができる。

【0038】

次に、部分撮像カメラ６２は、初期位置から辺Ｅ３に沿って、辺Ｅ３の他方の端点である隅角Ｃ１に向かってカメラ移動装置７により移動される。具体的には、図１０に示すように、移動後の視野が第１領域Ｖ_Ｃ２，１となるように、部分撮像カメラ６２を辺Ｅ３に平行な方向に隅角Ｃ１に向かって距離Ｈ１だけ移動させる。第１領域Ｖ_Ｃ２，１には、辺Ｅ３の一部が含まれている。移動後の位置において、部分撮像カメラ６２は、第１領域Ｖ_Ｃ２，１を撮像して第１画像を取得する。

【0039】

次に、部分撮像カメラ６２は、カメラ移動装置７により初期位置に戻される。これにより、部分撮像カメラ６２の視野は再び初期領域Ｖ_Ｃ２，０となる。そして、部分撮像カメラ６２は、初期位置から辺Ｅ４に沿って、辺Ｅ４の他方の端点である隅角Ｃ３に向かってカメラ移動装置７により移動される。具体的には、図１０に示すように、移動後の視野が第２領域Ｖ_Ｃ２，２となるように、部分撮像カメラ６２を辺Ｅ４に平行な方向に隅角Ｃ３に向かって距離Ｈ２だけ移動させる。第２領域Ｖ_Ｃ２，２には、辺Ｅ４の一部が含まれている。移動後の位置において、部分撮像カメラ６２は、第２領域Ｖ_Ｃ２，２を撮像して第２画像を取得する。

【0040】

このように、部分撮像カメラ６２は、平面視においてベースプレートの外縁を構成する２辺（第１辺及び第２辺）を対象として撮像を行う。当該２辺は、検出対象点毎に設定され、検出対象点が当該２辺の交点、又は当該２辺の延長線上の交点となるように設定される。部分撮像カメラ６２は、第１辺の一部及び一方の端点と第２辺の一部及び一方の端点とが全て視野に収まるように設定された初期位置に一旦配置された後に、各辺の他方の端点に向かって各辺に沿って移動され、移動後の位置において第１辺の少なくとも一部を含む第１領域及び第２辺の少なくとも一部を含む第２領域が撮像され、第１画像及び第２画像がそれぞれ取得される。

【0041】

このように部分撮像カメラ６２を移動させた場合、第１領域に含まれる第１辺の長さ、第２領域に含まれる第２辺の長さは、初期位置での視野に含まれる第１辺及び第２辺の長さよりも大きくなる。図１１に示すように、第１領域Ｖ_Ｃ２，１に含まれる辺Ｅ３の長さＴ２は、初期領域Ｖ_Ｃ２，０に含まれる辺Ｅ３の長さＴ１よりも大きい。また、第２領域Ｖ_Ｃ２，２に含まれる辺Ｅ４の長さＴ４は、初期領域Ｖ_Ｃ２，０に含まれる辺Ｅ４の長さＴ３よりも大きい。

【0042】

後述するように、第１画像及び第２画像に対しては、エッジ検出等の画像解析が行われ、ベースプレート８１の輪郭、換言すれば平面視におけるベースプレート８１の外縁が検出される。このような画像解析において外縁を構成する辺の位置情報を検出する場合、画像中に含まれる当該辺の長さが大きいほど、検出精度が高くなる。従って、第１画像及び第２画像を解析して得られる第１辺及び第２辺の位置情報は、初期位置において撮像した画像から検出を行う場合と比べてより高精度となる。また、各辺に沿った移動において、部分撮像カメラ６２とベースプレート８１との鉛直方向の距離は一定であるため、撮像対象物との距離を広げることなく視野内の情報を増やすことが可能となる。

【0043】

なお、部分撮像カメラ６２を各辺に沿って移動させる場合、部分撮像カメラ６２を各辺に平行に移動させることが好ましい。これにより、視野内に含まれる辺の長さを最小の移動量で増加させることができ、効率的な撮像が可能となる。

【0044】

各辺に沿った部分撮像カメラ６２の移動距離は、ベースプレート８１の形状やサイズによって適宜設定される。図１０に示す第１領域Ｖ_Ｃ２，１と初期領域Ｖ_Ｃ２，０の関係のように、移動後の視野が初期位置における視野と重複部分を有さないように移動距離を設定してもよい。また、図１０に示す第２領域Ｖ_Ｃ２，２と初期領域Ｖ_Ｃ２，０の関係のように、移動後の視野が初期位置における視野と重複部分を有するように移動距離を設定してもよい。

