JP2003039562A - 光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法 - Google Patents
光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法Info
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- JP2003039562A JP2003039562A JP2001226693A JP2001226693A JP2003039562A JP 2003039562 A JP2003039562 A JP 2003039562A JP 2001226693 A JP2001226693 A JP 2001226693A JP 2001226693 A JP2001226693 A JP 2001226693A JP 2003039562 A JP2003039562 A JP 2003039562A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザビーム照射位置の補正を高精度で行
う。 【解決手段】 被固化剤に偏向手段を介してレーザビー
ムを照射して固化させた固化層を複数層積み重ねて所望
の三次元形状モデルを形成するにあたり、モデル形成時
照射位置情報の取得段階と、差分データ取得段階と、偏
向制御段階とからなる途中補正動作をモデル形成中に繰
り返すとともに、途中補正動作に際し、順次レーザビー
ムを反射させる２つのスキャンミラー２１，２２からな
る偏向手段２における一方のスキャンミラーによる走査
方向について測定及び補正を行い、その後、他方のスキ
ャンミラーによる走査方向について測定及び補正を行
う。
う。 【解決手段】 被固化剤に偏向手段を介してレーザビー
ムを照射して固化させた固化層を複数層積み重ねて所望
の三次元形状モデルを形成するにあたり、モデル形成時
照射位置情報の取得段階と、差分データ取得段階と、偏
向制御段階とからなる途中補正動作をモデル形成中に繰
り返すとともに、途中補正動作に際し、順次レーザビー
ムを反射させる２つのスキャンミラー２１，２２からな
る偏向手段２における一方のスキャンミラーによる走査
方向について測定及び補正を行い、その後、他方のスキ
ャンミラーによる走査方向について測定及び補正を行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光造形システムにお
けるレーザビームの偏向制御方法に関するものである。
けるレーザビームの偏向制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光造形システムは、被固化剤に偏向手段
を介してレーザビームを照射して被固化剤の特定の部分
を固化させて固化層を形成するとともに、この固化層の
上に新たな固化層を形成することを繰り返すことで、所
望の三次元モデルを固化層が複数層積み重なったものと
して形成するもので、作成する三次元モデルの形状精度
はＣＡＤデータに基づいたレーザビームの走査の際の走
査精度に大きく影響される。
を介してレーザビームを照射して被固化剤の特定の部分
を固化させて固化層を形成するとともに、この固化層の
上に新たな固化層を形成することを繰り返すことで、所
望の三次元モデルを固化層が複数層積み重なったものと
して形成するもので、作成する三次元モデルの形状精度
はＣＡＤデータに基づいたレーザビームの走査の際の走
査精度に大きく影響される。
【０００３】特にレーザビームの照射位置はモデル形成
作業の開始直前に較正を行ったとしても、レーザビーム
の光源の発振点のずれ、環境温度の変化によるレーザ光
源やレーザビームの走査のための偏向手段を支持する支
持部材のたわみ、偏向手段そのものの温度ドリフト等に
よって照射位置がずれてくることから、特開平８−３１
８５７４号公報に記載のように、モデル形成作業の途中
で位置ずれの補正を行うことで精度の高い三次元モデル
を得られるようにすることがなされている。
作業の開始直前に較正を行ったとしても、レーザビーム
の光源の発振点のずれ、環境温度の変化によるレーザ光
源やレーザビームの走査のための偏向手段を支持する支
持部材のたわみ、偏向手段そのものの温度ドリフト等に
よって照射位置がずれてくることから、特開平８−３１
８５７４号公報に記載のように、モデル形成作業の途中
で位置ずれの補正を行うことで精度の高い三次元モデル
を得られるようにすることがなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、レーザビー
ムの走査のために偏向を行う偏向手段には、一般に図９
に示すように、直交する２軸の各軸回りに回転する２つ
のスキャンミラー２１，２２を具備するガルバノスキャ
ナーを用いるが、スキャンミラー２１をＸ軸走査用、ス
キャンミラー２２をＹ軸走査用とし、θｘをスキャンミ
ラー２１の光学角度、θｙをスキャンミラー２２の光学
角度とし、レーザビーム照射面でのレーザビーム照射位
置を（Ｘ，Ｙ）とする時、２枚のスキャンミラー２１，
２２の動き（θｘ，θｙ）とレーザビーム照射位置との
関係が Δθｘ≠ｋ１＊ΔＸ， Δθｙ≒ｋ２＊ΔＹ ただしｋ１，ｋ２は係数であって、非独立で線形性がな
いために、そして、図１０に示すように、照射位置によ
ってずれ量に対する補正角が異なるために、単純に補正
量を決定することが困難である。
ムの走査のために偏向を行う偏向手段には、一般に図９
に示すように、直交する２軸の各軸回りに回転する２つ
のスキャンミラー２１，２２を具備するガルバノスキャ
ナーを用いるが、スキャンミラー２１をＸ軸走査用、ス
キャンミラー２２をＹ軸走査用とし、θｘをスキャンミ
ラー２１の光学角度、θｙをスキャンミラー２２の光学
角度とし、レーザビーム照射面でのレーザビーム照射位
置を（Ｘ，Ｙ）とする時、２枚のスキャンミラー２１，
２２の動き（θｘ，θｙ）とレーザビーム照射位置との
