JP6834198B2 - 造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラムに関する。

今日において、試作品等の複製物の造形（RP：Rapid Prototyping又はRM：Rapid Manufacturing)が可能となる３次元プリンタ装置（３Ｄプリンタ装置）が知られている。この３Ｄプリンタ装置は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）等で作成した３ＤモデルデータをＳＴＬ（Standard Triangulated Language）ファイルに変換する。また、３Ｄプリンタ装置は、ＳＴＬファイルをＧコード（Gcode）に変換し、このＧコードに基づいて、軸の移動及び座標系の設定等を行いながら複製物を造形する。

また、近年、ＳＴＬファイルの他、ＡＭＦ（Additive Manufacturing File）ファイルも使用できる３Ｄプリンタ装置が知られている。また、３Ｄプリンタと３Ｄスキャンにより較正を検出して複製物を造形する、光造形のような造形手法も知られている。

また、自動停止機能を備えた３Ｄプリンタ装置において、３Ｄプリント時のプレビュー時に自動停止位置を入力して停止させた後、造形を再開する機能を備えた３Ｄプリンタ装置も知られている。このような自動停止機能を備えた３Ｄプリンタ装置は、造形を自動停止させて、複製物をインサートする等の処理を行うことができる。

しかし、自動停止機能を備えた３Ｄプリンタ装置は、以下の問題がある。すなわち、造形の途中で複製物を３Ｄプリンタ装置から取り外し、再度、複製物を３Ｄプリンタ装置に設置して造形を再開する場合、複製物の元の設置位置と再設置位置との間に３次元位置のズレが生ずると、複製物の造形品質に悪影響を及ぼす問題がある。また、造形中の発熱等により複製物の設置位置にズレが生じた場合、複製物の造形品質に悪影響を及ぼす問題がある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、複製物の造形再開位置を高精度に調整し、造形品質を向上させることができる造形装置、造形方法、及び、造形処理プログラムの提供を目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、造形物の３次元位置情報に基づいて、造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理部と、造形中断時における複製物の３次元位置を示す第１の位置情報を取得する取得部と、造形中断後の造形再開時において、複製物の３次元位置を検出するように造形部を制御し、検出された複製物の３次元位置を示す第２の位置情報を生成する生成部と、第１の位置情報及び第２の位置情報の差異に基づいて、複製物の造形再開位置を、第１の位置情報から第２の位置情報に補正する補正部と、造形再開位置で示される３次元位置から複製物の造形を再開するように、造形部を制御する再開処理部とを有する。

本発明によれば、複製物の造形再開位置を高精度に調整し、造形品質を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施の形態の造形装置の外観を示す図である。 図２は、第１の実施の形態の造形装置のハードウェア構成図である。 図３は、第１の実施の形態の造形装置のソフトウェア構成を示す図である。 図４は、第１の実施の形態の造形装置の機能ブロック図である。 図５は、３Ｄスキャンデータ又は３Ｄモデルデータのフォーマットの一例を示す図である。 図６は、熱溶解積層法で造形物が造形されている様子を示す図である。 図７は、造形条件を説明するための図である。 図８は、造形物の積層ピッチを説明するための図である。 図９は、積層ピッチ及び造形方向の違いについて説明するための図である。 図１０は、造形処理動作の流れを示すフローチャートである。 図１１は、マッチング処理の流れを示すフローチャートである。 図１２は、第１の実施の形態の造形装置の造形部におけるスキャン動作を説明するための図である。 図１３は、第２の実施の形態の造形装置の造形部におけるスキャン動作を説明するための図である。 図１４は、第２の実施の形態の造形装置の造形部のカメラ装置で撮像された撮像画像を示す図である。 図１５は、第３の実施の形態の造形装置の造形部におけるスキャン動作を説明するための図である。

以下、図面に基づいて実施の形態の造形装置の説明をする。

（３Ｄプリンタのハードウェア構成）
図１は、実施の形態の造形装置の外観を示す図である。また、図２は、実施の形態の造形装置のハードウェア構成図である。図１及び図２に示す造形装置１は、ＣＰＵ２０、ＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２、ＨＤＤ２３、入出力Ｉ／Ｆ２４、操作パネル２５、表示部２６及び造形部２７を備える。ＣＰＵ２０〜造形部２７は、それぞれバスライン２８を介して相互に接続されている。

