CN116133784A - 层叠造形装置 - Google Patents

Abstract

层叠造形装置(100)具有：加工光学系统，其具有使加工光透过的物镜，向加工位置照射加工光；测量用照明部(8)，其供给用于对所形成的造形物(4)的尺寸进行测量的照明光；受光元件，其对由造形物(4)反射出的照明光即反射光进行检测；受光光学系统，其对反射光向受光元件进行聚光；运算部(50)，其通过使用了受光元件中的反射光的检测结果的运算，对与使加工位置相对于加工对象物(3)移动的方向即第1方向和焊道层叠的方向即第2方向垂直的第3方向上的造形物(4)的宽度进行计算；以及控制部(51)，其基于造形物(4)的宽度的计算结果，对用于形成焊道的加工条件进行控制。构成加工光学系统的物镜兼作为构成受光光学系统的物镜，或者将来自测量用照明部(8)的照明光向造形物(4)照射的物镜。

Description

层叠造形装置

技术领域

本发明涉及通过在加工对象物附加加工材料，从而形成造形物的层叠造形装置。

背景技术

已知如3D(Dimension)打印机那样，使用附加加工材料而形成3维造形物的被称为附加制造(AM：Additive Manufacturing)的技术的层叠造形装置。根据附加制造的技术中的多个方式之中的1个方式即指向性能量沉积(DED：Direct Energy Deposition)方式，层叠造形装置将作为加工材料的线材或者粉末向加工位置供给，并且通过激光束等使加工材料熔融，在加工对象物层叠焊道，由此形成造形物。焊道是熔融的加工材料的固化物。

层叠造形装置在预先确定的路径中连续地附加加工材料，由此形成造形物，但有时所形成的形状成为与所设计的期望形状不同的形状。作为1个例子，有时在开始造形后经过一定时间时形成的部分的宽度与在开始造形时形成的部分的宽度不同，由此造形物的形状改变。在开始造形时，加工对象物及加工对象物上的造形物的温度低，但随着造形继续，造形物的蓄热增加，由此造形物的温度上升。随着造形物的温度上升，形成的焊道的高度降低，且焊道宽度变大。由蓄热引起的焊道宽度的变化根据加工条件、加工材料、加工形状等而不同，因此难以预先对焊道宽度的变化进行预测而对加工程序进行优化。

在专利文献1中，关于进行电弧焊接的焊接装置，公开了从焊枪起以一定距离在前方设置光学式传感器，对形成的焊道的剖面形状进行拍摄，由此对焊道宽度进行测量。专利文献1所涉及的焊接装置基于通过光学式传感器得到的测量值对焊枪位置的修正量进行计算，以将焊枪位置的偏移抵消的方式对焊枪的位置进行修正。根据专利文献1的技术，在与测量时的加工位置相比靠前方的位置处，能够对在测量时进行加工的层的下1层中的焊道宽度进行测量。

专利文献1：日本特开2002－144035号公报

发明内容

根据专利文献1所公开的现有技术，光学式传感器与焊枪分体且设置于从焊枪分离一定距离的位置。因此，在从加工位置分离的位置处对焊道宽度进行测量。测量位置越是远离加工位置的位置，则用于得到形状精度高的造形物的控制变得越困难。另外，测量位置是远离加工位置的位置，由此根据造形物的形状，有可能无法对焊道宽度进行测量。因此，根据现有技术，由于在与加工位置尽可能接近的位置处无法对焊道宽度进行测量，因此存在难以形成形状精度高的造形物这样的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够形成形状精度高的造形物的层叠造形装置。

为了解决上述课题，并达到目的，本发明所涉及的层叠造形装置通过对向加工位置供给的加工材料照射加工光，从而使加工材料熔融，将熔融的加工材料的固化物即焊道层叠于加工对象物，由此形成造形物。本发明所涉及的层叠造形装置具有：加工光学系统，其具有使加工光透过的物镜，向加工位置照射加工光；测量用照明部，其供给用于对所形成的造形物的尺寸进行测量的照明光；受光元件，其对由造形物反射出的照明光即反射光进行检测；受光光学系统，其对反射光向受光元件进行聚光；运算部，其通过使用了受光元件中的反射光的检测结果的运算，对与使加工位置相对于加工对象物移动的方向即第1方向和焊道层叠的方向即第2方向垂直的第3方向上的造形物的宽度进行计算；以及控制部，其基于造形物的宽度的计算结果，对用于形成焊道的加工条件进行控制。构成加工光学系统的物镜，兼做构成受光光学系统的物镜，或者将来自测量用照明部的照明光向造形物照射的物镜。

发明的效果

本发明所涉及的层叠造形装置具有下述效果，即，能够形成形状精度高的造形物。

附图说明

图1是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置的结构的斜视图。

图2是表示用于实现实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的运算部及控制部的功能的控制电路的例子的图。

图3是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的加工光学系统及受光光学系统的图。

图4是表示用于形成通过实施方式1所涉及的层叠造形装置制作的造形物的动作的顺序的流程图。

图5是表示通过实施方式1所涉及的层叠造形装置进行的加工时的情形的第1图。

图6是表示通过实施方式1所涉及的层叠造形装置进行的加工时的情形的第2图。

图7是表示在实施方式1中成像于受光元件的线光束的像的例子的图。

图8是用于对根据实施方式1中的造形物的剖面高度分布的测量结果对造形物的宽度进行计算的第1例进行说明的图。

图9是用于对根据实施方式1中的造形物的剖面高度分布的测量结果对造形物的宽度进行计算的第2例进行说明的图。

图10是表示通过实施方式1中的加工条件的控制对焊道宽度进行控制的顺序的流程图。

图11是用于对基于实施方式1中的造形物的宽度的测量结果的加工控制进行说明的图。

图12是表示在实施方式1中用于基于焊道宽度及焊道高度的测量结果对3维形状进行复原的顺序的流程图。

图13是表示实施方式1的变形例所涉及的层叠造形装置的结构的斜视图。

图14是表示在实施方式1的变形例中的造形物的宽度的测量中使用的线光束的图。

图15是表示实施方式1中的线光束的变形例的图。

图16是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的光学系统的第1变形例的图。

图17是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置所具有的光学系统的第2变形例的图。

图18是表示用于形成通过实施方式2所涉及的层叠造形装置制作的珠状焊道的动作的顺序的流程图。

图19是表示实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域的示意性的剖视图。

图20是表示向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域送出的线材与加工对象面接触的状态的示意性的剖视图。

图21是表示向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域照射出光束的状态的示意性的剖视图。

图22是表示线材向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域的供给开始的状态的示意性的剖视图。

图23是表示从实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域将线材拉出的状态的示意性的剖视图。

图24是表示光束向实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工区域的照射停止的状态的示意性的剖视图。

图25是表示实施方式2所涉及的层叠造形装置的加工头向下一个加工点移动的状态的示意性的剖视图。

图26是用于对通过实施方式2所涉及的层叠造形装置造形出造形物的方法进行说明的示意性的剖视图。

图27是用于对实施方式2所涉及的层叠造形装置使用已经形成的造形物的宽度的测量结果而进行珠状焊道的附加加工的顺序进行说明的流程图。

图28是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置形成的造形物的例子的第1图。

图29是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置形成的造形物的例子的第2图。

图30是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置对造形物的宽度进行计算的顺序的流程图。

图31是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置对造形物的宽度进行计算的顺序的流程图。

图32是用于对实施方式3中的造形物的宽度的测量进行说明的第1图。

图33是用于对实施方式3中的造形物的宽度的测量进行说明的第2图。

图34是用于对根据实施方式3中的造形物的剖面高度分布的测量结果对造形物的宽度进行计算的例子进行说明的图。

图35是用于对在实施方式3中对1个层中的最后一列进行造形时的造形物的宽度的测量进行说明的第1图。

图36是用于对在实施方式3中对1个层中的最后一列进行造形时的造形物的宽度的测量进行说明的第2图。

具体实施方式

下面，基于附图，对实施方式所涉及的层叠造形装置详细地进行说明。

实施方式1.

图1是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置100的结构的斜视图。层叠造形装置100通过对向加工位置供给的加工材料照射加工光，从而使加工材料熔融，通过将熔融的加工材料的固化物即焊道层叠于加工对象物，从而形成造形物。

在实施方式1及实施方式2及其以后，层叠造形装置100设为是将金属作为加工材料使用的金属层叠装置。层叠造形装置100也可以使用树脂等除了金属以外的加工材料。在下面的说明中，由层叠造形装置100形成的造形物有时被称为层叠物。层叠造形装置100进行使用加工用激光器将加工材料熔融，在加工对象物的对象面附加加工材料的附加加工。层叠造形装置100也可以使用电弧放电等其他加工方法。

层叠造形装置100重复进行使加工材料7熔融而附加于加工对象物3之上的附加加工，形成造形物4。层叠造形装置100在形成造形物4的同时，对形成的造形物4的剖面高度分布进行测量，基于其测量结果对焊道宽度进行计算。层叠造形装置100具有下述功能，即，基于焊道宽度的计算结果，对接下来进行的附加加工的加工条件进行控制。层叠造形装置100在从开始造形物4的形成起的最初的附加加工中，将熔融的加工材料7不断载置于加工对象物3之上，在加工对象物3之上形成焊道层。层叠造形装置100在所形成的焊道层不断层叠新的焊道层，由此形成造形物4。

层叠造形装置100具有加工用激光器1、加工头2、用于对加工对象物3进行固定的固定件5、驱动台6、测量用照明部8、气体喷嘴9、加工材料供给部10、运算部50和控制部51。

加工用激光器1是射出作为加工光的激光束的光源。下面，将由加工用激光器1射出的激光束设为光束30。加工用激光器1是使用了半导体激光器的光纤激光器装置、CO₂激光器装置等。光束30的波长例如为1070nm。

加工头2具有加工光学系统和受光光学系统。加工光学系统向加工位置照射光束30。加工光学系统对从加工用激光器1射出的光束30进行聚光而在加工对象物3上的加工位置成像。通常来说，光束30在加工位置处聚光为点状。加工用激光器1及加工光学系统构成加工部。在实施方式1中，受光光学系统配置于加工头2内，与加工光学系统一体化。

加工对象物3载置于驱动台6之上，通过固定件5固定于驱动台6之上。加工对象物3是形成造形物4时的基座。在这里，加工对象物3设为基座板，但也可以是3维形状的物体。将加工对象物3之中的形成焊道的表面，或者已经形成的造形物4的部分之中的形成焊道的表面称为加工对象面。

驱动台6移动，由此加工对象物3相对于加工头2的位置变化，加工位置在加工对象物3上进行移动。加工位置在加工对象物3上，沿规定的路径即以描绘出规定的轨迹的方式移动。此外，加工位置的移动伴有向相对于造形物4的高度方向正交的方向的移动。即，在移动前的加工位置和移动后的加工位置处，在相对于高度方向正交的平面投影的位置不同。层叠造形装置100一边通过在加工位置聚光的光束30对加工对象物3进行扫描、一边向加工位置供给加工材料7。

驱动台6能够进行向XYZ的3轴的各方向的移动。Z方向是焊道层进行层叠的方向，是造形物4的高度方向。X方向是与Z方向垂直的方向。供给加工材料7的加工材料供给部10在从加工头2观察时设置于X方向的位置。Y方向是与X方向和Z方向各自垂直的方向。驱动台6能够在XYZ这3轴之中的任1个方向平行移动。此外，将X方向之中的通过图中箭头表示的方向设为+X方向，将与+X方向相反的方向设为－X方向。将Y方向之中的通过图中箭头表示的方向设为+Y方向，将与+Y方向相反的方向设为－Y方向。将Z方向之中的通过图中箭头表示的方向设为+Z方向，将与+Z方向相反的方向设为－Z方向。

