JP2022540056A - 指向性エネルギー堆積付加製造システムのスタンドオフ距離監視及び制御 - Google Patents

指向性エネルギー堆積付加製造システムのスタンドオフ距離監視及び制御 Download PDF

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Abstract

応答的且つ動的であり、リアルタイム性を有することができるスタンドオフ距離の監視及び制御を有する付加製造システム。これらの技術は、ワークピースが指向性エネルギー源を通過して移動されるとき、又は、その逆に指向性エネルギー源がワークピースを通過して移動されるときに、スタンドオフ距離測定システムを使用して、ワークピース又はワークピースが位置決めされた基板のリアルタイムの監視、読み取り、又はインタロゲートを行うことができる。これらの技術は、フィードバックコントローラーを使用して、スタンドオフ距離測定システムからのデータに基づいて応答的且つ動的にスタンドオフ距離をリアルタイムで制御することができる。

Description

［関連出願の相互参照］
本願は、２０１９年７月３日付で出願された米国仮特許出願第６２／８７０，２８９号の利益を主張し、その全体が引用することにより本明細書の一部をなす。
包括的に、本開示は指向性エネルギー堆積付加製造（additive manufacturing）システムに関する。より詳細には、本開示は、スタンドオフ距離の監視及び制御に関する。
高速プラズマ堆積（ＲＰＤ（商標）：rapid plasma deposition）付加製造システムは、ワイヤ（例えば金属）及びプラズマトーチを収容する不活性ガス環境（例えば希ガス）を提供することができる。ＲＰＤ（商標）付加製造システムは、プラズマトーチが制御可能にワイヤに指向され、不活性ガス環境内においてワークピースがプラズマトーチを通過して制御可能に移動されるとき又はその逆にプラズマトーチがワークピースを通過して制御可能に移動されるときに、プラズマアークがワイヤを溶融して層ごとにワークピースを形成することに基づいてワークピース（例えば航空機構造物）を付加製造する。
そのような動作の間、スタンドオフ距離（例えば、垂直軸に沿った距離）がプラズマトーチとワークピースとの間に維持される。スタンドオフ距離は、プラズマアーク抵抗を決定し、それによって、プラズマアーク電力及び特性（例えば、定電流電力供給装置によって供給される一定のプラズマアーク電流の特性）を決定する。より大きなスタンドオフ距離はより高いアーク電圧を生み出すが、ワークピースに伝達される少なくとも一部のエネルギーは、プラズマアークに沿った放射熱伝達及び対流熱伝達に起因して減少する。スタンドオフ距離は、機器セットアップ（例えば、物理的な機器制約）によって与えられる下限と、ワークピースへの減少した電力入力（例えば、不適切なワイヤ溶融）によって与えられる上限との間の静的な範囲にある。
スタンドオフ距離偏差をもたらし得る様々な要因が存在する。そのような要因のうちのいくつかとして、基板の歪み、平坦でない堆積表面（例えば、ワイヤ移動に起因したもの）、平坦でないワークピース高さステップ、ワークピース特徴部（例えば、接合部、端部、交差部）、及び他の複雑なプロセス変動がある。スタンドオフ距離は、電圧測定値に基づいて定電圧を維持することによって間接的に制御することができるが、この技法は、様々な要因に起因して技術的に不利である。そのような要因のうちのいくつかとして、電圧測定値は非常に雑音が多く、ばらつき（例えば、ガス流量、電極の機械的構成若しくは材料構成、機器のばらつき、又はワークピース幾何形状のばらつき）の影響を非常に受けやすいことがある。その結果、電圧測定値に基づくスタンドオフ距離の間接的制御は、ワークピース層にわたって累積するスタンドオフ距離誤差をもたらし、それによって、ワークピースの品質が悪影響を受ける。
したがって、本明細書には、応答的であり、動的であり、及び／又はリアルタイム性を有することができるスタンドオフ距離の監視及び制御を可能にする指向性エネルギー堆積（例えば、ＲＰＤ（商標））付加製造システムの様々な技術が開示されている。これらの技術は、ワークピースが指向性エネルギー源（例えばプラズマトーチ）を通過して（例えば基板を介して）移動されるとき、又は、その逆に指向性エネルギー源がワークピースを通過して移動されるときに、スタンドオフ距離測定システム、例えば、レーザー三角測量システム又はレーザーラインスキャナー（ＬＬＳ：laser line scanner）等を使用して、ワークピース（例えば、ビードプロファイル、ワークピース形状）又はワークピースが位置決めされた基板のリアルタイムの監視、読み取り、又はインタロゲートを行うことができる。ワークピースが指向性エネルギー源（例えばプラズマトーチ）を通過して（例えば基板を介して）移動されるとき、又は、その逆に指向性エネルギー源がワークピースを通過して移動されるときに、他の光学測定技法、例えば、飛行時間、共焦点、クロマティック共焦点、干渉法、陰影からの形状、焦点／脱焦点からの深さ、Ｌｉｄａｒ（ライダー）等のみ補足的又は代替的に使用して、又は、それらを異なる波長、例えば赤外線、可視、ＵＶ、Ｘ線等の照明、例えば縞投影、パターン投影（例えば、ライン、マルチライン、マルチスポット）等、及び非光学的方法、例えばソナー、超音波リーダー若しくはインタロゲーター等と組み合わせて補足的又は代替的に使用して、ワークピース（例えば、ビードプロファイル、ワークピース形状）又はワークピースが位置決めされた基板のリアルタイムの監視、読み取り、又はインタロゲートを行うことができることに留意されたい。これらの技術は、フィードバックコントローラーを使用して、スタンドオフ距離測定システム、例えばレーザー三角測量システム又はレーザーラインスキャナー等からのデータに基づいて（ただし、他の光学測定技法、例えば飛行時間、共焦点、クロマティック共焦点、干渉法、陰影からの形状、焦点／脱焦点からの深さ、Ｌｉｄａｒ等を単独で、又は、異なる波長、例えば赤外線、可視、ＵＶ、Ｘ線等の照明、例えば縞投影、パターン投影（例えば、ライン、マルチライン、マルチスポット）等、及び非光学的方法、例えばソナー、超音波リーダー又はインタロゲーター等と組み合わせ補足的に又は代替的に使用することができる）、スタンドオフ距離を応答的且つ動的にリアルタイムで制御する（例えば、ワークピースに対して指向性エネルギー源を、又は、指向性エネルギー源に対してワークピースを上昇又は下降させる）ことができる。したがって、これらの技術によって、電圧ベースの測定を使用する業界標準に関連した少なくともいくつかの技術的限界が取り除かれる。その上、これらの技術は、プラズマアーク（例えば、ＲＰＤ（商標））又は他の形態の指向性エネルギーを使用する金属（例えば、チタン、アルミニウム）又は金属合金（例えば、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｉｎｃｏｎｅｌバリアント等）を介したワークピース（例えば、航空機構造物、海洋構造物、車両部品、医療デバイス、小火器、刃物類）の付加製造中のスタンドオフ距離のリアルタイムでの自動測定、評価、及び応答的且つ動的な制御を可能にすることができる。
これらの技術の利点は、少なくともいくつかの一貫したプラズマアーク（又は他の形態の指向性エネルギー）特性、例えば、機械にわたる経時的な電力、圧力、形状、及びエネルギー分布等の提供、スクラップ率の削減、許容できない偏差の早期の検出の実現、部品開発サイクルの短縮等を可能にするスタンドオフ距離のリアルタイムでの応答的且つ動的な制御のための客観的なインライン／インシトゥ（inline/in-situ）自動化システムが得られることである。また、これらの技術は、よりロバストで、より高速で、主観的な人間のオペレーターの手動調整と比較してより客観的であるスタンドオフ距離制御を可能にする。そのような人間のオペレーターの手動調整は、視覚フィードバックに基づくことができる。同様に、これらの技術は、基板に対する指向性エネルギー源の移動（例えば垂直移動）又はその逆の指向性エネルギー源に対する基板の移動に基づく自動化スタンドオフ距離制御によって、ロボットアーム溶接と比較して通常はより精密でより高速なスタンドオフ距離制御を可能にする。これらの技術は、任意のタイプのモーションシステム（例えば、コンピューター数値制御、ロボットマニピュレーター）とともに使用することができることに留意されたい。
これらの技術の更なる特徴及び利点は、以下の詳細な説明において述べられ、一部は以下の詳細な説明から明らかであるか、又は、本開示の実施によって知ることができる。本開示の様々な目的及び他の利点は、本開示の詳細な説明及び特許請求の範囲並びに添付図面のセットにおいて特に指摘された構造によって実現及び達成される。
これらの利点及び他の利点を達成するために、本開示の目的によれば、具体化及び広範に説明されるように、指向性エネルギー堆積付加製造システムは、ロジック、スタンドオフ距離測定ユニット、基板、トーチ、供給ユニット、材料、及びムーバーを備え、ロジックは、プラズマが基板上に材料を溶融させ、ワークピースがそれによって基板上で付加製造されるように、供給ユニットに材料を出力させ、トーチにプラズマを出力させ、ワークピースは、幾何学的プロファイルを有し、トーチは、スタンドオフ距離が定められるように、ワークピースから垂直に離れて配置され、ロジックは、ワークピースが付加製造されている間、該ロジックが、スタンドオフ距離を維持するために、トーチを基板に対して移動させること又は基板をトーチに対して移動させることのうちの少なくとも一方をムーバーに行わせるように、スタンドオフ距離測定ユニットに幾何学的プロファイルを監視させる。
これらの利点及び他の利点を達成するために、本開示の目的によれば、具体化及び広範に説明されるように、付加製造の方法は、材料を出力することと、トーチを介してプラズマを出力することと、ワークピースが基板上で付加製造されるようにプラズマを介して材料を溶融することであって、ワークピースは幾何学的プロファイルを有し、トーチは、スタンドオフ距離が定められるように、ワークピースから垂直に離れて配置されることと、スタンドオフ距離を維持するために、ムーバーが、基板に対してトーチを移動させること、又は、トーチに対して基板を移動させることのうちの少なくとも一方を行うことができるように、ワークピースが付加製造されている間、幾何学的プロファイルを監視することとを含む。
上記の全体的な説明及び以下の詳細な説明の双方は例示的且つ説明的なものであり、更に後述されるような請求項の更なる説明を提供することを意図したものであると理解すべきである。
本開示の更なる理解を提供するために含められ、本明細書に組み込まれてその一部をなす添付図面のセットは、本開示の実施形態を示し、詳細な説明とともに本開示の様々な原理を説明する役割を果たす。
本開示による、基板と、基板上のワークピースの幾何学的プロファイルとを読み取るレーザーラインスキャナーを含む指向性エネルギー堆積付加製造システムの一実施形態を示す図である。 本開示による指向性エネルギー堆積プロセスフローの一実施形態を示す図である。 本開示による指向性エネルギー堆積プロセスフローの一実施形態を示す図である。 本開示によるワークピースを支持する基板の一実施形態を示す図である。 本開示による、基板上のワークピースの幾何学的プロファイルを読み取るレーザーラインスキャナーを含む指向性エネルギー堆積付加製造システムのブロック図の一実施形態を示す図である。 本開示によるレーザーラインスキャナーシステムの図の一実施形態を示す図である。 本開示によるレーザーラインスキャナーシステムの図の一実施形態を示す図である。 本開示による、ワークピースを支持する基板並びにデータ有効性検証及びグリッド間隔に関連した情報セットの一実施形態を示す図である。 本開示による制御ブロックの図の一実施形態を示す図である。 本開示による制御ブロックの図の一実施形態を示す図である。 本開示によるスタンドオフ監視及び制御の複数のシナリオの一実施形態を示す図である。 本開示による、ツールヘッドとの衝突のリスクが増加する基板の複数のエッジの周囲のマージンの一実施形態を示す図である。 本開示による、基板をクランプするクランプとの衝突のリスクを最小にする技法又は衝突を回避する技法の一実施形態を示す図である。
次に、本開示のいくつかの実施形態が示された添付図面のセットを参照して本開示をより十分に説明する。ただし、本開示は、多くの異なる形態で実施することができ、本明細書に開示された実施形態に必ずしも限定されると解釈されるべきでない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が漏れのない十分なものになるとともに本開示の様々な概念を当業者に十分に伝達するように提供されるものである。以下に、本開示の実施形態を詳細に参照する。本開示の実施形態の例は、添付図面のセットに示されている。
図１は、本開示による、基板と、基板上のワークピースの幾何学的プロファイルとを読み取るレーザーラインスキャナーを含む指向性エネルギー堆積付加製造システムの一実施形態を示している。特に、指向性エネルギー堆積（例えばＲＰＤ（商標））付加製造システム１００は、ワークピース１１８と、ワークピース１１８を支持する基板１０２とを含む。ワークピース１１８は、基板１０２上に取り付けも位置決めも載置もされない場合があることに留意されたい（例えば、別のワークピースが基板１０２として機能する）。例えば、ワークピース１１８はプレート（基板１０２）である必要はなく、例えば、鍛造された部品、印刷された部品、又は他の任意の技術（例えば、付加製造、除去製造）を用いて作製された部品とすることができる。例えば、プレート（基板１０２）上への堆積の開始は、必須のものではなく、任意選択なものである。例えば、別のワークピース又は部品が基板１０２として機能することができる。