【0045】

また、部分撮像カメラ６２の視野のサイズに応じて移動距離を設定してもよい。例えば、第１辺及び第２辺に沿った移動距離を、第１辺及び第２辺に平行な方向における部分撮像カメラ６２の視野の最大長さの半分に等しくなるように設定してもよい。図９において、初期位置における部分撮像カメラ６２の視野である初期領域Ｖ_Ｃ２，０は、辺Ｅ３に平行な方向における長さがＬ_Ｖ，１であり、辺Ｅ４に平行な方向における長さがＬ_Ｖ，２である。この場合、部分撮像カメラの辺Ｅ３に沿った移動距離をＬ_Ｖ，１／２とし、辺Ｅ４に沿った移動距離をＬ_Ｖ，２／２と設定してもよい。ベースプレート８１の形状が比較的単純である場合等は、このように各辺に沿った移動距離を固定することで、検出精度をある程度確保しつつ、移動距離の設定に要する時間を短縮することが可能となる。

【0046】

図６の配置において中心Ｇを基準点とし、２つの隅角Ｃ２，Ｃ４を検出対象点とする場合、検出対象点毎に同様の操作が行われる。つまり、一方の検出対象点である隅角Ｃ２に対して、上述の操作を行い第１画像及び第２画像を取得する。また、他方の検出対象点である隅角Ｃ４に対して、別途第１画像及び第２画像を取得する。具体的には、図１２に示すように、部分撮像カメラ６２を、隅角Ｃ４と隅角Ｃ４を一方の端点とするベースプレート８１の辺Ｅ５，Ｅ６の一部とが視野に含まれる初期位置に配置する。ここで、辺Ｅ５，Ｅ６は、平面視におけるベースプレート８１の外縁を構成する辺である。この場合、視野が初期領域Ｖ_Ｃ４，０となるような部分撮像カメラ６２の位置を、初期位置として設定することができる。

【0047】

次に、部分撮像カメラ６２は、初期位置から辺Ｅ５に平行な方向に辺Ｅ５の他方の端点である隅角Ｃ３に向かって移動される。移動後の視野は第１領域Ｖ_Ｃ４，１となり、第１領域Ｖ_Ｃ４，１には辺Ｅ５の一部が含まれている。部分撮像カメラ６２は、第１領域Ｖ_Ｃ４，１を撮像して第１画像を取得する。

【0048】

次に、部分撮像カメラ６２は、カメラ移動装置７により初期位置に戻され、部分撮像カメラ６２の視野は再び初期領域Ｖ_Ｃ４，０となる。そして、部分撮像カメラ６２は、初期位置から辺Ｅ６に平行な方向に辺Ｅ６の他方の端点である隅角Ｃ１に向かって移動される。移動後の視野は第２領域Ｖ_Ｃ４，２となり、第２領域Ｖ_Ｃ４，２には辺Ｅ６の一部が含まれている。部分撮像カメラ６２は、第２領域Ｖ_Ｃ４，２を撮像して第２画像を取得する。このように、複数の検出対象点が設定される場合には、検出対象点毎に初期位置が設定され、第１画像及び第２画像が取得される。

【0049】

図７に示すベースプレート８１の配置における部分撮像カメラ６２の撮像について説明する。このような配置において点Ｃ５を基準点且つ検出対象点とする場合、部分撮像カメラ６２は、辺Ｅ１の点Ｃ５側の端点Ｃ６と、端点Ｃ６から延びる辺Ｅ１の一部と、辺Ｅ２の点Ｃ５側の端点Ｃ９と、端点Ｃ９から延びる辺Ｅ２の一部とが視野に含まれる初期位置に配置される。ここで、辺Ｅ１，Ｅ２は、平面視におけるベースプレート８１の外縁を構成する辺である。図１３に示すように、視野が初期領域Ｖ_Ｃ５，０となるような部分撮像カメラ６２の位置を初期位置に設定することができる。

【0050】

次に、部分撮像カメラ６２は、初期位置から辺Ｅ１に平行な方向に辺Ｅ１の他方の端点である隅角Ｃ７に向かって移動される。移動後の視野は第１領域Ｖ_Ｃ５，１となり、第１領域Ｖ_Ｃ５，１には辺Ｅ１の一部が含まれている。部分撮像カメラ６２は、第１領域Ｖ_Ｃ５，１を撮像して第１画像を取得する。

