JP2018048895A - Image detection device and fabrication device - Google Patents

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Ikuo Sofue
育夫 祖父江
茂樹 櫻井
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茂樹 櫻井
田中 克幸
Katsuyuki Tanaka
克幸 田中
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    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/22Apparatus for electrographic processes using a charge pattern involving the combination of more than one step according to groups G03G13/02 - G03G13/20
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique which can precisely detect image defects, and which can realize reduction in size and weight of an image detection device.SOLUTION: An image detection device includes: a linear illumination lamp for irradiating a surface of an imaging object with light at an angle of 45 degrees or less; a linear image sensor arranged parallel to the linear illumination lamp; and an erecting equal-magnification optical system for guiding the light reflected or scattered on the surface of the imaging object to the image sensor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、画像検出装置及び造形装置に関する。   The present invention relates to an image detection apparatus and a modeling apparatus.

多数の層を積み上げることで3次元造形物を形成する造形装置が注目を集めている。この種の積層造形技術は、アディティブマニファクチャリング(AM)、3次元プリンタ、ラピッドプロトタイピング(RP)などと呼ばれる。積層造形技術にはさまざまな造形方式が提案されている。特許文献1には、画像データをシート化してシートを積層する電子写真プロセスを応用した造形方式が開示されている。特許文献2には、フィルムの欠陥検知方法が開示されている。   A modeling apparatus that forms a three-dimensional model by stacking a large number of layers has been attracting attention. This type of additive manufacturing technology is called additive manufacturing (AM), three-dimensional printer, rapid prototyping (RP), or the like. Various modeling methods have been proposed for additive manufacturing technology. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228561 discloses a modeling method that applies an electrophotographic process in which image data is formed into a sheet and the sheets are stacked. Patent Document 2 discloses a film defect detection method.

特開2003−053846号公報JP 2003-053846 A 特開2014−211411号公報JP 2014-211141 A

特許文献1のような、スライス像を樹脂材料により粒子像に変換しシート単位の材料画像として積層する造形方式では、粒子像形成時及び材料画像を転写体に転写する時に転写不良により材料画像に欠陥部分が生じるおそれがある。欠陥部分が生じた場合には、次層の材料画像と良好に接触することができず、積層が継続できなくなることが懸念される。特許文献1においては、画像欠陥に対する記載は無く、また画像欠陥が生じたときの補正についても記載が無い。また、積層方向の精度向上に伴って薄層を形成すると、材料画像の光の透過率が高くなり転写体の反射光が透過するためコントラストが低下し、一般的な光センサでの画像取得が困難となることが懸念される。
特許文献2では照明手段と、撮像手段と、照明光路変更手段と、照明光強度制御手段を備える欠陥検知手段により、フィルムの欠陥を検知している。照明手段は、フィルムの幅方向を均一に照明するもので、撮像手段は、フィルムに対して照明手段の反対側に設けられ、照明されたフィルム面を撮像するものである。また、照明光路変更手段は、複数のミラーを組み合わせて構成されており、照明手段から発せられた照明光の光路を変更して撮像手段に入射させるものである。特許文献2のように、縮小光学系を用いた欠陥検知手段は、読み取り幅が大きくなると、複数のカメラが必要になり、隣接カメラ間の出力画像の結合処理や重複画素の連結処理等の複雑な処理が必要となる。さらに、全体的に光路長を稼ぐために、広い光学エリアを必要とし、欠陥検知手段の重量も増すことも合わせると、コストが高くなることが懸念される。
In a modeling method such as Patent Document 1 in which a slice image is converted into a particle image using a resin material and laminated as a sheet-unit material image, the material image is formed due to transfer failure when the particle image is formed and when the material image is transferred to a transfer body. There is a possibility that a defective part is generated. When a defective portion occurs, there is a concern that the material image of the next layer cannot be satisfactorily contacted and the lamination cannot be continued. In Patent Document 1, there is no description about an image defect, and there is no description about correction when an image defect occurs. In addition, if a thin layer is formed as the accuracy in the stacking direction increases, the light transmittance of the material image increases and the reflected light from the transfer body is transmitted, resulting in a decrease in contrast, and image acquisition with a general optical sensor. There is concern that it will be difficult.
In Patent Document 2, a film defect is detected by a defect detection unit including an illumination unit, an imaging unit, an illumination optical path changing unit, and an illumination light intensity control unit. The illumination means uniformly illuminates the width direction of the film, and the imaging means is provided on the opposite side of the illumination means with respect to the film, and images the illuminated film surface. The illumination light path changing means is configured by combining a plurality of mirrors, and changes the optical path of the illumination light emitted from the illumination means so as to enter the imaging means. As in Patent Document 2, the defect detection means using the reduction optical system requires a plurality of cameras when the reading width becomes large, and complex processing such as output image combining processing and overlapping pixel connection processing between adjacent cameras is required. Processing is required. Furthermore, in order to increase the overall optical path length, a large optical area is required, and when the weight of the defect detection means is increased, there is a concern that the cost will increase.

本発明は上記したような事情に鑑みてなされたものであり、画像欠陥をより確実に検知でき、かつ画像検出装置の小型化と軽量化を実現することができる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide a technique capable of more reliably detecting an image defect and realizing a reduction in size and weight of an image detection apparatus. To do.

本発明の第1態様は、
撮像対象物の表面に対して45度以下の角度で光を照射するライン状の照明と、
前記ライン状の照明と平行に配置されるライン状のイメージセンサと、
前記撮像対象物の表面で反射又は散乱した光を前記イメージセンサに導く正立等倍光学系と、
を備えることを特徴とする画像検出装置を提供する。
The first aspect of the present invention is:
Linear illumination that irradiates light at an angle of 45 degrees or less with respect to the surface of the imaging object;
A line-shaped image sensor arranged in parallel with the line-shaped illumination;
An erecting equal-magnification optical system that guides light reflected or scattered by the surface of the imaging object to the image sensor;
An image detecting apparatus is provided.

本発明の第2態様は、
立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料からなる材料画像を積層することによって立体物を作製する造形装置であって、
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づき前記材料画像を形成する画像形成部と、
前記材料画像を検出する上記記載の画像検出装置と、
を有することを特徴とする造形装置を提供する。
The second aspect of the present invention is:
A modeling apparatus for producing a three-dimensional object by laminating material images made of modeling materials based on three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
An image forming unit that forms the material image based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
The above-described image detecting device for detecting the material image;
The modeling apparatus characterized by having is provided.

本発明によれば、画像欠陥をより確実に検知でき、かつ画像検出装置の小型化と軽量化を実現することができる技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which can detect an image defect more reliably and can implement | achieve size reduction and weight reduction of an image detection apparatus can be provided.

第1実施形態に係る造形装置の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the modeling apparatus which concerns on 1st Embodiment. 材料画像の溶融積層を模式的に示す図。The figure which shows typically the fusion | melting lamination | stacking of a material image. 材料画像の欠陥画像生成を模式的に示す図。The figure which shows typically the defect image generation of a material image. 明視野と暗視野を説明するための図。The figure for demonstrating a bright field and a dark field. 材料画像の取得のための照明光学系を示す模式図。The schematic diagram which shows the illumination optical system for acquisition of a material image. 縮小光学系と等倍密着光学系の差異を説明するための図。The figure for demonstrating the difference of a reduction optical system and a 1x contact | adherence optical system. 造形コントローラのブロック図。The block diagram of a modeling controller. 画像欠陥取得及びリカバリの制御ブロック図。The control block diagram of image defect acquisition and recovery. 制御ブロック図の欠陥画像比較アルゴリズムを説明する図。The figure explaining the defect image comparison algorithm of a control block diagram. 制御ブロック図の欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート1。The flowchart 1 of the defect image acquisition of a control block diagram, and a recovery process. 制御ブロック図の欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート2。The flowchart 2 of the defect image acquisition of a control block diagram, and a recovery process. 第2実施形態に係るセンサユニットの構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the sensor unit which concerns on 2nd Embodiment.

以下、この発明を実施するための形態を図面を参照して例示的に説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている各部材の寸法、材質、形状、その相対配置など、各種制御の手順、制御パラメータ、目標値などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
本発明は、積層造形技術(AM技術)、すなわち、造形材料を2次元に配置して層状に積層することによって3次元物体(立体物)を作製する技術を採用した造形装置への組み込みに好適な画像検出装置に関する。
造形材料としては、作製する立体物の用途・機能・目的などに応じてさまざまな材料を選択することができる。本明細書では、造形目的の3次元物体を構成する材料を「構造材料」と呼び、構造材料で形成される部分を構造体と呼ぶ。作製途中の構造体を支持するためのサポート体(例えばオーバーハング部を下から支える柱)を構成する材料を「サポート材料」と呼ぶ。また両者を特に区別する必要がない場合には、単に「造形材料」という用語を用いる。構造材料としては、例えば、PE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、ABS、PS(ポリスチレン)、PC(ポリカーボネート)など、熱可塑性の樹脂を用いることができる。また、サポート材料としては、構造体からの除去を簡単にするため、熱可塑性と水溶性を有する材料を好ましく用いることができる。サポート材料としては、例えば、糖質、ポリ乳酸(PLA)、PVA(ポリビニルアルコール)、PEG(ポリエチレングリコール)などを例示できる。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described with reference to the drawings. However, unless otherwise specified, various control procedures, control parameters, target values, etc., such as dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the members described in the following embodiments are described in the present invention. It is not intended to limit the scope of the above to only those.
The present invention is suitable for incorporation into a modeling apparatus employing a layered modeling technique (AM technique), that is, a technique for producing a three-dimensional object (three-dimensional object) by arranging modeling materials in two dimensions and laminating them in layers. The present invention relates to a simple image detection apparatus.
As the modeling material, various materials can be selected according to the application, function, purpose, etc. of the three-dimensional object to be produced. In this specification, a material constituting a three-dimensional object for modeling is referred to as “structural material”, and a portion formed of the structural material is referred to as a structure. A material that constitutes a support body (for example, a column that supports the overhang portion from below) for supporting the structure being manufactured is referred to as a “support material”. When it is not necessary to distinguish between the two, the term “modeling material” is simply used. As the structural material, for example, a thermoplastic resin such as PE (polyethylene), PP (polypropylene), ABS, PS (polystyrene), and PC (polycarbonate) can be used. As the support material, a material having thermoplasticity and water solubility can be preferably used in order to simplify the removal from the structure. Examples of the support material include carbohydrates, polylactic acid (PLA), PVA (polyvinyl alcohol), and PEG (polyethylene glycol).