ＣＰＵ２０は、３Ｄプリンタ１２全体の動作を制御する。記憶部であるＲＯＭ２１、ＲＡＭ２２及びＨＤＤ２３は、後述するプログラム及びアプリケーション、ファイル、情報等を記憶する。また、ＲＡＭ２２は、ＣＰＵ２０に対して作業空間を提供する。

操作パネル２５は、ユーザによる造形開始、造形停止及び造形再開等の入力操作を受け付ける。表示部２６は、例えば液晶パネルとなっており、３Ｄスキャンデータ及び造形に使用する３Ｄモデルデータの他、操作メニュー及びメッセージ等を表示する。一例ではあるが、操作パネル２５及び表示部２６は、両者が一体的に形成された、いわゆるタッチパネルとなっている。造形部２７は、上述の熱溶解積層法、光造形法又は粉末法等を用いて造形物を造形する。

また、造形部２７は、３Ｄスキャン機能を備えており、複製元となる造形物を３Ｄスキャン処理し、造形物の複製物を形成するための３Ｄモデルデータを生成する。また、複製物の造形が一旦中断され、再開される際に、造形途中の複製物を３Ｄスキャン処理して３Ｄスキャンデータを生成する。なお、以下、複製元となる造形物を３Ｄスキャン処理して生成したデータを「３Ｄモデルデータ」という。また、複製物の造形を一旦中断し、再開時に複製物を３Ｄスキャン処理して生成したデータを「３Ｄスキャンデータ」という。

図３は、３Ｄプリンタ１２に記憶されているプログラム及び情報等を示す図である。この図３に示すように、３Ｄプリンタ１２には、オペレーションシステム（ＯＳ）、造形処理プログラム、３Ｄモデルデータ、３Ｄスキャンデータ、造形停止時位置情報、及び、造形再開時位置情報等が記憶される。

このようなプログラム及び情報の記憶場所は、任意でよい。一例として、この実施の形態の造形装置１の場合、ＯＳは、ＲＯＭ２１に記憶されている。また、造形処理プログラム、３Ｄモデルデータ、３Ｄスキャンデータ、造形停止時位置情報、及び、造形再開時位置情報は、ＨＤＤ２３に記憶される。なお、これらのプログラム及び情報を、造形装置１がアクセス可能な外部記憶装置、又は、ネットワークを介して通信可能な他の機器或いはデータベース等に記憶して用いてもよい。

（造形装置の機能構成）
図４は、造形装置１の機能ブロック図である。造形装置１のＣＰＵ２０は、例えばＨＤＤ２３に記憶されている造形処理プログラムを実行することで、図４に示す各機能を実現する。具体的には、ＣＰＵ２０は造形処理プログラムを実行することで、第１の読み込み部３１、第２の読み込み部３２、制御部３３、スキャン制御部３４、位置情報処理部３５、補正部３６及び造形処理部３７を実現する。

第１の読み込み部３１は、これから複製物を形成する造形物の３ＤモデルデータをＨＤＤ２３から読み込む。また、第１の読み込み部３１は、複製物の造形を一旦停止した際に、複製物の位置情報（造形停止時位置情報）を取得する。複製物は、ＨＤＤ２３から読み込まれた３Ｄモデルデータに基づいて形成される。このため、第１の読み込み部３１は、複製物の造形が一旦停止された際に、複製物の造形に用いていた３Ｄモデルデータ（停止直前の３Ｄモデルデータ）を、造形停止時位置情報として取得する。

第２の読み込み部３２は、複製物の造形を一旦停止し、造形を再開する際に、複製物を３Ｄスキャンすることで得られた３Ｄスキャンデータ（造形再開時位置情報）をＨＤＤ２３から読み込む。制御部３３は、操作パネル２５を介して指示される、造形開始指示、造形停止指示、及び、造形再開指示等に従って、造形開始処理、造形停止処理、及び、造形再開処理等を行う。

スキャン制御部３４は、造形部２７の３Ｄスキャン制御を行う。位置情報処理部３５は、造形停止時及び造形再開時における複製物の３次元の各位置を示す造形停止時位置情報及び造形再開時位置情報の記憶処理を行う。補正部３６は、造形停止時位置情報及び造形再開時位置情報の差分に基づいて、複製物の造形再開位置を補正するための補正情報を生成する。造形処理部３７は、複製物の造形処理及び３Ｄスキャン処理を行い、造形再開時には、補正部３６により算出された造形再開位置から複製物の造形を再開する。これにより、複製物の造形を一旦停止した後に造形を再開する場合でも、複製物の設置位置のズレから造形再開位置にズレを生じ、造形品質が下がる不都合を防止できる。

