JP2023054668A - 積層造形装置及び積層造形物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
好ましくは、第1カメラは、第1領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第1画像を取得し、第2領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第2画像を取得し、前記画像処理装置は、前記複数の第1画像をそれぞれ解析して第1辺の前記位置情報を取得し、前記複数の第2画像をそれぞれ解析して第2辺の前記位置情報を取得する。
好ましくは、前記画像処理装置は、前記複数の第1画像に含まれる第1辺の長さを検出し、前記複数の第2画像に含まれる第2辺の長さを検出し、前記制御装置は、検出された第1辺の前記長さが最も大きい第1画像から取得された第1辺の前記位置情報、及び検出された第2辺の前記長さが最も大きい第2画像から取得された第2辺の前記位置情報を用いて、前記検出対象点の座標を算出する。
好ましくは、前記制御装置は、第1辺の前記位置情報及び第2辺の前記位置情報を統計処理した結果を用いて、前記検出対象点の座標を算出する。
好ましくは、第1カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第1辺に平行に移動した位置において第1領域を撮像して第1画像を取得し、当該所定距離は、第1辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しく、第1カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第2辺に平行に移動した位置において第2領域を撮像して第2画像を取得し、当該所定距離は、第2辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しい。
好ましくは、前記積層造形装置は、カメラ移動装置を備え、前記撮像装置は、前記チャンバ内に固定された第2カメラを備え、第2カメラは、前記造形領域全体を含む領域を撮像して全体画像を取得し、前記画像処理装置は、前記全体画像を解析して前記造形領域における前記ベースプレートの位置情報を取得し、前記制御装置は、前記ベースプレートの前記位置情報を用いて第1カメラの移動指令を作成し、前記カメラ移動装置は、前記移動指令に従って第1カメラを移動させる。
図1は、第1実施形態に係る積層造形装置100の概略構成図である。積層造形装置100は、チャンバ1、材料層形成装置3、及び照射装置13を備える。チャンバ1内に配置される造形テーブル5上に設けられた造形領域Rにおいて、材料層85及び固化層86の形成を繰り返すことで、所望の三次元造形物が形成される。なお、以下の説明において、図1の手前に向かう方向を積層造形装置100の「前」、図1の奥に向かう方向を積層造形装置100の「後」と定める。そして、図1の上下方向を積層造形装置100の上下方向(鉛直方向)と、図1の左右方向を積層造形装置100の左右方向と定める。
チャンバ1は、三次元造形物が形成される領域である造形領域Rを覆う。チャンバ1の内部は不活性ガス供給装置(不図示)から供給される所定濃度の不活性ガスで充満されている。本明細書において不活性ガスとは、材料層85や固化層86と実質的に反応しないガスであり、材料の種類に応じて選択され、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスを使用可能である。固化層86の形成時に発生するヒュームを含んだ不活性ガスは、チャンバ1から排出され、ヒュームコレクタにおいてヒュームが除去された後にチャンバ1へ供給され再利用される。ヒュームコレクタは、例えば、電気集塵機又はフィルタである。
材料層形成装置3は、チャンバ1の内部に設けられる。図2に示すように、材料層形成装置3は、ベース4と、ベース4上に配置されるリコータヘッド11とを備える。リコータヘッド11は、リコータヘッド駆動装置12によって水平1軸方向に往復移動可能に構成される。
図1に示すように、照射装置13は、チャンバ1の上方に設けられる。照射装置13は、造形領域R内に形成される材料層85の照射領域にレーザ光Bを照射して、材料粉体を溶融又は焼結して固化させ、固化層86を形成する。
積層造形装置100には、造形領域R内の位置を指定するための機械座標系が予め設定されている。機械座標系は、積層造形装置100に固有に設定されるもので、造形条件によらず不変である。一方、ベースプレート81上の材料層85の所望の位置に照射装置13を用いてレーザ光Bを照射する、又はベースプレート81上の固化層86又は造形物に対して機械加工を行うためには、造形に先駆けて、造形領域Rに配置されるベースプレート81を基準とした造形用座標系を設定する必要がある。造形用座標系は、ベースプレート81の交換や配置変更の度に設定され、照射装置13や機械加工装置に対する動作指令は、造形用座標系に基づき作成される。また、照射装置13や機械加工装置等といった積層造形装置100を構成する装置毎に造形用座標系を設定することも可能である。
