JP2023122180A - 演算装置、演算方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
(造形システム)
図1は、第1実施形態に係る造形システムの模式的なブロック図であり、図2は、造形物の一例を示す模式図である。第1実施形態に係る造形システム100は、造形装置2と、測定装置4と、演算装置10とを含む。
造形装置2は、造形物Mを造形する装置である。造形物Mは、所定の三次元形状を持つ部材であり、その材料や形状は任意であってよい。造形装置2は、任意の方法で造形物Mを製造するものであってもよいが、本実施形態では、三次元積層により造形物Mを造形する、三次元積層装置である。すなわち、造形装置2は、複数の層を積層させることで、所望の三次元形状の造形物Mを製造する。造形装置2による三次元積層の方式は任意であってよく、例えば、粉末が敷き詰められたベッドにレーザ光などの光を照射することで、照射された部分を硬化させて層を形成し、ベッドを積層方向に移動させて同様の処理を繰り返すことで、造形物Mを造形するものであってよい。また例えば、造形装置2は、噴射させた粉末にレーザ光などの光を照射することで粉末を溶融及び滴下させ、滴下した溶融体を硬化させて層を形成し、その層の上にさらに溶融体を滴下及び硬化させる処理を繰り返すことで、造形物Mを造形するものであってよい。なお、造形物Mの材料や形状は任意であってよい。以降においては、各層が積層される方向を、すなわち積層方向を、Z方向とする。
測定装置4は、製造された造形物Mの形状を、すなわち形状MBを測定する装置である。測定装置4は、製造された造形物Mの任意の位置を測定してもよいが、本実施形態では、造形物Mの表面の形状を計測する。測定装置4は、造形物Mの全表面を計測してもよいし、全表面のうちの一部の表面を計測してもよい。測定装置4は、造形物Mの全表面のうちの一部を計測する場合には、造形物Mの1つの表面の、Z方向と反対側の端点(底部)から、Z方向側の端点(先端部)までにわたって、形状を測定することがより好ましい。また、造形物Mが、途切れずに連続した1つの部材で構成されておらず、互いに離れた複数の部材で構成される場合には、測定装置4は、それらの部材毎に、表面の形状を計測することが好ましい。
演算装置10は、造形物Mの固有ひずみの推定値である推定固有ひずみ値を算出する装置である。また本実施形態では、演算装置10は、実測変形量と推定固有ひずみ値とに基づいて、目標形状MAを補正する。詳しくは後述するが、演算装置10は、実測変形量と推定固有ひずみ値とに基づいて、変形後の造形物Mが当初の目標形状MAに近づくように、補正した目標形状である補正目標形状を設定する。すなわち、製造された造形物Mの変形を考慮して、形状の設計値(補正目標形状)をあえて所望の形状(当初の目標形状MA)からずらすことで、製造された造形物Mを所望の形状に近づけることができる。以下、演算装置10について具体的に説明する。
目標形状設定部30は、造形物Mの目標形状MAを設定する。目標形状設定部30は、最初に、当初の目標形状MAを、すなわち所望の形状を、設定する。ここでの目標形状MAの設定方法は任意であってよく、例えばユーザにより設定されてもよいし、目標形状設定部30が自動で設定してもよい。また、目標形状設定部30は、推定固有ひずみ値に基づいて、当初の目標形状MAを補正して、補正目標形状を設定する。補正目標形状の設定については後述する。
変形量取得部32は、造形物Mの実測変形量を取得する。本実施形態では、変形量取得部32は、通信部20を介して、測定装置4から、測定装置4によって算出された実測変形量を取得する。ただし、変形量取得部32による実測変形量の取得方法は任意であり、例えば、変形量取得部32が、実測変形量を算出してもよい。この場合、変形量取得部32は、測定装置4によって測定された造形物Mの形状と、目標形状MAとを取得して、測定された造形物Mの形状と目標形状MAとの差分を、実測変形量として算出してよい。
解析部34は、目標形状MAと参照固有ひずみ値とに基づき、造形物Mの解析を実行して、解析における、造形物Mの形状の目標形状MAからのずれ量である解析変形量を取得する。解析変形量は、造形物Mのモデルにおいて、造形物Mの実測変形量が測定された位置と重なる位置における、目標形状MAからの変形量を指す。解析部34は、参照固有ひずみ値に基づいて解析における造形物Mの固有ひずみ値を設定して、設定した固有ひずみ値を解析におけるインプットデータとして、目標形状MAとなる造形物Mのモデルの、解析変形量を算出する。解析部34が実行する解析は、固有ひずみ法を用いた有限要素法に基づく解析である。解析部34は、目標形状MAの造形物Mのモデルに対して、参照固有ひずみ値を、解析上で印加することで、造形物Mの変形を模擬して、解析変形量を算出する。なお、参照固有ひずみ値とは、解析において、造形物Mの固有ひずみ値の参照となる固有ひずみ値を指す。参照固有ひずみ値は、任意に設定された値であってよく、例えば、造形物Mの形状によらず、造形物Mの材料などに基づいて予め設定された値を用いてよい。