なお、この例では、第１の読み込み部３１〜造形処理部３７は、造形処理プログラムにより、ソフトウェア的に実現されることとして説明を進める。しかし、第１の読み込み部３１〜造形処理部３７のうち、一部又は全部を、ＩＣ（Integrated Circuit）等のハードウェアで実現してもよい。

また、造形処理プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。また、造形処理プログラムは、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ、ブルーレイディスク（登録商標）、半導体メモリ等のコンピュータ装置で読み取り可能な記録媒体に記録して提供してもよい。ＤＶＤは、「Digital Versatile Disk」の略記である。また、造形処理プログラムは、インターネット等のネットワーク経由でインストールするかたちで提供してもよい。さらには、造形処理プログラムは、機器内のＲＯＭ等に予め組み込んで提供してもよい。

（３Ｄモデルデータ及び３Ｄスキャンデータのフォーマット）
図５に、複製物を３Ｄスキャンすることで生成される３Ｄスキャンデータ、又は、複製元となる造形物を３Ｄスキャンすることで生成される３Ｄモデルデータの一例を示す。造形部２７は、複製元となる造形物の表面を３次元的に読み取り、造形物の表面形状の情報となる３Ｄスキャンデータを生成する。この３Ｄスキャンデータが、造形物の複製を形成するための３ＤモデルデータとしてＨＤＤ２３に記憶される。一例として、造形部２７は、例えば図５に示すように三次元の頂点の位置（座標）を指定した三角形データの集合によるＳＴＬ(Standard Triangulated Language)形式の３Ｄスキャンデータを生成する。

図５の例において、ＳＴＬ形式の３Ｄスキャンデータは、ファセット（ｆａｃｅｔ）からエンドファセット（ｅｎｄｆａｃｅｔ）で、１つの三角形データで表す。また、ノーマルファセット（ｎｏｒｍａｌ ｆａｃｅｔ）は、三角形の法線ベクトルを表す。また、３つの座標（ｖｅｒｔｅｘ）で三角形の各頂点の位置を表す。このような三角形データを繰り返し記述することで、三次元形状を表現する。ここでは、３Ｄスキャンデータについて説明したが、３Ｄモデルデータも同様に表現される。なお、３Ｄスキャンデータ及び３Ｄモデルデータは、三次元形状を表現していればＳＴＬ形式に限らず、どのような形式のデータであってもよい。

制御部３３は、第１の読み込み部３１によりＨＤＤ２３から読み込まれた３Ｄモデルデータから、造形物を造形したときの造形条件を抽出する。造形条件は、造形物を造形したときに指定した積層ピッチ及び造形方向等である。積層ピッチは、粉末の樹脂や石膏等を積み重ねて造形する際の各層の厚さである。造形方向は、造形物を造形する際の層を積み重ねる方向（積層方向）である。以下、造形条件をこれら２つの情報として説明するが、造形条件はこれらに限定されるものではない。

造形条件は、例えば図７に示すように項目及び各項目に対応する内容を含む。項目は、積層ピッチ及び造形方向である。内容は、各層の高さ（ｍｍ）及び積み重ねる方向である。積み重ねる方向は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に対する角度である。Ｘ軸は、造形装置１が備える造形槽を上から見た矩形の平面の一辺の方向、Ｙ軸は、その平面の該一辺に垂直な他の辺の方向、Ｚ軸は、Ｘ軸およびＹ軸に対して垂直で、造形槽の高さ方向である。

図８に示す造形物を参照して、積層ピッチについて説明する。図８に示す造形物は、造形された円錐状の造形物で、円錐状にするために、一層毎に径が小さくなる円盤を積み重ねることにより造形されている。各円盤の厚さ（高さ）が各層の厚さであり、また、積層ピッチとなっている。

積層ピッチがどの程度であるかは、複製元の造形物の表面を計測することにより求めることができる。これは、３Ｄプリンタ１２で造形した造形物が、層の積み重ねにより造形されたことに起因して、図９（ａ）に示すように、層の厚みの違いが、造形物の表面に現れるためである。この表面の計測は、画像解析により行うことができる。

造形方向がどの方向であるかも、積層ピッチと同様、複製元の造形物の表面を計測することにより求めることができる。これは、造形装置１で造形した造形物が、層の積み重ねにより造形されることに起因して、図９（ｂ）に示すように、造形された向きの違いが造形物の表面に現れるためである。ちなみに、図９（ｂ）は、円盤を積み重ねて造形した円錐状の造形物と、直方体等を積み重ねることで造形した、９０度回転した円錐状の造形物を示している。

