JP2021169206A - 積層造形材料内の不純物の検出のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】積層造形材料内の不純物の検出のための方法及びシステムを提供する。【解決手段】積層造形材料内の不純物の検出のための例示的な方法が、光源によって積層造形材料のサンプルを光で照らすこと、積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、カメラにサンプルの画像を取得させること、及び、画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定することを含む。積層造形材料内の不純物の検出のための例示的なシステムが、積層造形材料のサンプルを光で照らすための光源、積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、サンプルの画像データを取得するカメラ、及び、画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定するための、メモリ内に記憶された指示命令を実行するように構成された１以上のプロセッサを有する計算デバイスを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、広くは、積層造形材料内の不純物の検出のための方法及びシステムに関し、特に、積層造形材料のサンプルの画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定することに関する。

積層造形（AM）法において使用される粉末の品質は、そこから構築される部品の品質に影響を与え得る。粒子の寸法因子（size factor）は、ビルドボックス（build box）内の各粉末層の流動性及び厚さに影響を与える。高性能の用途では、粉末内に存在し得る微粒子状汚染物質の種類、数、及び寸法などの更なる要因を特定することが重要であり得る。汚染物質は、粉末の製造、取り扱い（handling）中に、又は構築工程それ自体の最中に導入され得る。汚染物質が粉末の中に組み込まれると、粉末のバッチ内に含まれた汚染物資は、部品の中に導入される可能性があり、その汚染物質は、応力集中の原因として作用する離散した粒子状物質又は融合しないインターフェースとして残り得る。

汚染物質の存在は、疲労破壊の可能性を高めることによって部品の寿命を低減させ得る。

現在、作業人員が、顕微鏡を使用して、積層造形粉末サンプルの異物デブリ（FOD）又は汚染物質を調べている。作業人員は、粉末サンプル内のFODの定量的な数を特定するための判断手法を使用する。この手動の工程は、時間がかかり、退屈であり、積層造形粉末サンプル内のFODの量を過小評価する傾向がある。

一実施例では、積層造形材料内の不純物の検出のための方法が説明される。該方法は、光源によって積層造形材料のサンプルを光で照らすこと、積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、カメラにサンプルの画像データを取得させること、及び、画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定することを含む。

別の一実施例では、積層造形材料内の不純物の検出のためのシステムが説明される。該システムは、積層造形材料のサンプルを光で照らすための光源、積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、サンプルの画像データを取得するためのカメラ、及び、画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定するための、メモリ内に記憶された指示命令を実行するように構成された１以上のプロセッサを有する計算デバイスを含む。

更に別の一実施例では、積層造形材料内の不純物の検出のための積層造形システムが説明される。該システムは、積層造形材料の供給量を消費して部品を製造するための積層造形マシン、部品の製造の後で積層造形材料の供給量からの残りの積層造形材料を保存するためのコレクタビン（collector bin）、残りの積層造形材料のサンプルを光で照らすための光源、残りの積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、サンプルの画像データを取得するためのカメラ、及び、画像データを処理して、残りの積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定するための、メモリ内に記憶された指示命令を実行するように構成された１以上のプロセッサを有する計算デバイスを含む。

説明されてきた特徴、機能、及び利点は、様々な実施例において独立して実現可能であるか、又は更に他の実施例において組み合わせ可能である。実施例の更なる詳細は、下記の説明及び図面を参照することによって理解することができる。

実施例の特性と考えられる新規の特徴は、付随する特許請求の範囲に明記される。しかし、例示的な実施例、並びに好ましい使用モード、更なる目的、及びそれらの説明は、添付図面を参照して、本開示の例示的な実施例についての以下の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるだろう。

例示的な一実施態様による、積層造形材料内の不純物の検出のためのシステムを示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルのカメラによって取得された画像データに基づく概念的な画像を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルのカメラによって取得された画像データに基づく別の概念的な画像を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルのカメラによって取得された画像データに基づく別の概念的な画像を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルのカメラによって取得された画像データに基づく別の概念的な画像を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルのカメラによって取得された画像データに基づく別の概念的な画像を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルのカメラによって取得された画像データに基づく別の概念的な画像を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルをUV光で照らしながらカメラによって取得された画像の別の一例を示す。 例示的な一実施態様による、図８の画像に適用された画像処理技法の出力を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料のサンプルをUV光で照らしながらカメラによって取得された画像の別の一例を示す。 例示的な一実施態様による、図１０の画像に適用された画像処理技法の出力を示す。 例示的な一実施態様による、例示的な画像マスクを示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料内の不純物の検出のための積層造形システムの一実施例を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形マシンの一実施例を示す。 例示的な一実施態様による、積層造形材料内の不純物の検出のための方法の一実施例のフローチャートを示す。

本明細書ではこれより、添付図面を参照しつつ開示されている例についてより網羅的に説明するが、添付図面に示しているのは開示されている例の一部であって、全てではない。実際には、幾つかの異なる実施例が提供される場合があり、これらの実施例は、本明細書に明記されている実施例に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示内容が包括的で完全であるように、且つ、本開示の範囲が当業者に十分に伝わるように説明されている。

実施例の範囲内で、積層造形材料内の不純物の検出のための方法が説明される。該方法は、光源によって積層造形材料のサンプルを光で照らすこと、及び、積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、カメラにサンプルの画像データを取得させることを含む。その後に、方法は、画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定することを含む。

