JP2020168873A - Three-dimensional model-forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は三次元造形装置に関するものである。 The present invention relates to a three-dimensional modeling apparatus.
従来、設計あるいは測定された三次元データに基づいて、当該三次元データにより特定される所望の三次元形状をもった立体物(三次元造形物)を造形する三次元造形装置が知られている。 Conventionally, there is known a three-dimensional modeling device that creates a three-dimensional object (three-dimensional model) having a desired three-dimensional shape specified by the three-dimensional data based on the designed or measured three-dimensional data. ..
例えば、特許文献1には、複製元立体物を三次元測定用のチャンバーに収容して当該複製元立体物の三次元形状を測定し、これにより得た測定データに基づき、三次元造形用のチャンバー内で、複製物を造形する三次元造形装置が開示されている。この三次元造形装置では、三次元測定用のチャンバーと三次元造形用のチャンバーとを共通化し、装置の省スペース化を図ったものである。
For example, in
三次元造形物の造形精度は、主に、三次元造形装置がもつ造形精度に依存しており、三次元造形装置による造形精度が十分でない場合がある。この場合、切削、貼り合わせ、成型等により造形する他の造形装置と同様、造形された三次元造形物あるいは造形途中の未完造形物の形状や寸法等の必要な測定パラメータを測定し、その三次元造形物の造形誤差が許容範囲内であるか否かを確認する作業が必要となる。 The modeling accuracy of a three-dimensional modeled object mainly depends on the modeling accuracy of the three-dimensional modeling device, and the modeling accuracy of the three-dimensional modeling device may not be sufficient. In this case, as with other modeling devices that model by cutting, laminating, molding, etc., the necessary measurement parameters such as the shape and dimensions of the modeled three-dimensional modeled object or the unfinished modeled object in the process of modeling are measured, and the tertiary It is necessary to confirm whether or not the modeling error of the original model is within the permissible range.
しかしながら、従来、その確認のための測定作業は、三次元造形装置により造形された最終造形物に対して行っていたため、最終構造物の状態では測定が困難な箇所(最終構造物の内部構造など)の測定結果を得ることが難しい。そのため、そのような箇所の形状などを含む最終構造物についての詳細な測定結果を得ることが困難であった。 However, conventionally, the measurement work for confirmation has been performed on the final model formed by the three-dimensional modeling device, so that it is difficult to measure in the state of the final structure (internal structure of the final structure, etc.). ) Is difficult to obtain. Therefore, it has been difficult to obtain detailed measurement results for the final structure including the shape of such a portion.
上述した課題を解決するために、本発明は、所定の処理空間内で三次元造形物を造形する造形手段を備えた三次元造形装置において、前記造形手段による造形途中の未完造形物の測定を前記処理空間内で行う測定手段を有することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention measures an unfinished model in the process of modeling by the modeling means in a three-dimensional modeling apparatus provided with a modeling means for modeling a three-dimensional model in a predetermined processing space. It is characterized by having a measuring means performed in the processing space.
本発明によれば、最終構造物の状態では測定が困難な箇所を含む測定結果を得ることができ、最終構造物についての詳細な測定結果を得ることが可能となるという優れた効果が奏される。 According to the present invention, it is possible to obtain a measurement result including a portion that is difficult to measure in the state of the final structure, and it is possible to obtain a detailed measurement result for the final structure. To.
以下、本発明を、熱溶解積層法(FDM)により三次元造形物を造形する三次元造形装置に適用した一実施形態について説明する。
なお、本発明は、熱溶解積層法(FDM)に限定されるものではなく、層状の造形構造物を順次積層することにより三次元造形物を造形する他の造形方法や、これとは全く別の造形方法により、三次元造形物を造形する三次元造形装置にも適用可能である。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional model by the Fused Deposition Modeling (FDM) method will be described.
The present invention is not limited to the thermal melting lamination method (FDM), and is completely different from other modeling methods for forming a three-dimensional model by sequentially laminating layered model structures. It can also be applied to a three-dimensional modeling device that models a three-dimensional modeled object by the modeling method of.
