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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】
(24)【登録日】2022-08-25
(45)【発行日】2022-09-02
(54)【発明の名称】造形装置
(51)【国際特許分類】
B29C 64/393 20170101AFI20220826BHJP
B22F 10/28 20210101ALI20220826BHJP
B22F 10/37 20210101ALI20220826BHJP
B22F 10/38 20210101ALI20220826BHJP
B22F 10/85 20210101ALI20220826BHJP
B22F 12/90 20210101ALI20220826BHJP
B29C 64/153 20170101ALI20220826BHJP
B29C 64/20 20170101ALI20220826BHJP
B33Y 30/00 20150101ALI20220826BHJP
B33Y 50/02 20150101ALI20220826BHJP
【ＦＩ】
B29C64/393
B22F10/28
B22F10/37
B22F10/38
B22F10/85
B22F12/90
B29C64/153
B29C64/20
B33Y30/00
B33Y50/02
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2018028356
(22)【出願日】2018-02-21
(65)【公開番号】P2019142101
(43)【公開日】2019-08-29
【審査請求日】2020-08-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000002107
【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】三玉 一郎
(72)【発明者】
【氏名】張 亜娟
(72)【発明者】
【氏名】坂田 琢磨
【審査官】▲高▼村 憲司
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０８７４５１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１６５６８３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１６／１４３１３７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００５－３３５２０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９３５８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許第１０８０３１８４４（ＣＮ，Ｂ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０
Ｂ２２Ｆ １／００－１２／９０
Ｂ２８Ｂ １／３０
Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
材料粉末を層状に敷く敷設工程と層状に敷かれた前記材料粉末を加熱固化させる加熱固化工程とを繰り返すことにより、予め設定された造形物を造形する造形装置であって、前記敷設工程後および前記加熱固化工程後の前記層状に敷かれた材料粉末の表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部による前記敷設工程後の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する第１の判定を行うとともに、前記加熱固化工程後の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する第２の判定を行う正否判定部とを有し、
前記正否判定部は、判定の種類に拘わらず前記判定により異常であると判定された連続回数をカウントする前提で、前記第１の判定と前記第２の判定とを通じて前記カウント値が所定値に達した場合に、異常判定を確定する造形装置。
【請求項2】
前記正否判定部は、前記第２の判定として、前記加熱固化工程後の前記撮像部による撮像画像において、前記加熱固化工程による前記材料粉末の固化部分が設定位置から所定距離以上ずれている場合に異常と判定する位置ズレ判定と、前記加熱固化工程による前記材料粉末の固化部分に、閾値以上の輝度となる輝点がある場合に異常と判定する輝度判定と、を行う請求項１記載の造形装置。
【請求項3】
前記正否判定部は、前記第１の判定として、前記敷設工程後の前記撮像部による撮像画像において、前記加熱固化工程による前記材料粉末の固化部分が見えている場合に異常と判定する下層露出判定と、前記敷設工程による前記層状に敷かれた前記材料粉末表面の模様の陰影に基づいて、正常か異常かを判定する模様判定と、を行う請求項１又は請求項２に記載の造形装置。
【請求項4】
前記正否判定部は、前記下層露出判定、前記模様判定、前記加熱固化工程による前記材料粉末の固化部分が設定位置から所定距離以上ずれている場合に異常と判定する位置ズレ判定および前記加熱固化工程による前記材料粉末の固化部分に、閾値以上の輝度となる輝点がある場合に異常と判定する輝度判定において造形を異常とする判定がなされる毎にカウント値を加算する一方、前記下層露出判定、前記模様判定、前記位置ズレ判定および前記輝度判定のいずれかにおいて異常なしと判定された場合に前記カウント値をリセットし、前記カウント値が所定値に達した場合に異常判定を確定する請求項３に記載の造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粉末から立体を造形する造形装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、粉末を材料として立体物を造形する造形装置の使用が増加している、