【0051】

次に、部分撮像カメラ６２は、カメラ移動装置７により初期位置に戻され、部分撮像カメラ６２の視野は再び初期領域Ｖ_Ｃ５，０となる。そして、部分撮像カメラ６２は、初期位置から辺Ｅ２に平行な方向に辺Ｅ２の他方の端点である隅角Ｃ８に向かって移動される。移動後の視野は第２領域Ｖ_Ｃ５，２となり、第２領域Ｖ_Ｃ５，２には辺Ｅ２の一部が含まれている。部分撮像カメラ６２は、第２領域Ｖ_Ｃ５，２を撮像して第２画像を取得する。

【0052】

なお、撮像装置の構成は、上述の構成に限定されるものではない。例えば、撮像装置に１台のカメラを設け、当該カメラが上述の全体撮像カメラ６１及び部分撮像カメラ６２の両方の機能を兼ね備えるように構成してもよい。この場合、当該カメラは、カメラ移動装置７により水平移動及び鉛直移動可能に構成される。

【0053】

４．画像処理装置４３
本実施形態の積層造形装置１００は、画像処理装置４３を備える。画像処理装置４３は、撮像装置の動作を制御するとともに、撮像装置が取得した全体画像、第１画像、及び第２画像を処理するために用いられる。

【0054】

画像処理装置４３は、ソフトウェアによって実現してもよく、ハードウェアによって実現してもよい。ソフトウェアによって実現する場合、ＣＰＵがコンピュータプログラムを実行することによって各種機能を実現することができる。プログラムは、内蔵の記憶部に格納してもよく、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に格納してもよい。また、外部の記憶部に格納されたプログラムを読み出し、いわゆるクラウドコンピューティングにより実現してもよい。ハードウェアによって実現する場合、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＤＲＰ（Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などの種々の回路によって実現することができる。

【0055】

４．１．全体画像の解析
画像処理装置４３は、後述する制御装置９からの動作指令に基づき全体撮像カメラ６１に全体領域Ａｒの撮像を実行させ、全体画像を解析して造形領域Ｒにおけるベースプレート８１の位置情報を取得する。本発明におけるベースプレート８１の位置情報とは、検出対象点の位置を機械座標系において特定するために必要な情報を指す。

【0056】

具体的には、画像処理装置４３は、まず、ベースプレート８１の輪郭を検出しやすくするための前処理としてのフィルタ処理を全体画像に対して行う。フィルタ処理を行った全体画像に対してエッジ検出を行い、ベースプレート８１の輪郭を検出する。フィルタ処理及びエッジ検出においては、公知の手法及びアルゴリズムが適用可能である。

【0057】

画像処理装置４３は、検出された輪郭上の隅角の位置をベースプレート８１の位置情報として取得する。本実施形態に係る画像処理装置４３は、天井部に固定された全体撮像カメラ６１に固有の座標系、スケーリング、及び回転をキャリブレーションする機能を備える。本実施形態では、全体撮像カメラ６１に固有の座標系において特定された当該隅角の位置を、キャリブレーション機能を用いて機械座標系へ変換し、その結果をベースプレート８１の位置情報として用いる。なお、ベースプレート８１の位置情報は上記の例に限定されず、例えば、検出された輪郭を構成する各辺の位置及び長さをベースプレート８１の位置情報として用いることも可能である。このようにして得られたベースプレート８１の位置情報は制御装置９へと送られる。

【0058】

４．２．第１画像及び第２画像の解析
画像処理装置４３は、制御装置９からの動作指令に基づき部分撮像カメラ６２に撮像を実行させ、第１画像及び第２画像を解析して、第１辺の位置情報及び第２辺の位置情報をそれぞれ取得する。具体的には、画像処理装置４３は、全体画像の処理と同様に、第１画像及び第２画像に対してフィルタ処理及びエッジ検出を行いベースプレート８１の輪郭を検出する。第１画像及び第２画像には、ベースプレート８１の輪郭である第１辺及び第２辺が全体画像と比べてより拡大された状態で含まれている。例えば、図１０に示す第２領域Ｖ_Ｃ２，２を撮像した場合、図１４に示すような第２画像が得られる。

【0059】

画像処理装置４３は、第１画像における第１辺の位置及び第２画像における第２辺の位置を、各辺の位置情報として取得する。図１４の第２画像の解析においては、第２画像中の辺Ｅ４の位置が取得される。本実施形態においては、部分撮像カメラ６２に固有の座標系において特定された第１辺及び第２辺の位置を各辺の位置情報として用いる。このようにして得られた第１辺及び第２辺の位置情報は、制御装置９へと送られる。

【0060】

５．制御装置９
次に、積層造形装置１００を制御するための制御装置９について説明する。図１５に示すように、制御装置９は、数値制御部９１、表示部９５、及び積層造形装置１００を構成する各装置の制御部９６，９７，９８を備える。