図1は、本実施形態における三次元造形装置1の内部構造を示す斜視図である。
図2は、本実施形態における三次元造形装置1の内部構造を示す平面図である。
図3は、本実施形態における三次元造形装置1の内部構造を示す正面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the internal structure of the three-
FIG. 2 is a plan view showing the internal structure of the three-
FIG. 3 is a front view showing the internal structure of the three-
三次元造形装置1は、筐体10の内部の処理空間内に載置台7が設けられ、この載置台7に三次元造形物が造形される。処理空間内における載置台7の上方には、造形手段としての造形ヘッド2が設けられている。造形ヘッド2は、その下方に造形材料を射出する射出ノズル8を有する。本三次元造形装置1は、造形材料3を造形ヘッド2で加熱溶融してノズル8から押し出すようにして射出することにより、層状の造形構造物を順次積層して、三次元造形物を造形する。
In the three-
造形材料3は、細長いワイヤー形状であり、巻き回された状態で三次元造形装置1にセットされており、供給経路4を通って造形ヘッド2へ供給される。造形ヘッド2は、装置左右方向(図3中の左右方向)に延びる左右ガイド部材5に対し、その左右ガイド部材5の長手方向(装置左右方向)に沿ってスライド移動可能に保持されている。造形ヘッド2は、駆動手段としての左右駆動機構の駆動力によって左右ガイド部材5に対してスライド移動することにより、装置左右方向へ移動することができる。
The modeling material 3 has an elongated wire shape, is set in the three-
左右ガイド部材5の両端は、それぞれ、装置前後方向(図2中の上下方向)に延びる前後ガイド部材6L,6Rに対し、その前後ガイド部材6L,6Rの長手方向(装置前後方向)に沿ってスライド移動可能に保持されている。造形ヘッド2は、左右ガイド部材5が駆動手段としての前後駆動機構の駆動力によって前後ガイド部材6L,6Rに対してスライド移動することにより、装置前後方向へ移動することができる。
Both ends of the left and
前後ガイド部材6L,6Rは、筐体10に対し、装置上下方向(図3中の上下方向)へスライド移動可能に保持されている。造形ヘッド2は、前後ガイド部材6L,6Rが駆動手段としての上下駆動機構の駆動力によって筐体10に対してスライド移動することにより、装置上下方向へ移動することができる。
The front-
図4は、本実施形態の三次元造形装置の制御ブロック図である。
左右ガイド部材5には、造形ヘッド2のスライド位置を検知する左右ポジション検知機構21が設けられている。左右ポジション検知機構21の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいて左右移動機構22を制御して、造形ヘッド2を目標の装置左右方向位置へ移動させる。
FIG. 4 is a control block diagram of the three-dimensional modeling apparatus of this embodiment.
The left and
前後ガイド部材6L,6Rには、左右ガイド部材5のスライド位置を検知する前後ポジション検知機構23が設けられている。前後ポジション検知機構23の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいて前後移動機構24を制御して、造形ヘッド2を目標の装置前後方向位置へ移動させる。
The front-
筐体10には、前後ガイド部材6L,6Rのスライド位置を検知する上下ポジション検知機構25が設けられている。上下ポジション検知機構25の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいて上下移動機構26を制御して、造形ヘッド2を目標の装置上下方向位置へ移動させる。
The
制御部100は、このような造形ヘッド2の移動制御を行うことにより、処理空間内における目標の三次元位置へ造形ヘッド2を移動させる(位置させる)ことができる。
By controlling the movement of the
図5は、本実施形態における三次元造形装置1のデータのやりとりを説明するための説明図である。
本実施形態の三次元造形装置1により造形する三次元造形物の三次元形状データ31pが、本三次元造形装置1に対して有線あるいは無線でデータ通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部装置30から入力されると、制御部100に三次元形状データ31pが送られる。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the exchange of data of the three-
An external device such as a personal computer in which the three-dimensional shape data 31p of the three-dimensional modeled object modeled by the three-
三次元形状データ31pを受信した制御部100は、造形用データ処理部100pにおいて、入力された三次元形状データ31pに基づき、上下方向分解された多数の層状構造物のデータ(造形用のスライスデータ32p)を生成する。各層状構造物に対応するスライスデータ32pは、本三次元造形装置1の造形ヘッド2から射出される造形材料3によって形成できる各層状構造物に対応しており、その層状構造物の厚みは、三次元造形装置1の能力に応じて適宜設定される。
The
その後、制御部100は、生成した各層状構造物のスライスデータ32pに従って三次元造形物を造形する造形工程へ移行する。造形工程では、まず、最下層(第一層)のスライスデータ32pに従って、載置台7の上に最下層の層状構造物を作成する。このとき、三次元造形物を構成しないサポート材も一緒に作成する場合があるが、ここでの説明は省略する。なお、サポート材は、通常、造形材料3とは異なる材料で形成され、最終的には造形材料3で形成された三次元造形物から除去される。
After that, the
制御部100は、造形ヘッド2の射出ノズル8の先端の上下方向位置(載置台7を基準とした上下方向位置)が、最下層の層状構造物データに対応する目標上下方向位置となるように、上下ポジション検知機構25の検知結果に基づいて上下移動機構26を制御し、前後ガイド部材6L,6Rを上下方向に移動させて位置決めする。その後、制御部100は、最下層(第一層)のスライスデータ32pに基づき、左右移動機構22や前後移動機構24を制御して、造形ヘッド2の射出ノズル8の先端を目標位置に順次移動させながら、射出ノズル8より造形材料3の射出を行う。これにより、載置台7上には、最下層(第一層)のスライスデータ32pに従った層状構造物が造形される。
In the