関係が Δθｘ≠ｋ１＊ΔＸ， Δθｙ≒ｋ２＊ΔＹ ただしｋ１，ｋ２は係数であって、非独立で線形性がな
いために、そして、図１０に示すように、照射位置によ
ってずれ量に対する補正角が異なるために、単純に補正
量を決定することが困難である。
【０００５】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、その目的とするところはレーザビーム照射位
置の補正を高精度で行うことができる光造形システムに
おけるレーザビームの偏向制御方法を提供するにある。
であって、その目的とするところはレーザビーム照射位
置の補正を高精度で行うことができる光造形システムに
おけるレーザビームの偏向制御方法を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】しかして本発明に係る光
造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法は、
被固化剤に偏向手段を介してレーザビームを照射して固
化させた固化層を複数層積み重ねて所望の三次元形状モ
デルを形成するにあたり、予め所定の方法にて加工面で
のレーザビーム照射位置の較正作業を行って、その状態
で三次元モデル形成スタート直前に照射ターゲット上に
レーザビームを照射し、照射ターゲット上の照射位置を
複数箇所で測定してスタート時照射位置情報を取得する
段階と、三次元モデルの形成動作中において、照射ター
ゲット上にレーザビームを照射してその照射位置を複数
箇所で測定してモデル形成時照射位置情報を取得する段
階と、スタート時照射位置情報とモデル形成時照射位置
情報とを比較して、その差分データを得る差分データ取
得段階と、差分データからレーザビーム照射位置とレー
ザビームの偏向用のミラーの回転角との関係に基づいて
ミラーの補正角を決定してこの補正角に基づいてレーザ
ビームの偏向制御の補正を行う偏向制御段階とを有し
て、モデル形成時照射位置情報の取得段階と、差分デー
タ取得段階と、偏向制御段階とからなる途中補正動作を
モデル形成中に繰り返すとともに、途中補正動作に際
し、順次レーザビームを反射させる２つのスキャンミラ
ーからなる偏向手段における一方のスキャンミラーによ
る走査方向について測定及び補正を行い、その後、他方
のスキャンミラーによる走査方向について測定及び補正
を行うことに特徴を有している。
造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法は、
被固化剤に偏向手段を介してレーザビームを照射して固
化させた固化層を複数層積み重ねて所望の三次元形状モ
デルを形成するにあたり、予め所定の方法にて加工面で
のレーザビーム照射位置の較正作業を行って、その状態
で三次元モデル形成スタート直前に照射ターゲット上に
レーザビームを照射し、照射ターゲット上の照射位置を
複数箇所で測定してスタート時照射位置情報を取得する
段階と、三次元モデルの形成動作中において、照射ター
ゲット上にレーザビームを照射してその照射位置を複数
箇所で測定してモデル形成時照射位置情報を取得する段
階と、スタート時照射位置情報とモデル形成時照射位置
情報とを比較して、その差分データを得る差分データ取
得段階と、差分データからレーザビーム照射位置とレー
ザビームの偏向用のミラーの回転角との関係に基づいて
ミラーの補正角を決定してこの補正角に基づいてレーザ
ビームの偏向制御の補正を行う偏向制御段階とを有し
て、モデル形成時照射位置情報の取得段階と、差分デー
タ取得段階と、偏向制御段階とからなる途中補正動作を
モデル形成中に繰り返すとともに、途中補正動作に際
し、順次レーザビームを反射させる２つのスキャンミラ
ーからなる偏向手段における一方のスキャンミラーによ
る走査方向について測定及び補正を行い、その後、他方
のスキャンミラーによる走査方向について測定及び補正
を行うことに特徴を有している。
【０００７】この時、上記途中補正動作に際し、レーザ
ビームの照射領域内の測定予定点に関して照射位置と偏
向手段におけるミラーの回転量との関係係数を予め求め
ておき、上記関係係数を用いて補正を行うとよい。
ビームの照射領域内の測定予定点に関して照射位置と偏
向手段におけるミラーの回転量との関係係数を予め求め
ておき、上記関係係数を用いて補正を行うとよい。
【０００８】また、形成する三次元モデルの形状データ
に基づいて、途中補正動作の実行タイミングを予め決定
しておいたり、形成する三次元モデルの形状データに基
づいて、レーザビームの積算照射熱量を予め演算し、そ
の積算値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予
め決定しておいたりするとよく、また、形成する三次元
モデルの形状データに基づいて、途中補正動作における
モデル形成時照射位置情報の取得段階での照射ターゲッ
トに対する照射位置測定点を変化させるようにするのも
好ましい。
に基づいて、途中補正動作の実行タイミングを予め決定
しておいたり、形成する三次元モデルの形状データに基
づいて、レーザビームの積算照射熱量を予め演算し、そ
の積算値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予
め決定しておいたりするとよく、また、形成する三次元
モデルの形状データに基づいて、途中補正動作における
モデル形成時照射位置情報の取得段階での照射ターゲッ
トに対する照射位置測定点を変化させるようにするのも
好ましい。
【０００９】このほか、レーザビームの照射位置測定に
際して、レーザビームの照射領域内を横断可能な高精度
位置決め可動テーブルに設置した照射位置測定用のカメ
ラを用いることができる。
際して、レーザビームの照射領域内を横断可能な高精度
位置決め可動テーブルに設置した照射位置測定用のカメ
ラを用いることができる。
【００１０】また、照射ターゲットとして、加工面上に
