JPH0596633A - Optical shaping apparatus - Google Patents
Optical shaping apparatusInfo
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- JPH0596633A JPH0596633A JP3285498A JP28549891A JPH0596633A JP H0596633 A JPH0596633 A JP H0596633A JP 3285498 A JP3285498 A JP 3285498A JP 28549891 A JP28549891 A JP 28549891A JP H0596633 A JPH0596633 A JP H0596633A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光硬化性流動物質に光
を照射して所望形状の固体を形成する装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for irradiating a photocurable fluid substance with light to form a solid having a desired shape.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光エネルギーを吸収することにより硬化
する流動物質に対して光ビームを照射して所望の形状を
有する固体を形成する光学的造形技術が提案されてい
る。例えば特公平２−４８４２２号公報は、容器内に光
硬化性流動物質を充填し、容器内を昇降する作業面上の
物質に光を照射して二次元の固体層を形成し、作業面を
順次降下させて固体層を積層することにより三次元の固
体を形成する方法及び装置が開示されている。レーザ等
の光源を光硬化性物質に対して二次元に移動する具体的
手段については開示されていないが、例えば水平面上で
直交する２つの軸上で制御されるヘッドに光源を取り付
けることが考えられる。2. Description of the Related Art An optical shaping technique has been proposed in which a fluid material which is cured by absorbing light energy is irradiated with a light beam to form a solid having a desired shape. For example, Japanese Examined Patent Publication No. 2-48422 discloses that a container is filled with a photocurable fluid substance, and a substance on a work surface that moves up and down in the container is irradiated with light to form a two-dimensional solid layer. A method and apparatus for forming a three-dimensional solid by sequentially descending and stacking solid layers is disclosed. Although no specific means for moving a light source such as a laser in two dimensions with respect to the photocurable substance is disclosed, it is considered to attach the light source to a head controlled on two axes orthogonal to each other on a horizontal plane, for example. Be done.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】光源から照射されるレ
ーザの出力は種々の条件により変化する。図４の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ横軸に周囲温度、
通電時間（レーザ光源の累積使用時間）、始動からの通
電時間をとり、縦軸にレーザ出力をとったときの出力の
変化を表わすグラフである。周囲温度が約２５度のとき
に出力は１００％で最高となり、累積時間が長くなるに
つれ、出力は低下する。始動時にあっては、最高出力に
達するまでにはかなりの時間を要する。レーザ発振器の
定格出力値を保持する通電時間は１５００〜２０００時
間である。The output of the laser emitted from the light source changes depending on various conditions. In FIGS. 4A, 4B, and 4C, the horizontal axis represents the ambient temperature,
6 is a graph showing a change in output when the energization time (cumulative use time of the laser light source) and the energization time from startup are taken and the laser output is plotted on the vertical axis. The output peaks at 100% when the ambient temperature is about 25 degrees, and the output drops as the cumulative time increases. It takes a considerable amount of time to reach the maximum output at the start. The energization time for maintaining the rated output value of the laser oscillator is 1500 to 2000 hours.
【０００４】また、始動時には通電時間が１５分程度で
出力は１００％に到達する。従来の光造形装置にあって
は、これらの条件により光源と光硬化性物質の相対的な
走査速度を補正して制御するものではなかったので、造
形精度不良等の問題があった。そこで本発明は、レーザ
エネルギーの変動条件を測定し、この測定結果に応じて
走査速度を制御する装置を提供するものである。At the time of starting, the output reaches 100% in about 15 minutes of energization. In the conventional stereolithography apparatus, since the relative scanning speed of the light source and the photocurable substance is not corrected and controlled under these conditions, there is a problem such as poor molding accuracy. Therefore, the present invention provides an apparatus for measuring the fluctuation condition of laser energy and controlling the scanning speed according to the measurement result.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の光学的造形装置
は、レーザ発振器の通電時間を測定する通電タイマー
と、レーザ発振器周囲の温度を測定する温度センサと、
レーザの光エネルギーを測定する光レベルセンサを備
え、通電時間と周囲温度と実際の光エネルギーのデータ
に基づいて理想走査速度を演算する手段と、この演算結
果に基づいてサーボ装置を制御する手段を備えている。The optical modeling apparatus of the present invention comprises an energization timer for measuring the energization time of the laser oscillator, a temperature sensor for measuring the temperature around the laser oscillator,
An optical level sensor for measuring the optical energy of the laser is provided, and means for calculating an ideal scanning speed based on data of energization time, ambient temperature and actual optical energy, and means for controlling the servo device based on the calculation result are provided. I have it.
【０００６】[0006]
【作用】レーザ発振器から供給される光エネルギーのレ
ベルは種々の条件により変化するが、本発明ではこれら
のデータに基づいて理想走査速度を演算してサーボ装置
を制御することができる。The level of light energy supplied from the laser oscillator changes depending on various conditions, but in the present invention, the ideal scanning speed can be calculated based on these data to control the servo device.