この造形装置は、所定厚さの粉末からなる粉末層を供給し、粉末層に対してレーザー走査を行って目標形状を構成する層形状に溶解させ、粉末層の供給とレーザー走査を繰り返すことで積層により目標形状の立体物を造形している（例えば、特許文献１参照）。
この造形装置は、所定厚さの粉末からなる粉末層を供給し、粉末層に対してレーザー走査を行って目標形状を構成する層形状に溶解させ、粉末層の供給とレーザー走査を繰り返すことで積層により目標形状の立体物を造形している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１４－１２９５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この造形装置は、一層一層の層形状に応じて粉末を加熱固化させて立体物を形成する方法を採っているが、途中の層で造形不良が発生すると完成品は不良品となってしまう。
しかしながら、上記従来の造形装置は、造形完了後の目標形状の立体物を検査しなければ良否判定を行うことができず、不良品が発生すると、加工時間と材料粉末とを浪費してしまうという問題が生じていた。
しかしながら、上記従来の造形装置は、造形完了後の目標形状の立体物を検査しなければ良否判定を行うことができず、不良品が発生すると、加工時間と材料粉末とを浪費してしまうという問題が生じていた。
【0005】
本発明は、造形不良時の加工時間と材料粉末の浪費を低減することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る造形装置は、
材料粉末を層状に敷く敷設工程と層状に敷かれた前記材料粉末を加熱固化させる加熱固化工程とを繰り返すことにより、予め設定された造形物を造形する造形装置であって、
前記敷設工程後および前記加熱固化工程後の前記層状に敷かれた材料粉末の表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部による前記敷設工程後の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する第１の判定を行うとともに、前記加熱固化工程後の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する第２の判定を行う正否判定部とを有し、
前記正否判定部は、判定の種類に拘わらず前記判定により異常であると判定された連続回数をカウントする前提で、前記第１の判定と前記第２の判定とを通じて前記カウント値が所定値に達した場合に、異常判定を確定する構成とした。
材料粉末を層状に敷く敷設工程と層状に敷かれた前記材料粉末を加熱固化させる加熱固化工程とを繰り返すことにより、予め設定された造形物を造形する造形装置であって、
前記敷設工程後および前記加熱固化工程後の前記層状に敷かれた材料粉末の表面を撮像する撮像部と、
前記撮像部による前記敷設工程後の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する第１の判定を行うとともに、前記加熱固化工程後の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する第２の判定を行う正否判定部とを有し、
前記正否判定部は、判定の種類に拘わらず前記判定により異常であると判定された連続回数をカウントする前提で、前記第１の判定と前記第２の判定とを通じて前記カウント値が所定値に達した場合に、異常判定を確定する構成とした。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、造形不良時の加工時間と材料粉末の浪費を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の実施形態に係る造形装置を示す概略構成図である。
【図2】造形装置における制御装置を中心とする制御系を示したブロック図である。
【図7】敷設工程直後の材料粉末の深さ方向に沿った断面図である。
【図9】制御装置によるパーツの一つ分の造形時の動作フローチャートである。
【図10】正否判定部による複数の判定における共通する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
［発明の実施形態の概要］
本発明の実施形態について図１～図１０に基づいて説明する。図１は造形装置１０を示す概略構成図である。
本実施形態は、金属の材料粉末Ｄを層状に敷く敷設工程と層状に敷かれた材料粉末Ｄを加熱して固める加熱固化工程とを繰り返すことにより、予め設定された造形物Ｍを造形する造形装置１０を例示する。なお、材料粉末Ｄは、金属に限定されるものではなく、他の加熱固化する材料、例えば、樹脂であっても良い。
なお、以下の説明では、完成した造形物を造形物Ｍとし、層ごとに形成される造形物の断片をパーツＰとする。
本発明の実施形態について図１～図１０に基づいて説明する。図１は造形装置１０を示す概略構成図である。
本実施形態は、金属の材料粉末Ｄを層状に敷く敷設工程と層状に敷かれた材料粉末Ｄを加熱して固める加熱固化工程とを繰り返すことにより、予め設定された造形物Ｍを造形する造形装置１０を例示する。なお、材料粉末Ｄは、金属に限定されるものではなく、他の加熱固化する材料、例えば、樹脂であっても良い。
なお、以下の説明では、完成した造形物を造形物Ｍとし、層ごとに形成される造形物の断片をパーツＰとする。
【0010】
上記造形装置１０は、ステージ装置２０、粉末供給装置３０、加熱装置４０、撮像部としてのカメラ１１、制御装置５０及びチャンバー１２を備えている。
【0011】
チャンバー１２は、制御装置５０を除く造形装置１０の全体構成を内部に収容可能な断熱容器であり、内部を造形に適した温度に昇温し、温度維持を行うことができる。
【0012】
ステージ装置２０は、上面が水平且つ平滑なステージ２１と、ステージ２１を昇降させる昇降装置２２とを備えている。
ステージ２１は、その上面に材料粉末Ｄが敷設され、当該材料粉末Ｄに対する加熱固化が行われる。