【0061】

制御装置９の「部」とは、例えば、広義の回路によって実施されるハードウェア資源と、これらのハードウェア資源によって具体的に実現されうるソフトウェアの情報処理とを合わせたものを指す。また、本実施形態においては様々な情報を取り扱うが、これら情報は、０又は１で構成される２進数のビット集合体として信号値の高低によって表され、広義の回路上で通信・演算が実行されうる。また、広義の回路とは、回路（Ｃｉｒｃｕｉｔ）、回路類（Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）、プロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及びメモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）等を少なくとも適当に組み合わせることによって実現される回路である。すなわち、特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＬＰＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）等を含むものである。更に、かかるプログラムは、内蔵の記憶部に格納してもよく、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体に格納してもよい。また、外部の記憶部に格納されたプログラムを読み出し、いわゆるクラウドコンピューティングにより実現してもよい。

【0062】

制御装置９の外部には、ＣＡＤ装置４１及びＣＡＭ装置４２が設置される。ＣＡＤ装置４１は、造形対象の積層造形物の形状及び寸法を示す三次元形状データ（ＣＡＤデータ）を作成するためのものである。作成されたＣＡＤデータは、ＣＡＭ装置４２に出力される。

【0063】

ＣＡＭ装置４２は、ＣＡＤデータに基づき、積層造形物を造形する際の積層造形装置１００を構成する各装置の動作手順データ（ＣＡＭデータ）を作成するためのものである。ＣＡＭデータには、例えば、各材料層８５におけるレーザ光Ｂの照射位置のデータ及びレーザ光Ｂのレーザ照射条件のデータが含まれる。作成されたＣＡＭデータは、数値制御部９１に出力される。

【0064】

数値制御部９１は、制御装置９の外部に設けられる画像処理装置４３を制御するとともに、画像処理装置４３から送られる情報を用いて検出対象点の座標を算出し、基準点の特定及び造形用座標系の設定を行う。数値制御部９１は、さらに、造形用座標系を適宜用いてＣＡＭデータに対して数値制御プログラムによる演算を行い、積層造形装置１００に対する動作指令を行う。

【0065】

数値制御部９１は、算出部９１ａ、演算部９１ｂ、及び記憶部９１ｃを備える。演算部９１ｂは画像処理装置４３に対して全体画像の取得及び解析のための動作指令を出力する。そして、算出部９１ａは、画像処理装置４３から送られたベースプレート８１の位置情報から、検出対象点の機械座標系における座標を第１算出座標として算出する。なお、本実施形態においては、上述のように画像処理装置４３において隅角の位置が取得され、機械座標系へ変換された結果がベースプレート８１の位置情報として制御装置９へと送られる。従って、隅角を検出対象点として設定する場合、画像処理装置４３から送られた検出対象点の座標を、そのまま第１算出座標として用いることができる。

【0066】

第１算出座標は、演算部９１ｂへと送られる。演算部９１ｂは、ベースプレート８１の位置情報及び第１算出座標を用いて部分撮像カメラ６２の移動指令を作成し、カメラ移動装置７を制御する移動装置制御部９８に対して出力する。移動装置制御部９８は、移動指令に基づいてカメラ移動装置７の動作を制御する。具体的には、移動装置制御部９８は、移動指令に従って第１駆動機構７１、第２駆動機構７２、及び第３駆動機構７３を動作させて部分撮像カメラ６２を水平方向及び／又は鉛直方向に移動させる。これにより、部分撮像カメラ６２が、検出対象点の直上付近の初期位置に配置され、その後第１領域及び第２領域を撮像可能な位置に第１辺及び第２辺に沿って移動される。

【0067】

算出部９１ａは、さらに、画像処理装置４３から送られた第１辺及び第２辺の位置情報から、検出対象点の機械座標系における座標を第２算出座標として算出する。本実施形態においては、部分撮像カメラ６２に固有の座標系において特定された第１辺及び第２辺の位置を、第１画像及び２画像の撮像時の部分撮像カメラ６２の位置を加味して機械座標系に変換する。そして、検出対象点として第１辺及び第２辺の交点又は第１辺及び第２辺の延長線上の交点の座標を第２算出座標として算出する。さらに、第２算出座標から基準点の機械座標系における座標を特定し、例えば当該基準点を原点として、造形用座標系を設定する。第２算出座標、基準点の座標、及び設定された造形用座標系の情報は、演算部９１ｂへと送られる。演算部９１ｂは、造形用座標系を適宜用いて数値制御プログラムによる演算をＣＡＭデータに対して行い、積層造形装置１００を構成する各装置の制御部に対して動作指令を信号又は動作指令値のデータの形式で出力する。