図8は、積層造形装置100の別の概略構成図であり、図1の積層造形装置100を右側から見た構成を示す図である。本実施形態に係る積層造形装置100は、造形領域Rを上方から撮像するための撮像装置を備える。撮像装置は、例えば、CCDカメラ又はCMOSカメラである。本実施形態に係る撮像装置は、図8に示すように、CCDカメラである全体撮像カメラ61(第2カメラの一例)及び部分撮像カメラ62(第1カメラの一例)の2台のカメラを備え、各カメラが後述する画像処理装置43により制御されて撮像を行う。図9は、図6のベースプレート81の配置における、全体撮像カメラ61及び部分撮像カメラ62の撮像領域又は視野の例を示す図である。
全体撮像カメラ61は、チャンバ1内に設けられ、造形領域R全体を含む全体領域Arを撮像して全体画像を取得する。造形領域R全体を撮像領域に含めるために、全体撮像カメラ61は造形領域Rの上方に造形領域Rとある程度の距離を取って配置する必要がある。本実施形態においては、全体撮像カメラ61はチャンバ1の天井部に固定される。全体画像は画像処理装置43により解析され、造形領域Rにおけるベースプレート81の位置情報が取得される。
部分撮像カメラ62は、チャンバ1内に少なくとも水平方向に移動可能に設けられ、全体領域Arの一部であり検出対象点付近の領域を撮像して画像取得するために用いられる。本実施形態の部分撮像カメラ62は、カメラ移動装置7により水平移動が可能である。
本実施形態の積層造形装置100は、画像処理装置43を備える。画像処理装置43は、撮像装置の動作を制御するとともに、撮像装置が取得した全体画像、第1画像、及び第2画像を処理するために用いられる。
画像処理装置43は、後述する制御装置9からの動作指令に基づき全体撮像カメラ61に全体領域Arの撮像を実行させ、全体画像を解析して造形領域Rにおけるベースプレート81の位置情報を取得する。本発明におけるベースプレート81の位置情報とは、検出対象点の位置を機械座標系において特定するために必要な情報を指す。
画像処理装置43は、制御装置9からの動作指令に基づき部分撮像カメラ62に撮像を実行させ、第1画像及び第2画像を解析して、第1辺の位置情報及び第2辺の位置情報をそれぞれ取得する。具体的には、画像処理装置43は、全体画像の処理と同様に、第1画像及び第2画像に対してフィルタ処理及びエッジ検出を行いベースプレート81の輪郭を検出する。第1画像及び第2画像には、ベースプレート81の輪郭である第1辺及び第2辺が全体画像と比べてより拡大された状態で含まれている。例えば、図10に示す第2領域VC2,2を撮像した場合、図14に示すような第2画像が得られる。
次に、積層造形装置100を制御するための制御装置9について説明する。図15に示すように、制御装置9は、数値制御部91、表示部95、及び積層造形装置100を構成する各装置の制御部96,97,98を備える。
次に、本実施形態に係る積層造形装置100を用いた積層造形物の造形方法について説明する。本実施形態の造形方法は、造形用座標系の設定工程と、その後に行われる材料層形成工程及び固化工程とを備える。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、以下の態様によっても実施することができる。
第1実施形態においては、部分撮像カメラ62を用いて第1辺及び第2辺に対してそれぞれ1回ずつ撮像を行い、1つの第1画像及び第2画像を取得した。第2実施形態に係る積層造形装置100及び積層造形物の造形方法においては、初期位置からの各辺に沿った移動距離を変化させて複数回撮像を行い、複数の第1画像及び第2画像を取得する。以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
第3実施形態に係る積層造形装置100及び積層造形物の造形方法においては、第2実施形態と同様に複数の第1画像及び第2画像を取得して解析を行うが、解析により得られる第1辺及び第2辺の複数の位置情報の利用形態が異なる。以下、第3実施形態について、第2実施形態との相違点を中心に説明する。
第1実施形態においては、全体撮像カメラ61により取得された全体画像の解析によりベースプレート81の位置情報が取得され、当該位置情報を用いて作成された移動指令に従って部分撮像カメラ62の初期位置への配置及びその後の各辺に沿った移動が行われるが、他の構成も考えられる。例えば、作業者が制御装置9に対してベースプレート81のサイズや配置等の検出対象点の位置を特定するための情報をベースプレート81の位置情報として入力し、制御装置9が当該位置情報を用いて部分撮像カメラ62の移動指令を作成してもよい。このような半自動式の構成は、ベースプレート81の色や面質等の条件により全体画像の解析によるベースプレート81の位置情報の取得が困難な場合、又はベースプレート81のサイズや配置(例えば、ベースプレート81のフレーム51からの距離)が事前に分かっている場合に選択され得る。
Claims (7)
- チャンバと、造形テーブルと、撮像装置と、画像処理装置と、制御装置とを備える積層造形装置であって、
前記造形テーブル上には造形領域が設けられ、
前記チャンバは、前記造形領域を覆い、
前記造形領域内にベースプレートが配置され、
