JP2015013485A

JP2015013485A - ３次元複合機および３次元複製方法

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Publication number: JP2015013485A
Application number: JP2014215122A
Authority: JP
Inventors: 紀彦山田; Norihiko Yamada
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-10-22
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-01-22
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Abstract

【課題】立体物の複製を家庭やオフィス等で手軽に実現したいというユーザーの要望に的確に応えられていなかった。
【解決手段】処理用空間としてのチャンバーと、３次元モデルデータに基づいて上記チャンバー内に立体物を造形可能な造形部と、上記チャンバー内に載置された測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部と、上記測定部により取得された３次元モデルデータに基づいて上記造形部に上記測定対象物の複製物を造形させる造形制御部とを備える３次元複合機とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、３次元複合機および３次元複製方法に関する。

立体物の造形技術として幾つかの手法が知られている。具体的には、いわゆる光造形法（特許文献１参照）、選択的レーザー焼結法（特許文献２参照）、溶融堆積法（特許文献３参照）、粉末結合法（特許文献４参照）、シート積層法（特許文献５参照）、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法（特許文献６参照）等の積層型の造形法が知られている。
また、測定対象となる立体物を３次元測定して３次元モデルデータを出力可能な３次元測定器（３次元デジタイザ）が知られている。
また、測定対象物を測定する装置や、コンピューターや、立体物の造形のための装置といった複数の装置からなるシステムによって、立体物のコピーを実現する技術が知られている（特許文献７，８参照）。

特開２００８‐１９５０６９号公報特表２０１０‐５１０１０４号公報特表２００９‐５２５２０７号公報特表２００２‐５０７９４０号公報特開２００１‐３０１０６０号公報特表２００３‐５３５７１２号公報特開２００４‐６９４０３号公報特開２００６‐２５０９０６号公報

従来のように、測定対象物を測定する装置や立体物の造形のための装置が分離した構成においては、各装置が占有スペースを必要としたり、装置間におけるコンピューターを介したデータ転送などの手間や配線の煩雑さがあった。このような各装置による多くのスペースの占有や手間などは、立体物の複製（コピー）を家庭やオフィス等で手軽に実現したいユーザーに対する障害となっていた。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、立体物の複製を従来よりも小さなスペースで且つ容易に実行することが可能な３次元複合機および３次元複製方法を提供する。また、上記省スペース化を図ったときに、更なる処理の効率化やユーザーの利便性向上を実現することが可能な３次元複合機および３次元複製方法を提供する。

本発明にかかる３次元複合機の態様の一つは、処理用空間としてのチャンバーと、３次元モデルデータに基づいて上記チャンバー内に立体物を造形可能な造形部と、上記チャンバー内に載置された測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部と、上記測定部により取得された３次元モデルデータに基づいて上記造形部に上記測定対象物の複製物を造形させる造形制御部と、を備える構成としてある。

本発明によれば、単体の３次元複合機により、立体物の造形と、立体物（測定対象物）の測定と、立体物の測定と造形とからなる立体物の複製とが可能である。そして、３次元複合機では、測定部による測定と、造形部による造形とがいずれも同じチャンバー内で実行される。そのため、３次元複合機全体が非常にコンパクトに形成され、従来のような複数の装置間での煩雑な配線やデータ転送の手間も不要となり、ユーザーは立体物の複製を従来よりも小さなスペースで且つ容易に実行することが可能となる。

本発明の態様の一つとして、上記造形制御部は、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況で上記造形部による複製物の造形を実行させる、構成としてもよい。
当該構成によれば、チャンバー内に載置した測定対象物を取り出すことなくプロセスが測定から造形へと移行するため、測定対象物の複製物を得るまでのユーザーの負担が大きく軽減される。
上記造形制御部は、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況で上記造形部による複製物の造形が可能か否かを、少なくとも上記取得された３次元モデルデータに基づいて判定し、造形が不能と判定した場合には、上記測定対象物の上記チャンバーからの取り出しを外部に対して催促する催促処理を実行し、上記測定対象物が上記チャンバーから取り出された後に上記造形部による複製物の造形を実行させ、造形が可能と判定した場合には、上記催促処理を実行することなく上記造形部による複製物の造形を実行させる、構成としてもよい。
当該構成によれば、上記催促がなされた場合にのみユーザーはチャンバー内に載置した測定対象物を取り出せばよく、上記催促がなされない場合はチャンバー内に載置した測定対象物を取り出すことなくプロセスが測定から造形へと移行するため、測定対象物の複製物を得るまでのユーザーの負担が大きく軽減される。

上記造形制御部は、上記造形部が造形する立体物の数、立体物の大きさ、立体物と測定対象物との大きさの比率のうち少なくとも１つを含む情報であるコピーパラメーターの受付を行い、上記造形部に上記コピーパラメーターに基づく造形を行わせる構成としてもよい。当該構成によれば、ユーザーから受け付けたコピーパラメーターに基づく造形を行なうことができる。

本発明の態様の一つとして、上記造形制御部は、複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲を、少なくとも上記取得された３次元モデルデータに基づいて決定し、当該決定したコピーパラメーターを外部に対して通知し、当該範囲内に設定されたコピーパラメーターと上記取得された３次元モデルデータとに基づいて上記造形部に上記測定対象物の複製物を造形させる構成としてもよい。
当該構成によれば、ユーザーは、通知されたコピーパラメーターの範囲内でコピーパラメーターを設定すれば、例えば、チャンバー内に測定対象物が載置された状況で（つまり、チャンバー内に載置した測定対象物を取り出すことなく）測定対象物の複製物を造形させることができ、当該複製物を得るまでのユーザーの負担が大きく軽減される。
コピーパラメーターとは、例えば、複製数、複製倍率、複製品質などが該当する。