昇降装置２２は、造形物ＭのパーツＰの層の厚さ単位でステージ２１を下降させることができる。粉末供給装置３０は、ステージ２１上に規定の高さで材料粉末Ｄを敷設するので、昇降装置２２のステージ２１の下降動作に応じてパーツＰの一層分の厚さで材料粉末Ｄを敷設することができる。
ステージ２１は、その上面に材料粉末Ｄが敷設され、当該材料粉末Ｄに対する加熱固化が行われる。
昇降装置２２は、造形物ＭのパーツＰの層の厚さ単位でステージ２１を下降させることができる。粉末供給装置３０は、ステージ２１上に規定の高さで材料粉末Ｄを敷設するので、昇降装置２２のステージ２１の下降動作に応じてパーツＰの一層分の厚さで材料粉末Ｄを敷設することができる。
【0013】
粉末供給装置３０は、内部に材料粉末Ｄが充填されたリコータ３１と、リコータ３１を所定の水平方向に搬送する搬送機構３２とを備えている。
リコータ３１は、内部中空であって下端部にスリット状の開口部を備えている。このリコータ３１の開口部は、前述した規定の高さに設定されている。
搬送機構３２は、スリットの長手方向に直交する方向にリコータ３１を搬送する。
従って、リコータ３１は、材料粉末Ｄを吐出しながら搬送されることで、スリットの長手方向全長と等しい幅でステージ２１上に規定の高さとなる材料粉末Ｄを平面状に敷設することができる。
リコータ３１は、内部中空であって下端部にスリット状の開口部を備えている。このリコータ３１の開口部は、前述した規定の高さに設定されている。
搬送機構３２は、スリットの長手方向に直交する方向にリコータ３１を搬送する。
従って、リコータ３１は、材料粉末Ｄを吐出しながら搬送されることで、スリットの長手方向全長と等しい幅でステージ２１上に規定の高さとなる材料粉末Ｄを平面状に敷設することができる。
【0014】
加熱装置４０は、レーザー光源を備えるヘッド４１と、ヘッド４１を水平面に沿って任意に移動位置決めするＸ－Ｙ移動機構４２とを備えている。
ヘッド４１は、レーザー光源からのレーザー光を鉛直下方に照射する光学系を備えている。
Ｘ－Ｙ移動機構４２は、ヘッド４１を水平な方向（Ｘ方向とする）に移動可能に支持するスライド機構と、当該スライド機構を直交する水平方向（Ｙ方向とする）に移動可能に支持するもう一つのスライド機構とを備えている。そして、これら二つのスライド機構の協働により、ヘッド４１を水平面上の任意の位置に位置決めする。
従って、加熱装置４０は、ステージ２１上に敷設された材料粉末Ｄの層に対して、任意の位置に照射することができ、当該材料粉末Ｄの層を任意の形状に加熱固化させることができる。
なお、ここでいう「加熱固化」とは、加熱により材料粉末Ｄを溶解させてから凝固によって固化させる場合や、加熱によって材料粉末Ｄを焼結させる場合を含むものとする。
ヘッド４１は、レーザー光源からのレーザー光を鉛直下方に照射する光学系を備えている。
Ｘ－Ｙ移動機構４２は、ヘッド４１を水平な方向（Ｘ方向とする）に移動可能に支持するスライド機構と、当該スライド機構を直交する水平方向（Ｙ方向とする）に移動可能に支持するもう一つのスライド機構とを備えている。そして、これら二つのスライド機構の協働により、ヘッド４１を水平面上の任意の位置に位置決めする。
従って、加熱装置４０は、ステージ２１上に敷設された材料粉末Ｄの層に対して、任意の位置に照射することができ、当該材料粉末Ｄの層を任意の形状に加熱固化させることができる。
なお、ここでいう「加熱固化」とは、加熱により材料粉末Ｄを溶解させてから凝固によって固化させる場合や、加熱によって材料粉末Ｄを焼結させる場合を含むものとする。
【0015】
カメラ１１は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)やＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子と光学系とを備えている。このカメラ１１は、ステージ２１の中央部の上方において、光軸を鉛直下方に向けて設置されている。
これにより、カメラ１１は、ステージ２１の上面のほぼ全体を撮像することができ、撮像により得られた撮像画像データは、制御装置５０に入力される。
これにより、カメラ１１は、ステージ２１の上面のほぼ全体を撮像することができ、撮像により得られた撮像画像データは、制御装置５０に入力される。
【0016】
［制御装置］
図２は造形装置１０における制御装置５０を中心とする制御系を示したブロック図である。
制御装置５０は、バスを介して接続されたＣＰＵ(Central Processing Unit)，ＲＡＭ(Random access memory)，補助記憶装置などを備える。補助記憶装置は、不揮発性記憶装置を用いて構成される。ここで言う不揮発性記憶装置とは、いわゆるＲＯＭ（Read-OnlyMemory：ＥＰＲＯＭ(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory)，ＥＥＰＲＯＭ(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)等を含む），フラッシュメモリ，ハードディスク等を含む。
上記図２では、制御装置５０の各種機能をブロックで示している。即ち、制御装置５０は、補助記憶装置に記憶された各種のプログラム（ＯＳ，アプリケーション等）がＲＡＭにロードされＣＰＵにより実行されることによって、造形制御部５１、撮像制御部５３、正否判定部５５、停止処理部５６等を含む装置として機能する。また、造形制御部５１、撮像制御部５３、正否判定部５５、停止処理部５６は専用のチップとして構成されても良い。
また、造形データ記憶部５２及び撮像画像記憶部５４は、補助記憶装置の一部に設けられた記憶量領域により実現されるが、これらも専用の記憶チップとして構成されても良い。
なお、制御装置５０には、カメラ１１、ステージ装置２０、粉末供給装置３０、加熱装置４０を駆動させる駆動回路やインターフェイス、カメラ１１の撮像画像データを処理する画像処理装置が併設されているが、これらの図示は省略する。
図２は造形装置１０における制御装置５０を中心とする制御系を示したブロック図である。