位置させることができるものを用いるとともに、加工面
上に位置させた照射ターゲットに対してレーザビームの
照射を行うようにしてもよく、この場合、精密位置決め
可能な可動テーブルで照射ターゲットを加工面上に加工
面と平行に位置させるとよい。
位置させることができるものを用いるとともに、加工面
上に位置させた照射ターゲットに対してレーザビームの
照射を行うようにしてもよく、この場合、精密位置決め
可能な可動テーブルで照射ターゲットを加工面上に加工
面と平行に位置させるとよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下本発明を実施の形態の一例に
基づいて詳述すると、図２は本発明に係るレーザビーム
の偏向制御装置を備えた光造形システムの一例を示して
おり、被固化剤の層が上面に形成されるとともに造形に
従って昇降を行う造形ステージ１の周辺には、造形ステ
ージ１上の被固化剤の掻き取り用のスキージング４０を
備えた可動テーブル４を移動させるための駆動機構４１
と、撮像用のカメラ５０を備えた可動テーブル５を移動
させるための駆動機構５１とが設置されている。また、
造形ステージ１の上方には、レーザ光源２０から出力さ
れたレーザビームを造形ステージ１上に走査するための
偏向手段２が配されている。この偏向手段２は直交する
２軸の回りを夫々回転駆動される２つのスキャンミラー
２１，２２を備えたガルバノスキャナで構成されてい
る。また、偏向手段２とレーザ光源２０との間には焦点
調整及び集光径の変更用のレンズを備えた調整部２３が
設けられている。
基づいて詳述すると、図２は本発明に係るレーザビーム
の偏向制御装置を備えた光造形システムの一例を示して
おり、被固化剤の層が上面に形成されるとともに造形に
従って昇降を行う造形ステージ１の周辺には、造形ステ
ージ１上の被固化剤の掻き取り用のスキージング４０を
備えた可動テーブル４を移動させるための駆動機構４１
と、撮像用のカメラ５０を備えた可動テーブル５を移動
させるための駆動機構５１とが設置されている。また、
造形ステージ１の上方には、レーザ光源２０から出力さ
れたレーザビームを造形ステージ１上に走査するための
偏向手段２が配されている。この偏向手段２は直交する
２軸の回りを夫々回転駆動される２つのスキャンミラー
２１，２２を備えたガルバノスキャナで構成されてい
る。また、偏向手段２とレーザ光源２０との間には焦点
調整及び集光径の変更用のレンズを備えた調整部２３が
設けられている。
【００１２】そして、上記偏向手段２と調整部２３及び
レーザ光源２０は偏向制御や焦点制御並びに発振制御の
ための偏向制御装置２４を介して制御コンピュータ９に
接続されており、また上記可動テーブル４，５も制御コ
ンピュータ９に接続されてスキージング動作及びカメラ
５０による撮像エリアのコントロールが制御コンピュー
タ９によってなされるようになっており、さらにカメラ
５０は画像処理装置５５を介して制御コンピュータ９に
接続されている。
レーザ光源２０は偏向制御や焦点制御並びに発振制御の
ための偏向制御装置２４を介して制御コンピュータ９に
接続されており、また上記可動テーブル４，５も制御コ
ンピュータ９に接続されてスキージング動作及びカメラ
５０による撮像エリアのコントロールが制御コンピュー
タ９によってなされるようになっており、さらにカメラ
５０は画像処理装置５５を介して制御コンピュータ９に
接続されている。
【００１３】本発明においては、上記カメラ５０を用い
てレーザビームの照射位置の測定を行うのであるが、こ
の時、上記可動テーブル４上に設けた照射ターゲット３
を用いて測定を行う。ここでは照射ターゲット３とし
て、ロール供給方式の感熱紙を用いている。
てレーザビームの照射位置の測定を行うのであるが、こ
の時、上記可動テーブル４上に設けた照射ターゲット３
を用いて測定を行う。ここでは照射ターゲット３とし
て、ロール供給方式の感熱紙を用いている。
【００１４】この照射ターゲット３とカメラ５０とによ
るレーザビームの照射位置測定は、次のようにして行
う。すなわち、可動テーブル４を駆動することで照射タ
ーゲット３を加工面である造形ステージ１上に移動さ
せ、この状態で所定の複数点の位置の確認ができるマー
キング模様（たとえば図８に示すような格子模様）をレ
ーザビームによって照射ターゲット３上に描く。この時
の所定の複数点は、レーザビーム走査領域内で格子状間
隔で存在し且つ必要な走査領域と走査精度で決まる間隔
（この間隔は実験等で求めてもよい）を持つものという
条件を満たすものとする。そして、マーキング模様を照
射ターゲット３上に描いたならば、可動テーブル５を照
射ターゲット３上に移動させて、カメラ５０で格子点付
近を撮像し、画像処理と撮影時のカメラ５０の位置とか
ら格子点中心ｃｃの位置を求める。
るレーザビームの照射位置測定は、次のようにして行
う。すなわち、可動テーブル４を駆動することで照射タ
ーゲット３を加工面である造形ステージ１上に移動さ
せ、この状態で所定の複数点の位置の確認ができるマー
キング模様（たとえば図８に示すような格子模様）をレ
ーザビームによって照射ターゲット３上に描く。この時
の所定の複数点は、レーザビーム走査領域内で格子状間
隔で存在し且つ必要な走査領域と走査精度で決まる間隔
（この間隔は実験等で求めてもよい）を持つものという
条件を満たすものとする。そして、マーキング模様を照
射ターゲット３上に描いたならば、可動テーブル５を照
射ターゲット３上に移動させて、カメラ５０で格子点付
近を撮像し、画像処理と撮影時のカメラ５０の位置とか
ら格子点中心ｃｃの位置を求める。
【００１５】上記の照射位置測定と補正とについて三次
元モデルの造形手順に従って説明すると、まず所定の方
法にて造形ステージ１上でのレーザビーム照射位置の較
正作業を行っておく。そして、三次元モデル形成のスタ
ート直前に、上記測定動作を行って、予め定めた複数の
測定点についてのレーザビーム照射位置情報をスタート
時照射位置情報として記憶しておく。この時、格子状の
