JP2021159922A - 三次元積層装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】造形精度を向上させる。【解決手段】三次元積層装置は、積層体を造形するための粉末を、粉末が噴射される噴射口と積層体との位置関係を移動させつつ供給して、積層体を造形する。三次元積層装置は、粉末を噴射口から積層体に向けて供給する粉末供給部と、粉末に光ビームを照射して粉末を溶融固化させて積層体を造形する光照射部と、積層体を造形している造形箇所の画像を撮像する撮像部と、画像に基づき、造形箇所から粉末供給部までの距離を検出する距離検出部と、距離の検出結果に基づいて、積層体に対する粉末供給部の移動速度を調整するフィードバック制御部と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、三次元積層装置、制御方法、及びプログラムに関する。

近年、金属粉末などの粉末を原料として積層体を成形する積層体成形方法が実用化されている。例えば特許文献１には、レーザ光出射機構からレーザ光を照射しつつ粉末供給機構から粉末を供給する積層造形装置が記載されている。特許文献１には、造形精度を向上させるために、溶融池の面積に基づいてレーザ光の出力値をフィードバック制御する旨が記載されている。

特開２０１９−１１２６７７号公報

しかし、三次元積層装置においては、粉末供給路の形状や粉末の噴射量のずれなどが原因で、粉末の供給量、粉末の収束径など、粉末供給にムラが生じる場合がある。このような場合には、特許文献１のようにレーザ光の出力値を制御しても、造形精度が適切に向上できない場合がある。そのため、造形精度を適切に向上可能な三次元積層装置が求められている。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、造形精度を向上可能な三次元積層装置、制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る三次元積層装置は、積層体を造形するための粉末を、該粉末が噴射される噴射口と該積層体との位置関係を移動させつつ供給して、前記積層体を造形する三次元積層装置であって、粉末を前記噴射口から前記積層体に向けて供給する粉末供給部と、前記粉末に光ビームを照射して前記粉末を溶融固化させて積層体を造形する光照射部と、前記積層体を造形している造形箇所の画像を撮像する撮像部と、前記画像に基づき、前記造形箇所から前記粉末供給部までの距離を検出する距離検出部と、前記距離の検出結果に基づいて、前記積層体に対する前記粉末供給部の移動速度を調整するフィードバック制御部と、を含む。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る制御方法は、粉末を供給する粉末供給部と、前記粉末に光ビームを照射して前記粉末を溶融固化させて積層体を形成する光照射部とを備える三次元積層装置を制御する制御方法であって、前記積層体を造形している造形箇所の画像を撮像するステップと、前記画像に基づき、前記造形箇所から前記粉末供給部までの距離を検出するステップと、前記距離に基づいて、前記積層体に対する前記粉末供給部の移動速度を調整するステップと、を含む。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るプログラムは、粉末を供給する粉末供給部と、前記粉末に光ビームを照射して前記粉末を溶融固化させて積層体を形成する光照射部とを備える三次元積層装置を制御する制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記積層体を造形している造形箇所の画像を撮像するステップと、前記画像に基づき、前記造形箇所から前記粉末供給部までの距離を検出するステップと、前記距離に基づいて、前記積層体に対する前記粉末供給部の移動速度を調整するステップと、をコンピュータに実行させる。

本開示によれば、造形精度を向上させることができる。

図１は、本実施形態の三次元積層装置の模式図である。 図２は、本実施形態に係る積層ヘッドの模式図である。 図３は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。 図４は、撮像部が撮像した画像の例を示す模式図である。 図５は、撮像部が撮像した画像の例を示す模式図である。 図６は、撮像部が撮像した画像の例を示す模式図である。 図７は、第１実施形態に係る距離検出の例を説明するための模式図である。 図８は、第１実施形態に係る送り速度の制御フローを説明するフローチャートである。 図９は、光ビームの出力の制御フローを説明するフローチャートである。 図１０は、比較例に係る時間毎の送り速度と光ビームの出力との変化の例を示すグラフである。 図１１は、本実施形態に係る時間毎の送り速度と光ビームの出力との変化の例を示すグラフである。 図１２は、造形の停止判断フローを説明するフローチャートである。 図１３は、第２実施形態に係る送り速度の制御フローを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

（第１実施形態）
（三次元積層装置の全体構成）
図１は、本実施形態の三次元積層装置の模式図である。ここで、本実施形態では、水平面内の一方向を方向Ｘ、水平面内において方向Ｘと直交する方向を方向Ｙ、方向Ｘ及び方向Ｙのそれぞれと直交する方向、すなわち鉛直方向を、方向Ｚとする。また、方向Ｚに沿う方向のうち一方の方向を、方向Ｚ１とし、方向Ｚに沿う方向のうち他方の方向、すなわち方向Ｚ１の反対方向を、方向Ｚ２とする。本実施形態では、方向Ｚ１が鉛直方向上方に向かう方向であり、方向Ｚ２が鉛直方向下方に向かう方向である。

図１に示すように、三次元積層装置１は、三次元積層室Ｒ内に、台部１０と、基台移動部１２と、基台部１４と、台部１６と、積層ヘッド１８と、ヘッド移動部２０と、撮像部２２と、制御装置２６とを備える。制御装置２６は、三次元積層室Ｒの外部に設けられていてもよい。

三次元積層装置１は、基台部１４に、三次元形状物である積層体Ａを成形する装置である。三次元積層装置１は、粉末が噴射される後述の粉末噴射口３４Ｂと積層体Ａとの位置関係を移動させつつ、積層体Ａを造形するための粉末Ｐを供給して、積層体Ａを造形する。基台部１４は、積層体Ａが成形される土台となる部材である。本実施形態の基台部１４は、板状の部材である。なお、基台部１４は、これに限定されない。基台部１４は、積層体Ａとは別体として積層体Ａの土台となる部材であるが、積層体Ａと結合されて積層体Ａの一部となる部材であってもよい。

（台部、基台移動部）
台部１０は、基台移動部１２や基台部１４などを支持する台である。基台移動部１２は、台部１０上に設けられ、基台部１４を支持する。基台移動部１２は、制御装置２６の制御により、基台部１４を移動させる機構である。基台移動部１２は、第１移動部１２Ａと、第２移動部１２Ｂと、回転部１２Ｃとを有する。第１移動部１２Ａは、水平方向に沿った（鉛直方向に直交する）第１方向に基台部１４を移動させる機構である。本実施形態では、第１移動部１２Ａは、基台部１４を方向Ｙに沿って移動させる。さらに言えば、本実施形態においては、第１移動部１２Ａ上に、第２移動部１２Ｂ、回転部１２Ｃ、及び基台部１４が配置され、第１移動部１２Ａは、第２移動部１２Ｂ、回転部１２Ｃ、及び基台部１４を、方向Ｙに沿って移動させる。

第２移動部１２Ｂは、水平方向に沿った（鉛直方向に直交する）第２方向に基台部１４を移動させる機構であり、第２方向は、第１方向に直交する方向である。本実施形態では、第２移動部１２Ｂは、基台部１４を方向Ｘに沿って移動させる。さらに言えば、本実施形態においては、第２移動部１２Ｂ上に、回転部１２Ｃ及び基台部１４が配置され、第２移動部１２Ｂは、回転部１２Ｃ及び基台部１４を方向Ｘに沿って移動させる。なお、本実施形態では、第１移動部１２Ａと第２移動部１２Ｂは、上部に載せた基台部１４を移動させるスライダであるが、スライダ以外の機構であってもよい。