上記造形制御部は、上記取得された３次元モデルデータが示す上記測定対象物のサイズ、上記チャンバーの空間のサイズ、上記測定対象物の上記チャンバー内における位置および上記造形部が造形のために備える所定の可動部の可動範囲、の少なくともいずれかに基づいて上記コピーパラメーターの範囲を決定するとしてもよい。
当該構成によれば、例えば、チャンバー内に測定対象物が載置された状況で造形部によって造形可能な複製物についてのコピーパラメーターの範囲を正確に決定することができる。
なお、上記造形制御部は、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況での複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲と上記チャンバー内に上記測定対象物が載置されていない状況での複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲とを決定し、設定されたコピーパラメーターに基づいて、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況での複製と上記チャンバー内に上記測定対象物が載置されていない状況での複製とのいずれか一方を実行するとしてもよい。

本発明の態様の一つとして、上記チャンバー内にターンテーブルを備え、上記測定部は、上記ターンテーブルに載置されることにより回転する上記測定対象物を測定する構成としてもよい。
当該構成によれば、チャンバー内のターンテーブルに置かれて回転する測定対象物を測定するため、造形用の空間としても使用されるチャンバー内において効率よく測定対象物を３６０度から測定して正確な３次元モデルデータを得ることができる。

本発明の技術的思想は、３次元複合機以外によっても実現可能である。例えば、処理用空間としてのチャンバーを備える機器により実行される、上記チャンバー内に載置された測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを取得する測定工程と、上記測定工程により取得された３次元モデルデータに基づいて上記測定対象物の複製物を上記チャンバー内に造形する造形工程と、を備える３次元複製方法や、当該方法の各工程に対応する各機能をコンピューター（３次元複合機が内蔵するコンピューター）に実行させるプログラムの発明も把握可能である。

３次元複合機の外観例を示した斜視図である。３次元複合機の構成を概略的に示した図である。プラットフォームの構成例を示した図である。プラットフォームの他の構成例を示した図である。プラットフォームの他の構成例を示した図である。複製処理を示したフローチャートである。第一変形例にかかるフローチャートである。第二変形例にかかるフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
１．複合機の構成
図１は、本実施形態にかかる３次元複合機１０の外観例を斜視図により示している。３次元複合機１０は、装置全体を覆う筺体１１の前面側に扉１２を有している。また、筺体１１の内部には、処理用空間としてのチャンバー１３が形成されている。ユーザーは、扉１２を開けることで、チャンバー１３内にアクセス可能であり、チャンバー１３内に測定対象物Ｍとしての立体物を載置したり、載置した測定対象物Ｍを取り出したり、チャンバー１３内に造形された立体物（造形物Ｒ）を取り出したりすることができる。３次元複合機１０は、筺体１１表面の所定位置に、ユーザーに対する表示部としての表示装置１１ａ（液晶パネル等）や、ユーザーからの操作を受け付ける操作受付部１１ｂとしてのスイッチやボタンやタッチパネル等を適宜備える。

図２は、３次元複合機１０の構成を概略的に示している。３次元複合機１０は、チャンバー１３内に載置された測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部２０と、与えられた３次元モデルデータに基づいてチャンバー１３内に造形物Ｒを造形可能な造形部３０と、測定部２０と造形部３０とを制御する制御部４０とを含む。ここで言う与えられた３次元モデルデータとは、外部から３次元複合機１０に接続されたコンピューターや記憶媒体（メモリーカード等）から３次元複合機１０が読み込む３次元モデルデータと、測定部２０によって取得される３次元モデルデータとの両方を含む意味である。つまり、一台の３次元複合機１０は、立体物の３次元測定機能と、立体物の造形機能と、これら機能を合わせた立体物の複製機能とを兼ね備えている。また、３次元複合機１０は、造形方法に応じた造形のための構造を備え、例えばチャンバー１３の底面側に配設された略水平な台（プラットフォーム１４）と、プラットフォーム１４をチャンバー１３内において３次元複合機１０の上下方向（縦方向）に移動させることが可能なモーター等からなるプラットフォーム移動機構１５を含む。

測定部２０は、測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な機構であれば、公知の非接触型の３次元デジタイザを含めて種々の構成を採ることができる。測定部２０は、例えば、照射光を発する光源２１、光源２１から照射された照射光の測定対象物Ｍからの反射光を読み取るイメージセンサー２２、イメージセンサー２２による読み取り結果（点群データ）に基づいて所定のフォーマットの３次元モデルデータを生成するファイル生成部２３などを備える。ファイル生成部２３は、例えば、ＳＴＬやＯＢＪやＩＧＥＳ等のフォーマットで３次元モデルデータを生成可能である。

