JP2021085662A - 形状検査装置、造形制御装置及び造形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元積層造形における造形中に、形成しているビードの形状をリアルタイムで検査できる形状検査装置を提供する。【解決手段】本開示の少なくとも一実施形態に係る形状検査装置は、原料粉末をエネルギービームで溶融させてビードを形成する前の造形物の第１表面形状を計測する第１形状計測センサと、ビードを形成した後の造形物の第２表面形状を計測する第２形状計測センサと、第１形状計測センサで計測した第１表面形状と第２形状計測センサで計測した第２表面形状とに基づいてビードの形状を評価する評価部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、形状検査装置、造形制御装置及び造形装置に関する。

例えば溶接ビードの形状を検査する装置として、溶接ビードに照射したスリット光による形状線に基づいて、溶接ビードの形状を取得する形状検査装置が知られている。この形状検査装置では、スリット光を走査することで走査方向に位置を変えながら形成される形状線の撮像画像から形状線の点群の各点における３次元座標を得ている（例えば特許文献１参照）。

特許第５７５８０９０号公報

特許文献１に記載の形状検査装置では、予め設定した被検査物の基準面を基準とした表面形状の高さを把握することができる。しかし、特許文献１に記載の形状検査装置では、例えば３次元積層造形における造形中に、形成しているビードの形状をリアルタイムで検査することは困難である。そのため、特許文献１に記載の形状検査装置では、既設の溶接ビードに隣接して新たな溶接ビードを形成した場合、新たに形成したビードの形状だけを検査することが困難である。

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、３次元積層造形における造形中に、形成しているビードの形状をリアルタイムで検査できる形状検査装置を提供することを目的とする。

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る形状検査装置は、
原料粉末をエネルギービームで溶融させてビードを形成する前の造形物の第１表面形状を計測する第１形状計測センサと、
前記ビードを形成した後の前記造形物の第２表面形状を計測する第２形状計測センサと、
前記第１形状計測センサで計測した前記第１表面形状と前記第２形状計測センサで計測した前記第２表面形状とに基づいて前記ビードの形状を評価する評価部と、
を備える。

（２）本開示の少なくとも一実施形態に係る造形制御装置は、
上記（１）の形状検査装置と、
前記比較部で前記欠肉領域が存在すると判断されると、前記造形物の最終形状を実現するための初期パス設定に変更を加えた前記ビードの修正パス設定に従って造形を継続するように構成されたパス修正部と、
を備える。

（３）本開示の少なくとも一実施形態に係る造形装置は、
前記原料粉末を前記エネルギービームで溶融させて前記ビードを形成するための造形ノズルと、
前記造形ノズルを走査するための走査部と、
上記（２）の造形制御装置と、
を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、３次元積層造形における造形中に、形成しているビードの形状をリアルタイムで検査できる。

３次元造形装置の全体構成の概略を示す図である。 ＬＭＤ方式による造形方法の概略を説明するための図である。 幾つかの実施形態に係る造形制御装置の全体構成を示すブロック図である。 造形物の表面に形成中のビードの近傍を斜め上から見たときの模式的な斜視図である。 第１形状計測センサによって計測された造形物の表面形状を示すグラフである。 第２形状計測センサによって計測された造形物の表面形状を示すグラフである。 第１表面形状と第２表面形状との差分から算出される新設ビードの断面形状を示す図である。 ビードの目標形状について説明するための模式的な図である。 ビードの目標形状について説明するための模式的な図である。 ビードの目標形状について説明するための模式的な図である。 図６Ｃに示す造形物における複数のビードの各々についての目標形状について説明するための図である。 欠肉領域と修正パスについて説明するための模式的な図である。 欠肉領域と修正パスについて説明するための模式的な図である。 欠肉領域と修正パスについて説明するための模式的な図である。 欠肉領域と修正パスについて説明するための模式的な図である。 欠肉領域と修正パスについて説明するための模式的な図である。 幾つかの実施形態に係る造形制御装置において実施される処理を説明するためのフローチャートである。 評価工程における処理の内容を説明するためのフローチャートである。 評価工程における処理の内容を説明するためのフローチャートである。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサを用いない実施形態の一例を説明するための模式的な図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサを用いない実施形態の他の一例を説明するための模式的な図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。 第１形状計測センサ及び第２形状計測センサの配置の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（３次元造形装置１の全体構成）
図１は、幾つかの実施形態に係る３次元造形方法を適用可能な３次元造形装置の全体構成の概略を示す図である。
幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、ＤＥＤ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：指向性エネルギー堆積法）による積層造形を行うことができる装置である。ＤＥＤによる積層造形では、材料に金属粉末や金属ワイヤを用いることができ、アークやエネルギービームによって材料を溶融してビードを形成し、このビードを順次積層していくことで立体的な造形物を形成できる。

幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、ビードを形成するための造形ノズル（ノズル装置）１０と、造形ノズル１０を走査するための走査部３０と、３次元造形装置１の各部を制御するための造形制御装置１００とを備える。幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、走査部３０として産業用ロボット３を含んでいる。すなわち、幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、産業用ロボット３のマニピュレータとしてのロボットアーム５と、エンドエフェクタとしての造形ノズル１０とを含む。なお、幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、走査部３０として産業用ロボット３に限らず、例えばＮＣ装置のようにＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に移動可能なスライド軸を有する走査装置を含んでいてもよい。また、幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、ＤＥＤ方式による積層造形用の専用機であってもよい。

以下の説明では、幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、ＤＥＤ方式の一例として、例えばＬＭＤ（Ｌａｓｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式による造形装置であるものとする。すなわち、幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、立体的な積層造形物（３次元積層造形物）の材料である金属粉末等にレーザビーム等のエネルギービームを照射して溶融させ、溶融した金属粉末を吹き付け、固化させて積層することで３次元積層造形物２０を造形する装置である。
図２は、ＬＭＤ方式による造形方法の概略を説明するための図である。幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、図２に示すように上述した造形ノズル１０と、光源７とを備えている。造形ノズル１０は、３次元積層造形物２０の原料である金属粉末１３を供給するための造形ノズルである。以下の説明では、３次元積層造形物２０のことを単に造形物２０又はワーク２０とも呼ぶ。

光源７は、レーザビーム等のエネルギービーム１５を発生させる。光源７からのエネルギービーム１５は、造形台９や造形途中のワーク２０に向けて照射される。造形ノズル１０は、造形ノズル１０の先端から造形物２０の原料である金属粉末１３を供給する。符号１７を付した矢印で示す走査方向１７に走査される造形ノズル１０の先端から供給された金属粉末１３は、エネルギービーム１５によって加熱されて溶融した状態で供給される。このようにして、幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、造形台９や造形物２０上に、造形ノズル１０の走査方向に沿って延在する線状のビード２１を形成できる。幾つかの実施形態の３次元造形装置１は、造形ノズル１０の走査を繰り返すことで、造形物２０を線状のビード２１の集合として造形できる。
なお、図２に示した造形ノズル１０には、頂部に光源７が配置されているが、光源７は、造形ノズル１０とは別の場所に配置されていてもよい。

以下の説明では、走査方向１７に沿った造形ノズル１０の進行方向の前方を走査方向１７における前側とし、走査方向１７に沿った造形ノズル１０の進行方向の後方を走査方向１７における後側とする。また、走査方向１７に沿った造形ノズル１０の進行方向の前方を走査方向１７の下流側とも呼び、走査方向１７に沿った造形ノズル１０の進行方向の後方を走査方向１７の上流側とも呼ぶ。

