CN1392063A

CN1392063A - 复制品制作装置

Info

Publication number: CN1392063A
Application number: CN01125940A
Authority: CN
Inventors: 佐藤善之; 佐藤正志
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2001-06-20
Publication date: 2003-01-22

Abstract

本发明的目的在于提供一种以简单且高精度地作成如旧艺术品那样的物体的复制品的复制品制作装置。本发明利用由扫描头1和控制解析装置2构成的FM激光雷达测量应该作成复制品的物体7的制作数据，由三维数据生成装置3求得物体7的三维图象数据。加工装置6沿高度方向将物体分成多层，根据物体7的形状对各层使树脂叠层固化制作出物体7的外郭部件的复制品。

Description

复制品制作装置

技术领域

本发明涉及一种复制用制作装置，该制作装置将高频波照射到物体上，并接收其反射信号，测量该物体的制作数据，复制该物体。

技术背景

一般来说，作为文化遗产的旧艺术品，例如壶或装饰品等的旧艺术品通常保管在博物馆内。但是，当旧艺术品特别古老时，就不能用于展示，人们要求制作出复制品。

现在，为制作复制品，对应该制作出复制品的物体进行拍摄，而且，测量出它的尺寸，由专家进行手工操作或机械作业来制作成该复制品。

现有技术由于是对应该制作出复制品的物体进行拍摄，且测出该物体的尺寸，然后，专家们通过手工或机械作业进行制作，因此，需要很长的制作时间，另外，为了教培养出熟练的作业者，还需要很多的时间。

因此，人们强烈要求开发出即使不为熟练作业者也能够简单且高精度地制作出复制品的技术。

发明内容

本发明的目的在提供一种能够简单且高精度地制成如旧艺术品那样的物体复制品的复制用作成装置。

本发明的特征在于利用FM激光雷达测出应该制成复制品的物体的制作数据，求出物体的立体图象数据(三维图象数据)，沿高度方向将物体切割出多层，然后根据物体的形状，将各层重叠后固化，制作出物体的复制品。

本发明是利用FM激光雷达测量物体制作的数据，求得立体图象数据后，通过叠层造形法制作复制品。FM激光雷达是使高频摆动的高频激光进行扫描并照射目标物，接收来自目标物的反射信号，利用发送频率和接收频率的差值测定出到目标物的距离的装置，因此，能够高精度地测定出目标物的制作数据。另外，叠层造形方法是为了制作出所希望的立体构造物，分层制作该立体构造物再将各层叠置而成的方法，因此，能够高精度地制作物体。因而，能够既简单又精确地制作复制品。

附图简要说明

图1是本发明一实施例的构成图。

图2是本发明所用的FM激光雷达距离测量原理说明图。

图3是本发明复制品制作的说明图。

图4是本发明的通过光造形法制作复制品的顺序说明图。

图5是本发明的通过光造形法制作复制品的顺序说明图。

图6是本发明的通过光造形法制作复制品的顺序说明图。

图7是本发明的通过光造形法制作复制品的顺序说明图。

图1示出本发明一实施例。

实施形态

图1中，载置了要作成复制品的物体(目标物)。扫描头1内装了按一定频率摆动的、发生高频激光(不可见光)的激光振荡器，对物体7沿水平和高度(垂直)方向进行扫描并照射高频激光。控制解析装置2控制扫描头1的摆动频率和扫描方向。

扫描头1接收来自物体7的高频激光的反射信号，并输送给控制解析装置2。控制解析装置2利用高频激光的反射信号测定物体7的制作数据(三维制作数据)。制作数据是用发送信号频率和接收信号频率的差值测定出的至物体7的距离数据。

由控制解析装置2测定的物体7的制作数据被输送给三维数据生成装置(CAD数据生成装置)3。三维数据生成装置3根据制作数据生成物体7的三维图象数据(立体图象数据)。由三维数据生成装置3作成的物体7的三维图象由显示器4显示。

从三维数据生成装置3向运算处理装置5输入三维图象数据，作成加工数据后输送给加工装置6。加工装置6根据加工数据通过光造形使光硬化树脂叠层固化，制作出物体7的复制品。