指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、コントローラー１１９と、コントローラー１１９によって（例えば、有線、無線、導波管で）制御されるワイヤ源１０４（ワイヤ供給システムに接続されている）と、コントローラー１１９によって（例えば、有線、無線、導波管で）制御される指向性エネルギー源１０６（例えば、プラズマトーチ）と、コントローラーによって（例えば、有線、無線、導波管で）制御される指向性エネルギー源１１０（例えば、プラズマトーチ）と、コントローラー１１９によって（例えば、有線、無線、導波管で）制御されるレーザーラインスキャナー（ＬＬＳ）１１２（又は別の形態のスタンドオフ距離測定システム）とを含む。
コントローラー１１９は、プログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ：programmable logic controller）、産業用ＰＣ（ＩＰＣ：industrial PC）等とすることができる。例えば、ＰＬＣはマスターＰＬＣとすることができる。指向性エネルギー源１０６は、１次指向性エネルギー源とすることができるのに対して、指向性エネルギー源１１０は、２次指向性エネルギー源とすることができる。ＬＬＳ１１２は、レーザービームを生成するレーザー源と、レーザービームから複数の反射を読み取る光学カメラとを含むことができる。指向性エネルギー源１０６は電極１０８をホストする。予め校正しておくことができるＬＬＳ１１２は、ワークピース１１８及び基板１０２上にレーザーパターン１１４を投影する。レーザーパターン１１４は、レーザー源を介して投影することができる。基板１０２は３次元空間内を移動している。
指向性エネルギー堆積付加製造システム１００の様々な構成要素は、省略、交換、又は補足することができる。例えば、ＬＬＳ１１２は、他の光学測定技法、例えば飛行時間、共焦点、クロマティック共焦点、干渉法、陰影からの形状、焦点／脱焦点からの深さ、Ｌｉｄａｒ等のみによって、又は、それらを異なる波長、例えば赤外線、可視、ＵＶ、Ｘ線等の照明、例えば縞投影、パターン投影（例えば、ライン、マルチライン、マルチスポット、ランダムスポット、ランダムパターン、勾配パターン）等、及び非光学的方法、例えばソナー、超音波リーダー若しくは他のインタロゲーター等と組み合わせて補足又は交換することができる。同様に、指向性エネルギー源１１０又は電極１０８をホストする指向性エネルギー源１０６は、他のエネルギー出力デバイス（例えばフレームトーチ）又は他の形態の指向性エネルギー（例えば、熱、音響、電気）によって補足又は交換することができる。同様に、指向性エネルギー源１１０は省略することができる（任意選択で含めることができる）。その上、ワイヤ源１０４は、他の材料フィーダー（例えばノズル）によって補足又は交換することができる。
電極１０８をホストする指向性エネルギー源１０６は、ワイヤ源１０４の動作可能な近傍における基板１０２に向けて指向性エネルギー（例えば、プラズマアーク）を生成する１次エネルギー源とすることができる。指向性エネルギーは、電極１０８から、ワイヤ源１０４からのワイヤに伝達させることもできるし、指向性エネルギーは、任意選択で電極１０８から基板１０２に又は（例えば、複数のプラズマアークを使用して）双方に同時に伝達させることもできる。指向性エネルギー源１０６は、静止固定することもできるし、ワイヤ源１０４に対して（例えば、水平、垂直に）移動可能とすることもできるし、その逆にワイヤ源１０４が指向性エネルギー源１０６に対して移動可能とすることもできる。ワイヤ源１０４は、静止固定することもできるし、指向性エネルギー源１０６に対して（例えば、水平、垂直に）移動可能とすることもできるし、その逆に指向性エネルギー源１０６がワイヤ源１０４に対して移動可能とすることもできる。基板１０２は、静止固定することもできるし、ワイヤ源１０４又は指向性エネルギー源１０６に対して（例えば、水平、垂直に）移動可能とすることもできるし、その逆にワイヤ源１０４又は指向性エネルギー源１０６が基板１０２に対して移動可能とすることもできる。例えば、基板１０２は、ワイヤ源１０４及び指向性エネルギー源１０６に対して水平軸に沿った方向に移動することができる。指向性エネルギー源１１０が含まれているとき、指向性エネルギー源１１０は、ワークピース１１８の付加製造が指向性エネルギー源１０６及びワイヤ源１０４を介して開始する前は相対的に低温であり得る基板１０２を予熱する予熱器電極（又は別のエネルギー出力サポートデバイス）とすることができる電極（又は別のエネルギー出力サポートデバイス）を含むことができる。指向性エネルギー源１１０が含まれるとき、指向性エネルギー源１１０は、ＬＬＳ１１２と指向性エネルギー源１０６との間に水平軸に沿って位置決めすることができる。
基板１０２は、３次元空間内を、ワイヤ源１０４、指向性エネルギー源１０６、指向性エネルギー源１１０、及びＬＬＳ１１２に対して移動している。ワイヤ源１０４は、ワイヤ（例えば、チタン、アルミニウム、鋼鉄等の金属、Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ、Ｉｎｃｏｎｅｌ（インコネル）バリアントといった金属合金）を基板１０２の上方で供給する。この供給は、基板１０２が３次元空間内を移動している間、電極１０８をホストする指向性エネルギー源１０６が、基板１０２の上方でワイヤを溶融するプラズマアークを生成し、複数の液滴が、指向性エネルギー（例えばプラズマアーク）を介して溶融されているワイヤから形成され、それらの液滴が、基板１０２上に又は事前に装填されたワークピース１１８を付加形成又は付加拡張するためにワークピース１１８上に層ごとに堆積、位置決め、層状化、カスケード、又は落下されるように行われる。例えば、ワークピース１１８は、プレート（基板１０２）である必要はなく、例えば、鍛造された部品、印刷された部品、又は他の任意の技術（例えば、付加製造、除去製造）を用いて作製された部品とすることができる。例えば、プレート（基板１０２）上への堆積の開始は、必須のものではなく、任意選択なものである。例えば、別のワークピース又は部品が基板１０２として機能することができる。
ワークピース１１８は、幾何学的プロファイルを有し、この幾何学的プロファイルは、垂直又は水平に変化している可能性もあるし、幾何学的な輪郭又は垂直若しくは水平な輪郭を描いている可能性もあるので、ＬＬＳ１１２は、ワークピース１１８の幾何学的プロファイル上に、レーザーパターン１１４を投影する。ワークピース１１８は、基板１０２によって支持されている場合もあるし、支持されていない場合もある。この投影は、ＬＬＳ１１２が、基板１０２の少なくともいくつかの底層に存在する可能性があるワークピース１１８及び／又は基板１０２の幾何学的プロファイルを光学的に照明するように行われる。ＬＬＳ１１２は、次に、カメラを用いて、レーザーパターン１１４からの反射を読み取ることができる。基板１０２がワークピース１１８の基部として使用されるとき（例えば印刷又は鍛造のとき）、或る時点において、基板１０２はワークピース１１８の一部になることができる。例えば、ワークピース１１８は、プレート（基板１０２）である必要はなく、例えば、鍛造された部品、印刷された部品、又は他の任意の技術（例えば、付加製造、除去製造）を用いて作製された部品とすることができる。例えば、プレート（基板１０２）上への堆積の開始は、必須のものではなく、任意選択なものである。例えば、別のワークピース又は部品が基板１０２として機能することができる。
２つ以上のＬＬＳ１１２を使用する（例えば、基板１０２及び／又はワークピース１１８の幾何学的プロファイルを別の視点又は角度から光学的に読み取る）ことができる。例えば、レーザーパターン１１４は、互いに垂直、互いに平行、又はＬ字型、若しくはＵ字型、若しくはＯ字型とすることもできるし、パターンは、シングルライン、マルチライン、シングルスポット、マルチスポット、ランダムスポット、ランダムパターン、パルス状、非パルス状等とすることもできる。例えば、異なるシナリオに応じて２つ以上のＬＬＳ１１２を使用することができ、電極１０８の先端部からＸ及びＹの双方に沿った、異なる読み取りオフセットが、スタンドオフ距離を測定するときに必要とされる場合がある（図１１も参照）。その上、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００がプラズマアークを伴うとき、プラズマアークは、ＬＬＳ１１２の測定の質に影響を与える場合があるので、プラズマアークがオフであるときに、ＬＬＳ１１２の少なくともいくつかの測定又は校正を行って、測定の不正確さを回避することができる。
指向性エネルギー堆積付加製造システム１００内において、工具中心点と垂直軸に沿ったワークピース１１８上の点との間でスタンドオフ距離を測定することができる。工具中心点（ＴＣＰ：tool center point）は、工具力学に基づいて静的に規定することもできるし（例えば、電極１０８の先端部、又は指向性エネルギー源（例えばプラズマアーク）の起点端部）、動的にオフセットする（例えば、対象となる点を、電極先端部の真下でなく、液滴がワークピース１１８と接触するセクションにオフセットする必要があるシナリオでは、プロセス変数、例えばワイヤ速度、アーク角度、偏向、形状等に基づいてリアルタイムで計算する）こともできる。一般性を失うことなく、この点は、以下ではＴＣＰ又はＤＴＣＰと区別なく呼ばれる。
例えば、スタンドオフ距離は、約１００ミリメートル以下、約９０ミリメートル以下、約８０ミリメートル以下、約７０ミリメートル以下、約６０ミリメートル以下、約５０ミリメートル以下、約４０ミリメートル以下、約３０ミリメートル以下、約２０ミリメートル以下、約１０ミリメートル以下で測定することができ、その間にある任意の値（例えば、約１ミリメートル、約２ミリメートル、約３ミリメートル、約４ミリメートル、約５ミリメートル、約６ミリメートル、約７ミリメートル、約８ミリメートル、又は約９ミリメートルごと）を含むことができる。ただし、１００ミリメートルよりも大きな値（例えば、約１２５ミリメートル、約１５０ミリメートル、約２００ミリメートル、約２２５ミリメートル、約２５０ミリメートル、約３００ミリメートル又はそれよりも大きな値）が可能であり、より大きな様々な桁、例えば、センチメートル、デシメートル、メートルを含む）。ワークピース１１８及び／又は基板１０２は、Ｘ軸（例えば長さ）、Ｙ軸（例えば深さ）、Ｚ軸（例えば高さ）、Ｃ軸（例えば、回転ＸＹ平面）、Ｂ軸回転（例えば、ＸＺ平面又はＹＺ平面）を使用して、３ｄ空間内を移動することができ、一般性を失うことなく、垂直軸は、Ｚ軸と呼ぶことができる。ワークピース１１８の幾何学的プロファイルは、徐々の変化又は急激な変化を問わず、Ｘ軸、Ｙ軸、又はＺ軸に沿って変化する可能性がある。指向性エネルギー堆積付加製造システム１００が、別のエネルギー出力デバイス（例えば、フレームトーチ）を用いて電極１０８を回避するとき又は電極１０８を補足するとき、スタンドオフ距離は、エネルギー出力デバイスのＤＴＣＰ（例えば、中心部分）とワークピース１１８との間で垂直軸に沿って測定することができる。例えば、ＤＴＣＰは、少なくともいくつかの液滴が着地する点の上方にある電極先端部又は他のエネルギーサポートデバイスの垂直上方におけるそれらと同じＺ平面内に存在することができる。
スタンドオフ距離は、電極１０８からの一貫したプラズマアーク状態（例えば、電圧、電力、温度分布）を達成するために様々に規定された限度内に動的に維持することができる。したがって、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、以下で更に説明するように、ＴＣＰ／ＤＴＣＰの下方の基板１０２上のセクションからの抽出点又はＴＣＰ／ＤＴＣＰの下方のワークピース１１８の幾何学的プロファイル上のセクションからの抽出点に対する電極１０８の垂直移動（例えば、ワークピース１１８又は基板１０２に向けて上方、下方、ワークピース１１８又は基板１０２から離れて上方、下方）を介してスタンドオフ距離のリアルタイムの自動測定及び応答的且つ動的な制御を可能にするスタンドオフ距離監視制御システムを含む。例えば、基板１０２が３Ｄ空間内でワークピース１１８を移動させるとき、指向性エネルギー源１０６は、電極１０８とともに、ＴＣＰ／ＤＴＣＰの下方の基板１０２上のセクションからの抽出点又はＴＣＰ／ＤＴＣＰの下方のワークピース１１８の幾何学的プロファイル上のセクションからの抽出点に対して垂直に移動することができる。逆の構成（例えば、基板１０２が指向性エネルギー源１０６又は電極１０８に対して上方又は下方に垂直に移動する）も可能であることに留意されたい。