【0068】

記憶部９１ｃは、ＣＡＭデータ、数値制御プログラム、ベースプレート８１の位置情報、第１辺及び第２辺の位置情報、第１及び第２算出座標、基準点の座標、及び造形用座標系の情報等を記憶する。表示部９５は、ベースプレート８１の位置情報、第１辺及び第２辺の位置情報、数値制御部９１の演算部９１ｂが出力する動作指令等を表示する。

【0069】

照射制御部９６は、動作指令に基づいて照射装置１３の動作を制御する。具体的には、照射制御部９６は、光源３１を制御し、所定のレーザパワー及び照射タイミングでレーザ光Ｂを出力させる。また、照射制御部９６は、フォーカス制御ユニット３５のモータを制御して焦点制御レンズを移動させ、これによりレーザ光Ｂが所定のビーム径に調整される。また、照射制御部９６は、第１アクチュエータ及び第２アクチュエータを制御し第１ガルバノミラー３７ａ及び第２ガルバノミラー３７ｂをそれぞれ所望の角度に回転させ、これにより、ベースプレート８１上の材料層８５の所定位置にレーザ光Ｂが照射される。照射制御部９６に対する動作指令、特にアクチュエータの制御に係る動作指令は、造形用座標系に基づき作成される。

【0070】

機械加工制御部９７は、動作指令に基づいて機械加工装置の動作を制御する。具体的には、加工ヘッドを所定位置まで移動させる。また、工具を所定のタイミングで動作させ、切削等の機械加工を行う。機械加工制御部９７に対する動作指令、特に加工ヘッドの移動に係る動作指令は、造形用座標系に基づき作成される。なお、上述の各制御部９６，９７，９８は、各装置の実際の動作情報を数値制御部９１へとフィードバックする。

【0071】

６．積層造形物の製造方法
次に、本実施形態に係る積層造形装置１００を用いた積層造形物の造形方法について説明する。本実施形態の造形方法は、造形用座標系の設定工程と、その後に行われる材料層形成工程及び固化工程とを備える。

【0072】

図１６は、積層造形に先駆けて行われる造形用座標系の設定工程の手順を示すフロー図である。まず、造形テーブル５上の造形領域Ｒ内にベースプレート８１が配置される（ステップＳ１）。

【0073】

まず、全体撮像カメラ６１により全体領域Ａｒの撮像が行われ、全体画像が取得される（ステップＳ２）。全体画像は画像処理装置４３へと送られ、画像処理装置４３は、全体画像を解析してベースプレート８１の位置情報を取得する（ステップＳ３）。ベースプレート８１の位置情報は、制御装置９の算出部９１ａへと送られる。算出部９１ａは、ベースプレート８１の位置情報から検出対象点の座標を第１算出座標として算出する（ステップＳ４）。

【0074】

ベースプレート８１の位置情報及び第１算出座標は演算部９１ｂへと送られ、演算部９１ｂは部分撮像カメラ６２の移動指令を作成する。移動指令に基づき、カメラ移動装置７は、部分撮像カメラ６２を初期位置へ配置した後、第１辺に沿って所定距離移動させる（ステップＳ５）。移動後の位置において第１領域の撮像が行われ、第１画像が取得される（第１画像取得工程、ステップＳ６）。第１画像は画像処理装置４３へと送られ、画像処理装置４３は、第１画像を解析して第１辺の位置情報を取得する（第１画像解析工程、ステップＳ７）。第１辺の位置情報は、制御装置９の算出部９１ａへと送られる。

【0075】

次いで、カメラ移動装置７は、部分撮像カメラ６２を初期位置に戻した後、第２辺に沿って所定距離移動させる（ステップＳ８）。移動後の位置において第２領域の撮像が行われ、第２画像が取得される（第２画像取得工程、ステップＳ９）。第２画像は画像処理装置４３へと送られ、画像処理装置４３は、第２画像を解析して第２辺の位置情報を取得する（第２画像解析工程、ステップＳ１０）。第２辺の位置情報は、制御装置９の算出部９１ａへと送られる。

【0076】

算出部９１ａは、第１辺及び第２辺の位置情報を機械座標系に変換し、検出対象点の座標を第２算出座標として算出する（算出工程、ステップＳ１１）。さらに、第２算出座標から基準点の座標を特定し（ステップＳ１２）、当該基準点を基準として造形用座標系を設定する（ステップＳ１３）。