本明細書で説明される方法を使用することによって、コンピュータビジョン・画像データ処理技法を介して、積層造形材料内の不純物及び／又は異物デブリなどの汚染の自動的な検出が可能になる。様々な波長の光を利用して、積層造形材料のサンプルを照らし、処理のために積層造形材料の高解像度画像が取得され得る。

本明細書で説明される例示的な方法及びシステムは、作業人員が、積層造形粉末の汚染又は異物デブリを調べる必要性を除去し、異物デブリのより正確な特定及び定量化を可能にし得る。積層造形材料のサンプル内の異物デブリの量は、仕上げられた積層造形された部品の品質及び機械的特性（例えば、疲労寿命及び引張強度）に影響を与える。したがって、汚染の量の特定は、積層造形材料を取り替えるかどうかの判断において有用であり得る。

積層造形材料内の不純物の検出のための例示的な方法は、例えば、積層造形システム内で使用され得る。例示的な積層造形システムは、積層造形材料の供給量を消費して部品を製造するための積層造形マシン、部品の製造の後で積層造形材料の供給量からの残りの積層造形材料を保存するためのコレクタビン、残りの積層造形材料のサンプルを光で照らすための光源、残りの積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、サンプルの画像データを取得するためのカメラ、及び、画像データを処理して、残りの積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定するための、メモリ内に記憶された指示命令を実行するように構成された１以上のプロセッサを有する計算デバイスを含む。残りの積層造形材料のサンプル内の不純物の量が閾値を超えたときに、例えば、更に部品を製造するために、残りの積層造形材料の少なくとも部分が取り替えられる。

次に図面を参照すると、図１は、例示的な一実施態様による、積層造形材料内の不純物の検出のためのシステム１００を示している。システム１００は、積層造形材料１０６のサンプル１０４を光１０７で照らすための光源１０２、積層造形材料１０６のサンプル１０４を光１０７で照らしながら、サンプル１０４の画像データ１０９を取得するためのカメラ１０８、及び、画像データ１０９を処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定するための、メモリ１１６内に記憶された指示命令１１４を実行するように構成された１以上のプロセッサ１１２を有する計算デバイス１１０を含む。

光源１０２及びカメラ１０８は、計算デバイス１１０と通信可能に結合されている。例えば、光源１０２及びカメラ１０８は、有線又は無線で計算デバイス１１０と通じていてよい。計算デバイス１１０は、光源１０２及びカメラ１０８に指示命令を送り、それらの動作を制御し、光源１０２及びカメラ１０８は、計算デバイス１１０に出力を提供し得る。

光源１０２は、サンプル１０４を、紫外線（UV）スペクトル内の波長を有する光で照らすためのUV光源を含み得る。一実施例として、光源１０２は、サンプル１０４を、約１００ナノメートル（nm）から約５００nmの間の波長を有する光で照らすことができる。

実施例の範囲内で、システム１００は、別の光源１１８を含むこともできる。この構成では、光源１０２が、積層造形材料１０６のサンプル１０４を第１の波長の光で照らす第１の光源であると考えられてよく、光源１１８は、積層造形材料１０６のサンプル１０４を第２の波長の光で照らすための第２の光源と考えられ得る。例えば、第１の波長は１００nmであってよく、第２の波長は３８５nmであってよい。

積層造形材料１０６は、容器内に含まれてよく、例えば、ポリマー（例えば、ポリカーボネート、ナイロン、エポキシ樹脂）、セラミック（シリカ又はガラス）、及び金属（スチール、チタン合金、アルミニウム合金など）などの多くの種類の材料を含み得る。積層造形材料１０６は、同様に、粉末、液体、又はそれらの組み合わせなどの多くの形態を採り得る。

積層造形材料１０６のサンプル１０４は、例えば、積層造形材料１０６の上層であってよい。したがって、光源１０２は上層を照らし、カメラ１０８はサンプル１０４の画像データを取得する。光源１０２及びカメラ１０８は、サンプル１０４を照らし、画像データを取得するように取り付けられてよく、したがって、光源１０２及びカメラ１０８は、積層造形材料１０６の容器を覆うように取り付けられ得る。

カメラ１０８は、画像を捕捉するための高解像度カメラであってよい。一実施例では、カメラ１０８が、ピクセル又はボクセルを含む画像データを取得する（又はさもなければ画像データを収集し若しくは得る）。カメラ１０８（又は計算デバイス１１０）は、次いで、取得された画像データに基づいて画像を生成し又は生み出し得る。例えば、次いで、サンプル１０４の描写が、画像内に含まれる。

計算デバイス１１０は、カメラ１０８から画像データを受け取り、画像データを処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定する。上述された機能を実行するために、計算デバイス１１０は、通信インターフェース１２０、出力インターフェース１２２を含み、計算デバイス１１０の各構成要素が、通信バス１２４に接続される。計算デバイス１１０は、計算デバイス１１０内での通信、及び計算デバイス１１０と他のデバイス（図示せず）との間の通信を可能にするハードウェアも含み得る。ハードウェアは、例えば、送信機、受信器、及びアンテナを含んでよい。