驱动台6可以是能够进行XY面内的旋转和YZ面内的旋转的5轴台。层叠造形装置100的驱动台6能够旋转，由此能够对加工对象物3的姿态或者位置进行变更。层叠造形装置100通过使驱动台6旋转，从而能够使光束30相对于加工对象物3的照射位置移动。层叠造形装置100通过使照射位置移动，从而能够形成包含锥形状等在内的复杂形状。在这里，层叠造形装置100设为通过能够以5轴进行驱动的驱动台6使加工位置移动，但也可以通过加工头2的驱动使加工位置移动。

层叠造形装置100对驱动台6进行驱动，由此一边对加工对象物3进行扫描，一边向加工位置供给加工材料7。层叠造形装置100在加工对象物3上进行移动的加工位置处，将熔融的加工材料7层叠，由此进行附加加工。更具体地说，层叠造形装置100对驱动台6进行驱动，由此在加工对象物3上使加工位置的候选点移动。移动路径上的候选点之中的至少1个成为加工位置。向加工位置供给加工材料7，且使加工材料7一边熔融、一边移动至加工位置，由此形成焊道。

如上所述在加工位置每次移动时层叠新的焊道，由此新形成造形物4的一部分。重复进行焊道层叠，由此形成作为最终生成物的期望形状的造形物4。此外，在实施方式1中，将熔融的加工材料7凝固而形成的物体且刚凝固不久的物体区分为焊道，将焊道凝固而形成的物体区分为造形物4。

加工材料7例如是金属线材或者金属粉末。下面，加工材料7设为是金属线材而进行说明。加工材料7从加工材料供给部10向加工位置供给。加工材料供给部10例如伴随旋转电动机的驱动而使卷绕有金属线材的线材卷线筒旋转，将金属线材向加工位置送出。另外，加工材料供给部10通过向与送出金属线材时相反方向对旋转电动机进行驱动，从而将送出的金属线材向线材卷线筒的方向拉回。加工材料供给部10与加工头2一体地设置。驱动台6移动，由此加工对象物3相对于加工头2和加工材料供给部10的位置变化。此外，对金属线材进行供给的方法并不限定于上述例子。

测量用照明部8在实施方式1中，安装于加工头2的侧面。测量用照明部8将用于对在加工对象物3上形成的造形物4的尺寸进行测量的照明光向造形物4照射。测量用照明部8为了对已经形成的造形物4的剖面高度分布进行测量，朝向加工对象物3上或者形成的造形物4上的测量位置照射照明光。测量位置伴随加工位置的移动而移动。在测量位置是造形物4上的位置的情况下，测量位置是熔融的加工材料7已经凝固的位置。在实施方式1中，照明光是以直线状照射的线光束40。测量位置是照明光反射的位置。测量位置优选是与加工位置尽可能接近的位置。

受光光学系统将由造形物4反射出的照明光即反射光向受光元件聚光。受光光学系统以能够对来自测量位置的反射光进行受光的方式配置于加工头2之中。受光光学系统配置为具有相对于线光束40的光轴倾斜的光轴。在加工时发生的热辐射光的峰值波长为红外，因此优选在测量用照明部8的光源使用从热辐射光的峰值波长远离的波长550nm附近的绿色激光器，或者波长420nm附近的蓝色激光器。

气体喷嘴9将用于抑制造形物4的氧化及冷却焊道的屏蔽气体朝向加工对象物3喷出。在实施方式1中，屏蔽气体是惰性气体。气体喷嘴9安装于加工头2的下部，设置于加工位置的上部。在实施方式1中，气体喷嘴9与光束30同轴地设置，但可以从相对于Z轴倾斜的方向朝向加工位置喷出气体。

运算部50对加工位置处的造形物4的剖面高度分布进行运算，使用剖面高度分布对造形物4的宽度进行计算。运算部50基于线光束40的反射光的受光位置，使用三角测量的原理，对加工位置处的造形物4的剖面高度分布进行运算，详细内容在后面记述。在这里受光位置是受光元件中的线光束40的位置。

控制部51基于造形物4的宽度的计算结果，对用于形成焊道的加工条件进行控制。控制部51使用由运算部50计算出的造形物4的宽度，例如对加工用激光器1的驱动条件、供给加工材料7的加工材料供给部10的驱动条件及驱动台6的驱动条件这样的加工条件进行控制。在加工材料供给部10的驱动条件中包含与供给加工材料7的高度相关的条件。将测量用照明部8、受光光学系统及运算部50汇总而称为高度测量部。

接下来，对运算部50及控制部51的硬件结构进行说明。运算部50及控制部51的功能由进行各处理的电子电路即处理电路实现。处理电路可以是专用的硬件，也可以是使用执行程序的CPU(Central Processing Unit)的控制电路。

图2是表示用于实现实施方式1所涉及的层叠造形装置100所具有的运算部50及控制部51的功能的控制电路200的例子的图。控制电路200具有处理器200a和存储器200b。处理器200a是CPU，也被称为中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、DSP(Digital Signal Processor)等。

处理器200a执行的程序储存于存储器200b。存储器200b例如是RAM(RandomAccess Memory)、ROM(Read Only Memory)、闪存、EPROM(Erasable Programmable ROM)、EEPROM(注册商标)(Electrically EPROM)等非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘、软盘、光盘、压缩盘、迷你盘、DVD(Digital Versatile Disk)等。

处理器200a将与各处理相对应的程序从存储器200b读出，执行读出的程序。运算部50及控制部51的功能是由处理器200a执行程序而实现的。存储器200b还作为由处理器200a实施的各处理中的暂时存储器使用。

图3是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置100所具有的加工光学系统及受光光学系统的图。加工头2具有投光透镜11、分光器12、物镜13、带通滤波器14、聚光透镜15和受光部16。

从加工用激光器1射出的光束30透过投光透镜11，向分光器12射入。光束30在分光器12中向加工对象物3的方向反射。由分光器12反射出的光束30通过物镜13而聚光于加工对象物3上的加工位置。投光透镜11、分光器12及物镜13构成设置于加工头2的加工光学系统。例如，投光透镜11的焦距为200mm、物镜13的焦距为460mm。在分光器12的表面实施有涂层，该涂层使得提高从加工用激光器1射入的光束30的波长的反射率，且使比光束30的波长短的波长的光透过。

在图3示出了一边通过驱动台6的驱动使加工对象物3向+X方向移动，一边向加工位置供给加工材料7的情形。在图3中，加工材料7从+X方向朝向－X方向供给。加工位置相对于加工对象物3向－X方向移动。在加工位置处，通过光束30使加工材料7熔融，熔融的加工材料7附加于已经形成的造形物4。从熔融的加工材料7附加的位置起加工位置不断移动，并且附加于造形物4的加工材料7凝固，由此焊道形成为向－X方向不断延伸。在实施方式1中，层叠造形装置100形成线形的焊道即线焊道。焊道宽度是与加工位置移动的方向垂直且与加工对象面平行的方向上的焊道的宽度。焊道的高度是造形物4的高度方向上的焊道的高度。

测量用照明部8朝向测量位置照射线光束40。测量位置是考虑供给加工材料7的方向等而决定的。例如，测量位置以加工位置为基准，设定于与配置有加工材料7的供给源即加工材料供给部10的一侧的相反侧。由此，不会由加工材料7遮挡线光束40，因此线光束40向测量位置的照射变得容易。

线光束40是与形成焊道的方向垂直的线状的光束。在图3所示的例子中，线光束40是与形成焊道的X方向垂直，且在与驱动台6的上表面平行的方向即Y方向延伸的线状的光束。该线光束40是使用柱面透镜等光学元件而形成的。可以通过使用MEMS(Micro ElectroMechanical Systems)反射镜等的驱动装置进行的激光点的高速的扫描而形成线光束40。对造形物4照射将造形物4横穿那样的线状的线光束40。在测量位置处反射出的线光束40即反射光向物镜13射入。将物镜13透过的反射光将分光器12和带通滤波器14透过，向聚光透镜15射入。反射光通过聚光透镜15而聚光于受光部16。受光部16具有受光元件。测量位置处的线光束40的像成像于受光元件。

将物镜13和聚光透镜15合起来称为受光光学系统。受光光学系统例如由物镜13及聚光透镜15这2块透镜构成。可以由凸透镜和凹透镜这2块构成聚光透镜15，受光光学系统可以是使用大于或等于3块透镜的结构。受光光学系统只要具有能够成像于受光部16的功能即可。在受光部16使用搭载有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器等受光元件的区域照相机等，但只要是具有2维地排列像素的受光元件的结构即可。此外，在从分光器12至受光部16为止的光学系统内，优选放入仅使线光束40的照射波长透过的带通滤波器14。通过具有带通滤波器14，从而能够将加工光、热辐射光、干扰光等之中的不需要的波长的光去除。将受光光学系统及受光元件合起来称为受光单元17。在实施方式1中，构成加工光学系统的物镜13兼作为构成受光光学系统的物镜13。即，层叠造形装置100在受光光学系统和加工光学系统中共用物镜13。

图4是表示用于形成通过实施方式1所涉及的层叠造形装置100制作的造形物4的动作的顺序的流程图。在这里，层叠造形装置100通过将分别由焊道构成的n个层进行层叠，从而形成造形物4。n是大于或等于2的整数。

在步骤S10中，层叠造形装置100通过加工材料7向加工位置的供给和光束30向加工位置的照射而开始焊道的形成。在步骤S11中，层叠造形装置100开始XY方向上的驱动台6的移动。步骤S10中的焊道的形成和步骤S11中的驱动台6的移动同时地开始。焊道的形成开始和驱动台6的移动开始的顺序也可以是前后顺序。由此，以熔融的加工材料7凝固而沿加工位置的轨迹不断延伸的方式形成焊道。如图3所示，在驱动台6向+X方向移动的情况下，焊道形成为向－X方向不断延伸。形成的焊道成为造形物4的一部分。

如果所设定的路径中的加工位置的移动结束，则层叠造形装置100在步骤S12中，停止驱动台6的移动和焊道的形成。层叠造形装置100停止光束30的照射和加工材料7的供给，由此停止焊道的形成。

在步骤S13中，层叠造形装置100判定n个层的造形是否结束。在n个层的造形没有结束的情况下(步骤S13，No)，层叠造形装置100在步骤S14中，使驱动台6在Z方向上升。然后，层叠造形装置100使顺序返回至步骤S10，开始下一层的造形。层叠造形装置100直至n个层的造形结束为止，重复步骤S10至步骤S14的顺序。

另一方面，在n个层的造形结束的情况下(步骤S13，Yes)，层叠造形装置100结束按照图4所示的顺序实现的造形物4的形成。如上所述，层叠造形装置100在加工对象物3或者所形成的造形物4之上层叠新的焊道，由此形成造形物4的新的一部分。层叠造形装置100通过对n个层的全部进行造形，从而形成任意形状的最终生成物即造形物4。

此外，在图3中，将使驱动台6移动的方向设为+X方向，将形成焊道的方向即加工方向设为－X方向。并不限定于此，也可以将使驱动台6移动的方向设为－X方向，将形成焊道的方向设为+X方向。使驱动台6移动的方向和形成焊道的方向可以是Y方向。另外，驱动台6可以向X方向和Y方向同时地移动，可以将形成焊道的方向设为X方向和Y方向之间的斜方向。在任意的情况下，均以线光束40将所形成的焊道横穿的方式设置测量用照明部8。

造形物4优选以按照设计的宽度形成，但附加加工时的条件或者造形连续地进行，由此形成的造形物4的宽度有时与按照设计的宽度不同。附加加工时的条件是加工材料7、加工对象面的形状、层叠造形的轨迹、加工用激光器1的输出、加工材料7的供给速度、驱动台6的移动速度等。在下面的说明中，有时将驱动台6的移动速度称为加工位置的扫描速度。通过高输出的加工用激光器1，加工位置成为金属材料熔融的程度为止的高温。因此，在最初形成的第1层和使驱动台6多次上升后形成的层中，加工对象面的温度不同。

一般来说，随着层叠造形进行，造形物4的蓄热增加，由此加工对象面成为高温。随着加工对象面成为高温，要形成的焊道的高度降低，且焊道宽度变大。因此，随着造形向+Z方向进行，要形成的造形物4的宽度变大。由蓄热引起的焊道宽度的变化根据加工条件、加工材料7、加工形状等而不同，因此难以预先设定使得焊道宽度均一的加工条件。