幾つかの実施形態に係る３次元造形装置１は、造形ノズル１０に対して走査方向１７における前側に配置された第１形状計測センサ４１と、造形ノズル１０に対して走査方向１７における後側に配置された第２形状計測センサ４２とを備えている。
第１形状計測センサ４１は、ビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状、すなわち、造形ノズル１０によってビード２１が形成される直前の造形物２０の表面形状を計測するためのセンサである。
第２形状計測センサ４２は、ビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状、すなわち、造形ノズル１０によってビード２１が形成された直後の造形物２０の表面形状を計測するためのセンサである。

第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、計測対象物に線状の照射光５０を照射することで計測対象物までの距離を計測することができる。
第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、造形ノズル１０とともに移動するように構成されている。具体的には、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、例えば不図示のブラケット等を介して造形ノズル１０、又は、ロボットアーム５に取り付けられている。

幾つかの実施形態に係る３次元造形装置１では、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状とに基づいてビード２１の形状を評価することができる。以下、詳細に説明する。

（造形制御装置１００）
図３は、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００の全体構成を示すブロック図である。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００は、形状検査装置１０１と、パス修正部１０３と、造形制御部１０５とを備えている。幾つかの実施形態に係る形状検査装置１０１は、評価部１１０と、目標形状算出部１２０とを含んでいる。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００は、評価部１１０と、目標形状算出部１２０と、パス修正部１０３と、造形制御部１０５とを造形制御装置１００の機能ブロックとして含んでいる。なお、評価部１１０、目標形状算出部１２０、パス修正部１０３、及び造形制御部１０５は、機能ブロックではなく、専用のハードウェアによりそれぞれ構成されていてもよい。

（評価部１１０の概要）
幾つかの実施形態に係る評価部１１０は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状とに基づいてビード２１の形状を評価するように構成されている。具体的には、幾つかの実施形態に係る評価部１１０は、後述するようにビード２１の形状を算出し、算出したビード２１の形状をビード２１の目標形状と比較するように構成されている。

幾つかの実施形態に係る評価部１１０は、ビード形状算出部１１１と、比較部１１３とを含んでいる。

したがって、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００によれば、造形ノズル１０に対して造形ノズル１０の走査方向１７における前側及び後側に配置された第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２によってビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状とビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状とを計測できるので、造形ノズル１０の走査によって、第１表面形状及び第２表面形状を順次リアルタイムで取得できる。これにより、後で詳述するように、既設のビード２１の有無や形状に関係なく第１表面形状と第２表面形状との差異に基づいて新たに形成したビード２１の形状をリアルタイムで把握できる。
また、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００によれば、後で詳述するように、評価部１１０でビード２１の形状を評価できるので、評価結果を用いて各種の演算が実施可能となる。

（ビード形状算出部１１１の概要）
ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状とに基づいてビード２１の形状を算出するように構成されている。ビード形状算出部１１１におけるビード２１の形状の算出については、後で詳細に説明する。

（比較部１１３の概要）
比較部１１３は、ビード形状算出部１１１で算出したビード２１の形状とビード２１の目標形状とを比較して、ビード２１の形状がビード２１の目標形状に達していない欠肉（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ）領域が存在するか否かを判断するように構成されている。これにより、欠肉領域の有無を造形中にリアルタイムで把握することが可能となる。
なお、比較部１１３における処理内容については、後で詳細に説明する。

（目標形状算出部１２０の概要）
目標形状算出部１２０は、ビード２１の目標形状を算出するように構成されている。
本開示において、ビード２１の目標形状とは、造形物２０の最終形状を得るために、造形物２０を構成する複数のビード２１の各々において必要とされる形状、及び、複数のビード２１の集合体において必要とされる形状を指す。また、本開示において、欠肉領域とは、ビード２１の目標形状から欠けている領域のことである。
目標形状算出部１２０は、後述する造形制御部１０５で設定された後述する初期パス設定に基づいて、複数のビード２１の各々において必要とされる形状、及び、複数のビード２１の集合体において必要とされる形状をビード２１の目標形状として算出するように構成されている。

なお、目標形状算出部１２０は、造形ノズル１０の走査経路上の各位置における走査方向に直交する断面におけるビード２１の断面形状の目標形状（目標断面形状）を予め算出しておいてもよい。ビード２１の目標断面形状は、例えば造形物２０の最終形状と、造形ノズル１０の走査経路の情報とに基づいて算出してもよい。

なお、本開示において、造形物２０の最終形状とは、幾つかの実施形態に係る３次元造形装置１で積層造形を終えた後の造形物２０の形状である。すなわち、本開示において、造形物２０の最終形状とは、幾つかの実施形態に係る３次元造形装置１による造形工程を終えた時点における造形物２０の形状であって、造形工程の後に行われる仕上げ工程における造形物２０の表面の切削等を行う前の形状である。換言すると、本開示において、造形物２０の最終形状とは、造形後に仕上を行うための切削代を含んだ形状である。
したがって、本開示において、ビード２１の目標形状は、上記の切削代が考慮された形状である。

（パス修正部１０３の概要）
パス修正部１０３は、比較部１１３で欠肉領域が存在すると判断されると、後述する初期パス設定に変更を加えるように構成されている。パス修正部１０３によって変更が加えられたパス設定を修正パス設定と呼ぶ。パス修正部１０３における処理内容については、後で詳述する。

（造形制御部１０５の概要）
造形制御部１０５は、初期パス設定又は修正パス設定に基づいて３次元造形装置１の各部を制御して積層造形を行うように構成されている。本開示において、初期パス設定とは、造形物２０の最終形状を実現するために予め設定されたパス設定である。
なお、パス設定には、造形物２０の各部分のそれぞれにおいて必要なパスの積層方向（高さ方向）への積層数や各層毎に必要なパス数、造形ノズル１０の走査位置に関する情報等が含まれる。

例えば、造形制御部１０５は、パス設定、すなわち初期パス設定又は修正パス設定に基づく走査経路、走査速度で造形ノズル１０が走査されるように走査部３０を制御するように構成されている。
例えば、造形制御部１０５は、パス設定に基づく出力のエネルギービーム１５が照射されるように光源７を制御するように構成されている。
例えば、造形制御部１０５は、パス設定に基づく供給量で金属粉末１３が供給されるように、不図示の原料供給装置を制御するように構成されている。

このように構成される幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、造形制御部１０５は、造形物２０の積層造形を行うようにパス設定に基づいて３次元造形装置１の各部を制御する。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、造形物２０の造形時に、第１形状計測センサ４１よって計測されたビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状と、第２形状計測センサ４２によって計測されたビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状とに基づいて、ビード形状算出部１１１は、ビード２１の形状を算出する。
そして、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、比較部１１３は、ビード形状算出部１１１で算出したビード２１の形状とビード２１の目標形状とを比較して、欠肉領域が存在するか否かを判断する。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、比較部１１３で欠肉領域が存在すると判断されると、パス修正部１０３は、初期パス設定に変更を加えた修正パス設定を新たなパス設定として設定する。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、造形制御部１０５は、新たなパス設定、すなわち修正パス設定に基づいて３次元造形装置１の各部を制御することで造形物２０の積層造形を継続させる。
なお、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、修正パス設定に基づく造形物２０の造形時に比較部１１３で欠肉領域が存在すると再び判断されると、パス修正部１０３は、該修正パス設定に変更を加えた修正パス設定を新たなパス設定として設定する。以下の説明では、修正パス設定を新たなパス設定として設定することを修正パス設定を設定する、とも表現する。
以下、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００において行われる各処理について詳細に説明する。