続いて、制御部100は、造形ヘッド2の射出ノズル8の先端の上下方向位置を第二層のスライスデータ32pに対応する目標上下方向位置に位置決めするように、上下移動機構26を制御する。その後、制御部100は、第二層のスライスデータ32pに基づき、左右移動機構22や前後移動機構24を制御して、造形ヘッド2の射出ノズル8の先端を目標位置に順次移動させながら、射出ノズル8より造形材料3の射出を行う。これにより、載置台7上に形成されている最下層の層状構造物上に、第二層のスライスデータ32pに従った層状構造物が造形される。
Subsequently, the
このようにして、下層から順に各層状構造物を積層させながら造形する処理を繰り返すことにより、最終的に、入力された三次元形状データ31pに従った三次元造形物11が造形される。
In this way, by repeating the process of modeling while stacking the layered structures in order from the lower layer, the three-
本実施形態における三次元造形装置1には、筐体10の内部の処理空間内で載置台7上に造形される三次元造形物11の造形途中段階である未完造形物11’の測定を当該処理空間内で行う測定手段としての測定装置12が設けられている。本実施形態の測定装置12が測定する内容は、特に限定されるものではなく、未完造形物11’の形状や寸法を測定するものや、未完造形物11’の物理的特性や化学的特性を測定するものなどが挙げられる。測定装置12による測定方式は、測定する内容などを考慮して適宜選択される。一例として、本実施形態の測定装置12は、未完造形物11’を光学的手段である撮像手段により撮像して得られる撮像画像に基づいて、未完造形物11’の形状を測定する場合を例に挙げて説明する。
The three-
図6は、本実施形態における三次元造形装置1に設けられる測定装置12の構成を示す正面図である。
図7は、本実施形態における三次元造形装置1に設けられる測定装置12の構成を示す平面図である。
本実施形態の測定装置12は、造形ヘッド2に搭載されており、造形ヘッド2とともに載置台7に対して相対移動可能に構成されている。測定装置12は、レンズや画像センサなどから構成されるカメラを内蔵しており、その測定結果が制御部100に送られるようになっている。
FIG. 6 is a front view showing the configuration of the measuring
FIG. 7 is a plan view showing the configuration of the measuring
The measuring
本実施形態においては、測定装置12により、造形途中の未完造形物11’の形状を測定する。具体的には、測定対象となる所定の層(毎層でもよいし、1又は2つ以上おきの層でもよいし、あるいは、測定の重要度が高い特定の層でもよい。)まで層状構造物を造形したら、測定装置12により、その未完造形物11’の最上面すなわち最後に造形した層状構造物(測定対象の層状構造物)に焦点をあわせて撮像し、撮像画像を取得する。測定装置12と未完造形物11’の最上面(測定対象の層状構造物)との距離は既知であるので、得られた撮像画像から未完造形物11’の最上面の二次元的な形状データ33mを算出することができる。
In the present embodiment, the measuring
造形ヘッド2の射出ノズル8の先端(造形ヘッド2の位置基準)と測定装置12との位置関係は固定されているので、測定装置12の焦点を予め固定したり、光学的にパンフォーカス可能に構成したりして、焦点合わせを不要とした構成としてもよい。
Since the positional relationship between the tip of the
また、測定装置12による撮影可能な画角内に、未完造形物11’の最上面(測定対象の層状構造物)の全体が収まらない場合がある。このような場合には、図7に示すように、上下方向位置は固定したまま、造形時と同じような移動制御により造形ヘッド2を前後左右方向へ位置A1,A2,A3を変えて、未完造形物11’の最上面の画像取得を複数回繰り返する。そして、取得した複数の撮像画像を連結すれば、未完造形物11’の最上面の全体の画像を得ることができるので、未完造形物11’の最上面の二次元的な形状データ33mを算出することができる。
In addition, the entire uppermost surface (layered structure to be measured) of the unfinished model 11'may not fit within the angle of view that can be photographed by the measuring
測定装置12により測定された二次元的な形状データ33mは、制御部100に送られる。制御部100は、制御部100内に備わっている記憶手段としての記憶部100aに、測定された複数の二次元的な形状データ33mを順次蓄積していく、そして、記憶部100aに蓄積した複数の二次元的な形状データ33mから、測定結果データ処理部100mにおいて、三次元形状データ34mを生成する処理を行う。そして、最終的な三次元造形物11の三次元形状データ34mが生成されたら、制御部100は、その三次元形状データ34mを測定結果データとして外部装置30へ送信する。
The two-
本実施形態は、造形途中段階の未完造形物11’についての測定が可能であることで、例えば、最終造形物である三次元造形物11についての三次元形状データ34mを得ることができる。特に、すべての層状構造物を測定対象とすれば、最終造形物である三次元造形物11について、元の三次元形状データ31pと同等の三次元形状データ34mを得ることができる。しかも、最終造形物である三次元造形物11の三次元形状データ34mは、造形工程の完了と同時に得ることができる。
In the present embodiment, since it is possible to measure the unfinished model 11'in the middle stage of modeling, for example, it is possible to obtain
図8(a)は、切削等による従来の造形方法における一連の処理工程の流れを示すフロー図である。
図8(b)は、従来の三次元造形装置による造形方法における一連の処理工程の流れを示すフロー図である。
図8(c)は、本実施形態の三次元造形装置1による造形方法における一連の処理工程の流れを示すフロー図である。
FIG. 8A is a flow chart showing a flow of a series of processing steps in a conventional modeling method such as cutting.
FIG. 8B is a flow chart showing a flow of a series of processing steps in a modeling method using a conventional three-dimensional modeling apparatus.