指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、スタンドオフ距離監視制御システムの様々なパラメーター、例えば、とりわけスタンドオフ距離設定点、設定値軌線、制御モード、制御イネーブル、測定オフセット、読み取りオフセット等を設定するＲＰＤ（商標）プログラム（例えば、実行可能コード、数値制御（ＮＣ：numerical control）値のリスト、マークアップコード、区切りテキスト、入力済みスプレッドシート）を実行する。スタンドオフ距離監視制御システムは、ＴＣＰ／ＤＴＣＰと、ワークピース１１８の幾何学的プロファイルに基づくＴＣＰ／ＤＴＣＰの下方のワークピース１１８上の最高地点、若しくは、ワークピース１１８の幾何形状に基づくワークピース１１８の最低地点、又はワークピース１１８の幾何学的プロファイルに基づくワークピース１１８の最高地点及び最低地点の平均との間のスタンドオフ距離を、指定された様々な読み取りオフセットを中心とする特定の範囲内に応答的且つ動的にリアルタイムで維持する。スタンドオフ距離監視制御システムは、基板１０２及びワークピース１１８に沿って横方向に延びるか又はこれらを横切るレーザーパターン１１４を介して基板１０２及びワークピース１１８を光学的に読み取るＬＬＳ１１２（例えば、レーザービーム反射を読み取るカメラ）に基づいて、スタンドオフ距離を動的且つ応答的にリアルタイムで維持することもできるし、動的且つ応答的にリアルタイムで調整することもでき、その後、ワークピース１１８の幾何学的プロファイルが、スタンドオフ距離（例えば、約１００ミリメートル以下、約９０ミリメートル以下、約８０ミリメートル以下、約７０ミリメートル以下、約６０ミリメートル以下、約５０ミリメートル以下、約４０ミリメートル以下、約３０ミリメートル以下、約２０ミリメートル以下、約１０ミリメートル以下であり、その間にある任意の値（例えば、約１ミリメートル、約２ミリメートル、約３ミリメートル、約４ミリメートル、約５ミリメートル、約６ミリメートル、約７ミリメートル、約８ミリメートル、又は約９ミリメートルごと）を含むが、１００ミリメートルよりも大きな値（例えば、約１２５ミリメートル、約１５０ミリメートル、約２００ミリメートル、約２２５ミリメートル、約２５０ミリメートル、約３００ミリメートル又はそれよりも大きな値）が可能であり、より大きな様々な桁、例えば、センチメートル、デシメートル、メートルを含む）に関連付けられた既定の閾値（例えば、設定された数値）を満たすか又は満たさないことに動的に応答して、基板１０２又はワークピース１１８の幾何学的プロファイルに対して電極１０８を垂直に移動させる。逆の構成（例えば、基板１０２が指向性エネルギー源１０６に対して垂直に移動される）も可能であることに留意されたい。例えば、レーザーパターン１１４は、ワークピース１１８を形成するビード断面に対して垂直とすることができ、レーザーパターン１１４の中心部分は、高さ測定用の対象点とすることができる。レーザーパターン１１４は、ＴＣＰ／ＤＴＣＰの下方において、距離測定用の対象点、ＴＣＰの前方の固定位置、又はＴＣＰの後方の固定位置に動的に投影することができることに留意されたい。レーザーパターン１１４がＴＣＰ／ＤＴＣＰの正確に下方にないシナリオでは、ＴＣＰ／ＤＴＣＰがスタンドオフ距離を維持する対象点にあるときに、スタンドオフ制御システムが、少なくともいくつかの値を記憶装置（例えばメモリ）から取り出すことができるように、抽出されたスタンドオフ距離データをワークピース位置情報と結び付けて記憶する（例えば、グリッドにバッファリングする）必要がある。
スタンドオフ距離監視制御システムは、指向性エネルギー源１１０がＬＬＳ１１２と指向性エネルギー源１０６との間に水平軸に沿って位置決めされるように取り付けられたＬＬＳ１１２（又は別のレーザーベースの三角測量システム）を使用して、スタンドオフ距離を光学的に測定し、必要な場合には、その後、応答的且つ動的に、位置決めシステム又はムーバー（例えば、モーター、エンジン、アクチュエーター、機械リンク装置、ギア機構、プーリー機構、油圧機構、空気圧機構）に電極１０８を基板１０２又はワークピース１１８に対してＺ軸に沿って（例えば、上方、下方に）垂直にリアルタイムで移動させる。この機能によって、ムーバーは、応答的且つ動的に、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００のコントローラー（例えば、ＰＬＣ、ＩＰＣ）上で実行される制御機能を介してスタンドオフ距離をリアルタイムで保持、維持、又は調整することが可能になる。例えば、ＰＬＣはマスターＰＬＣとすることができる。逆の構成（例えば、基板１０２が、ムーバーによって指向性エネルギー源１０６に対して垂直に移動される）が可能であることに留意されたい。
指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、米国特許出願第１５／２０６１６３号並びに米国特許第７３０１１２０号、第７３２６３７７号、第９３４６１１６号、及び第９４８１９３１号に開示されているように実施することができることに留意されたい。これらの米国特許文献の全ては、全ての目的について、引用することによって全体が本明細書の一部をなす。例えば、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、コンピューター支援設計（ＣＡＤ：computer-aided design）ファイル等のワークピース１１８の設計ファイルを受信し、ワイヤ源１０４を介してチタン等を含むワイヤ等のワイヤスプールを受け取り、ワークピース１１８の設計ファイルから抽出される特定のワークピース幾何形状に基づいて航空宇宙グレード等とすることができるワークピース１１８を製作することができる。例えば、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、不活性ガス、例えば、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン、又はそれらの組み合わせ等で満たされたチャンバーを含むことができる。したがって、基板１０２、ワイヤ源１０４、指向性エネルギー源１０６、電極１０８、指向性エネルギー源１１０、レーザーラインスキャナー１１２、レーザーパターン１１４、及びワークピース１１８をこのチャンバー内に配置することができる。
１つの動作モードでは、スタンドオフ距離は、ＤＴＣＰとワークピース１１８との間の垂直方向に沿った距離とすることができる。スタンドオフ距離は、一貫したアーク放電状態を達成するために、規定された限度内に保たれる。スタンドオフ監視制御システムは、スタンドオフ距離の自動測定及び制御を可能にする。ＲＰＤ（商標）プログラムは、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００の様々なパラメーター（例えば、スタンドオフ距離設定点、制御モード、制御イネーブル、測定オフセット、読み取りオフセット）を定義していることに留意されたい。指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、その場合に、ＤＴＣＰとワークピース１１８上の最高地点又は最低地点との間のスタンドオフ距離をいくつかの指定された読み取りオフセットを中心とする特定の範囲内に保持する。指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、電極１０８の前方に取り付けられたＬＬＳ１１２を使用してスタンドオフ距離を測定し、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００のマスターロジックコントローラー上で動作する制御機能の支援を受けて、ムーバーを使用してスタンドオフ距離を保持する。
１つの動作モードでは、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、層０（測定が基板上で行われることになる）において、堆積前のストリング（string）の開始時に小さな平均距離（長さが約０ｍｍ～約１０ｍｍ）に基づいて、スタンドオフの監視及び制御を行うように構成することができる。指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、（部品堆積スケジュール又はプロセスへの主な影響なく）アークがオンにされた状態で又は次のストリングを堆積させるために戻るときをスキャンすることによって、ストリングの堆積長全体にわたるスタンドオフの監視及び制御用に構成することができる。指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、インライン形状の監視及びスタンドオフ推定用に構成することができる。これは、モデルからの偏差を監視及び検出し、堆積されたストリングの形状全体をログ記録するユーザーインターフェースを提供する一方で、オーバーラップ及びレーザー測定値を含むビード／ストリングのモデルに基づいて行うことができる。
図２は、本開示による指向性エネルギー堆積プロセスフローの一実施形態を示している。特に、指向性エネルギー堆積プロセス２００は、指向性エネルギー堆積（例えばＲＰＤ（商標））付加製造機２０４内に入力される複数の入力２０２（例えば、ワイヤ、基板、希ガス）を含む。指向性エネルギー堆積付加製造機２０４は、これに応答して、ワークピース２２４及びプロセス機械可読ログ２２６（例えば、データ構造体、ファイル）を含む複数の出力２０６を出力する。また、指向性エネルギー堆積付加製造機２０４は、ＲＰＤ（商標）プログラム２１４（例えば、ＮＣコマンド、実行可能コード、数値のリスト、マークアップコード、区切りテキスト、記入されたスプレッドシート）を、コンピューター支援設計（ＣＡＤ）ファイル２１０（例えば、付加製造される物体の多次元イラスト）をＲＰＤ（商標）プログラム２１４に変換するグラフィカル変換ソフトウェアアプリケーション２１２から受信する。グラフィカル変換ソフトウェアアプリケーション２１２は、グラフィカル変換ソフトウェアアプリケーション２１２がＣＡＤファイル２１０をＲＰＤ（商標）プログラム２１４に変換することを支援するために、指向性エネルギー堆積（例えばＲＰＤ（商標））付加製造プロセス知識データ（例えば、機械設定、堆積パラメーター）のセットをグラフィカル変換ソフトウェアアプリケーション２１２に（例えば、有線、導波管、無線によって）供給するデータ源２０８（例えば、データベース、データ構造体、ソフトウェアアプリケーション、関数、ＡＰＩ）とリンクされるか又は通信する。
指向性エネルギー堆積付加製造機２０４内では、ＲＰＤ（商標）プログラム２１４が、ワークピース２２４をもたらす指向性エネルギー堆積（例えばＲＰＤ（商標））付加製造プロセス２１８を制御するロジックコントローラー２１６（例えばＰＬＣ）内に入力される。指向性エネルギー堆積付加製造機２０４はロジックコントローラー２１６をホストすることに留意されたい。指向性エネルギー堆積付加製造プロセス２１８中に、ロジックコントローラー２１６は、指向性エネルギー堆積付加製造プロセス２１８がワークピース２２４を製造することを支援するパラメーター監視プロセス２２０及びパラメーター制御プロセス２２２を実行する。
パラメーター監視プロセス２２０及びパラメーター制御プロセス２２２が指向性エネルギー堆積付加製造プロセス２１８を支援するいくつかの方法のうちの１つは、様々な指定された読み取りオフセットを中心とする特定の範囲内において、電極１０８のＤＴＣＰと、ワークピース１１８の幾何学的プロファイルに基づくワークピース１１８の最高地点又はワークピース１１８の幾何学的プロファイルに基づくワークピース１１８の最低地点との間のスタンドオフ距離を応答的且つ動的にリアルタイムで維持又は制御するスタンドオフ距離監視制御システムを用いることによるものとすることができる。スタンドオフ距離監視制御システムは、ＬＬＳ１１２が基板１０２及びワークピース１１８に沿って横方向に延びるか又はこれらを横切るレーザーパターン１１４を介して基板１０２及びワークピース１１８を光学的に読み取ることに基づいて、スタンドオフ距離を動的且つ応答的にリアルタイムで保持又は動的且つ応答的にリアルタイムで調整することができ、その後、ワークピース１１８の幾何学的プロファイルがスタンドオフ距離に関連付けられた既定の閾値（例えば数値）（例えば、約１００ミリメートル以下、約９０ミリメートル以下、約８０ミリメートル以下、約７０ミリメートル以下、約６０ミリメートル以下、約５０ミリメートル以下、約４０ミリメートル以下、約３０ミリメートル以下、約２０ミリメートル以下、約１０ミリメートル以下であって、それらの間の任意の値（例えば、約１ミリメートル、約２ミリメートル、約３ミリメートル、約４ミリメートル、約５ミリメートル、約６ミリメートル、約７ミリメートル、約８ミリメートル、又は約９ミリメートルごと）を含むが、より大きな様々な桁、例えば、センチメートル、デシメートル、メートルを含む１００ミリメートルよりも大きな値（例えば、約１２５ミリメートル、約１５０ミリメートル、約２００ミリメートル、約２２５ミリメートル、約２５０ミリメートル、約３００ミリメートル又はそれよりも大きい）が可能である）を満たすか又は満たさないことに動的に応答して、基板１０２又はワークピース１１８の幾何学的プロファイルに対して電極１０８を垂直に（例えば、上方、下方に）移動させる。したがって、ロジックコントローラー２１６は、パラメーター監視プロセス２２０及びパラメーター制御プロセス２２２に基づいてスタンドオフ距離（例えば、フィードバック反復処理）を動的且つ応答的に保持、維持、又は調整する。
図３は、本開示による指向性エネルギー堆積プロセスフローの一実施形態を示している。特に、指向性エネルギー堆積プロセス２００は、プロセス監視技法２３０が、プロセス制御技法２２８にどのようにフィードされるのかを示している。プロセス制御技法２２８は、次に、ロジックコントローラー２１６をフィードする。プロセス監視技法２３０は、スタンドオフ距離監視制御システムに基づいて指向性エネルギー堆積付加製造プロセス２１８を監視する。例えば、プロセス監視技法２３０は、基板１０２及びワークピース１１８に沿って横方向に延びるか又はこれらを横切るレーザーパターン１１４を介して、基板１０２又はワークピース１１８の変化するプロファイルを光学的に読み取るＬＬＳ１１２を含むことができる。