一例として、ファイル生成部２３がＳＴＬフォーマットの３次元モデルデータを生成する場合、３次元モデルデータは、３つの頂点（座標値）を有する三角形の集合により立体を表現する。ここでいう座標値とは、例えば、チャンバー１３内に定義された空間（互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚの３軸により定義された空間）における座標値（Ｘ成分値、Ｙ成分値、Ｚ成分値）である。また、各三角形は面法線ベクトルを有し、各面法線ベクトルが向く方向は立体物の表面が向く方向を示している。本実施形態では、Ｚ軸は上記上下方向（縦方向）を向き、これに垂直なＸＹ平面は、水平面を形成するものする。

造形部３０は、３次元モデルデータに基づいて立体物を造形可能な機構であればよく、上述したような積層型の造形法のいずれかにより造形を行なう。造形部３０は、例えば、３次元モデルデータを各層の造形のためのスライスデータに変換するデータ変換部３１、造形のための可動部（造形ヘッド３２）、造形ヘッド３２をチャンバー１３内においてＸ，Ｙ軸方向それぞれに移動させることが可能なモーター等からなるヘッド移動機構３３などを備える。データ変換部３１は、３次元モデルデータの断面形状であって、例えば、Ｚ軸方向に垂直な断面形状（ＸＹ平面における形状）を演算により取得する。データ変換部３１は、このような断面形状をＺ軸方向においてスライス幅（造形部３０が積層する層の厚さ。なお、スライス幅は一定とは限らない。）間隔で取得する。このようなスライス幅毎の断面形状を表したデータを、スライスデータと呼ぶ。

造形ヘッド３２は、チャンバー１３内にてプラットフォーム１４上をヘッド移動機構３３によってＸ，Ｙ軸方向に移動させられながら、一層のスライスデータが示す形状に応じて所定の材料や光を発することで一層の造形を行なう。各種積層型の造形法は公知であるため造形法自体の詳細な説明は省くが、造形ヘッド３２は、光造形法、選択的レーザー焼結法、シート積層法などであればレーザー光をプラットフォーム１４上の樹脂や粉末層やシート部材に対して照射するし、溶融堆積法であれば溶融させた樹脂をプラットフォーム１４上に吐出（押し出し）するし、粉末結合法であれば結合材をプラットフォーム１４上の粉末層に吐出するし、インクジェットによる材料の直接吐出による造形法であれば造形物Ｒの形成に用いられる材料をプラットフォーム１４上に吐出する。このようなスライスデータに応じた一層分の造形と、Ｚ軸方向に沿ったプラットフォーム１４の当該一層分の移動（下降）とを繰り返すことで、プラットフォーム１４上に層単位での造形結果が積層され、造形物Ｒが完成する。なお、これらの造形方法のうち、プラットフォーム１４上に樹脂や粉末層やシート部材を用意する必要がない方法である溶融堆積法やインクジェットによる材料の直接吐出による造形法を採用することが望ましい。

制御部４０は、ＣＰＵ４１やメモリー４２などを備え、ＣＰＵ４１がメモリー４２に記憶された所定のプログラムに従って測定部２０や造形部３０を制御する。また制御部４０は、造形部３０による造形時に、プラットフォーム移動機構１５のモーターを数値制御することでプラットフォーム１４のＺ軸方向の移動距離や移動速度を制御し、ヘッド移動機構３３のモーターを数値制御することで造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向の移動距離や移動速度を制御する。

図３は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（１４ａ）の構成例を示している。図３に示すプラットフォーム１４ａは円形状であり、且つ中心が軸１６により下方から支持されている。軸１６は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。この軸１６の回転についても制御部４０により数値制御される。つまり図３の例では、プラットフォームはターンテーブルとなっている。測定部２０による測定対象物Ｍの測定時には、このターンテーブルとしてのプラットフォーム１４ａに測定対象物Ｍが載置され、プラットフォーム１４ａが回転する状況で測定が行なわれる。回転するターンテーブルに測定対象物Ｍが載ることで、イメージセンサー２２は、それ自体が固定されていても測定対象物Ｍを３６０度満遍無く読み取ることができる。つまり、造形用の空間としても使用されるチャンバー１３内において効率よく測定対象物Ｍについての正確な３次元モデルデータを取得できる。一方、造形部３０による造形物Ｒの造形時には、プラットフォーム１４ａは基本的には回転せず、Ｚ軸方向に沿った移動を行なう。

図４は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（１４ｂ）の他の構成例を示している。図４に示すプラットフォーム１４ｂは矩形状であり、矩形内の一部が円形にくり抜かれ、このくり抜かれた領域に円形のターンテーブル１４ｂ１が収容されている。つまり図４の例では、プラットフォームの一部がターンテーブルとなっている。プラットフォーム１４ｂ（ターンテーブル１４ｂ１を除く部分）は軸１７により下方から支持され、軸１７は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能である。また、ターンテーブル１４ｂ１は、中心が軸１８により下方から支持され、軸１８は、上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。軸１８の回転は制御部４０により数値制御される。

測定部２０による測定対象物Ｍの測定時には、ターンテーブル１４ｂ１に測定対象物Ｍが載置され、ターンテーブル１４ｂ１が回転する状況で測定が行なわれる。一方、造形部３０による造形物Ｒの造形時には、ターンテーブル１４ｂ１は基本的には回転せず、プラットフォーム１４ｂ全体（プラットフォーム１４ｂおよびターンテーブル１４ｂ１）のＺ軸方向の位置が同一位置に保たれながら、プラットフォーム１４ｂ全体がＺ軸方向に沿って移動する。つまり、ターンテーブル１４ｂ１を含むプラットフォーム１４ｂ全体が一つの矩形の台となり、そこに造形物Ｒが造形される。このように、矩形のプラットフォームの一部を円形のターンテーブルとすることで、測定対象物Ｍを効率よく正確に測定できるという効果を確保しつつ、プラットフォーム自体をターンテーブルとする場合よりも造形のためのスペースを広く確保することができる。