在实施方式1中，层叠造形装置100对已经形成的造形物4的宽度进行测量，与宽度的目标值和测量结果的差分相应地将加工条件控制为最佳。层叠造形装置100以要形成的造形物4的宽度与目标值接近的方式对加工条件进行控制，由此形成形状精度高的造形物4。在这里，为了满足作为最终生成物的造形物4的宽度方向上的尺寸，宽度的目标值设为事先计划的加工位置的路径中的造形物4的宽度的设计值。宽度的目标值并不限定于该设计值，只要是为了进行高精度的层叠造形所设定的值即可。

接下来，说明对造形物4的宽度进行测量的方法。造形物4的宽度的测量是在造形物4的加工结束后，在加工以外，为了测量对与加工时相同的路径进行扫描而进行的。但是，在该情况下，需要关于各层对加工路径进行2次扫描，因此花费时间。实施方式1所涉及的层叠造形装置100在造形物4的加工中，对该造形物4之中的已经形成的部分的宽度进行测量。即，层叠造形装置100与造形物4的加工并行地对形成的造形物4的宽度进行测量。层叠造形装置100能够将各层中的加工路径的扫描设为1次，且能够进行附加加工和测量这两者。

图5是表示通过实施方式1所涉及的层叠造形装置100进行的加工时的情形的第1图。图6是表示通过实施方式1所涉及的层叠造形装置100进行的加工时的情形的第2图。在图5中，示出了从比造形物4靠－Y方向的位置对加工中的造形物4进行平面观察的状态。在图6中，示出了从比造形物4靠+Z方向的位置对加工中的造形物4进行平面观察的状态。在图5及图6中，示出了以焊道35向－X方向延伸的方式形成焊道35的情形。加工材料7从+X方向朝向－X方向供给。加工位置相对于加工对象物3向－X方向移动。在图5中，造形物4的宽度的测量位置43是从加工位置向－X方向移动的位置。L是从加工位置至测量位置43为止的距离。

将通过光束30的照射，在加工对象物3上加工材料7成为熔融的状态的区域称为熔池31。熔池31形成于加工位置。如图5所示，载置有加工对象物3的驱动台6向+X方向移动，由此加工位置在加工对象物3上向－X方向移动。由此，以向－X方向延伸的方式形成焊道35。

在加工位置处，熔池31和其周围成为高温。如果使驱动台6向+X方向不断移动，则熔池31被冷却，形成高温部32。高温部32是与当前进行加工的熔池31相邻的高温的区域，且是凝固不充分的区域。高温部32与当前进行加工的熔池31相比形成于后方，即与熔池31相比形成于+X方向的位置。通过时间的经过而高温部32冷却，由此形成以一定的形状凝固的金属的焊道35。在这里，X方向上的熔池31的端部设为从加工位置的中心33即光束30的光轴CL起距离W的位置。并且，高温部32设为熔池31之中的+X方向的端部和从该端部起向+X方向为距离U的位置为止的区域。

加工位置在加工对象物3上向－X方向移动，由此高温部32与加工位置相比形成于+X方向的位置。与此相对，造形物4的宽度在与加工位置相比－X方向的位置处进行测量。即，测量位置43以加工位置为基准，是处于与加工位置在加工对象物3上不断移动的方向相同方向的位置。在与加工位置相比－X方向形成高温部32，因此测量位置43设定为仅避开熔池31即可。测量位置43设定为熔池31之中的与－X方向的端部相比靠－X方向的位置。即，加工位置的中心33和测量位置43之间的距离L比距离W长。测量用照明部8向该测量位置43照射线光束40。

如上所述，以加工位置为基准，在加工位置在加工对象物3上不断移动的方向，即与加工路径中的行进方向同一方向设定测量位置43。由此，层叠造形装置100能够在加工位置的附近对造形物4的宽度进行测量。测量位置43可以说是加工路径上的位置，且与当前的加工位置相比随后被实施加工的加工位置。测量位置43也是加工位置，由此能够在与加工位置更接近的位置处对宽度进行测量。因此，在从当前的加工位置观察时，优选在加工位置在加工对象物3上不断移动的方向设定测量位置43。测量位置43以加工位置为基准，设定于与产生高温部32的方向相反的方向，因此凝固不充分的高温部32不会对宽度的测量造成影响，能够将测量位置43设为与加工位置接近的位置。

实施方式1所涉及的层叠造形装置100如图5所示，在从加工位置观察时对与加工路径的行进方向同一方向的位置照射线光束40。与图5不同，在向－X方向使驱动台6移动，且从+X方向向－X方向供给加工材料7的情况下，在从加工位置观察时如果将与加工路径的行进方向同一方向的位置设为测量位置43，则加工材料供给部10或者加工材料7可能有时会妨碍线光束40。在该情况下，只要设为加工材料供给部10或者加工材料7不会妨碍线光束40的结构即可。由此，在向－X方向使驱动台6移动，且从+X方向向－X方向供给加工材料7的情况下，在从加工位置观察时也可以将与加工路径的行进方向同一方向的位置设为测量位置43。

另外，在实施方式1中，可以在从加工位置观察时在与产生高温部32的方向同一方向的位置设定测量位置43。例如，在向－X方向使驱动台6移动，且从+X方向向－X方向供给加工材料7的情况下，高温部32在从加工位置观察时在－X方向产生。在该情况下，测量位置43在从加工位置观察时可以设定于－X方向的位置。从加工位置起，在与高温部32相比向－X方向远离的焊道35上的位置设定测量位置43，由此层叠造形装置100能够对造形物4的宽度进行测量。

假设，如果测量位置43设为熔池31上或者高温部32上的位置，则由于熔池31或者高温部32即熔融部分的形状不稳定，因此造形物4的宽度的测量精度降低。另外，熔池31为金属熔融的程度为止的高温，因此会妨碍测量的高亮度的热辐射光从熔池31发生。测量位置43优选不是熔池31上的位置，即，优选是从加工位置的中心33远离大于或等于距离W的位置。另外，熔融部分的液状的金属中线光束40的反射变得不充分，由此受光部16中的线光束40的检测有可能变得困难。针对熔融部分中的每个位置，在熔融的状态产生差异，由此有时由于测量位置43处的熔融的状态而产生测量误差。并且，在熔融部分的宽度和凝固后的焊道35的宽度产生由金属的热收缩引起的误差。

因此，测量位置43优选是熔池31或者高温部32即熔融部分以外的部分。使测量位置43远离熔融部分，由此能够使来自测量位置43的反射光与热辐射光分离。此外，在相对于造形物4所需的造形精度得到充分的测量精度的情况下，测量位置43可以是熔池31上的位置或者高温部32上的位置等与加工位置的中心33接近的位置。

接下来，对根据使用光切断方式测量出的剖面高度分布对造形物4的宽度进行测量的动作进行说明。运算部50对加工位置处的造形物4的剖面高度分布进行运算。剖面高度分布是造形物4之中的与第1方向垂直的剖面中的造形物4的高度的分布。第1方向是相对于加工对象物3使加工位置移动的方向。在图5及图6所示的例子中，该剖面是与作为第1方向的X方向垂直的YZ剖面。剖面高度分布是造形物4之中的经过加工位置的YZ剖面中的造形物4的高度分布。造形物4的高度是焊道35进行层叠的作为第2方向的Z方向的高度。

运算部50根据剖面高度分布的测量结果对造形物4的宽度进行计算。在图5及图6所示的例子中，造形物4的宽度是与作为第1方向的X方向和作为第2方向的Z方向垂直的作为第3方向的Y方向上的宽度。运算部50基于受光元件中的反射光的检测结果对剖面高度分布进行计算，基于剖面高度分布对造形物4的宽度进行计算。即，运算部50通过使用了受光元件中的反射光的检测结果的运算，对造形物4的宽度进行计算。

如图5所示，将从加工对象物3的上表面起的造形物4的高度设为△Z，将加工对象物3的上表面和线光束40之间的角度设为θ。加工对象物3的上表面的线光束40的照射位置和造形物4上的线光束40的照射位置的间隔即△X通过△X＝△Z/tanθ表示。在图6所示的XY面内，在造形物4上和加工对象物3的上表面，线光束40的照射位置以△X偏移。

图7是表示在实施方式1中成像于受光元件的线光束40的像的例子的图。由于造形物4的高度和加工对象物3的高度的差异，线光束40的照射位置在造形物4和加工对象物3以△X’偏移而成像。如果将受光光学系统的倍率设为M，则△X’通过△X’＝M×△X表示。如果将作为受光元件的图像传感器中的1个像素尺寸设为P，则每1个像素的高度位移量△Z’通过△Z’＝P×tanθ/M表示。例如，如果设为P＝5.5μm、M＝1/2、θ＝72deg，则成为△Z’＝33.8μm。如上所述，运算部50根据由图像传感器拍摄到的图像中的线光束40的位置，基于三角测量的原理，能够对造形物4的剖面高度分布进行计算。L’是加工对象物3的像中的从加工位置至测量位置43为止的距离。

在这里，将与加工用激光器1、测量用照明部8及成为受光光学系统的焦点位置的高度相当的图像传感器上的X方向位置设为基准像素位置44。如果计算出从基准像素位置44起的差异，则能够对从原本预定造形的高度起的差异进行计算。另外，在能够对加工对象物3的上表面进行测量的情况下，也能够根据加工对象物3的上表面和造形物4的上表面的线光束40的照射位置的差异对造形物4的高度进行计算。从加工对象物3的上表面起的造形物4的高度提高，由此即使来自加工对象物3的上表面的线光束40的反射光无法受光，使用驱动台6的上升量和受光元件上的视野中的来自造形物4的上表面的反射光的位置，也能够对造形物4的高度进行计算。

在这里，以受光光学系统的焦点高度为基准将测量高度的范围设为H。线光束40相对于高度范围H的移动量S通过S＝H×M/tanθ表示。受光光学系统为了能够最低限度确保从图像中心至熔池31端为止的距离W’与移动量S之和即W’+S的范围中的视野，优选对受光元件的X方向上的像素数即N进行设计。

运算部50根据如上所述测量出的造形物4的剖面高度分布对造形物4的宽度进行计算。如图6所示，如果将焊道宽度设为D，则如图7所示，受光元件上的焊道宽度D’成为D’＝M×D。

图8是用于对根据实施方式1中的造形物4的剖面高度分布的测量结果对造形物4的宽度进行计算的第1例进行说明的图。在图8中，示出造形出的层的数量少，能够对加工对象物3的上表面进行测量的情况下的受光元件上的剖面高度分布的例子。在图8中，横轴设为物体侧的Y方向的位置，纵轴设为Z方向的高度。

在第1例中，焊道宽度D作为焊道和加工对象物3上的平坦部的边界点P1、P2间的距离而能够进行计算。例如，边界点P1、P2能够作为在Y方向彼此相邻的测量点之间的高度差最初小于或等于某阈值的点进行计算。即，一边从Y方向上的焊道的中心向－Y方向使测量点移动，一边不断求出彼此相邻的测量点之间的高度差，该差小于或等于阈值的最初的点是边界点P1。另外，一边从Y方向上的焊道的中心向+Y方向使测量点移动，一边不断求出彼此相邻的测量点之间的高度差，该差小于或等于阈值的最初的点是边界点P2。除此以外，作为边界点P1、P2的计算方法，考虑对通过从加工对象物3上的平坦部起的焊道顶点的高度表示的振幅小于或等于阈值时的Y方向位置进行计算的方法。

图9是用于对根据实施方式1中的造形物4的剖面高度分布的测量结果对造形物4的宽度进行计算的第2例进行说明的图。在图9中，示出继续进行层叠造形而造形物4的高度提高，由此无法对加工对象物3的上表面进行测量的情况下的受光元件上的剖面高度分布的例子。在图9中，横轴是物体侧的Y方向的位置，纵轴是Z方向的高度。