回転部１２Ｃは、基台部１４が配置される回転テーブルである。回転部１２Ｃは、少なくとも１つの回転軸を中心として回転することで、上部に配置されている基台部１４を回転させる。本実施形態では、回転部１２Ｃは、互いに直交する３つの回転軸を回転中心として基台部１４を回転させる。

このように、基台移動部１２は、第１移動部１２Ａと第２移動部１２Ｂとにより、基台部１４を方向Ｘ及び方向Ｙに沿って移動させ、回転部１２Ｃにより、基台部１４を３つの回転軸を回転中心として回転させる。すなわち、基台移動部１２は、基台部１４を、２つの軸に沿って移動させ３つの回転軸を中心に回転させる、５軸の移動機構である。ただし、基台移動部１２は、５軸の移動機構に限られず、例えば、基台部１４を方向Ｘ及び方向Ｙに沿って移動させる２軸の移動機構であってもよい。

（台部）
台部１６は、三次元積層室Ｒ内に設けられる台座であり、本実施形態ではヘッド移動部２０が設けられている。

（ヘッド移動部）
ヘッド移動部２０は、積層ヘッド１８を方向Ｚに沿って移動させる。本実施形態では、ヘッド移動部２０は、台部１６に取付けられている。ヘッド移動部２０は、積層ヘッド１８を、方向Ｚに沿って移動させる。本実施形態では、ヘッド移動部２０は、積層ヘッド１８を移動させるスライダであるが、スライダ以外の機構であってもよい。また、ヘッド移動部２０は、台部１６に取付けられることに限られず、取付け位置は任意である。

このように、本実施形態においては、基台移動部１２で基台部１４（積層体Ａ）をＸ方向及びＹ方向に移動させることで、積層体Ａに対する積層ヘッド１８のＸ方向及びＹ方向の位置を変化させる。そして、本実施形態においては、ヘッド移動部２０で積層ヘッド１８をＺ方向に移動させることで、積層体Ａに対する積層ヘッド１８のＺ方向の位置を変化させる。ただし、積層体Ａに対する積層ヘッド１８の位置を変化させる方法はそれに限られず、例えば、積層ヘッド１８をＸ方向及びＹ方向の少なくとも１方向に移動させてもよいし、積層体ＡをＺ方向に移動させてもよい。すなわち、三次元積層装置１は、積層体Ａを移動させることで、積層体Ａに対する積層ヘッド１８の位置を変化させてもよいし、積層ヘッド１８を移動させることで、積層体Ａに対する積層ヘッド１８の位置を変化させてもよいし、積層体Ａ及び積層ヘッド１８の両方を移動させることで、積層体Ａに対する積層ヘッド１８の位置を変化させてもよい。

（積層ヘッド）
積層ヘッド１８は、基台部１４の方向Ｚ１側、すなわち基台部１４の鉛直方向上方側に設けられる。積層ヘッド１８は、光ビーム照射口３２Ｂから、基台部１４に向けて光ビームＬを照射し、粉末噴射口３４Ｂから、基台部１４に向けて粉末Ｐを噴射することで、基台部１４上で積層体Ａを形成する。すなわち、本実施形態に係る三次元積層装置１は、積層ヘッド１８を備えるデポジション方式の三次元積層装置である。

図２は、本実施形態に係る積層ヘッドの模式図である。図２に示すように、積層ヘッド１８は、内管３２と外管３４とを有する。外管３４は、管状の部材であり、先端、すなわち方向Ｚ２に向かって径が小さくなっている。内管３２も、管状の部材であり、先端、すなわち方向Ｚ２に向かって径が小さくなっている。内管３２は、外管３４の内部に挿入されているため、内管３２と外管３４とで、二重管を構成している。積層ヘッド１８は、内管３２の内側の空間が、光ビームＬが通過するビーム経路３２Ａとなる。また、積層ヘッド１８は、内管３２の外周面と外管３４の内周面との間の空間が、粉末Ｐが通過する粉末流路３４Ａとなる。すなわち、粉末流路３４Ａは、ビーム経路４２Ａの周囲を囲う形状の流路となる。本実施形態では、粉末流路３４Ａは、ビーム経路３２Ａの外周に同心円状に配置される。

積層ヘッド１８は、方向Ｚ２側の端部３０Ａに、ビーム経路３２Ａに連通する光ビーム照射口３２Ｂが開口している。すなわち、光ビーム照射口３２Ｂは、ビーム経路３２Ａの方向Ｚ２側の開口である。ビーム経路３２Ａ内には、光学素子３６が設けられる。光学素子３６は、例えば、光ビームＬをコリメートするコリメートレンズと、コリメートした光ビームＬを集光する集光レンズと、を備える。積層ヘッド１８は、光源２８に接続されている。光源２８は、光ビームＬを出力する光源である。光源２８から出力された光ビームＬは、光源２８とビーム経路３２Ａとの間に設けられたミラー３８、４０で反射して、ビーム経路３２Ａ内に導入される。光ビームＬは、ビーム経路３２Ａ内をＺ２方向側に進行して、光学素子３６で集光されて、光ビーム照射口３２Ｂから積層ヘッド１８の外部に出射される。光ビーム照射口３２Ｂから出射された光ビームＬは、方向Ｚ２に向けて進み、基台部１４に向けて照射される。

また、積層ヘッド１８は、方向Ｚ２側の端部３０Ａに、粉末流路３４Ａに連通する粉末噴射口３４Ｂが開口している。すなわち、粉末噴射口３４Ｂは、ビーム経路３２Ａの方向Ｚ２側の開口である。粉末噴射口３４Ｂは、光ビーム照射口３２Ｂを囲うように開口する。粉末流路３４Ａは、粉末Ｐを貯留する図示しない粉末貯留機構に接続されており、粉末貯留機構から粉末Ｐが供給される。粉末流路３４Ａ内に供給された粉末Ｐは、粉末流路３４Ａ内を方向Ｚ２に向けて流れ、粉末噴射口３４Ｂから積層ヘッド１８の外部に噴射される。粉末噴射口３４Ｂから噴射された粉末Ｐは、方向Ｚ２に向けて進み、基台部１４に向けて噴射される。

ここで、粉末Ｐは、所定のスポット径をもって基台部１４に向かって噴射され、光ビームＬは、所定のスポット径をもって基台部１４に向かって照射される。粉末Ｐは、光ビームＬの熱や、光ビームＬの照射によって加熱された積層体Ａの熱によって溶融して、溶融池Ｍを形成する。溶融池Ｍは、溶融した粉末Ｐと、溶融した積層体Ａとの少なくとも１つを含むといえる。基台部１４は、積層ヘッド１８に対して移動するため、光ビームＬが照射される位置が変化する。従って、光ビームＬが照射されて溶融池Ｍを形成していた箇所は、光ビームＬが照射されなくなることで冷却されて固化して、ビードＢを形成する。このビードＢを三次元状に積層することで、積層体Ａが成形される。以下、基台部１４上において光ビームＬを照射して粉末Ｐを噴射している箇所を、すなわちビードＢを形成している箇所を、造形箇所と記載する。造形箇所は少なくとも溶融池Ｍが形成されている部分を含み、さらにいえば、溶融池Ｍと溶融池Ｍの周辺のビードＢとを含むともいえる。