また、本明細書では、作製目的とする立体モデルの3次元形状データを積層方向に沿って複数層にスライスして得られるデジタルデータを「スライスデータ」と呼ぶ。スライス
データは、必要に応じて、サポート材料のデータなどの情報を付加して生成される。スライスデータに基づき造形材料で形成される層(1層分の画像)を「材料画像」と呼ぶ。「材料画像」は、用いる造形材料の種類に応じて、一又は複数の材料画像を組み合わせて形成される粒子の層である。なお、スライスデータに基づき造形材料で形成される粒子単位の像を「粒子像」と呼ぶ場合がある。
また、造形装置を用いて作製しようとする立体モデル(つまり造形装置に与えられる3次元形状データが表す3次元物体)を「造形対象物」と呼ぶ。また、造形装置で作製された(出力された)3次元物体(立体物)を「造形物」と呼ぶ。造形物がサポート体を含む場合において、サポート体を除いた部分が造形対象物を構成する「構造体」となる。また、後述するステージ49の積層面49aと直交する方向を「上下方向」と呼ぶ。また、上下方向において、図1Aにおける紙面の上部へ向かう方向を上方向、図1における紙面の下部へ向かう方向を下方向とする。
Further, in this specification, digital data obtained by slicing three-dimensional shape data of a stereo model to be produced into a plurality of layers along the stacking direction is referred to as “slice data”. The slice data is generated by adding information such as support material data as necessary. A layer (image for one layer) formed of a modeling material based on slice data is referred to as a “material image”. A “material image” is a layer of particles formed by combining one or more material images depending on the type of modeling material used. In addition, the image of the particle unit formed with a modeling material based on slice data may be called a “particle image”.
A three-dimensional model (that is, a three-dimensional object represented by three-dimensional shape data given to the modeling apparatus) to be manufactured using the modeling apparatus is referred to as a “modeling object”. A three-dimensional object (three-dimensional object) produced (output) by the modeling apparatus is referred to as a “modeled object”. In the case where the modeled object includes the support body, a portion excluding the support body becomes a “structure” constituting the modeled object. In addition, a direction orthogonal to a laminated surface 49a of the stage 49 described later is referred to as “vertical direction”. Further, in the vertical direction, a direction toward the upper part of the paper surface in FIG. 1A is an upward direction, and a direction toward the lower part of the paper surface in FIG.

<第1実施形態>
(造形装置の構成)
図1A,1Bを参照して、第1実施形態に係る造形装置1の構成を説明する。図1Aは、本実施形態に係る造形装置1の構成を模式的に示す図である。図1Bは、材料画像検出部分を拡大した構成を模式的に示す図である。
<First Embodiment>
(Configuration of modeling equipment)
With reference to FIG. 1A and 1B, the structure of the modeling apparatus 1 which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1A is a diagram schematically illustrating the configuration of the modeling apparatus 1 according to the present embodiment. FIG. 1B is a diagram schematically illustrating an enlarged configuration of the material image detection portion.

本実施形態の造形装置1は、概略、制御部、画像形成部、及び、積層部を有する。制御部は、造形対象物の3次元形状データから複数層のスライスデータを生成する処理、造形装置1の各部の制御、などを担う構成部分である。制御部は、制御ユニット60、画像生成コントローラ10、造形コントローラ70、複数のモータ47〜48、画像検出装置としてのセンサユニット90などで構成される。画像形成部は、各層のスライスデータに基づき、造形材料からなる1層分の材料画像50を形成する構成部分である。画像形成部は、レーザスキャナ(露光装置)20、カートリッジ(プロセスカートリッジ)30、転写ローラ41などで構成される。積層部は、画像形成部で形成された複数層の材料画像50を順に積層し固着することによって、3次元構造をもつ立体物を形成する構成部分である。積層部は、転写体42、ヒータ板43、ステージ49、クリーナ(廃棄部)46などで構成される。   The modeling apparatus 1 of the present embodiment includes an outline, a control unit, an image forming unit, and a stacking unit. The control unit is a component that performs processing for generating slice data of a plurality of layers from the three-dimensional shape data of the modeling target, control of each unit of the modeling apparatus 1, and the like. The control unit includes a control unit 60, an image generation controller 10, a modeling controller 70, a plurality of motors 47 to 48, a sensor unit 90 as an image detection device, and the like. The image forming unit is a component that forms a material image 50 for one layer made of a modeling material based on slice data of each layer. The image forming unit includes a laser scanner (exposure device) 20, a cartridge (process cartridge) 30, a transfer roller 41, and the like. The stacked portion is a component that forms a three-dimensional object having a three-dimensional structure by sequentially stacking and fixing a plurality of material images 50 formed in the image forming portion. The stacking unit includes a transfer body 42, a heater plate 43, a stage 49, a cleaner (discarding unit) 46, and the like.

(制御部)
制御ユニット60は、造形対象物の3次元形状データを造形用のスライスデータへ変換する機能、各層のスライスデータを画像生成コントローラ10へ出力する機能、積層造形工程を管理する機能、などを有する。制御ユニット60は、例えばパーソナルコンピュータや組み込み型コンピュータにこれらの機能を有するプログラムを実装することにより構成することができる。3次元形状データとしては、3次元CAD、3次元モデラー、3次元スキャナなどで作成されたデータを用いることができる。3次元形状データのフォーマットは問わないが、例えば、STL(StereoLithography)などのポリゴンデータを好ましく用いることができる。また、スライスデータのフォーマットとしては、例えば、多値の画像データ(各値が材料の種類を表す)やマルチプレーンの画像データ(各プレーンが材料の種類に対応する)を用いることができる。
(Control part)
The control unit 60 has a function of converting the three-dimensional shape data of the modeling target into modeling slice data, a function of outputting slice data of each layer to the image generation controller 10, a function of managing the layered modeling process, and the like. The control unit 60 can be configured by, for example, mounting a program having these functions on a personal computer or an embedded computer. As the three-dimensional shape data, data created by a three-dimensional CAD, a three-dimensional modeler, a three-dimensional scanner, or the like can be used. The format of the three-dimensional shape data is not limited, but for example, polygon data such as STL (Stereolithography) can be preferably used. As the format of the slice data, for example, multi-value image data (each value represents a material type) or multi-plane image data (each plane corresponds to a material type) can be used.

画像生成コントローラ10は、制御ユニット60から入力されるスライスデータ及び造形コントローラ70から入力される制御信号などに基づき、画像形成部における画像形成プロセスを制御する機能を有する。具体的には、画像生成コントローラ10は、スライスデータの解像度変換や復号処理、レーザスキャナ20による画像書き出し位置及びタイミングの制御などを行う。その他にも、画像生成コントローラ10は、一般的なレーザプリンタ(2Dプリンタ)に内蔵されるプリンタコントローラと同じような機能を有していてもよい。   The image generation controller 10 has a function of controlling an image forming process in the image forming unit based on slice data input from the control unit 60 and a control signal input from the modeling controller 70. Specifically, the image generation controller 10 performs resolution conversion and decoding processing of slice data, control of the image writing position and timing by the laser scanner 20, and the like. In addition, the image generation controller 10 may have the same function as a printer controller built in a general laser printer (2D printer).

造形コントローラ70は、造形装置のメカトロ制御を行う機能を有している。駆動系は、転写ローラ41を回転駆動する転写ローラモータ47、ステージ49の移動を行うステージ駆動モータ48を含む。センシング系は、材料画像50を検出するセンサユニット90を含む。なお、これらのセンサの役割の詳細については後述する。   The modeling controller 70 has a function of performing mechatronic control of the modeling apparatus. The drive system includes a transfer roller motor 47 that rotationally drives the transfer roller 41 and a stage drive motor 48 that moves the stage 49. The sensing system includes a sensor unit 90 that detects the material image 50. Details of the role of these sensors will be described later.

図7に、造形コントローラ70の回路ブロックの一例を示す。造形コントローラ70は、CPU71、メモリ72、インタフェース73、UI手段74、モータ駆動回路75、モータドライバ76、センサ検知回路77、センサインタフェース78、その他のIO回路79、ヒータ回路80、IOインタフェース81を有する。モータドライバ76には、転写ローラモータ47、ステージ駆動モータ48が接続される。センサインタフェース78には、図示しないロータリーエンコーダ検知センサや造形装置のカバーオープン検知スイッチ、ステージ49のホームポジションセンサなどが接続される。ヒータ回路80には、ヒータ板43内のヒータ及び熱電対が接続される。IOインタフェース81には、密着ラインセンサ91や照明光源95及びクリーナ46などの駆動信号が接続される。ここで、照明光源95は、撮像対象物(本実施形態では材料画像50)の表面に対して45度以下の角度で光を照射するライン状の照明に相当する。密着ラインセンサ91は、ライン状の照明と平行に配置されるライン状のイメージセンサに相当する。ここで、密着ラインセンサ91、照明光源95は、転写体42の表面で転写体42の進行方向に対して直交する方向に関して、線状となるように設けられている。
なお、本実施形態では、制御ユニット60と造形コントローラ70と画像生成コントローラ10を別々のコントローラにて構成したが、これらの機能を1つのコントローラにより構成しても構わない。
In FIG. 7, an example of the circuit block of the modeling controller 70 is shown. The modeling controller 70 includes a CPU 71, a memory 72, an interface 73, a UI unit 74, a motor drive circuit 75, a motor driver 76, a sensor detection circuit 77, a sensor interface 78, other IO circuits 79, a heater circuit 80, and an IO interface 81. . A transfer roller motor 47 and a stage drive motor 48 are connected to the motor driver 76. The sensor interface 78 is connected to a rotary encoder detection sensor (not shown), a cover open detection switch of the modeling apparatus, a home position sensor of the stage 49, and the like. A heater and a thermocouple in the heater plate 43 are connected to the heater circuit 80. Drive signals for the contact line sensor 91, the illumination light source 95, the cleaner 46, and the like are connected to the IO interface 81. Here, the illumination light source 95 corresponds to linear illumination that irradiates light at an angle of 45 degrees or less with respect to the surface of the imaging target (in the present embodiment, the material image 50). The contact line sensor 91 corresponds to a line-shaped image sensor arranged in parallel with the line-shaped illumination. Here, the contact line sensor 91 and the illumination light source 95 are provided to be linear on the surface of the transfer body 42 with respect to the direction orthogonal to the traveling direction of the transfer body 42.
In the present embodiment, the control unit 60, the modeling controller 70, and the image generation controller 10 are configured by separate controllers. However, these functions may be configured by a single controller.