プロセス監視技法２３０が、動的且つ応答的であり、リアルタイム性を有することができるスタンドオフ距離の調節、制御、維持、又は調整が実現可能でない（例えば、スタンドオフ距離偏差を補正することができないか又は適時に補正することができない大きなスタンドオフ距離偏差）と判断した場合には、プロセス監視技法２３０は、エラーをプロセス機械可読ログ２２６にログ記録し、ワークピース１１８を付加製造しない。そうではなく、プロセス監視技法２３０が、動的且つ応答的であり、リアルタイム性を有することができるスタンドオフ距離の維持又は調整が実現可能であると判断した場合には、プロセス監視技法２３０は、プロセス制御技法２２８と通信し、適時に調整することができる指向性エネルギー堆積付加製造機２０４の様々なパラメーター又は特性（例えば、スタンドオフ距離制御、ムーバー移動パラメーター、ワイヤインアーク制御）をプロセス制御技法に適時に通知する。次に、プロセス制御技法２２８は、ロジックコントローラー２１６が、適時に調整することができる指向性エネルギー堆積付加製造機２０４の様々なパラメーター又は特性に基づいて適時に動作することができるように、ロジックコントローラー２１６と通信する。例えば、ロジックコントローラー２１６は、ムーバーが、ワークピース１１８の幾何学的プロファイル又は基板１０２に対してＺ軸に沿って（例えば上方に、下方に）電極１０８を適時に（例えば垂直に）移動させるように、電極１０８に結合されたムーバー（例えば、モーター、エンジン、アクチュエーター、機械リンク装置、ギア機構、プーリー機構、油圧機構、空気圧機構）と通信することができる。例えば、ムーバーは、望ましくない場合がある突然の移動又は突発的な移動を回避しながら、電極を適時に（例えば垂直に）滑らかな方法で移動させることができる。この機能によって、ムーバーは、ロジックコントローラー２１６上で動作する制御機能を介してスタンドオフ距離を動的且つ応答的にリアルタイムで保持することが可能になる。
図４は、本開示によるワークピースを支持する基板の一実施形態を示している。特に、基板１０２又はワークピース１１８は、縦方向又は横方向を問わず、電極１０８とワークピース１１８との間のスタンドオフ距離の制御を保証する様々な方法で構造化することができる。例えば、ワークピース１１８は、特に両面部品の場合の歪み、平坦でないストリング表面、平坦でない高さステップ、特徴部（例えば、開始特徴部、終了特徴部、接合部）を有する可能性がある。同様に、基板１０２は、（例えば、縦方向、横方向に）水平にならないようにすることができ、（例えば、縦方向、横方向に）互いに向けて上方に曲がったその対向端部を有する場合がある。例えば、基板１０２は、水平でない場合もあるし（例えば、上り傾斜端部）、ワークピース１１８は、上昇する傾斜又は減少する傾斜（例えば特徴部）を有する場合もあり、ＬＬＳ１１２は、水平でないか又は上昇若しくは減少する傾斜である基板１０２を光学的に読み取ることができ、電極１０８を（例えば、基板１０２若しくはワークピース１１８から離れて垂直上方に又はそれに向かって垂直下方に）徐々に移動させて、事前に設定されたスタンドオフ距離を動的に且つ滑らかに維持することができる。そのような適時且つ徐々の移動は、事前に又は電極１０８が基板１０２若しくはワークピース１１８のその点（例えば、その点の上方において、ワイヤ溶融が行われる）の上方に位置決めされるかなり前とすることもできるし、そうでない場合には、スタンドオフ距離を徐々に維持する（例えば、望ましくない場合がある突然の又は突発的な移動を伴う場合がある）ために、基板１０２又はワークピース１１８のその点が電極１０８の下に位置決めされる時間まで過度に遅くすることもできるし、そうしないこともできる。同様の処理は、基板１０２（例えば、減少傾斜端部）又はワークピース１１８が減少する傾斜（例えば特徴部）を有することができるときに適用される。
図５は、本開示による基板上のワークピースの幾何学的プロファイルを読み取るレーザーラインスキャナーを含む指向性エネルギー堆積付加製造システムのブロック図の一実施形態を示している。特に、指向性エネルギー堆積（例えばＲＰＤ（商標））付加製造システム５００は、ＬＬＣ１１２、データ有効性検証ロジック５０２、グリッド間隔ロジック５０４、ＲＰＤ（商標）プログラム５０６、オペレーターヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ：human machine interface）５０８、制御ロジック５１０、Ｚ軸駆動ロジック５１２、統合位置センサー５１４（例えば、Ｂｏｓｃｈ（ボッシュ）統合測定システム（ＩＭＳ：Integrated Measuring System）バージョン）、ワークピース座標系（ＷＣＳ：workpiece-coordinate-system）ロジック５１６、及びプロセッサ５１８（例えば、シングルコア、マルチコア、ＰＬＣ、回路、プリント回路基板）を含む。
ＲＰＤ（商標）プログラム５０６（例えば、実行可能コード、数値制御（ＮＣ）値のリスト、マークアップコード、区切りテキスト、記入されたスプレッドシート）は、（例えば、指定されたスタンドオフ距離を維持する）様々な指向性エネルギー堆積付加製造システム設定を含み、オペレーターＨＭＩ５０８は、ＲＰＤ（商標）プログラム５０６がロジックコントローラー２１４上で実行されている間、必要な場合には、ＲＰＤ（商標）プログラム５０６を無効にすることができるユーザーインターフェース（例えば、アナログ、デジタル）を提供するようにプログラミングされる。この無効化は、ワークピース１１８が指向性エネルギー堆積付加製造システム５００を介して付加製造されている間にリアルタイムで行うことができる。
指向性エネルギー堆積付加製造システム５００がＲＰＤ（商標）プログラム５０６を読み取り、オペレーターＨＭＩ５０８がＲＰＤ（商標）プログラム５０６を無効にしていないと、基板１０２がワイヤ源１０４、指向性エネルギー源１０６、指向性エネルギー源１１０、及びＬＬＳ１１２に対して３次元空間内を移動している間、指向性エネルギー堆積付加製造システム５００は、ワイヤ源１０４から供給されているワイヤにプラズマアークを誘導する電極１０６を介して基板１０２上でワークピース１１８を付加製造する。ワークピース１１８を層ごとに付加形成するために、液滴がプラズマアーク（又は他の任意の関連エネルギー源）を介して溶融されているワイヤから形成されるように、及び、液滴が基板１０２上に堆積、位置決め、層状化、カスケード、又は落下されるように、基板１０２が３次元空間内を移動している間、電極１０８が基板１０２の上方でワイヤを溶融するプラズマアークを生成するように、ワイヤ源１０４は、基板１０２の上方にワイヤ（例えば、金属、合金、チタン、アルミニウム、鋼鉄）を供給する（例えば、スプールから取り外す、供給する）。ワークピース１１８は幾何学的プロファイルを有するので、ＬＬＳ１１２が、基板１０２及びワークピース１１８の幾何学的プロファイルを光学的に読み取り、それに応じて、読み取り値（例えば、ワークピースプロファイル、ワークピース高、ワークピース幅）のセットを生成するように、ＬＬＳ１１２は、基板１０２及びワークピース１１８の幾何学的プロファイルにわたってレーザーパターン１１４を出力する。読み取り値のセットは、以下で更に説明するように、フィルタリング、飽和化、及び平滑化することができる。
ＬＬＳ１１２は、読み取り値のセットの有効性を検証するために、ＬＬＳ１１２からの読み取り値のセットをそのワークピース１１８の予想値のセットと（例えば、順次、同時に）比較するデータ有効性検証ロジック５０２（例えば、ハードウェア回路、ソフトウェア関数、ＡＰＩ）内に読み取り値のセットを供給する。予想値のセットは、オペレーターＨＭＩ５０８からのユーザー入力に基づいて設定されたデータ構造体（例えばアレイ）から供給することができる。例えば、ＬＬＳ１１２からの読み取り値のセットをそのワークピース１１８の予想値のセットと比較することは、ワークピース１１８の予想パラメーター、基準、範囲、若しくは閾値のセット又は基板１０２の幾何学的プロファイルに基づいて読み取り値のセットをフィルタリングすることを含むことができる。データ有効性検証ロジック５０２が、ＬＬＳ１１２からの読み取り値のセットの有効性を検証することができる場合には、データ有効性検証ロジック５０２は、読み取り値のセットをグリッド間隔ロジック５０４（例えば、ハードウェア回路、ソフトウェア関数、ＡＰＩ）内に入力し、グリッド間隔ロジック５０４は、読み取り値のセットを、ワークピース１１８に対応する（例えば、次元成形された）アレイ又はグリッド（例えば、２次元、３次元）に変換する。グリッド間隔ロジック５０４は、アレイ又はグリッドを制御ロジック５１０（例えば、ハードウェア回路、ソフトウェア関数、ＡＰＩ）に供給する。
Ｚ軸駆動ロジック５１２は、ムーバー（例えば、モーター、エンジン、アクチュエーター、機械リンク装置、ギア機構、プーリー機構、油圧機構、空気圧機構）に（例えば、有線、無線、電気、機械によって）結合される。したがって、制御ロジック５１０は、ムーバーが現在、ＩＭＳ５１４に基づいて基板１０２又はワークピース１１８に対してどのように位置決めされているのかを考慮しながら、読み取り値のセットを読み取る。例えば、指向性エネルギー源１０６及びＩＭＳ５１４は、トラックに取り付けることができる。例えば、ＩＭＳ５１４は、その位置を求める線形位置センサー、線形エンコーダー、距離センサー、若しくは別のセンサー、インタロゲーター、又はリーダーを含むことができる。指向性エネルギー源１０６がトラックに取り付けられているとき、ムーバーをトラックに取り付けることができることに留意されたい。その場合に、制御ロジック５１０は、その位置情報（例えば、デカルトＸ／Ｙ座標）をワークピース１１８のワークピース座標系（ＷＣＳ）の座標のセット（例えば、２次元、３次元）に変換する。ムーバーは、電極１０８に（例えば、機械的、電気的に）結合されているので、ＷＣＳ座標のセットは、プロセッサ５１８に（例えば、順次、同時に）供給され、プロセッサ５１８は、その後、ワークピース１１８を有する基板１０２がＬＬＳ１１２に対して（又はその逆にＬＬＳ１１２が基板１０２に対して）移動しているときに、ワークピース１１８又は基板（層０）と電極１０８との間のスタンドオフ距離を維持するために、ＷＣＳ座標のセットに基づいて電極１０８を（例えば垂直に）移動させるようにムーバーに要求する。
１つの動作モードでは、レーザーラインスキャナー１１２は、ワークピース１１８及び基板１０２の幾何学的プロファイルを測定し、そのような測定に基づいてデータのセットを形成する。データのセットは、計算によって有効性が検証され、その後に距離制御偏差値を計算するのに使用されるＷＣＳシステムにおけるＸ，Ｙアレイ又はグリッドに格納される。ＷＣＳシステムは、ＲＰＤ（商標）プログラム５０６からの設定点、オペレーターＨＭＩ５０８からのオペレーターによる無効、及び駆動位置の結果を取り込み、ムーバーが（例えば垂直に）移動し、それによって、ワークピース１１８及び基板１０２の幾何学的プロファイルに対して電極１０８を調整することを可能にする。
１つの動作モードでは、スタンドオフ偏差をもたらすいくつかの要因が存在し、これらは、図４に示すように、基板の歪み、平坦でないストリング表面、平坦でない高さステップ、接合部、特徴部、及び他の複雑なプロセス変動を含む。スタンドオフ監視制御システムは、図５に示すように、レーザー距離測定スキャナー及び制御システムを使用して監視及び制御を自動化する。ＬＬＳ１１２のシステムブロックは、レーザー座標系におけるワークピース１１８の距離の捕捉、フィルタリング及び抽出を担当し、データ有効性検証ブロックは、レーザーからのデータの有効性を検証し、ワークピース座標系に変換し、それを再サンプリングしてデータアレイに（ワークピース座標で）格納する。制御ブロックは、このデータ、プログラムからの設定点、及び駆動位置センサー（例えばＩＭＳ）からのフィードバックを使用して、スタンドオフ距離を設定点に維持するようにＺ軸を制御する。
図６は、本開示によるレーザーラインスキャナーシステムの図の一実施形態を示している。図７は、本開示によるレーザーラインスキャナーシステムの図の一実施形態を示している。特に、ＬＬＳ１１２は、動作のセット６００を実行するか、動作のセット６００が実行されることを可能にするか、又は動作のセット６００を実行させる。動作のセット６００は、図７００によって例示されるように、セット６０２、セット６０４、セット６０６、及びセット６０８を含む。
セット６０２は、図７００によって例示されるように、ＬＬＳ１１２からのデータが適切であることを保証することに関係する。例えば、ワイヤ源１０４が、反射性を有する金属又は金属合金を含むワイヤを供給する場合に、ＬＬＳ１１２は、特に電極１０６がプラズマアークをワイヤに誘導し、他の光学歪みをもたらすか又は導入するときに、金属又は金属合金からの少なくともいくつかの望ましくない又は予期しない反射に起因して歪みを受ける場合がある少なくともいくつかの光学読み取り値を有する可能性がある。したがって、セット６０２は、読み取られる毎秒のフレーム、カメラレベルフィルター、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ：high dynamic range）画像処理、画像飽和処理、画像平滑化、及び他の関連した画像処理又はデータ前処理の動作の制御を伴う。基板１０２は、（例えば、層０、層１及び層２内の）基板レベルにおける光学歪み又は偏差を削減するために、光沢又は輝きを低減するように前処理することができることに留意されたい。
