DE102022205312A1

DE102022205312A1 - Überwachungssystem und additives fertigungssystem

Info

Publication number: DE102022205312A1
Application number: DE102022205312.5A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Sakai; Yasutomo Shiomi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2022-12-01
Also published as: JP2022182325A; US20220379383A1; CN115401220A

Abstract

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Überwachungssystem eine Erfassungsvorrichtung und eine Verarbeitungsvorrichtung. Die Erfassungsvorrichtung sammelt Informationen über einen verfestigten Teil, der bei der additiven Fertigung verfestigt wird. Bei der additiven Fertigung wird eine Vielzahl von Schichten durch wiederholtes Schmelzen und Erstarren eines Metallpulvers gebildet. Die Verarbeitungsvorrichtung erzeugt Qualitätsdaten über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers des erstarrten Teils, indem sie die Informationen verwendet, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers zu bestimmen.

Description

GEBIET
Die hier beschriebenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen ein Überwachungssystem und ein additives Fertigungssystem.
HINTERGRUND
Es gibt eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, die einen Gegenstand durch additive Fertigung herstellt. Bei der additiven Fertigung werden Schichten durch wiederholtes Schmelzen und Erstarren eines Metallpulvers nacheinander aufgetragen. Eine Technologie, mit der sich die Qualität eines additiv gefertigten Gegenstandes leichter feststellen lässt, ist wünschenswert.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die ein additives Fertigungssystem gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Überwachungssystems gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem einer Vorrichtung zur additiven Fertigung veranschaulicht;
4 ist eine schematische Ansicht, die das Aussehen der additiven Fertigung veranschaulicht;
5 ist eine schematische Ansicht, die ein von der bildgebenden Vorrichtung erhaltenes Bild zeigt;
6A und 6B sind schematische Ansichten zur Beschreibung von Abbildungsbereichen;
7 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Überwachungssystems gemäß der Ausführungsform illustriert;
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines additiven Fertigungssystems gemäß der Ausführungsform illustriert;
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Überwachungssystems gemäß der Ausführungsform illustriert;
10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Überwachungssystems gemäß der Ausführungsform illustriert; und
11 ist eine schematische Ansicht, die eine Hardwarekonfiguration veranschaulicht.

DETAILLIERTBESCHREIBUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Überwachungssystem eine Erfassungsvorrichtung und eine Verarbeitungsvorrichtung. Die Erfassungsvorrichtung sammelt Informationen über einen verfestigten Abschnitt, der bei der additiven Fertigung verfestigt wird. Bei der additiven Fertigung wird eine Vielzahl von Schichten durch wiederholtes Schmelzen und Erstarren eines Metallpulvers gebildet. Die Verarbeitungsvorrichtung erzeugt Qualitätsdaten über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers des erstarrten Teils, indem sie die Informationen verwendet, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers zu bestimmen.
Verschiedene Ausführungsformen werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die Zeichnungen sind schematisch und konzeptionell; und die Beziehungen zwischen der Dicke und Breite von Teilen, die Größenverhältnisse zwischen den Teilen usw. entsprechen nicht unbedingt den tatsächlichen Werten. Die Abmessungen und Proportionen können in den Zeichnungen unterschiedlich dargestellt sein, selbst bei identischen Teilen.
In der Beschreibung und in den Zeichnungen sind Komponenten, die den zuvor beschriebenen oder in einer vorangegangenen Zeichnung dargestellten ähnlich sind, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine detaillierte Beschreibung wird gegebenenfalls weggelassen.
1 ist eine schematische Ansicht, die ein additives Fertigungssystem gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Überwachungssystems gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem für eine Vorrichtung zur additiven Fertigung veranschaulicht.
Wie in 1 dargestellt, umfasst das additive Fertigungssystem 2 das Überwachungssystem 1 und die Vorrichtung für die additive Fertigung 100.
Wie in 1 dargestellt, umfasst die Vorrichtung zur additiven Fertigung 100 einen ersten Behälter 110, eine erste Stufe 111, einen zweiten Behälter 120, eine zweite Stufe 121, einen Beschichter 130, eine Bestrahlungsvorrichtung 140 und ein optisches System 141.
Im Inneren des ersten Behälters 110 befindet sich ein Pulverbett 205, auf dem ein Metallpulver 201 verteilt ist. Die Vorrichtung 100 zur additiven Fertigung schmilzt das Metallpulver 201, das sich an der Oberseite des Pulverbettes 205 befindet, teilweise auf. Das geschmolzene Metallpulver 201 erstarrt und bildet eine verfestigte Schicht. Durch wiederholtes Hinzufügen und Verbinden anderer verfestigter Schichten mit der erstarrten Schicht wird ein verfestigter Abschnitt 210 gebildet. Schließlich wird ein Gegenstand aus dem erstarrten Teil 210 hergestellt.
Die Vorrichtung 140 bestrahlt das Metallpulver 201 des ersten Behälters 110 mit dem Laserstrahl 150. Die Bestrahlungsvorrichtung 140 kann einen Elektronenstrahl aussenden. Der Laserstrahl 150 wird durch das optische System 141 reflektiert und auf einen Teil des Pulverbettes 205 gestrahlt. Der Laserstrahl 150 wird durch Ansteuerung des optischen Systems 141 auf eine beliebige Stelle des Pulverbettes 205 gestrahlt.
Der zweite Behälter 120 speichert das Metallpulver 201, das dem ersten Behälter 110 zugeführt wird. Die erste Stufe 111 befindet sich im unteren Teil des ersten Behälters 110.
Die zweite Stufe 121 befindet sich im unteren Teil des zweiten Behälters 120. Die erste Stufe 111 und die zweite Stufe 121 können angehoben und abgesenkt werden. Das Niveau der Oberseite des Pulverbettes 205 und das Niveau der Oberseite des erstarrten Teils 210 werden durch Anheben oder Absenken der ersten Stufe 111 verändert. Das Niveau der Oberseite des im zweiten Behälter 120 gelagerten Metallpulvers 201 wird durch Anheben oder Absenken der zweiten Stufe 121 verändert.
Die erste Stufe 111 wird abgesenkt, nachdem eine neue erstarrte Schicht des verfestigten Teils 210 durch den Laserstrahl 150, der das Metallpulver 201 aufschmilzt, hinzugefügt wurde. Die Oberseite des Pulverbettes 205 und die Oberseite des erstarrten Abschnittes 210 liegen tiefer als die Oberseite des ersten Behälters 110. Anschließend wird die zweite Stufe 121 angehoben. Die Oberseite des im zweiten Behälter 120 gelagerten Metallpulvers 201 liegt höher als die Oberseite des zweiten Behälters 120. Der Beschichter 130 bewegt sich vom zweiten Behälter 120 in Richtung des ersten Behälters 110. Das Metallpulver 201, das höher liegt als die Oberseite des zweiten Behälters 120, wird von der Beschichtungsvorrichtung 130 zum ersten Behälter 110 transportiert. Eine neue Schicht des Metallpulvers 201 wird von der Beschichtungsanlage 130 auf das Pulverbett 205 und den erstarrten Teil 210 aufgebracht.