【0077】

なお、図１６においては、説明の便宜上、第１画像の取得及び解析（ステップＳ６，Ｓ７）を行ったのちに第２画像の取得及び解析（ステップＳ９，Ｓ１０）を行う手順を示したが、画像取得及び解析に係る工程の順序は、これに限定されるものではない。第１画像及び第２画像を取得した後に、第１画像及び第２画像の解析を行ってもよい。

【0078】

以上の手順で造形用座標系が設定された後、材料層形成工程及び固化工程が行われる。材料層形成工程では、造形領域Ｒに配置されたベースプレート８１の上面に材料粉体を供給して材料層８５を形成する。固化工程では、材料層８５の所定の照射領域に対してレーザ光Ｂ又は電子ビームを照射して固化層８６を形成する。材料層形成工程及び固化工程は繰り返し実施される。

【0079】

まず、１回目の材料層形成工程が行われる。図１７に示すように、造形テーブル５上にベースプレート８１を載置した状態で造形テーブル５の高さを適切な位置に調整する。この状態で、リコータヘッド１１を図１７の左側から右側に移動させることにより、ベースプレート８１上に１層目の材料層８５が形成される。

【0080】

次に、１回目の固化工程が行われる。図１８に示すように、１層目の材料層８５の所定の照射領域にレーザ光Ｂ又は電子ビームを照射することによって、１層目の材料層８５を固化させ、１層目の固化層８６を得る。

【0081】

続いて、２回目の材料層形成工程が行われる。１層目の固化層８６を形成後、造形テーブル５の高さを材料層８５の１層分下げる。この状態で、リコータヘッド１１を造形領域Ｒの図１８の右側から左側に移動させることにより、１層目の固化層８６を覆うように２層目の材料層８５が形成される。そして２回目の固化工程が行われる。上述と同様の方法で、２層目の材料層８５の所定の照射領域にレーザ光Ｂ又は電子ビームを照射することによって２層目の材料層８５を固化させ、２層目の固化層８６を得る。

【0082】

所望の三次元造形物が得られるまで、材料層形成工程及び固化工程が繰り返され、複数の固化層８６が積層される。隣接する固化層８６は、互いに強く固着される。また、造形中又は造形後に、必要に応じて機械加工装置による切削加工等が行われる。積層造形の完了後は、未固化の材料粉体及び切削屑を排出することによって、積層造形物を得ることができる。

【0083】

７．他の実施形態
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、以下の態様によっても実施することができる。

【0084】

７．１．第２実施形態
第１実施形態においては、部分撮像カメラ６２を用いて第１辺及び第２辺に対してそれぞれ１回ずつ撮像を行い、１つの第１画像及び第２画像を取得した。第２実施形態に係る積層造形装置１００及び積層造形物の造形方法においては、初期位置からの各辺に沿った移動距離を変化させて複数回撮像を行い、複数の第１画像及び第２画像を取得する。以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【0085】

第２実施形態における第１画像及び第２画像の取得について、図１９のベースプレート８１の配置において隅角Ｃ２を基準点且つ検出対象点とした場合を例として説明する。まず、部分撮像カメラ６２は、第１実施形態と同様に、隅角Ｃ２と隅角Ｃ２を一方の端点とするベースプレート８１の辺Ｅ３，Ｅ４の一部とが視野に含まれる初期位置にまず配置される。初期位置における視野は、図１９に示す初期領域Ｖ_Ｃ２，０となる。次に、部分撮像カメラ６２を辺Ｅ３に平行な方向に隅角Ｃ１に向かって距離Ｈ_３，１だけ移動させ、これにより移動後の視野は第１領域Ｖ_Ｅ３，１となる。この位置において第１領域Ｖ_Ｅ３，１の撮像を行い、１つ目の第１画像を取得する。

【0086】

次に、部分撮像カメラ６２は初期位置に戻され、これにより、部分撮像カメラ６２の視野は再び領域Ｖ_Ｃ２，０となる。そして、部分撮像カメラ６２を初期位置から辺Ｅ３に平行な方向に隅角Ｃ１に向かって、１回目の撮像時の移動距離Ｈ_３，１とは異なる距離Ｈ_３，２だけ移動させ、これにより移動後の視野は第１領域Ｖ_Ｅ３，２となる。この位置において第１領域Ｖ_Ｅ３，２の撮像を行い、２つ目の第１画像を取得する。

【0087】

上述の操作を、移動距離を変化させながら繰り返すことで、複数の第１領域Ｖ_Ｅ３，１，Ｖ_Ｅ３，２，Ｖ_Ｅ３，３......が撮像されて複数の第１画像が取得される。移動距離は、各撮像における第１領域が辺Ｅ３の少なくとも一部を含むように設定される。各撮像における第１領域は、相互に重複部分を有してもよく、重複部分を有していなくてもよい。