制御装置５０は、バスを介して接続されたＣＰＵ(Central Processing Unit)，ＲＡＭ(Random access memory)，補助記憶装置などを備える。補助記憶装置は、不揮発性記憶装置を用いて構成される。ここで言う不揮発性記憶装置とは、いわゆるＲＯＭ（Read-OnlyMemory：ＥＰＲＯＭ(ErasableProgrammableRead-OnlyMemory)，ＥＥＰＲＯＭ(ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory)等を含む），フラッシュメモリ，ハードディスク等を含む。
上記図２では、制御装置５０の各種機能をブロックで示している。即ち、制御装置５０は、補助記憶装置に記憶された各種のプログラム（ＯＳ，アプリケーション等）がＲＡＭにロードされＣＰＵにより実行されることによって、造形制御部５１、撮像制御部５３、正否判定部５５、停止処理部５６等を含む装置として機能する。また、造形制御部５１、撮像制御部５３、正否判定部５５、停止処理部５６は専用のチップとして構成されても良い。
また、造形データ記憶部５２及び撮像画像記憶部５４は、補助記憶装置の一部に設けられた記憶量領域により実現されるが、これらも専用の記憶チップとして構成されても良い。
なお、制御装置５０には、カメラ１１、ステージ装置２０、粉末供給装置３０、加熱装置４０を駆動させる駆動回路やインターフェイス、カメラ１１の撮像画像データを処理する画像処理装置が併設されているが、これらの図示は省略する。
【0017】
造形制御部５１は、造形データ記憶部５２に記憶されている造形物Ｍの３次元データに基づいて、ステージ装置２０、粉末供給装置３０、加熱装置４０を制御し、材料粉末Ｄから造形物Ｍを造形する。
即ち、造形制御部５１は、造形物Ｍの３次元データから、高さ方向について造形物Ｍを一定の間隔で輪切りにした複数のパーツＰの平面形状の２次元データを算出する。
そして、各パーツＰの平面形状で材料粉末Ｄの加熱固化を行い、下のパーツＰから順番に形成しつつ各パーツＰを積層することで最終的に造形物Ｍの造形を完了する。
即ち、造形制御部５１は、造形物Ｍの３次元データから、高さ方向について造形物Ｍを一定の間隔で輪切りにした複数のパーツＰの平面形状の２次元データを算出する。
そして、各パーツＰの平面形状で材料粉末Ｄの加熱固化を行い、下のパーツＰから順番に形成しつつ各パーツＰを積層することで最終的に造形物Ｍの造形を完了する。
【0018】
ここで、造形制御部５１の動作制御に基づく、ステージ装置２０、粉末供給装置３０、加熱装置４０の動作を説明する。
まず、ステージ装置２０を制御して、ステージ２１の上面を、リコータ３１の開口部の規定の高さに対して、一つのパーツＰの規定の厚さ分（例えば、数ミクロン～数十ミクロン）だけ下降させる。
そして、粉末供給装置３０を制御して、リコータ３１がステージ２１全体を通過するように搬送させて、材料粉末Ｄの敷設を行う。これにより、ステージ２１上には、パーツＰの規定の厚さで材料粉末Ｄの層が形成される。このステージ２１の下降から材料粉末Ｄの層形成までの動作を「敷設工程」とする。
次いで、加熱装置４０を制御して、前述した２次元データが示すパーツＰの形状の各位置にヘッド４１を位置決めしつつレーザー光を照射させる。これにより、パーツＰの形状に応じて材料粉末Ｄを加熱固化させる。このレーザー光の照射による材料粉末Ｄの加熱固化の動作を「加熱固化工程」とする。
これ以降、造形制御部５１は、「敷設工程」と「加熱固化工程」とを繰り返す制御を行うことで材料粉末Ｄからなる造形物Ｍを形成する。
まず、ステージ装置２０を制御して、ステージ２１の上面を、リコータ３１の開口部の規定の高さに対して、一つのパーツＰの規定の厚さ分（例えば、数ミクロン～数十ミクロン）だけ下降させる。
そして、粉末供給装置３０を制御して、リコータ３１がステージ２１全体を通過するように搬送させて、材料粉末Ｄの敷設を行う。これにより、ステージ２１上には、パーツＰの規定の厚さで材料粉末Ｄの層が形成される。このステージ２１の下降から材料粉末Ｄの層形成までの動作を「敷設工程」とする。
次いで、加熱装置４０を制御して、前述した２次元データが示すパーツＰの形状の各位置にヘッド４１を位置決めしつつレーザー光を照射させる。これにより、パーツＰの形状に応じて材料粉末Ｄを加熱固化させる。このレーザー光の照射による材料粉末Ｄの加熱固化の動作を「加熱固化工程」とする。
これ以降、造形制御部５１は、「敷設工程」と「加熱固化工程」とを繰り返す制御を行うことで材料粉末Ｄからなる造形物Ｍを形成する。
【0019】
撮像制御部５３は、造形制御部５１による造形動作に連係して、所定のタイミングでステージ２１上を撮像するようにカメラ１１に指令を入力する。
この撮像制御部５３は、粉末供給装置３０による材料粉末Ｄの敷設から加熱装置４０による材料粉末Ｄの加熱固化までの間と、加熱装置４０による材料粉末Ｄの加熱固化から次の粉末供給装置３０による材料粉末Ｄの敷設までの間の少なくとも二回、撮像指令をカメラ１１に入力する。より具体的には、一つのパーツＰの形成につき、粉末供給装置３０による材料粉末Ｄの敷設直後と、加熱装置４０による材料粉末Ｄの加熱固化直後の二回、撮像指令が出力される。
この撮像制御部５３は、粉末供給装置３０による材料粉末Ｄの敷設から加熱装置４０による材料粉末Ｄの加熱固化までの間と、加熱装置４０による材料粉末Ｄの加熱固化から次の粉末供給装置３０による材料粉末Ｄの敷設までの間の少なくとも二回、撮像指令をカメラ１１に入力する。より具体的には、一つのパーツＰの形成につき、粉末供給装置３０による材料粉末Ｄの敷設直後と、加熱装置４０による材料粉末Ｄの加熱固化直後の二回、撮像指令が出力される。
【0020】
撮像画像記憶部５４は、撮像指令を受けたカメラ１１の撮像に基づく撮像画像データが記憶される。
【0021】
正否判定部５５は、カメラ１１による撮像画像データに基づいて、造形が正常か異常かを判定する。
この正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定により、造形の正常か異常かを判定する。