（ビード２１の形状の算出）
以下、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００における、ビード２１の形状の算出について説明する。
図４は、造形物２０の表面に形成中のビード２１の近傍を斜め上から見たときの模式的な斜視図である。図４では、既に形成されているビード２１（既設ビード２４１）の隣に新たなビード２１（新設ビード２４３）を形成している様子を表している。
新設ビード２４３の先端２４３ａよりも走査方向１７における前側には、第１形状計測センサ４１から照射された照射光５０による第１輝線５１が造形物２０の表面に表れている。新設ビード２４３の先端２４３ａよりも走査方向１７における後側には、第２形状計測センサ４２から照射された照射光５０による第２輝線５２が造形物２０の表面に表れている。

図５Ａは、第１形状計測センサ４１によって計測された造形物２０の表面形状を示すグラフである。図５Ｂは、第２形状計測センサ４２によって計測された造形物２０の表面形状を示すグラフである。なお、図５Ｂは、図５Ａに示したグラフを取得するために第１形状計測センサ４１によって造形物２０の表面形状を計測した時刻Ｔ１から後述する時間△ｔだけ経過した後の時刻Ｔ２において第２形状計測センサ４２によって計測された造形物２０の表面形状を示すグラフである。

第１形状計測センサ４１は、造形物２０の表面に表れた第１輝線５１に基づいて、第１形状計測センサ４１から造形物２０の表面までの距離を計測する。
第２形状計測センサ４２は、造形物２０の表面に表れた第２輝線５２に基づいて、第２形状計測センサ４２から造形物２０の表面までの距離を計測する。

第１形状計測センサ４１によって計測される造形物２０の表面形状は、新設ビード２４３が形成される直前の表面形状である。新設ビード２４３が形成される前の造形物２０の表面（第１表面）２０１の表面形状を第１表面形状６１とも呼ぶ。したがって、図５Ａに示したグラフは、第１表面形状６１を示すグラフである。
第２形状計測センサ４２によって計測される造形物２０の表面形状は、新設ビード２４３が形成された直後の表面形状である。新設ビード２４３が形成された後の造形物２０の表面（第２表面）２０２の表面形状を第２表面形状６２とも呼ぶ。したがって、図５Ｂに示したグラフは、第２表面形状６２を示すグラフである。
第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、造形物２０の表面から離れた位置から造形物２０の表面までの距離を計測している。したがって、計測された距離が短いほど、造形物２０の表面の高さが高いこととなる。

第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２との離間距離Ｌｓと、造形ノズル１０の走査速度Ｖｓから、造形物２０の表面の同じ位置を第１形状計測センサ４１で計測した時刻Ｔ１と第２形状計測センサ４２で計測した時刻Ｔ２との差（時間△ｔ＝Ｌｓ／Ｖｓ）が分かる。したがって、ある時刻Ｔ１における第１形状計測センサ４１での計測結果と、該時刻Ｔ１から時間△ｔが経過した後の時刻Ｔ２における第２形状計測センサ４２での計測結果とを比較することで、第１表面形状６１と第２表面形状６２との差、すなわち、走査方向と直交する断面における新設ビード２４３の断面形状６５を算出できる。

図５Ｃは、第１表面形状６１と第２表面形状６２との差分から算出される新設ビード２４３の断面形状６５を示す図である。図５Ｃでは、断面形状６５に該当する領域にハッチングを施している。

幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、第１形状計測センサ４１が造形ノズル１０に対して走査方向１７における前側に配置されているので、第１形状計測センサ４１による第１表面形状６１の計測が容易となる。幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、第２形状計測センサ４２が造形ノズル１０に対して走査方向１７における後側に配置されているので、第２形状計測センサ４２による第２表面形状６２の計測が容易となる。

（ビード形状算出部１１１における処理内容について）
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２とに基づいて、上述のようにして新設ビード２４３の断面形状６５を算出する。

次いで、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、ビード形状算出部１１１は、算出した新設ビード２４３の断面形状６５と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、新設ビード２４３の３次元形状を算出する。具体的には、上記時刻Ｔ２における新設ビード２４３の断面形状６５と、上記時刻Ｔ２における造形ノズル１０の３次元の位置の情報と、造形ノズル１０と第２形状計測センサ４２との位置関係に関する情報とに基づいて、上記時刻Ｔ２における新設ビード２４３の断面形状６５についての３次元の位置を算出することができる。したがって、ビード形状算出部１１１は、任意の時刻Ｔにおける新設ビード２４３の断面形状６５についての３次元の位置を算出することで、ある期間内に形成された新設ビード２４３の断面の３次元の位置を算出する。なお、このようにして得られた新設ビード２４３の断面の３次元の位置は、点群データとして得られる。
そこで、ビード形状算出部１１１は、このようにして得られた点群データから新設ビード２４３の３次元形状の情報を算出する。なお、以下の説明では、３次元形状の情報のことを、単に、３次元形状、とも表現し、３次元形状の情報を算出することを、単に、３次元形状を算出する、とも表現する。
また、ビード形状算出部１１１は、新設ビード２４３と既設ビード２４１とを含む複数のビード２１の集合体の３次元形状の情報を、既に算出済みである他の新設ビード２４３の３次元形状の情報に基づいて算出する。

このように、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、ビード２１の３次元形状を算出する。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００によれば、ビード２１の３次元形状をリアルタイムで把握できる。

また、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２との差分である断面形状６５を算出する。そしてビード形状算出部１１１は、断面形状６５と造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいてビード２１の３次元形状を算出する。すなわち、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００によれば、ビード形状算出部１１１は、上述したように断面形状６５と造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて新設ビード２４３の断面の３次元の位置を点群データとして算出できる。幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００によれば、ビード形状算出部１１１は、該点群データから新設ビード２４３の３次元形状の情報を算出できる。

なお、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、ビード形状算出部１１１は、次のようにして新設ビード２４３の３次元形状を算出してもよい。
例えば、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、第１表面形状６１の３次元の位置を第１点群データとして算出してもよい。また、ビード形状算出部１１１は、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、第２表面形状６２の３次元の位置を第２点群データとして算出してもよい。そして、ビード形状算出部１１１は、第１点群データと、第２点群データとに基づいて、具体的には、第１点群データと第２点群データとの差分から新設ビード２４３の断面形状６５を点群データとして算出してもよい。さらに、ビード形状算出部１１１は、該点群データから新設ビード２４３の３次元形状を算出してもよい。

また、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、ビード形状算出部１１１は、次のようにして新設ビード２４３の３次元形状を算出してもよい。
例えば、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、第１表面形状６１の３次元の位置を第１点群データとして算出してもよい。そして、ビード形状算出部１１１は、第１点群データから第１表面形状６１の３次元形状の情報を算出してもよい。
また、ビード形状算出部１１１は、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、第２表面形状６２の３次元の位置を第２点群データとして算出してもよい。そして、ビード形状算出部１１１は、第２点群データから第２表面形状６２の３次元形状の情報を算出してもよい。
さらにビード形状算出部１１１は、第１表面形状６１の３次元形状の情報と、第２表面形状６２の３次元形状の情報との差分から新設ビード２４３の３次元形状を算出してもよい。