図５は、チャンバー１３内におけるプラットフォーム１４（１４ｃ）の他の構成例を示している。図５に示すプラットフォーム１４ｃは矩形状の板であり、円形のターンテーブル１４ｃ１の上にユーザーによって載置される。ターンテーブル１４ｃ１は、中心が軸１９により下方から支持され、軸１９は上記プラットフォーム移動機構１５によりＺ軸方向に沿って移動可能であり且つ回転可能である。軸１９の回転は制御部４０により数値制御される。測定部２０による測定対象物Ｍの測定時には、プラットフォーム１４ｃはターンテーブル１４ｃ１に載置されず、ターンテーブル１４ｃ１に測定対象物Ｍが載置され、ターンテーブル１４ｃ１が回転する状況で測定が行なわれる。一方、造形部３０による造形物Ｒの造形時には、ターンテーブル１４ｃ１にプラットフォーム１４ｃが載置され、ターンテーブル１４ｃ１は基本的には回転せずＺ軸方向に沿った移動を行なう。

２．複製処理の説明
図６は、３次元複合機１０によって実行される立体物の複製処理の概略をフローチャートにより示している。なお、フローチャート中の各ステップのうち、ユーザーによる行為は鎖線で囲んで示している。
ステップＳ１００では、ユーザーにより、チャンバー１３内のターンテーブル上に測定対象物Ｍが載置される。ステップＳ１１０では、制御部４０は複製処理の開始指示を受け付ける。この場合、ユーザーが操作受付部１１ｂを操作して、例えば“コピー”ボタンを押下げ等することで、制御部４０は複製処理の開始指示を受け付ける。ステップＳ１２０では、制御部４０は、測定部２０に対して測定実行を指示し、当該指示に応じて測定部２０は測定対象物Ｍを３次元測定して３次元モデルデータを生成する。むろんこのとき、制御部４０は、ターンテーブルを回転させる制御も行なう。

測定部２０による測定の終了後、ステップ１３０では、制御部４０は、測定対象物Ｍの取り出し催促を外部に対して行なう。測定対象物Ｍの取り出し催促は、３次元複合機１０が備えるスピーカーから所定の音声を出力させたり、表示装置１１ａに所定のメッセージを表示させたりして行なう。ステップＳ１４０では、ターンテーブル上に載置された測定対象物Ｍがユーザーにより３次元複合機１０外へ取り出される。ステップＳ１５０では、制御部４０は、測定対象物Ｍが取り出されたか否かを所定のセンサー等を介して判定し、取り出しを確認したらステップＳ１６０で造形準備を実行する。造形準備とは、造形部３０のデータ変換部３１に、上記ステップＳ１２０で取得された３次元モデルデータをスライスデータへ変換させたり、プラットフォーム１４の位置を造形開始のための所定位置に移動させたり、図５に示す構成であればプラットフォーム１４ｃをターンテーブル１４ｃ１上に載置するようにユーザーに催促したりする処理等である。

造形準備が整った後、ステップＳ１７０では、制御部４０は、造形部３０に対して上記ステップＳ１６０で変換させた各スライスデータに基づく造形実行を指示し、当該指示に応じて造形部３０は造形ヘッド３２を駆動させて造形を実行する。むろんこのとき、制御部４０は、造形ヘッド３２およびプラットフォーム１４を移動させる制御も行なう。ここでは一例として、造形部３０は溶融堆積法により造形を行なうものとする。ステップＳ１７０の結果、プラットフォーム１４上にはスライスデータに応じて押し出された樹脂の各層が積み重なり、上記ステップＳ１００で載置された測定対象物Ｍの複製物である造形物Ｒが完成する。ステップＳ１８０では、制御部４０は、造形部３０による造形が終了したタイミングで造形物Ｒの取り出しの催促を外部に対して行なう。造形物Ｒの取り出し催促も音声やメッセージ表示等により行なう。ステップＳ１９０では、プラットフォーム１４上に造形された造形物Ｒがユーザーにより３次元複合機１０外へ取り出され、ステップＳ２００では、制御部４０は、造形物Ｒが取り出されたか否かをイメージセンサー２２を介して判定し、取り出しを確認したら処理を終了する。かかるフローチャートを実行する点で、制御部４０は、測定部２０により取得された３次元モデルデータに基づいて造形部３０に測定対象物Ｍの複製物を造形させる造形制御部として機能すると言える。なお、造形物Ｒが取り出されたか否かの判定は、プラットフォームに設けた重量センサーや扉１２の開閉センサーやその他のセンサーを用いても良いし、ユーザーの終了操作で判定しても良い。

このように本実施形態の３次元複合機１０では、測定部２０による測定対象物Ｍの測定と、造形部３０による造形物Ｒの造形とが同じ空間（チャンバー１３）で実行される。そのため、３次元複合機１０全体を非常にコンパクトに形成することができ、また従来のような装置間での煩雑な配線やデータ転送の手間も不要となり、結果、ユーザーは立体物の複製を従来よりも小さなスペースで且つ容易に実行することが可能となる。
本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。以下に、本発明の変形例を幾つか説明する。各変形例は上記実施形態と組み合わせることができるし、各変形例を組み合わせることも可能である。