Das Überwachungssystem 1 sammelt Informationen über die additive Fertigung der Vorrichtung 100. Das Überwachungssystem 1 verwendet die Informationen, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers des erstarrten Teils 210 festzustellen. Außerdem erzeugt das Überwachungssystem 1 auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses Qualitätsdaten über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Überwachungssystem 1 eine bildgebende Vorrichtung 21, einen Temperatursensor 22 und eine Beleuchtungsvorrichtung 23.
Bei der bildgebenden Vorrichtung 21 handelt es sich beispielsweise um eine Kamera, die das Aussehen des ersten Behälters 110 bei der additiven Fertigung abbildet. Die bildgebende Vorrichtung 21 bildet das Pulverbett 205, den erstarrten Teil 210, ein durch das Schmelzen des Metallpulvers 201 erzeugtes Schweißbad 220, den auf die Oberfläche des Pulverbettes 205 auftreffenden Laserstrahl 150 und so weiter ab. Dabei wird das Bild des Erscheinungsbildes der additiven Fertigung als Information gesammelt.
Der Temperatursensor 22 misst die Temperatur des Pulverbetts 205, des erstarrten Teils 210 oder des Schweißbads 220. So werden die Temperaturen der Komponenten in der additiven Fertigung, die Temperaturverteilung der Gesamtheit usw. als Information erfasst. Der Temperatursensor 22 misst beispielsweise die Temperatur eines Objekts anhand der vom Objekt abgestrahlten Infrarotstrahlung.
Die Beleuchtungsvorrichtung 23 beleuchtet das Pulverbett 205, so dass die Vorrichtung 21 ein deutlicheres Bild erhalten kann. Ein optisches System zur Einstellung der Abbildungsposition der Abbildungsvorrichtung 21 und der Beleuchtungsposition der Beleuchtungsvorrichtung 23 kann in geeigneter Weise umfasst sein.
2 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration des Überwachungssystems gemäß der Ausführungsform zeigt.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das Überwachungssystem 1 gemäß der Ausführungsform ferner eine Verarbeitungsvorrichtung 11, eine Eingabevorrichtung 12, eine Anzeigevorrichtung 13 und eine Speichervorrichtung 14.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erzeugt Qualitätsdaten auf der Grundlage von Informationen, die von der bildgebenden Vorrichtung 21 und dem Temperatursensor 22 erfasst werden. Die Eingabevorrichtung 12 wird für die Eingabe von Merkmalen in die Verarbeitungsvorrichtung 11 verwendet. Die Anzeigevorrichtung 13 zeigt die von der Verarbeitungsvorrichtung 11 ausgegebenen Daten einem Benutzer an. Die Speichervorrichtung 14 speichert die Daten. Beispielsweise speichern die bildgebende Vorrichtung 21 und der Temperatursensor 22 die erfassten Informationen in der Speichervorrichtung 14. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erfasst die Informationen durch Zugriff auf die Speichervorrichtung 14.
Der Betrieb der Bildgebungsvorrichtung 21, des Temperatursensors 22 und der Beleuchtungsvorrichtung 23 kann von der Verarbeitungsvorrichtung 11 oder von einer anderen Steuereinheit gesteuert werden.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Steuersystem der Vorrichtung zur additiven Fertigung zeigt.
Wie beispielsweise in 3 dargestellt, umfasst die Vorrichtung zur additiven Fertigung 100 ferner eine Steuereinheit 101. Die Steuereinheit 101 steuert den Betrieb der ersten Stufe 111, der zweiten Stufe 121, des Beschichters 130, der Bestrahlungsvorrichtung 140 und des optischen Systems 141. Die Steuereinheit 101 bezieht sich auf voreingestellte Bedingungen der additiven Fertigung und betreibt die Komponenten entsprechend den Bedingungen.
4 ist eine schematische Ansicht, die das Aussehen der additiven Fertigung zeigt.
In 4 wird das Metallpulver 201 geschmolzen, indem der Laserstrahl 150 als Wärmequelle auf einen Teil des Pulverbettes 205 gestrahlt wird. Bei der Wärmequelle kann es sich um einen Elektronenstrahl handeln. Das Schweißbad 220 wird aus dem geschmolzenen Metallpulver 201 gebildet. Der erstarrte Teil 210 wird durch das Erstarren des geschmolzenen Metallpulvers 201 gebildet.
Der erstarrte Abschnitt 210 umfasst mehrere Raupen 211. Die Raupen 211 erstrecken sich entlang einer ersten Richtung D1, entlang der der Laserstrahl 150 gescannt wird. Die Mehrfachwülste 211 sind in einer zweiten Richtung D2 angeordnet, die senkrecht zur ersten Richtung D1 verläuft.
Wenn eine oder mehrere Sicken 211 für das Metallpulver 201 einer Schicht gebildet werden, die sich entlang der ersten und zweiten Richtung D1 und D2 ausbreitet, wird eine neue Schicht des Metallpulvers 201 in einer dritten Richtung D3 zugeführt. Die dritte Richtung D3 steht senkrecht zu den ersten und zweiten Richtungen D1 und D2. In der neuen Schicht des Metallpulvers 201 werden weitere Raupen gebildet.
Die bildgebende Vorrichtung 21 bildet das Schweißbad 220 und eine oder mehrere Raupen 211 ab, wenn der Laserstrahl 150 eingestrahlt wird. Die bildgebende Vorrichtung 21 kann das Pulverbett 205 vor der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 150 abbilden. Die bildgebende Vorrichtung 21 kann das Pulverbett 205 und den erstarrten Teil 210 nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 150 und vor der Zufuhr eines neuen Metallpulvers 201 abbilden.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein von der Vorrichtung aufgenommenes Bild zeigt.
Der Laserstrahl 150, das Metallpulver 201, mehrere Raupen 211a bis 211c und das Schweißbad 220 werden in dem in 5 dargestellten Bild (einem ersten Bild) abgebildet. Die Raupe 211b (eine zweite Raupe) wird vor der Raupe 211a (einer ersten Raupe) gebildet. Der Wulst 211c wird vor dem Wulst 211b geformt. Der Wulst 211b befindet sich zwischen den Wülsten 211a und 211c und liegt neben den Wülsten 211a und 211c.
Beim Empfang des in 5 dargestellten Bildes extrahiert die Verarbeitungsvorrichtung 11 Daten, die als Merkmale der additiven Fertigung verwendet werden, aus dem Bild. Beispielsweise extrahiert die Verarbeitungsvorrichtung 11 erste Daten, die mindestens ein Merkmal umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einer Breite W1 des Wulstes 211a direkt nach der Verfestigung, der Kontur des Wulstes 211a, der Oberflächenkonfiguration des Wulstes 211a einer Breite W2 der Raupe 211b, der Kontur der Raupe 211b, der Oberflächenkonfiguration der Raupe 211b, einer Breite W3 der Raupe 211c, der Kontur der Raupe 211c, der Oberflächenkonfiguration der Raupe 211c, der Kontur des Schweißbads 220 und der Größe des Laserstrahls 150.