各測定点とその中心位置とを測定点（１，１），格子点
中心位置（Ｘ，Ｙ）＝（ＸＸＸ，ＹＹＹ）といったデー
タ形式で記憶する。
元モデルの造形手順に従って説明すると、まず所定の方
法にて造形ステージ１上でのレーザビーム照射位置の較
正作業を行っておく。そして、三次元モデル形成のスタ
ート直前に、上記測定動作を行って、予め定めた複数の
測定点についてのレーザビーム照射位置情報をスタート
時照射位置情報として記憶しておく。この時、格子状の
各測定点とその中心位置とを測定点（１，１），格子点
中心位置（Ｘ，Ｙ）＝（ＸＸＸ，ＹＹＹ）といったデー
タ形式で記憶する。
【００１６】このように初期状態での予め定めた測定点
に対するレーザビームの照射位置の測定が完了すれば、
造形ステージ１上に被固化剤の層を形成し、被固化剤の
所定エリアをレーザビームの照射により固化させて固化
層とし、造形ステージ１を一段降下させた後、上記固化
層の上に被固化剤の新たな層を形成し、被固化剤の所定
エリアをレーザビームの照射により固化させて下層の固
化層と結合された固化層を設けるということを繰り返し
て、固化層を積み重ねていくことで所望の三次元形状モ
デルの造形を行う。
に対するレーザビームの照射位置の測定が完了すれば、
造形ステージ１上に被固化剤の層を形成し、被固化剤の
所定エリアをレーザビームの照射により固化させて固化
層とし、造形ステージ１を一段降下させた後、上記固化
層の上に被固化剤の新たな層を形成し、被固化剤の所定
エリアをレーザビームの照射により固化させて下層の固
化層と結合された固化層を設けるということを繰り返し
て、固化層を積み重ねていくことで所望の三次元形状モ
デルの造形を行う。
【００１７】この間、適宜のタイミングで造形ステージ
１上に照射ターゲット３を移動させて前述のようなレー
ザビーム照射位置測定動作をおこない、その測定結果を
上記スタート時照射位置情報と比較して、その差分デー
タ、つまりはずれ量とずれの方向とに関するデータを得
る。また、各測定点についての上記差分データから、測
定点以外の点でのずれ量及びずれ方向を推定する。
１上に照射ターゲット３を移動させて前述のようなレー
ザビーム照射位置測定動作をおこない、その測定結果を
上記スタート時照射位置情報と比較して、その差分デー
タ、つまりはずれ量とずれの方向とに関するデータを得
る。また、各測定点についての上記差分データから、測
定点以外の点でのずれ量及びずれ方向を推定する。
【００１８】そして差分データからレーザビーム照射位
置とレーザビームの偏向用のミラーの回転角との関係に
基づいてミラー２１，２２の補正角を決定してこの補正
角に基づいて次の被固化剤に対するレーザビーム照射に
際しレーザビームの偏向制御の補正を行う。この補正角
は、次のレーザビーム照射位置測定動作を行うまで維持
する。
置とレーザビームの偏向用のミラーの回転角との関係に
基づいてミラー２１，２２の補正角を決定してこの補正
角に基づいて次の被固化剤に対するレーザビーム照射に
際しレーザビームの偏向制御の補正を行う。この補正角
は、次のレーザビーム照射位置測定動作を行うまで維持
する。
【００１９】ここにおいて、上記レーザビーム照射位置
測定動作と補正角の決定にあたっては、偏向手段２であ
る２つのスキャンミラー２１，２２のうち、たとえば図
１に示すように、スキャンミラー２２による走査方向に
おけるずれ量に基づいて、スキャンミラー２２の補正角
を求め、スキャンミラー２２に対する補正角を加えた状
態で再度レーザビーム照射位置測定動作を行って、今度
はスキャンミラー２１による走査方向におけるずれ量に
基づいてスキャンミラー２１の補正角を求めるようにし
ている。走査系のＹ座標をまず確定させ、この状態でも
う一度計測してＸ座標を確定させるのである。スキャン
ミラー２１，２２間の距離をｅ、スキャンミラー２２と
レーザビーム照射面までの距離をＺとすると、Ｙ，Ｚ，
ｅの値でスキャンミラー２１の回転角θｘが定まること
から、的確な補正を行うことができる。
測定動作と補正角の決定にあたっては、偏向手段２であ
る２つのスキャンミラー２１，２２のうち、たとえば図
１に示すように、スキャンミラー２２による走査方向に
おけるずれ量に基づいて、スキャンミラー２２の補正角
を求め、スキャンミラー２２に対する補正角を加えた状
態で再度レーザビーム照射位置測定動作を行って、今度
はスキャンミラー２１による走査方向におけるずれ量に
基づいてスキャンミラー２１の補正角を求めるようにし
ている。走査系のＹ座標をまず確定させ、この状態でも
う一度計測してＸ座標を確定させるのである。スキャン
ミラー２１，２２間の距離をｅ、スキャンミラー２２と
レーザビーム照射面までの距離をＺとすると、Ｙ，Ｚ，
ｅの値でスキャンミラー２１の回転角θｘが定まること
から、的確な補正を行うことができる。
【００２０】ところで、ずれ量に基づいた補正角の決定
にあたっては、スキャンミラー２１，２２の回転角θ
ｘ，θｙと照射位置Ｘ，Ｙとの間には、上記Ｚ，ｅの両
値が一定であるとすると、
にあたっては、スキャンミラー２１，２２の回転角θ
ｘ，θｙと照射位置Ｘ，Ｙとの間には、上記Ｚ，ｅの両
値が一定であるとすると、
【００２１】
【数１】
【００２２】の関係があることから、この両式を基に補
正角を算出すればよいが、これはスキャナミラー２１，
２２とレーザ照射面との位置関係が理想的な場合におい
て適用することができるだけで、実際上、この理想的な
位置関係を保持することは困難である。このために、こ
こではレーザビーム照射領域内の測定点に関して全て事
前に照射位置とスキャンミラー２１，２２の回転量との
関係係数（変換係数）を測定点毎に求めておき、この数
値を用いて補正を行うとよい。
正角を算出すればよいが、これはスキャナミラー２１，
２２とレーザ照射面との位置関係が理想的な場合におい
て適用することができるだけで、実際上、この理想的な
位置関係を保持することは困難である。このために、こ
こではレーザビーム照射領域内の測定点に関して全て事