この正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定により、造形の正常か異常かを判定する。
【0022】
模様判定は、敷設工程直後の撮像により得られた撮像画像データに基づいて行われる。図３（Ａ）は模様判定において正常とされる撮像画像、図３（Ｂ）は模様判定において異常とされる撮像画像を示す。
前述した粉末供給装置３０のリコータ３１は、非常に薄く材料粉末Ｄの層を形成するために、ステージ２１の上面又は前回に形成された材料粉末Ｄの層の上面に対して、リコータ３１の下端部を近接させた状態で材料粉末Ｄの供給を行う。
一方、材料粉末Ｄの加熱固化により形成されたパーツＰの上面は希に凸部を生じ（図７参照）、リコータ３１の下端部が接触する場合や、接触しない場合であってもパーツＰの上面を通過する際に揺れを生じる場合等がある。
パーツＰの上面の凸部の突出量が大きくなればなるほど、リコータ３１は揺れを生じ易く、その結果、材料粉末Ｄの敷設状態には、色濃く縞状の模様ｓが発生する。このような色濃い模様ｓは、材料粉末Ｄの層の上面における凹凸も大きく、次のパーツＰの形成にも影響を生じるおそれがある。
前述した粉末供給装置３０のリコータ３１は、非常に薄く材料粉末Ｄの層を形成するために、ステージ２１の上面又は前回に形成された材料粉末Ｄの層の上面に対して、リコータ３１の下端部を近接させた状態で材料粉末Ｄの供給を行う。
一方、材料粉末Ｄの加熱固化により形成されたパーツＰの上面は希に凸部を生じ（図７参照）、リコータ３１の下端部が接触する場合や、接触しない場合であってもパーツＰの上面を通過する際に揺れを生じる場合等がある。
パーツＰの上面の凸部の突出量が大きくなればなるほど、リコータ３１は揺れを生じ易く、その結果、材料粉末Ｄの敷設状態には、色濃く縞状の模様ｓが発生する。このような色濃い模様ｓは、材料粉末Ｄの層の上面における凹凸も大きく、次のパーツＰの形成にも影響を生じるおそれがある。
【0023】
模様判定では、撮像画像における各画素の輝度値の差から濃淡の差を求め、濃淡の差から、規定の模様ｓ（例えば縞模様）が検出された場合に異常と判定する。
また、濃淡の差、つまり濃度差については、予め閾値が設定され、この閾値を超えている場合に模様有りと判定する。例えば、図３（Ａ）のように濃度差が小さい模様ｓは模様と判定せず、図３（Ｂ）のように濃度差が大きな場合に模様ありと判定する。これにより、材料粉末Ｄの層に現れた凹凸の小さな模様ｓは、パーツＰの形成に殆ど影響が生じないので正常の範囲とすることができる。
また、濃淡の差、つまり濃度差については、予め閾値が設定され、この閾値を超えている場合に模様有りと判定する。例えば、図３（Ａ）のように濃度差が小さい模様ｓは模様と判定せず、図３（Ｂ）のように濃度差が大きな場合に模様ありと判定する。これにより、材料粉末Ｄの層に現れた凹凸の小さな模様ｓは、パーツＰの形成に殆ど影響が生じないので正常の範囲とすることができる。
【0024】
下層露出判定は、敷設工程直後の撮像により得られた撮像画像データに基づいて行われる。図４（Ａ）は下層露出判定において正常とされる撮像画像、図４（Ｂ）は下層露出判定において異常とされる撮像画像を示す。
この場合も、材料粉末Ｄの敷設時に、前回形成されたパーツＰの上面に凸部が生じた場合に、当該パーツＰの上面に材料粉末Ｄが適切に供給されず、そのままパーツＰの上面の露出が生じ得る。また、リコータ３１の部分的な吐出不良等が原因でパーツＰの上面の露出が生じる場合もある。
このような材料粉末Ｄの供給が行われていない部分は、次のパーツＰの形成に影響を生じるおそれがある。
この場合も、材料粉末Ｄの敷設時に、前回形成されたパーツＰの上面に凸部が生じた場合に、当該パーツＰの上面に材料粉末Ｄが適切に供給されず、そのままパーツＰの上面の露出が生じ得る。また、リコータ３１の部分的な吐出不良等が原因でパーツＰの上面の露出が生じる場合もある。
このような材料粉末Ｄの供給が行われていない部分は、次のパーツＰの形成に影響を生じるおそれがある。
【0025】
従って、下層露出判定では、撮像画像における各画素の中から、平均的な輝度値に対して、一定の閾値以上の差を生じた画素を抽出し、当該画素が一定以上のまとまりを示している場合にパーツＰの上面の露出部分ありとして異常と判定する。
なお、より単純に輝度値の閾値を設定し、閾値以上の画素を抽出して露出部分の有無を判定しても良い。
なお、より単純に輝度値の閾値を設定し、閾値以上の画素を抽出して露出部分の有無を判定しても良い。
【0026】
位置ズレ判定は、加熱固化工程直後の撮像により得られた撮像画像データに基づいて行われる。図５（Ａ）は位置ズレ判定において正常とされる撮像画像、図５（Ｂ）は位置ズレ判定において異常とされる撮像画像を示す。
位置ズレ判定では、何らかの原因により、前述した２次元データに定められた目標位置ｔから外れた位置にパーツＰが形成された場合に異常と判定する。
位置ズレ判定では、例えば、２次元データに定められたパーツＰの形状を撮像画像内で探索し、検出されたパーツＰの形状の特徴的な部分の位置が適正か否かにより判定する。例えば、図４のようにパーツＰが円形の場合にはその中心位置で判定する。この場合の特徴的な部分の位置のズレ量は予め閾値を設定することが望ましい。即ち、閾値以上のズレが生じた場合に位置ズレと判定する。
位置ズレ判定では、何らかの原因により、前述した２次元データに定められた目標位置ｔから外れた位置にパーツＰが形成された場合に異常と判定する。
位置ズレ判定では、例えば、２次元データに定められたパーツＰの形状を撮像画像内で探索し、検出されたパーツＰの形状の特徴的な部分の位置が適正か否かにより判定する。例えば、図４のようにパーツＰが円形の場合にはその中心位置で判定する。この場合の特徴的な部分の位置のズレ量は予め閾値を設定することが望ましい。即ち、閾値以上のズレが生じた場合に位置ズレと判定する。
【0027】
輝度判定は、加熱固化工程直後の撮像により得られた撮像画像データに基づいて行われる。図６（Ａ）は輝度判定において正常とされる撮像画像、図６（Ｂ）は輝度判定において異常とされる撮像画像を示す。