通信インターフェース１２０は、１以上のネットワーク若しくは１以上の遠隔デバイスとの短距離通信及び長距離通信の両方を可能にする、無線インターフェース及び／又は１以上の有線インターフェースであってよい。そのような無線インターフェースは、Bluetooth、WiFi（例えば、米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）802.11プロトコル）、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ）、移動体通信、近距離無線通信（NFC）、及び／又は他の無線通信プロトコルなどの１以上の無線通信プロトコルの下で通信を提供し得る。そのような有線インターフェースは、イーサネットインターフェース、ユニバーサルシリアルバス（USB）インターフェース、又は導線、ツイストペア線、同軸ケーブル、光リンク、光ファイバーリンク、若しくは有線ネットワークとの他の物理的接続を介して通信する同様なインターフェースを含み得る。したがって、通信インターフェース１２０は、１以上のデバイスから入力データを受け取るように設定されてよく、他のデバイスに出力データを送るようにも設定されてよい。

メモリ１１６は、１以上のプロセッサ１１２によって読まれ又はアクセスされ得る１以上のコンピュータ可読記憶媒体などの、非一過性のコンピュータ可読媒体の形態を採り得る。コンピュータ可読記憶媒体は、１以上のプロセッサ１１２と全体的又は部分的に統合され得る、揮発性及び／又は不揮発性のストレージ構成要素（光メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、若しくはその他のメモリ、又はディスクストレージなど）を含み得る。メモリ１１６は、したがって、非一過性のコンピュータ可読媒体であると考えられ得る。幾つかの実施例では、メモリ１１６が、単一の物理デバイス（例えば、１つの光学メモリ、磁気メモリ、有機メモリ、若しくはその他のメモリ、又はディスクストレージユニット）を使用して実装され得るが、他の実施例では、メモリ１１６が、２つ以上の物理デバイスを使用して実装されてよい。

したがって、メモリ１１６は、コンピュータ可読媒体であり、指示命令１１４がその内部に記憶される。指示命令１１４は、コンピュータ実行可能コードを含む。

１以上のプロセッサ１１２は、汎用プロセッサ又は専用プロセッサ（例えば、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路など）であってよい。１以上のプロセッサ１１２は、通信インターフェース１２０から入力を受け取り、それらを処理して、メモリ１１６内に記憶される出力を生成し得る。１以上のプロセッサ１１２は、指示命令１１４であって、メモリ１１６内に記憶され、本明細書で説明される計算デバイス１１０の機能を提供するように実行可能な指示命令１１４（例えば、コンピュータ可読プログラム指示命令）を実行するように構成されてよい。

出力インターフェース１２２は、報告又は記憶のための情報を出力し、したがって、出力インターフェース１２２は、通信インターフェース１２０と同様であってよく、無線インターフェース（例えば送信機）又は有線インターフェースであってもよい。

計算デバイス１１０及び／又はプロセッサ１１２は、残りの積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量をディスプレイ１２６に表示するデータを出力することができる。

実施例の範囲内で、動作中、指示命令１１４が計算デバイス１１０の１以上のプロセッサ１１２によって実行されたときに、１以上のプロセッサ１１２は、カメラ１０８から画像データを受け取り、画像データを処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定するための機能を実行するようになっている。指示命令１１４は、訓練画像を使用して教師あり学習（supervised learning）によって構築された学習モデル１１５を更に含んでよい。学習モデル１１５は、以下で説明されるように、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を自動的に処理・特定するように実行可能である。

図２〜図７は、例示的な一実施態様による、積層造形材料１０６のサンプル１０４のカメラによって取得された画像データに基づく概念的な画像を示している。図２〜図７で示されている画像は概念的であり、積層造形材料１０６は例示目的でのみ不純物が追加されている。したがって、図２〜図７の画像は、人工的に修正された積層造形材料を示している。図２〜図７で示されている画像のそれぞれは、積層造形材料１０６の同じサンプル１０４を表しており、サンプル１０４は、各画像において異なる波長の光を使用して照らされている。

図２では、積層造形材料１０６のサンプル１０４をUV光で照らしながら、カメラ１０８によって取得された第１の画像が示されている。画像内の暗いエリアは、不純物を含まない積層造形材料を表している。画像内で、不純物１３０は、光る曲線として示されている。実施例の範囲内で、不純物は、部品の完成の後で積層造形材料の中に落ち得る繊維状の物体のデブリを含む。UV光によって照らされているときに、繊維状の物体のデブリは、画像内で容易に特定可能である。

図３〜図７は、積層造形材料１０６のサンプル１０４をUV光で照らしながら、カメラ１０８によって取得された更なる画像を示している。更なる画像のそれぞれは、積層造形材料１０６のサンプル１０４を種々の波長のUV光で照らすことによって取得され得る。見られるように、種々の波長を使用することによって、幾らか異なる結果が提供され、不純物１３０は、これらの画像を処理することによって検出され得る。

積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量の評価は、不純物を含まない画像内の面積に対する不純物を含む画像内の面積の比を計算することによって行われ得る。

幾つかの実施例では、特定の波長の光によって照らされたときに、幾つかの種類の不純物は視認不可能であり、したがって、複数の異なる波長の光で照らしながら、複数の画像が取得され得る。したがって、実施例の範囲内で、積層造形材料１０６のサンプル１０４を第１の波長の光で照らしながら、カメラ１０８は、サンプル１０４の第１の画像データを取得し、次いで、積層造形材料１０６のサンプル１０４を第２の波長の光で照らしながら、カメラ１０８は、サンプル１０４の第２の画像データを取得する。