３．複製処理の第一変形例
図７は、３次元複合機１０によって実行される立体物の複製処理の第一変形例をフローチャートにより示している。図７に関しては、上記図６と処理が同様のステップについては同じ符号で示すとともに説明を省略する。
なお、第一変形例および後述の第二変形例では、プラットフォーム１４の構成として上記図３または図４に示した構成を採用するものとする。
ステップＳ３１０では、制御部４０は、コピーパラメーターの設定を受け付けるとともに複製処理の開始指示を受け付ける。コピーパラメーターとは、測定対象物Ｍの複製に関してユーザーが任意に設定可能なパラメーターであり、例えばユーザーは、複製数や複製倍率や複製品質などの各種パラメーターを、操作受付部１１ｂを操作して設定する。このコピーパラメーターの設定可能な範囲は、予め設定しておいても良い。

ステップＳ３２５では、制御部４０は、チャンバー１３内に測定対象物Ｍが載置された状況で造形部３０による複製物としての造形物Ｒの造形が可能か否かを、少なくともステップＳ１２０で取得された３次元モデルデータに基づいて判定する。より具体的には、制御部４０は、３次元モデルデータが示す測定対象物Ｍのサイズ、チャンバー１３の空間のサイズ、測定対象物Ｍのチャンバー１３内における位置、上記ステップＳ３１０で設定されたコピーパラメーターおよび造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向における可動範囲、に基づいて当該判定を行う。チャンバー１３の空間のサイズおよび造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向における可動範囲は、製品設計上予め決められた値であり、これらの値についてはメモリー４２に記憶されている。ここで言うチャンバー１３の空間のサイズとは、チャンバー１３内であってプラットフォーム１４上の空間のサイズを意味する。

測定対象物Ｍのサイズは、例えば、測定対象物ＭのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれにおける長さ（幅、奥行き、高さ）で定義される立体の大きさ（容積）であり、制御部４０は、３次元モデルデータに記述されている立体の表面の座標値を参照し、最小のＸ成分値と最大のＸ成分値との差、最小のＹ成分値と最大のＹ成分値との差、最小のＺ成分値と最大のＺ成分値との差、をそれぞれ算出することで把握できる。また制御部４０は、このように測定対象物Ｍのサイズを座標値に基づいて把握することで、同時に、測定対象物Ｍ（測定対象物ＭのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向それぞれの長さで定義される立体）がチャンバー１３内のどこに位置するか（チャンバー１３内のどこの空間を占めるか）を把握する。制御部４０は、測定対象物Ｍのサイズ、チャンバー１３の空間のサイズおよび測定対象物Ｍのチャンバー１３内での位置から、チャンバー１３の空間内における測定対象物Ｍ以外の空間（空き領域）を算出する。そして制御部４０は、空き領域に、上記設定されたコピーパラメーターに従って造形される造形物Ｒを収容できるか否か判定し、空き領域がこのような造形物Ｒを収容できない大きさ・形状であれば、チャンバー１３内に測定対象物Ｍが載置された状況での造形物Ｒの造形は不可能（造形不能）と判定する。例えば、複製数＝２個、複製倍率＝１．５倍というコピーパラメーターが設定されている場合、制御部４０は、造形対象物Ｍのサイズを１．５倍したものを２個、互いに重ならずに置けるだけの大きさ・形状が空き領域にあるか否か判定する。

また、制御部４０は、上記設定されたコピーパラメーターに従って造形される造形物Ｒを空き領域に収容できると判定したとしても、造形ヘッド３２の可動範囲及びプラットフォーム１４の可動範囲から外れた位置に造形物Ｒ（造形物Ｒの一部分）を収容せざるを得ない場合、例えば、造形物Ｒがチャンバー１３の壁面ぎりぎりに伸びている場合や、プラットフォーム１４を最も下げた場合でも造形物Ｒの一部が造形ヘッド３２の上に伸びてしまう場合などは、造形不能と判定する。また、制御部４０は、造形中に造形ヘッド３２が測定対象物Ｍに衝突するおそれがある場合は、造形不能と判定する。ただし、上記設定されたコピーパラメーターに従った個数や倍率の造形物Ｒを上記空き領域内に造形するために造形ヘッド３２が移動すべき範囲が測定対象物Ｍが占める空間と干渉しないのであれば、造形不能と判定しないとしてもよい。制御部４０は、上述した各判定のいずれにおいても造形不能と判定しない造形物Ｒの位置が存在する場合には、チャンバー１３内に測定対象物Ｍが載置された状況での造形物Ｒの造形は可能（造形可能）とする。

制御部４０は、ステップＳ３２５において“Ｎｏ”の判定（造形不能）とした場合に、測定対象物Ｍを取り出した場合に造形物Ｒの造形が可能であるか否かを判定し、造形可能であれば、上述のステップＳ１３０に進み、造形不可能であればエラーを通知して終了する。また、ステップＳ３２５において“Ｙｅｓ”の判定（造形可能）とした場合には、測定対象物Ｍの取り出し催促を行うことなく、ステップＳ１６０に進む。上述したようにステップＳ１６０の造形準備では、制御部４０は、データ変換部３１に上記ステップＳ１２０で取得された３次元モデルデータをスライスデータへ変換させるとしたが、このスライスデータへの変換処理は必ずしもステップＳ１６０の中で行われる必要はなく、ステップＳ１２０で測定対象物Ｍが測定された後であって造形部３０による造形が開始されるまでの間であればどのタイミングで行われても良い。