加熱固化工程において、パーツＰの上面に凹凸が生じた場合や気泡が生じた場合に、乱反射により輝度値が大きくなる輝点ｂが生じ得る。このようなパーツＰの上面の凹凸や気泡からなる輝点ｂは次のパーツＰの形成にも影響を生じるおそれがある。
加熱固化工程において、パーツＰの上面に凹凸が生じた場合や気泡が生じた場合に、乱反射により輝度値が大きくなる輝点ｂが生じ得る。このようなパーツＰの上面の凹凸や気泡からなる輝点ｂは次のパーツＰの形成にも影響を生じるおそれがある。
【0028】
従って、輝度判定では、例えば、２次元データに定められたパーツＰの形状を撮像画像内で探索し、検出されたパーツＰの範囲内で各画素の輝度値を比較し、規定の閾値以上となる画素或いは画素の集合部分を輝点ｂとみなして当該輝点ｂが存在する場合に異常と判定する。
なお、パーツＰの形状探索を行わずに、２次元データに定められたパーツＰの存在する範囲内で規定の閾値以上となる画素或いは画素の集合部分からなる輝点ｂを検出しても良い。
なお、パーツＰの形状探索を行わずに、２次元データに定められたパーツＰの存在する範囲内で規定の閾値以上となる画素或いは画素の集合部分からなる輝点ｂを検出しても良い。
【0029】
正否判定部５５は、上述した模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定の各判定における正常又は異常とする判定結果を判定の都度、記録する。
【0030】
図７は敷設工程直後の材料粉末Ｄの深さ方向に沿った断面図、図８は正否判定部５５が行う処理の概念図である。
正否判定部５５では、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定の異常とする判定が入力されると、判定の種別に応じて個別に異常判定の連続回数をカウントする。
そして、正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定のいずれかについて、図８（Ｂ）に示すように、異常判定が予め定められた回数だけ連続した場合に、異常判定を確定する。
そして、正否判定部５５は、異常判定を確定すると、停止処理部５６に異常判定確定を通知する。
なお、図８（Ａ）に示すように、正常判定の場合には、異常判定の連続回数のカウント値はリセットされる。
正否判定部５５では、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定の異常とする判定が入力されると、判定の種別に応じて個別に異常判定の連続回数をカウントする。
そして、正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定のいずれかについて、図８（Ｂ）に示すように、異常判定が予め定められた回数だけ連続した場合に、異常判定を確定する。
そして、正否判定部５５は、異常判定を確定すると、停止処理部５６に異常判定確定を通知する。
なお、図８（Ａ）に示すように、正常判定の場合には、異常判定の連続回数のカウント値はリセットされる。
【0031】
停止処理部５６は、異常判定確定の通知を受けると、エラー処理として、造形制御部５１に対して、造形停止指令を入力する。
【0032】
図７において、符号Ｄ１は加熱固化工程が行われる直前に形成された材料粉末Ｄの層、Ｄ２～Ｄ４はそれぞれその一つ～三つ前に形成された材料粉末Ｄの層を示す。また、符号Ｄ０は加熱固化工程後の敷設工程で敷設された材料粉末Ｄの層を示している。これら各層Ｄ０～Ｄ４はいずれも同じ厚さd0である。
本実施形態で例示する加熱装置４０のレーザーは、この図７のように、一回の照射で深さdmまで溶解させて凝固させる強度を有している。つまり、溶解部分ｍは四番目の層Ｄ４に至って溶解させている。
従って、加熱装置４０は、過去三回までは異常と判定された場合でも、四回目のレーザー光の照射が適切に行われていれば、過去三回分の異常は再溶解によって修復を図り得る。
このため、正否判定部５５では、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定のいずれかについて異常判定がなされた場合でも、再溶解による修復が得られる範囲内であれば異常判定を確定せず、そのまま造形を続ける。
そして、異常判定が再溶解による修復が得られる範囲を超えた場合に、つまり、連続三回を超えた場合に、修復不能とみなして異常判定を確定する。
なお、異常判定を確定する連続回数については、レーザー光の再溶解による修復が得られる範囲なので、その強度に応じて適宜変更可能である。
本実施形態で例示する加熱装置４０のレーザーは、この図７のように、一回の照射で深さdmまで溶解させて凝固させる強度を有している。つまり、溶解部分ｍは四番目の層Ｄ４に至って溶解させている。
従って、加熱装置４０は、過去三回までは異常と判定された場合でも、四回目のレーザー光の照射が適切に行われていれば、過去三回分の異常は再溶解によって修復を図り得る。
このため、正否判定部５５では、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定のいずれかについて異常判定がなされた場合でも、再溶解による修復が得られる範囲内であれば異常判定を確定せず、そのまま造形を続ける。
そして、異常判定が再溶解による修復が得られる範囲を超えた場合に、つまり、連続三回を超えた場合に、修復不能とみなして異常判定を確定する。
なお、異常判定を確定する連続回数については、レーザー光の再溶解による修復が得られる範囲なので、その強度に応じて適宜変更可能である。
【0033】
［造形装置の造形時の動作制御］
図９は制御装置５０によるパーツＰの一つ分の造形時の動作フローチャートを示し、図１０は正否判定部５５による各判定時の処理を示す。
図９に示すように、造形装置１０では、造形制御部５１の制御によって、ステージ装置２０のステージ２１をパーツＰの厚さ分だけ下降させる（ステップＳ１）。
次いで、造形制御部５１の制御によって、粉末供給装置３０のリコータ３１が搬送されて、パーツＰの厚さ分だけ新しい材料粉末Ｄの層が形成される（ステップＳ３）。