FIG. 8C is a flow chart showing a flow of a series of processing steps in the modeling method by the three-
図8(a)に示すように、切削等による従来の造形方法では、入力される三次元形状データから、使用する加工装置に適した加工用データを生成する工程が必要である。例えば、切削加工の場合、刃が入らない形状などがあるため、三次元造形物を複数の部位に分割して個別に造形した部位を最終的に合体させる場合がある。この場合、各部位ごとに加工用データを生成する必要がある。また、三次元造形物を分割しない場合でも、加工できない形状部分については除外するなどのデータ変更を行って、加工用データを生成することもある。また、最終的な三次元造形物を造形し終えた後は、加工装置とは別個の測定装置に三次元造形物をセットして、その三次元造形物の測定が行われる。 As shown in FIG. 8A, in the conventional modeling method by cutting or the like, a step of generating processing data suitable for the processing apparatus to be used is required from the input three-dimensional shape data. For example, in the case of cutting, since there is a shape in which a blade does not fit, a three-dimensional modeled object may be divided into a plurality of parts and the individually shaped parts may be finally united. In this case, it is necessary to generate processing data for each part. Further, even when the three-dimensional modeled object is not divided, data for processing may be generated by changing the data such as excluding the shape portion that cannot be processed. In addition, after the final three-dimensional model is finished, the three-dimensional model is set in a measuring device separate from the processing device, and the three-dimensional model is measured.
図8(b)に示すように、従来の三次元造形装置による造形方法(本実施形態と同じFDM)では、入力される三次元形状データを層状構造物ごとに分割するだけのデータ変換で済む。このデータ変換は、一般的なスライスデータフォーマットが策定されているため、特別な処置は必要ない。したがって、切削等による従来の造形方法と比べて、造形開始までの準備時間を短縮化できる。ただし、従来の三次元造形装置による造形方法でも、最終的な三次元造形物を造形し終えた後は、三次元造形装置とは別個の測定装置に三次元造形物をセットして、その三次元造形物の測定が行われる。 As shown in FIG. 8B, in the modeling method using the conventional three-dimensional modeling apparatus (the same FDM as in the present embodiment), it is sufficient to perform data conversion only by dividing the input three-dimensional shape data for each layered structure. .. This data conversion does not require any special treatment because a general slice data format has been established. Therefore, the preparation time until the start of modeling can be shortened as compared with the conventional modeling method by cutting or the like. However, even with the conventional modeling method using a 3D modeling device, after the final 3D model has been modeled, the 3D model is set in a measuring device separate from the 3D model device, and the 3D model is set. The original model is measured.
一方、本実施形態における造形方法でも、図8(c)に示すように、従来の三次元造形装置による造形方法と同様、切削等による従来の造形方法と比べて造形開始までの準備時間を短縮化できる。しかも、本実施形態の造形方法であれば、最終造形物である三次元造形物11の三次元形状データを、造形工程の完了と同時に得ることができるので、データ入力から最終的な三次元造形物の測定までの一連の処理に要する処理時間を、従来の三次元造形装置による造形方法よりも短縮化できる。また、三次元造形装置とは別個の測定装置へ三次元造形物を移送してセットする等の作業も不要なので、測定作業の負担も軽減される。
On the other hand, also in the modeling method of the present embodiment, as shown in FIG. 8C, the preparation time until the start of modeling is shortened as compared with the conventional modeling method by cutting or the like, as in the modeling method using the conventional three-dimensional modeling device. Can be converted. Moreover, according to the modeling method of the present embodiment, the three-dimensional shape data of the three-
なお、本実施形態においては、造形工程中に測定装置12による測定(撮像)も行うため、造形工程の開始から終了までに要する時間は、その測定に要する時間分だけ、従来の三次元造形装置による造形方法よりも長くなる。しかしながら、本実施形態における測定に要する時間は、1回又は数回の撮像に要する時間という非常に短時間であり、仮にすべての層状構造物について測定を行ったとしても、一連の処理に要する処理時間は、従来の三次元造形装置による造形方法よりも短縮化できる。
In the present embodiment, since the measurement (imaging) by the measuring
また、本実施形態は、造形途中の未完造形物11’についての測定を行うことで、例えば、最終造形物である三次元造形物11の状態では測定ができない又は測定が困難な箇所(三次元造形物の内部形状等)の測定結果も得ることができる。
Further, in the present embodiment, by measuring the unfinished model 11'in the middle of modeling, for example, in the state of the three-
具体的には、図9(a)及び(b)に示すように、フック20を通すための貫通孔11aが内部を貫通している三次元造形物11の形状を測定する場合を例に挙げて説明する。このような三次元造形物の形状を、例えば、プローブを使用した接触式の測定方法により測定する場合、例えば、その貫通孔11aの形状や寸法によっては、三次元造形物の貫通孔11aの内壁にプローブが届かったり、プローブの接触位置が確認できなかったりして、貫通孔11aの内壁形状を測定できない場合がある。例えば、図10(a)に示す未完造形物の形状(測定直前に造形された層状構造物の2次元形状)については、プローブを使用した接触式の測定方法では測定できない。また、光学式(レーザ式を含む。)などの非接触式の測定方法においても、貫通孔11aの内壁形状のように、外部から確認できない箇所については、同様に、測定することができない。いずれの方式であっても、従来は、そのような箇所の形状測定を行うには、造形した三次元造形物を切断して内部を確認できる状態にしてから測定することが必要である。
Specifically, as shown in FIGS. 9A and 9B, a case where the shape of the three-
これに対し、本実施形態においては、造形途中の未完造形物11’に対して測定することができるので、あたかも最終造形物である三次元造形物11を図10(b)中の符号B−B’で切断した状態で測定したものと同じ測定結果を得ることができる。すなわち、本実施形態においては、従来の測定方法では測定ができない又は測定が困難であった最終造形物である三次元造形物11の内部構造等についても、その詳細な形状を測定することが可能である。したがって、従来の測定方法よりも、最終造形物である三次元造形物11についての高品質な測定データを得ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, since it is possible to measure the unfinished model 11'in the middle of modeling, the three-
〔変形例1〕
次に、本実施形態における測定装置の一変形例(本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
図11は、本変形例1における測定装置を示す正面図である。
本変形例1における測定装置12は、三次元造形装置1の筐体10に測定装置12を取り付けており、造形ヘッド2とは一体的に移動しない構成となっている。なお、測定装置12も、未完造形物11’を撮像手段により撮像して得られる撮像画像に基づいて未完造形物11’の形状を測定するものである。
[Modification 1]
Next, a modification of the measuring device according to the present embodiment (referred to as “modification example 1”) will be described.