【０００７】[0007]
【実施例】図１は本発明の光学的造形装置の概要を示す
説明図である。光学的造形装置１０は、ベース２０の上
部に平行した２本の直動案内面３０を備え、この２本の
案内面３０上に水平直交する直動案内面４０を備え、こ
の案内面４０上に垂直直交するヘッド５０が摺動する。
駆動機構としてはボールねじ等が利用され、サーボモー
タにより移動速度と移動量が制御される。直動案内面４
０に対してヘッド５０がＸ軸方面に摺動される。駆動速
度、移動量はサーボモータにより制御される。ヘッド５
０にはレーザ照射装置６０が取り付けられ、このレーザ
照射装置はサーボモータにより上下方向に位置制御され
る。Ｖ軸は、液面の上下方向の焦点合わせと硬化幅を変
更する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an explanatory view showing the outline of an optical modeling apparatus of the present invention. The optical modeling apparatus 10 includes two linear motion guide surfaces 30 that are parallel to the upper portion of the base 20, and includes linear motion guide surfaces 40 that are horizontally orthogonal to each other on the two guide surfaces 30. The head 50, which is perpendicular to and perpendicular to, slides.
A ball screw or the like is used as the drive mechanism, and the moving speed and the moving amount are controlled by the servo motor. Linear motion guide surface 4
With respect to 0, the head 50 slides in the X-axis direction. The driving speed and movement amount are controlled by the servo motor. Head 5
A laser irradiation device 60 is attached to 0, and the position of the laser irradiation device is vertically controlled by a servomotor. The V axis changes the vertical focusing of the liquid surface and the hardening width.
【０００８】ベース２０内側には自立したタンク７０が
載置され、タンク７０内に光硬化性流動物質１００が充
填される。タンク７０内にはコラム９０により垂直方向
（Ｚ軸方向）に沿って移動するテーブル８０が配設され
る。テーブル８０の上面を光硬化性流動物質の液面より
わずかに下（０．２mm程度）に位置決めし、レーザ照射
装置６０をＸ、Ｙ方向に移動しつつレーザビームを液面
に照射して二次元の固体層を形成する。１つの層が完成
すると、テーブル８０を降下し、形成された固体上面を
光硬化性流動物質で覆い、同様の操作により二次元の固
体層を形成する。A self-standing tank 70 is placed inside the base 20, and the tank 70 is filled with a photocurable fluid substance 100. A table 80 that moves in the vertical direction (Z-axis direction) by a column 90 is arranged in the tank 70. The upper surface of the table 80 is positioned slightly below (about 0.2 mm) the liquid surface of the photocurable fluid substance, and the laser beam is irradiated onto the liquid surface while moving the laser irradiation device 60 in the X and Y directions. Form a solid layer of dimensions. When one layer is completed, the table 80 is lowered, the formed solid upper surface is covered with a photo-curable flow material, and a two-dimensional solid layer is formed by the same operation.
【０００９】以下、この操作を繰り返して所望の三次元
固体を形成する。レーザ照射装置６０は、導光管２２０
を介してレーザ発振器２１０に連結される。レーザ発振
器２１０はレーザ電源２００からの電力を受けてレーザ
ビームを発振し、レーザ照射装置６０へ送る。レーザ発
振器２１０には温度センサ２３０が装備されており、レ
ーザ発振器周囲の温度を測定し、アナログ信号を発す
る。この温度信号は、アナログ・デジタル変換器２４０
によってデジタル信号に変換され、演算処理部２５０へ
送られる。演算処理部２５０は現在の温度に基づいてレ
ーザ出力を予測し、この予測出力に基づいて理想走査速
度を演算して、数値制御部３００へ送る。数値制御部３
００は、この情報に基づいてサーボ装置３１０の出力を
制御する。Thereafter, this operation is repeated to form a desired three-dimensional solid. The laser irradiation device 60 includes a light guide tube 220.
It is connected to the laser oscillator 210 via. The laser oscillator 210 receives electric power from the laser power source 200, oscillates a laser beam, and sends it to the laser irradiation device 60. The laser oscillator 210 is equipped with a temperature sensor 230, measures the temperature around the laser oscillator, and emits an analog signal. This temperature signal is converted to an analog / digital converter 240.
It is converted into a digital signal by and is sent to the arithmetic processing unit 250. The arithmetic processing unit 250 predicts the laser output based on the current temperature, calculates the ideal scanning speed based on this predicted output, and sends it to the numerical control unit 300. Numerical control unit 3
00 controls the output of the servo device 310 based on this information.