下面，说明动作过程。

首先，控制解析装置2和扫描头2构成FM激光雷达，然后，按如下方式测定距离。参照图2说明该测定。

FM激光雷达确定摆动频率，对目标物照射激光后接收反射信号，利用发送信号频率和接收信号频率的差，高精度地测定到目标物的距离。

图2中，纵轴是FM激光雷达的频率(摆动频率)，横轴是时间。实线A表示发送激光束的频率和时间的关系，虚线B表示接收激光束的频率和时间的关系。

如图2所示，高频激光的摆动频率是每1ms摆动0-100GHz或100-0GHz。发送激光束A和接收激光束B的时间差Δt相当于扫描头1和物体7间的距离Δd，距离Δd(mm)由用667除以发送激光束A和接收激光束B的频率差Δf得到的值表示。

FM激光雷达的主要功能如下所示：

激光频率 200THz

摆动频率 100GHz/ms

测定精度 10m±25μm，60m±125μm

测定距离 2m-60m

摆头角度水平方向：360°，垂直方向：±60°

测定速度 10,000点/分。

控制解析装置2控制扫描头1的扫描，按激光束频率摆动扫描，如上所述地，根据发送信号和接收信号的频率差求出距离后，测定物体7的制作数据。物体7的制作数据测定当从物体7的一面测定出面数据时，要转180度从不同的另一面测定出面数据。

控制解析装置2要执行以下2种处理，一处理是利用制作数据的面数据(距离数据)测量物体7的形状得到二维图象，二是进行面数据的面贴处理得到三维图象。由控制解析装置2得到的二维图象和三维图象以实时地在显示器画面上进行显示，此处省略了图示。

三维数据生成装置3对由控制解析装置2得到的三维图象制作数据给出三维位置座标，作成物体7的三维(立体)图象数据。显示器4显示出由三维数据生成装置3作成的物体7的立体图象。

从三维数据生成装置3向运算处理装置5输入三维图象数据生成加工数据后输送给加工装置6。加工装置根据加工数据通过光造形使树脂叠层固化制作出物体7的复制品。叠层造形法有热熔解叠层法，光造形法，粉末固着叠层造形法等，是为了制作出所希望的立体构造物，对立体构造物按层制作重叠而成的方法。

图3示出以运算处理装置5利用叠层造形法作成物体的概念图。图3示出制作容器(物体)的实例，其中图3(a)示出其侧面图，图3(b)示出平面图。

运算处理装置5为加工装置作成加工数据，该加工装置6用于加工物体(容器)7。如图3(a)所示，将容器7分成多层。图3(a)中图示和说明的比例方面，虽然各层的厚度看上去较厚，但实际上是分成0.1mm极薄的厚度。图3(b)示出分层中的第1层，图3(c)示出分层中的第3层。

由运算处理装置5如此作成的物体7的加工数据被输送给加工装置6。

图4-图7示出通过叠层造形法制作物体7的过程。图4-图7(a)示出加工装置6的侧面断面图，图(b)示出从上部看的概念图。

紫外线激光振荡器64设在X-Y架63上，能够在垂直于纸平面的面内作2维移动。把融解的紫外线硬化树脂61装满容器60。从紫外线激光振荡器64发出的紫外线激光61照射紫外线硬化树脂64时，受照射位置的紫外线硬化树脂61硬化。利用X-Y架62沿该物体7的形状移动紫外线激光振荡器64，作成第1层66。

作成层66后，利用升降机62按规定距离下降架65。进行同样的操作，制作出图5所示的第2层67，图6所示的第3层68。反复进行这样的操作，就能够制作出图7所示的所希望形状的容器7的外壳69，即容器外壳(外廓部件)12。在图4-图7中，为了便于说明图示较厚，实际上是极薄，只有0.1mm的厚度。

由运算处理装置5作成的加工数据生成适合于叠层造形法的数据。即，把物体(容器)外壳12相对于叠层方向按各层厚度进行分割。1层厚度因装置而异，通常为0.1mm。另外，根据物体外壳12的高度方向的尺寸，层数适当增加。

在物体厚度方向于垂直面内对各层均要判断有无物体外壳12。因而，向加工装置6输送各层的序号、相对于各层在物体厚度方向于垂直面内的位置、有无物体外壳的数据。加工装置6根据输入的加工数据制作物体外壳12。

虽然是这样来制作复制品，但先利用FM激光雷达测定应该作成复制品的物体的制作数据，求得物体的三维图象数据，沿高度方向将物体分成多层，并根据物体形状，在各层内使树脂叠层固化制作出物体复制品的外廓部件。

即，通过FM激光雷达测定物体的制作数据，求得立体图象数据，通过叠层造形法作成复制品的外廓部件。FM激光雷达能够高精度地测定目标物的制作数据，另外，叠层造形法也能够高精度地制作物体外壳(外轮廓)，能够简单且高精度地制作复制品。