FIG. 11 is a front view showing the measuring device in the first modification.
The measuring
本変形例1において、測定装置12は、筐体10の内部の処理空間内における略中央上方に固定配置されており、載置台7上の未完造形物11’の全体を上方から撮像できるようになっている。本変形例1では、測定対象である層状構造物の造形が完了したら、制御部100は、造形ヘッド2を測定装置12の画角外に退避させた後、測定装置12により画像を取得し、次の層状構造物の造形工程へ移行する。
In the first modification, the measuring
本変形例1では、測定装置12が固定配置されているため、測定精度の向上が望める。
また、上述した実施形態のように測定装置12が造形ヘッド2に搭載されている構成では、造形ヘッド2による造形工程の直後において測定装置12と載置台7上の未完造形物11’との距離が近い。そのため、測定装置12の画角内に載置台7上の未完造形物11’の全体を収めることが困難である場合があり、その場合には複数回の撮像動作が必要となって測定時間が長くなる。これに対し、本変形例1のように測定装置12を造形ヘッド2とは別の箇所に固定配置する構成によれば、測定装置12と載置台7上の未完造形物11’との距離を確保でき、測定装置12の画角内に載置台7上の未完造形物11’の全体を収めるように構成することが容易である。したがって、1回の撮像動作で測定を完了することができ、測定時間が長くなるのを回避しやすい。
In the first modification, since the measuring
Further, in the configuration in which the measuring
ただし、本変形例1では、測定時には、測定装置12の画角内から造形ヘッド2を退避させる必要があるため、その退避スペースを確保する分だけ装置の大型化が必要になることがある。
However, in the
〔変形例2〕
次に、本実施形態における測定装置の他の変形例(本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
図12は、本変形例2における測定装置を示す正面図である。
本変形例2における測定装置13は、未完造形物11’の形状を、光学的手段を利用するレーザ方式で測定するものである。なお、本変形例2における測定装置13は、上述した実施形態と同様、造形ヘッド2に搭載されており、造形ヘッド2とともに載置台7に対して相対移動可能に構成されている。
[Modification 2]
Next, another modification of the measuring device in the present embodiment (this modification is referred to as "
FIG. 12 is a front view showing the measuring device in the
The measuring
レーザ方式の測定装置13は、未完造形物11’に対して測定用レーザを走査し、あるいは、未完造形物11’に対して測定装置13を相対移動させて、未完造形物11’の被測定箇所の全体に測定用レーザが照射されるようにする必要がある。そのため、上述した撮像手段を用いた測定装置12と比べて、測定時間が長くなりやすいが、高い測定精度を得ることができる。
The laser-
〔変形例3〕
次に、本実施形態における測定装置の更に他の変形例(本変形例を「変形例3」という。)について説明する。
図13は、本変形例3における測定装置を示す正面図である。
本変形例3における測定装置14は、パターン照射部14bから未完造形物11’へパターン画像を投射し、未完造形物11’上に映し出されたパターン画像を撮像手段としてのステレオカメラ14aで撮像する。なお、本変形例3における測定装置14は、上述した実施形態と同様、造形ヘッド2に搭載されており、造形ヘッド2とともに載置台7に対して相対移動可能に構成されている。
[Modification 3]
Next, another modification of the measuring device according to the present embodiment (referred to as "modification 3") will be described.
FIG. 13 is a front view showing the measuring device in the present modification 3.