ステップＳ３７０では上記ステップＳ１７０と同様に、制御部４０は、造形部３０に対して各スライスデータに基づく造形実行を指示し、当該指示に応じて造形部３０は造形ヘッド３２を駆動させて造形を実行する。ただし第一変形例では、制御部４０は、上記設定されたコピーパラメーターに応じた造形を造形部３０に指示する。この結果、造形部３０は、上記設定された複製品質の造形物Ｒであって上記設定された複製倍率にかかる大きさの造形物Ｒを、上記設定された複製数だけ造形する。なお、上記ステップＳ３２５の“Ｙｅｓ”の判定を経て造形が実行される場合は、チャンバー１３内に測定対象物Ｍが載置された状態で、上記空き領域に対応するプラットフォーム１４上の位置に造形物Ｒが造形される。

ステップＳ３８０では上記ステップＳ１８０と同様に、制御部４０は造形物Ｒの取り出し催促を行なうが、上記ステップＳ３２５の“Ｙｅｓ”の判定を経て造形が実行された場合は、造形物Ｒの取り出しとともに測定対象物Ｍの取り出しの催促も行う。ステップＳ３９０では上記ステップＳ１９０と同様に、ユーザーがプラットフォーム１４上に造形された造形物Ｒを３次元複合機１０外へ取り出すが、上記ステップＳ３８０で測定対象物Ｍの取り出しも併せて催促されている場合には、ユーザーは、造形物Ｒおよび測定対象物Ｍを取り出す。上記ステップＳ３８０で測定対象物Ｍの取り出しも併せて催促している場合は、造形物Ｒおよび測定対象物Ｍが取り出されたか否かを判定し、取り出しを確認したら処理を終了する。

このように第一変形例では、制御部４０は、測定対象物Ｍの測定後、測定対象物Ｍがチャンバー１３内に置かれた状況でチャンバー１３内に複製物の造形が可能であるか否か判定し、不能である場合にのみ造形前に測定対象物Ｍを取り出すことをユーザーに催促する。一方、測定対象物Ｍがチャンバー１３内に置かれた状況でチャンバー１３内に複製物の造形が可能であるならば、測定対象物Ｍを取り出すことをユーザーに催促することなく、測定対象物Ｍがチャンバー１３内に在る状態で造形部３０に造形を実行させる。つまりユーザーは、測定対象物Ｍが小さい場合などに、コピーパラメーターを設定して“コピー”ボタンを操作した後は複製物の造形が完了するまで何もする必要がなく（測定と造形との間に扉１２を開けて測定対象物Ｍをチャンバー１３から取り出す必要がなく）、複製物を得るまでのユーザーの負担が大きく軽減される。

４．複製処理の第二変形例
図８は、３次元複合機１０によって実行される立体物の複製処理の第二変形例をフローチャートにより示している。図８に関しては、上記図６と処理が同様のステップについては同じ符号で示すとともに説明を省略する。
ステップＳ５２２では、制御部４０は、チャンバー１３内に測定対象物Ｍが載置された状況で造形部３０による複製物の造形を実行する場合に当該複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲を、少なくともステップＳ１２０で取得された３次元モデルデータに基づいて決定する。具体的には、制御部４０は、３次元モデルデータが示す測定対象物Ｍのサイズ、チャンバー１３の空間のサイズ及び形状、測定対象物Ｍのチャンバー１３内における位置および造形ヘッド３２のＸ，Ｙ軸方向における可動範囲、プラットフォーム１４の可動範囲、のうち少なくとも一部の情報に基づいて当該決定を行う。

制御部４０は、第一変形例と同様に上記空き領域を算出するとともに、この空き領域のうち、造形ヘッド３２が測定対象物Ｍが占める空間と干渉することなく移動可能な範囲を、上記可動範囲及びプラットフォーム１４の可動範囲を参照して特定する。そして制御部４０は、この特定した範囲に対応するプラットフォーム１４上の空間（特定空間）内に測定対象物Ｍの複製物が造形されることを複数パターン、計算し、それらの造形で取り得るコピーパラメーターの許容範囲を決定する。

コピーパラメーターの許容範囲を決定する処理の一例として、制御部４０は、複製数＝最小値（１個）としたときに許容される複製倍率の最大値を、測定対象物Ｍのサイズおよび上記特定空間のサイズに基づいて算出する。また制御部４０は、複製倍率の最小値を、測定対象物Ｍのサイズおよび製品設計上決められている造形部３０の造形能力（どれだけ小さな造形が可能かという意味での造形能力）に基づいて決定する。また制御部４０は、複製数を１個ずつ増加させながら、各複製数に対応する複製倍率の最大値を算出していく。かかる各複製数に対応する複製倍率の最大値の算出は、算出される最大値が上記複製倍率の最小値を下回らない限りにおいて繰り返す。そして、当該繰り返しの最後に複製倍率の最大値を算出したときの複製数が、複製数が取り得る最大値となる。このような計算をすれば、制御部４０は、複製数が取り得る最小値から最大値までの各個数に対応する複製倍率の範囲（最小倍率〜最大倍率）を取得することができる。