このように、本実施形態においては、内管３２が、言い換えれば粉末流路３４Ａ及び粉末噴射口３４Ｂが、粉末Ｐを供給する粉末供給部であり、外管３４が、言い換えればビーム経路３２Ａ及び光ビーム照射口３２Ｂが、粉末Ｐに光ビームＬを照射して粉末Ｐを溶融固化させて積層体Ａを形成する光照射部であるといえる。すなわち、本実施形態では、粉末供給部と光照射部とが、積層ヘッド１８として一体で構成されている。ただし、粉末供給部と光照射部とは別体であってもよい。また、本実施形態における光ビームＬは、レーザ光であるが、レーザ光に限られず、例えば電子ビームなどであってもよい。また、本実施形態における粉末Ｐは、金属粉末であるが、金属粉末に限られない。

（撮像部）
撮像部２２は、本実施形態では赤外光Ｉの像を撮像する赤外カメラである。撮像部２２は、例えば、ＩｎＧａＡｓカメラである。撮像部２２は、積層ヘッド１８に取り付けられて、積層ヘッド１８に対して位置が固定されている。図２に示すように、撮像部２２は、積層ヘッド１８のＺ１方向側に設けられており、撮像部２２の光軸は、ビーム経路３２Ａにおける光ビームＬの光軸と同軸となっている。造形箇所（溶融池Ｍやその周囲の積層体Ａ）からは、赤外光Ｉが放出される。赤外光Ｉは、光ビーム照射口３２Ｂから、ビーム経路３２Ａ内をＺ１方向に進行する。ミラー４０は、光ビームＬは反射するが赤外光Ｉを透過するため、赤外光Ｉは、ミラー４０を透過して、撮像部２２に入射する。撮像部２２は、この赤外光Ｉの像を撮像することで、造形箇所の画像を撮像できる。撮像部２２が検出する赤外光Ｉの波長は、例えば、０．７５μｍ以上１０００μｍ以下であり、さらに言えば、例えば波長が０．７５μｍ以上１．４μｍ以下程度の近赤外線であることが好ましい。なお、撮像部２２が設けられる位置は、以上で説明した位置に限られず、任意の位置であってもよい。また、撮像部２２は、赤外カメラであることに限られない。

（制御装置）
制御装置２６は、三次元積層装置１を制御する装置、ここではコンピュータである。図３は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。図３に示すように、制御装置２６は、制御部５０と記憶部５２とを備える。記憶部５２は、制御部５０の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。

制御部５０は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。制御部５０は、画像取得部６０と、距離検出部６２と、フィードバック制御部６４とを含む。制御部５０は、記憶部５２からプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで画像取得部６０、距離検出部６２、及びフィードバック制御部６４を実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部５０は、１つのＣＰＵによって処理を実行してもよいし、複数のＣＰＵを備えて、それらの複数のＣＰＵで、処理を実行してもよい。また、画像取得部６０、距離検出部６２、及びフィードバック制御部６４の少なくとも１つを、ハードウェア回路で実現してもよい。画像取得部６０、距離検出部６２、及びフィードバック制御部６４の具体的な処理内容は後述する。

（送り速度の制御について）
以上のように構成される三次元積層装置１は、図２に示すように、光ビームＬの照射と粉末Ｐの噴射を行いつつ、基台部１４に対する積層ヘッド１８の位置を水平方向に沿った一方向に移動させることで、一方向に伸びるビードＢを形成する。そして、三次元積層装置１は、ビードＢをＺ方向に積層することで、積層体Ａを形成する。以下、ビードＢの伸びる方向、すなわち基台部１４に対して積層ヘッド１８の位置が移動する一方向を、送り方向Ｄとする。送り方向Ｄは、例えばＸ方向やＹ方向に沿った方向である。本実施形態では、基台部１４を移動させることで、基台部１４に対する積層ヘッド１８の位置を送り方向Ｄに移動させるが、上述のようにそれに限られず、基台部１４を移動させてもよいし、基台部１４と積層ヘッド１８の両方を移動させてもよい。

ここで、三次元積層装置においては、粉末供給路の形状や粉末Ｐの噴射量のずれなどが原因で、粉末Ｐの供給量や粉末Ｐの収束径など、粉末Ｐの供給にムラが生じる場合がある。このような場合には、ビードＢの高さＤ１を適切な高さに維持できなくなり、造形精度が低下するおそれが生じる。なお、ビードＢの高さＤ１とは、図２に示すように、ビードＢのＺ方向における長さを指す。それに対し、本実施形態に係る制御装置２６は、造形中に、送り方向Ｄにおける基台部１４に対する積層ヘッド１８の移動速度（すなわち基台部１４に対する積層ヘッド１８の相対速度）をフィードバック制御することで、粉末Ｐの供給のムラを吸収してビードＢの高さＤ１を適切な高さに維持して、造形精度を適切に向上させることを可能としている。なお、以下、送り方向Ｄにおける基台部１４に対する積層ヘッド１８の移動速度を、送り速度Ｖと記載する。

制御装置２６は、撮像部２２が撮像した画像から、造形箇所から積層ヘッド１８（粉末供給部）までの距離Ｄ２を検出し、検出した距離Ｄ２に基づいて、送り速度Ｖを制御する。距離Ｄ２は、図２に示すように、造形箇所と積層ヘッド１８（粉末供給部）の端部３０Ａとの間の、Ｚ方向における距離を指す。積層ヘッド１８の端部３０ＡのＺ方向における位置は、積層ヘッド１８からの光ビームＬや粉末Ｐが造形箇所で適切に収束するように、基台部１４のＺ方向の位置に合わせて設定される。そのため、造形箇所から積層ヘッド１８までのＤ２は、ビードＢの高さＤ１に依存する。すなわち、ビードＢの高さＤ１が低ければ、距離Ｄ２が長くなり、ビードＢの高さＤ１が高ければ、距離Ｄ２が短くなる。そのため、制御装置２６は、距離Ｄ２を検出することで、ビードＢの高さＤ１を推定すると言え、距離Ｄ２の検出結果に基づき、送り速度Ｖをフィードバック制御する。以下、より具体的に説明する。