計算デバイス１１０は、第１の画像データと第２の画像データを処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定する。計算デバイス１１０は、第１の画像データと第２の画像データを処理して、第１の画像データを処理することに基づいて不純物の第１の量を特定し、第２の画像データを処理することに基づいて不純物の第２の量を特定し、不純物の第１の量と不純物の第２の量とを加えることによって、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定する。

幾つかの実施例では、１つの光源のみが使用され、積層造形材料１０６のサンプル１０４を複数の異なる波長の光で照らすために、積層造形材料１０６のサンプル１０４は、光源１０２によって光の波長を変更することによって複数の異なる波長の光で照らされてよい。次いで、複数の異なる波長の光のそれぞれで照らしながら、カメラ１０８は、サンプル１０４の複数の画像データを取得することができ、計算デバイス１１０は、複数の画像データを処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定することができる。

多くの異なるコンピュータビジョン法を使用して、画像データ内の不純物の特定のために画像データを処理することができる。実施例は、積層造形材料から不純物を確実に区別するために、エッジ検出法（edge detection）、色抽出（color extraction）、及びラプラス演算子（Laplacian operator）を含む。

図８は、例示的な一実施態様による、積層造形材料１０６のサンプル１０４をUV光で照らしながら、カメラ１０８によって取得された画像の別の一例を示している。不純物１３０は、例示目的で画像内で丸で囲まれている。

図９は、例示的な一実施態様による、図８の画像に適用された画像処理技法の出力を示している。一実施例では、エッジ検出画像処理技法を使用して、画像の輝度が閾値量だけ変化し又は不連続を有する画像内のポイントを特定することができる。画像の輝度が鋭く変化するポイントは、典型的には、エッジと呼ばれる一組の曲線セグメントに組織化される。積層造形材料１０６のサンプル１０４がUV光によって照らされたときに、不純物１３０は、積層造形材料１０６よりも強い強度で蛍光を発し、不純物１３０は、エッジ検出法及び画像輝度変化技法を使用して画像内で検出され得る。

図９では、不純物１３０の外形が、エッジ検出工程を使用して図８の画像を処理することからもたらされる。

図１０は、例示的な一実施態様による、積層造形材料１０６のサンプル１０４をUV光で照らしながら、カメラ１０８によって取得された画像の別の一例を示している。不純物１３０は、例示目的で画像内で丸で囲まれている。

図１１は、例示的な一実施態様による、図１０の画像に適用された画像処理技法の出力を示している。図１１では、不純物１３０の外形が、エッジ検出工程を使用して図１０の画像を処理することからもたらされる。

図１２は、例示的な一実施態様による、例示的な画像マスクを示している。マスクは、画像分割を使用して生成され得る。すなわち、画像の各ピクセルにはラベル（デブリ、背景など）が与えられる。したがって、手動で特定された不純物に基づく訓練画像を使用して教師あり学習によって構築された学習モデルが実施されて、画像を処理し、次いで、ニューラルネットワークを訓練して、画像のピクセルワイズ（pixel-wise）マスクを出力する。学習モデルは、例えば、メモリ１１６内に記憶され、指示命令１１４の一部分の形態を採り得る。

図１２で示されている例示的なマスクは、例えば、図９及び図１１で示されている画像を処理することからもたらされる。一旦マスクが生成されると、不純物を含む積層造形材料１０６のサンプル１０４の割合が、繊維状の物体のデブリに相関したピクセルを使用して計算され得る。画像の個々のピクセルは、画像分割を使用して、繊維状の物体のデブリとして又はそうではないとしてラベルが付けられることになる。一組の画像の訓練組を生成した後で、処理されたエッジ検出された画像によってピクセルの分類が判定され得る。

図１３Ａは、例示的な一実施態様による、積層造形材料内の不純物の検出のための積層造形システム１５０の一実施例を示している。積層造形システムは、積層造形材料１０６の供給量を消費して部品１５４を製造するための積層造形マシン１５２、及び、部品の製造の後で積層造形材料１０６の供給量からの残りの積層造形材料を保存するためのコレクタビン１５６を含む。

積層造形システム１５０は、図１で示されている積層造形材料１０６内の不純物の検出のためのシステム１００を更に含む。したがって、積層造形システム１５０は、残りの積層造形材料のサンプル１０４を光で照らすための光源１０２、残りの積層造形材料のサンプルを光で照らしながら、サンプル１０４の画像データを取得するためのカメラ１０８、及び、画像データを処理して、残りの積層造形材料のサンプル１０４内の不純物の量を特定するための、メモリ１１６内に記憶された指示命令１１４を実行するように構成された１以上のプロセッサ１１２を有する計算デバイス１１０を含む。

残りの積層造形材料は、部品の完成の後で集められ得る。例えば、積層造形マシン１５２のベッドが全ての固まっていない粉末（all loose powder）を持ち上げ、掃除機がそれをコレクタビン１５６の中に集める。この実施例では、光源１０２及びカメラ１０８が、サンプルを照らし、画像データを取得するために、コレクタビン１５６を覆って取り付けられ得る。