（比較部１１３における処理内容について）
上述したように、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、比較部１１３は、ビード形状算出部１１１で算出したビード２１の形状とビード２１の目標形状とを比較する。そして、比較部１１３は、ビード２１の形状がビード２１の目標形状に達していない欠肉領域が存在するか否かを判断する。

（ビード２１の３次元形状と目標形状とを比較する場合）
比較部１１３は、ビード形状算出部１１１から新設ビード２４３の３次元形状の情報を取得する。比較部１１３は、目標形状算出部１２０から該新設ビード２４３についての目標形状の情報を取得する。そして、比較部１１３は、取得した情報に基づいて新設ビード２４３の３次元形状と、該新設ビード２４３についての目標形状とを比較する。
また、比較部１１３は、該新設ビード２４３と既設ビード２４１とを含む複数のビード２１の集合体の３次元形状の情報をビード形状算出部１１１から取得する。比較部１１３は、該集合体についての目標形状の情報をビード形状算出部１１１から取得する。そして、比較部１１３は、取得した情報に基づいて該新設ビード２４３と既設ビード２４１とを含む複数のビード２１の集合体の３次元形状と、該集合体についての目標形状とを比較する。

比較部１１３は、新設ビード２４３の３次元形状が該新設ビード２４３についての目標形状に達していない領域が存在する場合、該領域の位置や範囲、すなわち該領域の形状を算出するとともに、欠肉領域が存在すると判断する。
比較部１１３は、新設ビード２４３と既設ビード２４１とを含む複数のビード２１の集合体の３次元形状が該集合体についての目標形状に達していない領域が存在する場合、該領域の形状を算出するとともに、欠肉領域が存在すると判断する。

（ビード２１の断面形状と目標断面形状とを比較する場合）
比較部１１３は、ビード２１の断面形状と目標形状（目標断面形状）とを比較することで欠肉領域が存在しているか否かを判断するようにしてもよい。
例えば、比較部１１３は、ビード形状算出部１１１から新設ビード２４３の断面形状６５の情報を取得する。また、比較部１１３は、造形ノズル１０の現時点での走査位置に対応する目標断面形状の情報を目標形状算出部１２０から取得する。そして、比較部１１３は、取得した情報に基づいて新設ビード２４３の断面形状６５と目標断面形状とを比較する。

比較部１１３は、新設ビード２４３の断面形状６５が目標断面形状に達していない領域が存在する場合、該領域の範囲を算出するとともに、欠肉領域が存在すると判断する。なお、欠肉領域については、後述するパス修正部１０３における処理内容とともに説明する。

このように、幾つかの実施形態では、上述したように、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２との差分から造形ノズル１０の走査方向１７と直交する断面におけるビード２１の断面形状６５を算出する。そして、幾つかの実施形態では、上述したように、比較部１１３は、ビード２１の断面形状６５と目標断面形状とを比較することで欠肉領域が存在しているか否かを判断できる。
したがって、幾つかの実施形態によれば、ビード２１の３次元形状を算出しなくてもよいのでビード形状算出部１１１における演算負荷を減らすことができ、形状算出の応答速度が向上する。

（目標形状算出部１２０における処理内容について）
上述したように、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、目標形状算出部１２０は、ビード２１の目標形状を算出する。
図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃは、ビード２１の目標形状について説明するための模式的な図である。図６Ａは、ビード２１を鉛直方向上方に順次積層していく場合の一例である。図６Ｂは、ビード２１を鉛直方向に対して傾斜した方向に順次積層していく場合の一例であり、ビード２１が下方を向く面を有するオーバーハング部が存在する。図６Ｃは、例えば同じ高さ位置に存在する複数のビード２１によって形成される層２１９が高さ方向に複数積層されることで形成される造形物２０の一例である。

造形物２０において、表面の状態を整えたり、寸法精度を確保する必要がある場合、造形後に仕上加工を行うための切削代が必要である。すなわち、図６Ａ、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、造形物２０の最終形状２１１は、造形物２０のＣＡＤデータの寸法として規定される仕上加工後の造形物２０の形状２１３に切削代２１５を加えた形状２１７以上の大きさを有する必要がある。

そこで、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、目標形状算出部１２０は、仕上加工後の造形物２０の形状２１３に切削代２１５を加えた形状２１７をからビード２１の目標形状を算出する。
例えば、複数のビード２１の集合体２２０についての目標形状については、目標形状算出部１２０は、造形物２０のＣＡＤデータにおける寸法に対して切削代２１５の寸法を加えた寸法値を算出し、該寸法値を複数のビード２１の集合体２２０についての目標形状とする。

例えば、複数のビード２１の各々についての目標形状については、目標形状算出部１２０は、造形物２０のＣＡＤデータにおける寸法に対して切削代２１５の寸法を加えた寸法値を算出し、該寸法値とビード２１の配置数とに基づいて算出する。

図７は、図６Ｃに示す造形物２０における複数のビード２１の各々についての目標形状について説明するための図である。
図７に示すように、切削代２１５を形成に関与するビード２３１において必要とされるビード２１の幅Ｗ１と、切削代２１５の形成に関与しないビード２３３において必要とされるビード２１の幅Ｗ２とは、異なっていてもよい。

上述したように、ビード２１の目標形状や集合体２２０についての目標形状を造形物２０のＣＡＤデータに基づいて得ることで、ビード２１の目標形状や集合体２２０についての目標形状の取得が容易となる。

上述したように、ビード２１の目標形状や集合体２２０についての目標形状を造形物２０のＣＡＤデータと、造形後の造形物２０の切削代２１５とに基づいて得ることで、切削代２１５を含めたビード２１の目標形状や集合体２２０についての目標形状を取得できる。
幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、目標形状算出部１２０を備えるので、ビード２１の目標形状や集合体２２０についての目標形状についてのデータが外部から提供されなくても、造形物２０のＣＡＤデータに基づいてビード２１の目標形状や集合体２２０についての目標形状についてのデータを得ることができる。

（パス修正部１０３における処理内容及び欠肉領域について）
上述したように、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００では、パス修正部１０３は、比較部１１３で欠肉領域が存在すると判断されると、欠肉領域を埋めるパスを追加するようにパス設定に変更を加えた修正パス設定を設定する。以下、種々の欠肉領域の例を挙げつつ、パス設定の変更について説明する。

図８Ａは、図６Ａに示すようにビード２１を鉛直方向上方に順次積層していく場合に現れる可能性がある欠肉領域の一例と、修正パスについて説明するための模式的な図である。
図８Ａに示す例では、初期パス設定に従ってビード２１の集合体２２０を造形したものの、ビード２１の集合体２２０の高さが集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）の高さに達していなかった場合の集合体２２０を実線で示している。
図８Ａに示す例では、集合体２２０の上面よりも上方、且つ、目標形状２５０（形状２１７）を示す２点鎖線で囲まれた領域が欠肉領域３００である。

このような場合には、パス修正部１０３は、集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）の高さに到達するのに必要な追加のパス数を算出する。そして、パス修正部１０３は、算出した追加のパス数でパスを追加するように修正パス設定を設定する。

造形制御部１０５は、新たに設定された修正パス設定に基づく走査経路、走査速度で造形ノズル１０が走査されるように走査部３０を制御する。これにより、図８Ａにおいて破線で示すように、修正パス設定に基づく新たなビード２５が形成される。その結果、集合体２２０の高さが集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）の高さに到達する。