（画像取得部）
制御装置２６の画像取得部６０は、撮像部２２を制御して、撮像部２２に造形箇所の画像を撮像させて、撮像部２２が撮像した画像Ｋを取得する。画像取得部６０は、所定の時間毎に撮像部２２に撮像を行わせることで、所定の時間毎に撮像された画像Ｋを取得する。ここで、図２に示すように、造形箇所（溶融池Ｍやその周囲の積層体Ａ）からの赤外光Ｉの一部は、ビーム経路３２Ａ内をＺ１方向に直進して撮像部２２に到達するが、赤外光Ｉの他の一部は、内管３２の内周面３２Ｃで反射して、撮像部２２に入射する。撮像部２２は、このように内周面３２Ｃで反射して撮像部２２に到達した赤外光Ｉの像も撮像する。すなわち、撮像部２２は、光ビーム照射口３２ＢをＺ１方向に直進した赤外光Ｉの像、すなわち内周面３２Ｃで反射せずに撮像部２２に到達した赤外光Ｉの像と、内周面３２Ｃで反射して撮像部２２に到達した赤外光Ｉの像とを、撮像する。内周面３２Ｃで反射せずに撮像部２２に到達した赤外光Ｉの像は、光ビーム照射口３２Ｂの外周よりも内側の領域内の像であり、造形箇所（溶融池Ｍやその周囲の積層体Ａ）の像であるといえる。また、内周面３２Ｃで反射して撮像部２２に到達した赤外光Ｉの像は、内周面３２Ｃの像であるといえる。以下、撮像部２２が撮像した画像Ｋのうちの、光ビーム照射口３２Ｂの内側の領域の像が写っている領域を、すなわち造形箇所が写っている領域を、内側領域ＡＲ１とし、内周面３２Ｃの像が写っている領域を、外側領域ＡＲ２とする。

図４から図６は、撮像部が撮像した画像の例を示す模式図である。図４に示すように、画像Ｋは、光ビーム照射口３２Ｂの内側の造形箇所の像が写っている内側領域ＡＲ１と、内周面３２Ｃの像が写っている外側領域ＡＲ２と、を含む。内側領域ＡＲ１は、造形箇所が写っている造形箇所領域ＡＲ１ａと、造形箇所領域ＡＲ１ａの周囲の輝度が低い周囲領域ＡＲ１ｂとを含む。溶融池Ｍを含む造形箇所は高温になっているため、造形箇所が写っている造形箇所領域ＡＲ１ａは、輝度が高くなっている。一方、周囲領域ＡＲ１ｂは、造形箇所の周囲であって温度が低下している箇所が写っているため、造形箇所領域ＡＲ１ａよりも輝度が低くなっている。外側領域ＡＲ２は、内側領域ＡＲ１を囲うように形成されている。外側領域ＡＲ２は、造形箇所からの赤外光Ｉの内周面３２Ｃでの反射光を撮像した領域であるため、周囲領域ＡＲ１ｂよりも輝度が高く、造形箇所領域ＡＲ１ａよりも輝度が低い。

ここで、積層ヘッド１８の端部３０ＡのＺ方向における位置は、距離Ｄ２（ビードＢの高さＤ１）が適正な範囲内にある場合に画像Ｋのピントが適正な範囲内となるように、設定されている。従って、距離Ｄ２が適正な範囲から外れた場合には、撮像部２２が撮像する画像Ｋは、ピントがずれた画像となり、ぼやけた画像となる。図４は、距離Ｄ２が適正な範囲内であるためピントが適正な範囲内となった画像Ｋの例を示している。

一方、図５は、ビードＢの高さＤ１が適正な範囲よりも低くなって、距離Ｄ２が適正な範囲よりも長くなった場合の画像Ｋの例を示している。このような場合、撮像部２２は、造形箇所から離れるため、造形箇所から受光する赤外光Ｉが小さくなり、かつ、造形箇所の像のピントがずれる。そのため、図５の画像Ｋは、図４の画像Ｋと比べて、造形箇所領域ＡＲ１ａの輝度及び面積が小さくなる。

図６は、ビードＢの高さＤ１が適正な範囲よりも高くなって、距離Ｄ２が適正な範囲よりも短くなった場合の画像Ｋの例を示している。このような場合、撮像部２２は、造形箇所に近づくため、造形箇所から受光する赤外光Ｉが大きくなり、かつ、造形箇所の像のピントがずれる。そのため、図６の画像Ｋは、図４の画像Ｋと比べて、造形箇所領域ＡＲ１ａの輝度及び面積が大きくなる。

（距離検出部）
このように、撮像部２２が撮像する画像Ｋは、距離Ｄ２に応じて特徴量が変化する。具体的には、画像Ｋは、距離Ｄ２に応じて、造形箇所領域ＡＲ１ａの輝度や面積が変化する。本実施形態に係る距離検出部６２は、その現象を利用して、画像Ｋに基づき、さらに言えば画像Ｋの輝度に基づき、距離Ｄ２を検出する。以下、具体的に説明する。

図７は、第１実施形態に係る距離検出の例を説明するための模式図である。距離検出部６２は、画像Ｋの画素毎の輝度値を取得して、画像Ｋに対して輝度値に基づく二値化処理を実行する。すなわち、距離検出部６２は、輝度閾値を設定して、輝度値が輝度閾値以上となる画素の輝度を、第１輝度とし、輝度値が輝度閾値以下となる画素の輝度を、第２輝度とする。この場合、二値化処理された画像Ｋである画像Ｋ１は、図７の例に示すようになる。すなわち、画像Ｋ１は、第１輝度の画素で形成される輝度の高い第１領域ＡＲａと、第２輝度の画素で形成される輝度の低い第２領域ＡＲｂとを含む画像となる。第１領域ＡＲａが、造形箇所領域ＡＲ１ａに対応する領域となる。なお、輝度閾値は、任意に設定してよく、例えば、予め設定された固定値としてもよいし、光ビームＬの出力に基づいて設定してもよい。輝度閾値を光ビームＬの出力に基づいて設定する場合、距離検出部６２は、例えば、光ビームＬの出力値が高いほど、輝度閾値を高く設定することが好ましい。

距離検出部６２は、第１領域ＡＲａの面積に基づいて、距離Ｄ２を検出する。面積閾値範囲を設定して、第１領域ＡＲａの面積が、面積閾値範囲より大きいか、面積閾値範囲内か、又は面積閾値範囲より小さいかを判断する。距離検出部６２は、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲の範囲内である場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲内であると判断する（すなわちビードＢの高さＤ１が適正範囲にあると判断する）。距離検出部６２は、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より大きい場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より短いと判断する（すなわちビードＢの高さＤ１が高いと判断する）。距離検出部６２は、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より小さい場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より長いと判断する（すなわちビードＢの高さＤ１が低いと判断する）。なお、ここでの面積閾値範囲は、任意に設定してよく、例えば、予め設定された固定値としてもよいし、光ビームＬの出力に基づいて設定してもよい。面積閾値範囲を光ビームＬの出力に基づいて設定する場合、距離検出部６２は、例えば、光ビームＬの出力値が高いほど、面積閾値範囲を高く設定することが好ましい。

このように、距離検出部６２は、画像Ｋを輝度で二値化処理して、距離Ｄ２を検出するが、画像Ｋに基づく距離Ｄ２の検出方法はこれに限られない。

（フィードバック制御部）
（送り速度の調整）
フィードバック制御部６４は、距離検出部６２による距離Ｄ２の検出結果に基づき、送り速度Ｖを調整する。フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲内にあると判断された場合、送り速度Ｖを変えずに維持する。フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも短いと判断された場合、送り速度Ｖを上昇させる。フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも長いと判断された場合、送り速度Ｖを低下させる。また、フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも短いと判断された場合には、距離Ｄ２が短いほど、すなわちここでは第１領域ＡＲａの面積が大きいほど、送り速度Ｖの上昇量を大きくしてもよい。また、フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも長いと判断された場合には、距離Ｄ２が長いほど、すなわちここでは第１領域ＡＲａの面積が小さいほど、送り速度Ｖの低下量を大きくしてもよい。