造形処理部３７は、制御部３３から受け取った３Ｄモデルデータ、及び、３Ｄモデルデータから抽出した造形条件に基づき、造形部３７の造形処理を制御する。３Ｄモデルデータは、表面形状の情報のほか、内部構造の情報を含めてもよい。この場合、造形処理部３７は、内部構造を反映した造形物を造形することができる。造形処理部３７は、複製元の造形物と同じ造形条件で複製物を造形することで、同じ積層ピッチ及び造形方向で造形処理を行い、複製元となる造形物と同様の複製物を造形する。

（造形手法）
図６は、造形部２７において、屈曲した管状の複製物Ｂが、熱溶解積層法（FDM：Fused Deposition Modeling）で造形されている様子を示す図である。ヘッド部Ｈであるエクストルーダ（Extruder）は、ｘ−ｙ平面を移動し、溶融した樹脂を吐出して、ｚ軸に沿って造形物の各層を積層して造形物の複製物Ｂを造形する。すなわち、エクストルーダは、一つの層の造形が終了すると、z軸正方向に移動し、次の層の造形を行う動作を、造形物の複製物Ｂの造形が完了するまでの間、繰り返し行う。

（造形処理動作）
次に、図１０のフローチャートを用いて造形処理動作の流れを説明する。ユーザにより操作パネル２５が操作され、造形開始指示が行われると、ＣＰＵ２０は、例えばＨＤＤ２３等の記憶部に記憶されている造形処理プログラムに従って、図１０のフローチャートの各処理を実行する。

すなわち、ＣＰＵ２０は、ユーザから造形開始指示に従って造形を開始すると、図１０のフローチャートのステップＳ１から順に処理を開始する。ステップＳ１では、図４に示した制御部３３が、複製物の造形停止を示す造形停止情報が供給されたか否かを判別する（ステップＳ１）。造形停止情報が供給されない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、制御部３３は、ステップＳ１１に処理を進め、第１の読み込み部３１により３Ｄモデルデータサーバ１１から読み込まれた３Ｄモデルデータ、及び、３Ｄモデルデータから抽出した造形条件に基づいて造形処理部３７を制御することで、継続して複製物の造形制御を行う。そして、制御部３３は、ステップＳ１２において、複製物の造形が完了したか否かを判別し、造形が完了したものと判別した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、図１０のフローチャートの処理を終了する。これに対して、複製物の造形が完了していないものと判別した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部３３は、ステップＳ１に処理を戻し、造形停止情報の有無を監視する。

次に、ステップＳ１において、造形停止情報が供給されたと判別すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ２に進む。ステップＳ２では、造形停止情報は、ユーザが操作パネル２５を介して複製物の造形の中断を指示する割り込み指示を行うことで操作パネル２５から発行された造形停止情報（造形停止割り込み情報）であるか否かを判別する。

すなわち、複製物の造形を中断して、ユーザが複製物に所望の処理を施した後、再度、３Ｄプリンタ１２に複製物を設置して造形を再開する場合がある。一例ではあるが、この場合、ユーザが操作パネル２５を操作して、割り込み指示操作を行う。制御部３３は、この割り込み指示操作を示す造形停止割り込み情報が供給されたと判別した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に処理を進める。

これに対して、ユーザが割り込み作業は意図せずに、造形経過を確認するためだけに、造形の停止を指示することで、操作パネル２５から造形停止情報が供給される場合がある。さらに、造形時に発生した異常を検知した造形処理部３７から、制御部３３に対して造形を強制的に停止したことを示す造形停止情報が供給される場合もある。制御部１３は、ステップＳ２において、供給された造形停止情報は、造形停止割り込み情報ではないと判別した場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ１３に処理を進め、供給された造形停止情報は、造形時に異常が発生したことを示す造形停止情報であるか否かを判別する。

供給された造形停止情報が、造形時に異常が発生したことを示す造形停止情報ではないと判別した場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、制御部３３は、ステップＳ２に処理を戻し、上述の造形停止割り込み情報の供給の有無を監視する。これに対して、供給された造形停止情報が、造形時に異常が発生したことを示す造形停止情報であると判別した場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部３３は、ステップＳ１４に処理を進め、例えばエラーメッセージ及び（又は）異常警告アラーム等により、異常発生をユーザに報知する制御を行い、図１０のフローチャートの処理を終了する。