【0088】

同様の操作を行い、複数の第２画像が取得される。図２０に示すように、部分撮像カメラ６２を初期位置から辺Ｅ４に平行な方向に隅角Ｃ３に向かって距離Ｈ_４，１だけ移動させ、この位置において第２領域Ｖ_Ｅ４，１の撮像を行い、１つ目の第２画像を取得する。部分撮像カメラ６２を初期位置に戻した後、辺Ｅ４に平行な方向に隅角Ｃ３に向かって、移動距離Ｈ_４，１とは異なる距離Ｈ_４，２だけ移動させ、この位置において第２領域Ｖ_Ｅ４，２の撮像を行い、２つ目の第２画像を取得する。このような操作を移動距離を変化させながら繰り返すことで、複数の第２画像が取得される。

【0089】

画像処理装置４３は、複数の第１画像をそれぞれ解析して第１辺の位置情報を取得し、複数の第２画像をそれぞれ解析して第２辺の位置情報を取得する。つまり、第１辺及び第２辺それぞれについて、異なる画像から複数の位置情報が得られる。図１９及び図２０の例においては、第１実施形態と同様に、各画像に含まれる辺Ｅ３，Ｅ４の位置が部分撮像カメラ６２に固有の座標系において特定される。さらに、画像処理装置４３は、第１画像に含まれる第１辺の長さ、及び第２画像に含まれる第２辺の長さを検出する。図１９においては、第１領域Ｖ_Ｅ３，１，Ｖ_Ｅ３，２，Ｖ_Ｅ３，３を撮像した第１画像から、各第１画像に含まれる辺Ｅ３の長さＴ_Ｅ３，１，Ｔ_Ｅ３，２，Ｔ_Ｅ３，３がそれぞれ検出される。また、図２０においては、第２領域Ｖ_Ｅ４，１，Ｖ_Ｅ４，２を撮像した第２画像から、各第２画像に含まれる辺Ｅ４の長さＴ_Ｅ４，１，Ｔ_Ｅ４，２がそれぞれ検出される。このようにして得られた第１辺及び第２辺の位置情報、及び各辺の長さの検出結果は、制御装置９へと送られる。

【0090】

制御装置９の算出部９１ａは、第１辺の複数の位置情報のうち、検出された辺Ｅ３の長さが最も大きい第１画像から取得された第１辺の位置情報を選択する。また、第２辺の複数の位置情報のうち、検出された辺Ｅ４の長さが最も大きい第２画像から取得された第２辺の位置情報を選択する。そして、選択された第１辺及び第２辺の位置情報を機械座標系に変換し、検出対象点である隅角Ｃ２の機械座標系における座標を第２算出座標として算出する。

【0091】

このように、各辺に沿った移動距離を変化させて複数の画像を取得し解析することで、検出される辺の長さがより大きい画像から取得された辺の位置情報を選択可能となる。画像中に含まれる辺の長さが大きいほど検出精度が高くなるため、検出される辺の長さが最も大きい画像から取得された辺の位置情報を検出対象点の座標の算出に用いることで、基準点の座標の精度を向上させることができる。

【0092】

７．２．第３実施形態
第３実施形態に係る積層造形装置１００及び積層造形物の造形方法においては、第２実施形態と同様に複数の第１画像及び第２画像を取得して解析を行うが、解析により得られる第１辺及び第２辺の複数の位置情報の利用形態が異なる。以下、第３実施形態について、第２実施形態との相違点を中心に説明する。

【0093】

第２実施形態と同様に、画像処理装置４３における解析により得られた第１辺及び第２辺の複数の位置情報は、制御装置９へと送られる。制御装置９の算出部９１ａは、これら複数の位置情報に対して統計処理を行い、その結果を用いて検出対象点の機械座標系における座標を第２算出座標として算出する。

【0094】

例えば、第１辺の複数の位置情報のそれぞれから第１辺の座標を算出し、得られた座標の算術平均を求める。第２辺の複数の位置情報に対しても同様の処理を行い、平均化された第１辺及び第２辺の座標を用いて、第２算出座標の算出を行う。

【0095】

また、このような統計処理の前処理として、検出対象点の算出に用いることが適切でないと考えられる少なくとも１つの位置情報を予め除去してもよい。例えば、各辺に対する１回目の撮像においては、一般的に部分撮像カメラ６２の移動における操作ミスが起きやすいため、各辺に対する１回目の撮像において取得された第１画像及び第２画像から得られた位置情報を除去してもよい。或いは、各辺の複数の位置情報のうち、検出された辺の長さが所定の閾値未満の画像から取得された位置情報を、検出精度が比較的低いものとして予め除去してもよい。