前記ベースプレートは、平面視において前記ベースプレートの外縁を構成する第1辺及び第2辺を備え、
前記ベースプレートの上面には、材料粉体の供給により材料層が形成され、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層が形成され、
前記撮像装置は、前記チャンバ内に移動可能に設けられた第1カメラを備え、
第1カメラは、第1辺の一部及び一方の端点と第2辺の一部及び一方の端点とが第1カメラの視野に含まれるように設定された初期位置から第1辺の他方の端点に向かって第1辺に沿って移動した位置において、第1辺の少なくとも一部を含む第1領域を撮像して第1画像を取得し、前記初期位置から第2辺の他方の端点に向かって第2辺に沿って移動した位置において、第2辺の少なくとも一部を含む第2領域を撮像して第2画像を取得し、
前記画像処理装置は、第1画像を解析して第1辺の位置情報を取得し、第2画像を解析して第2辺の位置情報を取得し、
前記制御装置は、第1辺の前記位置情報及び第2辺の前記位置情報を用いて、検出対象点として第1辺及び第2辺の交点又は第1辺及び第2辺の延長線上の交点の座標を算出する、積層造形装置。 - 請求項1に記載の積層造形装置であって、
第1カメラは、第1領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第1画像を取得し、第2領域を前記初期位置からの移動距離を変化させて撮像し複数の第2画像を取得し、
前記画像処理装置は、前記複数の第1画像をそれぞれ解析して第1辺の前記位置情報を取得し、前記複数の第2画像をそれぞれ解析して第2辺の前記位置情報を取得する、積層造形装置。 - 請求項2に記載の積層造形装置であって、
前記画像処理装置は、前記複数の第1画像に含まれる第1辺の長さを検出し、前記複数の第2画像に含まれる第2辺の長さを検出し、
前記制御装置は、検出された第1辺の前記長さが最も大きい第1画像から取得された第1辺の前記位置情報、及び検出された第2辺の前記長さが最も大きい第2画像から取得された第2辺の前記位置情報を用いて、前記検出対象点の座標を算出する、積層造形装置。 - 請求項2に記載の積層造形装置であって、
前記制御装置は、第1辺の前記位置情報及び第2辺の前記位置情報を統計処理した結果を用いて、前記検出対象点の座標を算出する、積層造形装置。 - 請求項1に記載の積層造形装置であって、
第1カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第1辺に平行に移動した位置において第1領域を撮像して第1画像を取得し、
当該所定距離は、第1辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しく、
第1カメラは、前記初期位置から所定距離だけ第2辺に平行に移動した位置において第2領域を撮像して第2画像を取得し、
当該所定距離は、第2辺に平行な方向における前記視野の最大長さの半分に等しい、積層造形装置。 - 請求項1~5のいずれか1つに記載の積層造形装置であって、
カメラ移動装置を備え、
前記撮像装置は、前記チャンバ内に固定された第2カメラを備え、
第2カメラは、前記造形領域全体を含む領域を撮像して全体画像を取得し、
前記画像処理装置は、前記全体画像を解析して前記造形領域における前記ベースプレートの位置情報を取得し、
前記制御装置は、前記ベースプレートの前記位置情報を用いて第1カメラの移動指令を作成し、
前記カメラ移動装置は、前記移動指令に従って第1カメラを移動させる、積層造形装置。 - 材料層形成工程と、固化工程と、第1及び第2画像取得工程と、第1及び第2画像解析工程と、算出工程とを備える積層造形物の製造方法であって、
前記材料層形成工程では、造形テーブル上に設けられた造形領域を覆うチャンバ内において、前記造形領域内に配置されたベースプレートの上面に材料粉体を供給して材料層を形成し、
前記固化工程では、前記材料層にレーザ光又は電子ビームを照射することにより固化層を形成し、
前記ベースプレートは、平面視において前記ベースプレートの外縁を構成する第1辺及び第2辺を備え、
第1画像取得工程では、前記チャンバ内に移動可能に設けられたカメラを用いて、第1辺の一部及び一方の端点と第2辺の一部及び一方の端点とが第1カメラの視野に含まれるように設定された初期位置から第1辺の他方の端点に向かって第1辺に沿って移動した位置において、第1辺の少なくとも一部を含む第1領域を撮像して第1画像を取得し、
第2画像取得工程では、前記カメラを用いて、前記初期位置から第2辺の他方の端点に向かって第2辺に沿って移動した位置において、第2辺の少なくとも一部を含む第2領域を撮像して第2画像を取得し、
第1画像解析工程では、第1画像を解析して第1辺の位置情報を取得し、
第2画像解析工程では、第2画像を解析して第2辺の位置情報を取得し、
前記算出工程では、第1辺の前記位置情報及び第2辺の前記位置情報を用いて、検出対象点として第1辺及び第2辺の交点又は第1辺及び第2辺の延長線上の交点の座標を算出する、製造方法。
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