一方、供給された造形停止情報が、造形停止割り込み情報であると判別（ステップＳ２：Ｙｅｓ）することで、ステップＳ３に処理を進めると、制御部３３が、造形処理部３７に対して、造形停止を指示する。造形処理部３７は、ステップＳ４において、複製物の造形を停止する。また、ステップＳ３では、制御部３３が、造形を停止する位置に対応するＸＹＺの軸の３次元位置情報を位置情報処理部３５に供給する。すなわち、制御部３３は、第１の読み込み部３１で読み込まれた３Ｄモデルデータに基づいて、複製物の造形制御を行っている。取得部の一例である位置情報処理部３５は、制御部３３から供給される、造形を停止した位置に対応する３Ｄモデルデータ（第１の情報の一例）をＨＤＤ２３の記憶領域に記憶する。

次に、ユーザは、複製物の造形を一旦停止させると、一例ではあるが、造形装置１から複製物を取り出して所望の処理を施し、再度、造形装置１に複製物を設置する。そして、ユーザは、操作パネル２５を操作して、複製物の造形の再開を指定する。一例ではあるが、この実施の形態の造形装置１の場合、ユーザから複製物の造形の再開が指示されると、制御部３３が、造形再開の準備状態（造形再開レディ状態）に移行する。

ステップＳ６は、制御部３３が、上述の造形再開レディ状態に移行したか否かを判別する。造形再開レディ状態に移行していない場合は（ステップＳ６：Ｎｏ）、造形再開レディ状態に移行するまで待機状態となる。これに対して、造形再開レディ状態に移行した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、制御部３３は、ステップＳ７に処理を進める。

ステップＳ７では、制御部３３が、スキャン制御部３４に対して、造形物の３Ｄスキャンを指示する。生成部の一例であるスキャン制御部３４は、この３Ｄスキャンの指示に従って、造形部２７をスキャン制御する。このスキャンにより造形部２７により生成された３Ｄスキャンデータ（第２の位置情報の一例）は、ＲＡＭ２２又はＨＤＤ２３等の記憶部に一旦記憶される。第２の読み込み部３２は、ＲＡＭ２２等に記憶された３Ｄスキャンデータを読み出し、制御部３３を介して位置情報処理部３５に転送する。位置情報処理部３５は、転送された３Ｄスキャンデータを、ＨＤＤ２３の記憶領域に記憶する。

図１２は、造形部２７において、再設置された複製物Ｂがスキャンされている様子を示す図である。この図１２の例の場合、造形部２７は、ｘ軸方向及びｚ軸方向に移動可能な一つ又は複数のレーザダイオードＬＤを有している。また、造形部２７は、Ｘ軸に沿って連設され、それぞれＺ軸に沿って移動可能とされたレーザ光のセンサＳを有している。この図１２からわかるように、造形部２７は、レーザダイオードＬＤをｘ軸方向及びｚ軸方向に移動させながら複製物をレーザ光でスキャン（走査）し、複製物の外形に応じて受光可能となるレーザ光を各センサＳで受光する。これにより、造形部２７に再設置された複製物の３次元位置に対応する３Ｄスキャンデータが得られることとなる。なお、レーザダイオードＬＤで複製物をスキャンするのではなく、ポリゴンミラーを使用して複製物をスキャンしてもよい。

次に、図１０のフローチャートの説明に戻り、３ＤスキャンデータをＨＤＤ２３の記憶領域に記憶すると、ステップＳ８に処理が進む。ステップＳ８では、補正部３６が、造形停止時における複製物の３次元の設置位置と、造形再開直前における複製物の３次元の設置位置との誤差判定を行い、この誤差が、許容範囲内であるか否かを判別する（スキャン結果のパターンマッチング処理）。このスキャン結果のパターンマッチング処理は、後述する。

補正部３６により、誤差が許容範囲内であると判別された場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、処理がステップＳ９に進む。これに対して、誤差が許容範囲外であると判別された場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、処理がステップＳ１０に進み、造形停止前の３次元位置から複製物の造形を再開可能な３Ｄモデルデータを再生成し、ステップＳ９に処理を進める。この再生成された３Ｄモデルデータは、複製物の造形を一旦停止した３次元位置を、造形再開位置に補正したデータとなる。