積層造形マシン１５２は、材料の複数の層の層方向の構築において部品を製造することによって動作する。積層造形は、作業エリアに液体又は粉末の材料を付加し、次いで、焼結、硬化、溶融、及び／又は切断の組み合わせを実行して層を生成することを含み得る。該工程は、所望の仕上げられた部品を構築するまで最大で数千回繰り返される。積層造形マシン１５２は、使用される製造の種類に応じて、印刷ヘッド又はプリンターノズル、制御機構（例えば、計算デバイス）、型などの構成要素を含み得る。積層造形の産業用途の工程の範囲には、とりわけ、直接金属蒸着、電子ビーム溶融、溶融フィラメント製造（FFF）、溶融堆積（FDM）、固体グランド硬化（SGC）、積層物体製造（LOM）、及び選択的レーザー焼結（SLS）又は選択的レーザー溶融（SLM）などのポリマー工程が含まれる。積層造形マシン１５２は、これらの工程の何れかに特有の構成要素を含んでよく、又は幾つかの実施例では、積層造形マシン１５２は、積層造形をサブトラクティブ機械加工（subtractive machining）に組み合わせるためのハイブリッドマシンツールを含んでよい。

積層造形マシン１５２を使用して製造される部品１５４は、材料の層を層毎にビルドプラットフォーム上に横たえることによって構築される。この工程は、鋳造と同等の特性を提供する。

積層造形システム１５０は、多くの有用なやり方で、本明細書で説明される方法を利用し得る。一実施例として、残りの積層造形材料のサンプル１０４内の不純物の量に基づいて、計算デバイス１１０が、次の部品を製造するための使用に残りの積層造形材料をリサイクルすると判定し得る。例えば、光源１０２は、コレクタビン１５６内の残りの積層造形材料の上層を照らし、不純物が閾値未満である場合、コレクタビン１５６内の残りの積層造形材料が、次の部品のために再使用され得ると判定される。この実施例では、残りの積層造形材料が、積層造形材料１０６を含む貯蔵容器の中に加えられるように戻され得る。

例えば、積層造形材料１０６の粉末が、コレクタビン１５６内に集められ、UV光（例えば３８５nmの）を使用し、コレクタビン１５６の上層を照らして、不純物を特定する。理想的には、粉末はきれいなままであるが、不純物は、構築工程中に導入され得る。したがって、積層造形システム１５０は、内部に組み込まれた計算デバイス１１０を含んで、残りの積層造形材料を自動的に解析することができる。解析の例示的な出力は、不純物の数（例えば、推定される汚染物質が１００ppm）であり、閾値が２００ppmである場合、残りの積層造形材料のこのサンプルは、更なる使用向けの資格を有する。

他の実施例では、残りの積層造形材料の上層内に存在する不純物の量及び不純物の位置に基づいて、計算デバイス１１０が、残りの積層造形材料の上層を除去し、積層造形材料の新しい層を提供すると判定し得る。一実施例として、ビルドプラットフォーム上のエリアは、積層造形材料の新しい層で再びコーティングされ得る。この実施例では、上層の除去が、手動で又は機械構成要素を介して実行されてよく、必要に応じて更なる積層造形材料１０６が追加されてよい。

図１３Ｂは、例示的な一実施態様による、積層造形マシン１５２の一実施例を示している。この実施例における積層造形マシン１５２は、積層造形材料１０６を保持する貯蔵容器１５９、その上に部品１５４が構築されるビルドプラットフォーム１６１、及び、掃除機構１６３を使用して、その中に残りの積層造形材料が吸い集められるコレクタビン１５６を含む。残りの積層造形材料内で不純物が検出されたときに、例えば、貯蔵容器１５９からの新しい積層造形材料が、ビルドプラットフォーム１６１上に提供され得る。

これらの実施例の範囲内で、計算デバイス１１０は、残りの積層造形材料が、良好な構築を可能にし得る品質であるかどうかを判定する。

図１４は、例示的な一実施態様による、積層造形材料内の不純物の検出のための方法２００の一実施例のフローチャートを示している。図１４で示される方法２００は、例えば、図１で示されるシステム１００、図１３で示される積層造形システム１５０、又は図１及び図１３で示される計算デバイス１１０と共に使用され得る方法の一実施例を提示する。更に、デバイス又はシステムは、図１４で提示される論理的な機能を実行するように使用され又は構成され得る。幾つかの事例では、デバイス及び／又はシステムの構成要素が、機能を実行するように構成され得る。したがって、構成要素は、そのような実行を可能とするために、（ハードウェア及び／又はソフトウェアを伴って）実際に構成及び構築される。他の実施例では、デバイス及び／又はシステムの構成要素が、特定のやり方で操作されるときなどに、機能を実行するように、実行できるように、又は実行するのに適するように配置され得る。方法２００は、ブロック２０２〜２０６のうちの１以上によって示されているように、１以上の動作、機能、又は作用を含み得る。ブロックは順番に示されているが、これらのブロックは、並行して実行されてもよく、及び／又は本明細書で説明されるものとは異なる順序で実行されてもよい。また、様々なブロックが、より少ないブロックへと組み合わされたり、更なるブロックに分割されたり、及び／又は所望の実装に基づいて除去されたりしてもよい。