The measuring
本変形例3においては、一定幅の歪みがない縞状パターンからなるパターン画像を照射することで、未完造形物11’の表面凹凸に応じて縞状パターンに歪みが生じている未完造形物11’上のパターン画像をステレオカメラ14aによって撮像する。ステレオカメラ14aは、少なくとも、基準画像を撮像する基準カメラと比較画像を撮像する比較カメラの2つのカメラにより、未完造形物11’を、異なる複数の地点から撮像して、基準画像と比較画像を得る。そして、基準画像と比較画像との視差情報から、三角測量の原理に基づき、未完造形物11’上の各地点における距離情報を取得し、未完造形物11’上の形状を測定する。なお、パターン画像の照射は、必ずしも必要ではない。
In the third modification, the
図14は、本変形例3における測定装置14の構成及び測定原理を説明する説明図である。
本変形例3における測定装置14のステレオカメラ14aは、主に、センサ15A,15B及びレンズ16A,16Bをそれぞれ備えた基準カメラと比較カメラによって構成されている。基準カメラで撮像された基準画像と比較カメラで撮像された比較画像には、測定対象物上の同一地点11pが、各カメラの画像センサ上の異なる位置に結像される。画像センサ上での結像位置の差(視差)をdとし、これらのカメラの距離をBとし、各カメラの光学系における射出瞳位置からセンサ面までの距離をfとしたとき、センサ面から測定対象物までの距離Zは、下記の式(1)から求めることができる。Bとfは予め決まっているため、基準画像と比較画像から視差dを算出することにより、測定対象物上の各地点までの距離を算出することができる。
Z = B × f/d ・・・(1)
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating the configuration and measurement principle of the measuring
The
Z = B × f / d ・ ・ ・ (1)
本変形例3によれば、未完造形物11’の最上面(測定対象である層状構造物)の二次元形状データだけでなく、その前に造形された層状構造物を含めた未完造形物11’の三次元形状データを測定することができる。
また、本変形例3によれば、最終造形物である三次元造形物11の三次元形状データを、1回あるいは数回の撮像動作で測定することができる。
According to the present modification 3, not only the two-dimensional shape data of the uppermost surface (layered structure to be measured) of the unfinished model 11', but also the
Further, according to the present modification 3, the three-dimensional shape data of the three-
また、本変形例3によれば、ステレオカメラ14aにより得られる視差情報から得られる最終造形物である三次元造形物11の三次元形状データと、上述した実施形態で説明したように各層状構造物ごとの二次元形状データから得られる三次元形状データとを比較することができる。これにより、造形後に一定時間が経過した後の層状構造物の変形の有無などを評価することが可能となり、その評価結果に従って、ユーザーに対して造形の中止を促したり、その後の造形に対して補正をかけたりするといった処理が可能となる。
Further, according to the present modification 3, the three-dimensional shape data of the three-
本変形例3であっても、ステレオカメラ14aによる基準画像や比較画像に映し出されない箇所については、未完造形物11’の三次元形状データを測定することができない。その場合、ステレオカメラ14aに対する未完造形物11’の姿勢を変更させる手段を設け、未完造形物11’を異なる方向からステレオカメラ14aで撮像できるように構成するのが好ましい。例えば、図15に示すように、載置台7を少なくとも1軸以上の回転軸の回りで回動させることにより載置台7を傾斜させる台傾斜手段を設け、載置台7上の未完造形物11’の姿勢を変更させる。未完造形物11’を異なる方向からステレオカメラ14aで撮像することで、未完造形物11’のより詳細な三次元形状データを得ることができる。
Even in the third modification, the three-dimensional shape data of the unfinished model 11'cannot be measured at a portion that is not projected on the reference image or the comparative image by the
なお、台傾斜手段のように、未完造形物11’の姿勢を変更させる手段は、本変形例3に限らず、上述した実施形態、他の変形例などの測定装置においても有効である。 It should be noted that the means for changing the posture of the unfinished model 11', such as the table tilting means, is effective not only in the present modification 3 but also in the measuring devices such as the above-described embodiment and other modifications.
〔変形例4〕
次に、本実施形態における測定装置の更に他の変形例(本変形例を「変形例4」という。)について説明する。
本変形例4も、前記変形例3と同様、異なる複数の地点から未完造形物11’を撮像して、基準画像と比較画像を取得し、三角測量の原理に基づいて、未完造形物11’の三次元形状データを測定するものである。ただし、本変形例4では、ステレオカメラを用いず、カメラを移動させて基準画像と比較画像を取得するものである。
[Modification example 4]
Next, another modification of the measuring device according to the present embodiment (referred to as "modification 4") will be described.
In this modified example 4, as in the modified example 3, the unfinished model 11'is imaged from a plurality of different points, a reference image and a comparative image are acquired, and the unfinished model 11'is based on the principle of triangulation. It measures the three-dimensional shape data of. However, in the present modification 4, the reference image and the comparison image are acquired by moving the camera without using the stereo camera.
図16(a)は、基準画像を撮像するための第一撮像位置に測定装置14’が位置決めされた状態を示す正面図であり、図16(b)は、比較画像を撮像するための第二撮像位置に測定装置14’が位置決めされた状態を示す正面図である。
本変形例4における測定装置14’は、単一の撮像手段としてのカメラを備え、上述した実施形態と同様、造形ヘッド2に搭載されており、造形ヘッド2とともに載置台7に対して相対移動可能に構成されている。測定の際、制御部100は、まず、図16(a)に示す第一撮像位置に造形ヘッド2を移動させ、その位置で測定装置14’のカメラで未完造形物11’を撮像し、その撮像画像を基準画像として取得する。その後、制御部100は、図16(b)に示す第二撮像位置に造形ヘッド2を移動させ、その位置で測定装置14’のカメラで未完造形物11’を撮像し、その撮像画像を比較画像として取得する。その後の処理は、上述した変形例3と同様である。
FIG. 16A is a front view showing a state in which the measuring device 14'is positioned at the first imaging position for capturing a reference image, and FIG. 16B is a first view for capturing a comparative image. (Ii) It is a front view which shows the state which the measuring apparatus 14'is positioned at the imaging position.