ステップＳ９では、制御部３３が、造形処理部３７に対して造形再開指示を行う。造形処理部３７は、ステップＳ１１において、複製物の造形を再開するように造形部２７を制御する。これにより、造形を停止した３次元の位置と同じ位置（上述の許容範囲内の位置）から複製物の造形が再開される。ステップＳ１２では、制御部３３が、３Ｄモデルデータに対応する複製物の造形が完了したか否かを判別する。複製物の造形が完了していないと判別した場合には（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１に処理を戻し、上述の各処理を繰り返し実行する。また、制御部３３が、３Ｄモデルデータに対応する複製物の造形が完了した場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、そのまま図１０のフローチャートの処理を終了する。

（パターンマッチング処理）
図１１のフローチャートは、図１０のフローチャートのステップＳ７〜ステップＳ１０の処理となるパターンマッチング処理の詳細を示すフローチャートである。この図１１のフローチャートは、図１０のフローチャートのステップＳ６で、制御部３３が、造形再開レディ状態に移行したと判別することで、ステップＳ２１から処理が開始される。ステップＳ２１では、スキャン制御部３４が、造形部２７を３Ｄスキャン制御する。この３Ｄスキャンにより造形部２７により生成された３Ｄスキャンデータは、ＲＡＭ２２に一旦記憶される。第２の読み込み部３２は、ＲＡＭ２２に記憶された３Ｄスキャンデータを読み出し、制御部３３を介して位置情報処理部３５に転送する。位置情報処理部３５は、転送された３Ｄスキャンデータを、ＨＤＤ２３の記憶領域に記憶する。

ステップＳ２２では、補正部３６が、位置情報処理部３５によりＨＤＤ２３の記憶領域から読み出された造形停止時における複製物の３次元の設置位置、及び、造形再開直前における複製物の３次元の設置位置の誤差判定（パターンマッチング処理）を行う。そして、誤差が許容範囲内であれば（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、ステップＳ２５において複製物の造形を再開する。また、誤差が許容範囲外の場合は（ステップＳ２３：Ｎｏ）、ステップＳ２４において、造形停止前の３次元位置から複製物の造形を再開可能な３Ｄモデルデータを再生成して造形位置の補正処理を行い、この補正した３Ｄモデルデータを用いて、ステップＳ２５で複製物の造形を再開する。

例えば、
停止時の３Ｄモデルデータ：（ｘ，ｙ，ｚ）＝（１．００，１．００,１．００）
再開直前の３Ｄスキャンデータ：（ｘ，ｙ，ｚ）＝（３．００，３．００，３．００）
誤差：（ｘ，ｙ，ｚ）＝（２．００，２．００，２．００）
距離：２√３＝３．４６
誤差許容値＝４．００
である場合、誤差に対応する距離が誤差許容値よりも小さな値であるため（３．４６＜４．００）、制御部３３は、３Ｄモデルデータを再生成することなく、複製物の造形を再開する。これにより、造形停止前後で同じ位置から複製物の造形を再開できる。なお、ｘｙｚ座標系の位置情報を例に用いて説明を進めているが、円筒座標系等を用いてもよい。

これに対して、
停止時の３Ｄモデルデータ：（ｘ，ｙ，ｚ）＝（１．００，１．００，１．００）
再開直前の３Ｄスキャンデータ：（ｘ，ｙ，ｚ）＝（３．００，３．００，３．００）
誤差：（ｘ，ｙ，ｚ）＝（２．００，２．００，２．００）
距離：２√３＝３．４６
誤差許容値３．５０
誤差許容値丸め処理設定：小数点以下２桁切り捨て設定（３．５０→３.００）
である場合、誤差に対応する距離が誤差許容値よりも大きな値となる（３．４６＞３．００）。このため、補正部３６が、停止時の３ＤモデルデータのＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を、上述の誤差である（ｘ，ｙ，ｚ）＝（２．００，２．００，２．００）分シフトさせた３Ｄモデルデータを再生成することで、補正した造形再開位置に対応する３Ｄモデルデータを生成する。そして、この補正した３Ｄモデルデータを用いて複製物の造形を再開する。これにより、造形を停止した３次元位置から複製物の造形を再開することができ、複製物の造形品質を向上させることができる。