在第2例中，得不到来自加工对象物3上的平坦部的反射光，因此进行测量的剖面高度分布仅是得到反射光的焊道上部的高度分布。焊道宽度D能够作为开始得到反射光的测量点即边界点P1、P2间的距离进行计算。作为边界点P1、P2的计算方法，考虑下述方法：对焊道顶点或者从图像端的Y方向位置测量出高度的点进行探索的方法；以及求出高度相对于焊道顶点的高度小于或等于某阈值的Y方向位置的方法等。如上所述，运算部50能够根据由高度测量部测量出的剖面高度分布对造形物4的宽度进行测量。此外，造形物4的宽度的计算方法并不限定于上述方法，只要还考虑来自焊道上的一部分的测量点的反射光无法在受光元件进行检测的情况等而对最佳的计算方法进行选定即可。

接下来，对基于造形物4的宽度的测量结果对加工条件进行控制的顺序进行说明。图10是表示通过实施方式1中的加工条件的控制对焊道宽度进行控制的顺序的流程图。

首先，在步骤S20中，层叠造形装置100开始第1层的附加加工。第1层是在加工对象物3上最初造形的层。在第1层的附加加工时在测量位置43处没有焊道，因此层叠造形装置100不进行宽度的测量。即，在第1层的附加加工时，层叠造形装置100省略对造形物4的宽度进行测量的步骤。但是，在加工对象面不是加工对象物3的平坦面，是已经造形的造形物4的表面的情况下，层叠造形装置100可以对该造形物4的宽度进行测量。

如果结束第1层的造形，则在步骤S21中，层叠造形装置100使驱动台6在Z方向上升。在步骤S22中，层叠造形装置100开始作为下一层的第2层的附加加工。层叠造形装置100随着附加加工，在步骤S23中，通过线光束40的照射对造形物4的高度分布进行测量，对造形物4的宽度进行计算。层叠造形装置100在第2层的附加加工时，对第1层的焊道宽度进行计算。在步骤S24中，层叠造形装置100对造形物4的宽度的测量结果进行保存。

在步骤S25中，层叠造形装置100基于保存的宽度的测量结果对加工条件进行调整。层叠造形装置100通过对加工条件进行调整，从而一边控制加工条件，一边进行附加加工。由此，层叠造形装置100在得到测量结果的各测量位置43处的下一个附加加工时，使用保存的测量结果进行加工控制。

通过步骤S23中的计算对造形物4的宽度进行测量的各测量位置43的间隔，是基于作为受光元件的图像传感器的帧率和加工位置的扫描速度而决定的。例如，如果将帧率设为F[fps]，将驱动台6的移动速度设为v[mm/s]，则加工位置相对于加工对象物3移动的方向上的各测量位置43的间隔Λ[mm]通过Λ＝v/F表示。如果将从加工位置至测量位置43为止的距离设为L，则L/Λ次前的测量周期的测量结果成为与本次的加工位置相对应的测量结果。实际上，针对每个加工位置的驱动台6的位置和测量位置43相关联，因此层叠造形装置100基于驱动台6的位置，能够参照与当前的加工位置相对应的测量结果。即，层叠造形装置100在对第i层进行加工时，在测量位置43处对直至第(i－1)层为止的造形物4的宽度进行测量，在从该测量时刻起L/Λ次后的测量周期中，使用该测量位置43处的测量结果进行加工控制。如上所述，控制部51与测量结果相应地对在测量位置43处新造形的层的加工条件进行控制。i设为满足2≤i≤n的整数。

在步骤S26中，层叠造形装置100判定n个层的造形是否结束。在n个层的造形没有结束的情况下(步骤S26，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S21返回而使驱动台6在Z方向上升，开始下一层的造形。层叠造形装置100直至n个层的造形结束为止，重复步骤S21至步骤S26的顺序。

另一方面，在n个层的造形结束的情况下(步骤S26，Yes)，层叠造形装置100结束通过图10所示的顺序制作的造形物4的形成。层叠造形装置100通过对n个层全部进行造形，从而形成任意形状的最终生成物即造形物4。

图11是用于对基于实施方式1中的造形物4的宽度的测量结果的加工控制进行说明的图。在图11中，示出了作为第1层的造形物4在加工对象物3造形后的情形。区域I、II、III各自表示第1层的XY面内的区域。D1表示区域I中的焊道宽度。D2表示区域II中的焊道宽度。D3表示区域III中的焊道宽度。D0表示设为目标的焊道宽度即设计值。D0、D1、D2、D3满足D0＝D1、D2＞D0、D3＜D0。

控制部51基于第1层的测量结果，控制用于对第2层的层叠量进行变更的加工条件。控制部51例如对加工用激光器1的激光器输出、驱动台6的移动速度即扫描速度及加工材料7的供给速度即线材进给速度这样的参数进行变更，由此对加工条件进行控制。在实施方式1中，说明对激光器输出进行变更的情况。将用于将焊道宽度设为作为目标的D0的激光器输出设为P1，将驱动台6的移动速度设为R1，将加工材料7的供给速度设为V1。在对第2层之中的区域I进行加工时，第1层的测量结果即D1与D0相同，因此控制部51不变更加工条件。即，控制部51不对激光器输出从P1进行变更。

控制部51在测量出的造形物4的宽度大于预先设定的目标值的情况下使光束30的输出减少，且在测量出的造形物4的宽度小于预先设定的目标值的情况下使光束30的输出增加。例如，在对第2层之中的区域II进行加工时，由于第1层的测量结果即D2大于D0，因此控制部51以焊道宽度变小的方式，将激光器输出向比P1小的P2变更。激光器输出变小，由此焊道变得不易熔融，焊道宽度变小。在对第2层之中的区域III进行加工时，第1层的测量结果即D3小于D0，因此控制部51以焊道宽度变大的方式，将激光器输出向比P1大的P3变更。激光器输出变大，由此焊道变得容易熔融，焊道宽度变大。

如上所述，控制部51与在造形物4新层叠的焊道的预先设定的宽度和测量结果之差相应地对加工条件进行控制。激光器输出和层叠的焊道的宽度之间的关系被预先计算，保持于层叠造形装置100。控制部51基于该关系，求出与焊道的宽度相对应的激光器输出的控制值。另外，在对多个层进行造形的情况下，控制部51可以使用基于与当前进行附加加工的层的前1个层有关的测量结果而层叠的焊道宽度的测量结果，在附加加工中动态地对控制值进行变更。如上所述，还考虑在1个加工轨迹中焊道宽度局部地从设计值偏离而造形的情况。层叠造形装置100无法对已经造形的焊道宽度进行校正，但在焊道宽度窄的情况下，如果以接下来形成的焊道变粗的条件进行造形，则熔融的焊道绕入至下一个层的周围，能够使焊道宽度变粗。

控制部51可以对激光器输出以外的参数即驱动台6的移动速度或者加工材料7的供给速度进行变更，由此进行加工控制。控制部51可以在测量出的造形物4的宽度大于预先设定的目标值的情况下增加使加工位置移动的速度，且可以在测量出的造形物4的宽度小于预先设定的目标值的情况下减少使加工位置移动的速度。控制部51可以在测量出的造形物4的宽度大于预先设定的目标值是情况下减少加工材料7的供给速度，且在测量出的造形物4的宽度小于预先设定的目标值的情况下增加加工材料7的供给速度。

例如，在对第2层之中的区域II进行加工时，控制部51以焊道宽度变小的方式将移动速度向比R1快的R2变更。或者，控制部51以焊道宽度变小的方式将供给速度向比V1低的V2变更。在对第2层之中的区域III进行加工时，控制部51以焊道宽度变大的方式，将移动速度向比R1低的R3变更。或者，控制部51以焊道宽度变大的方式，将供给速度向比V1快的V3变更。

控制部51不仅可以对1个参数进行变更，还可以对多个参数进行变更，由此进行加工控制。另外，控制部51在某测量周期暂时无法对造形物4的宽度进行测量的情况下，可以对无法测量的测量周期的前1个测量周期的测量结果进行保持，基于所保持的测量结果对加工条件进行控制。控制部51在暂时无法对造形物4的宽度进行测量的情况下，可以基于无法测量的层的前1个层的测量结果对加工条件进行控制。控制部51在暂时无法对造形物4的宽度进行测量的情况下，可以将加工条件设为用于对D0的焊道宽度的焊道进行造形的加工条件。

另外，在相对于加工位置在与产生高温部32的方向同一方向设置有测量位置43的情况下，即，在相对于附加加工的行进方向在后方设置有测量位置43的情况下，在对第i层进行层叠时，对第i层层叠后的高度进行测量。因此，控制部51在使用测量出的加工材料供给部10的高度对加工条件进行控制的情况下，关于第i层的整体，对与第i层的测量位置43有关的测量结果进行保存，在对第(i+1)层进行层叠时使用即可。

如上所述，控制部51以使要形成的造形物4的宽度与表示所设计的形状的宽度的目标值接近的方式对加工条件进行控制。实施方式1所涉及的层叠造形装置100在加工中，对附加加工的行进方向上的焊道宽度进行测量，以在下次加工时焊道宽度接近目标值的方式将加工条件控制为最佳，由此能够使造形物4的宽度接近目标的宽度。层叠造形装置100无法对已经造形的焊道的宽度进行修正，但如果对形成完成的造形物4的宽度进行测量，在下次加工时对加工条件进行控制，则能够对在由于蓄热等使焊道宽度逐渐地从设计值不断偏离时造形的焊道宽度进行修正。

例如，在连续造形时由于蓄热的影响而连续层叠时间变长，如果层叠数变多，则焊道宽度逐渐地变粗。但是，实施方式1所涉及的层叠造形装置100能够对随着造形进行而焊道宽度变粗进行测量，因此通过将加工条件控制为最佳，从而能够使焊道宽度接近目标的宽度。层叠造形装置100根据焊道宽度相对于层叠数的变化和蓄热(造形物温度)、加工条件等对下次层叠时的焊道宽度进行预测，通过以其焊道宽度接近目标值的方式对加工条件进行控制的方法，可以进一步使造形精度提高。

另外，实施方式1所涉及的层叠造形装置100不仅对焊道宽度，还对Z方向上的焊道的高度即焊道高度进行测量。层叠造形装置100可以以焊道宽度和焊道高度这两者接近设计值的方式将加工条件控制为最佳。在该情况下，控制部51以使要形成的造形物4的宽度接近表示所设计的形状的宽度的目标值，且使要形成的造形物4的高度接近表示所设计的形状的高度的目标值的方式对加工条件进行控制。由此，层叠造形装置100能够进行更高精度的造形。

层叠造形装置100在加工条件的控制中，可以对1个参数进行变更，由此对焊道宽度和焊道高度这两者进行控制，但也可以对多个控制参数进行变更，由此对焊道宽度和焊道高度这两者进行控制。例如，焊道宽度优选通过激光器输出的变更而进行控制，焊道高度优选通过加工材料7的供给速度的变更而进行控制。

层叠造形装置100可以对驱动台6的上升量进行变更，由此对造形物4的高度进行控制。在该情况下，控制部51在测量出的造形物4的高度高于预先设定的目标值的情况下，增加使加工对象物3向+Z方向上升的量，且在测量出的造形物4的高度低于预先设定的目标值的情况下，减少使加工对象物3向+Z方向上升的量。层叠造形装置100与焊道高度的测量结果相应地将各层的造形后的驱动台6的上升量变更为最佳，由此能够在造形中动态地变更上升量。

运算部50可以对针对造形物4的每层测量出的焊道宽度及焊道高度的数据进行保存，在全部层的造形结束之后，使用保存的数据将造形物4的3维形状复原。图12是表示在实施方式1中用于基于焊道宽度及焊道高度的测量结果对3维形状进行复原的顺序的流程图。

首先，在步骤S30中，层叠造形装置100开始第1层的附加加工。如果结束第1层的造形，则在步骤S31中，层叠造形装置100使驱动台6在Z方向上升。在步骤S32中，层叠造形装置100开始作为下一层的第2层的附加加工。在步骤S33中，层叠造形装置100通过线光束40的照射，对造形物4的高度和造形物4的宽度进行测量。在步骤S34中，层叠造形装置100对造形物4的高度及宽度的测量结果进行保存。