(画像形成部)
画像形成部は、例えば電子写真プロセスを利用して造形材料からなる1層分の材料画像を形成するユニットである。電子写真プロセスとは、感光体を帯電し、露光によって潜像を形成し、現像剤粒子を潜像に付着させて画像を形成するという一連のプロセスによって、所望の画像を形成する手法である。造形装置では、現像剤の代わりに、造形材料からなる粒子を用いるが、電子写真プロセスの基本原理は2Dプリンタのものとほぼ同じである。
(Image forming part)
The image forming unit is a unit that forms a material image for one layer made of a modeling material using, for example, an electrophotographic process. The electrophotographic process is a technique for forming a desired image by a series of processes in which a photoreceptor is charged, a latent image is formed by exposure, and developer particles are attached to the latent image to form an image. In the modeling apparatus, particles made of a modeling material are used instead of the developer, but the basic principle of the electrophotographic process is almost the same as that of the 2D printer.

図1Aにおいて感光ドラム34は、有機感光体やアモルファスシリコン感光体などの感光体層を有する像担持体である。一次帯電ローラ33は、感光ドラム34の感光体層を一様に帯電するための帯電装置である。レーザスキャナ20は、画像生成コントローラ10から与えられる画像信号にしたがい、レーザ光で感光ドラム34上をスキャンし、潜像を描画する露光装置である。造形材料供給部31は、造形材料35を収容・供給する装置である。現像ローラ32は、感光ドラム34上の静電潜像に造形材料35を供給する現像装置である。転写ローラ41は、感光ドラム34上に形成された造形材料35の像を転写体(転写ベルト)42に転写する転写装置である。図示しないが、感光ドラム34と転写ローラ41のあいだの転写ニップの下流に、感光ドラム34の表面をクリーニングするためのクリーニング装置を設けてもよい。本実施形態では、感光ドラム34、一次帯電ローラ33、造形材料供給部31、現像ローラ32が、ドラムカートリッジ30として一体化され、造形装置本体に対して着脱可能に構成されることで、交換が容易になっている。一方、造形材料の大容量化に対応するため、露光・現像装置部と材料供給部を別体にした補給構成にしても良い。   In FIG. 1A, a photosensitive drum 34 is an image carrier having a photosensitive layer such as an organic photosensitive member or an amorphous silicon photosensitive member. The primary charging roller 33 is a charging device for uniformly charging the photosensitive layer of the photosensitive drum 34. The laser scanner 20 is an exposure device that scans the photosensitive drum 34 with a laser beam and draws a latent image in accordance with an image signal given from the image generation controller 10. The modeling material supply unit 31 is a device that accommodates and supplies the modeling material 35. The developing roller 32 is a developing device that supplies the modeling material 35 to the electrostatic latent image on the photosensitive drum 34. The transfer roller 41 is a transfer device that transfers an image of the modeling material 35 formed on the photosensitive drum 34 to a transfer body (transfer belt) 42. Although not shown, a cleaning device for cleaning the surface of the photosensitive drum 34 may be provided downstream of the transfer nip between the photosensitive drum 34 and the transfer roller 41. In the present embodiment, the photosensitive drum 34, the primary charging roller 33, the modeling material supply unit 31, and the developing roller 32 are integrated as a drum cartridge 30 and configured to be detachable from the modeling apparatus main body, so that replacement is possible. It has become easier. On the other hand, in order to cope with an increase in capacity of the modeling material, a replenishment configuration in which the exposure / development apparatus unit and the material supply unit are separated may be employed.

(積層部)
図1Aにおいて転写体42は、画像形成部で形成された材料画像50を担持し、ステージ49(積層ニップ)まで搬送する搬送部材である。転写体42は、例えば、樹脂、ポリ
イミドなどの無端状のベルト部材で構成される。ヒータ板43は、ヒータを内蔵しており、転写体42上の材料画像50を溶融し、ステージ49の積層面49a上、または、ステージ49上(積層面49a上)の造形物51の上面に積層する加熱積層機能を有する。ステージ49は、積層中の造形物51を保持する部材であり、ステージ駆動モータ48により上下方向(積層方向)に移動可能である。
(Laminated part)
In FIG. 1A, a transfer body 42 is a conveying member that carries the material image 50 formed in the image forming unit and conveys it to the stage 49 (lamination nip). The transfer body 42 is composed of an endless belt member such as resin or polyimide. The heater plate 43 incorporates a heater, melts the material image 50 on the transfer body 42, and is formed on the layered surface 49 a of the stage 49 or the upper surface of the modeled object 51 on the stage 49 (on the layered surface 49 a). It has a heat laminating function for laminating. The stage 49 is a member that holds the modeled object 51 that is being stacked, and can be moved in the vertical direction (stacking direction) by the stage drive motor 48.

(造形装置の動作)
次に、造形装置による造形物作製の基本動作について説明する。
図1Aにおいて制御ユニット60は、造形対象物の3次元形状データに基づき、当該造形対象物を所定のピッチ(例えば数ミクロンから数十ミクロンの厚さ)でスライスして各層の断面形状を計算し、各層のスライスデータを生成する。最下層のスライスデータから順に画像生成コントローラ10に入力される。画像生成コントローラ10は、入力されたスライスデータにしたがって、レーザスキャナ20のレーザ発光及びスキャンを制御する。
(Operation of modeling equipment)
Next, a basic operation for producing a modeled object by the modeling apparatus will be described.
In FIG. 1A, the control unit 60 calculates the cross-sectional shape of each layer by slicing the modeling object at a predetermined pitch (for example, a thickness of several microns to several tens of microns) based on the three-dimensional shape data of the modeling object. Generate slice data for each layer. The image data is input to the image generation controller 10 in order from the lowermost slice data. The image generation controller 10 controls laser emission and scanning of the laser scanner 20 according to the input slice data.

画像形成部では、一次帯電ローラ33によって感光ドラム34の表面が均一に帯電される。レーザスキャナ20からのレーザ光により感光ドラム34の表面が露光されると、その露光部分が除電される。現像バイアスで帯電された造形材料が現像ローラ32によって除電部分に供給され、造形材料からなる材料画像が感光ドラム34の表面に形成される。この材料画像50は、転写ローラ41により転写体42上に転写される。
転写体42は材料画像50を担持しつつ回転移動し、材料画像50を積層位置へと搬送する。ヒータ板43により熱を与えることで、材料画像50がステージ49上の造形物51の上面に熱溶着される。材料画像50が積層されるたび、造形コントローラ70はステージ49を上下方向に一層の厚み分だけ下降させ、次の層の積層に備える。
以上の材料画像50を形成する画像形成工程、及び材料画像50を積層する積層工程を含む造形動作を、スライスデータの枚数分繰り返すことで、ステージ49上に造形物51が形成される。
In the image forming unit, the surface of the photosensitive drum 34 is uniformly charged by the primary charging roller 33. When the surface of the photosensitive drum 34 is exposed by the laser beam from the laser scanner 20, the exposed portion is neutralized. The modeling material charged with the developing bias is supplied to the charge removal portion by the developing roller 32, and a material image made of the modeling material is formed on the surface of the photosensitive drum 34. The material image 50 is transferred onto the transfer body 42 by the transfer roller 41.
The transfer body 42 rotates while carrying the material image 50 and conveys the material image 50 to the stacking position. By applying heat by the heater plate 43, the material image 50 is thermally welded to the upper surface of the modeled object 51 on the stage 49. Each time the material image 50 is laminated, the modeling controller 70 lowers the stage 49 by the thickness of one layer in the vertical direction to prepare for the lamination of the next layer.
The modeling object 51 is formed on the stage 49 by repeating the modeling operation including the image forming process for forming the material image 50 and the stacking process for stacking the material images 50 for the number of slice data.

(材料画像の溶融積層の説明)
図2A〜2Dを用いて、材料画像50が、造形物51の上面に熱溶着され積層されてゆく工程を模式的に説明する。
図2Aは、材料画像50を構成する粒子が敷き詰められた状態を示している。一般的に平面上で最密の状態とは六方最密状態をいう。
図2Bは、粒子が造形物51上に密着して並び、粒子上面から転写体42を介してヒータ板43が接触した状態を示している。図2Bに示す粒子は、図2AのA―A’断面に相当する。本実施形態では、粒子の半径を「r」として表す。したがって、直径は2rとなる。なお、実際は「r」はある粒度分布範囲を有する長さであり、ここでは平均値を「r」として扱う。
図2Cは、粒子が溶融を開始して粒子間の隙間を相互に満たし始め、且つ、造形物51の位置が上昇を始めた状態を示している。図2Dは、溶融が完了し、粒子間の隙間が充填された状態を示している。このとき、粒子全体の体積の変化はないため、溶融が完了した材料画像50は、図2Dに示すように板状になる。材料画像50の板厚は、単純計算で1.6rとなる。
(Explanation of melt lamination of material images)
The process in which the material image 50 is thermally welded and laminated on the upper surface of the modeled object 51 will be schematically described with reference to FIGS.
FIG. 2A shows a state where particles constituting the material image 50 are spread. Generally, the close-packed state on a plane means a hexagonal close-packed state.
FIG. 2B shows a state in which the particles are closely arranged on the modeled object 51 and the heater plate 43 is in contact from the upper surface of the particle via the transfer body 42. The particles shown in FIG. 2B correspond to the AA ′ cross section of FIG. 2A. In the present embodiment, the particle radius is expressed as “r”. Therefore, the diameter is 2r. Actually, “r” is a length having a certain particle size distribution range, and the average value is treated as “r” here.
FIG. 2C shows a state in which the particles start to melt, begin to fill the gaps between the particles, and the position of the shaped object 51 starts to rise. FIG. 2D shows a state where the melting is completed and the gaps between the particles are filled. At this time, since there is no change in the volume of the entire particle, the material image 50 that has been melted has a plate shape as shown in FIG. 2D. The plate thickness of the material image 50 is 1.6r by simple calculation.