前に照射位置とスキャンミラー２１，２２の回転量との
関係係数（変換係数）を測定点毎に求めておき、この数
値を用いて補正を行うとよい。
【００２３】測定点（ｉ，ｊ）で走査方向Ｘについて、
ずれΔＸ（ｉ，ｊ）がある時、予め求めておいた変換係
数Ｋｘ（ｉ，ｊ）をずれΔＸ（ｉ，ｊ）に乗じて測定点
（ｉ，ｊ）についての回転補正角Δθｘ（ｉ，ｊ）を求
め、同様に測定点（ｉ，ｊ）についての回転補正角Δθ
ｙ（ｉ，ｊ）もその測定点（ｉ，ｊ）について実験で求
めて置いた変換係数Ｋｙ（ｉ，ｊ）を測定点（ｉ，ｊ）
で実際に観測されたずれΔＹ（ｉ，ｊ）に乗じて算出す
る。
ずれΔＸ（ｉ，ｊ）がある時、予め求めておいた変換係
数Ｋｘ（ｉ，ｊ）をずれΔＸ（ｉ，ｊ）に乗じて測定点
（ｉ，ｊ）についての回転補正角Δθｘ（ｉ，ｊ）を求
め、同様に測定点（ｉ，ｊ）についての回転補正角Δθ
ｙ（ｉ，ｊ）もその測定点（ｉ，ｊ）について実験で求
めて置いた変換係数Ｋｙ（ｉ，ｊ）を測定点（ｉ，ｊ）
で実際に観測されたずれΔＹ（ｉ，ｊ）に乗じて算出す
る。
【００２４】このように、ずれ量（長さ）と回転角との
関係係数（変換係数）Ｋｘ（ｉ，ｊ），Ｋｙ（ｉ，ｊ）
を予め実測で求めておくことで、スキャナーミラー２
１，２２とレーザ照射面との平行度や垂直度が少々ずれ
ていても、適切な補正を行うことができることになる。
関係係数（変換係数）Ｋｘ（ｉ，ｊ），Ｋｙ（ｉ，ｊ）
を予め実測で求めておくことで、スキャナーミラー２
１，２２とレーザ照射面との平行度や垂直度が少々ずれ
ていても、適切な補正を行うことができることになる。
【００２５】なお、測定点の数は多いほどより正確な補
正を行うことができるが、測定点を多くすればするほど
多くの時間がかかることになり、モデル作成中の補正に
はその精度を若干落としてでも短時間で処理することが
できるようにしておくことが望ましく、これに伴って測
定点の数も少なくすることになる。そして、このように
測定点の数を少なくした時には、各測定点から離れたと
ころについて、その位置ずれ量と対応する補正をどのよ
うに行うかが問題となるが、これはある測定点を中心と
した所定のエリア内の全域に、ある測定点について求め
た位置ずれ量及び関係係数をすべて適用したり、あるい
は隣接する２つの測定点間の中間点に対し、両測定点に
ついての位置ずれ量の中間値及び関係係数の中間値を適
用する直線近似法を用いたりすればよい。図５は測定点
を９点とし、他の点（内部点）については直線近似法を
適用して位置ずれ量及び変換係数を求めて補正を行って
いる場合の例を示している。
正を行うことができるが、測定点を多くすればするほど
多くの時間がかかることになり、モデル作成中の補正に
はその精度を若干落としてでも短時間で処理することが
できるようにしておくことが望ましく、これに伴って測
定点の数も少なくすることになる。そして、このように
測定点の数を少なくした時には、各測定点から離れたと
ころについて、その位置ずれ量と対応する補正をどのよ
うに行うかが問題となるが、これはある測定点を中心と
した所定のエリア内の全域に、ある測定点について求め
た位置ずれ量及び関係係数をすべて適用したり、あるい
は隣接する２つの測定点間の中間点に対し、両測定点に
ついての位置ずれ量の中間値及び関係係数の中間値を適
用する直線近似法を用いたりすればよい。図５は測定点
を９点とし、他の点（内部点）については直線近似法を
適用して位置ずれ量及び変換係数を求めて補正を行って
いる場合の例を示している。
【００２６】ところで、レーザビーム照射位置測定動作
をモデル作成中に行うタイミングは、上記偏向手段２の
各ミラー２１，２２に付設した熱電対のような温度セン
サ２５，２５の出力に基づいて行うことができる。温度
センサ２５，２５でミラー２１，２２の温度を常時監視
し、所定時間内の温度の変化が所定値ΔＴを越える時、
補正必要有りと判断して、レーザビーム照射位置測定動
作とこれに続く照射位置補正動作とを行うとよいが、予
め決定しておいたタイミングで途中補正動作を行うよう
にしてもよい。
をモデル作成中に行うタイミングは、上記偏向手段２の
各ミラー２１，２２に付設した熱電対のような温度セン
サ２５，２５の出力に基づいて行うことができる。温度
センサ２５，２５でミラー２１，２２の温度を常時監視
し、所定時間内の温度の変化が所定値ΔＴを越える時、
補正必要有りと判断して、レーザビーム照射位置測定動
作とこれに続く照射位置補正動作とを行うとよいが、予
め決定しておいたタイミングで途中補正動作を行うよう
にしてもよい。
【００２７】たとえば、三次元モデルデータに基づき、
レーザビームの走査線分データの各層毎に線分の総延長
を計算し、各層毎の線分総延長を足した時にその値が所
定の値とほぼ等しくなる時を途中補正動作のタイミング
とするのである。図６に示すように、断面積が異なるた
めに線分の長さ及び本数（走査回数）が異なる時にも、
ほぼ同じレーザビームの照射時間毎に途中補正動作を行
うことができるものとなる。図６は断面Ａの部分で長さ
Ｌｉの線分がｍ本ある場合と、断面Ｂの部分で長さＬｊ
の線分がｎ本ある場合を示しており、各総延長は
レーザビームの走査線分データの各層毎に線分の総延長
を計算し、各層毎の線分総延長を足した時にその値が所
定の値とほぼ等しくなる時を途中補正動作のタイミング
とするのである。図６に示すように、断面積が異なるた
めに線分の長さ及び本数（走査回数）が異なる時にも、
ほぼ同じレーザビームの照射時間毎に途中補正動作を行
うことができるものとなる。図６は断面Ａの部分で長さ
Ｌｉの線分がｍ本ある場合と、断面Ｂの部分で長さＬｊ
の線分がｎ本ある場合を示しており、各総延長は
【００２８】
【数２】
【００２９】となる。
【００３０】また、レーザビームのパワーを層によって
変更する場合には、線分総延長に加えてパワーも考慮し
てレーザビームの積算照射熱量を予め演算し、その積算
値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予め決定