ひずみ算出部36は、変形量取得部32が取得した実測変形量と、解析部34が取得した解析変形量とに基づき、推定固有ひずみ値を算出する。ひずみ算出部36は、位置毎(本例では層毎)の推定固有ひずみ値を算出する。推定固有ひずみ値とは、目標形状MAの造形物Mの、固有ひずみの推定値である。すなわち、造形物Mから実際の固有ひずみ値を測定することは困難であるが、本実施形態においては、固有ひずみ値と変形量とが相関関係(例えば線形関係)にあるものとして扱い、解析における解析変形量と参照固有ひずみ量との対応関係を、実測変形量にも適用して、実測変形量から推定固有ひずみ値を算出することで、固有ひずみ値を高精度に算出できる。以下、より具体的に説明する。
補正形状設定部38は、このようにして算出された推定固有ひずみ値を用いて、当初の目標形状MAを補正して、補正目標形状を設定する。具体的には、補正形状設定部38は、補正目標形状の造形物Mのモデルが、推定固有ひずみ値から逆算された推定変形量だけ変形した場合に、当初の目標形状MAに対して所定のずれ量の範囲内となるように(好ましくは目標形状MAと同じ形状になるように)、補正目標形状を設定する。補正形状設定部38は、補正目標形状の情報を、造形装置2に送信する。造形装置2は、補正目標形状となるように、すなわち補正目標形状を新たな設計値として、造形物Mを製造する。なお、本実施形態においては、補正目標形状となるように造形した造形物Mについても、当初の目標形状MAとのずれ量である実測変形量を測定してもよい。そして、その実測変形量が所定値より高くなる場合には、補正目標形状をさらに補正してよい。すなわち、実測変形量が所定値以下となるまで、補正目標形状を最適化してよい。
以下、本実施形態に係る演算装置10の処理フローについて説明する。図7は、演算装置の処理フローを説明するフローチャートである。図7に示すように、演算装置10は、変形量取得部32により、造形物Mの実測変形量を取得する(ステップS10)。そして、演算装置10は、解析部34により、参照固有ひずみ値に基づいて、造形物Mのモデルの解析を実行して、解析変形量を取得する(ステップS12)。そして、演算装置10は、ひずみ算出部36により、参照固有ひずみ値と解析変形量とに基づいて、固有ひずみと解析変形量との対応関係Hを算出し(ステップS14)、実測変形量と対応関係Hとに基づき、推定固有ひずみ値を算出する(ステップS16)。ひずみ算出部36は、推定固有ひずみ値により逆算された変形量と実測変形量との差分が所定値以内となるまで演算を繰り返して、最適化された推定固有ひずみ値を算出してよい。なお、ステップS10と、後述のステップS12、S14との処理順は、任意であってよい。その後、演算装置10は、補正形状設定部38により、推定固有ひずみ値に基づき、目標形状MAを補正して、補正目標形状を設定する(ステップS18)。
ここで、固有ひずみは、直接測定することが困難であり、造形物の材料や形状などに応じた値となるため、高精度に予測することが難しい。それに対して、本実施形態に係る演算装置10は、仮の固有ひずみ値(参照固有ひずみ値)に基づいて解析で実行した解析変形量と、変形量の実測値である実測変形量から、固有ひずみ値を推定するため、固有ひずみを高精度に予測することが可能となる。
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、層が積層された際の解析変形量と、他の層が積層された際の解析変形量との差分に基づき、その層の推定固有ひずみ値を算出する。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。
次に、第3実施形態について説明する。第3実施形態においては、推定固有ひずみ値の算出方法が、第1実施形態とは異なる。第3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3実施形態は、第2実施形態にも適用可能である。