本明細書で開示されているこの工程及び方法、並びに他の工程及び方法について、フローチャートにはこれらの実施例の可能な１つの実施態様の機能及び工程が示されていることを理解されたい。これに関して、各ブロック又は各ブロックの部分は、特定の論理的な機能又はステップを工程において実施するためにプロセッサによって実行可能な１以上の指示命令を含む、プログラムコードのモジュール、セグメント、又は一部分を表し得る。プログラムコードは、例えば、ディスク又はハードドライブを含む記憶デバイスなどの、任意の種類のコンピュータ可読媒体又はデータストレージに記憶されてよい。更に、プログラムコードは、コンピュータ可読記憶媒体で機械可読形式に符号化され得るか、又は他の非一過性の媒体又は製品で符号化され得る。コンピュータ可読媒体は、非一過性のコンピュータ可読媒体又はメモリ（例えば、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、及びランダムアクセスメモリ（RAM）のような、データを短期間記憶するコンピュータ可読媒体など）を含み得る。コンピュータ可読媒体は、非一過性の媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ROM）、光学ディスク若しくは磁気ディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（CD-ROM）のような、二次的又は永続的な長期記憶装置など）も含み得る。コンピュータ可読媒体は、他の任意の揮発性又は不揮発性の記憶システムであってもよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、有形のコンピュータ可読記憶媒体とみなされ得る。

更に、図１４の、及び、本明細書で開示されている他の工程及び方法における各ブロックは、工程で特定の論理的な機能を実行するために配線されている回路を表し得る。代替的な実施態様は、本開示の実施例の範囲内に含まれる。本開示の実施例では、当業者によって理解されるように、関連する機能に応じて、図示又は記載されている順序とは異なる順序（ほぼ並列順序又は逆順序を含む）で機能が実行されてもよい。

ブロック２０２では、方法２００が、光源１０２によって、積層造形材料１０６のサンプル１０４を光で照らすことを含む。一実施例の範囲内で、これは、サンプル１０４を紫外線スペクトル内の波長を有する光で照らすこと、又はサンプル１０４を約１００ナノメートル（nm）から約５００nmの間の波長を有する光で照らすことを含む。

他の実施例の範囲内で、ブロック２０２における機能は、光源１０２によって光の波長を変更して、積層造形材料１０６のサンプル１０４を複数の異なる波長の光で照らすことを含む。

ブロック２０４では、方法２００が、積層造形材料１０６のサンプル１０４を光で照らしながら、カメラ１０８に、サンプル１０４の画像データを取得させることを含む。

幾つかの実施例では、ブロック２０４が、複数の異なる波長の光のそれぞれで照らしながら、カメラ１０８に、サンプル１０４の複数の画像データを取得させることを含む。

ブロック２０６では、方法２００が、画像データを処理して、積層造形材料のサンプル内の不純物の量を特定することを含む。一実施例では、ブロック２０６が、不純物を含有する画像データの割合を計算することを含む。

幾つかの実施例では、複数の異なる波長の光が使用されたときに、ブロック２０６が、複数の異なる波長の光で取得された複数の画像データを処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定することを含み得る。

更なる実施例では、ブロック２０６が、手動で特定された不純物に基づく訓練画像を使用して教師あり学習によって構築された学習モデルを使用することを含み得る。

更なる実施例では、方法２００が、積層造形材料１０６のサンプル１０４を第１の波長の第１の光源を用いて照らし、カメラ１０８に、サンプルの第１の画像データを取得させること、積層造形材料１０６のサンプル１０４を第２の波長の第２の光源を用いて照らし、カメラ１０８に、サンプルの第２の画像データを取得させること、及び、第１の画像データと第２の画像データを処理して、積層造形材料１０６のサンプル１０４内の不純物の量を特定することを含み得る。処理することの機能は、第１の画像データを処理することに基づいて不純物の第１の量を特定すること、第２の画像データを処理することに基づいて不純物の第２の量を特定すること、及び、不純物の第１の量と不純物の第２の量とを加えることを含み得る。

更なる実施例では、方法２００が、積層造形材料１０６のサンプル１０４を照らす前に、積層造形材料１０６のサンプル１０４に染料１５５を付加することを含み得る。染料１５５は、例えば、金属ではなく繊維状粒子に結合するのに有用であり、例えば、特定の波長の光をより容易に反射及び／又は蛍光させることができる。図１３Ａは、例えば、サンプル１０４に加えられる任意選択的な成分として染料１５５を示している。

本明細書で説明される例示的な方法及びシステムを使用することにより、積層造形材料のバッチ内の不純物を解析するための作業人員を不要のものとし、代わりに、コンピュータビジョンを使用して不純物及びFODを特定することを可能にする。コンピュータビジョン技法は、不純物の量（粉末粒子百万個当たり）の定量化を更に可能にする。コンピュータビジョン技法は、より素早く実行し、人間の判断を無くすことができるので、不純物のより正確なカウントの機会を増加させる。

更に、粉末ベースの積層造形を採用する製造業者は、本明細書で説明される例示的な方法及びシステムを利用して、積層造形粉末が閾値を超える不純物を含むかどうかを判定するために使用される安定で再現可能な工程を規定することができる。