図８Ｂは、図６Ａに示すようにビード２１を鉛直方向上方に順次積層していく場合に現れる可能性がある欠肉領域の他の一例と、修正パスについて説明するための模式的な図である。
図８Ｂに示す例では、初期パス設定に従ってビード２１を形成している途中で、ビード２１の幅方向の大きさ、すなわち図８Ｂにおける左右方向の大きさがビード２１の目標形状２６０における幅方向の大きさに達していなかった場合の一例を表している。
図８Ｂに示す例では、ビード２１の目標形状２６０を示す２点鎖線で囲まれた領域のうち、既に形成されているビード２１が占める領域を除いた領域が欠肉領域３００である。

このような場合には、パス修正部１０３は、図８Ｂに示した欠肉領域３００を埋めるように、既に形成されているビード２１に幅方向で隣接する新たな隣接ビード２６を形成するための追加のパスを修正パス設定に含める。
さらに、パス修正部１０３は、既に形成されているビード２１の上方に新たな幅広ビード２７を形成するように、初期パス設定におけるビード２１の幅に関する設定を変更する。

造形制御部１０５は、新たに設定された修正パス設定に基づいて走査部３０を制御する。これにより、図８Ｂにおいて破線で示すように、修正パス設定に基づく新たな隣接ビード２６及び幅広ビード２７が形成される。その結果、集合体２２０の形状が集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）を満たすこととなる。

図８Ｃは、図６Ａに示すようにビード２１を鉛直方向上方に順次積層していく場合に現れる可能性がある欠肉領域のさらに他の一例と、修正パスについて説明するための模式的な図である。
図８Ｃに示す例では、初期パス設定に従ってビード２１の集合体２２０を造形したものの、ビード２１の集合体２２０の形状が集合体２２０の上方で集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）に一部達していない領域が生じてしまった場合の一例を示している。
図８Ｃに示す例では、集合体２２０の上面よりも上方、且つ、目標形状２５０（形状２１７）を示す２点鎖線で囲まれた領域が欠肉領域３００である。図８Ｃに示す例では、欠肉領域３００に対して細い実線のハッチングを施している。

このような場合には、パス修正部１０３は、図８Ｃに示した欠肉領域３００を埋めるように、新たなビード２５を形成するための追加のパスを修正パス設定に含める。

造形制御部１０５は、新たに設定された修正パス設定に基づく走査経路、走査速度で造形ノズル１０が走査されるように走査部３０を制御する。これにより、図８Ｃにおいて破線で示すように、修正パス設定に基づく新たなビード２５が形成される。その結果、集合体２２０の形状が集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）を満たすようになる。

図８Ｄは、図６Ｂに示すようにビード２１を鉛直方向に対して傾斜した方向に順次積層していく場合に現れる可能性がある欠肉領域の一例と、修正パスについて説明するための模式的な図である。
図８Ｄに示す例では、初期パス設定に従ってビード２１の集合体２２０を造形したものの、オーバーハングの影響等からビード２１の積み重ね不良が生じて、集合体２２０のオーバーハング角度が集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）のオーバーハング角度からずれてしまった場合の一例を実線で示している。
図８Ｄに示す例では、集合体２２０の目標形状２５０を示す２点鎖線で囲まれた領域のうち、既に形成されているビード２１が占める領域を除いた領域が欠肉領域３００である。

このような場合には、パス修正部１０３は、図８Ｄに示した欠肉領域３００のうち、集合体２２０の上面よりも下方に位置する欠肉領域３００を埋めるように、新たなビード２５を形成するための追加のパスを修正パス設定に含める。
さらに、パス修正部１０３は、既に形成されているビード２１の上方に新たな幅広ビード２７を形成するように、初期パス設定におけるビード２１の幅に関する設定を変更する。

造形制御部１０５は、新たに設定された修正パス設定に基づいて走査部３０を制御する。これにより、図８Ｄにおいて破線で示すように、修正パス設定に基づく新たなビード２５及び幅広ビード２７が形成される。その結果、集合体２２０の形状が集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）を満たすこととなる。

図８Ｅは、図６Ｂに示すようにビード２１を鉛直方向に対して傾斜した方向に順次積層していく場合に現れる可能性がある欠肉領域の他の一例と、修正パスについて説明するための模式的な図である。
図８Ｅに示す例では、初期パス設定に従ってビード２１の集合体２２０を造形したものの、各ビード２１の幅方向の大きさ、すなわち図８Ｅにおける左右方向の大きさがビード２１の目標形状２６０における幅方向の大きさに達していなかった場合の一例を表している。
図８Ｅに示す例では、集合体２２０の目標形状２５０を示す２点鎖線で囲まれた領域のうち、既に形成されているビード２１が占める領域を除いた領域が欠肉領域３００である。図８Ｅに示す例では、欠肉領域３００に対して細い実線のハッチングを施している。

このような場合には、パス修正部１０３は、図８Ｅに示した欠肉領域３００を埋めるように、新たなビード２５を形成するための追加のパスを修正パス設定に含める。

造形制御部１０５は、新たに設定された修正パス設定に基づいて走査部３０を制御する。これにより、図８Ｅにおいて破線で示すように、修正パス設定に基づく新たなビード２５が形成される。その結果、集合体２２０の形状が集合体２２０の目標形状２５０（形状２１７）を満たすこととなる。

上述したように、幾つかの実施形態によれば、パス修正部１０３は、欠肉領域３００が存在すると比較部１１３で判断されると、欠肉領域３００を埋めるパスを追加するように修正パス設定を設定する。これにより、欠肉領域３００が存在する場合であっても追加パスによって欠肉領域３００を埋めることができる。

（フローチャート）
図９は、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００において実施される処理を説明するためのフローチャートである。３次元造形装置１において造形が開始されると、幾つかの実施形態に係る造形制御装置１００の不図示の演算装置が不図示の記憶部から図９に示すフローチャートの処理を実施するためのプログラムを読み込む。そして、該演算装置は、読み込んだプログラムに基づいて、処理を開始する。
なお、以下の説明では、主に、本開示に係るビード２１の形状の算出及び算出したビード２１の形状に基づく各処理について説明することとし、他の処理についての説明を省略する。

第１表面形状計測工程Ｓ１において、造形制御装置１００のビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１に第１表面形状６１を計測させる。
次いで、第２表面形状計測工程Ｓ３において、造形制御装置１００のビード形状算出部１１１は、第２形状計測センサ４２に第２表面形状６２を計測させる。

評価工程Ｓ５において、造形制御装置１００における評価部１１０は、ビード形状算出部１１１においてビード２１の形状を算出し、比較部１１３においてビード形状算出部１１１で算出したビード２１の形状とビード２１の目標形状とを比較する。そして、評価工程Ｓ５において、造形制御装置１００における評価部１１０は、比較部１１３において欠肉領域が存在するか否かを判断する。
評価工程Ｓ５の詳細については、後で説明する。

評価工程Ｓ５において、欠肉領域が存在すると判断された場合、ステップＳ１１が肯定判断されて修正パス設定工程Ｓ７へ進む。
修正パス設定工程Ｓ７において、造形制御装置１００のパス修正部１０３は、例えば図８Ａ乃至図８Ｅで説明したように、修正パス設定を設定し、第１表面形状計測工程Ｓ１に戻る。