在步骤S35中，层叠造形装置100基于保存的高度及宽度的测量结果对加工条件进行调整。层叠造形装置100基于高度的测量结果和宽度的测量结果这两者对加工条件进行调整，由此一边对加工条件进行控制，一边进行附加加工。层叠造形装置100也可以基于高度的测量结果和宽度的测量结果之中的仅一个对加工条件进行控制。

在步骤S36中，层叠造形装置100判定n个层的造形是否结束。在n个层的造形没有结束的情况下(步骤S36，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S31返回而使驱动台6在Z方向上升，开始下一层的造形。层叠造形装置100直至n个层的造形结束为止，重复步骤S31至步骤S36的顺序。

另一方面，在n个层的造形结束的情况下(步骤S36，Yes)，在步骤S37中，层叠造形装置100基于保存的高度及宽度的测量结果对造形物4的3维数据进行复原。层叠造形装置100结束通过图12所示的顺序进行的动作。3维数据用于对作为最终生成物的造形物4的形状和设计出的形状的偏差进行评价。基于该评价结果，能够在造形物4之中的材料不足的部分进行追加的造形，造形物4之中的材料过量的部分通过切削加工等能够去除。

另外，在同一路径中短时间连续地进行造形的情况下，在造形物4产生蓄热。因此，认为在造形中测量出的造形物4的宽度或者高度与在造形结束后冷却的造形物4的宽度或者高度不同。在该情况下，考虑造形结束后的热应变而对造形物4的盈亏量进行计算，能够进行追加工。另外，通过将基于造形中的测量结果而得到的3维形状与在造形结束后测量出的3维形状相比较，从而也能够对造形物4的造形结束后的热应变量进行计算。

实施方式1所涉及的层叠造形装置100，对造形物4之中的已经造形出的部分的宽度进行测量，由此能够准确地测量造形物4的宽度。另外，层叠造形装置100的测量结果能够不易受到加工材料7及加工条件等的影响。

层叠造形装置100在受光光学系统和加工光学系统中共用物镜13，由此使受光光学系统与加工头2一体化，能够实现装置结构的小型化。另外，层叠造形装置100能够从加工位置由受光元件取得尽可能接近的位置处的线光束40的像，因此能够从加工位置在尽可能接近处对造形物4的宽度进行测量。层叠造形装置100能够从加工位置附近对造形物4的宽度进行测量，由此即使在加工路径复杂的情况下，也能够使无法对造形物4的宽度或者高度进行测量的范围尽可能减少。

例如，在加工位置移动的方向急剧地变化的情况下，测量位置43与加工位置相比配置于前方，测量位置43越远离加工位置，则在加工位置移动的方向变化之后无法对造形物4的宽度或者高度进行测量的范围变得越大。另一方面，如实施方式1所述，在受光光学系统和加工光学系统中共用物镜13，在使受光光学系统与加工头2一体化的装置结构中，在对加工位置移动的方向随时变更那样的复杂的造形物4进行造形时无法测量宽度的范围变少，能够提高造形精度。如上所述，根据实施方式1，层叠造形装置100与加工材料7或者造形物4的形状无关，在与加工位置尽可能接近的位置处能够高精度地测量造形物4的宽度。层叠造形装置100通过使用该测量结果对加工条件进行控制，从而能够在连续造形中，以按照设计的焊道宽度形成造形物4。以上，层叠造形装置100得到下述以往未有的显著效果，即，能够形成形状精度高的造形物4，能够提高复杂形状的造形精度。

接下来，对实施方式1的变形例进行说明。图13是表示实施方式1的变形例所涉及的层叠造形装置101的结构的斜视图。层叠造形装置101从测量用照明部8照射作为照明光的2个线光束41、42，由此对造形物4的宽度进行测量。

图14是表示在实施方式1的变形例中的造形物4的宽度的测量中使用的线光束41、42的图。在图14示出了受光元件的视野45中的线光束41、42和造形物4。测量用照明部8例如相对于加工头2而配置于－X方向的位置。测量用照明部8在从加工位置观察时与配置有加工材料供给部10即+X方向的相反侧，照射在以－X方向为中心±90度的范围中不中断地延伸的线光束41、42。图14所示的距离L1是从加工位置至测量位置43为止的距离。

如上所述，在相对于光束30的光轴CL倾斜的方向照射线光束41、42，由此层叠造形装置101即使在与供给加工材料7的方向相对的方向的±90度的角度范围中加工方向变化，也能够对造形物4的剖面高度分布进行测量，能够对造形物4的宽度进行计算。

线光束41、42在以－X方向为中心大于或等于90度的范围中延伸即可。在实施方式1的变形例中，测量用照明部8供给在从加工位置观察时在与加工材料7的供给源即加工材料供给部10相反侧在大于或等于90度的范围中延伸的照明光。即，线光束41、42以受光光学系统的光轴为中心，且在与供给加工材料7的方向相对的方向为基准的至少±90度的角度范围中不中断地照射。由此，层叠造形装置101即使在与供给加工材料7的方向相对的方向的大于或等于90度的角度范围中加工方向变化，也能够对造形物4的剖面高度分布进行测量，能够对造形物4的宽度进行计算。

但是，在形成焊道的方向即加工方向不与线光束41、42的长度方向正交的情况下，无法准确地测量造形物4的宽度。因此，在实施方式1的变形例中，运算部50使用线光束41、42的长度方向相对于XY面内的X方向或者Y方向的斜率和加工方向的信息，对与加工方向垂直的方向上的造形物4的宽度进行推定。通过该推定，层叠造形装置101能够高精度地测量造形物4的宽度。另外，运算部50可以对基于剖面高度分布的测量结果而求出的造形物4端部的位置即边界点P1、P2的XY面内的位置进行保存，使用与造形物4垂直的剖面所包含的边界点P1、P2对造形物4的宽度进行计算。在该情况下，层叠造形装置101也能够高精度地测量造形物4的宽度。

如上所述，层叠造形装置101在对加工方向变化的复杂的3维形状进行造形的情况下，也能够对造形物4的宽度进行测量，由此能够进行高精度的造形。从与供给加工材料7的+X方向相对的方向，在该方向的±90度的角度范围照射线光束41、42，因此运算部50可以朝向供给加工材料7的方向进行重心位置的计算。因此，能够使通过运算部50进行的高度运算处理变得简单。层叠造形装置101能够从1个测量用照明部8照射线光束41、42，因此与通过多个测量用照明部8照射针对每个加工方向的多个线光束的情况相比，能够使装置结构小型化。

在实施方式1中，在加工头2之中的－X方向侧的面固定有测量用照明部8，但测量用照明部8也可以设置于该位置以外的位置。另外，可以设置能够绕加工头2旋转那样的驱动机构，以线光束的长度方向始终将造形物4横穿的方式，与加工方向相匹配地使测量用照明部8旋转。由此，层叠造形装置100、101即使加工方向变化，也能够使线光束的长度方向变化以使得线光束的长度方向始终将造形物4横穿，因此能够对造形物4的剖面高度分布进行测量，对造形物4的宽度进行计算。

在实施方式1中，从测量用照明部8照射的线光束并不限定为直线状。线光束也可以是直线状以外的形状。图15是表示实施方式1中的线光束的变形例的图。变形例所涉及的线光束46，是通过以光轴CL为中心的圆状进行照射的线光束。

线光束46从XY面内的全部方向以照射角度θ照射至造形物4。在该情况下，层叠造形装置100、101即使不设置上述驱动机构，加工方向为XY面内的任意方向，也能够使线光束46与焊道垂直地横穿，因此能够对造形物4的剖面高度分布进行测量，对造形物4的宽度进行计算。线光束46并不限于严格的圆形，也可以是圆弧状或者椭圆状。如上所述，设为在圆状的线光束46中包含圆的一部分即圆弧状的线光束，或者使圆变形后的椭圆状的线光束。

图16是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置100所具有的光学系统的第1变形例的图。在第1变形例中，物镜13的中心轴从聚光透镜15的中心轴偏移。物镜13的中心轴例如如图16所示，从聚光透镜15的中心轴向－X方向偏移。物镜13是在加工位置对光束30进行聚光的透镜。在第1变形例中，将透过物镜13的反射光成像于受光部16的光学系统的中心轴的位置，与在加工位置对光束30进行聚光的物镜13的中心轴的位置不同。

通过该结构，线光束40的反射光尽可能不受透镜的像差的影响而能够成像于受光元件，因此层叠造形装置100能够提高高度测量精度。如上述所示，即使取代使中心轴的位置偏移的结构，而是构成为使将透过物镜13的反射光成像于受光部16的受光光学系统的中心轴相对于物镜13的中心轴倾斜，也会得到相同的效果。另外，可以对聚光透镜15的透镜面的形状进行变更。另外，受光部16的视野在高度测量范围内比线光束40移动的范围扩展即可。在该情况下，通过使用扩大线光束40的移动范围的受光光学系统，从而能够提高线光束40的解析度，因此层叠造形装置100能够提高高度测量精度。

在实施方式1的结构中，将图5所示的线光束40以θ倾斜而照射，受光光学系统的光轴与铅垂方向即Z方向平行，因此如果测量位置43的高度变化，则测量位置43在水平方向即XY方向偏移。测量位置43偏移的方向能够根据受光元件上的线光束40的位置进行计算，因此虽然能够校正，但计算变得复杂。在接下来说明的第2变形例中，对不会发生该测量位置偏移的结构进行说明。

图17是表示实施方式1所涉及的层叠造形装置100所具有的光学系统的第2变形例的图。在第2变形例中，加工头2具有投光透镜11、分光器12、物镜13和测量用照明部8。测量用照明部8配置于加工头2的上部。具有带通滤波器14、聚光透镜15和受光部16的受光单元17配置于加工头2的外部。在第2变形例中，构成加工光学系统的物镜13兼作为将来自测量用照明部8的照明光向造形物4照射的物镜。层叠造形装置100在加工光学系统和使照明光向造形物4照射的照明光学系统中共用物镜13。由此，层叠造形装置100使照明光学系统与加工头2一体化，能够实现装置结构的小型化。物镜13构成照明光学系统。

从测量用照明部8射出的线光束40透过分光器12，透过物镜13，照射至造形物4上的测量位置43。线光束40透过加工用的物镜13，因此测量用照明部8将具有通过物镜13聚光于造形物4上那样的特性的线光束40射出。在这里省略，但通过使用透镜等光学部件，从而需要将射入至物镜13的线光束40的光轴设计为最佳。

如通过实施方式1说明所述，受光单元17具有使线光束40的照射波长选择性地透过的带通滤波器14。测量用照明部8将线光束40与光束30的光轴平行地投影，受光单元17对斜方向反射出的反射光进行受光，由此层叠造形装置100不受由造形物4的高度造成的测量位置偏移的影响而能够对造形物4的剖面高度分布进行测量。受光单元17的光轴相对于线光束40的光轴倾斜，由此在受光元件上投影的线光束40的位置通过造形物4的高度而偏移。因此，运算部50根据该位置偏移对剖面高度分布进行计算，能够对焊道宽度进行计算。由此，层叠造形装置100在对复杂的3维形状进行测量的情况下，也没有焊道宽度的测量位置偏移，能够针对加工位置始终隔开一定距离对造形物4的高度进行测量，因此能够高精度地进行加工条件的控制，能够提高造形精度。

实施方式2.