„Unmittelbar nach dem Erstarren“ bezieht sich auf die Raupe 211 auf der Linie, entlang der der Laserstrahl 150 gescannt wurde. Die Raupe 211 direkt nach der Erstarrung ist in der ersten Richtung D1 mit dem Schweißbad 220 angeordnet. Die Breite der Raupe 211a, 211b, oder 211c entspricht der Länge der Raupe 211a, 211b, oder 211c in der zweiten Richtung D2. Als Oberflächenbeschaffenheit kann mindestens eines der folgenden Merkmale verwendet werden: die Größe und die Position einer lokalen Vertiefung (eines Lochdefekts), die Oberflächenrauheit und der Glanz (die Leuchtdichte). Die Größe des Laserstrahls 150 wird durch die Fläche des Bereichs dargestellt, der von der Kontur des Laserstrahls 150 umgeben ist.
In der Vorrichtung 14 kann ein erstes Modell zur Extraktion der ersten Daten aus dem Bild gespeichert sein. Das erste Modell umfasst beispielsweise ein neuronales Netz. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 gibt das Bild in das erste Modell ein und erfasst die ersten Merkmale, die von dem ersten Modell ausgegeben werden. Beispielsweise gibt das erste Modell bei Eingabe des in 5 dargestellten Bildes die Liniensegmente Li1 bis Li3 aus. Die Liniensegmente Li1 zeigen die Kontur des Wulstes 211a und sind die Grenzlinie zwischen dem Wulst 211a und dem Metallpulver 201 sowie die Grenzlinie zwischen dem Wulst 211a und dem Wulst 211b. Das Liniensegment Li2 zeigt die Kontur des Laserstrahls 150. Das Liniensegment Li3 zeigt die Kontur des Schweißbades 220.
Bei der Erfassung der ersten Merkmale greift die Verarbeitungsvorrichtung 11 auf eine Datenbank zurück, die in der Speichervorrichtung 14 gespeichert ist. Die Datenbank umfasst Bedingungen für die Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Fehlers auf der Grundlage der ersten Daten.
Beispielsweise ändert sich die Breite einer der Sicken 211 lokal in einem Bereich, in dem ein Defekt vorliegt. Es wird festgestellt, dass ein Defekt einen Bereich umfasst, wenn die Breite des Bereichs kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Ein weiteres Beispiel ist, dass eine ausreichende Menge des Metallpulvers 201 nicht aufgeschmolzen werden kann und ein Defekt leicht auftritt, wenn die Größe des Laserstrahls 150 klein ist. Es wird festgestellt, dass ein Defekt einen Bereich umfasst, wenn die Größe des Laserstrahls 150 kleiner als ein voreingestellter Schwellenwert ist.
Beispielsweise extrahiert die Verarbeitungsvorrichtung 11 als erste Daten mehrere Daten, die die Kontur der Raupe 211a, die Kontur des Schweißbads 220 und die Größe des Laserstrahls 150 umfassen. Die Datenbank umfasst Bedingungen für die Kontur der Raupe 211a, die Kontur des Schweißbades 220 und die Größe des Laserstrahls 150. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers fest, indem sie die Mehrfachdaten mit den jeweiligen Mehrfachbedingungen vergleicht.
Die Datenbank kann Informationen umfassen, die sich auf die Art des Fehlers beziehen. Beispielsweise kann es sich bei dem Defekt um eine Hinterschneidung handeln, bei der der erstarrte Teil 210 lokal dünn ist, um eine Überlappung, bei der der erstarrte Teil 210 lokal dick ist, um Spritzer, die sich bilden, wenn das geschmolzene Metall verstreut wird, und so weiter. Für jedes Merkmal werden mehrere Bedingungen festgelegt, die mehreren Arten von Fehlern entsprechen. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 bestimmt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers und die Art des Fehlers auf der Grundlage der in der Datenbank erfassten Mehrfachbedingungen.
Das Vorhandensein des Fehlers kann als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt werden. Beispielsweise wird für jedes Merkmal eine oder mehrere Bedingungen festgelegt. Für jede Bedingung wird die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins des Fehlers festgelegt. Wenn die Bedingung erfüllt ist, wird das Vorhandensein des Fehlers mit der festgelegten Wahrscheinlichkeit festgestellt. Die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein des Fehlers erhöht sich, wenn mehrere Bedingungen erfüllt sind.
6A und 6B sind schematische Ansichten zur Beschreibung von Abbildungsbereichen.
6A zeigt eine erste Schicht A1 des Metallpulvers 201, das dem ersten Behälter 110 zugeführt wird. Die Schicht A1 umfasst mehrere Bereiche B11 bis Bxy in der ersten und zweiten Richtung D1 und D2. Im dargestellten Beispiel sind die x-Bereiche B in der ersten Richtung D1 und die y-Bereiche B in der zweiten Richtung D2 angeordnet. Ein Bereich C, der abgebildet wird, ist größer als ein Bereich B. Die Vorrichtung 21 bildet den Laserstrahl 150, den erstarrten Abschnitt 210 und das Schweißbad 220 ab, wenn der Laserstrahl 150 auf jeden der Bereiche B11 bis Bxy eingestrahlt wird. Dabei werden xy-Bilder für die Schicht A1 erfasst.
Die bildgebende Vorrichtung 21 wiederholt in ähnlicher Weise die Bildaufnahme für jede der Schichten. 6B zeigt beispielsweise eine z-te Schicht Az, die dem ersten Behälter 110 zugeführt wird. Ähnlich wie bei der Schicht A1 nimmt die bildgebende Vorrichtung 21 jeden der Bereiche B11 bis Bxy der Schicht Az auf, wenn der Laserstrahl 150 eingestrahlt wird.
Die bildgebende Vorrichtung 21 nimmt mehrere Bilder auf, die in der ersten Richtung D1, der zweiten Richtung D2 oder der dritten Richtung D3 jeweils unterschiedliche Abbildungspositionen haben. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 bestimmt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts in den mehreren Abbildungsbereichen auf der Grundlage der mehreren Bilder.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts auf der Grundlage der Differenz zwischen den mehreren Bildern bestimmen. Typischerweise ist die Anzahl der Bereiche, die einen Defekt umfassen, geringer als die Anzahl der Bereiche, die keinen Defekt umfassen. Die Differenz zwischen den Bildern der Bereiche, die keinen Defekt umfassen, ist relativ gering. Der Unterschied ist relativ groß zwischen dem Bild eines Bereichs, der keinen Fehler umfasst, und dem Bild eines Bereichs, der einen Fehler umfasst.
Beispielsweise gibt die Verarbeitungsvorrichtung 11 ein neues Bild und ein oder mehrere frühere Bilder in das erste Modell ein und erfasst die jedem Bild entsprechenden Liniensegmente Li1 bis Li3. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 berechnet die Merkmalsdifferenz zwischen den mehreren Bildern für die Liniensegmente Li1 bis Li3. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 bestimmt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers in dem Bereich, der in dem neuen Bild abgebildet ist, indem sie die Differenz mit einer vorgegebenen Bedingung vergleicht.
Oder es kann ein Referenzbild ohne Defekt in der Vorrichtung 14 vorgespeichert werden. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 errechnet die Differenz zwischen dem neuen Bild und dem Referenzbild. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 verwendet die Differenz, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts in dem im neuen Bild abgebildeten Bereich festzustellen.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann die Differenz zwischen den Bildern der Bereiche B der Schichten A1 bis Az an derselben Position in der ersten und zweiten Richtung D1 und D2 berechnen. Beispielsweise berechnet die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Unterschiede zwischen dem Bild des Bereichs B11 der Schicht Az und jedem der Bilder der Bereiche B11 der Schichten A1 bis Az-1.