評価工程Ｓ５において、欠肉領域が存在しないと判断された場合、ステップＳ１１が否定判断されてステップＳ１３へ進む。
ステップＳ１３において、造形制御装置１００は、造形が完了したか否かを判断する。 造形が完了していない場合、ステップＳ１３が否定判断されて第１表面形状計測工程Ｓ１に戻る。
造形が完了していた場合、ステップＳ１３が肯定判断されて、造形制御装置１００は、本プログラムの処理を終了する。

（評価工程Ｓ５の詳細について）
図１０は、評価工程Ｓ５における処理の内容を説明するためのフローチャートである。なお、図１０は、ビード２１の３次元形状と目標形状とを比較する場合についての処理について説明するためのフローチャートである。

ビード形状算出工程Ｓ５１において、造形制御装置１００のビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２とに基づいて、上述のようにして新設ビード２４３の断面形状６５を算出する。そして、ビード形状算出部１１１は、算出した新設ビード２４３の断面形状６５と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、上述のようにして新設ビード２４３の３次元形状を算出する。また、ビード形状算出部１１１は、上述のようにして複数のビード２１の集合体２２０の３次元形状の情報を算出する。

目標形状算出工程Ｓ５３において、造形制御装置１００の目標形状算出部１２０は、上述のようにして複数のビード２１の集合体２２０についての目標形状２５０、及び、ビード２１の目標形状２６０を算出する。

比較工程Ｓ５５において、造形制御装置１００の比較部１１３は、ビード形状算出工程Ｓ５１で算出した新設ビード２４３の３次元形状と、目標形状算出工程Ｓ５３で算出した該新設ビード２４３についての目標形状２６０とを比較する。また、比較工程Ｓ５５では、造形制御装置１００の比較部１１３は、ビード形状算出工程Ｓ５１で算出した複数のビード２１の集合体２２０の３次元形状と、目標形状算出工程Ｓ５３で算出した集合体２２０についての目標形状２５０とを比較する。
そして、比較工程Ｓ５５では、造形制御装置１００の比較部１１３は、上記の比較の結果から欠肉領域３００の有無を判断するとともに、欠肉領域３００が存在する場合には欠肉領域３００の形状を算出する。

比較工程Ｓ５５が実施されると、図９におけるステップＳ１１へ戻る。

図１１は、評価工程Ｓ５における処理の内容を説明するためのフローチャートである。なお、図１１は、ビード２１の断面形状と目標断面形状とを比較する場合についての処理について説明するためのフローチャートである。

ビード形状算出工程Ｓ５１Ａにおいて、造形制御装置１００のビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２とに基づいて、上述のようにして新設ビード２４３の断面形状６５を算出する。

目標形状算出工程Ｓ５３Ａにおいて、造形制御装置１００の目標形状算出部１２０は、上述のようにしてビード２１の目標断面形状を算出する。

比較工程Ｓ５５Ａにおいて、造形制御装置１００の比較部１１３は、ビード形状算出工程Ｓ５１で算出した新設ビード２４３の断面形状６５と、目標形状算出工程Ｓ５３で算出した該新設ビード２４３についての目標断面形状とを比較する。
そして、比較工程Ｓ５５Ａでは、造形制御装置１００の比較部１１３は、上記の比較の結果から欠肉領域３００の有無を判断するとともに、欠肉領域３００が存在する場合には欠肉領域３００の形状を算出する。

比較工程Ｓ５５Ａが実施されると、図９におけるステップＳ１１へ戻る。

（第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２を用いない実施形態について）
（撮像装置４５を用いる場合）
図１２は、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２を用いない実施形態の一例を説明するための模式的な図であり、造形ノズル１０の近傍を示している。
図１２に示す実施形態では、造形制御装置１００は、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２に代えて、１台の撮像装置４５を備えている。
図１２に示す実施形態では、撮像装置４５は、少なくとも新設ビード２４３における先端の近傍を撮影できるように構成されているとよく、造形物２０の全体を撮影できるように構成されていてもよい。

図１２に示す実施形態では、撮像装置４５によって造形物２０の表面を撮影することで得られた画像データから、ビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状６２に関する情報を取得する。なお、新設ビード２４３が形成される前に撮像装置４５によって造形物２０の表面を撮影することで、得られた画像データに基づいてビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状６１に関する情報を取得できる。
したがって、図１２に示す実施形態では、造形制御装置１００は、上述した幾つかの実施形態と同様に、ビード形状算出部１１１においてビード２１の形状を算出できる。
なお、撮像装置４５は、造形ノズル１０とともに移動するように構成されていてもよく、造形ノズル１０とは独立して移動可能に構成されていてもよく、不動であってもよい。

なお、撮像装置４５の台数が１台の場合には、撮像装置４５による撮像可能な領域内であっても、例えば造形物２０の形状によっては造形物２０自身が邪魔をして造形物２０の表面において撮影できない領域が発生するおそれがある。このような場合には、複数台の撮像装置４５をそれぞれ異なる位置に設置することで、撮影できない領域が発生することを抑制できる。

（３次元形状測定器４７を用いる場合）
図１３は、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２を用いない実施形態の他の一例を説明するための模式的な図であり、造形ノズル１０の近傍を示している。
図１３に示す実施形態では、造形制御装置１００は、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２に代えて、１台の３次元形状測定器４７を備えている。
図１３に示す実施形態では、３次元形状測定器４７は、少なくとも新設ビード２４３における先端の近傍の形状を測定できるように構成されているとよく、造形物２０の全体を測定できるように構成されていてもよい。

図１３に示す実施形態では、３次元形状測定器４７によって造形物２０の表面形状を測定することで得られた測定データから、ビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状６２に関する情報を取得する。なお、新設ビード２４３が形成される前に３次元形状測定器４７によって造形物２０の表面の形状を計測することで、得られた測定データに基づいてビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状６１に関する情報を取得できる。
したがって、図１３に示す実施形態では、造形制御装置１００は、上述した幾つかの実施形態と同様に、ビード形状算出部１１１においてビード２１の形状を算出できる。
なお、３次元形状測定器４７は、造形ノズル１０とともに移動するように構成されていてもよく、造形ノズル１０とは独立して移動可能に構成されていてもよく、不動であってもよい。

なお、３次元形状測定器４７の台数が１台の場合には、３次元形状測定器４７による計測可能な領域内であっても、例えば造形物２０の形状によっては造形物２０自身が邪魔をして造形物２０の表面において計測できない領域が発生するおそれがある。このような場合には、複数台の３次元形状測定器４７をそれぞれ異なる位置に設置することで、計測できない領域が発生することを抑制できる。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態において、ビード２１の目標形状は、造形制御装置１００の外部から取得してもよい。この場合、目標形状算出部１２０は、必ずしも必須の構成ではない。

例えば、上述した幾つかの実施形態では、第１形状計測センサ４１は造形ノズル１０に対して走査方向１７における前側に配置され、第２形状計測センサ４２は造形ノズル１０に対して走査方向１７における後側に配置されている。しかし、第１表面形状６１及び第２表面形状６２を計測できるのであれば、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２の配置位置は、上述した実施形態に限定されない。
図１４Ａ〜図１４Ｇは、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２の配置位置の変形例を示す図である。なお、図１４Ａ〜図１４Ｇは、造形ノズル１０、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２を造形ノズル１０の上側から見た図である。