図８は、第１実施形態に係る送り速度の制御フローを説明するフローチャートである。図８に示すように、制御装置２６は、積層ヘッド１８を制御して、粉末Ｐを供給させつつ光ビームＬを照射させながら（ステップＳ１０）、撮像部２２に画像Ｋを撮像させる（ステップＳ１２）。制御装置２６は、撮像部２２が撮像した画像Ｋを二値化処理して、画像Ｋを第１領域ＡＲａと第２領域ＡＲｂとに区分して、第１領域ＡＲａの面積を算出する（ステップＳ１４）。制御装置２６は、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より広いかを判断する（ステップＳ１６）。第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より広い場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲より短いと判断して（ステップＳ１８）、送り速度Ｖを上昇させる（ステップＳ２０）。一方、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より広くない場合（ステップＳ１６；Ｎｏ）、すなわち第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲以下である場合、制御装置２６は、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より狭いかを判断する（ステップＳ２２）。第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より狭い場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲より長いと判断して（ステップＳ２４）、送り速度Ｖを低下させる（ステップＳ２６）。第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より狭くない場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、すなわち第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲の範囲内である場合、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲内と判断して（ステップＳ２８）、送り速度Ｖを維持する（ステップＳ３０）。ステップＳ２０、Ｓ２６、又はステップＳ３０を実行した後、処理を終了する場合（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、本処理を終了し、処理を終了しない場合（ステップＳ３２；Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻って処理を続ける。

このように、本実施形態に係る制御装置２６は、画像Ｋから、距離Ｄ２が閾値範囲内であるかを判断して、距離Ｄ２が閾値範囲より小さい場合は、送り速度Ｖを低下させる。距離Ｄ２が閾値範囲より小さい場合は、ビードＢの高さＤ１が不足しているため、制御装置２６は、送り速度Ｖを低下させて単位面積当たりの粉末Ｐの供給量を増加させることで、ビードＢの高さを高くすることが可能となる。一方、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲より長い場合は、送り速度Ｖを上昇させる。距離Ｄ２が閾値範囲より長い場合は、ビードＢの高さＤ１が想定より高いため、制御装置２６は、送り速度Ｖを上昇させて単位面積当たりの粉末Ｐの供給量を減少させることで、ビードＢの高さが高くなりすぎることを抑制することが可能となる。

なお、例えば粉末貯留機構（タンク）から積層ヘッド１８への粉末Ｐの単位時間当たりの供給量を調整することも考えられるが、供給量の調整が反映されるのには時間を要し、迅速なフィードバック制御が難しい。それに対し、本実施形態に係る制御装置２６は、送り速度Ｖを調整することで、粉末Ｐの供給量を迅速に制御して、ビードＢの高さＤ１を調整できる。また、本実施形態に係る制御装置２６は、画像Ｋに基づいて距離Ｄ２を検出するが、画像Ｋに基づいて距離Ｄ２を検出することに限られず、例えば、距離Ｄ２を計測可能なセンサを設けて、そのセンサの検出値から、距離Ｄ２を検出してもよい。この場合のセンサは任意の方式のものが用いられるが、例えば、ＯＣＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈ）センサなどが挙げられる。ただし、本実施形態のように画像Ｋを用いることで、距離Ｄ２を高精度に検出することを可能となるため、好ましい。

（光ビームの出力調整）
フィードバック制御部６４は、画像Ｋに基づいて、光ビームＬの出力を制御する。フィードバック制御部６４は、画像Ｋの輝度値に基づいて、光ビームＬの出力を制御する。ここでの画像Ｋの輝度値とは、例えば、造形箇所領域ＡＲ１ａの輝度値であり、造形箇所領域ＡＲ１ａ内の画素の輝度値の平均値であってよい。フィードバック制御部６４は、画像Ｋの輝度値が所定の輝度閾値範囲内である場合には、光ビームＬの出力を変化させずに維持し、画像Ｋの輝度値が所定の輝度閾値範囲より高い場合には、光ビームＬの出力を低下させ、画像Ｋの輝度値が所定の輝度閾値範囲より低い場合には、光ビームＬの出力を上昇させる。また、フィードバック制御部６４は、画像Ｋの輝度値が所定の輝度閾値範囲より高い場合、画像Ｋの輝度値が高いほど、光ビームＬの出力の低下量を大きくしてもよい。また、フィードバック制御部６４は、画像Ｋの輝度値が所定の輝度閾値範囲より低い場合、画像Ｋの輝度値が低いほど、光ビームＬの出力の上昇量を大きくしてもよい。なお、ここでの輝度閾値範囲は、任意に設定してよく、例えば、予め設定された固定値としてもよいし、距離Ｄ２に基づいて設定してもよい。輝度閾値範囲を距離Ｄ２に基づいて設定する場合、距離検出部６２は、例えば、距離Ｄ２が短いほど、輝度閾値範囲を高く設定することが好ましい。

図９は、光ビームの出力の制御フローを説明するフローチャートである。図９に示すように、制御装置２６は、積層ヘッド１８を制御して、粉末Ｐを供給させつつ光ビームＬを照射させながら（ステップＳ１０）、撮像部２２に画像Ｋを撮像させる（ステップＳ１２）。制御装置２６は、撮像部２２が撮像した画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より高いかを判断する（ステップＳ４０）。画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より高い場合（ステップＳ４０；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、光ビームＬの出力を低下させる（ステップＳ４２）。一方、画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より高くない場合（ステップＳ４０；Ｎｏ）、すなわち画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲以下である場合、制御装置２６は、画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より低いかを判断する（ステップＳ４４）。画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より低い場合（ステップＳ４４；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、光ビームＬの出力を増加させる（ステップＳ４６）。画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より低くない場合（ステップＳ４４；Ｎｏ）、すなわち画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲内である場合、制御装置２６は、光ビームＬの出力を維持する（ステップＳ４８）。ステップＳ４２、Ｓ４６、又はステップＳ４８を実行した後、処理を終了する場合（ステップＳ５０；Ｙｅｓ）、本処理を終了し、処理を終了しない場合（ステップＳ５０；Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻って処理を続ける。

このように、本実施形態に係る制御装置２６は、画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より小さい場合は、光ビームＬの出力を上昇させる。画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より小さい場合は、粉末Ｐの溶融が適切に行われていないため、光ビームＬの出力を上げて溶融を適切に行わせることで、ビードＢの高さを高くすることが可能となる。一方、制御装置２６は、画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より高い場合は、光ビームＬの出力を低下させる。画像Ｋの輝度が輝度閾値範囲より高い場合は、粉末Ｐの溶融が進みすぎているため、光ビームＬの出力を下げて溶融を適切に行わせることで、ビードＢの高さが高くなりすぎることを抑制することが可能となる。ただし、光ビームＬの出力制御は必須ではなく、少なくとも送り速度Ｖの制御を行うことで、ビードＢの高さを適切に保って造形精度を向上できる。