するようにしてもよい。図７は線分Ｌｉ１〜Ｌｉｍの各
レーザビームパワーがＰｉ１〜Ｐｉｍである場合と、線
分Ｌｊ１〜Ｌｊｎの各レーザビームパワーがＰｊ１〜Ｐ
ｊｎである場合とを示しており、各積算照射熱量Ａｉ，
Ａｊは
変更する場合には、線分総延長に加えてパワーも考慮し
てレーザビームの積算照射熱量を予め演算し、その積算
値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予め決定
するようにしてもよい。図７は線分Ｌｉ１〜Ｌｉｍの各
レーザビームパワーがＰｉ１〜Ｐｉｍである場合と、線
分Ｌｊ１〜Ｌｊｎの各レーザビームパワーがＰｊ１〜Ｐ
ｊｎである場合とを示しており、各積算照射熱量Ａｉ，
Ａｊは
【００３１】
【数３】
【００３２】となる。
【００３３】このほか、上記途中補正動作に際してのレ
ーザビーム照射位置測定動作は、レーザビーム照射可能
領域全域で行う必要はなく、加工領域が図８に斜線部で
示すように一部だけである場合には、４つの測定点から
なる正方形を補正領域単位としてセルＣを形成し、加工
領域を含む最小セル構成で測定及び補正を行うとよい。
ーザビーム照射位置測定動作は、レーザビーム照射可能
領域全域で行う必要はなく、加工領域が図８に斜線部で
示すように一部だけである場合には、４つの測定点から
なる正方形を補正領域単位としてセルＣを形成し、加工
領域を含む最小セル構成で測定及び補正を行うとよい。
【００３４】
【発明の効果】以上のように本発明においては、モデル
形成時照射位置情報の取得段階と、差分データ取得段階
と、偏向制御段階とからなる途中補正動作をモデル形成
中に繰り返すとともに、途中補正動作に際し、順次レー
ザビームを反射させる２つのスキャンミラーからなる偏
向手段における一方のスキャンミラーによる走査方向に
ついて測定及び補正を行い、その後、他方のスキャンミ
ラーによる走査方向について測定及び補正を行うことか
ら、光学系が複雑であっても測定及び補正を的確に行う
ことができるものであり、また信頼性も高いものであ
る。
形成時照射位置情報の取得段階と、差分データ取得段階
と、偏向制御段階とからなる途中補正動作をモデル形成
中に繰り返すとともに、途中補正動作に際し、順次レー
ザビームを反射させる２つのスキャンミラーからなる偏
向手段における一方のスキャンミラーによる走査方向に
ついて測定及び補正を行い、その後、他方のスキャンミ
ラーによる走査方向について測定及び補正を行うことか
ら、光学系が複雑であっても測定及び補正を的確に行う
ことができるものであり、また信頼性も高いものであ
る。
【００３５】この時、上記途中補正動作に際し、レーザ
ビームの照射領域内の測定予定点に関して照射位置と偏
向手段におけるミラーの回転量との関係係数を予め求め
ておき、上記関係係数を用いて補正を行うと、精度の良
い補正を行うことができる。
ビームの照射領域内の測定予定点に関して照射位置と偏
向手段におけるミラーの回転量との関係係数を予め求め
ておき、上記関係係数を用いて補正を行うと、精度の良
い補正を行うことができる。
【００３６】また、形成する三次元モデルの形状データ
に基づいて、途中補正動作の実行タイミングを予め決定
しておけば、各層毎の走査線分の総延長が異なる場合に
も、所定層毎に途中補正動作を行う場合に比して、レー
ザビーム照射時間の差を無くすことができる上に、予め
実行タイミングを適切な状態に割り振ることができる。
に基づいて、途中補正動作の実行タイミングを予め決定
しておけば、各層毎の走査線分の総延長が異なる場合に
も、所定層毎に途中補正動作を行う場合に比して、レー
ザビーム照射時間の差を無くすことができる上に、予め
実行タイミングを適切な状態に割り振ることができる。
【００３７】形成する三次元モデルの形状データに基づ
いて、レーザビームの積算照射熱量を予め演算し、その
積算値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予め
決定しておくならば、レーザビームパワーを途中で変化
させたりしている時にも、適切な時点で途中補正動作を
行わせることができる。
いて、レーザビームの積算照射熱量を予め演算し、その
積算値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予め
決定しておくならば、レーザビームパワーを途中で変化
させたりしている時にも、適切な時点で途中補正動作を
行わせることができる。
【００３８】また、形成する三次元モデルの形状データ
に基づいて、途中補正動作におけるモデル形成時照射位
置情報の取得段階での照射ターゲットに対する照射位置
測定点を変化させると、測定に要する時間を必要最小限
に留めることができて、不必要な動作が少なくなるため
に、全体としてスピードアップが可能である。
に基づいて、途中補正動作におけるモデル形成時照射位
置情報の取得段階での照射ターゲットに対する照射位置
測定点を変化させると、測定に要する時間を必要最小限
に留めることができて、不必要な動作が少なくなるため
に、全体としてスピードアップが可能である。
【００３９】このほか、レーザビームの照射位置測定に
際して、レーザビームの照射領域内を横断可能な高精度
位置決め可動テーブルに設置した照射位置測定用のカメ
ラを用いると、測定点や測定領域の変更に素早く対応さ
せることができる。
際して、レーザビームの照射領域内を横断可能な高精度
位置決め可動テーブルに設置した照射位置測定用のカメ
ラを用いると、測定点や測定領域の変更に素早く対応さ
せることができる。
【００４０】また、照射ターゲットとして、加工面上に
位置させることができるものを用いるとともに、加工面
上に位置させた照射ターゲットに対してレーザビームの
照射を行うようにすれば、実際の加工領域に測定点をも
ってくることができるために、正確な補正を行うことが
できるほか、ターゲットの大きさを照射領域とは関係無
く設定することができるために、測定点や測定領域の変