例えば図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、走査方向１７における造形ノズル１０の位置と同じ位置に配置してもよい。すなわち、図１４Ａ〜図１４Ｃに示すように、造形ノズル１０と第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２とを形成するビード２１の幅方向に沿って並べて配置してもよい。以下の説明では、形成するビード２１の幅方向は、走査方向１７に対して直交する方向であり、走査方向１７に対する直交方向とも呼ぶ。

この場合、例えば図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に対する直交方向における一方側に配置してもよい。なお、例えば図１４Ａに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に沿って並べて配置してもよく、図１４Ｂに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に対する直交方向に並べて配置してもよい。また、図１４Ｃに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを造形ノズル１０を挟んで互いに反対側に配置してもよい。

例えば図１４Ｄ及び図１４Ｅに示すように、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、造形ノズル１０に対して走査方向１７における前側に配置してもよい。なお、例えば図１４Ｄに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に対する直交方向に並べて配置してもよく、図１４Ｅに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に沿って並べて配置してもよい。

例えば図１４Ｆ及び図１４Ｇに示すように、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２は、造形ノズル１０に対して走査方向１７における後側に配置してもよい。なお、例えば図１４Ｆに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に対する直交方向に並べて配置してもよく、図１４Ｇに示すように、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とを走査方向１７に沿って並べて配置してもよい。
なお、図１４Ａ〜図１４Ｇでは、第１形状計測センサ４１と第２形状計測センサ４２とは、走査方向１７又は走査方向１７に対する直交方向に並べられているが、走査方向１７及び走査方向１７に対する直交方向とは異なる方向に並べられていてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る形状検査装置１０１は、原料粉末（金属粉末１３）をエネルギービーム１５で溶融させてビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状６１を計測する第１形状計測センサ４１を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係る形状検査装置１０１は、ビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状６２を計測する第２形状計測センサ４２を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係る形状検査装置１０１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２とに基づいてビード２１の形状を評価する評価部１１０を備える。

上記（１）の構成によれば、第１形状計測センサ４１及び第２形状計測センサ４２によってビード２１を形成する前の造形物２０の第１表面形状６１とビード２１を形成した後の造形物２０の第２表面形状６２とを計測できるので、造形ノズル１０の走査によって、第１表面形状６１及び第２表面形状６２を順次リアルタイムで取得できる。これにより、既設ビード２４１の有無や形状に関係なく第１表面形状６１と第２表面形状６２との差異に基づいて新たに形成したビード（新設ビード２４３）の形状をリアルタイムで把握できる。
また、上記（１）の構成によれば、評価部１１０でビード２１の形状を評価できるので、評価結果を用いて各種の演算が実施可能となる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、評価部１１０は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２とに基づいてビード２１の形状を算出するビード形状算出部１１１を含む。評価部１１０は、ビード形状算出部１１１で算出したビード２１の形状とビード２１の目標形状とを比較して、ビード２１の形状がビード２１の目標形状に達していない欠肉領域３００が存在するか否かを判断する比較部１１３を含む。

上記（２）の構成によれば、欠肉領域３００の有無を造形中にリアルタイムで把握することが可能となる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）の構成において、ビード２１の目標形状２６０は、造形物２０のＣＡＤデータに基づいて得られる。

上記（３）の構成によれば、ビード２１の目標形状２６０の取得が容易である。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、ビード２１の目標形状２６０は、造形物２０のＣＡＤデータと、造形後の造形物２０の切削代２１５とに基づいて得られる。

上記（４）の構成によれば、造形後の造形物２０の切削代２１５を含めたビード２１の目標形状２６０を取得できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（３）又は（４）の構成において、ビード２１の目標形状２６０を算出する目標形状算出部１２０をさらに備える。

上記（５）の構成によれば、ビード２１の目標形状２６０のデータが外部から提供されなくても、造形物２０のＣＡＤデータに基づいてビード２１の目標形状２６０のデータを得ることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかの構成において、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２と、造形ノズル１０の走査位置の情報とに基づいて、ビード２１の３次元形状を算出する。

上記（６）の構成によれば、ビード２１の３次元形状をリアルタイムで把握できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）の構成において、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２との差分である断面形状６５を算出し、断面形状６５と走査位置の情報とに基づいてビード２１の３次元形状を算出する。

上記（７）の構成によれば、上述のようにしてビード２１の３次元形状を算出することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかの構成において、ビード形状算出部１１１は、第１形状計測センサ４１で計測した第１表面形状６１と、第２形状計測センサ４２で計測した第２表面形状６２との差分から造形ノズル１０の走査方向１７と直交する断面におけるビード２１の断面形状６５を算出する。

上記（８）の構成によれば、ビード２１の３次元形状を算出しなくてもよいのでビード形状算出部１１１における演算負荷を減らすことができ、形状算出の応答速度が向上する。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの構成において、第１形状計測センサ４１は、原料粉末（金属粉末１３）をエネルギービーム１５で溶融させてビード２１を形成するための造形ノズル１０に対して造形ノズル１０の走査方向１７における前側に配置される。第２形状計測センサ４２は、造形ノズル１０に対して走査方向１７における後側に配置される。

上記（９）の構成によれば、第１形状計測センサ４１による第１表面形状６１の計測が容易となり、第２形状計測センサ４２による第２表面形状６２の計測が容易となる。

（１０）本開示の少なくとも一実施形態に係る造形制御装置１００は、上記（２）乃至（９）の何れかの構成の形状検査装置１０１を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係る造形制御装置１００は、比較部１１３で欠肉領域３００が存在すると判断されると、造形物２０の最終形状を実現するための初期パス設定に変更を加えたビードの修正パス設定に従って造形を継続するように構成されたパス修正部１０３を備える。

上記（１０）の構成によれば、欠肉領域３００が存在する場合であっても修正パス設定に従って造形が継続されるので、造形の中断が起こりにくくなり、造形に要する時間が増加することを抑制できる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、パス修正部１０３は、欠肉領域３００が存在すると比較部１１３で判断されると、欠肉領域３００を埋めるパスを追加するように修正パス設定を設定する。

上記（１１）の構成によれば、欠肉領域３００が存在する場合であっても追加パスによって欠肉領域３００を埋めることができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、パス修正部１０３は、図８Ａ及び図８Ｄに示した実施形態のように、ビード２１の積層方向の高さがビード２１の目標形状２６０における積層方向の高さに達していないと比較部１１３で判断されると、積層方向に積層するパスを追加するように修正パス設定を設定する。

上記（１２）の構成によれば、ビード２１の積層方向の高さがビード２１の目標形状２６０における積層方向の高さに達していない場合や、ビード２１の集合体２２０の高さが集合体２２０の目標形状２５０の高さに達していなかった場合であっても、追加パスによって積層方向の高さを修正できる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）又は（１２）の構成において、パス修正部１０３は、図８Ｂ及び図８Ｅに示した実施形態のように、ビード２１の幅方向の大きさがビード２１の目標形状２６０における幅方向の大きさに達していないと比較部１１３で判断されると、幅方向でビード２１に隣接するビード２１（図８Ｅにおけるビード２５又は図８Ｂにおける隣接ビード２６）を形成するためのパスを追加するように修正パス設定を設定する。

上記（１３）の構成によれば、ビード２１の幅方向の大きさがビード２１の目標形状２６０における幅方向の大きさに達していない場合であっても、追加パスによって幅方向の大きさを修正できる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１０）乃至（１３）の何れかの構成において、パス修正部は、図８Ｂに示した実施形態のように、ビード２１の幅方向の大きさがビード２１の目標形状２６０における幅方向の大きさに達していないと比較部１１３で判断されると、ビード２１の幅方向の大きさが大きくなるようにビード２１の形成条件を変更する。