図１０は、比較例に係る時間毎の送り速度と光ビームの出力との変化の例を示すグラフであり、図１１は、本実施形態に係る時間毎の送り速度と光ビームの出力との変化の例を示すグラフである。比較例では、光ビームＬの出力の制御を行っているが、送り速度Ｖの制御を実行せずに一定に保っている。本実施形態では、光ビームＬの出力の制御と送り速度Ｖの制御との両方を行っている。図１０の線分Ｓ１Ｘは、比較例における時間毎の送り速度Ｖを示しており、線分Ｓ２Ｘは、比較例における時間毎の光ビームＬの出力を示している。図１１の線分Ｓ１は、本実施形態における時間毎の送り速度Ｖを示しており、線分Ｓ２は、本実施形態における時間毎の光ビームＬの出力を示している。

図１０に示すように光ビームＬの出力を調整することで、ビードＢの高さＤ１をある程度適切に調整することができるが、図１１に示すように送り速度Ｖの制御も実行することにより、ビードＢの高さＤ１をより適切に調整して、造形精度を向上させることができる。さらに言えば、図１１のように送り速度Ｖの制御も実行することにより、光ビームＬの出力を制御している際にも、光ビームＬの出力が低下することを抑制することも可能となる。なお、光ビームＬの出力を調整せずに送り速度Ｖを制御した場合にも、光ビームＬの出力を調整するよりも、ビードＢの高さＤ１をより適切に調整できる。ただし、送り速度Ｖと光ビームＬの出力との両方を調整することにより、ビードＢの高さＤ１をより適切に保ち、かつ、ビードＢの幅も適切に保つことが可能となる。

（造形の停止判断）
また、フィードバック制御部６４は、画像Ｋに基づいて、造形箇所の温度を検出する。フィードバック制御部６４は、画像Ｋの輝度から、造形箇所の温度を検出する。例えば、フィードバック制御部６４は、画像Ｋの輝度が高いほど、造形箇所の温度が高いと判断する。フィードバック制御部６４は、造形箇所の温度の検出結果に基づいて、造形を続行するか停止するかを判断する。フィードバック制御部６４は、造形箇所の温度が所定の閾値温度以下である場合には、造形を、すなわち光ビームＬの照射、粉末Ｐの噴射、及び送り方向Ｄへの送りを、継続する。一方、フィードバック制御部６４は、造形箇所の温度が所定の閾値温度より高い場合には、造形を、すなわち光ビームＬの照射、粉末Ｐの噴射、及び送り方向Ｄへの送りを、停止する。その後、造形箇所の温度が所定の閾値温度以下に下がった場合には、フィードバック制御部６４は、造形を再開させる。

（造形の停止判断フロー）
図１２は、造形の停止判断フローを説明するフローチャートである。図１２に示すように、制御装置２６は、積層ヘッド１８を制御して、粉末Ｐを供給させつつ光ビームＬを照射させて（ステップＳ１０）、撮像部２２が撮像した画像Ｋの輝度から、造形箇所の温度を検出する（ステップＳ６０）。制御装置２６は、造形箇所の温度が閾値温度より高いかを判断し（ステップＳ６２）、造形箇所の温度が閾値温度より高い場合（ステップＳ６２；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、造形を停止させる（ステップＳ６４）。制御装置２６は、撮像部２２による撮像と造形箇所の温度検出とを継続して、造形箇所の温度が閾値温度以下まで低下した場合（ステップＳ６６；Ｙｅｓ）、造形を再開させる（ステップＳ６８）。一方、造形箇所の温度が閾値温度以下まで低下しない場合（ステップＳ６６；Ｎｏ）、すなわち造形箇所の温度が閾値温度以上である場合、ステップＳ６４に戻り造形の停止を続ける。また、造形箇所の温度が閾値温度より高くない場合（ステップＳ６２；Ｎｏ）、制御装置２６は、造形を続行させる（ステップＳ７０）。その後、処理を終了する場合（ステップＳ７２；Ｙｅｓ）、本処理を終了し、処理を終了しない場合（ステップＳ７２；Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻って処理を続ける。

このように、本実施形態に係る制御装置２６は、造形箇所の温度も監視することで、造形精度を適切に高くすることができる。さらにいえば制御装置２６は、送り速度Ｖや光ビームＬの出力を調整するため、送り速度Ｖが低くなったり光ビームＬの出力が高くなったりした場合に備えて、このように造形箇所の温度に基づき造形停止の判断を行うことが有効となる。ただし、造形箇所の温度に基づいたこの制御は必須ではない。

（本実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態に係る三次元積層装置１は、三次元積層装置１は、粉末が噴射される後述の粉末噴射口３４Ｂと積層体Ａとの位置関係を移動させつつ、積層体Ａを造形するための粉末Ｐを供給して、積層体Ａを造形する。三次元積層装置１は、噴射口（粉末噴射口３４Ｂ）から積層体Ａに向けて粉末Ｐを供給する粉末供給部（本実施形態では積層ヘッド１８）と、粉末Ｐに光ビームＬを照射して粉末Ｐを溶融固化させて積層体Ａを造形する光照射部（本実施形態では積層ヘッド１８）と、積層体Ａを造形している造形箇所の画像Ｋを撮像する撮像部２２と、画像Ｋに基づき、造形箇所から粉末供給部までの距離Ｄ２を検出する距離検出部６２と、距離Ｄ２の検出結果に基づいて、積層体Ａに対する粉末供給部の移動速度（送り速度Ｖ）を調整するフィードバック制御部６４と、を含む。本実施形態に係る三次元積層装置１は、距離Ｄ２を検出することで、ビードＢの高さＤ１を推定して、距離Ｄ２の検出結果から送り速度Ｖを調整することで、ビードＢの高さＤ１を適切に保って、造形精度を適切に向上させることができる。また、画像Ｋから距離Ｄ２を検出するため、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度をより適切に向上させることができる。また、送り速度Ｖを調整することで、迅速なフィードバック制御が可能となる。

また、フィードバック制御部６４は、距離Ｄ２の検出結果に基づいて、積層体Ａの積層方向（Ｚ方向）に直交する方向（送り方向Ｄ）における移動速度を調整する。本実施形態に係る三次元積層装置１は、送り方向Ｄの送り速度Ｖを調整することで、ビードＢの高さＤ１を適切に保って、造形精度を適切に向上させることができる。

また、フィードバック制御部６４は、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より長い場合には、移動速度（送り速度Ｖ）を低下させて、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より短い場合には、移動速度（送り速度Ｖ）を上昇させる。本実施形態に係る三次元積層装置１は、このように送り速度Ｖを調整することで、ビードＢの高さＤ１を適切に保って、造形精度を適切に向上させることができる。

また、距離検出部６２は、画像Ｋの、溶融した粉末Ｐで形成される溶融池Ｍが写っている領域（造形箇所領域ＡＲ１ａ）の面積に基づいて、距離Ｄ２を検出する。本実施形態に係る三次元積層装置１は、このようにして距離Ｄ２を検出することで、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度をより適切に向上させることができる。