(積層造形の課題)
本実施形態のように、材料画像を積層して造形物を形成するタイプの造形装置では、材料画像の部分的な欠陥が、造形物の品質を左右する。例えば、現像器の不良等により現像工程において部分的に現像コートが一様に生成できない場合には、スジやコート抜けが発生するおそれがある。また、感光ドラム34から転写体42に造形材料35の像を転写する際に、転写バイアスが適切に設定されていないか又は、造形材料35の帯電が不充分で
あった場合には、転写不良を起こし、材料画像50に欠陥が生じるおそれがある。材料画像50に欠陥が生ずると、該当箇所は溶融時に平面度が著しく低下し、次層の材料画像50を、ステージ49上の造形物51に積層し固着することが困難となる。このような画像欠陥が、造形装置に特有の課題といえる。
(Problems of additive manufacturing)
As in this embodiment, in a modeling apparatus of a type that forms a modeled object by stacking material images, a partial defect in the material image affects the quality of the modeled object. For example, when the development coat cannot be uniformly generated partially in the development process due to a defect in the developing device, streaks or missing coating may occur. Further, when the image of the modeling material 35 is transferred from the photosensitive drum 34 to the transfer body 42, if the transfer bias is not set appropriately or the modeling material 35 is not sufficiently charged, the transfer failure May cause a defect in the material image 50. When a defect occurs in the material image 50, the flatness of the corresponding portion is remarkably lowered at the time of melting, and it becomes difficult to stack and fix the material image 50 of the next layer on the shaped object 51 on the stage 49. Such an image defect can be said to be a problem peculiar to the modeling apparatus.

(材料画像の欠陥生成の説明)
図3A〜3Eを用いて、材料画像50に部分的な欠陥画像が生成されてゆく工程を模式的に説明する。
図3A,3Bは、材料画像50を構成する造形材料の1粒子が欠陥した場合について説明するための模式図であり、図3Aは溶融前の状態、図3Bは溶融後の状態を示している。図3A,3Bにおいては、上部に平面図を示し、下部に平面図のA−A’断面、a−a’断面を示している。図3Bでは、溶融時に、欠陥部周辺の粒子の一部の上面が一律に下降し、欠陥部が充填されたと仮定した状態を模式的に示している。このとき、図3Bにおける、欠陥部と欠陥部周辺の粒子の一部における積層厚は、計算上、1.28rとなる。この場合、図3Aに示す状態と図3Bに示す状態とで、粒子全体の合計体積に変化はない。なお、実際には分子の流動が発生するため、欠陥部及び欠陥部周辺の粒子の一部を加えた部分と、欠陥部周辺の粒子の欠陥の影響を受けない部分と、の境界は、図示するように垂直とはならず、なだらかに傾斜すると思われる。
(Description of material image defect generation)
A process in which a partial defect image is generated in the material image 50 will be schematically described with reference to FIGS.
3A and 3B are schematic diagrams for explaining a case where one particle of the modeling material constituting the material image 50 is defective. FIG. 3A shows a state before melting, and FIG. 3B shows a state after melting. . In FIGS. 3A and 3B, a plan view is shown in the upper part, and a cross-section AA ′ and aa ′ cross-section in the plan view are shown in the lower part. FIG. 3B schematically shows a state in which it is assumed that the upper surfaces of some of the particles around the defect portion are uniformly lowered and the defect portion is filled at the time of melting. At this time, in FIG. 3B, the stacking thickness of the defective portion and a part of the particles around the defective portion is 1.28r in calculation. In this case, there is no change in the total volume of the particles between the state shown in FIG. 3A and the state shown in FIG. 3B. In addition, since the flow of molecules actually occurs, the boundary between the part to which the defect part and a part of the particle around the defect part are added and the part not affected by the defect of the particle around the defect part is illustrated. It does not become vertical as it does, but seems to be inclined gently.

次に、図3Bに示した境界53の断面形状が、なだらかに傾斜した場合を図3Cに示す。図3Cでは、下部に、N層目に1粒子の欠陥があった場合に、欠陥部と欠陥部周辺の粒子の一部が流動し欠陥中心に向かって傾斜する様子を示している。そして上部には、N層目に対して、次層であるN+1層目が接触した場合、及び次次層であるN+2層目がほぼ正常に積層される様子を示している。
材料が、例えば完全な液状(例えば牛乳)であれば、全層に亘って一律に上面が均一平面状態になるが、固体(例えばプロセスチーズ)のままであれば、欠陥部はそのまま維持される。樹脂が溶融する場合、その中間の状態(例えばヨーグルト)のため、図3Cでは、欠陥部近傍のみ欠陥部に向かって傾斜することで補完される様子を模式化している。
このように、単に1粒子の欠陥の場合は、欠陥部周辺の粒子の一部が流動することにより、欠陥部が自然修復されて3層目から正常な積層が可能となる。
Next, FIG. 3C shows a case where the cross-sectional shape of the boundary 53 shown in FIG. 3B is gently inclined. FIG. 3C shows a state in which, when there is a defect of one particle in the N layer at the lower part, a part of the defect portion and particles around the defect portion flow and incline toward the defect center. In the upper part, when the N + 1 layer as the next layer is in contact with the N layer, and the N + 2 layer as the next layer are stacked almost normally.
If the material is, for example, a complete liquid (for example, milk), the upper surface is uniformly flat throughout the entire layer, but if the material remains solid (for example, processed cheese), the defective portion is maintained as it is. . When the resin melts, because of an intermediate state (for example, yogurt), FIG. 3C schematically illustrates a state where only the vicinity of the defect portion is complemented by being inclined toward the defect portion.
As described above, in the case of a single particle defect, a part of the particles around the defect portion flows, so that the defect portion is naturally repaired and normal lamination can be performed from the third layer.

上記では、欠陥部を正常に修復可能な形態について説明したが、欠陥範囲が大きくなると、修復が困難となる場合がある。この点について図3D,3Eを用いて説明する。
図3D,3Eは、7粒子の欠陥時の模式的配列を示している。図3Dは溶融前の状態、図3Eは溶融後の状態を示している。図3D,3Eにおいては、上部に平面図を示し、下部に平面図のA−A’断面、a−a’断面を示している。
図3Dに示す粒子が溶融する際に、欠陥部の周辺粒子が中央に流動していくことで図3Eに示す状態となる。図3Eでは、粒子が溶融しても完全な液状には至らず、材料が流動しても欠陥部は埋まり切らないため、傾斜状のくぼみが形成されていることを示している。図3Eに示すように、欠陥部が存在するN層目には、欠陥部が埋まり切らず、材料が無い部分が生じる。そして、N+1層目が積層されることで、N層目の欠陥部が多少補完されるが充分ではなく、N+2層目が積層されたときにN+2層目の粒子を密接させることができない。このため、積層の継続が困難となる。
In the above description, the form in which the defective portion can be normally repaired has been described. However, when the defect range becomes large, the repair may be difficult. This point will be described with reference to FIGS. 3D and 3E.
3D and 3E show schematic arrangements when seven particles are defective. FIG. 3D shows a state before melting, and FIG. 3E shows a state after melting. In FIGS. 3D and 3E, a plan view is shown in the upper part, and an AA ′ section and an aa ′ section in the plan view are shown in the lower part.
When the particles shown in FIG. 3D are melted, the peripheral particles around the defect portion flow toward the center, resulting in the state shown in FIG. 3E. In FIG. 3E, even if the particles are melted, the liquid does not reach a complete liquid state, and even if the material flows, the defect portion is not completely filled, so that an inclined depression is formed. As shown in FIG. 3E, in the Nth layer in which the defect exists, the defect is not completely filled and a portion having no material is generated. Then, by laminating the (N + 1) th layer, the defect portion of the Nth layer is somewhat supplemented, but it is not sufficient, and when the (N + 2) th layer is laminated, the particles of the (N + 2) th layer cannot be brought into close contact with each other. For this reason, it is difficult to continue the lamination.

以上、積層の継続が困難となる欠陥の一例を説明したが、この現象は上記例以外にも、造形材料の粘弾性特性や溶融温度条件によってさまざまなケースが考えられる。
ここでは、欠陥かどうかを判定する際の判定基準(後述する積層可能基準)となる粒子数には言及しないが、積層の継続が困難となる形状や粒子数は、造形材料毎に検証して決定すれば良い。また、材料画像の検出のために決定された形状や面積の判定基準に従いセンサ解像度の仕様を決めればよい。
As described above, an example of the defect that makes it difficult to continue the lamination has been described. In addition to the above example, there are various cases of this phenomenon depending on the viscoelastic characteristics of the modeling material and the melting temperature condition.
Here, we do not mention the number of particles that will be the criterion for determining whether or not it is a defect (the standard for stacking, which will be described later), but verify the shape and number of particles that make it difficult to continue stacking for each modeling material. Just decide. Further, the specification of the sensor resolution may be determined in accordance with the shape and area determination criteria determined for detecting the material image.

次に、各層の材料画像の検出方法について説明する。
まず、照明光源の詳細を説明する。
(暗視野と明視野)
図4A〜4Cに、転写体42上に薄層の材料画像50を転写した状態を示す。材料画像50は積層に用いるために、造形装置の仕様により積層厚が設定される。ここで例えば、材料画像50の積層厚の範囲を、高精度積層用を10μm以上、高速積層用を100μm以下とする。いずれの積層厚の材料画像50も薄層状態なので、造形材料が樹脂の場合は、透過率が高くなってしまい、転写体42とのコントラストがとりにくくなる。
図4Aでは、通常の可視光を、材料面に垂直に近い角度で照射し、センサへは反射光が入射される状態を示している。これを明視野照明と呼ぶ。図示するように透過光による転写体42からの反射光成分が大きいため、材料画像50と転写体42とのコントラストはかなり小さい。造形材料に黒系の着色をした場合には、コントラストはより小さくなってしまう。コントラストを良好な状態にするためには、材料画像50の厚みを増すことが必要となるが、造形精度を高くするために材料画像50の厚みを増大することは矛盾を生ずる。
Next, a method for detecting the material image of each layer will be described.
First, details of the illumination light source will be described.
(Dark field and bright field)
4A to 4C show a state in which the thin material image 50 is transferred onto the transfer body 42. Since the material image 50 is used for stacking, the stacking thickness is set according to the specifications of the modeling apparatus. Here, for example, the range of the laminated thickness of the material image 50 is set to 10 μm or more for high-precision lamination and 100 μm or less for high-speed lamination. Since the material images 50 of any laminated thickness are in a thin layer state, when the modeling material is a resin, the transmittance becomes high and it becomes difficult to obtain contrast with the transfer body 42.
FIG. 4A shows a state in which normal visible light is irradiated at an angle close to perpendicular to the material surface and reflected light is incident on the sensor. This is called bright field illumination. As shown in the figure, since the reflected light component from the transfer body 42 by transmitted light is large, the contrast between the material image 50 and the transfer body 42 is quite small. When the modeling material is colored in black, the contrast becomes smaller. In order to obtain a good contrast, it is necessary to increase the thickness of the material image 50. However, increasing the thickness of the material image 50 in order to increase the modeling accuracy causes a contradiction.