上記（１４）の構成によれば、ビード２１の形成条件の変更後に形成されるビード２１（幅広ビード２７）において、幅方向の大きさがビード２１の目標形状２６０における幅方向の大きさに満たなくなってしまうことを抑制できる。

（１５）本開示の少なくとも一実施形態に係る造形装置（３次元造形装置１）は、原料粉末（金属粉末１３）をエネルギービーム１５で溶融させてビード２１を形成するための造形ノズル１０と、造形ノズル１０を走査するための走査部３０と、上記構成（１０）乃至（１４）の何れかの構成の造形制御装置１００と、を備える。

上記（１５）の構成によれば、欠肉領域３００が存在する場合であっても修正パス設定に従って造形が継続されるので、造形の中断が起こりにくくなり、造形に要する時間が増加することを抑制できる。

（１６）本開示の少なくとも一実施形態に係る造形制御装置１００は、造形物２０の最終形状を実現するための初期パス設定に従って原料粉末（金属粉末１３）をエネルギービーム１５で溶融させて形成されたビード２１の形状と、ビード２１の目標形状２６０とを比較して、ビード２１の形状がビード２１の目標形状２６０に達していない欠肉領域が存在するか否かを判断する比較部１１３を備える。本開示の少なくとも一実施形態に係る造形制御装置１００は、比較部１１３で欠肉領域３００が存在すると判断されると、初期パス設定に変更を加えたビードの修正パス設定に従って造形を継続するように構成されたパス修正部１０３を備える。

上記（１６）の構成によれば、欠肉領域３００が存在する場合であっても修正パス設定に従って造形が継続されるので、造形の中断が起こりにくくなり、造形に要する時間が増加することを抑制できる。

１ ３次元造形装置
１０ 造形ノズル（ノズル装置）
１３ 金属粉末
１５ エネルギービーム
１７ 走査方向
２０ ３次元積層造形物（造形物、ワーク）
２１ ビード
３０ 走査部
４１ 第１形状計測センサ
４２ 第２形状計測センサ
６１ 第１表面形状
６２ 第２表面形状
６５ 断面形状
１００ 造形制御装置
１０１ 形状検査装置
１０３ パス修正部
１０５ 造形制御部
１１０ 評価部
１１１ ビード形状算出部
１１３ 比較部
１２０ 目標形状算出部
２２０ 集合体
２５０ 目標形状
２６０ 目標形状
３００ 欠肉領域

Claims (16)

1. 原料粉末をエネルギービームで溶融させてビードを形成する前の造形物の第１表面形状を計測する第１形状計測センサと、
   前記ビードを形成した後の前記造形物の第２表面形状を計測する第２形状計測センサと、
   前記第１形状計測センサで計測した前記第１表面形状と前記第２形状計測センサで計測した前記第２表面形状とに基づいて前記ビードの形状を評価する評価部と、
   を備える
   形状検査装置。
2. 前記評価部は、
   前記第１形状計測センサで計測した前記第１表面形状と前記第２形状計測センサで計測した前記第２表面形状とに基づいて前記ビードの形状を算出するビード形状算出部と、
   前記ビード形状算出部で算出した前記ビードの形状と前記ビードの目標形状とを比較して、前記ビードの形状が前記ビードの前記目標形状に達していない欠肉領域が存在するか否かを判断する比較部と、を含む
   請求項１に記載の形状検査装置。
3. 前記ビードの前記目標形状は、前記造形物のＣＡＤデータに基づいて得られる
   請求項２に記載の形状検査装置。
4. 前記ビードの前記目標形状は、前記造形物のＣＡＤデータと、造形後の前記造形物の切削代とに基づいて得られる
   請求項３に記載の形状検査装置。
5. 前記ビードの前記目標形状を算出する目標形状算出部
   をさらに備える
   請求項３又は４に記載の形状検査装置。
6. 前記ビード形状算出部は、前記第１形状計測センサで計測した前記第１表面形状と、前記第２形状計測センサで計測した前記第２表面形状と、造形ノズルの走査位置の情報とに基づいて、前記ビードの３次元形状を算出する
   請求項２乃至５の何れか一項に記載の形状検査装置。
7. 前記ビード形状算出部は、前記第１形状計測センサで計測した前記第１表面形状と、前記第２形状計測センサで計測した前記第２表面形状との差分を算出し、前記差分と前記走査位置の情報とに基づいて前記ビードの前記３次元形状を算出する
   請求項６に記載の形状検査装置。
8. 前記ビード形状算出部は、前記第１形状計測センサで計測した前記第１表面形状と、前記第２形状計測センサで計測した前記第２表面形状との差分から造形ノズルの走査方向と直交する断面における前記ビードの断面形状を算出する
   請求項２乃至５の何れか一項に記載の形状検査装置。
9. 前記第１形状計測センサは、前記原料粉末を前記エネルギービームで溶融させて前記ビードを形成するための造形ノズルに対して前記造形ノズルの走査方向における前側に配置され、
   前記第２形状計測センサは、前記造形ノズルに対して前記走査方向における後側に配置される
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の形状検査装置。
10. 請求項２乃至９の何れか一項に記載の形状検査装置と、
    前記比較部で前記欠肉領域が存在すると判断されると、前記造形物の最終形状を実現するための初期パス設定に変更を加えた前記ビードの修正パス設定に従って造形を継続するように構成されたパス修正部と、
    を備える造形制御装置。
11. 前記パス修正部は、前記欠肉領域が存在すると前記比較部で判断されると、前記欠肉領域を埋めるパスを追加するように前記修正パス設定を設定する
    請求項１０に記載の造形制御装置。
12. 前記パス修正部は、前記ビードの積層方向の高さが前記ビードの目標形状における前記積層方向の高さに達していないと前記比較部で判断されると、前記積層方向に積層するパスを追加するように前記修正パス設定を設定する
    請求項１１に記載の造形制御装置。
13. 前記パス修正部は、前記ビードの幅方向の大きさが前記ビードの目標形状における前記幅方向の大きさに達していないと前記比較部で判断されると、前記幅方向で前記ビードに隣接するビード形成するためのパスを追加するように前記修正パス設定を設定する
    請求項１１又は１２に記載の造形制御装置。
14. 前記パス修正部は、前記ビードの幅方向の大きさが前記ビードの目標形状における前記幅方向の大きさに達していないと前記比較部で判断されると、前記ビードの幅方向の大きさが大きくなるように前記ビードの形成条件を変更する
    請求項１０乃至１３の何れか一項に記載の造形制御装置。
15. 前記原料粉末を前記エネルギービームで溶融させて前記ビードを形成するための造形ノズルと、
    前記造形ノズルを走査するための走査部と、
    請求項１０乃至１４の何れか一項に記載の造形制御装置と、
    を備える
    造形装置。
16. 造形物の最終形状を実現するための初期パス設定に従って原料粉末をエネルギービームで溶融させて形成されたビードの形状と、前記ビードの目標形状とを比較して、前記ビードの形状が前記ビードの前記目標形状に達していない欠肉領域が存在するか否かを判断する比較部と、
    前記比較部で前記欠肉領域が存在すると判断されると、前記初期パス設定に変更を加えた前記ビードの修正パス設定に従って造形を継続するように構成されたパス修正部と、
    を備える
    造形制御装置。

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