そして、撮像制御部５３の制御により、カメラ１１による、敷設工程直後の撮像が行われる（ステップＳ５）。
敷設工程直後の撮像による撮像画像データが撮像画像記憶部５４に記憶されると、正否判定部５５は、模様判定（ステップＳ７）、下層露出判定（ステップＳ９）を順番に実行する。
図９は制御装置５０によるパーツＰの一つ分の造形時の動作フローチャートを示し、図１０は正否判定部５５による各判定時の処理を示す。
図９に示すように、造形装置１０では、造形制御部５１の制御によって、ステージ装置２０のステージ２１をパーツＰの厚さ分だけ下降させる（ステップＳ１）。
次いで、造形制御部５１の制御によって、粉末供給装置３０のリコータ３１が搬送されて、パーツＰの厚さ分だけ新しい材料粉末Ｄの層が形成される（ステップＳ３）。
そして、撮像制御部５３の制御により、カメラ１１による、敷設工程直後の撮像が行われる（ステップＳ５）。
敷設工程直後の撮像による撮像画像データが撮像画像記憶部５４に記憶されると、正否判定部５５は、模様判定（ステップＳ７）、下層露出判定（ステップＳ９）を順番に実行する。
【0034】
次に、造形制御部５１の制御によって、加熱装置４０により、パーツＰの平面形状に応じたレーザー光の照射が行われる（ステップＳ１１）。
そして、撮像制御部５３の制御により、カメラ１１による、加熱固化工程直後の撮像が行われる（ステップＳ１３）。
加熱固化工程直後の撮像による撮像画像データが撮像画像記憶部５４に記憶されると、正否判定部５５は、位置ズレ判定（ステップＳ１５）、輝度判定（ステップＳ１７）を順番に実行する。
これらにより、一層分のパーツＰが形成される。
なお、後述する各判定によりエラー処理によって、造形動作が停止されない限りは、上記ステップＳ１～Ｓ１７が繰り返されて、順番に各パーツＰが積層形成されて造形物Ｍが形成される。
そして、撮像制御部５３の制御により、カメラ１１による、加熱固化工程直後の撮像が行われる（ステップＳ１３）。
加熱固化工程直後の撮像による撮像画像データが撮像画像記憶部５４に記憶されると、正否判定部５５は、位置ズレ判定（ステップＳ１５）、輝度判定（ステップＳ１７）を順番に実行する。
これらにより、一層分のパーツＰが形成される。
なお、後述する各判定によりエラー処理によって、造形動作が停止されない限りは、上記ステップＳ１～Ｓ１７が繰り返されて、順番に各パーツＰが積層形成されて造形物Ｍが形成される。
【0035】
次に、模様判定（ステップＳ７）、下層露出判定（ステップＳ９）、位置ズレ判定（ステップＳ１５）、輝度判定（ステップＳ１７）の各判定について共通する処理について説明する。
即ち、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定のいずれの場合も、正否判定部５５により、異常か否かについて判定が行われる（ステップＳ２１）。
そして、異常ありと判定された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、異常判定の連続回数のカウント値ｃの値を一つカウントアップする（ステップＳ２５）。
そして、そのカウントアップ後のカウント値ｃが規定値（ここでは「４」を例示）以上であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２７）。
即ち、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定のいずれの場合も、正否判定部５５により、異常か否かについて判定が行われる（ステップＳ２１）。
そして、異常ありと判定された場合には（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、異常判定の連続回数のカウント値ｃの値を一つカウントアップする（ステップＳ２５）。
そして、そのカウントアップ後のカウント値ｃが規定値（ここでは「４」を例示）以上であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２７）。
【0036】
その結果、カウント値ｃが４以上の場合には（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、正否判定部５５は異常判定を確定し、停止処理部５６に通知する。停止処理部５６は、エラー処理として、造形制御部５１に対して停止指令を入力し（ステップＳ２９）、処理を終了する。
これにより、造形装置１０は、造形動作をエラー停止させる。
これにより、造形装置１０は、造形動作をエラー停止させる。
【0037】
また、カウント値ｃが４未満の場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、そのまま、処理を終了し、模様判定（ステップＳ７）、下層露出判定（ステップＳ９）、位置ズレ判定（ステップＳ１５）又は輝度判定（ステップＳ１７）において、図９の次のステップに処理が進められる。
【0038】
また、前述したステップＳ２１において、異常なしと判定された場合には（ステップＳ２１：ＮＯ）、異常判定の連続回数のカウント値ｃは０にリセットされる（ステップＳ２３）。そして、処理を終了し、模様判定（ステップＳ７）、下層露出判定（ステップＳ９）、位置ズレ判定（ステップＳ１５）又は輝度判定（ステップＳ１７）において、図９の次のステップに処理が進められる。
【0039】
［実施形態の技術的効果］
以上のように、造形装置１０の制御装置５０は、カメラ１１による層状に敷かれた材料粉末Ｄの表面の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する正否判定部５５を有している。このため、造形物Ｍの造形の完了を待たないで、造形不良の発生を認識することができ、加工時間と材料粉末の浪費を低減することが可能となる。
以上のように、造形装置１０の制御装置５０は、カメラ１１による層状に敷かれた材料粉末Ｄの表面の撮像画像に基づいて、造形が正常か異常かを判定する正否判定部５５を有している。このため、造形物Ｍの造形の完了を待たないで、造形不良の発生を認識することができ、加工時間と材料粉末の浪費を低減することが可能となる。