更への対応も容易となる。
位置させることができるものを用いるとともに、加工面
上に位置させた照射ターゲットに対してレーザビームの
照射を行うようにすれば、実際の加工領域に測定点をも
ってくることができるために、正確な補正を行うことが
できるほか、ターゲットの大きさを照射領域とは関係無
く設定することができるために、測定点や測定領域の変
更への対応も容易となる。
【００４１】さらに精密位置決め可能な可動テーブルで
照射ターゲットを加工面上に加工面と平行に位置させる
と、測定誤差を少なくすることができるとともに補正の
ための計算も簡略化することができる。
照射ターゲットを加工面上に加工面と平行に位置させる
と、測定誤差を少なくすることができるとともに補正の
ための計算も簡略化することができる。
【図１】本発明に係る偏向制御方法の説明図である。
【図２】同上の装置の斜視図である。
【図３】同上の測定点についての説明図である。
【図４】同上の変更制御方法の主ステップの説明図であ
る。
る。
【図５】測定点以外の箇所の位置ずれ量の推定処理を含
む偏向制御方法の説明図である。
む偏向制御方法の説明図である。
【図６】途中補正動作の実行タイミングに関する説明図
である。
である。
【図７】途中補正動作の実行タイミングの他例の説明図
である。
である。
【図８】加工領域と測定領域との説明図である。
【図９】偏向手段の一例の斜視図である。
【図１０】同上の動作説明図である。
２ 変更手段
２１ スキャンミラー
２２ スキャンミラー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 阿部 諭
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株
式会社内
(72)発明者 吉田 徳雄
大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株
式会社内
Ｆターム(参考） 4F213 AA44 AM32 AP11 AP12 AR12
AR13
Claims (8)
- 【請求項１】 被固化剤に偏向手段を介してレーザビー
ムを照射して固化させた固化層を複数層積み重ねて所望
の三次元形状モデルを形成するにあたり、予め所定の方
法にて加工面でのレーザビーム照射位置の較正作業を行
って、その状態で三次元モデル形成スタート直前に照射
ターゲット上にレーザビームを照射し、照射ターゲット
上の照射位置を複数箇所で測定してスタート時照射位置
情報を取得する段階と、三次元モデルの形成動作中にお
いて、照射ターゲット上にレーザビームを照射してその
照射位置を複数箇所で測定してモデル形成時照射位置情
報を取得する段階と、スタート時照射位置情報とモデル
形成時照射位置情報とを比較して、その差分データを得
る差分データ取得段階と、差分データからレーザビーム
照射位置とレーザビームの偏向用のミラーの回転角との
関係に基づいてミラーの補正角を決定してこの補正角に
基づいてレーザビームの偏向制御の補正を行う偏向制御
段階とを有して、モデル形成時照射位置情報の取得段階
と、差分データ取得段階と、偏向制御段階とからなる途
中補正動作をモデル形成中に繰り返すとともに、途中補
正動作に際し、順次レーザビームを反射させる２つのス
キャンミラーからなる偏向手段における一方のスキャン
ミラーによる走査方向について測定及び補正を行い、そ
の後、他方のスキャンミラーによる走査方向について測
定及び補正を行うことを特徴とする光造形システムにお
けるレーザビームの偏向制御方法。 - 【請求項２】 途中補正動作に際し、レーザビームの照
射領域内の測定予定点に関して照射位置と偏向手段にお
けるミラーの回転量との関係係数を予め求めておき、途
中補正動作に際して上記関係係数を用いて補正を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の光造形システムにおける
レーザビームの偏向制御方法。 - 【請求項３】 形成する三次元モデルの形状データに基
づいて、途中補正動作の実行タイミングを予め決定して
おくことを特徴とする請求項１または２記載の光造形シ
ステムにおけるレーザビームの偏向制御方法。 - 【請求項４】 形成する三次元モデルの形状データに基
づいて、レーザビームの積算照射熱量を予め演算し、そ
の積算値に基づいて途中補正動作の実行タイミングを予
め決定しておくことを特徴とする請求項１または２記載
の光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方
法。 - 【請求項５】 形成する三次元モデルの形状データに基
づいて、途中補正動作におけるモデル形成時照射位置情
報の取得段階での照射ターゲットに対する照射位置測定
点を変化させることを特徴とする請求項１または２記載
の光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方
法。 - 【請求項６】 レーザビームの照射位置測定に、レーザ
ビームの照射領域内を横断可能な高精度位置決め可動テ
ーブルに設置した照射位置測定用のカメラを用いている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の
光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法。 - 【請求項７】 照射ターゲットとして、加工面上に位置
させることができるものを用いるとともに、加工面上に
位置させた照射ターゲットに対してレーザビームの照射
を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に
記載の光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御
方法。 - 【請求項８】 精密位置決め可能な可動テーブルで照射
ターゲットを加工面上に加工面と平行に位置させること