更に、本開示は、以下の実施例を含む。
実施例１．
積層造形材料内の不純物の検出のための方法であって、光源によって積層造形材料のサンプルを光で照らすこと、前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らしながら、カメラに前記サンプルの画像データを取得させること、及び、前記画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の量を特定することを含む、方法。
実施例２．
前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、前記サンプルを紫外線スペクトル内の波長を有する光で照らすことを含む、実施例１の方法。
実施例３．
前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、前記サンプルを約１００ナノメートル（nm）から約５００nmの間の波長を有する光で照らすことを含む、実施例１又は２の方法。
実施例４．
前記積層造形材料の前記サンプルを第１の波長の第１の光源を用いて照らし、前記カメラに、前記サンプルの第１の画像データを取得させること、前記積層造形材料の前記サンプルを第２の波長の第２の光源を用いて照らし、前記カメラに、前記サンプルの第２の画像データを取得させること、及び、前記第１の画像データと前記第２の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の前記不純物の前記量を特定することを更に含む、実施例１から３のいずれか一つの方法。
実施例５．
前記第１の画像データと前記第２の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の前記不純物の前記量を特定することは、前記第１の画像データを処理することに基づいて不純物の第１の量を特定すること、前記第２の画像データを処理することに基づいて不純物の第２の量を特定すること、及び、不純物の前記第１の量と不純物の前記第２の量とを加えることを含む、実施例４の方法。
実施例６．
前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、前記光源によって光の波長を変更して、前記積層造形材料の前記サンプルを複数の異なる波長の光で照らすことを含む、実施例１から５のいずれか一つの方法。
実施例７．
前記複数の異なる波長の光のそれぞれで照らしながら、前記カメラに前記サンプルの複数の画像データを取得させること、及び、前記複数の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定することを更に含む、実施例６の方法。
実施例８．
前記画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定することは、前記不純物を含有する前記画像データの割合を計算することを含む、実施例１から７のいずれか一つの方法。
実施例９．
前記画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定することは、手動で特定された不純物に基づく訓練画像を使用して教師あり学習によって構築された学習モデルを使用することを含む、実施例１から８のいずれか一つの方法。
実施例１０．
前記積層造形材料の前記サンプルを照らす前に、前記積層造形材料の前記サンプルに染料を付加することを更に含む、実施例１から９のいずれか一つの方法。
実施例１１．
積層造形材料内の不純物の検出のためのシステムであって、積層造形材料のサンプルを光で照らすための光源、前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らしながら、前記サンプルの画像データを取得するためのカメラ、及び、前記画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の量を特定するための、メモリ内に記憶された指示命令を実行するように構成された１以上のプロセッサを有する計算デバイスを備える、システム。
実施例１２．
前記光源は、前記サンプルを紫外線（UV）スペクトル内の波長を有する光で照らすためのUV光源である、実施例１１のシステム。
実施例１３．
前記光源は、前記積層造形材料の前記サンプルを第１の波長の光で照らす第１の光源であり、前記積層造形材料の前記サンプルを前記第１の波長の光で照らしながら、前記カメラは、前記サンプルの第１の画像データを取得し、前記システムは更に、前記積層造形材料の前記サンプルを第２の波長の光で照らすための第２の光源を備え、前記積層造形材料の前記サンプルを前記第２の波長の光で照らしながら、前記カメラは、前記サンプルの第２の画像データを取得し、前記計算デバイスは、前記第１の画像データと前記第２の画僧データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定する、実施例１１又は１２のシステム。
実施例１４．
前記計算デバイスは、前記第１の画像データと前記第２の画像データを処理して、前記第１の画像データを処理することに基づいて不純物の第１の量を特定すること、前記第２の画像データを処理することに基づいて不純物の第２の量を特定すること、及び、不純物の前記第１の量と不純物の前記第２の量とを加えることによって、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定する、実施例１３のシステム。
実施例１５．
積層造形材料内の不純物の検出のための積層造形システムであって、積層造形材料の供給量を消費して部品を製造するための積層造形マシン、前記部品の製造の後で積層造形材料の前記供給量からの残りの積層造形材料を保存するためのコレクタビン、前記残りの積層造形材料のサンプルを光で照らすための光源、前記残りの積層造形材料の前記サンプルを光で照らしながら、前記サンプルの画像データを取得するためのカメラ、及び、前記画像データを処理して、前記残りの積層造形材料の前記サンプル内の不純物の量を特定するための、メモリ内に記憶された指示命令を実行するように構成された１以上のプロセッサを有する計算デバイスを備える、積層造形システム。
実施例１６．
前記残りの積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量に基づいて、前記計算デバイスが、次の部品を製造するための使用に前記残りの積層造形材料をリサイクルすると判定する、実施例１５の積層造形システム。
実施例１７．
前記光源は、前記コレクタビン内の前記残りの積層造形材料の上層を照らす、実施例１５又は１６の積層造形システム。
実施例１８．
前記残りの積層造形材料の上層内に存在する不純物の量及び前記不純物の位置に基づいて、前記計算デバイスが、前記残りの積層造形材料の前記上層を除去し、積層造形材料の新しい層を提供すると判定する、実施例１５から１７のいずれか一つの積層造形システム。
実施例１９．
前記光源が、前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、光の波長を変更して、前記積層造形材料の前記サンプルを複数の異なる波長の光で照らすことを含む、実施例１５から１８のいずれか一つの積層造形システム。
実施例２０．
前記複数の異なる波長の光のそれぞれで照らしながら、前記カメラは、前記サンプルの複数の画像データを取得し、前記計算デバイスは、前記複数の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定する、実施例１９に記載の積層造形システム。

本明細書で使用されている「実質的に（substantially）」又は「約（about）」という語は、記載されている特性、パラメータ、又は値が厳密に実現される必要はないが、特性によって得られることになっている影響を無効にしない量の、許容誤差、測定エラー、測定精度限界、及び、当業者には既知のその他の要因などを含む偏差又は変動が発生し得ることを、意味している。