また、距離検出部６２は、画像Ｋに対して輝度に基づく二値化処理を実行することで、画像Ｋを、輝度が高い第１領域ＡＲａと、第１領域ＡＲａよりも輝度が低い第２領域ＡＲｂとに区分して、第１領域ＡＲａの面積に基づいて、距離Ｄ２を検出する。本実施形態に係る三次元積層装置１は、このようにして距離Ｄ２を検出することで、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度をより適切に向上させることができる。

また、距離検出部６２は、第１領域ＡＲａの面積が所定の面積閾値範囲より狭い場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より長いと判断し、第１領域ＡＲａの面積が面積閾値範囲より広い場合には、距離Ｄ２が前記所定の閾値範囲より短いと判断する。フィードバック制御部６４は、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より長い場合には、移動速度（送り速度Ｖ）を低下させて、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より短い場合には、移動速度（送り速度Ｖ）を上昇させる。本実施形態に係る三次元積層装置１は、このようにして距離Ｄ２を検出することで、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度をより適切に向上させることができる。

また、フィードバック制御部６４は、画像Ｋに基づき、光ビームＬの出力を調整する。本実施形態に係る三次元積層装置１は、送り速度Ｖに加えて光ビームＬの出力も調整することで、造形精度をより適切に向上させることができる。

また、本実施形態に係る制御方法は、粉末Ｐを供給する粉末供給部（本実施形態では積層ヘッド１８）と、粉末Ｐに光ビームＬを照射して粉末Ｐを溶融固化させて積層体Ａを形成する光照射部（本実施形態では積層ヘッド１８）とを備える三次元積層装置１を制御する。本制御方法は、積層体Ａを造形している造形箇所の画像Ｋを撮像するステップと、画像Ｋに基づき、造形箇所から粉末供給部までの距離Ｄ２を検出するステップと、距離Ｄ２に基づいて、積層体Ａに対する粉末供給部の移動速度（送り速度Ｖ）を調整するステップと、を含む。本制御方法によると、造形精度を適切に向上させることができる。

また、本実施形態に係るプログラムは、粉末Ｐを供給する粉末供給部（本実施形態では積層ヘッド１８）と、粉末Ｐに光ビームＬを照射して粉末Ｐを溶融固化させて積層体Ａを形成する光照射部（本実施形態では積層ヘッド１８）とを備える三次元積層装置１を制御する制御方法をコンピュータに実行させる。本プログラムは、積層体Ａを造形している造形箇所の画像Ｋを撮像するステップと、画像Ｋに基づき、造形箇所から粉末供給部までの距離Ｄ２を検出するステップと、距離Ｄ２に基づいて、積層体Ａに対する粉末供給部の移動速度（送り速度Ｖ）を調整するステップと、を、コンピュータに実行させる。本プログラムによると、造形精度を適切に向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態においては、画像Ｋに基づいた距離Ｄ２の検出方法が第１実施形態とは異なる。第２実施形態において、第１実施形態と構成が共通する箇所は、説明を省略する。

第１実施形態で説明したように、撮像部２２が撮像する画像Ｋは、光ビーム照射口３２Ｂの内側の造形箇所の像が写っている内側領域ＡＲ１と、内周面３２Ｃの像が写っている外側領域ＡＲ２と、を含む（図４参照）。外側領域ＡＲ２は、内周面３２Ｃで反射された赤外光Ｉの像である。そのため、距離Ｄ２が長くなると、撮像部２２が受光する内周面３２Ｃで反射された赤外光Ｉの強度が下がるため、外側領域ＡＲ２の輝度が下がり、距離Ｄ２が短くなると、撮像部２２が受光する赤外光Ｉの強度が上がるため、外側領域ＡＲ２の輝度が上がる。第２実施形態に係る制御装置２６の距離検出部６２は、この現象を利用し、内側領域ＡＲ１と外側領域ＡＲ２とに基づき、さらに言えば、内側領域ＡＲ１の輝度と外側領域ＡＲ２の輝度とに基づき、距離Ｄ２を検出する。なお、内側領域ＡＲ１の輝度は、内側領域ＡＲ１の全体の輝度でもよいし、造形箇所を含んだ造形箇所領域ＡＲ１ａの輝度であってもよい。また、内側領域ＡＲ１の輝度は、内側領域ＡＲ１の全体や造形箇所領域ＡＲ１ａの画素毎の輝度の平均値でもよいし、画素毎の輝度の最大値でもよい。すなわち、内側領域ＡＲ１の輝度は、造形箇所領域ＡＲ１ａ（造形箇所）の輝度に基づく値であればよい。また、外側領域ＡＲ２の輝度も、外側領域ＡＲ２の画素毎の輝度の平均値でもよいし、画素毎の輝度の最大値でもよい。すなわち、外側領域ＡＲ２の輝度は、外側領域ＡＲ２（内周面３２Ｃ）の輝度に基づく値であればよい。

より詳しくは、距離検出部６２は、造形箇所が写っている内側領域ＡＲ１の輝度と、前記ノズル内周面が写っている外側領域ＡＲ２の輝度との比率に基づき、距離Ｄ２を検出する。距離検出部６２は、内側領域ＡＲ１の輝度に対する外側領域ＡＲ２の輝度の比率である輝度比率を算出して、輝度比率に基づいて、距離Ｄ２を検出する。距離検出部６２は、輝度比率が、比率閾値範囲より大きいか、比率閾値範囲内か、又は比率閾値範囲より小さいかを判断する。距離検出部６２は、輝度比率が比率閾値範囲の範囲内である場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲内であると判断する（すなわちビードＢの高さＤ１が適正範囲にあると判断する）。距離検出部６２は、輝度比率が比率閾値範囲より大きい場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より短いと判断する（すなわちビードＢの高さＤ１が高いと判断する）。距離検出部６２は、輝度比率が比率閾値範囲より小さい場合には、距離Ｄ２が所定の閾値範囲より長いと判断する（すなわちビードＢの高さＤ１が低いと判断する）。なお、ここでの比率閾値範囲は、任意に設定してよく、例えば、予め設定された固定値としてもよい。

フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲内にあると判断された場合、送り速度Ｖを変えずに維持する。フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも短いと判断された場合、送り速度Ｖを上昇させる。フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも長いと判断された場合、送り速度Ｖを低下させる。また、フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも短いと判断された場合には、距離Ｄ２が短いほど、すなわちここでは輝度比率が大きいほど、送り速度Ｖの上昇量を大きくしてもよい。また、フィードバック制御部６４は、距離検出部６２によって距離Ｄ２が所定の閾値範囲よりも長いと判断された場合には、距離Ｄ２が長いほど、すなわちここでは輝度比率が小さいほど、送り速度Ｖの低下量を大きくしてもよい。

第２実施形態においては、このように、内側領域ＡＲ１の輝度に対する外側領域ＡＲ２の輝度比率から、距離Ｄ２を検出するため、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度を適切に向上させることができる。さらに、外側領域ＡＲ２の輝度は光ビームＬの出力にも依存するため、外側領域ＡＲ２の輝度だけでは距離Ｄ２を適切に検出できなくなる可能性があるが、本実施形態では、光ビームＬの出力に依存する内側領域ＡＲ１の輝度も用いているため、光ビームＬの出力の影響を小さくして、距離Ｄ２の検出精度を高くすることができる。