【0096】

７．３．その他の変形例
第１実施形態においては、全体撮像カメラ６１により取得された全体画像の解析によりベースプレート８１の位置情報が取得され、当該位置情報を用いて作成された移動指令に従って部分撮像カメラ６２の初期位置への配置及びその後の各辺に沿った移動が行われるが、他の構成も考えられる。例えば、作業者が制御装置９に対してベースプレート８１のサイズや配置等の検出対象点の位置を特定するための情報をベースプレート８１の位置情報として入力し、制御装置９が当該位置情報を用いて部分撮像カメラ６２の移動指令を作成してもよい。このような半自動式の構成は、ベースプレート８１の色や面質等の条件により全体画像の解析によるベースプレート８１の位置情報の取得が困難な場合、又はベースプレート８１のサイズや配置（例えば、ベースプレート８１のフレーム５１からの距離）が事前に分かっている場合に選択され得る。

【0097】

また、カメラ移動装置７を操作するための操作部を設け、作業者が操作部に入力を行ってカメラ移動装置７を操作する構成としてもよい。この場合、作業者は、カメラ移動装置７を手動で操作して、部分撮像カメラ６２の初期位置への配置及びその後の各辺に沿った移動を行う必要がある。このような手動の構成は、ベースプレート８１が特に複雑な形状を有していたり、ハイブリッド造形において他の加工方法の実施後に積層造形を行う等の事情により、全体画像の解析によるベースプレート８１の位置情報の取得が困難であり、且つベースプレート８１の位置情報も不明である場合に選択され得る。

【0098】

さらに、積層造形装置１００を、制御装置９による制御のもと、上述の実施形態の構成、半自動式の構成、及び手動の構成に各々対応する運転モード間で切替可能に構成してもよい。この場合、制御装置９に、運転モードの切替を行うモード切替部を設けてもよい。

【0099】

以上、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これら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。当該新規な実施形態は、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。当該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】

【0100】

１：チャンバ、１ａ：ウィンドウ、３：材料層形成装置、４：ベース、５：造形テーブル、７：カメラ移動装置、９：制御装置、１１：リコータヘッド、１１ａ：材料収容部、１１ｂ：材料供給口、１１ｃ：材料排出口、１１ｆｂ：ブレード、１１ｒｂ：ブレード、１２：リコータヘッド駆動装置、１３：照射装置、１７：汚染防止装置、１７ａ：筐体、１７ｂ：開口部、１７ｃ：拡散部材、１７ｄ：不活性ガス供給空間、１７ｅ：細孔、１７ｆ：清浄室、３１：光源、３３：コリメータ、３５：フォーカス制御ユニット、３７：走査装置、３７ａ：第１ガルバノミラー、３７ｂ：第２ガルバノミラー、４１：ＣＡＤ装置、４２：ＣＡＭ装置、４３：画像処理装置、５１：フレーム、６１：全体撮像カメラ、６２：部分撮像カメラ、７１：第１駆動機構、７２：第２駆動機構、７３：第３駆動機構、８１：ベースプレート、８５：材料層、８６：固化層、９１：数値制御部、９１ａ：算出部、９１ｂ：演算部、９１ｃ：記憶部、９５：表示部、９６：照射制御部、９７：機械加工制御部、９８：移動装置制御部、１００：積層造形装置、Ｂ：レーザ光、Ｒ：造形領域

【要約】

【課題】ベースプレートの位置検出における精度の低下を抑制することが可能な積層造形装置及び積層造形物の製造方法を提供する。
【解決手段】
チャンバと、造形テーブルと、撮像装置と、画像処理装置と、制御装置とを備える積層造形装置であって、造形テーブル上の造形領域内に配置されたベースプレートは、平面視において外縁を構成する第１辺及び第２辺を備え、撮像装置の第１カメラは、第１辺の一部及び一方の端点と第２辺の一部及び一方の端点とが視野に含まれる初期位置から第１辺に沿って移動した位置において第１領域を撮像して第１画像を取得し、初期位置から第２辺に沿って移動した位置において第２領域を撮像して第２画像を取得し、画像処理装置は、第１及び第２画像を解析して各辺の位置情報を取得し、制御装置は、検出対象点として第１辺及び第２辺の交点又は第１辺及び第２辺の延長線上の交点の座標を算出する、積層造形装置が提供される。
【選択図】図１

【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】

【図20】