同様に、セット６０４は、図７００によって例示されるように、セット６０２からのデータに基づいて、基板１０２の様々な測定値（例えば、期待値を満たすデータ、異常値を最小にするデータ）及び基板１０２に対するワークピース１１８の幾何学的プロファイルを求めることを伴う。例えば、これらの測定値は、レーザーパターン幅、タイミング値、基板１０２に対するワークピース１１８の幾何学的プロファイルの最低地点（例えば、抽出された谷）、基板１０２に対するワークピース１１８の幾何学的プロファイルの最高地点（例えば、抽出されたピーク）等を含むことができる。
同様に、セット６０６は、図７００によって例示されるように、セット６０４からのデータに基づいて、複数のピーク－谷－平均高さワークピースギャップ、ワークピースプロファイル傾斜を求めること、及び他の関連する高さ、幅、長さを求めることを伴う。例えば、セット６０６は、（ａ）その時点における基板１０２に対するワークピース１１８のピーク（例えば最高地点）、（ｂ）その時点における基板１０２に対するワークピース１１８の谷（例えば最低地点）、又は（ｃ）その時点における基板１０２に対するワークピース１１８の平均高さと、レーザーパターン１１４の中心点における高さとの間の高さの差を見つけることに基づいてギャップ１（例えば、図７の８０～８４）を求めることを含むことができる。例えば、セット６０６は、その時点（例えば探索窓）におけるピークと谷との間の高さの差を見つけることに基づいてギャップ２（例えば、図７の８０～８１）を求めることを含むことができる。例えば、セット６０６は、ピーク及び谷を通る線分をフィッティングし、それによって、その線分の傾斜を求めることを含むことができる。これらは例示の機能であり、このソフトウェアははるかに多くのデータ処理及び画像処理を行うことができることに留意されたい。
さらに、セット６０８は、図７００によって例示されるように、セット６０６からのデータの有効性を検証することと、有効性検証の成功又は不成功に基づいてロジックコントローラー２１６と通信することとを伴う。例えば、ＬＬＳ１１２からのレーザーパターン１１４に基づいて、ＬＬＳ１１２と基板１０２又はワークピース１１８との間の距離を（例えば、変換に基づいて）求めることができ、次に、校正パラメーターのセットに基づいて、スタンドオフ距離値に変換することができる（これはデータ有効性検証ロジック５０２によって行うことができる）。例えば、セット６０８は、基板１０２に対するワークピース１１８の高さ（例えば、ピークの距離、谷の距離、平均の距離）、ギャップ１、ギャップ２、及びワークピース１１８のビードの傾斜の有効性を検証することと、この高さの有効性が検証されたことに基づいて、次に、データのセットをロジックコントローラー２１６に送信することとを含むことができる。例えば、これは、基板が関係している場合もあるし関係していない場合もある上部層における第１の堆積層を調べることによって行うことができるが、距離は、以前に堆積された層に関して測定することができる。例えば、データのセットは、Ｘパラメーター（例えば長さ）、Ｙパラメーター（例えば深さ）、Ｚパラメーター（例えば高さ）、ギャップ１、ギャップ２、及びエラーコードを含むことができる。したがって、ロジックコントローラー２１６は、ムーバーに電極１０８を移動させることができる。そうではなく、この高さデータが有効なものでない場合には、適切なエラーメッセージ及びエラーコードがロジックコントローラー２１６に送信され、これらに基づいて、ロジックコントローラー２１６は、動作するか又は動作を回避する。
図７００は、ワイヤ源１０４からのワイヤの溶融から形成されるストリングを測定することができ（例えば、１フレーム毎秒～１００００フレーム毎秒（ｆｐｓ：frames per second）以上）、横断速度に応じて、これが、堆積に沿って１ミリメートル当たり或る特定のサンプル（例えば、１０ｍｍ／秒の横断速度及び１００ｆｐｓのフレームレートにおいて、サンプルは１ミリメートル当たり１０個となる）になることを示している。同様に、ＨＤＲ及びフィルターが、最大限可能な範囲まで雑音及び迷光を抑制するのに使用される。ＬＬＳシステム１１２は、レーザーパターン１１４の中心部の周囲又は中心部から約±１０ｍｍ以内の最高地点（例えばピーク）、最低地点（例えば谷）、又は平均スタンドオフのいずれかを返すために柔軟性を有するように開発されている。これは、特にワークピース１１８の特徴部、ブロック、及び他の構造部分に有用であり得る。
図８は、本開示によるワークピースを支持する基板並びにデータ有効性検証及びグリッド間隔に関連する情報セットの一実施形態を示している。特に、図８００は、ＬＬＳ１１２から供給されるデータ有効性検証ロジック５０２及びグリッド間隔ロジック５０４に関係している。したがって、ＬＬＳ１１２から取得されるデータは、ダウンサンプリングすることができ、図８に示すように、ワークピース１１８が堆積されるワークピース座標内の位置に基づいて格納することができる。さらに、異常値を除外するために、少なくともいくつかの、多くの、ほとんどの、又は全ての測定値の有効性を（例えば、予想値に基づいて）検証することができる。また、少なくともいくつかの、多くの、ほとんどの、又は全てのデータは、いくつかの層において更に有効性が検証され、Ｘ軸及びＹ軸に沿って約１０ミリメートル以下、約９ミリメートル以下、約８ミリメートル以下、約７ミリメートル以下、約６ミリメートル以下、約５ミリメートル以下、約４ミリメートル以下、約３ミリメートル以下、約２ミリメートル以下、約１ミリメートル以下又は１ミリメートル未満の分解能を有するアレイ又はグリッド内に格納される。図８に示すように、許容誤差が、異常値を除去するために適用されているローパスフィルター（例えば移動平均フィルター）に基づいて定められる。また、少なくともいくつかの、多くの、ほとんどの、又は全ての測定値の有効性が、先行層からの少なくともいくつかの、多くの、ほとんどの、又は全ての測定値に対して検証される。データが、理由の如何を問わず、先行層において定められた期間（例えば、約１０秒、約９秒、約８秒、約７秒、約６秒、約５秒、約４秒、約３秒、約２秒、約１秒、約０．５秒、約０．３秒以内）よりも長い間欠落している場合には、指向性エネルギー堆積付加製造システム５００は、先行層の最大値を使用してデータの有効性を検証することができる。例えば、欠落データ及び異常値、測定値内の雑音、破損した測定値等に対処する方法又はレジームを使用することができる。これらの処理形態は、異常値除去及び衝突回避（例えば、基板１０２、ワークピース１１８上の物体、基板１０２上のクランプ）を可能にする。オペレーターが入力した、装填前の精密な基板高さ測定に基づいて得ることができる平均基板高さ又は平均ワークピース高さは、データ有効性検証の初期条件としての役割をすることができるとともに、ワークピース１１８を形成するストリング（例えば、溶融された材料、溶融されたワイヤ）の端部における不必要な補正を回避又は最小化することも助けることに留意されたい。
図９は、本開示による制御ブロックの図の一実施形態を示している。図１０は、本開示による制御ブロックの図の一実施形態を示している。特に、図９００は、図１０００によって例示されるように、ロジックコントローラー２１６を介して実施される制御ロジック５１０を表している。図９００は、入力９０２、入力９０４、入力９０６、及び入力９０８を有する。入力９０２はＲＰＤ（商標）プログラム５０６から供給される。入力９０４はＬＬＳ１１２から供給される。入力９０６はオペレーターＨＭＩ５０８から供給される。入力９０８はＩＭＳ５１４から供給される。入力９０２は、少なくともいくつかの要求されたスタンドオフ値が少なくともいくつかのプロセス仕様限度内にあることを確保するためのＲＰＤ（商標）プログラム５０６から供給される事前に設定された値のセットからの複数の付加製造値の選択のために飽和ロジック９１０に供給される。この結果は、その後、比較法則ブロック９４０に供給され、制御法則ブロック９２６のスタンドオフ制御偏差が計算される。
入力９０４（例えば、ＲＰＤプログラムに基づいて予想されるストリング高さの増加を表す）は、判定ロジックに供給され、入力９０４が有効であるか否かが予想値のセットに基づいて判断される。予想値は、ＲＰＤ（商標）プログラムに基づいている（例えば、予想ストリング高さは、ＲＰＤプログラムにおいて定義されたプロセス変数に基づいて層ごとに増加する）。イエスである（例えば有効である）場合には、入力９０４は、ローパスフィルター９１２に供給され、その後、ロジックコントローラー２１６内の論理バス又はゲート９１８に供給される。ノーである（例えば無効である）場合には、入力９０４は、無効測定用のロジック９２０に供給され、このロジック９２０は、（或る特定の距離までの）以前の有効な測定値に基づくデータのセットを保有し、このデータのセットをスタンドオフ制御法則ロジック９２６に供給し、このロジック９２６は、このデータのセットがスタンドオフ距離制御ルール（例えば、電極１０８を垂直に移動させる条件／命令）のセットに準拠しているか否かを判断する。入力９０６は、オペレーターの寄与が、プロセス制御仕様において規定された許容された寄与の指定範囲内にあるか否かを検証する飽和ロジック９１４に供給され、その後、論理バス又はゲート９１８に供給される。入力９０８は、ローパスフィルター９１６に供給され、ローパスフィルター９１６は、指向性エネルギー源の高さを生成し、その後、指向性エネルギー源の高さを論理バス又はゲート９１８に供給する。
比較法則部９４０は、飽和ロジック９１０及び論理バス又はゲート９１８からデータを受信し、このデータに基づいて、スタンドオフ距離偏差値を生成する。プロセッサ９４０は、その後、スタンドオフ距離偏差値に関する初期条件チェック９２２（例えば有効性検証）、初期条件チェック９２２の出力に関する制御利得選択９２４、制御利得選択９２４の出力に関するスタンドオフ制御法則ロジック９２６を実行するか、実行させるか、又は実行することを可能にし、その後、突然の動き回避９２８、部品ごとの補正制限（correction limits）９３０、堆積されたストリングごとの補正制限９３２、ローパスフィルター９３４、ＲＰＤ（商標）プログラムリセットチェック９３６、及び駆動動的ランプ制御（drive dynamic ramp control）９３８を含む条件チェックのセットを実行する。したがって、これらの動作は、柔軟な制御モードのセット（例えば、開始無制御（start no-control）、ストリング開始ベース（string start based）、又はスタンドオフ設定点への完全制御（ストリングごと））、動的調整のセット（例えば、小さな誤差の場合には低速、大幅な又はより大きな誤差の場合には高速）、補正制限のセット（例えば、ストリングごとに及び部品ごとに全体としての双方の衝突又は過度に多くの補正を防止する）、動的ランプ制御（例えば、滑らかな補正を可能にし、振動、突然の動きを回避する）、及びオペレーターによる無効（例えば、オペレーターは、機械の損傷を防止するためにいつでもシステム無効化の制御を有する）を可能にする。
図１１は、本開示によるスタンドオフ監視制御の複数のシナリオの一実施形態を示している。特に、図１１００は、基板プロファイル上又はビードプロファイル上を問わず、スタンドオフ距離の定義が異なっている（例えば、レーザーパターンの中心点の周囲の最高地点若しくは最低地点又は平均距離）異なるシナリオを示している。正確な又は一貫したパス間温度測定のために、たとえストリングスタンドオフがＴ１のためだけであり、Ｔ３には第２の既定の距離が設定される場合があっても、スタンドオフは、第１の既定の距離に設定することができることに留意されたい。ここで、第１の既定の距離は第２の既定の距離よりも小さく（ただし、これは必須ではないので、それ以上であることも可能である）、指向性エネルギー堆積の間、スタンドオフ距離は設定点に維持される。さらに、ＤＴＣＰは、液滴が電極１０８の先端部の真下ではなくワークピース１１８と接触する地点にスタンドオフ制御部を移動させるワイヤ速度に基づいて計算されることに留意されたい。その上、全ての未処理の測定値、層の高さ、補正、制御偏差及び駆動動作がログ記録されるログデータベースへの十分なログ記録。加えて、指向性エネルギー堆積付加製造システムがＲＰＤ（商標）プログラムによって要求される事前設定に基づく制御設定をロードすることができる構成管理が設計される。
図１２は、本開示による、ツールヘッドとの衝突のリスクが増加する基板の複数のエッジの周囲のマージンの一実施形態を示している。特に、図１２００は、ツールヘッド衝突のリスクが高い基板のエッジの周囲の電極中心点の位置のマージン（例えば、約１０ミリメートル以下、約９ミリメートル以下、約８ミリメートル以下、約７ミリメートル以下、約６ミリメートル以下、約５ミリメートル以下、約４ミリメートル以下、約３ミリメートル以下、約２ミリメートル以下、約１ミリメートル以下のクリアランス、スパッタを有しない損傷を受けていないクランプ）を示している。