在实施方式2中，形成造形物4时的动作与实施方式1不同。在实施方式2中，焊道不是线状而是形成为珠状。在实施方式2中，将形成的焊道称为珠状焊道。在实施方式2中，对与上述实施方式1相同的结构要素标注同一标号，主要对与实施方式1不同的结构进行说明。

图18是表示用于形成通过实施方式2所涉及的层叠造形装置100制作的珠状焊道的动作的顺序的流程图。首先，在步骤S40中，层叠造形装置100对驱动台6进行驱动，由此使加工头2的位置对准作为第1加工位置的加工点。加工对象面是加工对象物3之中的形成珠状焊道的面，且是加工对象物3的上表面。在已经造形出的造形物4之上形成珠状焊道的情况下，加工对象面是造形物4的表面。

图19是表示实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工区域AR的示意性的剖视图。加工点如图19所示，是光束30的光轴CL与对象面61交叉的点。对象面61是加工对象面。在实施方式2中，加工点设为对象面61中的加工区域AR的中央位置。

返回至图18的说明。在步骤S41中，层叠造形装置100以作为加工材料7的线材的前端与对象面61接触的方式将线材送出。图20是表示向实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工区域AR送出的线材与加工对象面接触的状态的示意性的剖视图。

如图20所示，层叠造形装置100将作为线材的加工材料7从加工区域AR的上方倾斜地送出，使加工材料7的前端与对象面61接触。将线材送出是由层叠造形装置100对加工材料供给部10进行控制，从加工材料供给部10的线材喷嘴使线材喷出而供给至加工点。在照射光束30前，加工材料7成为与对象面61接触的状态。因此，熔融的线材向对象面61的熔接稳定地进行，由此能够防止熔融的线材不与对象面61熔接及熔融的线材熔接的位置从期望的位置偏离。

从线材喷嘴送出而与对象面61接触的线材的中心轴CW和照射至加工区域AR的光束30的光轴CL优选在对象面61的表面处相交。或者，线材的中心轴CW优选在从光轴CL起线材喷嘴侧的光束30的半径内，在对象面61的表面处相交。线材通过以上述方式进行配置，从而层叠造形装置100在对象面61，能够以线材的中心轴CW和光轴CL的交点为中心而形成珠状焊道。

返回至图18的说明。层叠造形装置100如果结束加工材料7的准备，则在步骤S42中，开始光束30的照射，使惰性气体从气体喷嘴9喷出。图21是表示向实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工区域AR照射出光束30的状态的示意性的剖视图。

如图21所示，层叠造形装置100朝向对象面61的加工区域AR照射光束30。此时，光束30照射至在加工区域AR配置的作为加工材料7的线材。另外，与光束30的照射相匹配地，开始惰性气体从气体喷嘴9向加工区域AR的喷出。惰性气体的喷出优选在将光束30向对象面61照射前开始。另外，惰性气体优选遍及预先确定的一定时间进行喷出。层叠造形装置100在光束30照射前的一定期间喷出惰性气体，由此能够将在气体喷嘴9内残存的氧气等活性气体从气体喷嘴9内去除。

返回至图18的说明。在步骤S43中，层叠造形装置100开始作为加工材料7的线材的供给。图22是表示线材向实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工区域AR的供给开始的状态的示意性的剖视图。

层叠造形装置100对加工材料供给部10的线材喷嘴进行控制，从线材喷嘴向图22所示的箭头的方向使线材喷出，由此朝向对象面61的加工区域AR送出线材。由此，预先在加工区域AR配置的线材和在光束30的照射开始后向加工区域AR供给的线材熔融，熔融的材料与对象面61熔接。在加工区域AR中，如果照射光束30，则由加工对象物3的表面或者造形物4的表面构成的对象面61熔融而形成熔池62。而且，在加工区域AR中，熔融的材料与熔池62熔接。由此，在加工区域AR形成熔融焊道63。熔融焊道63是没有凝固的状态的焊道。在开始线材的供给后，在预先确定的供给时间，继续线材向加工区域AR的供给。

对加工材料供给部10的旋转电动机的旋转进行控制，由此能够对线材的供给速度进行调整。线材的供给速度由光束30的输出限制。即，在用于实现熔融的材料向加工区域AR的适当的熔接的线材的供给速度和光束30的输出之间具有相关性。层叠造形装置100通过使光束30的输出上升，从而能够提高珠状焊道的造形速度。

在线材的供给速度相对于光束30的输出过快的情况下，线材不熔融而残留。另一方面，在线材的供给速度相对于光束30的输出过慢的情况下，线材被过量地加热，由此熔融的材料成为液滴而从线材落下，熔融的材料没有熔接为期望的形状。

另外，通过对线材的供给时间及光束30的照射时间进行变更，从而能够对珠状焊道的大小进行调整。越延长线材的供给时间及光束30的照射时间，则能够形成直径越大的珠状焊道。另一方面，越缩短线材的供给时间及光束30的照射时间，则能够形成直径越小的珠状焊道。

返回至图18的说明。如果第1加工位置处的附加加工结束，则层叠造形装置100在步骤S44中，将作为加工材料7的线材从加工区域AR向加工材料供给部10拉回。图23是表示从实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工区域AR将线材拉出的状态的示意性的剖视图。

如果第1加工位置处的附加加工结束，则层叠造形装置100向图23所示的箭头的方向将线材拉回，由此从加工区域AR将线材拉出。此时，在加工对象物3形成的熔池62和熔融焊道63一体化。熔池62是加工对象物3成为熔融的状态的区域。通过将线材拉出，从而线材从熔融焊道63分离。

返回至图18的说明。在线材被拉回后，层叠造形装置100在步骤S45中停止光束30的照射。另外，层叠造形装置100在停止光束30的照射后，仍继续来自气体喷嘴9的惰性气体的喷出。而且，在经过继续时间后，层叠造形装置100使来自气体喷嘴9的惰性气体的喷出停止。

图24是表示光束30向实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工区域AR的照射停止的状态的示意性的剖视图。层叠造形装置100在停止光束30的照射后，通过继续时间而继续惰性气体的喷出。如果由于继续时间的经过而停止惰性气体的喷出，则熔融焊道63凝固，由此在对象面61上形成珠状焊道64。

继续时间是基于在停止光束30后，直至与加工区域AR熔接的熔融焊道63的温度降低为预先确定的温度为止的时间而确定的。直至熔融焊道63的温度降低为预先确定的温度为止的时间依赖于线材的材质、珠状焊道64的大小等各条件。基于这些各条件的继续时间的信息预先存储于控制部51。如果继续时间经过而熔融焊道63降低为预先确定的温度，则珠状焊道64的形成完成。

返回至图18的说明。如果第1加工位置处的附加加工结束，在第1加工位置处形成珠状焊道64，则层叠造形装置100在步骤S46中，使加工头2的位置对准作为下一个加工点的第2加工位置。具体地说，层叠造形装置100通过对驱动台6进行控制而使加工对象物3和加工头2的相对位置变化，从而使加工头2的位置对准作为下一个加工点的第2加工位置之上。

图25是表示实施方式2所涉及的层叠造形装置100的加工头2向下一个加工点移动的状态的示意性的剖视图。此外，在图19至图25中，示出了对象面61中的加工区域AR的周边的状态。在图21至图24中，省略了惰性气体的图示。

图25所示的箭头示出了加工头2相对于加工对象物3的移动方向。伴随加工头2的位置相对于加工对象物3的移动，光束30的光轴CL相对于加工对象物3向箭头的方向移动。层叠造形装置100使光轴CL向作为下一个加工点的第2加工位置移动。

图26是用于对通过实施方式2所涉及的层叠造形装置100造形出造形物4的方法进行说明的示意性的剖视图。通过重复图18所示的各工序，从而层叠造形装置100在对象面61上形成构成造形物4的珠状焊道64的层。在这里，将在加工对象物3的表面直接形成的珠状焊道64的层设为第1层65A。另外，将在第1层65A之上形成的珠状焊道64的层设为第2层65B。将在第2层65B之上形成的珠状焊道64的层设为第3层65C。

通过造形出由珠状焊道64构成的多个层，从而层叠造形装置100能够在加工对象物3之上形成期望形状的造形物4。层叠造形装置100在每次结束各层的附加加工时，使驱动台6的Z方向的位置发生一定量变化。Z方向的变化量优选等于所要形成的珠状焊道64的高度。

图18所示的各工序可以不通过上述顺序执行。例如，根据上述内容，在移动加工位置而造形珠状焊道64时，分开为使加工头2对位于加工点之上的步骤和喷出线材的步骤而进行了说明，但实施方式2并不限定于该例。层叠造形装置100为了缩短加工时间，可以一边喷出线材，一边进行向下一个加工点的移动。由此，层叠造形装置100在加工头2到达下一个加工点时，能够设为线材已经与对象面61接触的状态，能够缩短加工时间。

实施方式2中的造形物4的宽度测量的原理与实施方式1的情况相同。层叠造形装置100根据受光元件上的线光束40的位置偏移，通过三角测量的原理，对珠状焊道64的剖面高度分布进行测量，对珠状焊道64的宽度进行计算。因此，关于对珠状焊道64的宽度进行测量，使用焊道宽度的测量结果而进行珠状焊道64的附加加工控制的顺序进行说明。

图27是用于对实施方式2所涉及的层叠造形装置100使用已经形成的造形物4的宽度的测量结果而进行珠状焊道64的附加加工的顺序进行说明的流程图。在这里，对1个层由m个珠状焊道64构成，通过将n个层进行层叠，从而形成造形物4的情况进行说明。m为任意的整数。

首先，在步骤S50中，层叠造形装置100开始第1层65A的附加加工。在加工对象物3是具有平坦的上表面的基座板的情况下，在第1层65A的附加加工时在测量位置处没有焊道，因此层叠造形装置100不进行宽度的测量。即，在第1层65A的附加加工时，层叠造形装置100省略对造形物4的宽度进行测量的步骤。但是，在对象面61不是加工对象物3的平坦面，而是已经造形出的造形物4的表面的情况下，层叠造形装置100可以对该造形物4的宽度进行测量。此外，在步骤S50中，具体地说，进行图18所示的处理。

如果结束第1层65A的造形，则在步骤S51中，层叠造形装置100为了进行下一层即第2层65B的附加加工，使驱动台6在Z方向上升。在步骤S52中，层叠造形装置100使驱动台6移动，由此将加工头2的位置对准形成第1个珠状焊道64的加工位置即加工点。在步骤S53中，层叠造形装置100在该加工位置处，对作为第1层65A的造形物4的宽度进行测量。在步骤S54中，层叠造形装置100对造形物4的宽度的测量结果进行保存。测量位置是接下来形成的珠状焊道64的加工位置。

在步骤S55中，层叠造形装置100基于所保存的宽度的测量结果对加工条件进行调整。层叠造形装置100通过对加工条件进行调整，从而一边对加工条件进行控制，一边进行附加加工。在步骤S56中，层叠造形装置100判定在当前进行附加加工的层中，m个珠状焊道64的造形是否结束。在m个珠状焊道64的造形没有结束的情况下(步骤S56，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S52返回，继续当前进行附加加工的层中的珠状焊道64的造形。层叠造形装置100直至当前进行附加加工的层中的珠状焊道64的造形结束为止，重复步骤S52至步骤S56的顺序。

另一方面，在m个珠状焊道64的造形结束的情况下(步骤S56，Yes)，层叠造形装置100在步骤S57中，判定n个层的造形是否结束。在n个层的造形没有结束的情况下(步骤S57，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S51返回而使驱动台6在Z方向上升，开始下一层的造形。层叠造形装置100直至n个层的造形结束为止，重复步骤S51至步骤S57的顺序。

另一方面，在n个层的造形结束的情况下(步骤S57，Yes)，层叠造形装置100结束通过图27所示的顺序制作的造形物4的形成。层叠造形装置100通过对n个层全部进行造形，从而形成任意形状的最终生成物即造形物4。

如上所述，在对珠状焊道64的宽度进行测量，对加工条件进行控制的工序中，层叠造形装置100首先进行加工位置的移动，即，相对于加工对象物3向水平方向使加工头2移动，在加工前对作为加工位置的测量位置的焊道宽度进行测量。层叠造形装置100使用焊道宽度的测量结果，对用于在该加工位置处造形珠状焊道64的加工条件进行控制。如果该加工位置处的珠状焊道64的造形结束，则层叠造形装置100通过驱动台6的水平移动，使加工头2向下一个加工位置对准。层叠造形装置100重复如上所述的工序。而且，如果1个层的造形结束，则使驱动台6在Z方向上升，再次重复用于造形珠状焊道64的工序。