(暗視野照明による材料画像のセンシング)
上記課題に対して、転写体42とのコントラストを大きくする対策について、図4B,4Cを用いて説明する。
本実施形態では、図4B,4Cに示すように、照明光源を材料面に対して浅い角度で照射することで、センサへは散乱光が入射されるように構成している。これを暗視野照明と呼ぶ。この照射角度は45度以下が望ましい。これは、ブリュースター角と言われている。一般的に、暗視野照明は顕微鏡等で薄層片の微小物の検出に用いられている。また、光源の波長は白色が用いられることが多いが、散乱特性を向上するために青色光源がより効果的となる。波長は470〜405nmなどで使用される。
図4Bでは、材料画像50の表面が平滑の状態で、照明を行ったときの反射光の向きを示している。図4Bの形態では、転写体42の表面が、材料画像50の表面が平滑となるように平滑に構成されているので、散乱光はセンサに入射しないが、材料画像50のエッジ部においては、散乱光としてセンサに入射する。
一方、図4Cでは、材料画像50の表面が粗表面の状態で、照明を行ったときの反射光の向きを示している。図4Cの形態では、材料画像50の表面全面での反射光が散乱光となり、センサに入射する。
この照明方法を用いることで、本実施形態で用いる薄層樹脂や濃着色樹脂で構成される材料画像の検出も容易に行うことが可能となる。
(Sensing of material images by dark field illumination)
A countermeasure for increasing the contrast with the transfer body 42 against the above problem will be described with reference to FIGS. 4B and 4C.
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4B and 4C, the illumination light source is irradiated at a shallow angle with respect to the material surface, so that scattered light is incident on the sensor. This is called dark field illumination. This irradiation angle is desirably 45 degrees or less. This is called the Brewster angle. In general, dark field illumination is used for detecting minute objects in thin layer pieces with a microscope or the like. Also, white is often used as the wavelength of the light source, but a blue light source is more effective in order to improve the scattering characteristics. The wavelength is 470 to 405 nm or the like.
FIG. 4B shows the direction of reflected light when illumination is performed with the surface of the material image 50 being smooth. In the form of FIG. 4B, since the surface of the transfer body 42 is configured to be smooth so that the surface of the material image 50 is smooth, scattered light does not enter the sensor, but at the edge portion of the material image 50, It enters the sensor as scattered light.
On the other hand, FIG. 4C shows the direction of reflected light when illumination is performed with the surface of the material image 50 being a rough surface. In the form of FIG. 4C, the reflected light on the entire surface of the material image 50 becomes scattered light and enters the sensor.
By using this illumination method, it is possible to easily detect a material image composed of the thin layer resin or the dark colored resin used in the present embodiment.

(照明光学系)
次に、上記暗視野照明を用いた照明光学系とセンサ配置について説明する。
図5Aは、転写体42上に材料画像50が転写され、この材料画像50の表面に、照明光源45が、材料画像50の表面に対して45度以下の角度で照射する形態を示す模式図である。
照明光源45は、例えばLEDアレイにシリンドリカルレンズと拡散板を介することにより均一な平行光照射が可能に構成されている。そして、照明光源45が材料画像50の表面を照射したときの散乱光が、レンズ44bを介してラインセンサ44aに入射するように構成されている。このようにして、材料画像50の検出が行われる。
照明光源45およびラインセンサ44aは、転写体42に対して相対的に移動することにより、転写体42上の材料画像50を、2次元の画像として取得することができる。本実施形態では、例えば1粒子が解像度600dpi(dots per inch)とすれば、粒子径「2r」は42μmとなる。従って、1粒子の欠陥を判別するためには、最低でも21μmのセンサ解像度が望ましい。縮小光学系では21μmの画素をレンズにて
3倍ズームで取り込めれば受光部7μm角のCMOSセンサチップが利用できる。これは、1200dpi相当のセンサチップと同等であり産業用(スキャナや複写機)に使用されているセンサと同じ仕様であるので入手は容易である。
(Illumination optics)
Next, the illumination optical system and sensor arrangement using the dark field illumination will be described.
FIG. 5A is a schematic diagram showing a mode in which the material image 50 is transferred onto the transfer body 42, and the illumination light source 45 irradiates the surface of the material image 50 at an angle of 45 degrees or less with respect to the surface of the material image 50. It is.
The illumination light source 45 is configured such that uniform parallel light irradiation is possible, for example, by passing a cylindrical lens and a diffusion plate through an LED array. And the scattered light when the illumination light source 45 irradiates the surface of the material image 50 is comprised so that it may inject into the line sensor 44a via the lens 44b. In this way, the material image 50 is detected.
The illumination light source 45 and the line sensor 44a can acquire the material image 50 on the transfer body 42 as a two-dimensional image by moving relative to the transfer body 42. In this embodiment, for example, if one particle has a resolution of 600 dpi (dots per inch), the particle diameter “2r” is 42 μm. Therefore, in order to discriminate a single particle defect, a sensor resolution of at least 21 μm is desirable. In the reduction optical system, a CMOS sensor chip having a light receiving portion of 7 μm square can be used if a 21 μm pixel can be captured by a 3 × zoom lens. This is equivalent to a sensor chip equivalent to 1200 dpi and is easily available because it has the same specifications as those used in industrial applications (scanners and copiers).

(等倍光学系)
図5Bは、上記縮小光学系から等倍光学系に置き換えた状態を示す図であり、図5A同様に、転写体42上に材料画像50が転写され、この材料画像50の表面に、照明光源95が材料画像50の表面に対して45度以下の角度で照射する形態を示す模式図である。照明光源95は、例えばLEDアレイにシリンドリカルレンズと拡散板を介することにより均一な平行光照射が可能に構成されている。そして、照明光源95が材料画像50の表面を照射したときの散乱光が、セルフォック(登録商標)レンズ93を介して密着ラインセンサ91に入射するように構成されている。このようにして、材料画像50の検出が行われる。ここで、セルフォックレンズ93は材料画像50の表面で反射又は散乱した光が密着ラインセンサ91に等倍で結像するように配置されている。セルフォックレンズ(セルフォックレンズアレイ)93は、撮像対象物(本実施形態では材料画像50)の表面で反射又は散乱した光をイメージセンサ(本実施形態では密着ラインセンサ91)に導く正立等倍光学系に相当する。
本実施形態では、センサユニット90として、これらの光学系を全て一体に構成している。このことで、センサユニット90の小型化及び軽量化が可能となり、造形装置1においても小型化及び軽量化が可能となる。また、光学系を一体化することで、光学調整が不要となる。また、センサユニット90を一体で駆動することが可能となり、光学系を部材ごとに駆動させる必要がなくなる。なお、光源のみを別体にしても良く、この場合でも上記した効果と同様の効果が得られる。
(1x optical system)
FIG. 5B is a diagram showing a state in which the reduction optical system is replaced with an equal-magnification optical system. Similarly to FIG. 5A, a material image 50 is transferred onto a transfer body 42, and an illumination light source is formed on the surface of the material image 50. 95 is a schematic diagram showing a form in which 95 is irradiated at an angle of 45 degrees or less with respect to the surface of the material image 50. The illumination light source 95 is configured such that uniform parallel light irradiation can be performed, for example, by passing an LED array through a cylindrical lens and a diffusion plate. And it is comprised so that the scattered light when the illumination light source 95 irradiates the surface of the material image 50 injects into the contact | adherence line sensor 91 through the SELFOC (trademark) lens 93. FIG. In this way, the material image 50 is detected. Here, the Selfoc lens 93 is arranged so that the light reflected or scattered on the surface of the material image 50 forms an image on the contact line sensor 91 at an equal magnification. A selfoc lens (selfoc lens array) 93 is an upright or the like that guides light reflected or scattered from the surface of the imaging target (the material image 50 in the present embodiment) to the image sensor (the contact line sensor 91 in the present embodiment). It corresponds to a double optical system.
In the present embodiment, all of these optical systems are integrally formed as the sensor unit 90. Thus, the sensor unit 90 can be reduced in size and weight, and the modeling apparatus 1 can also be reduced in size and weight. Further, by integrating the optical system, optical adjustment becomes unnecessary. Further, the sensor unit 90 can be driven integrally, and it is not necessary to drive the optical system for each member. Note that only the light source may be provided separately, and in this case as well, the same effect as described above can be obtained.