The measuring device 14'in the fourth modification has a camera as a single imaging means, is mounted on the
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
(態様A)
所定の処理空間内で三次元造形物11を造形する造形ヘッド2等の造形手段を備えた三次元造形装置1において、前記造形手段による造形途中の未完造形物11’についての形状データ等の測定対象データの測定を前記処理空間内で行う測定装置12,13,14,14’等の測定手段を有することを特徴とする。
本態様によれば、造形途中の未完造形物11’を処理空間内に位置させたまま、その未完造形物11’の測定を行うことができる。よって、最終造形物である三次元造形物11の状態では測定が困難な箇所(三次元造形物11の内部構造など)についても測定を行うことが可能となり、より詳細な三次元造形物11の測定結果を得ることが可能となる。
What has been described above is an example, and has a unique effect in each of the following aspects.
(Aspect A)
In a three-
According to this aspect, it is possible to measure the unfinished model 11'while the unfinished object 11'in the process of modeling is positioned in the processing space. Therefore, it is possible to measure even a part (internal structure of the three-dimensional model 11) that is difficult to measure in the state of the three-
(態様B)
前記態様Aにおいて、前記測定手段は、前記未完造形物の形状データを前記測定対象データとし、該形状データを撮像手段やレーザ測定装置などの光学的手段により測定するものであることを特徴とする。
これによれば、三次元造形物11の形状データを容易に得ることができる。
(Aspect B)
In the aspect A, the measuring means uses the shape data of the unfinished object as the measurement target data, and measures the shape data by an optical means such as an imaging means or a laser measuring device. ..
According to this, the shape data of the three-
(態様C)
前記態様A又はBにおいて、前記測定手段は、前記測定を異なる造形段階で複数回行い、前記測定手段が測定した複数回の測定結果を記憶する記憶部100a等の記憶手段を有することを特徴とする。
これによれば、より詳細な三次元造形物11の測定結果を得ることが可能となる。
(Aspect C)
In the aspect A or B, the measuring means has a storage means such as a
According to this, it becomes possible to obtain a more detailed measurement result of the three-
(態様D)
前記態様A〜Cのいずれかの態様において、前記造形手段は、層状の造形構造物を順次積層することにより三次元造形物を造形するものであり、前記測定手段は、所定の造形構造物を積層したときに前記測定を行うことを特徴とする。
これによれば、造形途中の未完造形物を測定することで、最終造形物である三次元造形物11の状態では当該三次元造形物11を切断しないと測定できない断面の形状等も測定することが可能となる。
(Aspect D)
In any of the embodiments A to C, the modeling means forms a three-dimensional modeled object by sequentially stacking layered modeled structures, and the measuring means forms a predetermined modeled structure. It is characterized in that the measurement is performed when the layers are laminated.
According to this, by measuring the unfinished modeled object in the middle of modeling, it is possible to measure the shape of the cross section which cannot be measured without cutting the three-dimensional modeled
(態様E)
前記態様A〜Dのいずれかの態様において、前記造形手段により造形される三次元造形物11を載置する載置台7を有し、前記造形手段は、前記載置台に対して相対移動可能に構成されており、前記測定手段は、前記造形手段とともに前記載置台に対して相対移動可能に構成されていることを特徴とする。
これによれば、測定手段を移動させることが可能であり、適した測定位置に測定手段を移動させて測定を実施することができる。しかも、造形手段の移動手段とは別個に測定手段の移動手段を設ける必要がなく、構成を簡素化できる。
(Aspect E)
In any of the above-described aspects A to D, the mounting table 7 on which the three-
According to this, the measuring means can be moved, and the measuring means can be moved to a suitable measurement position to perform the measurement. Moreover, it is not necessary to provide the moving means of the measuring means separately from the moving means of the modeling means, and the configuration can be simplified.
(態様F)
前記態様A〜Eのいずれかの態様において、前記測定手段は、非接触方式であることを特徴とする。
これによれば、未完造形物11’に接触することなく測定を行うことができる。
(Aspect F)
In any of the embodiments A to E, the measuring means is a non-contact method.
According to this, the measurement can be performed without contacting the unfinished model 11'.
(態様G)
前記態様Fにおいて、前記測定手段は、前記三次元造形物又は前記未完造形物を、異なる複数の地点から撮像手段により撮像し、得られる複数の撮像画像に基づいて前記測定を行うことを特徴とする。
これによれば、複数の地点から撮像した複数の撮像画像における視差情報を利用することで、未完造形物11’の三次元形状を測定することができる。
(Aspect G)
In the F aspect, the measuring means is characterized in that the three-dimensional modeled object or the unfinished modeled object is imaged by an imaging means from a plurality of different points, and the measurement is performed based on a plurality of captured images obtained. To do.
According to this, the three-dimensional shape of the unfinished model 11'can be measured by using the parallax information in a plurality of captured images taken from a plurality of points.