【0040】
また、制御装置５０は、正否判定部５５によって、敷設工程後または加熱固化工程後の造形を異常とする判定が所定回数連続した場合に異常判定を確定させている。このため、加熱装置４０による再溶解による修復効果を考慮した造形を行うことができ、造形不良の発生頻度を低減し、生産性の向上を図ることが可能となる。
【0041】
また、正否判定部５５は、カメラ１１による撮像画像から、加熱固化工程による材料粉末Ｄの固化部分であるパーツＰに形成位置が設定位置から所定距離以上ずれている場合に異常と判定する位置ズレ判定を行っている。このため、造形物Ｍの加工精度に影響を及ぼすパーツＰの位置ズレの発生が生じたままでの造形を低減し、造形物Ｍの加工精度を高く維持することが可能となる。
特に、正否判定部５５が、異常判定が所定回数連続した場合に異常判定を確定することで、造形物Ｍの生産性の低下を抑えつつ、加工精度を一定に維持することが可能となる。
特に、正否判定部５５が、異常判定が所定回数連続した場合に異常判定を確定することで、造形物Ｍの生産性の低下を抑えつつ、加工精度を一定に維持することが可能となる。
【0042】
また、正否判定部５５は、敷設工程後のカメラ１１による撮像画像において、加熱固化工程による材料粉末の固化部分であるパーツＰが露出している場合に異常と判定する下層露出判定を行っている。このため、部分的に材料粉末Ｄの供給が不充分なままでの造形を低減し、造形物Ｍの加工精度を高く維持することが可能となる。
【0043】
また、正否判定部５５は、敷設工程後のカメラ１１による撮像画像において、敷設工程による層状に敷かれた材料粉末Ｄの表面の模様の陰影に基づいて、正常か異常かを判定する模様判定を行っている。このため、模様の凹凸による材料粉末Ｄの供給量の差異が生じたままでの造形を低減し、造形物Ｍの加工精度を高く維持することが可能となる。
【0044】
また、正否判定部５５は、加熱固化工程後のカメラ１１による撮像画像において、加熱固化工程による材料粉末Ｄの溶解部分であるパーツＰの上面に、閾値以上の輝度となる輝点ｂがある場合に異常と判定する輝度判定を行っている。このため、パーツＰの凹凸や気泡の発生が生じたままでの造形を低減し、造形物Ｍの加工精度を高く維持することが可能となる。
【0045】
［その他］
以上、本発明の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記各実施形態に限られない。各実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、加熱装置４０は、ヘッド４１をＸ－Ｙ移動機構４２により水平面に沿って任意に移動位置決めする構成を例示したが、これに限られない。例えば、固定設置されたヘッド４１と、ヘッド４１からのレーザー光の光軸の方向を光学素子を用いて任意に変更可能な構成としても良い。
また、加熱装置４０は、材料粉末Ｄの層を任意の形状に応じて加熱固化させることができれば良く、例えば、レーザーではなく電子ビームを照射する構成としても良い。
以上、本発明の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記各実施形態に限られない。各実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、加熱装置４０は、ヘッド４１をＸ－Ｙ移動機構４２により水平面に沿って任意に移動位置決めする構成を例示したが、これに限られない。例えば、固定設置されたヘッド４１と、ヘッド４１からのレーザー光の光軸の方向を光学素子を用いて任意に変更可能な構成としても良い。
また、加熱装置４０は、材料粉末Ｄの層を任意の形状に応じて加熱固化させることができれば良く、例えば、レーザーではなく電子ビームを照射する構成としても良い。
【0046】
また、上記造形装置１０では、正否判定部５５が、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定を行う場合を例示したが、これに限定されない。例えば、正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定の内で一部のみを行う構成としても良い。
また、正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定について、異常判定の連続回数を等しくする場合を例示したが、各判定ごとに異なる連続回数を設定しても良い。
また、各判定ごとに連続回数をカウントしても良いし、判定の種類に拘わらず連続回数をカウントしても良い。
また、正否判定部５５は、模様判定、下層露出判定、位置ズレ判定、輝度判定について、異常判定の連続回数を等しくする場合を例示したが、各判定ごとに異なる連続回数を設定しても良い。
また、各判定ごとに連続回数をカウントしても良いし、判定の種類に拘わらず連続回数をカウントしても良い。
【符号の説明】
【0047】
１０ 造形装置
１１ カメラ（撮像部）
１２ チャンバー
２０ ステージ装置
２１ ステージ
２２ 昇降装置
３０ 粉末供給装置
３１ リコータ
３２ 搬送機構
４０ 加熱装置
４１ ヘッド
４２ Ｘ－Ｙ移動機構
５０ 制御装置
５１ 造形制御部
５２ 造形データ記憶部
５３ 撮像制御部
５４ 撮像画像記憶部
５５ 正否判定部
５６ 停止処理部
Ｄ 材料粉末
Ｄ０～Ｄ４ 層
Ｍ 造形物
Ｐ パーツ
１１ カメラ（撮像部）
１２ チャンバー
２０ ステージ装置
２１ ステージ
２２ 昇降装置
３０ 粉末供給装置
３１ リコータ
３２ 搬送機構
４０ 加熱装置
４１ ヘッド
４２ Ｘ－Ｙ移動機構
５０ 制御装置
５１ 造形制御部
５２ 造形データ記憶部
５３ 撮像制御部
５４ 撮像画像記憶部
５５ 正否判定部
５６ 停止処理部
Ｄ 材料粉末
Ｄ０～Ｄ４ 層
Ｍ 造形物
Ｐ パーツ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】