Beispielsweise berechnet die Verarbeitungsvorrichtung 11 eine oder beide Luminanzdifferenzen oder Kontrastwertdifferenzen als Differenz. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann die Berechnung der Differenz durch Berechnung des Kontrastgradienten durch Differenzierung benachbarter Pixelbereiche, quantitative Berechnung der Periodizität durch Fourier-Transformation, einfache Berechnung der Schattierungsdifferenz und so weiter durchführen. Der Pixelbereich ist ein Bereich, der aus einem oder mehreren Pixeln besteht. Als Bedingung für die Differenz wird ein Schwellenwert vorgegeben. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt fest, dass der Bereich im neuen Bild einen Fehler umfasst, wenn die Differenz größer als der Schwellenwert ist.
Die bildgebende Vorrichtung 21 kann ein Bild (ein zweites Bild) erfassen, indem sie das Pulverbett 205 abbildet, nachdem die neue Schicht des Metallpulvers 201 zugeführt wurde und bevor der Laserstrahl 150 eingestrahlt wird. Beispielsweise berechnet die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Position in der dritten Richtung D3 an jedem von mehreren Punkten des Pulverbettes 205 aus dem erhaltenen Bild und berechnet die durchschnittliche Position der Positionen. Mit „Punkt“ ist ein Teil eines „Bereichs“ gemeint. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 berechnet den Abstand (die Differenz) zwischen der Durchschnittsposition und der Position eines jeden Punktes. Eine Bedingung (ein Schwellenwert) für den Abstand ist voreingestellt. Wenn der Abstand größer als der Schwellenwert ist, gibt dies an, dass die Oberfläche des erstarrten Teils 210, der an dem Punkt gebildet wird, lokal vertieft oder vorstehend ist. Der erstarrte Abschnitt 210, der sich direkt unter dem Punkt befindet, für den der Abstand größer als der Schwellenwert ist, wird von der Verarbeitungsvorrichtung 11 als einen Fehler umfassend erkannt. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Fehlers hoch, wenn das Metallpulver 201 an einem Punkt erstarrt, an dem der Abstand größer als der Schwellenwert ist. Daher kann davon ausgegangen werden, dass an dem Punkt, an dem der Abstand größer als der Schwellenwert ist, ein Defekt vorliegt (auftritt). Die bildgebende Vorrichtung 21 kann einen Tiefensensor umfassen, um die Position in der dritten Richtung D3 mit höherer Genauigkeit zu erfassen.
Beispielsweise nimmt die bildgebende Vorrichtung 21 das Pulverbett 205 an mehreren Positionen in der ersten und zweiten Richtung D1 und D2 auf. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erstellt ein Gesamtbild, indem sie die in der ersten und zweiten Richtung D1 und D2 aufgenommenen Bilder anordnet und miteinander verknüpft. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 berechnet den Abstand zwischen der durchschnittlichen Position und der Position jedes Punktes in einem Gesamtbild.
Die bildgebende Vorrichtung 21 kann ein Bild (ein drittes Bild) erfassen, indem sie den erstarrten Teil 210 nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 150 und vor der Zufuhr einer neuen Schicht des Metallpulvers 201 abbildet. Beispielsweise erhält die Verarbeitungsvorrichtung 11 ein Gesamtbild, indem sie Bilder der Bereiche des erstarrten Abschnitts 210 miteinander verknüpft. Aus dem erhaltenen Bild berechnet die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Positionen in der dritten Richtung D3 der Punkte des erstarrten Abschnitts 210 und die durchschnittliche Position der Positionen. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 berechnet den Abstand (die Differenz) zwischen der Durchschnittsposition und der Position jedes Punktes. Für den Abstand wird eine Bedingung (ein Schwellenwert) vorgegeben. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt fest, dass ein Fehler an einem Punkt vorliegt, an dem der Abstand größer als der Schwellenwert ist.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann auf dem erstarrten Teil 210 vorhandene Spritzer aus dem Gesamtbild erkennen. Beispielsweise wird ein Bereich, in dem die Position in der dritten Richtung D3 um einen vorgegebenen Schwellenwert größer ist als die Durchschnittsposition, als Spritzer gezählt. Der Bereich, in dem Spritzer erkannt werden, wird von der Verarbeitungsvorrichtung 11 als ein Bereich bestimmt, der einen Fehler umfasst. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann einen Bereich, in dem Spritzer vorhanden sind, als Bereich bestimmen, der einen Defekt umfasst, wenn mehr als eine bestimmte Anzahl von Spritzern innerhalb eines vorgegebenen Oberflächenbereichs vorhanden ist. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Defekt auftritt, ist hoch, wenn das Metallpulver 201 in einem Bereich erstarrt, in dem Spritzer vorhanden sind. Daher kann davon ausgegangen werden, dass ein Defekt in einem Bereich vorhanden ist, wenn der Bereich auf einem Bereich positioniert ist, in dem Spritzer vorhanden sind.
Es können mehrere bildgebende Vorrichtungen 21 umfasst sein. Beispielsweise kann die bildgebende Vorrichtung 21, die den Bereich bei der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 150 abbildet, und eine andere bildgebende Vorrichtung 21, die das Pulverbett 205 oder den erstarrten Teil 210 vor oder nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 150 abbildet, umfasst sein.
Der Temperatursensor 22 misst die Temperatur jedes Teils der additiven Fertigung. Beispielsweise misst der Temperatursensor 22 die Temperatur der Raupe 211a direkt nach der Erstarrung, die Temperatur der Raupe 211b, die Temperatur der Raupe 211c oder die Temperatur des in 5 dargestellten Schweißbads 220 und erzeugt zweite Temperaturdaten.
Bei der Erfassung der zweiten Merkmale greift die Verarbeitungsvorrichtung 11 auf die in der Speichervorrichtung 14 gespeicherte Datenbank zurück. Die Datenbank umfasst Bedingungen für die Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Fehlers auf der Grundlage der zweiten Daten. Beispielsweise umfasst die Datenbank Bedingungen (Schwellenwerte) für die Temperatur der Raupe 211a, die Temperatur der Raupe 211b, die Temperatur der Raupe 211c und die Temperatur des Schweißbades 220. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers fest, indem sie die in den zweiten Daten erfassten Mehrfachtemperaturen mit den jeweiligen Mehrfachbedingungen vergleicht. Beispielsweise wird festgestellt, dass ein Fehler umfasst ist, wenn die Temperatur der Raupe 211a direkt nach der Erstarrung oder die Temperatur des Schweißbads 220 unter einem Schwellenwert liegt.
Wenn beispielsweise die Temperatur der Raupe 211a, der Raupe 211b oder der Raupe 211c unter dem Schwellenwert liegt, besteht die Möglichkeit, dass in dem erstarrten Abschnitt 210 aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen der Raupe 211a, der Raupe 211b und der Raupe 211c ein Riss oder eine thermische Verformung entsteht. Außerdem ändert sich die Formationsdichte, wenn sich die Breite einer der Sicken ändert. Eine große Änderung der Formationsdichte kann zu einem Fehler führen, der durch das Auftreten eines Schweißfehlers oder eines Hohlraums, der einen Schweißfehler verursacht, verursacht wird.