図１３は、第２実施形態に係る送り速度の制御フローを説明するフローチャートである。図１３に示すように、制御装置２６は、積層ヘッド１８を制御して、粉末Ｐを供給させつつ光ビームＬを照射させながら（ステップＳ１０）、撮像部２２に画像Ｋを撮像させる（ステップＳ１２）。制御装置２６は、画像Ｋの内側領域ＡＲ１の輝度に対する外側領域ＡＲ２の輝度の比率である輝度比率が、比率閾値範囲より高いかを判断する（ステップＳ１６ａ）。輝度比率が比率閾値範囲より高い場合（ステップＳ１６ａ；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲より短いと判断して（ステップＳ１８）、送り速度Ｖを上昇させる（ステップＳ２０）。一方、輝度比率が比率閾値範囲より高くない場合（ステップＳ１６ａ；Ｎｏ）、すなわち輝度比率が比率閾値範囲以下である場合、制御装置２６は、輝度比率が比率閾値範囲より低いかを判断する（ステップＳ２２ａ）。輝度比率が比率閾値範囲より低い場合（ステップＳ２２ａ；Ｙｅｓ）、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲より長いと判断して（ステップＳ２４）、送り速度Ｖを低下させる（ステップＳ２６）。輝度比率が比率閾値範囲より低くない場合（ステップＳ２２ａ；Ｎｏ）、すなわち輝度比率が比率閾値範囲内である場合、制御装置２６は、距離Ｄ２が閾値範囲内と判断して（ステップＳ２８）、送り速度Ｖを維持する（ステップＳ３０）。ステップＳ２０、Ｓ２６、又はステップＳ３０を実行した後、処理を終了する場合（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、本処理を終了し、処理を終了しない場合（ステップＳ３２；Ｎｏ）、ステップＳ１０に戻って処理を続ける。

以上説明したように、光照射部（本実施形態では積層ヘッド１８）は、光ビームＬが出射される光ビーム照射口３２Ｂが形成される管（内管３２）を備える。撮像部２２は、造形箇所と、管の光ビーム照射口３２Ｂの周囲の内周面３２Ｃとが含まれた画像Ｋを撮像する。距離検出部６２は、画像Ｋの、造形箇所が写っている領域（内側領域ＡＲ１）と内周面３２Ｃが写っている領域（外側領域ＡＲ２）とに基づき、距離Ｄ２を検出する。本実施形態に係る三次元積層装置１によると、内側領域ＡＲ１と外側領域ＡＲ２とに基づき距離Ｄ２を検出するため、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度を適切に向上できる。

また、距離検出部６２は、画像Ｋの、造形箇所が写っている領域（内側領域ＡＲ１）の輝度と内周面３２Ｃが写っている領域（外側領域ＡＲ２）の輝度との比率に基づき、距離Ｄ２を検出する。本実施形態に係る三次元積層装置１によると、内側領域ＡＲ１の輝度と外側領域ＡＲ２の輝度との比率に基づき距離Ｄ２を検出するため、距離Ｄ２の検出精度を高くして、造形精度を適切に向上できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 三次元積層装置
１８ 積層ヘッド（粉末供給部、光照射部）
２２ 撮像部
２６ 制御装置
６０ 画像取得部
６２ 距離検出部
６４ フィードバック制御部
Ａ 積層体
Ｂ ビード
Ｋ 画像
Ｖ 送り速度（移動速度）

Claims (11)

1. 積層体を造形するための粉末を、該粉末が噴射される噴射口と該積層体との位置関係を移動させつつ供給して、前記積層体を造形する三次元積層装置であって、
   粉末を前記噴射口から前記積層体に向けて供給する粉末供給部と、
   前記粉末に光ビームを照射して前記粉末を溶融固化させて積層体を造形する光照射部と、
   前記積層体を造形している造形箇所の画像を撮像する撮像部と、
   前記画像に基づき、前記造形箇所から前記粉末供給部までの距離を検出する距離検出部と、
   前記距離の検出結果に基づいて、前記積層体に対する前記粉末供給部の移動速度を調整するフィードバック制御部と、
   を含む、三次元積層装置。
2. 前記フィードバック制御部は、前記距離の検出結果に基づいて、前記積層体の積層方向に直交する方向における前記移動速度を調整する、請求項１に記載の三次元積層装置。
3. 前記フィードバック制御部は、前記距離が所定の閾値範囲より長い場合には、前記移動速度を低下させて、前記距離が前記所定の閾値範囲より短い場合には、前記移動速度を上昇させる、請求項２に記載の三次元積層装置。
4. 前記距離検出部は、前記画像の、溶融した前記粉末で形成される溶融池が写っている領域の面積に基づいて、前記距離を検出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元積層装置。
5. 前記距離検出部は、前記画像に対して輝度に基づく二値化処理を実行することで、前記画像を、輝度が高い第１領域と、前記第１領域よりも輝度が低い第２領域とに区分して、前記第１領域の面積に基づいて、前記距離を検出する、請求項４に記載の三次元積層装置。
6. 前記距離検出部は、前記第１領域の面積が所定の面積閾値範囲より狭い場合には、前記距離が所定の閾値範囲より長いと判断し、前記第１領域の面積が前記面積閾値範囲より広い場合には、前記距離が前記所定の閾値範囲より短いと判断し、
   前記フィードバック制御部は、前記距離が所定の閾値範囲より長い場合には、前記移動速度を低下させて、前記距離が前記所定の閾値範囲より短い場合には、前記移動速度を上昇させる、請求項５に記載の三次元積層装置。
7. 前記光照射部は、前記光ビームが出射される光ビーム照射口が形成される管を備え、
   前記撮像部は、前記造形箇所と、前記管の前記光ビーム照射口の周囲の内周面とが含まれた前記画像を撮像し、
   前記距離検出部は、前記画像の、前記造形箇所が写っている領域と前記内周面が写っている領域とに基づき、前記距離を検出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の三次元積層装置。
8. 前記距離検出部は、前記画像の、前記造形箇所が写っている領域の輝度と、前記内周面が写っている領域の輝度との比率に基づき、前記距離を検出する、請求項７に記載の三次元積層装置。
9. 前記フィードバック制御部は、前記画像に基づき、前記光ビームの出力を調整する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の三次元積層装置。
10. 粉末を供給する粉末供給部と、前記粉末に光ビームを照射して前記粉末を溶融固化させて積層体を形成する光照射部とを備える三次元積層装置を制御する制御方法であって、
    前記積層体を造形している造形箇所の画像を撮像するステップと、
    前記画像に基づき、前記造形箇所から前記粉末供給部までの距離を検出するステップと、
    前記距離に基づいて、前記積層体に対する前記粉末供給部の移動速度を調整するステップと、
    を含む、制御方法。
11. 粉末を供給する粉末供給部と、前記粉末に光ビームを照射して前記粉末を溶融固化させて積層体を形成する光照射部とを備える三次元積層装置を制御する制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
    前記積層体を造形している造形箇所の画像を撮像するステップと、
    前記画像に基づき、前記造形箇所から前記粉末供給部までの距離を検出するステップと、
    前記距離に基づいて、前記積層体に対する前記粉末供給部の移動速度を調整するステップと、
    をコンピュータに実行させる、プログラム。

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