上述实施例举例说明了通过光造形法利用叠层造形制作复制品，但也可以用金属或树脂粉末代替紫外线硬化树脂，用高输出激光代替紫外线激光来熔融粉末制作各层的热熔体积法同样也能够制作出。

虽然上述实施例根据物体外廓的上部作成的一例进行说明的，当然也可以与之相反根据下部来进行制作。

本发明利用FM激光雷达测定物体制作数据，求得立体图象数据，利用叠层造形法作成复制品的外廓部件，因此能够简单且高精度地制作复制品。

Claims

1.一种复制品作成装置，包括FM激光雷达，该FM激光雷达将按频率摆动、一边使高频激光扫描一边照射应该作成复制品的物体，接收来自上述物体的反射信号，测定上述物体的制作数据；输入上述制作数据后，求得上述物体的三维图象数据的三维数据生成装置；输入上述物体的三维图象数据后作成上述复制品的加工数据的运算处理装置；和加工装置，该加工装置将上述物体沿高度方向分成多层，根据上述物体的形状，对每层叠层固化，制作上述物体的复制品。

2.一种复制品作成装置，该装置包括FM激光雷达，该FM激光雷达将按频率摆动、一边使高频激光扫描一边照射应该作成复制品的物体，接收来自上述物体的反射信号，测定上述物体的三维制作数据；输入上述三维图象制作数据后，求得上述物体的三维图象数据的三维数据生成装置；输入上述物体的三维图象数据后作成上述复制品的加工数据的运算处理装置；和加工装置，上述加工装置将上述物体沿高度方向分成多层，根据上述物体的外轮廓形状，对每层叠层固化，制作上述物体的复制品。

3.一种复制品作成装置，该装置包括扫描头，该扫描头将按频率摆动、一边使高频激光扫描一边照射应该作成复制品的物体，接收来自上述物体的反射信号；控制解析装置，该控制解析装置读取由上述扫描头接收到的反射信号后测定上述物体的三维制作数据；输入上述3维制作数据后，求得上述物体的三维图象数据的三维数据生成装置；输入上述物体的三维图象数据后作成上述复制品的加工数据的运算处理装置；和加工装置，上述加工装置将上述物体沿垂直方向分成多层，根据上述物体的外轮廓形状，对每层树脂叠层固化，制作上述物体的复制品。

4.一种复制品作成装置，该装置包括扫描头，该扫描头将按频率摆动、一边使高频激光扫描一边照射应该作成复制品的物体，接收来自上述物体的反射信号；控制解析装置，该控制解析装置读取由上述扫描头接收到的反射信号后测定上述物体的三维制作数据；输入上述3维制作数据后，求得上述物体的三维图象数据的CAD数据生成装置；输入上述物体的三维图象数据后作成上述复制品的加工数据的运算处理装置；和加工装置，上述加工装置将上述物体沿垂直方向分成多层，根据上述物体的外部轮廓形状，对每层通过光造形使树脂叠层固化，制作出上述物体的复制品。

5.一种复制品作成装置，该装置包括扫描头，该扫描头将按频率摆动、一边使高频激光扫描一边照射应该作成复制品的物体，接收来自上述物体的反射信号；控制解析装置，该控制解析装置读取由上述扫描头接收到的反射信号后测定上述物体的三维制作数据；输入上述3维制作数据后，求得上述物体的三维图象数据的CAD数据生成装置；输入上述物体的三维图象数据后作成上述复制品的加工数据的运算处理装置；和加工装置，上述加工装置将上述物体沿垂直方向分成多层，根据上述物体的外部轮廓形状，对每层通过光造形使光硬化树脂叠层固化，形成上述物体的外轮廓部件，制作出上述物体的复制品。

6.一种复制品作成装置，该装置包括扫描头，该扫描头将按频率摆动、一边使高频激光扫描一边照射应该作成复制品的旧艺术品，接收来自上述旧艺术品的反射信号；控制解析装置，该控制解析装置读取由上述扫描头接收到的反射信号后测定上述旧艺术品的三维制作数据；输入上述3维制作数据后，求得上述旧艺术品的三维图象数据的CAD数据生成装置；输入上述旧艺术品的三维图象数据后作成上述复制品的加工数据的运算处理装置；和加工装置，上述加工装置将上述旧艺术品沿垂直方向分成多层，根据上述旧艺术品的外部轮廓形状，对每层通过紫外线光造形使紫外线硬化树脂叠层固化，形成上述旧艺术品的外轮廓部件，制作出上述旧艺术品的复制品。