Die Datenbank kann Informationen umfassen, die die Fehlerarten betreffen. Beispielsweise werden für die Temperaturen der Raupe 211a, der Raupe 211b oder des Schweißbades 220 mehrere Bedingungen festgelegt, die mehreren Fehlerarten entsprechen. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 bestimmt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers und die Art des Fehlers auf der Grundlage der mehreren in der Datenbank erfassten Bedingungen. Das Vorhandensein des Fehlers kann als Wahrscheinlichkeit ausgedrückt werden. Beispielsweise werden mehrere Bedingungen für die jeweiligen Mehrfachdaten festgelegt. Die Wahrscheinlichkeit für das Vorhandensein eines Fehlers ist für jede der Bedingungen vorgegeben. Wenn eine Bedingung erfüllt ist, wird das Vorhandensein eines Fehlers mit der eingestellten Wahrscheinlichkeit festgestellt. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fehler vorliegt, erhöht sich, wenn mehrere Bedingungen erfüllt sind.
Ähnlich wie die bildgebende Vorrichtung 21 verfolgt der Temperatursensor 22 die Einstrahlung des Laserstrahls 150 und misst die Temperatur in den Bereichen der einzelnen Schichten. Beispielsweise misst der Temperatursensor 22 die Temperaturen der Raupe 211a, der Raupe 211b und des Schweißbads 220, wenn der Laserstrahl 150 auf jeden der in 6A dargestellten Bereiche B11 bis Bxy einstrahlt.
Der Temperatursensor 22 kann die Temperatur in den Bereichen des Pulverbettes 205 messen, nachdem eine neue Schicht des Metallpulvers 201 zugeführt wurde und bevor der Laserstrahl 150 eingestrahlt wird. Beispielsweise erzeugt die Verarbeitungsvorrichtung 11 aus mehreren Messergebnissen die Temperaturverteilung des Pulverbettes 205. Aus der Temperaturverteilung errechnet die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Durchschnittstemperatur, die Temperaturschwankung und so weiter. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers fest, indem sie die berechneten Werte mit vorgegebenen Bedingungen (Schwellenwerten) vergleicht.
Der Temperatursensor 22 kann die Temperatur jedes Bereichs nach der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 150 und vor der Zuführung einer neuen Schicht des Metallpulvers 201 messen. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erzeugt aus den mehrfachen Messergebnissen die Temperaturverteilung des Pulverbetts 205 und des erstarrten Teils 210.
Wenn beispielsweise die Temperaturverteilung groß ist, kann es zu einer Verzerrung der Eigenspannung innerhalb der Schicht, einer ungleichmäßigen Form usw. kommen. Wenn die Temperaturverteilung nicht unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Formationsfehlers in der Schicht und in den vertikal angrenzenden Schichten hoch. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt fest, dass Defekte in der Schicht und in den angrenzenden Schichten umfasst sind.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 speichert das Ermittlungsergebnis in der Speichervorrichtung 14. Wenn ein Defekt festgestellt wird, speichert die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Position des Defekts in der Speichervorrichtung 14. Wenn ein Fehler festgestellt wird, kann die Verarbeitungsvorrichtung 11 das bei der Bestimmung verwendete Bild mit dem Bestimmungsergebnis und der Fehlerposition verknüpfen. Beispielsweise umfassen die Qualitätsdaten das Ergebnis der Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Fehlers, die Position des Fehlers und das Bild, das bei der Bestimmung des Vorhandenseins des Fehlers für den hergestellten Artikel verwendet wurde.
7 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Überwachungssystems gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
Die Erfassungsvorrichtung sammelt Informationen in der additiven Fertigung (Schritt S1). Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erfasst die erfassten Informationen (Schritt S2). Die Verarbeitungsvorrichtung 11 verwendet die Informationen, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fehlers an den Positionen zu bestimmen, an denen die Informationen gesammelt werden (Schritt S3). Bei der Bestimmung wird jedes Merkmal, das die erfassten Informationen umfassen, mit einer vorgegebenen Bedingung verglichen. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erzeugt Qualitätsdaten über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers (Schritt S4).
Die Vorteile der Ausführungsform werden nun beschrieben.
Es gibt Fälle, in denen ein Defekt in einem durch additive Fertigung hergestellten Gegenstand vorliegt. Ein Defekt des Artikels ist beispielsweise ein Hohlraum. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers und die Anzahl der Fehler stehen in Zusammenhang mit der Qualität des Artikels. Die Qualität gilt als schlecht, wenn ein Fehler vorhanden ist oder die Anzahl der Fehler hoch ist. Beispielsweise wirkt sich die Qualität auf den Preis der Ware, den Verwendungszweck der Ware und so weiter aus. Oder es werden Artikel mit schlechter Qualität vom Geschäftsverkehr ausgeschlossen. Mit anderen Worten, es ist vorteilhaft, die Qualität des hergestellten Artikels feststellen zu können, um den Preis des Artikels, den Verwendungszweck, die Möglichkeit von Geschäftsabschlüssen usw. zu bestimmen.
Es gibt auch eine Methode, bei der eine zerstörungsfreie Prüfung des hergestellten Artikels durchgeführt wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Fehlern und die Anzahl der Fehler zu überprüfen. Eine solche Methode ist jedoch zeit- und kostenaufwendig für die Prüfung. Daher ist eine Technologie wünschenswert, mit der die Qualität des Artikels leichter festgestellt werden kann.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem 1 sammelt die Erfassungsvorrichtung Informationen in der additiven Fertigung. Die Erfassungsvorrichtung ist die bildgebende Vorrichtung 21 oder der Temperatursensor 22. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 nutzt die gesammelten Informationen, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Fehlern festzustellen. Außerdem erzeugt die Verarbeitungsvorrichtung 11 Qualitätsdaten, die das Ergebnis der Bestimmung umfassen.
Da die Informationen während der additiven Fertigung gesammelt werden, ist es nicht erforderlich, einen separaten Prüfprozess nach der Herstellung des Artikels bereitzustellen. Außerdem kann der Benutzer anhand der Qualitätsdaten die Wahrscheinlichkeit eines Defekts an dem hergestellten Artikel feststellen. Beispielsweise kann der Benutzer die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Fehlers, die Anzahl der möglicherweise vorhandenen Fehler und so weiter ermitteln. Gemäß der Ausführungsform kann die Qualität des Artikels aus der additiven Fertigung leichter festgestellt werden.
Das Überwachungssystem 1 gemäß der Ausführungsform kann nachträglich zu einer bereits vorhandenen Vorrichtung zur additiven Fertigung 100 hinzugefügt werden. Durch das Hinzufügen des Überwachungssystems 1 zu einer bereits vorhandenen additiven Fertigungsvorrichtung 100 kann der notwendige Aufwand im Vergleich zur Neuanschaffung einer additiven Fertigungsvorrichtung mit einer eingebetteten Fehlerermittlungsfunktion reduziert werden.