ステップＳ５２４では、制御部４０は、上記ステップＳ５２２で決定したコピーパラメーターの範囲を外部に対して通知する。通知の方法は様々であるが、一例として制御部４０は、表示装置１１ａに、上記複製数が取り得る最小値から最大値までの範囲と、複製数の各個数に対応する複製倍率の範囲との対応関係を記述した表等を表示させてもよい。あるいは、制御部４０は、ユーザーが操作受付部１１ｂを操作して複製数を増減させることに連動して、表示装置１１ａに表示する複製倍率の範囲を変化させていくとしてもよい。

ステップＳ５２６では、制御部４０は、上記コピーパラメーターの外部への通知後に設定されたコピーパラメーターを受け付ける。つまりユーザーは、ステップＳ５２４の通知により、チャンバー１３に測定対象物Ｍを載置したまま複製物の造形をさせる場合に設定可能なコピーパラメーターの範囲を知ることができるため、基本的にはこの通知されたコピーパラメーターの範囲内でコピーパラメーターの設定を行う。もし、この範囲外でユーザーがコピーパラメーターの設定を行った場合には、エラーを通知するようにしても良い。ここでは、ユーザーは、通知されたコピーパラメーターの範囲内でコピーパラメーターの設定を行ったものとして説明を続ける。

ステップＳ５７０では上記ステップＳ１７０と同様に、制御部４０は、造形部３０に対して各スライスデータに基づく造形実行を指示し、当該指示に応じて造形部３０は造形ヘッド３２を駆動させて造形を実行する。第二変形例では、制御部４０は、上記ステップＳ５２６で設定されたコピーパラメーターに応じた造形を造形部３０に指示する。チャンバー１３内には、測定対象物Ｍが載置されたままの状態で上記空き領域に対応するプラットフォーム１４上の位置に造形物Ｒが造形される。ステップＳ５８０では、制御部４０は、造形物Ｒおよび測定対象物Ｍの取り出しの催促を外部に対して行う。ステップＳ５９０では、ユーザーが、測定対象物Ｍおよび造形物Ｒを３次元複合機１０外へ取り出す。ステップＳ６００では、制御部４０は、造形物Ｒおよび測定対象物Ｍが取り出されたか否かを判定し、取り出しを確認したら処理を終了する。

上述したように図８では、ユーザーが通知されたコピーパラメーターの範囲内でコピーパラメーターを設定することを前提としている。しかし、上記通知を受けたユーザーが実際にどのようなコピーパラメーターを設定するかは不明である。そこで、図８のステップＳ５２６とステップＳ１６０との間に、図７のステップＳ３２５，Ｓ１３０，Ｓ１４０，Ｓ１５０の処理を追加し、測定対象物Ｍがチャンバー１３内に置かれた状況でチャンバー１３内で複製物の造形が可能であるか否か判定し、不能であれば造形前に測定対象物Ｍを取り出すことをユーザーに催促するようにしてもよい。あるいは、ステップＳ５２６では、ステップＳ５２２で決定した範囲外のコピーパラメーターについてはユーザーによる設定を無効化し或いはエラーを通知し、ユーザーが設定できるコピーパラメーターの範囲を、ステップＳ５２２で決定したコピーパラメーターの範囲内に限定するとしてもよい。

このように第二変形例では、制御部４０は、測定対象物Ｍの測定後、測定対象物Ｍがチャンバー１３内に置かれた状況でチャンバー１３内に複製物の造形を可能とするためのコピーパラメーターの範囲を決定し、この範囲をユーザーに通知する。従って、ユーザーは、かかる通知を参照してコピーパラメーターを設定すれば、確実に測定対象物Ｍがチャンバー１３内に置かれた状況での複製物の造形が可能となり、そのため、複製物を得るまでのユーザーの負担が大きく軽減される。

５．複製処理の第三変形例
測定対象物Ｍが載置した状態で複製物の造形を実行する第１のモードと、測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形を実行する第２のモードと、測定対象物Ｍが載置した状態で複製物の造形を実行するかどうかを自動判断する第３のモードとを設け、ユーザーの指定を可能にしても良い。
そして、ユーザーが第１のモードを指定した場合には、第二変形例のように動作を行い、ユーザーが第２のモードを指定した場合には、本実施形態のように動作を行い、ユーザーが第３のモードを指定した場合には、第一変形例のように動作を行う。

６．他の変形例
本実施例のように、測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形を実行する場合であっても、コピーパラメーターの設定を可能にして、設定されたコピーパラメーターに従って測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形を実行するようにしても良い。この場合も測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形が可能な範囲にコピーパラメーターの設定可能範囲を制限することが望ましい。
また、測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形が可能なコピーパラメーター範囲と、測定対象物Ｍを取り出さない状態で複製物の造形が可能なコピーパラメーター範囲と、を計算し、両方の範囲をユーザーに通知しても良い。また、ユーザーの指定したコピーパラメーターが、測定対象物Ｍを取り出さない状態で複製物の造形が可能なコピーパラメーター範囲内であれば測定対象物Ｍを取り出さない状態で複製物の造形を実行し、測定対象物Ｍを取り出さない状態で複製物の造形が可能なコピーパラメーター範囲外でかつ測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形が可能なコピーパラメーター範囲内であれば、測定対象物Ｍを取り出させた上で、複製物の造形を実行し、測定対象物Ｍを取り出した状態で複製物の造形が可能なコピーパラメーター範囲外であれば、エラーを通知するようにしても良い。