を特徴とする請求項７記載の光造形システムにおけるレ
ーザビームの偏向制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001226693A JP3531629B2 (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | 光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001226693A JP3531629B2 (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | 光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003039562A true JP2003039562A (ja) | 2003-02-13 |
| JP3531629B2 JP3531629B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=19059468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001226693A Expired - Lifetime JP3531629B2 (ja) | 2001-07-26 | 2001-07-26 | 光造形システムにおけるレーザビームの偏向制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3531629B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105365215A (zh) * | 2014-09-02 | 2016-03-02 | 三纬国际立体列印科技股份有限公司 | 立体列印装置的校正装置以及校正方法 |
| JP2016060131A (ja) * | 2014-09-18 | 2016-04-25 | 株式会社ソディック | 積層造形装置 |
| CN106956430A (zh) * | 2017-03-29 | 2017-07-18 | 深圳市大业激光成型技术有限公司 | 一种振镜扫描系统的校准装置及应用其的3d打印机系统 |
| CN109396657A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-01 | 北京易加三维科技有限公司 | 用于增材制造设备的多激光矫正与拼接方法 |
| EP3536500A1 (en) | 2018-03-07 | 2019-09-11 | Ricoh Company, Ltd. | Fabricating apparatus, fabricating system, and fabricating method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08318574A (ja) * | 1995-05-26 | 1996-12-03 | Matsushita Electric Works Ltd | 三次元形状の形成方法 |
| JPH09511854A (ja) * | 1994-10-18 | 1997-11-25 | イーオーエス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング イレクトロ オプティカル システムズ | レーザビームを偏向させるための制御装置を較正するための方法および装置 |
| JP2000326416A (ja) * | 1999-04-23 | 2000-11-28 | Eos Gmbh Electro Optical Systems | ３次元物体を製造する装置を校正する方法、校正装置、及び３次元物体を製造する装置および方法 |
| JP2001096381A (ja) * | 1999-09-29 | 2001-04-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | レーザー加工方法 |
-
2001
- 2001-07-26 JP JP2001226693A patent/JP3531629B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
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| CN105365215A (zh) * | 2014-09-02 | 2016-03-02 | 三纬国际立体列印科技股份有限公司 | 立体列印装置的校正装置以及校正方法 |
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| EP3536500A1 (en) | 2018-03-07 | 2019-09-11 | Ricoh Company, Ltd. | Fabricating apparatus, fabricating system, and fabricating method |
| US10990079B2 (en) | 2018-03-07 | 2021-04-27 | Ricoh Company, Ltd | Fabricating apparatus, fabricating system, and fabricating method |
| CN109396657A (zh) * | 2018-11-16 | 2019-03-01 | 北京易加三维科技有限公司 | 用于增材制造设备的多激光矫正与拼接方法 |
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|---|---|
| JP3531629B2 (ja) | 2004-05-31 |
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