Günstig ist es, wenn die Qualitätsdaten die Positionen der Fehler des gefertigten Artikels umfassen. Der Anwender kann leicht feststellen, an welchen Stellen des Artikels Fehler vorhanden sein können. Günstig ist es, wenn die Qualitätsdaten auch die Bilder umfassen, die bei der Bestimmung der Fehler verwendet werden. Der Benutzer kann auf einfache Weise die Sicherheit der Ermittlungsergebnisse der Verarbeitungsvorrichtung 11 überprüfen. Die Position des Fehlers kann in jedem Bild markiert sein, so dass der Benutzer die Position des Fehlers innerhalb des Bildes leicht feststellen kann.
Anstelle einer Bestimmung auf der Grundlage einer vorgegebenen Bedingung kann die Verarbeitungsvorrichtung 11 ein zweites Modell zur Bestimmung des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Fehlers verwenden. Das zweite Modell umfasst beispielsweise ein neuronales Netz. Wenn die ersten Merkmale oder die zweiten Merkmale erfasst werden, gibt die Verarbeitungsvorrichtung 11 die ersten Merkmale oder die zweiten Merkmale in das zweite Modell ein. Das zweite Modell gibt Daten über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts aus. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erfasst die Ausgabe des zweiten Modells als Ergebnis der Bestimmung. Das zweite Modell wird anhand mehrerer Merkmale trainiert. Die Lerndaten umfassen die ersten Daten, die zweiten Daten und Kennzeichnungen für die Daten. Die Kennzeichnungen geben das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers und die Art des Fehlers an.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann ein endgültiges Bestimmungsergebnis erfassen, indem sie die Bestimmung auf der Grundlage der voreingestellten Bedingung und die Bestimmung des zweiten Modells kombiniert. Beispielsweise stellt die Verarbeitungsvorrichtung 11 fest, dass der Bereich einen Defekt umfasst, wenn auf der Grundlage der voreingestellten Bedingung festgestellt wird, dass ein Defekt vorhanden ist. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 gibt die ersten Merkmale oder die zweiten Merkmale auch dann in das zweite Modell ein, wenn auf der Grundlage der vorgegebenen Bedingung kein Fehler festgestellt wird. Wenn das zweite Modell das Vorhandensein eines Fehlers angibt, bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 11, dass der Bereich einen Fehler umfasst. Durch die Kombination des zweiten Modells kann das Vorhandensein eines Fehlers, der nur anhand der Bedingung schwer zu bestimmen ist, mit höherer Genauigkeit ermittelt werden.
8 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines additiven Fertigungssystems gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
In dem additiven Fertigungssystem 2 können die Verarbeitungsbedingungen der Vorrichtung für die additive Fertigung 100 entsprechend dem Ergebnis der Bestimmung durch das Überwachungssystem 1 geändert werden. Insbesondere modifiziert die Verarbeitungsvorrichtung 11 eine Verarbeitungsbedingung der additiven Fertigung, wenn ein Fehler festgestellt wird. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 speichert die geänderte Verarbeitungsbedingung in der Speichervorrichtung 14. Die Steuereinheit 101 steuert die Komponenten der Vorrichtung zur additiven Fertigung 100 entsprechend der geänderten Verarbeitungsbedingung.
Beispielsweise wird festgestellt, dass im Bereich eines Teils des Wulstes 211 ein Defekt vorliegt. Die Bearbeitungsbedingung wird geändert, wenn der Laserstrahl 150 auf einen anderen, an diesen Bereich angrenzenden Bereich gestrahlt wird. Es besteht die Möglichkeit, dass der Fehler dadurch korrigiert werden kann. Wenn beispielsweise auf der Grundlage der ersten Merkmale eine Unterschneidung festgestellt wird, wird die Bestrahlungszeit oder die Bestrahlungsenergie erhöht, wenn der Laserstrahl 150 auf den benachbarten Bereich gestrahlt wird. Die Unterschneidung kann dadurch korrigiert werden, wenn ein Teil des im anderen Bereich geschmolzenen Metallpulvers 201 in den unterschnittenen Bereich fließt.
Die Datenbank umfasst Informationen, die die Bearbeitungsbedingungen der additiven Fertigung betreffen. Die Datenbank umfasst eine Korrespondenz zwischen den Verarbeitungsbedingungen und den Werten der ersten Daten. Wenn ein Defekt festgestellt wird, greift die Verarbeitungsvorrichtung 11 auf die Datenbank zu. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erfasst die Verarbeitungsbedingung, die den ersten Merkmalen entspricht, die bei der Bestimmung verwendet wurden. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 speichert die erfasste Verarbeitungsbedingung in der Speichervorrichtung 14. Dabei wird die voreingestellte Verarbeitungsbedingung in eine Verarbeitungsbedingung zur Korrektur des Fehlers geändert. Die Steuervorrichtung 101 steuert die additive Fertigungsvorrichtung 100 entsprechend der modifizierten Verarbeitungsbedingung.
Die Bearbeitungsbedingung kann entsprechend der Art des Fehlers und des Grades des Fehlers geändert werden. Beispielsweise wird, wenn die Vertiefung der Hinterschneidung groß ist, die Bestrahlungszeit oder die Bestrahlungsenergie beim Bestrahlen des anderen Bereichs mit dem Laserstrahl 150 weiter erhöht. Die Menge des geschmolzenen Metallpulvers 201 wird dadurch erhöht, und das geschmolzene Metall fließt leicht in die Hinterschneidung. Die Wahrscheinlichkeit, den Fehler zu korrigieren, kann erhöht werden.
Die Möglichkeit der Korrektur kann für jeden Typ der ersten Daten festgelegt werden. Wenn ein Fehler festgestellt wird, greift die Verarbeitungsvorrichtung 11 auf die Datenbank zu und verweist auf die Korrekturmöglichkeit für die ersten Merkmale, die als Grundlage für die Feststellung verwendet wurden. Wenn eine Korrektur möglich ist, holt sich die Verarbeitungsvorrichtung 11 die geänderte Verarbeitungsbedingung zur Korrektur des Fehlers aus der Datenbank. Wenn eine Korrektur nicht möglich ist, ändert die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Verarbeitungsbedingung nicht.
Die Vorrichtung zur additiven Fertigung (100) kann wiederholt denselben Artikel herstellen. Die Verarbeitungsbedingungen bei der Herstellung des nächsten Artikels können auf der Grundlage des Ergebnisses der Herstellung des vorherigen Artikels geändert werden. Beispielsweise ändert die Verarbeitungsvorrichtung 11 bei der Herstellung des nächsten Artikels die Verarbeitungsbedingung an der Stelle, an der der Fehler bei der Herstellung des vorherigen Artikels festgestellt wurde. Das Auftreten eines Fehlers bei der Herstellung des nächsten Artikels wird dadurch unterdrückt.