(縮小光学系と等倍密着光学系の差異)
次に、縮小光学系と等倍密着光学系の差異を説明する。図6A,6Bは、縮小光学系について説明するための模式図であり、図6C,6Dは、等倍密着光学系について説明するための模式図である。なお、図6A,6Bでは、縮小光学系を、転写体42の進行方向で下流側から見たときの模式図を示しており、光路を見やすくするため、照明光源(45、45a、45b)は便宜的な位置に示している。また、図6C,6Dでは、センサユニット90に対して転写体42が相対移動する方向を矢印で示している。
図6Aには、縮小光学系のラインセンサ1個とレンズ1個の構成を示す。縮小光学系では、センサチップ画素サイズと検出画像幅と検出解像度の関係から縮小率が決定される。従って、検出画像幅を大きくしていく場合、縮小率を上げれば良いが検出解像度が低下する。この対応策として、検出解像度を保持しつつ検出画像幅を大きくするために、センサチップの個数を増加させるか、光学系を増して連結する方法が考えられるが、汎用センサチップを使用する方が設計の自由度が増すため、光学系を連結する方法を選ぶものとする。図6Bに、図6Aに対して光学系を連結した構成を示す。図6Bでは、照明光源45a,45bが材料画像50の表面を照射したときの散乱光がそれぞれレンズ44b,44dを介してラインセンサ44a,44cに入射するように構成されている。しかし、この構成の場合には、光学系のスペースが大きくなることと、センサチップ間の光学調整(検出ラインの位置合わせやセンサ出力信号の端部光量補正や重複画素の連結処理)が必要で、センサチップ1個に比して設計工数と調整工数が増大する懸念がある。
(Difference between reduction optical system and 1x contact optical system)
Next, the difference between the reduction optical system and the equal magnification contact optical system will be described. 6A and 6B are schematic diagrams for explaining the reduction optical system, and FIGS. 6C and 6D are schematic diagrams for explaining the equal magnification contact optical system. 6A and 6B are schematic views of the reduction optical system when viewed from the downstream side in the traveling direction of the transfer body 42. In order to make the optical path easier to see, illumination light sources (45, 45a, 45b) are shown. Shown for convenience. 6C and 6D, the direction in which the transfer body 42 moves relative to the sensor unit 90 is indicated by an arrow.
FIG. 6A shows the configuration of one line sensor and one lens of the reduction optical system. In the reduction optical system, the reduction rate is determined from the relationship between the sensor chip pixel size, the detected image width, and the detection resolution. Therefore, when the detected image width is increased, the reduction rate may be increased, but the detection resolution is lowered. As a countermeasure, in order to increase the detected image width while maintaining the detection resolution, a method of increasing the number of sensor chips or connecting more optical systems can be considered, but it is better to use a general-purpose sensor chip. Since the degree of freedom of design increases, the method of connecting the optical systems shall be selected. FIG. 6B shows a configuration in which an optical system is connected to FIG. 6A. In FIG. 6B, the scattered light when the illumination light sources 45a and 45b irradiate the surface of the material image 50 is configured to enter the line sensors 44a and 44c via the lenses 44b and 44d, respectively. However, in this configuration, the space of the optical system is increased, and optical adjustment between the sensor chips (detection line alignment, sensor output signal end light amount correction, and overlapping pixel connection processing) is required. There is a concern that the design man-hours and adjustment man-hours increase as compared with one sensor chip.

一方、図6Cには、等倍密着光学系のセンサユニット90を示す。図6Cに示すように、照明光源95,96や密着ラインセンサ91、セルフォックレンズ93を一体化したセンサユニット90を用いることで、光学調整は不要となり、検出画像幅の対応も数種類の長さのセンサユニットを用意することで容易に可能となる。また、密着センサのメリットである光量の均一性により端部光量補正(シェーディング補正)等の画像処理が不要あるいは簡易な構成で実現できる。さらに、小型軽量のメリットを活かせば、検出画像に対し
て相対移動する場合に、センサユニット側の移動も可能となる。このようにしてセンサユニット90が、転写体42に対して相対的に移動することにより、転写体42上の材料画像50を、2次元の画像として取得することができる。
図6Dに示す等倍密着光学系のセンサユニット90の構成においては、図6Cの構成に対して、以下の点が異なる。すなわち、図6Cでは照明光源95,96がLEDアレイであることに対して、図6Dでは照明光源の構成が、照明光源95,96に代えて、LED片側照射にライン導光体97,98を加えた構成とした点が異なる。すなわち、図6Dでは、ライン導光体97,98が、転写体42の表面で転写体42の進行方向に対して直交する直交方向にライン状に配設され、この直交方向の一端側からLED照射が行われる。図6Dの構成においては、照射面での必要照度が満たしていれば、低コスト化、かつ小型化を図ることができる。
On the other hand, FIG. 6C shows a sensor unit 90 of an equal magnification contact optical system. As shown in FIG. 6C, by using the sensor unit 90 in which the illumination light sources 95 and 96, the contact line sensor 91, and the Selfoc lens 93 are integrated, no optical adjustment is required, and the detection image width can be handled in several lengths. This can be easily achieved by preparing a sensor unit. Further, image processing such as edge light amount correction (shading correction) is unnecessary or can be realized with a simple configuration due to the uniformity of the light amount, which is a merit of the contact sensor. Furthermore, if the advantages of small size and light weight are utilized, the movement on the sensor unit side can be performed when moving relative to the detected image. Thus, the sensor unit 90 moves relative to the transfer body 42, whereby the material image 50 on the transfer body 42 can be acquired as a two-dimensional image.
The configuration of the sensor unit 90 of the equal magnification contact optical system shown in FIG. 6D is different from the configuration of FIG. 6C in the following points. That is, in FIG. 6C, the illumination light sources 95 and 96 are LED arrays, whereas in FIG. 6D, the configuration of the illumination light source is that instead of the illumination light sources 95 and 96, the line light guides 97 and 98 are used for LED one-side illumination. The added configuration is different. That is, in FIG. 6D, the line light guides 97 and 98 are arranged in a line in the orthogonal direction orthogonal to the traveling direction of the transfer body 42 on the surface of the transfer body 42, and the LEDs are arranged from one end side in the orthogonal direction. Irradiation takes place. In the configuration of FIG. 6D, if the required illuminance on the irradiation surface is satisfied, cost reduction and size reduction can be achieved.

(欠陥画像取得及びリカバリ制御)
上記材料画像の各欠陥形態を検出し、リカバリする仕組みについて説明する。
図7は、上述した造形コントローラ70を示している。密着ラインセンサ91、照明光源95、及びクリーナ46は、IOインタフェース81に接続されて駆動信号が出力されている。ここではさらに、密着ラインセンサ91の出力信号の取り扱い等について詳細に説明する。
図8は、欠陥画像取得及びリカバリ制御の構成ブロック図である。
図8に示すように、制御ユニット60は、スライスデータの生成に関わる機能として、3Dデータスライサ61、プリンタドライバ62を有する。3DCADなどにより3次元形状データとしてSTLなどの形状データが3Dデータスライサ61に入力される。入力されたデータに従って、一層毎のスライスデータが3Dデータスライサ61により生成される。スライスデータは、プリンタドライバ62から画像生成コントローラ10に出力される。制御ユニット60と画像制御ユニット11は、制御信号及び画像データをインタフェース信号線で接続される。
画像制御ユニット11は、ストレージ機能を有し、スライスデータを蓄積しつつ、積層タイミングに従って、スライスデータに基づいてスライス画像生成ユニット12で材料画像を形成させ、積層部へ転送する。積層部には、レーザスキャナ20、ドラムカートリッジ30、転写積層ユニット40、などが含まれる。さらに、画像生成コントローラ10内には、比較ユニット13が画像制御ユニット11と接続されている。比較ユニット13は、密着ラインセンサ91により取得された画像とスライスデータを比較する。
(Defect image acquisition and recovery control)
A mechanism for detecting and recovering each defect form of the material image will be described.
FIG. 7 shows the modeling controller 70 described above. The contact line sensor 91, the illumination light source 95, and the cleaner 46 are connected to the IO interface 81 and drive signals are output. Here, the handling of the output signal of the contact line sensor 91 will be described in detail.
FIG. 8 is a configuration block diagram of defect image acquisition and recovery control.
As shown in FIG. 8, the control unit 60 includes a 3D data slicer 61 and a printer driver 62 as functions related to generation of slice data. Shape data such as STL is input to the 3D data slicer 61 as 3D shape data by 3D CAD or the like. In accordance with the input data, slice data for each layer is generated by the 3D data slicer 61. The slice data is output from the printer driver 62 to the image generation controller 10. The control unit 60 and the image control unit 11 are connected with a control signal and image data by an interface signal line.
The image control unit 11 has a storage function, accumulates slice data, and forms a material image by the slice image generation unit 12 based on the slice data according to the stacking timing, and transfers the material image to the stacking unit. The stacking unit includes a laser scanner 20, a drum cartridge 30, a transfer stacking unit 40, and the like. Further, a comparison unit 13 is connected to the image control unit 11 in the image generation controller 10. The comparison unit 13 compares the image acquired by the contact line sensor 91 with the slice data.

(画像比較アルゴリズム)
図9は、比較ユニット13の機能を説明するための模式図である。
図9では、立体モデルとしてハート型の化粧箱様形状を用いている。図9において、左側の碁盤目状の画像は、上部がスライスデータを示し、下部が密着ラインセンサ91により取得した材料画像の取得データを示す。また、図9において、右側に比較ユニット13による比較結果を示す。各データのうちラインNの一元データが比較ユニット13に入力される。
ここで、図9に模式的に黒色画素で示す材料画像の取得データを欠陥部とする。比較ユニット13の下段のラインデータが比較結果を示しており、×の部分が不一致であることを示している。比較結果が不一致判定の場合には、欠陥か非欠陥かの判定を行う。積層継続が不可能なら欠陥と判定する。以上は生データの比較で実施した例であるが、1次元2値比較であれば、ランレングスによる比較も容易に実施できる。また、ライン単位に限定するものではなく、数ラインをまとめてブロック単位の比較を行ってもよい。以下に、欠陥検出アルゴリズムの一例をフローチャートに従って説明する。
(Image comparison algorithm)
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the function of the comparison unit 13.
In FIG. 9, a heart-shaped cosmetic box-like shape is used as a three-dimensional model. In the left grid-like image in FIG. 9, the upper part shows slice data, and the lower part shows material image acquisition data acquired by the contact line sensor 91. In FIG. 9, the comparison result by the comparison unit 13 is shown on the right side. The unitary data of line N among the data is input to the comparison unit 13.
Here, let the acquisition data of the material image typically shown by a black pixel in FIG. 9 be a defective part. The lower line data of the comparison unit 13 indicates the comparison result, and the x part indicates that they do not match. If the comparison result is a mismatch determination, it is determined whether it is a defect or a non-defect. If the stacking cannot be continued, it is determined as a defect. The above is an example performed by comparison of raw data, but if it is a one-dimensional binary comparison, a comparison by run length can be easily performed. Further, the present invention is not limited to line units, and several lines may be combined to perform block unit comparison. Below, an example of a defect detection algorithm is demonstrated according to a flowchart.

(欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート1)
図10に示すフローチャートに沿って、層単位での欠陥検出アルゴリズムを説明する。
ステップ101では、画像生成コントローラ10にスライスデータを入力し蓄積する。ステップ102では、スライスデータをラスタ画像に展開し、粒子像から材料画像(注目材料画像)を形成する。ステップ103では、材料画像をラインセンサ44で検出し取得する。ステップ104では、ラインセンサ44で取得した画像と蓄積されたスライスデータを比較する。ステップ105では、比較結果が一致したか不一致であったかを判断する。ステップ105で一致したと判断した場合、ステップ106に進み積層工程に移行し、ステップ105で不一致であったと判断した場合(判断結果が否定判断)、ステップ107に進む。
(Flowchart 1 of defect image acquisition and recovery processing)
A defect detection algorithm for each layer will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
In step 101, slice data is input and stored in the image generation controller 10. In step 102, the slice data is developed into a raster image, and a material image (material image of interest) is formed from the particle image. In step 103, the material image is detected and acquired by the line sensor 44. In step 104, the image acquired by the line sensor 44 is compared with the accumulated slice data. In step 105, it is determined whether the comparison result matches or does not match. If it is determined in step 105 that the values match, the process proceeds to step 106, and the process proceeds to the stacking process.