以上説明したように、本開示に係る演算装置10は、変形量取得部32と、解析部34と、ひずみ算出部36とを含む。変形量取得部32は、目標形状MAに基づいて製造された造形物Mの、目標形状MAからの形状のずれ量である実測変形量を取得する。解析部34は、目標形状MAと、造形物Mの固有ひずみの参照値である参照固有ひずみ値とに基づき、解析を実行して、解析における造形物Mの、目標形状MAからの形状のずれ量である解析変形量を取得する。ひずみ算出部36は、実測変形量と解析変形量とに基づき、目標形状MAの造形物Mの固有ひずみの推定値である推定固有ひずみ値を算出する。演算装置10は、仮の固有ひずみ値(参照固有ひずみ値)に基づいて解析で実行した解析変形量と、変形量の実測値である実測変形量から、固有ひずみ値を推定するため、固有ひずみを高精度に予測することが可能となる。
30 目標形状設定部
32 変形量取得部
34 解析部
36 ひずみ算出部
M 造形物
MA 目標形状
Claims (10)
- 目標形状に基づいて製造された造形物の、前記目標形状からの形状のずれ量である実測変形量を取得する変形量取得部と、
前記造形物の目標形状と、前記造形物の固有ひずみの参照値である参照固有ひずみ値とに基づき、解析を実行して、解析における前記造形物の、前記目標形状からの形状のずれ量である解析変形量を取得する解析部と、
前記実測変形量と前記解析変形量とに基づき、前記目標形状の造形物の固有ひずみの推定値である推定固有ひずみ値を算出するひずみ算出部と、
を含む、
演算装置。 - 前記解析部は、前記参照固有ひずみ値を固有ひずみとしつつ、前記目標形状となる前記造形物のモデルの、前記目標形状からの形状のずれ量を、前記解析変形量として算出する、請求項1に記載の演算装置。
- 前記造形物は、積層されることで造形されるものであり、
前記解析部は、前記参照固有ひずみ値に基づいて前記固有ひずみを層毎に設定し、前記目標形状となるまで積層される毎の、前記目標形状からの形状のずれ量を、前記解析変形量として算出し、
前記ひずみ算出部は、前記推定固有ひずみ値を、前記造形物の層毎に算出する、請求項1又は請求項2に記載の演算装置。 - 前記ひずみ算出部は、前記造形物の層についての前記推定固有ひずみ値を、解析においてその層が積層された際の前記解析変形量と、他の層が積層された際の前記解析変形量との差分に基づき、算出する、請求項3に記載の演算装置。
- 前記ひずみ算出部は、前記解析変形量と前記参照固有ひずみ値とに基づき、前記造形物の変形量と固有ひずみとの対応関係を算出し、前記実測変形量と前記対応関係とに基づき、前記推定固有ひずみ値を算出する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の演算装置。
- 前記ひずみ算出部は、前記推定固有ひずみ値から逆算される前記造形物の変形量と、前記解析変形量との差分が所定値以下となるように、前記推定固有ひずみ値を算出する、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の演算装置。
- 前記ひずみ算出部は、前記推定固有ひずみ値から逆算される前記造形物の変形量と、前記解析変形量との差分に基づいた第1項と、前記推定固有ひずみ値と、所定の固有ひずみ値との差分に基づいた第2項との合計値が、最小となるように、前記推定固有ひずみ値を算出する、請求項6に記載の演算装置。
- 前記推定固有ひずみ値に基づいて、前記目標形状を補正する補正形状設定部を更に含む、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の演算装置。
- 目標形状に基づいて製造された造形物の、前記目標形状からの形状のずれ量である実測変形量を取得するステップと、
前記造形物の目標形状と、前記造形物の固有ひずみの参照値である参照固有ひずみ値とに基づき、解析を実行して、解析における前記造形物の、前記目標形状からの形状のずれ量である解析変形量を取得するステップと、
前記実測変形量と前記解析変形量とに基づき、前記目標形状の造形物の固有ひずみの推定値である推定固有ひずみ値を算出するステップと、
を含む、
演算方法。 - 目標形状に基づいて製造された造形物の、前記目標形状からの形状のずれ量である実測変形量を取得するステップと、
前記造形物の目標形状と、前記造形物の固有ひずみの参照値である参照固有ひずみ値とに基づき、解析を実行して、解析における前記造形物の、前記目標形状からの形状のずれ量である解析変形量を取得するステップと、
前記実測変形量と前記解析変形量とに基づき、前記目標形状の造形物の固有ひずみの推定値である推定固有ひずみ値を算出するステップと、
を含む演算方法を、コンピュータに実行させる、
プログラム。
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