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Überwachungssystems gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
Der Betrieb des Überwachungssystems 1 bei der Änderung der Verarbeitungsbedingungen wird nun unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Ähnlich wie in dem in 7 dargestellten Flussdiagramm sammelt die Erfassungsvorrichtung Informationen bei der additiven Fertigung (Schritt S1). Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erfasst die Informationen (Schritt S2) und stellt fest, ob ein Fehler vorliegt oder nicht (Schritt S3). Die Verarbeitungsvorrichtung 11 bestimmt, ob das Vorhandensein eines Fehlers festgestellt wird oder nicht (Schritt S11). Wenn das Vorhandensein eines Fehlers festgestellt wird, bezieht sich die Verarbeitungsvorrichtung 11 auf die Datenbank und bestimmt, ob der Fehler korrigierbar ist oder nicht (Schritt S12). Wenn der Fehler behebbar ist, ändert die Verarbeitungsvorrichtung 11 die Verarbeitungsbedingung (Schritt S13). Der aufgetretene Fehler kann dadurch korrigiert werden. Oder das Auftreten des Fehlers beim nächsten Artikel kann unterdrückt werden.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 speichert das Ergebnis in der Speichervorrichtung 14 (Schritt S14), nachdem das Vorhandensein eines Fehlers in Schritt S11 nicht festgestellt wurde, nachdem in Schritt S12 ein nicht korrigierbarer Fehler festgestellt wurde oder nach Schritt S13. Konkret speichert die Verarbeitungsvorrichtung 11 den Bereich, in dem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers festgestellt wurde, das Feststellungsergebnis, die Möglichkeit der Korrektur des Fehlers, die geänderte Verarbeitungsbedingung usw. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt fest, ob die additive Fertigung abgeschlossen ist oder nicht (Schritt S15). Wenn sie nicht abgeschlossen ist, wird Schritt S1 erneut durchgeführt. Oder der Schritt S2 und die nachfolgenden Schritte können nach dem Sammeln der Informationen über jeden Bereich der additiven Fertigung durchgeführt werden. In einem solchen Fall werden die Schritte S2 bis S12 so lange wiederholt, bis die Verarbeitung auf der Grundlage der Informationen abgeschlossen ist. Wenn die Bestimmung für jeden Bereich abgeschlossen ist, erzeugt die Verarbeitungsvorrichtung 11 Qualitätsmerkmale (Schritt S4) .
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann die Qualität des Artikels auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses für die Regionen bestimmen. Beispielsweise umfassen die Qualitätsdaten auch Informationen, die die Qualität des Artikels betreffen.
10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Überwachungssystems gemäß dieser Ausführungsform zeigt.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann die in 10 dargestellte Verarbeitung in Schritt S4 des in 7 oder 9 dargestellten Flussdiagramms durchführen. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 greift auf die Speichervorrichtung 14 zu und bezieht sich auf das Bestimmungsergebnis jeder Region (Schritt S41). Die Verarbeitungsvorrichtung 11 stellt fest, ob in einem der Bereiche ein Fehler festgestellt wurde oder nicht (Schritt S42). Wenn in keinem der Bereiche ein Fehler festgestellt wird, bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 11, dass die Qualität des Artikels ausgezeichnet ist (Schritt S43).
Beispielsweise umfasst die Datenbank eine Korrespondenz zwischen dem Fehlermodus und Informationen, die den Fehler betreffen. Wenn der Fehler in einem Bereich festgestellt wird, greift die Verarbeitungsvorrichtung 11 auf die Datenbank zu und vergleicht die Informationen, beispielsweise die Anzahl der Fehler, die Position des Fehlers, die Art des Fehlers usw., mit dem Fehlermodus (Schritt S44). Beispielsweise umfasst die Datenbank Daten darüber, ob die Fehlerarten zulässig sind oder nicht. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 bestimmt, ob der erhaltene Fehlermodus zulässig ist oder nicht (Schritt S45). Wenn der Fehlermodus zulässig ist, bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 11, dass die Qualität zulässig ist (Schritt S46). Wenn die Fehlerart nicht zulässig ist, bestimmt die Verarbeitungsvorrichtung 11, dass die Qualität mangelhaft ist (Schritt S47).
Ausgezeichnet bedeutet besser als zulässig. Zulässig bedeutet besser als mangelhaft. Hier wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Qualität in drei Stufen klassifiziert wird. Die Qualität kann je nach Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers, der Art des Fehlers usw. in vier oder mehr Klassen eingeteilt werden.
Die Verarbeitungsvorrichtung 11 erzeugt einen Bericht als Qualitätsdaten (Schritt S48). Beispielsweise umfasst der Bericht das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers, die Anzahl der Fehler, die Art des Fehlers, die geänderte Verarbeitungsbedingung, den Fehlermodus sowie das Bild und die Qualität des Bereichs, in dem der Fehler festgestellt wurde. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 veranlasst die Anzeigevorrichtung 13, den Bericht anzuzeigen (Schritt S49). Oder die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann den Bericht in einem vorgeschriebenen Dateiformat wie beispielsweise Comma Separated Value (CSV) usw. ausgeben und den Bericht auf ein Aufzeichnungsmedium wie eine SD-Karte usw. schreiben. Die Verarbeitungsvorrichtung 11 kann die Daten über das File Transfer Protocol (FTP) oder ähnliches an einen externen Server übertragen oder die Daten in einen externen Datenbankserver einfügen, indem sie eine Datenbankkommunikation über Open Database Connectivity (ODBC) usw. durchführt.
11 ist eine schematische Ansicht, die eine Hardwarekonfiguration zeigt.
Beispielsweise ist die Verarbeitungsvorrichtung 11 des Überwachungssystems 1 gemäß der Ausführungsform ein Computer und umfasst ROM (Read Only Memory) 11a, RAM (Random Access Memory) 11b, eine CPU (Central Processing Unit) 11c und eine HDD (Hard Disk Drive) 11d.
Im ROM 11a sind Programme gespeichert, die den Betrieb des Computers steuern. Das ROM 11a speichert Programme, die notwendig sind, um den Computer zu veranlassen, die oben beschriebene Verarbeitung durchzuführen.
Der RAM 11b fungiert als Speicherbereich, in den die im ROM 11a gespeicherten Programme geladen werden. Die CPU 11c umfasst eine Verarbeitungsschaltung. Die CPU 11c liest ein im ROM 11a gespeichertes Steuerprogramm und steuert den Betrieb des Computers entsprechend dem Steuerprogramm. Außerdem lädt die CPU 11c verschiedene durch den Betrieb des Computers gewonnene Daten in den RAM 11b. Die Festplatte 11d speichert die zum Lesen erforderlichen Daten und die beim Lesevorgang gewonnenen Daten. Beispielsweise funktioniert die HDD 11d wie die in 2 dargestellte Vorrichtung 14.
Anstelle der HDD 11d kann die Verarbeitungsvorrichtung 11 auch eine eMMC (embedded Multi Media Card), eine SSD (Solid State Drive), eine SSHD (Solid State Hybrid Drive) usw. umfassen. Die Verarbeitung und die Funktionen der Verarbeitungsvorrichtung 11 können durch Zusammenarbeit zwischen mehreren Computern realisiert werden.
Die Eingabevorrichtung 12 umfasst mindestens eine Maus, eine Tastatur oder ein Touchpad. Die Vorrichtung zur Anzeige 13 umfasst mindestens einen Monitor oder einen Projektor. Es kann beispielsweise eine Vorrichtung wie ein Touchpanel verwendet werden, die sowohl als Eingabevorrichtung 12 als auch als Anzeigevorrichtung 13 fungiert.