(画像欠陥判定1)
ステップ107では、不一致部が積層可能基準内であったかどうかを判断する。ステップ107で、不一致部が積層可能基準内であったと判断した場合は、ステップ106に進み積層工程に移行する。ステップ107で、不一致部が積層可能基準内でなかったと判断した場合は、ステップ108に進み該当材料画像を廃棄する。
その後、ステップ102に戻り、以上の工程を繰り返すことにより造形を行う。
(Image defect judgment 1)
In step 107, it is determined whether or not the mismatched portion is within the stacking standard. If it is determined in step 107 that the inconsistent portion is within the stackable reference, the process proceeds to step 106 and proceeds to the stacking process. If it is determined in step 107 that the mismatched portion is not within the stackable standard, the process proceeds to step 108 and the corresponding material image is discarded.
Then, it returns to step 102 and modeling is performed by repeating the above process.

以上のように、一層の材料画像をライン単位で繰返しセンシングし、元のスライスデータと比較することにより、不一致部の形状を取得することができ、これにより、形状や大きさを判定基準と比較することで、欠陥ありか無しかを判定できる。そして、欠陥判定の場合には、該当層の材料画像(注目材料画像)を廃棄し、該当スライスデータ(注目スライスデータ)を再形成することで、欠陥判定された材料画像を再生することができる。
本実施形態では、材料画像を廃棄する廃棄部としてクリーナ46を配置し、欠陥判定時には造形コントローラ70からの指示により転写体42上の材料画像を除去する。クリーナ46には、平面上の材料をはぎ取るスクレーパや粘着転写除去ローラなどを用いるとよく、転写体42と造形材料の特性に応じて、適宜、取捨選択を行えばよい。
As described above, it is possible to acquire the shape of the mismatched part by repeatedly sensing the material image of each layer in units of lines and comparing it with the original slice data, thereby comparing the shape and size with the criterion. By doing so, it can be determined whether there is a defect or not. In the case of the defect determination, the material image of the corresponding layer can be reproduced by discarding the material image (target material image) of the corresponding layer and re-forming the corresponding slice data (target slice data). .
In the present embodiment, the cleaner 46 is disposed as a discarding unit that discards the material image, and the material image on the transfer body 42 is removed by an instruction from the modeling controller 70 when determining the defect. As the cleaner 46, a scraper or an adhesive transfer removing roller for stripping off a material on a flat surface may be used, and selection may be appropriately made according to the characteristics of the transfer body 42 and the modeling material.

これまでの説明では、廃棄する材料画像を一層分として説明した。これに対して、高速積層が行われる場合には、材料画像の欠陥判定が行われたときに、次層の材料画像の形成が行われている場合がある。
このような場合において、次層目の材料画像が、欠陥と判定した層の材料画像と異なる画像の場合には、欠陥と判定した層の材料画像とともに、次層目の材料画像も廃棄する必要がある。そして、廃棄する材料画像に対応して、材料画像の再形成を行う必要がある。
In the above description, the material images to be discarded have been described as one layer. On the other hand, when high-speed lamination is performed, the material image of the next layer may be formed when the defect determination of the material image is performed.
In such a case, if the material image of the next layer is different from the material image of the layer determined to be defective, the material image of the next layer must be discarded together with the material image of the layer determined to be defective. There is. Then, it is necessary to re-form the material image corresponding to the material image to be discarded.

一方、次層の材料画像が廃棄材料画像と同じ画像である場合には、欠陥と判定した層の材料画像のみを廃棄し、形成済みの次層の材料画像は廃棄せず、欠陥と判定した層の材料画像の代わりに、次層の材料画像を再形成して追加するとよい。また例えば、造形対象物が円柱の場合であれば、欠陥と判定した層の材料画像のみを廃棄し、形成済みの次層の材料画像は廃棄せず、層番号を廃棄分マイナスし、材料画像の再生は続く層番号から行うことにより、積層を継続するとよい。これにより、積層速度、積層時間を損なう程度を緩和できる。   On the other hand, when the material image of the next layer is the same image as the waste material image, only the material image of the layer determined to be defective is discarded, and the formed material image of the next layer is not discarded, and is determined to be a defect. Instead of the material image of the layer, the material image of the next layer may be re-formed and added. Also, for example, if the object to be modeled is a cylinder, only the material image of the layer determined to be defective is discarded, the material image of the next layer that has already been formed is not discarded, and the layer number is subtracted from the discarded material image. It is preferable to continue the stacking by starting from the subsequent layer number. Thereby, the grade which impairs a lamination speed and lamination time can be eased.

(欠陥画像取得及びリカバリ処理のフローチャート2)
次に、図11を用いて、フローチャート2について説明する。図10に示したフローチャート1では、層単位での欠陥検出アルゴリズムを説明したが、フローチャート2では、ライン単位での欠陥検出アルゴリズムを説明する。
ステップ201からステップ205までは、フローチャート1のステップ101からステップ105とほぼ同じである。ステップ202では、スライスデータをラスタ画像に展開し粒子像を形成する。ステップ203では、粒子像をセンサで検出し取得する。ステップ206では、材料画像の最終ラインまで検出が完了したどうかを判定し、最終ラインで無ければステップ203に戻る。 最終ラインまで検出が完了したら、ステップ207に
進み、ステップ207で積層工程に移行する。
(Flowchart 2 of defect image acquisition and recovery processing)
Next, the flowchart 2 will be described with reference to FIG. In the flowchart 1 shown in FIG. 10, the defect detection algorithm in units of layers has been described. In the flowchart 2, the defect detection algorithm in units of lines will be described.
Steps 201 to 205 are almost the same as steps 101 to 105 in the flowchart 1. In step 202, the slice data is developed into a raster image to form a particle image. In step 203, a particle image is detected and acquired by a sensor. In step 206, it is determined whether or not the detection has been completed up to the last line of the material image. If not, the process returns to step 203. When the detection is completed up to the final line, the process proceeds to step 207, where the process proceeds to the stacking process.

(画像欠陥判定2)
ステップ205では、不一致であった場合はステップ208に進み、ステップ208では、不一致ラインデータを保存する。その後、ステップ210では、検出ラインの不一致部の合成画像が積層可能基準内かどうか判定する。検出ラインの不一致部の合成画像が積層可能基準内であった場合はステップ209に進み、ステップ210で、否定判定の場合には、ステップ211に進み、ステップ211で該当材料画像を廃棄した後、ステップ202に戻る。ステップ209で、材料画像の最終ラインまで検出が完了したどうかを判定し、最終ラインで無ければステップ203に戻り、最終ラインまで検出が完了したと判定したら、ステップ207で積層工程に移行する。
(Image defect judgment 2)
In step 205, if there is a mismatch, the process proceeds to step 208. In step 208, the mismatch line data is stored. Thereafter, in step 210, it is determined whether or not the composite image of the mismatched portion of the detection line is within the stackable reference. If the composite image of the mismatched portion of the detection line is within the stackable reference, the process proceeds to step 209, and in the case of negative determination in step 210, the process proceeds to step 211, and after discarding the corresponding material image in step 211, Return to step 202. In step 209, it is determined whether or not the detection has been completed up to the final line of the material image. If it is not the final line, the process returns to step 203. If it is determined that the detection has been completed up to the final line, the process proceeds to the stacking process in step 207.

以上述べた本実施形態の画像検出装置の構成によれば、画像欠陥をより確実に検知でき、かつ画像検出装置の小型化と軽量化を実現することができる。また、画像欠陥をより確実に検知できるので、造形物の品質を向上することができる。
ここで、本実施形態では、スライスデータから材料画像を形成したときの画像欠陥について説明したが、これに限るものではない。材料画像の先端位置(側端位置、後端位置も含む)に形成されるマーカや、目的に応じたマーカを材料画像で形成する場合においても、各目的を達成するための材料画像の検出に本発明を適用することができる。マーカは、その目的に応じて、造形に先立ち形成される場合や、造形対象物の3次元形状データから生成されるスライスデータにマーカのデータが付加されることで、造形物の造形時に形成される場合がある。このようなマーカは、制御ユニット60に含まれるマーカ処理部が、画像形成部によって形成させ、転写体42に転写して搬送させる処理を行うものであるとよい。
また、上述したように材料画像は用いる造形材料の種類に応じて、一又は複数の材料画像を組み合わせて形成されるものである。すなわち、造形装置が造形材料を複数種類用いて造形を行う場合においても、本発明を好適に適用できる。
また、本実施形態では、転写体に光を照射する暗視野照明、及び、転写体上の造形材料による光の散乱光を撮影するイメージセンサを有する画像取得部を備えている。このことで、各層の材料画像が薄層で透過率が高くても、またはコントラストが低くても、材料画像または粒子像の形状認識が可能である。このため、本発明は、層状の材料画像を造形する装置全般に応用することができ、材料画像の欠陥検出以外にも多くの用途で利用することが可能である。例えば、転写体42上に残留した造形材料等の残留物の検出時や、転写体42上をクリーニングした後のクリーニング不良の検出時においても、本発明を利用できる。
また、本実施形態では、造形装置1において転写体42に転写されて搬送される材料画像50が、撮像対象物に相当するものとして説明したが、これに限るものではない。撮像対象物が、担持体上に担持された、粒子状の材料からなる材料画像であれば、本発明を好適に適用することができ、当該材料画像の画像欠陥をより確実に検知することができる。
According to the configuration of the image detection apparatus of the present embodiment described above, an image defect can be detected more reliably, and the image detection apparatus can be reduced in size and weight. Moreover, since an image defect can be detected more reliably, the quality of a molded article can be improved.
Here, in the present embodiment, the image defect when the material image is formed from the slice data has been described, but the present invention is not limited to this. Even when markers that are formed at the leading edge position (including the side edge position and the trailing edge position) of the material image, or markers according to the purpose are formed with the material image, the material image can be detected to achieve each purpose. The present invention can be applied. Depending on the purpose of the marker, the marker is formed at the time of modeling a modeled object by adding the marker data to the slice data generated from the three-dimensional shape data of the modeled object when the model is formed. There is a case. Such a marker may be one in which a marker processing unit included in the control unit 60 performs processing to be formed by the image forming unit, transferred to the transfer body 42, and conveyed.
In addition, as described above, the material image is formed by combining one or a plurality of material images according to the type of modeling material to be used. That is, even when the modeling apparatus performs modeling using a plurality of modeling materials, the present invention can be suitably applied.
In the present embodiment, the image acquisition unit includes a dark field illumination that irradiates the transfer body with light and an image sensor that captures the scattered light of the light from the modeling material on the transfer body. Thus, even if the material image of each layer is a thin layer and has high transmittance or low contrast, the shape of the material image or particle image can be recognized. For this reason, this invention can be applied to the whole apparatus which models a layered material image, and can be utilized for many uses besides the defect detection of a material image. For example, the present invention can be used also when detecting a residue such as a modeling material remaining on the transfer body 42 or when detecting a cleaning failure after cleaning the transfer body 42.
Further, in the present embodiment, the material image 50 transferred to the transfer body 42 and conveyed in the modeling apparatus 1 is described as corresponding to the imaging target object, but is not limited thereto. If the imaging object is a material image made of a particulate material supported on a carrier, the present invention can be suitably applied, and image defects in the material image can be detected more reliably. it can.