図１３は、本開示による基板をクランプするクランプとの衝突を最小化又は回避する技法の一実施形態を示している。特に、図１３００は、アクティブ制御中に衝突を回避するために考慮する必要がある重要な幾何形状を示している。実際のクリアランス（下側補正制限）は、実際にはストリング高さ変動に起因してより小さい。さらに、図１３００は、スタンドオフ制御中の基板クランプの考慮すべき事項を示している（例えば、異なる幾何形状は、衝突を回避するためにスタンドオフ設定点に応じた下側補正制限を規定する）。例えば、いくつかの測定が、スタンドオフ距離制御がクランプとのツールヘッド衝突のリスクを有するようなものであるとき、ロジックコントローラー２１４システムは、衝突を回避するために下方制御動作を制限することができる。
１つの動作モードでは、指向性エネルギー堆積（例えばＲＰＤ（商標））アディティブマニュファクチャリングシステムは、フレームレート及びフィルタリング（例えば、測定は１フレーム毎秒～１００００フレーム毎秒で行われ、ＨＤＲ機能及び前置フィルタリングを使用して、プラズマアーク又はエネルギー源からの反射及び迷光を削減する）、フレキシブル測定モード（例えば、レーザーパターン１１４の中心の周囲又は中心から約（±１０ｍｍ）未満の最高スタンドオフ、最低スタンドオフ、平均スタンドオフ）、測定有効性検証（例えば、測定の有効性を検証するために使用される最高及び最低のｚの間の差、並びに傾斜）、フレキシブル制御モード（例えば、開始無制御、ストリング開始ベース、又はスタンドオフ設定点への完全制御（ストリングごと）、動的調整（例えば、小さな誤差の場合には低速、大幅な又はより大きな誤差の場合には高速）、動的な補正制限（例えば、計算されて動的に適用される補正制限が、ストリングごとに及び部品ごとに全体としての双方について、衝突を防止し、過度に多くの補正を回避するために使用される）、動的ランプ制御（例えば、動的ランプは、滑らかな補正を可能にし、振動、突然の動きを回避するために使用される）、オペレーターによる無効（例えば、オペレーターは、機械損傷を防止するためにいつでもシステム無効化の制御を有する）、正確な又は一貫したパス間温度測定（例えば、たとえストリングスタンドオフがＴ１のためだけであり、Ｔ３には第２の事前に設定された距離が設定される場合があるとともに、堆積中にスタンドオフが設定点に維持されても、スタンドオフは、第１の事前に設定された距離に設定することができる）、ＤＴＣＰ（例えば、液滴が電極先端部の下ではなくワークピースと接触する地点にスタンドオフ距離制御部を移動させるワイヤ速度に基づいて計算される）、データログサーバーへの十分なログ記録（例えば、いくつかの、ほとんどの、又は全ての未処理の測定値、層の高さ、補正、及び駆動動作がログ記録される）、又は構成管理（例えば、プログラムによって要求される事前設定に基づく負荷制御設定）用に構成することができる。
１つの動作モードでは、指向性エネルギー堆積付加製造システム１００は、コントローラー１１９、ＬＬＳ１１２、基板１０２、指向性エネルギー源１０６、付加製造材料（例えばワイヤ源１０４）、及びムーバーを含む。コントローラー１１９は、ＬＬＳ１１２、指向性エネルギー源１０６、及びムーバーに結合される。基板１０２は、ＬＬＳ１１２に対して３次元空間内を移動可能である。指向性エネルギー源１０６は、基板１０２に対して垂直軸に沿って移動可能である。ムーバーは、指向性エネルギー源１０６に結合される。ムーバーは、垂直軸に沿って指向性エネルギー源１０６を移動させる。指向性エネルギー源１０６はエネルギーを生成し、このエネルギーは、基板１０２が指向性エネルギー源１０６及びＬＬＳ１１２に対してＬＬＳ１１２に向けて３次元空間内を移動されるときに、ワークピース１１８が基板１０２上で付加製造されるように、基板１０２上へ付加製造材料を溶融する。ワークピース１１８は幾何学的プロファイルを有し、指向性エネルギー源１０６は、スタンドオフ距離が定められるようにワークピース１１８から垂直に離れて配置される。ＬＬＳ１１２は、コントローラー１１９が、スタンドオフ距離を維持するために指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御するように、基板１０２が３次元空間内を移動している間、ワークピース１１８の幾何学的プロファイルを監視する。コントローラー１１９は、基板１０２が３次元空間内を移動している速さに基づいてスタンドオフ距離を維持するために、指向性エネルギー源１０８を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御することができる。コントローラー１１９は、付加製造材料が指向性エネルギー源１０６を介して生成されるプラズマアークを介して溶融されている速さに基づいてスタンドオフ距離を維持するために、指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御することができる。指向性エネルギー源１０６は中央先端部分を含み、コントローラーは、付加製造材料が溶融されている結果生じる液滴が電極１０８の中央先端部分の真下に位置決めされる前にこの液滴がワークピース１１８と接触するように、付加製造材料が（例えば、ワイヤ源１０４を介して）供給されている速さに基づいてスタンドオフ距離を維持するために、指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御することができる。コントローラー１１９は、指向性エネルギー源１０６が垂直軸に沿って移動している間、指向性エネルギー源１０６の振動を最小にするために、指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って滑らかに移動させるようにムーバーに要求するようにプログラミングすることができる。コントローラー１１９は、指向性エネルギー源１０６が垂直軸に沿って移動している間、指向性エネルギー源１０６の突然の動きを最小にするために、指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って滑らかに移動させるようにムーバーに要求するようにプログラミングすることができる。コントローラー１１９は、基板と係合する物体との衝突を回避するために、指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーに要求するようにプログラミングすることができる。この物体は、ワークピース１１８以外のものである。この物体は、基板をクランプするクランプとすることができる。コントローラー１１９は、ビードごとに垂直軸に沿った指向性エネルギー源１０６の移動を制限するようにプログラミングすることができる。コントローラー１１９は、ワークピースごとに垂直軸に沿った指向性エネルギー源１０６の移動を制限するようにプログラミングすることができる。コントローラー１１９は、エラータイプに基づいて垂直軸に沿った指向性エネルギー源１０６の移動を動的に調整するようにプログラミングすることができる。ＬＬＳ１１２は、複数の読み取り値を生成し、コントローラー１１９は、ＬＬＳ１１２から読み取り値を受信し、コントローラーが指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーに要求する前に、読み取り値の有効性を検証するようにプログラミングすることができる。指向性エネルギー源１０６は、付加製造材料を溶融するプラズマアークを生成することができる。ＬＬＳ１１２は、複数の読み取り値を生成することができる。ワークピース１１８は、反射を生成することができ、コントローラーは、ワークピース１１８又はプラズマアークのうちの少なくとも一方に起因した反射又は迷光のうちの少なくとも一方を削減するために、ＨＤＲ技法又は前置フィルタリング技法のうちの少なくとも一方をＬＬＳ１１２からの読み取り値に適用するようにプログラミングすることができる。指向性エネルギー源１０６は、第１の指向性エネルギー源とすることができ、指向性エネルギー源１１０は、指向性エネルギー源１１０が、水平軸に沿ってＬＬＳ１１２と指向性エネルギー源１０６との間に位置決めされている場合に、基板１０２を予熱することができる。コントローラー１１９は、基板１０２が、縦方向又は横方向を問わず、水平軸又は垂直軸に沿って歪み、反り、又は変形を受けていることに基づいてスタンドオフ距離を維持するために、指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御することができる。コントローラー１１９は、ワークピース１１８の特徴部、ワークピース１１８の接合部、ワークピース１１８の交差部、平坦でない高さステップ、平坦でないストリング表面、又は基板１０２の歪みのうちの少なくとも１つに基づいてスタンドオフ距離を維持するために指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御することができる。センサー（例えばＩＭＳ５１４）は、ムーバーを監視することができる。コントローラーは、センサーに結合することができ、コントローラーは、センサーに基づいてスタンドオフ距離を維持するために指向性エネルギー源１０６を垂直軸に沿って移動させるようにムーバーを制御する。
本開示の様々な実施形態は、システムバスを通じてメモリ素子に直接又は間接的に結合された少なくとも１つのプロセッサを含む、プログラムコードの記憶及び／又は実行に適したデータ処理システムにおいて実施することができる。メモリ素子は、例えば、プログラムコードの実際の実行中に用いられるローカルメモリ、バルク記憶装置、及び実行中にバルク記憶装置からコードを取り出さなければならない回数を削減するために少なくともいくつかのプログラムコードの一時的な記憶装置を提供するキャッシュメモリを含む。
Ｉ／Ｏデバイス（キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイス、ＤＡＳＤ、テープ、ＣＤ、ＤＶＤ、サムドライブ及び他のメモリ媒体等を含むが、これらに限定されるものではない）をシステムに直接又は介在するＩ／Ｏコントローラーを通じて結合することができる。ネットワークアダプターもシステムに結合して、データ処理システムを介在するプライベートネットワーク又は公衆ネットワークを通じて他のデータ処理システム又はリモートプリンター若しくはリモート記憶デバイスに結合することを可能にすることができる。モデム、ケーブルモデム、及びイーサネット（登録商標）カードは、ごく僅かの利用可能なタイプのネットワークアダプターである。
本開示は、システム、方法、及び／又はコンピュータープログラム製品で実施することができる。コンピュータープログラム製品は、本開示の態様をプロセッサに実行させるためのコンピューター可読プログラム命令をその上に有する、単数（又は複数）のコンピューター可読記憶媒体を含むことができる。コンピューター可読記憶媒体は、命令実行デバイスによって使用される命令を保持及び記憶することができる有形デバイスとすることができる。コンピューター可読記憶媒体は、例えば、電子記憶デバイス、磁気記憶デバイス、光記憶デバイス、電磁記憶デバイス、半導体記憶デバイス、又はこれらの任意の適した組み合わせとすることができるが、これらに限定されるものではない。コンピューター可読記憶媒体のより具体的な例の非網羅的なリストは、次のもの、すなわち、ポータブルコンピューターディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブルコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、機械的に符号化されたデバイス、例えばパンチカード又は命令が記録された溝内の突起構造等、及びそれらの任意の適した組み合わせを含む。
本明細書に記載のコンピューター可読プログラム命令は、コンピューター可読記憶媒体からそれぞれのコンピューティング／処理デバイスに、又は、ネットワーク、例えば、インターネット、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク及び／又は無線ネットワークを介して外部コンピューター若しくは外部記憶デバイスにダウンロードすることができる。ネットワークは、銅伝送ケーブル、光伝送ファイバー、無線伝送体、ルーター、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピューター及び／又はエッジサーバーを含むことができる。各コンピューティング／処理デバイスにおけるネットワークアダプターカード又はネットワークインターフェースが、ネットワークからコンピューター可読プログラム命令を受信し、それぞれのコンピューティング／処理デバイス内のコンピューター可読記憶媒体に記憶するためにこれらのコンピューター可読プログラム命令を転送する。