在实施方式2中使用造形物4的宽度的测定结果对加工条件进行控制的方法与实施方式1的情况相同。控制部51例如通过对加工用激光器1的激光器输出、驱动台6的移动速度即扫描速度及加工材料7的供给速度即线材进给速度这样的参数进行变更，从而对加工条件进行控制。层叠造形装置100与实施方式1的情况同样地，可以对造形物4的宽度和造形物4的高度进行测量，基于造形物4的宽度和造形物4的高度的测量结果对加工条件进行控制。层叠造形装置100与实施方式1的情况同样地，可以对针对造形物4的每层测量出的焊道宽度及焊道高度的数据进行保存，在全部层的造形结束之后，使用保存的数据对3维形状进行复原。

在实施方式2中，珠状焊道64设为半球形状，但珠状焊道64也可以是半球以外的形状。珠状焊道64只要是通过将由在停止驱动台6时形成的成为一块的加工材料7构成的焊道排列多个从而能够形成造形物4的形状即可。例如，在从上方观察时形成圆形的焊道形状的一部分缺失的形状的珠状焊道64的情况下，层叠造形装置100通过使用实施方式2中的宽度测量和加工条件的控制，从而也能够进行高精度的层叠造形。此外，珠状焊道64也可以不是圆形而是四边形状等，如果是形成为珠状的焊道则没有问题。

另外，在实施方式2中，加工位置设为珠状焊道64的中心，但层叠造形装置100的加工位置即使从珠状焊道64的中心偏离也能够得到相同的效果。层叠造形装置100也可以根据希望造形的形状，在除了珠状焊道64的中心以外适当设定加工位置，造形珠状焊道64。例如，加工位置可以是与相邻的珠状焊道64的接缝。在如上所述的情况下，焊道宽度与珠状焊道64的中心的宽度相比变小。但是，如实施方式2中说明所述，层叠造形装置100使用作为照明光的线光束40对在加工位置处已经形成的造形物4的宽度进行测量，通过对加工条件进行控制，从而能够进行高精度的加工。

并且，在实施方式2中，在形成1个珠状焊道64前，对已经形成的造形物4的宽度进行测量，在测量后进行附加加工，向下一个加工点移动，但实施方式2并不限定于该例。层叠造形装置100例如可以在第(i－1)层的附加加工全部结束之后，对构成第(i－1)层的全部焊道的焊道宽度集中测量，基于测量结果，对第i层的附加加工中的加工条件进行控制。

另外，在实施方式2中，层叠造形装置100通过使加工位置向X方向或者Y方向移动而进行层叠，从而无需等待直至熔融的加工材料7完全地凝固为止的时间，能够关于第(i－1)层对完全地凝固的状态的焊道的高度进行测量。因此，层叠造形装置100能够兼顾测量精度的提高和加工时间的缩短。层叠造形装置100在Z方向上连续地进行层叠的情况下，在直至第(i－1)层的焊道完全地凝固为止的时间经过之后，能够进行造形物4的宽度的测量和第i层的附加加工即可。

如以上说明所述，根据实施方式2，层叠造形装置100使加工位置移动而停止驱动台6，在不进行加工的状态下能够对加工位置处的焊道宽度进行测量，因此能够高精度地测量焊道宽度。层叠造形装置100使用该测量结果，以焊道宽度接近目标值的方式将加工条件控制为最佳，由此能够使造形物4的形状精度提高。

实施方式3.

在实施方式3中，根据在造形物4中测量出的剖面高度分布对焊道宽度进行计算的方法与实施方式1或者2不同。在实施方式3中，特别是在各焊道彼此相邻地造形的情况下，能够高精度地进行焊道宽度的测量。在实施方式3中，对与上述实施方式1或者2相同的结构要素标注同一标号，主要对与实施方式1或者2不同的结构进行说明。

图28是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置100形成的造形物4的例子的第1图。图29是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置100形成的造形物4的例子的第2图。在图28中，示出了从与造形物4相比+Z方向的位置对造形物4进行平面观察的状态。在图29中，示出了从与造形物4相比+X方向的位置对图28所示的造形物4进行平面观察的状态。

有时通过使实施方式1所示的线焊道或者实施方式2所示的珠状焊道的多个焊道彼此相邻，从而如图28及图29所示，造形出一定面积的形状，例如四棱柱。在这里，造形的形状由6个列的焊道构成。6个列在Y方向彼此相邻。在各层中，焊道按照第1列71A、第2列71B、第3列71C、第4列71D、第5列71E及第6列71F的顺序形成。在图28及图29示出了在各列中进行了直至第i层为止的造形的情形。

例如，在形成第3列71C的焊道时，与实施方式1或者2同样地，使用通过线光束40的照射而测量出的剖面高度分布，尝试第i层的焊道宽度的计算。如图28及图29所示，在各列的焊道相邻地形成的情况下，焊道的顶点高度和焊道不与其他焊道相邻而是单独地形成的情况相同。与此相对，在各列的焊道相邻地形成的情况下，Y方向上的焊道端部的高度比焊道单独地形成的情况高。例如，如果在造形第3列71C的焊道后造形出第4列71D的焊道，则在第4列71D造形出的焊道的一部分流入至第3列71C，由此第3列71C的焊道端部的高度比焊道单独地形成的情况高。焊道端部的高度提高，由此各列的焊道相邻地形成的情况下的剖面高度分布与焊道单独地形成的情况相比变得平坦。因此，在各列的焊道相邻地形成的情况下，认为无法对图8及图9所示的边界点P1、P2进行测量。因此，实施方式3所涉及的层叠造形装置100通过接下来说明的方法对造形物4的宽度进行测量。

图30及图31是表示通过实施方式3所涉及的层叠造形装置100对造形物4的宽度进行计算的顺序的流程图。在这里，在彼此相邻的k个列各自形成线焊道，由此造形出各层，且对n个层进行层叠。k是任意的整数。

首先，在步骤S60中，层叠造形装置100开始第1层中的第1列的附加加工。在造形第1层中的第1列时，由于没有在其之前形成的造形物4，因此层叠造形装置100不进行宽度的测量。即，层叠造形装置100在造形第1层的第1列时，省略对造形物4的宽度进行测量的步骤。

如果第1列的造形结束，则层叠造形装置100在步骤S61中，使加工头2的位置对准下一列即第j列的加工位置。j设为满足2≤j≤k的整数。在步骤S62中，层叠造形装置100开始第j列的附加加工。层叠造形装置100伴随附加加工，在步骤S63中，对与第j列相邻的第(j－1)列的造形物4的宽度进行测量。在步骤S64中，层叠造形装置100对与第(j－1)列有关的宽度的测量结果进行保存。

在这里，举出具体例，对造形物4的宽度的测量进行说明。图32是用于对实施方式3中的造形物4的宽度的测量进行说明的第1图。图33是用于对实施方式3中的造形物4的宽度的测量进行说明的第2图。在图32及图33示出了形成有图28及图29所示的第3列71C的焊道的情形。在实施方式3中，运算部50在多个焊道彼此相邻地形成的情况下，基于焊道之中的作为第3方向的Y方向上的一个端部的位置和多个焊道的加工中心间的距离，对造形物4的宽度进行计算。

将各列的加工中心间的距离设为d。在步骤S61中，驱动台6向+Y方向以距离d移动。在步骤S62中形成第3列71C的焊道时，运算部50对第(j－1)列即第2列71B中的焊道宽度进行测量。在这里，对第2列71B照射的线光束40为了能够对第2列71B的焊道的剖面高度分布进行测量而在Y方向扩展。即，对第2列71B照射的线光束40至少将与第2列71B相邻的第1列71A横穿。

如图32及图33所示，在朝向－Y方向依次形成各列的焊道的情况下，线光束40将在+Y方向与第2列71B相邻的第1列71A横穿。第2列71B之中的+Y方向的端部与第1列71A的端部重合，因此第2列71B之中的+Y方向的端部的位置无法正确地测量。

图34是用于对根据实施方式3中的造形物4的剖面高度分布的测量结果对造形物4的宽度进行计算的例子进行说明的图。在图34示出了根据受光元件上的线光束40的位置而计算出的剖面高度分布的例子。将Y方向上的当前的加工中心的位置设为Y0。Y方向上的Y0+d的位置是在+Y方向与当前进行加工的第3列71C相邻的第2列71B的焊道中心。

在从该焊道中心观察时，第3列71C侧即第2列71B的焊道之中的－Y方向的端部的边界点P1能够测量。另一方面，在从该焊道中心观察时，第1列71A侧即第2列71B的焊道之中的+Y方向的端部的边界点P2由于与第2列71B的焊道相邻的第1列71A的焊道的影响，无法正确地测量。在图34所示的例子中，第2列71B的焊道之中的+Y方向的端部的高度接近焊道的顶点的高度，从第2列71B的焊道中心起在+Y方向上剖面高度分布变得平坦。因此，边界点P2的判别困难。另外，由于彼此相邻的焊道间的熔融的材料的流动方式的影响，还认为边界点P2在Y方向偏移。

因此，在实施方式3中，将相对于焊道中心Y0+d而与边界点P1对称的位置P1’视作焊道的原本端部的位置。运算部50基于D＝P1’－P1＝2(Y0+d－P1)的关系对焊道宽度D进行计算。运算部50关于k个列之中的除了第1列以外，分别通过该方法对焊道宽度D进行计算。关于第1列，运算部50即使不将位置P1’视作端部，也能够根据剖面高度分布对边界点P1、P2进行计算。因此，运算部50关于第1列能够更高精度地对焊道宽度进行测量。

在步骤S65中，层叠造形装置100关于当前进行附加加工的第1层，判定k个列的造形是否结束。在第1层中的k个列的造形没有结束的情况下(步骤S65，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S61返回，继续第1层中的各列的焊道的形成。层叠造形装置100直至各列的焊道的形成结束为止，重复步骤S61至步骤S65的顺序。

另一方面，在第1层中的k个列的造形结束的情况下(步骤S65，Yes)，层叠造形装置100使顺序向步骤S66进入。在步骤S66中，层叠造形装置100使驱动台6在Z方向上升，使加工头2的位置对准作为下一层的第i层中的第1列的加工位置。在这里，层叠造形装置100使加工头2的位置对准第1层的接下来的第2层中的第1列的加工位置。

在步骤S67中，层叠造形装置100基于所保存的宽度的测量结果对加工条件进行控制，开始第i层中的第1列的附加加工。层叠造形装置100基于与第(i－1)层的第2列有关的测量结果，对第i层中的第1列的附加加工中的加工条件进行控制。在这里，层叠造形装置100基于与第1层的第2列有关的测量结果，对第2层的第1列的附加加工中的加工条件进行控制。

如果第1列的造形结束，则层叠造形装置100在步骤S68中，使加工头2的位置对准下一列即第j列的加工位置。在步骤S69中，层叠造形装置100基于所保存的宽度的测量结果对加工条件进行控制，开始第j列的附加加工。在步骤S69中，层叠造形装置100与步骤S67的情况同样地，使用与第(i－1)层有关的测量结果对加工条件进行控制。

在步骤S70中，层叠造形装置100与步骤S63同样地，对与第j列相邻的第(j－1)列的造形物4的宽度进行测量。在步骤S71中，层叠造形装置100与步骤S64同样地，对与第(j－1)列有关的宽度的测量结果进行保存。

在步骤S72中，层叠造形装置100判定第i层中的(k－1)个列的造形是否结束。在第i层中的(k－1)个列的造形没有结束的情况下(步骤S72，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S68返回，继续第i层中的(k－1)个列的造形。

另一方面，在第i层中的(k－1)个列的造形结束的情况下(步骤S72，Yes)，层叠造形装置100使顺序向步骤S73进入。在步骤S73中，层叠造形装置100使加工头2的位置对准第i层中的最后一列即第k列的加工位置。在这里，在直至步骤S73为止的顺序中，第(i－1)层中的第k列的造形物4的宽度没有被测量。因此，在步骤S74中，层叠造形装置100对第(i－1)层中的第k列的造形物4的宽度进行测量。