測定部２０、造形部３０、制御部４０の区別は、図２に示した態様に限られず、３次元複合機１０のうち、測定にかかわる箇所の全てをまとめて測定部２０と呼んでもよいし、造形にかかわる箇所の全てをまとめて造形部３０と呼んでもよい。
また上記では、造形ヘッド３２についてはＸ，Ｙ軸方向へ移動可能であり、プラットフォーム（ターンテーブル）についてはＺ軸方向へ移動可能であるとしたが、造形ヘッド３２、プラットフォーム（ターンテーブル）が移動可能な方向はこれらに限られない。例えば、造形ヘッド３２はＺ軸方向にも移動可能であってもよいし、プラットフォーム（ターンテーブル）はＸ，Ｙ軸方向にも移動可能であってもよい。造形ヘッド３２及びプラットフォーム（ターンテーブル）の一方は移動せず、他方がＸ、Ｙ、Ｚ軸のいずれの方向にも移動可能であってもよい。

また上記では、ターンテーブルは測定対象物Ｍを載置し、測定対象物Ｍの測定のために回転する旨説明したが、造形時にもターンテーブルを活用するとしてもよい。例えば、制御部４０は、造形部３０による造形時に、造形ヘッド３２の位置を固定しつつターンテーブルを回転させることで、ターンテーブル上に円弧状の輪郭を造形させることができる。また、ターンテーブルを回転させてターンテーブル上に造形する場合には、造形ヘッド３２の移動可能な方向を１軸（例えばＸ軸方向）に限定してもターンテーブル上に任意の径の円弧を造形することができる。
また、上述の実施例や変形例を組み合わせることも可能である。

１０…３次元複合機、１１…筺体、１１ａ…表示装置、１１ｂ…操作受付部、１２…扉、１３…チャンバー、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…プラットフォーム、１４ｂ１，１４ｃ１…ターンテーブル、１５…プラットフォーム移動機構、２０…測定部、２１…光源、２２…イメージセンサー、２３…ファイル生成部、３０…造形部、３１…データ変換部、３２…造形ヘッド、３３…ヘッド移動機構、４０…制御部、４１…ＣＰＵ、４２…メモリー。

Claims

処理用空間としてのチャンバーと、
３次元モデルデータに基づいて上記チャンバー内に立体物を造形可能な造形部と、
上記チャンバー内に載置された測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを取得可能な測定部と、
上記測定部により取得された３次元モデルデータに基づいて上記造形部に上記測定対象物の複製物を造形させる造形制御部と、
を備えることを特徴とする３次元複合機。
上記造形制御部は、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況で上記造形部による複製物の造形を実行させる、ことを特徴とする請求項１に記載の３次元複合機。
上記造形制御部は、
上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況で上記造形部による複製物の造形が可能か否かを、少なくとも上記取得された３次元モデルデータに基づいて判定し、
造形が不能と判定した場合には、上記測定対象物の上記チャンバーからの取り出しを外部に対して催促する催促処理を実行し、上記測定対象物が上記チャンバーから取り出された後に上記造形部による複製物の造形を実行させ、
造形が可能と判定した場合には、上記催促処理を実行することなく上記造形部による複製物の造形を実行させる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の３次元複合機。
上記造形制御部は、上記造形部が造形する立体物の数、立体物の大きさ、立体物と測定対象物との大きさの比率のうち少なくとも１つを含む情報であるコピーパラメーターの受付を行い、上記造形部に上記コピーパラメーターに基づく造形を行わせることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の３次元複合機。
上記造形制御部は、複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲を、少なくとも上記取得された３次元モデルデータに基づいて決定し、当該決定したコピーパラメーターを外部に対して通知し、当該範囲内に設定されたコピーパラメーターと上記取得された３次元モデルデータとに基づいて上記造形部に上記測定対象物の複製物を造形させることを特徴とする請求項４に記載の３次元複合機。
上記造形制御部は、上記取得された３次元モデルデータが示す上記測定対象物のサイズ、上記チャンバーの空間のサイズ、上記測定対象物の上記チャンバー内における位置および上記造形部が造形のために備える所定の可動部の可動範囲、の少なくともいずれかに基づいて上記コピーパラメーターの範囲を決定することを特徴とする請求項５に記載の３次元複合機。
上記造形制御部は、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況での複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲と上記チャンバー内に上記測定対象物が載置されていない状況での複製に関して設定可能なコピーパラメーターの範囲とを決定し、設定されたコピーパラメーターに基づいて、上記チャンバー内に上記測定対象物が載置された状況での複製と上記チャンバー内に上記測定対象物が載置されていない状況での複製とのいずれか一方を実行することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の３次元複合機。
上記チャンバー内にターンテーブルを備え、
上記測定部は、上記ターンテーブルに載置されることにより回転する上記測定対象物を測定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の３次元複合機。
処理用空間としてのチャンバーを備える機器により実行される、
上記チャンバー内に載置された測定対象物を３次元測定して３次元モデルデータを取得する測定工程と、
上記測定工程により取得された３次元モデルデータに基づいて上記測定対象物の複製物を上記チャンバー内に造形する造形工程と、
を備えることを特徴とする３次元複製方法。