さらに具体的に説明すると、ＨＤＤ２３の記憶領域の各情報に対する割り当ては、以下のようになっている。
アドレス０ｘ００→３Ｄモデルデータの第１の記憶領域
アドレス０ｘ０１→３Ｄスキャンデータの第１の記憶領域
アドレス０ｘ０２→誤差の第２の記憶領域
アドレス０ｘ１０→３Ｄモデルデータの第２の記憶領域
アドレス０ｘ１１→３Ｄスキャンデータの第２の記憶領域
アドレス０ｘ１２→誤差の第２の記憶領域
アドレス０ｘ２０→３Ｄモデルデータの第３の記憶領域
アドレス０ｘ２１→３Ｄスキャンデータの第３の記憶領域
アドレス０ｘ２２→誤差の第３の記憶領域
アドレス０ｘ８０→誤差許容値丸め処理設定情報の記憶領域
アドレス０ｘ８１→補正した３Ｄモデルデータの記憶領域
アドレス０ｘ１００→造形停止情報と造形再開情報の記憶領域（造形停止ＯＮ／ＯＦＦ）

アドレス０ｘ８０の記憶領域に記憶される「誤差許容値丸め処理設定情報」は、誤差の丸め処理を行うか否かの設定、及び、誤差の丸め処理を行う場合に、端数の処理の仕方（小数点以下の切り上げ又は切り捨て）を、ユーザが任意に設定可能となっている。端数の処理に関しては、四捨五入の形式でもよいし、ＩＥＥＥ（米国電気電子学会）７５４準拠の丸め規則を適用してもよい。

また、一対の３Ｄモデルデータ及び３Ｄスキャンデータの誤差を用いて３Ｄモデルデータの補正を行う場合には、３Ｄモデルデータ及び３Ｄスキャンデータの第２、第３の記憶領域は、用いられない。複数の３Ｄモデルデータ及び３Ｄスキャンデータの誤差を用いて３Ｄモデルデータの補正を行う場合には、第１〜第３の記憶領域に記憶された３Ｄモデルデータ及び３Ｄスキャンデータの誤差を用いて３Ｄモデルデータの補正が行われる。

（第１の実施の形態の効果）
以上の説明から明らかなように、第１の実施の形態の造形装置１は、造形停止前後の複製物の３次元位置の誤差（差分）に基づいて、造形停止時の３次元位置から造形再開が可能となるように補正した３次元位置情報（補正した３Ｄモデルデータ）を生成する。そして、この補正した３次元位置情報を用いて、複製物の造形を再開する。これにより、複製物の造形を再開する際に、造形を停止した３次元位置から造形を再開可能なように、造形開始位置を高精度に調整できる。このため、造形される複製物の造形品質を向上させることができる。また、複雑な形状の複製物である場合でも、造形品質を向上させることができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の造形装置の説明をする。第１の実施の形態の造形装置は、造形部２７において、図１２に示したようにレーザダイオードＬＤからのレーザ光をセンサＳで受光する構成で、複製物のスキャンを行う例であった。これに対して、第２の実施の形態の造形装置は、造形部２７において、左右のカメラ装置で撮像した撮像画像に基づいて、複製物Ｂのスキャンを行う例である。なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異のみ説明し、重複した説明は省略する。

すなわち、第２の実施の形態の造形装置の場合、造形部２７は、図１３に示すように、それぞれ所定の設置間隔で配置された右目用カメラ装置ＣＲ及び左目用カメラ装置ＣＬを有している。なお、この例では、２つのカメラ装置ＣＲ，ＣＬを用いることとしたが、一つ（単眼）又は３つ以上のカメラ装置を用いてもよい。第２の実施の形態の造形装置の場合、造形部２７は、右目用カメラ装置ＣＲ及び左目用カメラ装置ＣＬで複製物Ｂを撮像する。これにより、図１４に示すように、右目用カメラ装置ＣＲで撮像した複製物Ｂの撮像画像ＢＧ、及び、左目用カメラ装置ＣＬで撮像した複製物Ｂの撮像画像ＢＧが得られる。

制御部３３は、各撮像画像ＢＧを重ね合わせることで、複製物Ｂの測定点Ｐの位置を検出し、三角測量の演算を行う。これにより、複製物Ｂの三次元の各位置情報を得ることができ、上述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の造形装置の説明をする。第３の実施の形態の造形装置は、造形部２７において、圧電素子を複製物に接触させ、電圧の偏差を検出して複製物の３次元の位置を検出する例である。なお、上述の各実施の形態と第３の実施の形態とでは、この点のみが異なる。このため、以下、両者の差異のみ説明し、重複した説明は省略する。