本開示の動作を実行するコンピューター可読プログラム命令は、アセンブラー命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ：instruction-set-architecture）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又は１つ以上のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコード若しくはオブジェクトコードのいずれかとすることができる。プログラミング言語は、オブジェクト指向型プログラミング言語、例えばＳｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋等、及び従来の手続型プログラミング言語、例えば「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語等を含む。コードセグメント又は機械実行可能命令は、プロシージャ、関数、サブプログラム、プログラム、ルーチン、サブルーチン、モジュール、ソフトウェアパッケージ、クラス、又は命令、データ構造体、若しくはプログラムステートメントの任意の組み合わせを表すことができる。コードセグメントは、情報、データ、引数、パラメーター、又はメモリコンテンツを渡し及び／又は受信することによって、別のコードセグメント又はハードウェア回路に結合することができる。情報、引数、パラメーター、データ等は、とりわけメモリ共有、メッセージパッシング、トークンパッシング、ネットワーク送信を含む任意の適した手段を介して渡し、転送し、又は送信することができる。コンピューター可読プログラム命令は、スタンドアローンソフトウェアパッケージとしてユーザーのコンピューター上で全体を又はユーザーのコンピューター上で一部を実行することもできるし、ユーザーのコンピューター上で一部を実行するとともにリモートコンピューター上で一部を実行することもできるし、リモートコンピューター又はサーバー上で全体を実行することもできる。後者のシナリオでは、リモートコンピューターは、ＬＡＮ又はＷＡＮを含む任意のタイプのネットワークを通じてユーザーのコンピューターに接続することもできるし、この接続は、（例えば、インターネットサービスプロバイダーを使用してインターネットを通じて）外部コンピューターに対して行うこともできる。いくつかの実施形態において、例えば、プログラマブルロジック回路部、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路部が、本開示の態様を実行するために、コンピューター可読プログラム命令の状態情報を利用して電子回路部をパーソナライズすることによってコンピューター可読プログラム命令を実行することができる。
本開示の態様は、本開示の実施形態による、方法、装置（システム）、及びコンピュータープログラム製品のフローチャート例証及び／又はブロック図を参照して本明細書において述べられる。フローチャート例証及び／又はブロック図の各ブロック並びにフローチャート例証及び／又はブロック図のブロックの組み合わせがコンピューター可読プログラム命令によって実施され得ることが理解されるであろう。本明細書に開示されている実施形態に関して説明した様々な例示の論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピューターソフトウェア、又はそれらの双方の組み合わせとして実施することができる。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示の構成要素、ブロック、モジュール、回路、及びステップがそれらの機能に関して一般的に上記で説明されてきた。そのような機能がハードウェアとして実施されるか又はソフトウェアとして実施されるかは、特定の用途及びシステム全体に課される設計制約に依存する。当業者であれば、記載された機能を特定の用途ごとに様々な方法で実施することができるが、そのような実施の決定は、本開示の範囲からの逸脱をもたらすものとして解釈されるべきではない。
図のフローチャート及びブロック図は、本開示の種々の実施形態による、システム、方法、及びコンピュータープログラム製品の考えられる実施態様のアーキテクチャ、機能、及び動作を示す。この点に関して、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、指定された論理機能（複数の場合もある）を実施するための１つ以上の実行可能命令を含む、モジュール、セグメント、又は命令の或る部分を示すことができる。いくつかの代替の実施態様において、ブロックに記す機能が、図で記す順序から外れて行うことができる。例えば、連続して示す２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することができる、又は、ブロックは、時として、関係する機能に応じて逆順で実行することができる。ブロック図及び／又はフローチャート例証の各ブロック並びにブロック図及び／又はフローチャート例証のブロックの組み合わせが、指定された機能若しくは行為を実行する又は専用ハードウェア及びコンピューター命令の組み合わせを実行する専用ハードウェアベースシステムによって実装され得ることにも留意されたい。
単語、例えば「その後」、「次に」等は、ステップの順序を限定することを意図するものではない。これらの単語は、単に方法の説明の案内を読み手にするために使用される。プロセスフロー図は、動作を逐次プロセスとして記載することができるが、動作の多くは、並列又は同時に行うことができる。加えて、動作の順序は再配列することができる。プロセスは、方法、関数、プロシージャ、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その終了は、呼び出し側関数又はメイン関数への関数のリターンに対応することができる。
或る特定の実施形態に関して説明された特徴又は機能は、様々な他の実施形態内に及び／又は様々な他の実施形態と組み合わせ及び部分組み合わせを行うことができる。また、本明細書に開示されているような実施形態の異なる態様及び／又は要素も、同様にして組み合わせ及び部分組み合わせを行うことができる。さらに、いくつかの実施形態は、個別のもの及び／又は集合的なものを問わず、他のプロシージャがそれらの適用よりも優先度が高く及び／又はそうでない場合にはそれらの適用を変更することができるより大きなシステムの構成要素とすることができる。加えて、いくつかのステップが、本明細書に開示されているような実施形態の前、後、及び／又は実施形態と同時に必要とされることがある。少なくとも本明細書に開示されているような任意の及び／又は全ての方法及び／又はプロセスは、少なくとも部分的に少なくとも１つのエンティティ又はアクターを介して任意の方法で実行することができる。
本明細書において使用される術語は、直接的又は間接的な、全部又は一部の、一時的又は永続的な動作又は無動作を意味することができる。例えば、要素が別の要素「上にある」、別の要素に「接続される」又は別の要素に「結合される」として言及されるとき、その要素は、その別の要素上に直接あるか、その別の要素に直接接続又は結合されることもあるし、及び／又は、間接的及び／又は直接的な変形形態を含む介在する要素が存在することもある。対照的に、要素が別の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」として言及されるとき、介在する要素は存在しない。
用語「第１の」、「第２の」等は、本明細書において様々な要素、構成要素、範囲、層及び／又はセクションを説明するのに使用することができ、これらの要素、構成要素、範囲、層及び／又はセクションは、必ずしもそのような用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、或る要素、構成要素、範囲、層又はセクションを別の要素、構成要素、範囲、層又はセクションと区別するために使用される。したがって、以下で論述する第１の要素、第１の構成要素、第１の範囲、第１の層、又は第１のセクションは、本開示の教示から逸脱することなく、第２の要素、第２の構成要素、第２の範囲、第２の層、又は第２のセクションと呼ぶことができる。
本明細書において使用される術語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、必ずしも本開示の限定を意図するものではない。数に指定がないものは、本明細書において使用されるとき、文脈上、明確に別段の指定がない限り、単数のもの及び複数のものの双方を含むことが意図されている。また、数に指定がないものは、本明細書において使用されるとき、「１つ以上」という句も本明細書において使用されているが、「１つ以上」を意味するものとする。用語「備える」及び／又は「含む」は、本明細書において使用されるとき、明記された特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴部、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらの群の存在及び／又は追加を除外するものではない。さらに、本開示が、或るものが他の或るもの「に基づいて」と本明細書において明記しているとき、そのような明記は、１つ以上の他のものにも同様に基づくことができる根拠を指す。換言すれば、別段の明示の指定がない限り、本明細書において使用されるような「～に基づいて」は、「少なくとも一部が～に基づいて」又は「～に少なくとも部分的に基づいて」を包括的に意味する。
用語「又は／若しくは」は、本明細書において使用されるとき、排他的な「又は／若しくは」ではなく包括的な「又は／若しくは」を意味することが意図されている。すなわち、別段の指定がない限り、又は文脈から明らかでない限り、「ＸがＡ又はＢを用いる」は、自然な包括的置換（natural inclusive permutations）のいずれをも意味することが意図されている。すなわち、ＸがＡを用いる；ＸがＢを用いる；又はＸがＡ及びＢの双方を用いる場合に、これらの場合のいずれの下でも「ＸがＡ又はＢを用いる」は満たされる。
別段の定めがない限り、本明細書において使用される全ての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されているものと同じ意味を有する。一般に使用される辞書に定義されているような用語は、関連技術に関する意味と一致した意味を有すると解釈されるべきであり、本明細書において特に定義されていない限り、理想化された意味及び／又は過度に形式的な意味に解釈されるべきでない。
用語「約」及び／又は「実質的に」は、本明細書において使用されるとき、公称の値／用語からの±１０％の変動を指す。そのような変動は、いずれの場合にも常に含まれる。
何らかの開示内容が、引用することによって本明細書の一部をなし、そのような開示内容が、本開示内容と部分的及び／又は全体的に矛盾する場合には、矛盾する範囲、及び／又はより広い開示内容の範囲、及び／又はより広い用語の定義の範囲について、本開示内容が優先される。そのような開示内容が、互いに部分的及び／又は全体的に矛盾する場合には、矛盾する範囲について、後の日付の開示内容が優先される。
本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、様々な変更及び変形を本開示において行うことができることが当業者には明らかであろう。したがって、そのような変更及び変形が以下に列挙する特許請求の範囲の請求項及びそれらの均等なものの範囲内に含まれることを条件として、本開示は本開示の変更及び変形を包含することが意図されている。

Claims (42)

  1. ロジック、スタンドオフ距離測定ユニット、基板、トーチ、供給ユニット、材料、及びムーバーを備え、
    ロジックは、プラズマが前記基板上に前記材料を溶融させ、ワークピースがそれによって前記基板上で付加製造されるように、前記供給ユニットに前記材料を出力させ、前記トーチに前記プラズマを出力させ、前記ワークピースは、幾何学的プロファイルを有し、前記トーチは、スタンドオフ距離が定められるように、前記ワークピースから垂直に離れて配置され、前記ロジックは、前記ワークピースが付加製造されている間、該ロジックが、前記スタンドオフ距離を維持するために、前記トーチを前記基板に対して移動させること又は前記基板を前記トーチに対して移動させることのうちの少なくとも一方を前記ムーバーに行わせるように、前記スタンドオフ距離測定ユニットに前記幾何学的プロファイルを監視させる、指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  2. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、レーザー源及びカメラを含み、
    前記ロジックは、複数の反射が生成されるように、前記レーザー源にレーザーパターンを前記幾何学的プロファイル上に出力させ、