(態様H)
前記態様A〜Gのいずれかの態様において、前記造形手段により造形される三次元造形物11を載置する載置台7と、前記三次元造形物又は前記未完造形物が前記造形手段による造形時の姿勢とは異なる第二の姿勢となるように前記載置台を傾斜させる台傾斜手段とを有し、前記測定手段は、前記台傾斜手段により前記第二の姿勢になった前記三次元造形物又は前記未完造形物に対して前記測定を行うことを特徴とする。
これによれば、造形時の姿勢では測定が困難な箇所についての測定結果を得ることができる。
(Aspect H)
In any of the embodiments A to G, when the mounting table 7 on which the three-
According to this, it is possible to obtain the measurement result at a place where the measurement is difficult in the posture at the time of modeling.
1 三次元造形装置
2 造形ヘッド
3 造形材料
4 供給経路
5 左右ガイド部材
6L,6R 前後ガイド部材
7 載置台
8 射出ノズル
10 筐体
11 三次元造形物
11’ 未完造形物
12,13,14,14’ 測定装置
14a ステレオカメラ
14b パターン照射部
15A,15B 画像センサ
16A,16B レンズ
20 フック
30 外部装置
100 制御部
1 Three-
上述した課題を解決するために、本発明は、所定の処理空間内で三次元造形物を造形する三次元造形装置において、造形途中の未完造形物についての最上面の二次元形状データの測定を前記処理空間内で行う測定手段を有することを特徴とする。 To solve the problems described above, the present invention provides a three-dimensional modeling apparatus you build a 3D object in a predetermined processing space, two-dimensional shape data over the top surface of the concrete form during the unfinished shaped object It is characterized by having a measuring means for measuring data in the processing space.
Claims (8)
前記造形手段による造形途中の未完造形物についての測定対象データの測定を前記処理空間内で行う測定手段を有することを特徴とする三次元造形装置。 In a three-dimensional modeling device equipped with a modeling means for modeling a three-dimensional model in a predetermined processing space.
A three-dimensional modeling apparatus comprising a measuring means for measuring measurement target data of an unfinished object in the process of modeling by the modeling means in the processing space.
前記測定手段は、前記未完造形物の形状データを前記測定対象データとし、該形状データを光学的手段により測定するものであることを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to claim 1,
The measuring means is a three-dimensional modeling apparatus characterized in that the shape data of the unfinished model is used as the measurement target data and the shape data is measured by optical means.
前記測定手段は、前記測定を異なる造形段階で複数回行い、
前記測定手段が測定した複数回の測定結果を記憶する記憶手段を有することを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to claim 1 or 2.
The measuring means performs the measurement a plurality of times at different modeling stages.
A three-dimensional modeling apparatus comprising a storage means for storing a plurality of measurement results measured by the measuring means.
前記造形手段は、層状の造形構造物を順次積層することにより三次元造形物を造形するものであり、
前記測定手段は、所定の造形構造物を積層したときに前記測定を行うことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The modeling means is for modeling a three-dimensional modeled object by sequentially stacking layered modeled structures.
The measuring means is a three-dimensional modeling apparatus characterized in that the measurement is performed when a predetermined modeling structure is laminated.
前記造形手段により造形される三次元造形物を載置する載置台を有し、
前記造形手段は、前記載置台に対して相対移動可能に構成されており、
前記測定手段は、前記造形手段とともに前記載置台に対して相対移動可能に構成されていることを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 4.
It has a mounting table on which a three-dimensional modeled object formed by the modeling means is placed.
The modeling means is configured to be movable relative to the above-mentioned stand.
The measuring means is a three-dimensional modeling apparatus characterized in that it is configured to be movable relative to the above-mentioned stand together with the modeling means.
前記測定手段は、非接触方式であることを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 5,
The measuring means is a three-dimensional modeling apparatus characterized by a non-contact method.
前記測定手段は、前記三次元造形物又は前記未完造形物を、異なる複数の地点から撮像手段により撮像し、得られる複数の撮像画像に基づいて前記測定を行うことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to claim 6,
The measuring means is a three-dimensional modeling apparatus characterized in that the three-dimensional modeled object or the unfinished modeled object is imaged by an imaging means from a plurality of different points, and the measurement is performed based on a plurality of captured images obtained. ..
前記造形手段により造形される三次元造形物を載置する載置台と、
前記三次元造形物又は前記未完造形物が前記造形手段による造形時の姿勢とは異なる第二の姿勢となるように前記載置台を傾斜させる台傾斜手段とを有し、
前記測定手段は、前記台傾斜手段により前記第二の姿勢になった前記三次元造形物又は前記未完造形物に対して前記測定を行うことを特徴とする三次元造形装置。 In the three-dimensional modeling apparatus according to any one of claims 1 to 7.
A mounting table on which a three-dimensional modeled object formed by the modeling means is placed,
It has a table tilting means for tilting the above-mentioned stand so that the three-dimensional modeled object or the unfinished modeled object has a second posture different from the posture at the time of modeling by the modeling means.
The measuring means is a three-dimensional modeling apparatus characterized in that the measurement is performed on the three-dimensional modeled object or the unfinished modeled object in the second posture by the table tilting means.
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