本明細書で開示されている（１以上の）システム、（１以上の）デバイス、及び（１以上の）方法の種々の実施例は、多種多様な構成要素、特徴、及び機能を含む。本明細書で開示されている（１以上の）システム、（１以上の）デバイス、及び（１以上の）方法の様々な実施例は、本明細書で開示されている（１以上の）システム、（１以上の）デバイス、及び（１以上の）方法のその他の実施例のうちの任意のものの、任意の構成要素、特徴及び機能を、任意の組み合わせ又は任意のサブコンビネーションにおいて含む可能性があり、且つ、かかる可能性は全て本開示の範囲に含まれると意図されていることを理解すべきである。

種々の有利な構成の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、完全であること、又は開示された形態の実施例に限定されることを意図するものではない。当業者には、多くの修正例及び変形例が自明となろう。更に、種々の有利な実施例は、他の有利な実施例と比べて異なる利点を表わし得る。選択された１以上の実施例は、実施例の原理と実際的な用途を最もよく説明するため、及び、様々な実施例の開示内容と、検討される特定の用途に適した様々な修正例とを当業者が理解できるようにするために、選択及び記述されている。

Claims (10)

1. 積層造形材料内の不純物の検出のための方法（２００）であって、
   光源（１０２）によって積層造形材料（１０６）のサンプル（１０４）を光（１０７）で照らすこと（２０２）、
   前記積層造形材料（１０６）の前記サンプル（１０４）を光（１０７）で照らしながら、カメラ（１０８）に前記サンプルの画像データ（１０９）を取得させること（２０４）、及び
   前記画像データ（１０９）を処理して、前記積層造形材料（１０６）の前記サンプル（１０４）内の不純物（１３０）の量を特定すること（２０６）を含む、方法。
2. 前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、前記サンプルを紫外線スペクトル内の波長を有する光で照らすことを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記積層造形材料の前記サンプルを第１の波長の第１の光源（１０２）を用いて照らし、前記カメラに、前記サンプルの第１の画像データを取得させること、
   前記積層造形材料の前記サンプルを第２の波長の第２の光源（１１８）を用いて照らし、前記カメラに、前記サンプルの第２の画像データを取得させること、並びに
   前記第１の画像データと前記第２の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の前記不純物の前記量を特定することを更に含み、
   前記第１の画像データと前記第２の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の前記不純物の前記量を特定することは、
   前記第１の画像データを処理することに基づいて不純物の第１の量を特定すること、
   前記第２の画像データを処理することに基づいて不純物の第２の量を特定すること、及び
   不純物の前記第１の量と不純物の前記第２の量とを加えることを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、前記光源によって光の波長を変更して、前記積層造形材料の前記サンプルを複数の異なる波長の光で照らすことを含み、
   前記方法は、更に、
   前記複数の異なる波長の光のそれぞれで照らしながら、前記カメラに前記サンプルの複数の画像データを取得させること、及び
   前記複数の画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記画像データを処理して、前記積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量を特定することは、前記不純物を含有する前記画像データの割合を計算することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 積層造形材料（１０６）内の不純物（１３０）の検出のためのシステム（１００）であって、
   積層造形材料（１０６）のサンプル（１０４）を光（１０７）で照らすための光源（１０２）、
   前記積層造形材料（１０６）の前記サンプル（１０４）を光（１０７）で照らしながら、前記サンプル（１０４）の画像データ（１０９）を取得するためのカメラ（１０８）、及び
   前記画像データ（１０９）を処理して、前記積層造形材料（１０６）の前記サンプル（１０４）内の不純物（１３０）の量を特定するための、メモリ（１１６）内に記憶された指示命令（１１４）を実行するように構成された１以上のプロセッサ（１１２）を有する計算デバイス（１１０）を備える、システム。
7. 積層造形材料（１０６）内の不純物（１３０）の検出のための積層造形システム（１５０）であって、
   積層造形材料（１０６）の供給量を消費して部品（１５４）を製造するための積層造形マシン（１５２）、
   前記部品の製造の後で積層造形材料の前記供給量からの残りの積層造形材料を保存するためのコレクタビン（１５６）、
   前記残りの積層造形材料のサンプル（１０４）を光（１０７）で照らすための光源（１０２）、
   前記残りの積層造形材料の前記サンプル（１０４）を光（１０７）で照らしながら、前記サンプル（１０４）の画像データ（１０９）を取得するためのカメラ（１０８）、及び
   前記画像データ（１０９）を処理して、前記残りの積層造形材料の前記サンプル（１０４）内の不純物（１３）の量を特定するための、メモリ（１１６）内に記憶された指示命令（１１４）を実行するように構成された１以上のプロセッサ（１１２）を有する計算デバイス（１１０）を備える、システム。
8. 前記残りの積層造形材料の前記サンプル内の不純物の前記量に基づいて、前記計算デバイスが、次の部品を製造するための使用に前記残りの積層造形材料をリサイクルすると判定する、請求項６又は７に記載のシステム。
9. 前記残りの積層造形材料の上層内に存在する不純物の量及び前記不純物の位置に基づいて、前記計算デバイスが、前記残りの積層造形材料の前記上層を除去し、積層造形材料の新しい層を提供すると判定する、請求項６から８のいずれか一項に記載のシステム。
10. 前記光源が、前記積層造形材料の前記サンプルを光で照らすことは、光の波長を変更して、前記積層造形材料の前記サンプルを複数の異なる波長の光で照らすことを含む、請求項６から９のいずれか一項に記載のシステム。
    

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