    前記ロジックは、前記カメラに前記反射を読み取らせ、前記スタンドオフ距離測定ユニットは、前記反射に基づいて前記幾何学的プロファイルを監視する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  3. 前記ムーバーは、前記スタンドオフ距離測定ユニットが前記幾何学的プロファイルを監視することに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために、前記トーチを前記基板に対して移動させる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  4. 前記基板は、前記トーチに対して縦方向又は横方向のうちの少なくとも一方に移動される、請求項３に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  5. 前記ムーバーは、前記スタンドオフ距離測定ユニットが前記幾何学的プロファイルを監視することに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために、前記基板を前記トーチに対して移動させる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  6. 前記ワークピースは第１のワークピースであり、前記基板は第２のワークピースであり、該第２のワークピース上に前記第１のワークピースが付加製造される、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  7. 前記基板はワークピースでない、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  8. 前記幾何学的プロファイルは最大高さ及び最小高さを有し、前記スタンドオフ距離測定ユニットは、前記最大高さ及び前記最小高さに基づいて前記幾何学的プロファイルを監視する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  9. 前記スタンドオフ距離は、前記ロジックを介してアクセスされるスタンドオフ設定点に基づいて維持される、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  10. 前記スタンドオフ距離測定ユニット、前記基板、前記トーチ、前記供給ユニット、又は前記ムーバーのうちの少なくとも１つの制御に関して前記ロジックを無効にするために使用可能なユーザーインターフェースを更に備える、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  11. 前記スタンドオフ距離は、温度測定用のスタンドオフ距離に基づいて維持される、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  12. 前記ロジックはコントローラー上で動作し、前記ロジックは、堆積仕様からの制御入力及びユーザーインターフェースからの入力を読み取り、前記堆積仕様及び前記入力は、前記ワークピースに関連付けられる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  13. 前記ロジックはコントローラー上で動作し、前記ロジックは、堆積及び測定スキャンを可能にするように前記ムーバーを制御し、前記堆積及び前記測定スキャンは、前記ワークピースに関連付けられる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  14. 前記ロジックはコントローラー上で動作し、前記ロジックは、前記スタンドオフ距離測定ユニットから測定値のセットを取得し、前記測定値のセットは、前記ワークピースに関連付けられる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  15. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、オンデマンドで前記ワークピース又は前記基板のうちの少なくとも一方をスキャンし、前記スタンドオフ距離を求め、前記スタンドオフ距離を前記ロジックに入力する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  16. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、時間間隔、位置、分解能、又はフィルターのうちの少なくとも１つに基づいて、前記ワークピース又は前記基板のうちの少なくとも一方をスキャンする、請求項１５に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  17. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、前記ワークピースの特徴を求め、前記スタンドオフ距離は、前記特徴に基づいて求められる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  18. 前記特徴は、前記ワークピースの形状、前記ワークピースにおけるギャップ、又は前記ワークピースの角度のうちの少なくとも１つである、請求項１７に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  19. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、光学収差又は迷光擾乱の除去のうちの少なくとも一方を除去するように校正又はプログラミングのうちの少なくとも一方が行われる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  20. 前記ロジックはコントローラー上で動作し、前記ロジックは、測定値のセットの有効性検証、事前に設定された空間分解能への前記有効性検証に基づく前記測定値のセットのサンプリング、グリッド間隔に基づくワークピース座標系への前記測定値のセットの利点を行う、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  21. 前記ロジックはコントローラー上で動作し、前記コントローラーは、前記スタンドオフ距離を維持するフィードバック制御ロジックを動作させる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  22. 前記ロジックは、位置決めユニットの振動又は突発的な動きのうちの少なくとも一方を回避するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  23. 前記供給ユニットは、供給速度を有するワイヤ供給ユニットであり、前記ロジックは、前記供給速度を維持し、リアルタイムのＤＴＣＰ位置を更に計算する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  24. 前記ロジックは、不活性ガス流量、溶接電流、温度、前記ワークピースの装填、前記ワークピースの取り出し、ワイヤスプールの装填、又は前記ワイヤスプールの取り出しのうちの少なくとも１つを制御するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  25. 前記ムーバーは、モーター、エンジン、アクチュエーター、機械リンク装置、ギア機構、プーリー機構、油圧機構、又は空気圧機構のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  26. 前記コントローラーは、前記基板が移動している速さに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーを制御する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  27. 前記コントローラーは、前記材料が前記プラズマを介してどの程度の速さで溶融されているかに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーを制御する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  28. 前記トーチは中央先端部分を含み、前記コントローラーは、前記材料が溶融されている結果生じる液滴が前記中央先端部分の真下に位置決めされる前に該液滴が前記ワークピースと接触するように、前記材料が供給されている速さに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために、前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーを制御する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  29. 前記コントローラーは、前記トーチが垂直に移動している間、前記トーチの振動を最小にするために、前記トーチを垂直に滑らかに移動させるように前記ムーバーに要求するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  30. 前記コントローラーは、前記トーチが前記垂直軸に沿って移動している間、前記トーチの突然の動きを最小にするために、前記トーチを垂直に滑らかに移動させるように前記ムーバーに要求するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  31. 前記コントローラーは、前記基板と係合する物体との衝突を回避するために、前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーに要求するようにプログラミングされ、前記物体は前記ワークピース以外のものである、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  32. 前記物体は、前記基板をクランプするクランプである、請求項３１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  33. 前記コントローラーは、ビードごとに前記トーチの垂直移動を制限するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  34. 前記コントローラーは、ワークピースごとに前記トーチの垂直移動を制限するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  35. 前記コントローラーは、エラータイプに基づいて前記トーチの垂直移動を動的に調整するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  36. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、複数の読み取り値を生成し、前記コントローラーは、前記スタンドオフ距離測定ユニットから前記読み取り値を受信し、前記コントローラーが前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーに要求する前に、前記読み取り値の有効性を検証するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  37. 前記スタンドオフ距離測定ユニットは、複数の読み取り値を生成し、前記ワークピースは、前記プラズマから反射を生成し、前記コントローラーは、前記ワークピース又は前記プラズマのうちの少なくとも一方に起因した前記反射又は迷光のうちの少なくとも一方を削減するために、ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）技法又は前置フィルタリング技法のうちの少なくとも一方を前記読み取り値に適用するようにプログラミングされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  38. 前記トーチは第１のトーチであり、前記指向性エネルギー堆積付加製造システムは、前記基板を予熱するトーチを更に備え、前記第２のトーチは、前記スタンドオフ距離測定ユニットと前記第１のトーチとの間に位置決めされる、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  39. 前記コントローラーは、前記基板が歪み、反り、又は変形のうちの少なくとも１つを縦方向又は横方向のうちの少なくとも一方に受けていることに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために、前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーを制御する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  40. 前記コントローラーは、前記ワークピースの特徴部、前記ワークピースの接合部、前記ワークピースの交差部、平坦でない高さステップ、平坦でないストリング表面のうちの少なくとも１つ、又は前記基板の歪み、反り、若しくは変形のうちの少なくとも１つに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために、前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーを制御する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  41. 前記ムーバーを監視するセンサーを更に備え、前記ロジックは前記センサーに結合され、前記ロジックは、前記センサーに基づいて前記スタンドオフ距離を維持するために前記トーチを垂直に移動させるように前記ムーバーを制御する、請求項１に記載の指向性エネルギー堆積付加製造システム。
  42. 材料を出力することと、
    トーチを介してプラズマを出力することと、
    ワークピースが基板上で付加製造されるように前記プラズマを介して前記材料を溶融することであって、前記ワークピースは幾何学的プロファイルを有し、前記トーチは、スタンドオフ距離が定められるように、前記ワークピースから垂直に離れて配置されることと、
    前記スタンドオフ距離を維持するために、ムーバーが、前記基板に対して前記トーチを移動させること、又は、前記トーチに対して前記基板を移動させることのうちの少なくとも一方を行うことができるように、前記ワークピースが付加製造されている間、前記幾何学的プロファイルを監視することと、
    を含む、付加製造の方法。
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