Mit Hilfe des oben beschriebenen Überwachungssystems, der Verarbeitungsvorrichtung oder des Überwachungsverfahrens kann die Qualität eines additiv gefertigten Artikels leichter festgestellt werden. Ähnliche Effekte können durch die Verwendung eines Programms erzielt werden, mit dem ein Computer als Verarbeitungsvorrichtung betrieben wird.
Die Verarbeitung der verschiedenen oben beschriebenen Merkmale kann auf einer Magnetplatte (einer flexiblen Platte, einer Festplatte usw.), einer optischen Platte (CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-ROM, DVDR, DVDRW usw.), einem Halbleiterspeicher oder einem anderen Aufzeichnungsmedium als Programm aufgezeichnet werden, das von einem Computer ausgeführt werden kann.
Beispielsweise können die auf dem Aufzeichnungsmedium aufgezeichneten Daten von einem Computer (oder einem eingebetteten System) gelesen werden. Das Aufzeichnungsformat (das Speicherformat) des Aufzeichnungsmediums ist beliebig. Beispielsweise liest der Computer das Programm von dem Aufzeichnungsmedium und veranlasst eine CPU, die im Programm genannten Anweisungen auf der Grundlage des Programms auszuführen. Die Erfassung (oder das Lesen) des Programms durch den Computer kann über ein Netzwerk erfolgen.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen nur beispielhaft dargestellt worden und sollen den Umfang der Erfindungen nicht einschränken. In der Tat können die hier beschriebenen neuen Ausführungsformen in einer Vielzahl von anderen Formen verkörpert werden; außerdem können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen in der Form der hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Geist der Erfindungen abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und ihre Äquivalente sollen solche Formen oder Modifikationen abdecken, die in den Anwendungsbereich und den Geist der Erfindung fallen würden. Die obigen Ausführungsformen können in Kombination miteinander ausgeführt werden.

Claims

Ein Überwachungssystem, umfassend: eine Erfassungsvorrichtung, die Information über einen verfestigten Abschnitt sammelt, der bei der additiven Fertigung verfestigt wird, wobei die additive Fertigung eine Vielzahl von Schichten durch wiederholtes Schmelzen und Verfestigen eines Metallpulvers bildet; und eine Verarbeitungsvorrichtung, die Qualitätsdaten über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Defekts des erstarrten Abschnitts erzeugt, indem sie die Informationen verwendet, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts zu bestimmen.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Bildgebungsvorrichtung umfasst, die Information ein Bild umfasst, und die Verarbeitungsvorrichtung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts des verfestigten Abschnitts auf der Grundlage des Bildes bestimmt.
Überwachungssystem nach Anspruch 2, wobei die Information ein erstes Bild umfasst, eine erste Raupe, eine zweite Raupe, ein Schweißbad und eine Wärmequelle in dem ersten Bild abgebildet sind, die erste Raupe und die zweite Raupe in dem erstarrten Abschnitt umfasst sind, das Schweißbad in geschmolzenem Zustand abgebildet ist, die zweite Raupe befindet sich neben der ersten Raupe, die Verarbeitungsvorrichtung erste Daten aus dem ersten Bild erfasst, die ersten Daten mindestens ein Merkmal umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Breite der ersten Raupe direkt nach der Erstarrung, einer Kontur der ersten Raupe, einer Oberflächenkonfiguration der ersten Raupe, einer Breite der zweiten Raupe, einer Kontur der zweiten Raupe, einer Oberflächenkonfiguration der zweiten Raupe, einer Kontur des Schweißbades und einer Größe der Wärmequelle besteht, und die Verarbeitungsvorrichtung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers des erstarrten Abschnitts auf der Grundlage der ersten Daten bestimmt.
Überwachungssystem nach Anspruch 3, wobei die Verarbeitungsvorrichtung sich auf eine Bedingung für die ersten Daten bezieht, die Bedingung voreingestellt ist, und die Verarbeitungsvorrichtung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers durch Vergleich der ersten Daten und der Bedingung feststellt.
Überwachungssystem nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Verarbeitungsvorrichtung die ersten Merkmale erfasst, indem sie das erste Bild in ein erstes Modell eingibt, und das erste Modell die Kontur der ersten Raupe, die Kontur des Schweißbades und eine Kontur der Wärmequelle umfasst.
Überwachungssystem nach Anspruch 3, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eine Differenz zwischen einer Mehrzahl der ersten Bilder extrahiert und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers des erstarrten Abschnitts auf der Grundlage der Differenz bestimmt.
Überwachungssystem nach Anspruch 2, wobei die Information ferner ein zweites Bild umfasst, das zweite Bild ein Pulverbett zeigt, auf dem das Metallpulver verteilt ist, das zweite Bild aufgenommen wird, nachdem eine neue Schicht des Metallpulvers zugeführt wurde und bevor das Metallpulver geschmolzen wird, und die Verarbeitungsvorrichtung eine Oberflächenkonfiguration des Pulverbettes aus dem zweiten Bild erfasst und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts des erstarrten Teils auf der Grundlage der Oberflächenkonfiguration bestimmt.
Überwachungssystem nach Anspruch 2, wobei die Information ferner ein drittes Bild des erstarrten Abschnitts umfasst, das dritte Bild aufgenommen wird, nachdem das Metallpulver geschmolzen und erstarrt ist und bevor eine neue Schicht des Metallpulvers zugeführt wird, und die Verarbeitungsvorrichtung eine Oberflächenkonfiguration des erstarrten Abschnitts aus dem dritten Bild erfasst und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers des erstarrten Abschnitts auf der Grundlage der Oberflächenkonfiguration bestimmt.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei wenn das Vorhandensein des Fehlers festgestellt wird, die Verarbeitungsvorrichtung das bei der Feststellung verwendete Bild zu den Qualitätsdaten hinzufügt.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend: eine Beleuchtungsvorrichtung, die den erstarrten Abschnitt beleuchtet.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Erfassungsvorrichtung einen Temperatursensor umfasst, die Informationen zweite Daten umfassen, die eine Temperatur eines Schweißbads in einem geschmolzenen Zustand und eine Temperatur des erstarrten Abschnitts umfassen, und die Verarbeitungsvorrichtung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers des erstarrten Abschnitts auf der Grundlage der zweiten Daten bestimmt.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Erfassungsvorrichtung die Information über den erstarrten Abschnitt bei der Bildung jeder der mehreren Schichten sammelt.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Erfassungsvorrichtung eine Vielzahl der Informationen bei der additiven Fertigung sammelt, die Verarbeitungsvorrichtung das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Fehlers in einer Vielzahl von Bereichen des erstarrten Abschnitts feststellt, und die Qualitätsdaten das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Defekts und die Positionen der Bereiche, die den Defekt umfassen, umfassen.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eine Verarbeitungsbedingung bei der additiven Fertigung auf der Grundlage eines Bestimmungsergebnisses des Vorhandenseins oder der Abwesenheit des Defekts modifiziert.
Ein additives Fertigungssystem, umfassend: das Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14; und eine Vorrichtung zur additiven Fertigung, die zumindest eine additive Fertigung durchführt.