<第2実施形態>
(造形装置の構成)
図12を参照して、第2実施形態に係るセンサユニットの構成を説明する。図12は、本実施形態に係るセンサユニットを示す模式図である。なお、本実施形態では、第1実施形態と異なる構成や処理について説明し、第1実施形態と同様の構成や処理についての説明は省略する。
第1実施形態における図6C,6Dに示すセンサユニットでは、照明光源が、転写体42上の材料画像50表面の被照射部に対して、転写体42の進行方向の上流と下流の両側から照射する構成であった。
これに対して本実施形態では、図12に示すように、被照射部に対して、転写体42の
進行方向の下流から照明光源95が照射するセンサユニット90aと、上流から照明光源96が照射するセンサユニット90bを有することを特徴とする。ここで、図12においては、材料画像50の欠陥部の断面を示し、欠陥部として、転写体42の進行方向に対して傾斜(セルフォックレンズ93を通る光路に対して傾斜)して形成された微細欠陥の一例を示している。
Second Embodiment
(Configuration of modeling equipment)
The configuration of the sensor unit according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic diagram showing a sensor unit according to the present embodiment. In the present embodiment, configurations and processes different from those in the first embodiment will be described, and descriptions of configurations and processes similar to those in the first embodiment will be omitted.
In the sensor unit shown in FIGS. 6C and 6D in the first embodiment, the illumination light source irradiates the irradiated portion on the surface of the material image 50 on the transfer body 42 from both upstream and downstream sides in the traveling direction of the transfer body 42. It was the composition to do.
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 12, the sensor unit 90a that the illumination light source 95 irradiates the irradiated portion from the downstream in the traveling direction of the transfer body 42, and the illumination light source 96 that irradiates from the upstream. And a sensor unit 90b. Here, FIG. 12 shows a cross section of a defective portion of the material image 50, and the defective portion is formed to be inclined with respect to the traveling direction of the transfer body 42 (inclined with respect to the optical path passing through the SELFOC lens 93). An example of a fine defect is shown.

欠陥検出においては、欠陥部の傾斜形状に依存しない画像欠陥検出を行う目的から、図6C,6Dに示すような両側照射を選択するのが一般的である。しかし、両側照射の光学系を用いた場合であっても、図12に示すように微細欠陥が傾斜している場合には検知することができずに、見逃してしまうことが懸念される。
本実施形態では、センサユニットを複数有し、各照明光源の照射角度がそれぞれ異なるように構成している。すなわち、照射角度の異なる照明光源を複数配置し、各照明光源の照射により被照射部で反射又は散乱した光を、各照明光源に対応して配置された各ラインセンサにより検出する構成としている。これにより、上記のように微細欠陥が傾斜している場合であっても、いずれかのラインセンサでの検出が可能となる。
図12では、センサユニット90aとセンサユニット90bにより、それぞれ一定の距離を離れて材料画像50と相対移動することで画像の検出を行う様子が示されている。この場合には、2つのラインデータの不一致部の論理和を、図9の比較ユニット13に入力すればよい。
In defect detection, it is common to select double-sided irradiation as shown in FIGS. 6C and 6D for the purpose of performing image defect detection independent of the inclined shape of the defect portion. However, even when a double-sided irradiation optical system is used, if the fine defect is inclined as shown in FIG.
In the present embodiment, a plurality of sensor units are provided, and the illumination angles of the illumination light sources are different from each other. That is, a plurality of illumination light sources having different irradiation angles are arranged, and light reflected or scattered by the irradiated portion by irradiation of each illumination light source is detected by each line sensor arranged corresponding to each illumination light source. Thereby, even if the fine defect is inclined as described above, detection by any of the line sensors becomes possible.
FIG. 12 shows how the sensor unit 90a and the sensor unit 90b detect images by moving relative to the material image 50 at a certain distance from each other. In this case, the logical sum of the mismatched portions of the two line data may be input to the comparison unit 13 in FIG.

なお、図6Cのように、照明光源95と照明光源96を照射方向が互いに異なるように同一のセンサユニット90内に配置し、点灯タイミングを排他的に時分割にする方法が考えられる。しかし、このような方式は、低速時は簡易であり低コスト化が可能であるが、高速時に同時に同一位置の画像欠陥を検知する目的には不向きである。
また、図6A,6Bに示した縮小光学系において、照射方向が互いに異なるように照明光源を複数設け、各照明光源に対応するレンズ及びラインセンサをそれぞれ配設する場合には、より広い設置空間が必要となり、設置空間の確保が困難となることが懸念される。
As shown in FIG. 6C, a method is conceivable in which the illumination light source 95 and the illumination light source 96 are arranged in the same sensor unit 90 so that the irradiation directions are different from each other, and the lighting timing is exclusively time-divisionally. However, such a method is simple at low speed and can be reduced in cost, but is not suitable for the purpose of detecting an image defect at the same position at the same time at high speed.
In the reduction optical system shown in FIGS. 6A and 6B, when a plurality of illumination light sources are provided so that the irradiation directions are different from each other, and a lens and a line sensor corresponding to each illumination light source are provided, a wider installation space is provided. There is a concern that it will be difficult to secure the installation space.

本実施形態においても、画像欠陥をより確実に検知でき、かつ画像検出装置の小型化と軽量化を実現することができる。また、画像欠陥をより確実に検知できるので、造形物の品質を向上することができる。   Also in this embodiment, an image defect can be detected more reliably, and the image detection apparatus can be reduced in size and weight. Moreover, since an image defect can be detected more reliably, the quality of a molded article can be improved.

90…センサユニット、91…密着ラインセンサ、93…セルフォックレンズ、95…照明光源
90 ... sensor unit, 91 ... contact line sensor, 93 ... selfoc lens, 95 ... illumination light source

Claims (7)

撮像対象物の表面に対して45度以下の角度で光を照射するライン状の照明と、
前記ライン状の照明と平行に配置されるライン状のイメージセンサと、
前記撮像対象物の表面で反射又は散乱した光を前記イメージセンサに導く正立等倍光学系と、
を備えることを特徴とする画像検出装置。
Linear illumination that irradiates light at an angle of 45 degrees or less with respect to the surface of the imaging object;
A line-shaped image sensor arranged in parallel with the line-shaped illumination;
An erecting equal-magnification optical system that guides light reflected or scattered by the surface of the imaging object to the image sensor;
An image detection apparatus comprising:
前記正立等倍光学系は、セルフォックレンズアレイを有し、前記撮像対象物の表面で反射又は散乱した光が前記イメージセンサに等倍で結像するように配置される
ことを特徴とする請求項1の画像検出装置。
The erecting equal-magnification optical system has a selfoc lens array, and is arranged so that light reflected or scattered by the surface of the imaging object forms an image at the same magnification on the image sensor. The image detection apparatus according to claim 1.
前記撮像対象物は、担持体上に担持された、粒子状の材料からなる材料画像である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像検出装置。
The image detection apparatus according to claim 1, wherein the imaging object is a material image made of a particulate material carried on a carrier.
前記照明、前記イメージセンサ及び前記正立等倍光学系が、前記撮像対象物に対して相対移動することにより、前記撮像対象物を2次元の画像として検出する
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像検出装置。
2. The illumination object, the image sensor, and the erecting equal-magnification optical system detect the imaging object as a two-dimensional image by moving relative to the imaging object. 4. The image detection device according to any one of items 3.
立体モデルの3次元形状データに基づいて造形材料からなる材料画像を積層することによって立体物を作製する造形装置であって、
前記3次元形状データから生成されるスライスデータに基づき前記材料画像を形成する画像形成部と、
前記材料画像を検出する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像検出装置と、
を有することを特徴とする造形装置。
A modeling apparatus for producing a three-dimensional object by laminating material images made of modeling materials based on three-dimensional shape data of a three-dimensional model,
An image forming unit that forms the material image based on slice data generated from the three-dimensional shape data;
The image detection apparatus according to any one of claims 1 to 4, which detects the material image;
A modeling apparatus comprising:
前記イメージセンサにより検出されたデータと、前記スライスデータとを比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果に基づき、前記材料画像が積層可能な材料画像か否かを判断する判断手段と、
を有することを特徴とする請求項5に記載の造形装置。
Comparison means for comparing the data detected by the image sensor with the slice data;
A determination unit that determines whether the material image is a material image that can be stacked based on a comparison result by the comparison unit;
The modeling apparatus according to claim 5, comprising:
前記画像検出装置を複数有し、
複数の前記画像検出装置は、前記材料画像の表面に対する各照明の照射角度がそれぞれ異なるように配置される
ことを特徴とする請求項5または6に記載の造形装置。
A plurality of the image detection devices;
The modeling apparatus according to claim 5, wherein the plurality of image detection devices are arranged so that irradiation angles of the respective illuminations with respect to the surface of the material image are different from each other.
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US11351734B2 (en) 2019-03-04 2022-06-07 Ricoh Company, Ltd. Manufacturing device, manufacturing system, and correction method

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