在这里，举出具体例，对造形1个层中的最后一列时的造形物4的宽度的测量进行说明。图35是用于对在实施方式3中对1个层中的最后一列进行造形时的造形物4的宽度的测量进行说明的第1图。图36是用于对在实施方式3中对1个层中的最后一列进行造形时的造形物4的宽度的测量进行说明的第2图。在图35及图36示出了形成有图28及图29所示的第6列71F的焊道的情形。

在对第i层的第6列71F进行造形时，与第6列71F相邻的第5列71E已经造形出。因此，无法对第(i－1)层的第6列71F之中的+Y方向的焊道端部的位置准确地进行测量。但是，由于在第(i－1)层的第6列71F的－Y方向不存在相邻的焊道，因此运算部50能够通过与图34相同的要领对第(i－1)层的第6列71F中的焊道宽度进行计算。如上所述，层叠造形装置100在步骤S74中，对当前造形的层的下1个层中的与当前的加工位置相比靠前方的列中的焊道宽度进行测量。在步骤S75中，层叠造形装置100对与第(i－1)层的第k列有关的宽度的测量结果进行保存。

在步骤S76中，层叠造形装置100基于所保存的宽度的测量结果对加工条件进行控制，开始第k列的附加加工。在步骤S77中，层叠造形装置100与步骤S70同样地，对与第k列相邻的第(k－1)列的造形物4的宽度进行测量。在步骤S78中，层叠造形装置100与步骤S71同样地，对与第(k－1)列有关的宽度的测量结果进行保存。

如果第k列的造形结束，则层叠造形装置100在步骤S79中，判定n个层的造形是否结束。在n个层的造形没有结束的情况下(步骤S79，No)，层叠造形装置100使顺序向步骤S66返回而使驱动台6在Z方向上升，开始下一层的造形。层叠造形装置100直至n个层的造形结束为止，重复步骤S66至步骤S79的顺序。

另一方面，在n个层的造形结束的情况下(步骤S79，Yes)，层叠造形装置100结束通过图30及图31所示的顺序制作的造形物4的形成。层叠造形装置100通过对n个层全部进行造形，从而形成任意形状的最终生成物即造形物4。

如上所述，层叠造形装置100在各焊道彼此相邻地形成的情况下，能够准确地测量焊道宽度。层叠造形装置100通过使用宽度的测量结果以焊道宽度接近目标值的方式对加工条件进行控制，从而能够使造形精度提高。特别地，在使多个焊道彼此相邻，由此进行大面积的造形的情况下，焊道宽度方向的造形精度变得非常重要。在实施方式3中，对使在X方向延伸的线焊道在Y方向相邻的情况进行了说明，但形成造形物4的方式也可以适当变更。例如，层叠造形装置100在使用旋转台针对每层对在X方向延伸的线焊道和在Y方向延伸的线焊道交替地造形的情况下，可以对在X方向延伸的线焊道的宽度和在Y方向延伸的线焊道的宽度这两者进行测量，对加工条件进行控制，由此形成造形物4。另外，层叠造形装置100可以不形成线焊道而是形成珠状焊道，由此形成造形物4。

在实施方式3中，将存在焊道之中的与该焊道相邻的焊道的端部的位置设为相对于焊道中心而与边界点P1对称的位置P1’，但运算部50也可以通过除此以外的方法对焊道端部的位置进行计算。例如，能够根据剖面高度分布对焊道高度进行计算，因此运算部50可以基于焊道高度和边界点P1的信息对焊道形状进行拟合，由此对与边界点P1相反侧的焊道端部的位置进行计算。

例如，如图32及图33所示，在X方向上第2列71B的焊道比第3列71C的焊道长的情况下，关于第2列71B的焊道的一部分，在第3列71C的造形中，无法对第3列71C侧的端部的位置进行计算。但是，在第2列71B的焊道比第1列71A的焊道及第3列71C的焊道这两者长的情况下，将第2列71B的焊道视作单独地形成的焊道。在该情况下，层叠造形装置100在第3列71C的造形中，能够对与加工位置相比靠前方的第2列71B的焊道宽度进行测量。另外，运算部50在第1列71A的焊道比第3列71C的焊道长的情况下，在接下来对第2列71B进行造形时，能够通过步骤S74及步骤S75的顺序对第2列71B的焊道剖面之中的第3列71C侧的端部的位置进行计算。因此，层叠造形装置100能够对第2列71B的焊道宽度进行测量。

在实施方式3中，对造形四棱柱的情况进行了说明，但层叠造形装置100在对包含彼此相邻的多个焊道在内的任意形状进行造形的情况下，对造形物4的宽度进行测量，通过将加工条件控制为最佳而能够进行高精度的造形。另外，在这里对使用XYZ的3轴的情况进行了说明，但在使用5轴进行加工的情况下也得到相同的效果。

在实施方式3中，设为焊道与其他焊道相邻的情况下的焊道的顶点高度和焊道不与其他焊道相邻而是单独地形成的情况下的焊道的顶点高度相同而进行了说明。即使焊道与其他焊道相邻的情况下的焊道的顶点高度与焊道单独地形成的情况不同，也没有问题。在实施方式3中，运算部50如图34所示，通过对2个边界点P1、P2之中的没有形成相邻的焊道的边界点P1进行测量，从而对焊道宽度进行计算。因此，即使在焊道的顶点高度与焊道单独地形成的情况不同的情况下，运算部50也能够对焊道宽度进行计算。

在实施方式1至3中，对使用线光束40，通过受光元件对线光束40的位置进行测量，由此对造形物4的剖面高度分布进行测量的方法进行了说明，但并不限定于该方法。层叠造形装置100具有测量用照明部8和受光光学系统，如果是能够对造形物4的剖面高度分布进行测量的结构，则得到相同的效果。在实施方式1至3中，示出了受光光学系统或者照明光学系统共用加工光学系统的物镜13的结构，共有设为经过各个光学系统内的光线经过1个透镜内即可。在实施方式1至3中，对根据剖面高度分布而计算造形物4的宽度的方法进行了说明，但并不限定于该方法，层叠造形装置100对造形物4的高度进行测量，基于高度的信息对造形物4的宽度进行测量即可。

以上的各实施方式所示的结构示出本发明的内容的一个例子。各实施方式的结构能够与其他的公知技术进行组合。也可以将各实施方式的结构彼此适当组合。在不脱离本发明的主旨的范围能够将各实施方式的结构的一部分省略或者变更。

标号的说明

1加工用激光器，2加工头，3加工对象物，4造形物，5固定件，6驱动台，7加工材料，8测量用照明部，9气体喷嘴，10加工材料供给部，11投光透镜，12分光器，13物镜，14带通滤波器，15聚光透镜，16受光部，17受光单元，30光束，31、62熔池，32高温部，33中心，35焊道，40、41、42、46线光束，43测量位置，44基准像素位置，45视野，50运算部，51控制部，61对象面，63熔融焊道，64珠状焊道，65A第1层，65B第2层，65C第3层，71A第1列，71B第2列，71C第3列，71D第4列，71E第5列，71F第6列，100、101层叠造形装置，200控制电路，200a处理器，200b存储器，AR加工区域，CL光轴，CW中心轴。

Claims (21)

1.一种层叠造形装置，其通过对向加工位置供给的加工材料照射加工光，从而使所述加工材料熔融，将熔融的所述加工材料的固化物即焊道层叠于加工对象物，由此形成造形物，

该层叠造形装置的特征在于，具有：

加工光学系统，其具有使所述加工光透过的物镜，向所述加工位置照射所述加工光；

测量用照明部，其供给用于对所形成的所述造形物的尺寸进行测量的照明光；

受光元件，其对由所述造形物反射出的所述照明光即反射光进行检测；

受光光学系统，其对所述反射光向所述受光元件进行聚光；

运算部，其通过使用了所述受光元件中的所述反射光的检测结果的运算，对与使所述加工位置相对于所述加工对象物移动的方向即第1方向和所述焊道层叠的方向即第2方向垂直的第3方向上的所述造形物的宽度进行计算；以及

控制部，其基于所述造形物的宽度的计算结果，对用于形成所述焊道的加工条件进行控制，

构成所述加工光学系统的所述物镜，兼作为构成所述受光光学系统的物镜，或者将来自所述测量用照明部的所述照明光向所述造形物照射的物镜。

2.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述照明光是以直线状照射的线光束。

3.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述测量用照明部供给在从所述加工位置观察时在与所述加工材料的供给源的相反侧在大于或等于90度的范围中延伸的所述线光束。

4.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述测量用照明部的位置能够以所述线光束的长度方向相对于加工路径成为垂直的方式移动。

5.根据权利要求2所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述线光束的光轴相对于所述受光光学系统的光轴倾斜，

所述线光束以所述受光光学系统的光轴为中心，且在以与供给所述加工材料的方向相对的方向为基准的至少±90度的角度范围中不中断地照射。

6.根据权利要求1所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述照明光是以圆状照射的线光束。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述测量用照明部朝向所述加工对象物上或者所形成的所述造形物上的测量位置照射所述照明光，

所述测量位置伴随所述加工位置的移动而移动。

8.根据权利要求7所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述测量位置是熔融的所述加工材料凝固的位置。

9.根据权利要求7或8所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述测量位置是以所述加工位置为基准，处于与所述加工位置在所述加工对象物上不断移动的方向同一方向的位置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述运算部对多个所述加工位置各自的所述造形物的宽度进行测量，

所述控制部基于所述造形物的宽度的测量结果，对多个所述加工位置各自的所述加工条件进行控制。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述运算部基于所述反射光的检测结果对所述造形物的剖面高度分布进行计算，基于所述剖面高度分布对所述造形物的端部的位置进行计算，由此对所述造形物的宽度进行计算。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述运算部在多个所述焊道彼此相邻地形成的情况下，基于所述焊道之中的所述第3方向上的一个端部的位置和多个所述焊道的加工中心间的距离，对所述造形物的宽度进行计算。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述运算部进一步对所述造形物的所述第1方向上的高度进行测量。

14.根据权利要求13所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述运算部基于所述焊道之中的所述第3方向上的一个端部的位置和所述造形物的高度的测量结果，对所述焊道的形状进行推定，由此对所述造形物的宽度进行测量。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述控制部以所要形成的所述造形物的宽度接近表示所设计的形状的宽度的目标值的方式对所述加工条件进行控制。

16.根据权利要求13所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述控制部以所要形成的所述造形物的宽度接近表示所设计的形状的宽度的目标值，且所要形成的所述造形物的高度接近表示所设计的形状的高度的目标值的方式，对所述加工条件进行控制。

17.根据权利要求13所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述运算部对针对所述造形物的每层测量出的焊道宽度及焊道高度的数据进行保存，使用保存的数据对所述造形物的3维形状进行复原。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述控制部在测量出的所述造形物的宽度大于预先设定的目标值的情况下，使所述加工光的输出减少，且在测量出的所述造形物的宽度小于预先设定的目标值的情况下，使所述加工光的输出增加。

19.根据权利要求1至17中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述控制部在测量出的所述造形物的宽度大于预先设定的目标值的情况下，增加使所述加工位置移动的速度，且在测量出的所述造形物的宽度小于预先设定的目标值的情况下，减少使所述加工位置移动的速度。

20.根据权利要求1至17中任一项所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述控制部在测量出的所述造形物的宽度大于预先设定的目标值的情况下，使所述加工材料的供给速度减少，且在测量出的所述造形物的宽度小于预先设定的目标值的情况下，使所述加工材料的供给速度增加。

21.根据权利要求13所述的层叠造形装置，其特征在于，

所述控制部在测量出的所述造形物的高度高于预先设定的目标值的情况下，增加使所述加工对象物向所述第1方向上升的量，且在测量出的所述造形物的高度低于预先设定的目标值的情况下，减少使所述加工对象物向所述第1方向上升的量。

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