すなわち、第３の実施の形態の造形装置の場合、造形部２７は、図１５に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動可能であると共に、斜め方向も自在に移動可能な圧電素子ＰＥを有する。圧電素子ＰＥとしては、例えばピエゾ素子を用いることができる。

造形部２７は、圧電素子Ｐを移動させて複製物Ｂに接触させ、圧電素子ＰＥでの電圧の偏差を検出し、複製物Ｂの３次元の位置を検出する。これにより、複製物Ｂの三次元の各位置情報を得ることができ、上述の第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、圧電素子Ｐは、第１の実施の形態で説明したレーザダイオードＬＤ及びセンサＳと併用してもよいし、第３の実施の形態で説明したカメラ装置ＣＲ、ＣＬと併用してもよい。

最後に、上述の各実施の形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、上述の各実施の形態の説明では、複製元となる造形物を３Ｄスキャン処理して生成した３Ｄモデルデータを用いて、造形物の複製物を形成することとした。しかし、３Ｄスキャン処理行わずに、単に、予め取得した３Ｄモデルデータを用いて造形物の複製物を形成してもよい。

この新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことも可能である。また、各実施の形態は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 造形装置
２３ ＨＤＤ
２７ 造形部
３１ 第１の読み込み部
３２ 第２の読み込み部
３３ 制御部
３４ スキャン制御部
３５ 位置情報処理部
３６ 補正部
３７ 造形処理部

特表平０４−５０６１１０号公報

Claims (6)

1. 造形物の３次元位置情報に基づいて、前記造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理部と、
   造形中断時における前記複製物の３次元位置を示す第１の位置情報を取得する取得部と、
   前記造形中断後の造形再開時において、前記複製物の３次元位置を検出するように前記造形部を制御し、検出された前記複製物の３次元位置を示す第２の位置情報を生成する生成部と、
   前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報の差異に基づいて、前記複製物の造形再開位置を、前記第１の位置情報から前記第２の位置情報に補正する補正部と、
   前記造形再開位置で示される３次元位置から前記複製物の造形を再開するように、前記造形部を制御する再開処理部と
   を有する造形装置。
2. 前記造形部は、
   前記複製物にレーザ光を照射するレーザ発光部と、
   前記レーザ発光部に対して相対向して設けられ、前記複製物の外形に応じて得られるレーザ光を受光するセンサとを有し、
   前記生成部は、前記センサの出力に基づいて、前記第２の位置情報を生成すること
   を特徴とする請求項１に記載の造形装置。
3. 前記造形部は、前記複製物を撮像する一つ又は複数のカメラ装置を有し、
   前記生成部は、前記カメラ装置の撮像画像に基づいて、前記第２の位置情報を生成すること
   を特徴とする請求項１に記載の造形装置。
4. 前記造形部は、前記複製物を接触走査する圧電素子を有し、
   前記生成部は、前記圧電素子が前記複製物に接触した際に電圧の偏差に基づいて、前記第２の位置情報を生成すること
   を特徴とする請求項１に記載の造形装置。
5. 造形処理部が、造形物の３次元位置情報に基づいて、前記造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理ステップと、
   取得部が、造形中断時における前記複製物の３次元位置を示す第１の位置情報を取得する取得ステップと、
   生成部が、前記造形中断後の造形再開時において、前記複製物の３次元位置を検出するように前記造形部を制御し、検出された前記複製物の３次元位置を示す第２の位置情報を生成する生成ステップと、
   補正部が、前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報の差異に基づいて、前記複製物の造形再開位置を、前記第１の位置情報から前記第２の位置情報に補正する補正ステップと、
   再開処理部が、前記造形再開位置で示される３次元位置から前記複製物の造形を再開するように、前記造形部を制御する再開処理ステップと
   を有する造形方法。
6. コンピュータを、
   造形物の３次元位置情報に基づいて、前記造形物の複製物を生成するように造形部を制御する造形処理部と、
   造形中断時における前記複製物の３次元位置を示す第１の位置情報を取得する取得部と、
   前記造形中断後の造形再開時において、前記複製物の３次元位置を検出するように前記造形部を制御し、検出された前記複製物の３次元位置を示す第２の位置情報を生成する生成部と、
   前記第１の位置情報及び前記第２の位置情報の差異に基づいて、前記複製物の造形再開位置を、前記第１の位置情報から前記第２の位置情報に補正する補正部と、
   前記造形再開位置で示される３次元位置から前記複製物の造形を再開するように、前記造形部を制御する再開処理部として機能させること
   を特徴とする造形処理プログラム。

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