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

形状検査装置、造形制御装置及び造形装置 Download PDF

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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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