【００１０】レーザ発振器２１０の始動からの経過時間
や累積使用時間は、通電タイマー（図示せず）により計
測され、同様の処理を受けて数値制御部３００へ送られ
る。タンク７０の側部に配設される受光センサ４００
は、受光面をタンク７０内の光硬化性流動物質１００の
液面近くに調節される。レーザ照射位置６０を定期的に
受光センサ４００上に移動させて、レーザビームの出力
の現在値を測定する。受光センサ４００が受光したレー
ザビームの出力は、出力計４１０からアナログ信号とし
て発信されアナログ・デジタル変換器４２０によりデジ
タル信号に変換されて演算処理部４３０へ送られる。演
算処理部４３０は、現在のレーザビーム出力値と予測出
力を比較して補正量を決定し、理想走査速度を演算し、
数値制御部３００へ送る。The elapsed time from the start of the laser oscillator 210 and the accumulated use time are measured by an energization timer (not shown), undergo the same processing, and are sent to the numerical controller 300. Light receiving sensor 400 arranged on the side of the tank 70
Is adjusted so that the light receiving surface is close to the liquid surface of the photocurable fluid substance 100 in the tank 70. The laser irradiation position 60 is periodically moved onto the light receiving sensor 400, and the current value of the output of the laser beam is measured. The output of the laser beam received by the light receiving sensor 400 is transmitted as an analog signal from the output meter 410, converted into a digital signal by the analog / digital converter 420, and sent to the arithmetic processing unit 430. The arithmetic processing unit 430 compares the current laser beam output value and the predicted output to determine the correction amount, calculates the ideal scanning speed,
It is sent to the numerical controller 300.
【００１１】図２は、制御装置の概要を示すブロック図
である。レーザ発振器の起動とともに通電タイマー５０
０は、レーザ発振器の累積通電時間と起動からの通電時
間を演算処理部２５０へ送る。レーザ発振器２１０に付
設した温度センサ２３０は、レーザ発振器周囲の温度を
測定し、アナログ・デジタル変換器２４０を介して演算
処理部２５０へ送る。レーザビームのエネルギーを検出
する光レベルセンサ４００は、光レベル測定装置４１０
により操作され、定期的にレーザ照射装置６０から照射
される光エネルギーを測定し、アナログ・デジタル変換
器４２０を経由して演算処理部４３０へデータを送る。FIG. 2 is a block diagram showing an outline of the control device. Energization timer 50 when the laser oscillator starts
0 sends the cumulative energization time of the laser oscillator and the energization time from startup to the arithmetic processing unit 250. The temperature sensor 230 attached to the laser oscillator 210 measures the temperature around the laser oscillator and sends it to the arithmetic processing unit 250 via the analog / digital converter 240. An optical level sensor 400 for detecting the energy of a laser beam includes an optical level measuring device 410.
The light energy emitted from the laser irradiating device 60 is measured periodically, and the data is sent to the arithmetic processing unit 430 via the analog / digital converter 420.
【００１２】演算処理部は、これらの測定データに基づ
いて、図４で説明した補正要因を導入して予想光照射量
と理想走査速度を演算する。この演算結果は数値制御部
３００へ送られ、数値制御部３００は各制御軸のサーボ
アンプ３１０へ指令を発し、サーボモータ３２０が理想
走査速度で駆動するように制御する。The arithmetic processing section calculates the expected light irradiation amount and the ideal scanning speed by introducing the correction factor explained in FIG. 4 based on these measurement data. The calculation result is sent to the numerical control unit 300, and the numerical control unit 300 issues a command to the servo amplifier 310 of each control axis to control the servo motor 320 to drive at the ideal scanning speed.
【００１３】図３は制御処理のフロー図である。ステッ
プ１０００で光造形装置の電源を投入して制御処理をス
タートすると、ステップ１０１０で初期データを読み込
む。メモリ１０２０には初期データとしてレーザ発振器
の累積通電時間による補正値のデータＣ1−ｔ1、レーザ
発振器の周囲温度による出力のデータＷ−℃、出力に応
じた走査速度のデータＷ−ミリメートル／分、が記憶さ
れている。ステップ１０３０でレーザ出力が定常状態ま
で上昇したことを確認し、ステップ１０４０で周囲温度
を測定する。ステップ１０５０で周囲温度とレーザ発振
器の累積通電時間に基づいてレーザ出力を予測する。こ
の際に、メモリ１０６０からデータＣ1−ｔ1、Ｗ−℃を
受ける。FIG. 3 is a flow chart of the control process. When the power of the optical modeling apparatus is turned on in step 1000 to start the control processing, initial data is read in step 1010. In the memory 1020, as initial data, correction value data C 1 -t 1 according to the cumulative energization time of the laser oscillator, output data W- ° C. according to the ambient temperature of the laser oscillator, and scanning speed data W-millimeter / min according to the output. , Are stored. At step 1030, it is confirmed that the laser output has risen to a steady state, and at step 1040, the ambient temperature is measured. In step 1050, the laser output is predicted based on the ambient temperature and the cumulative energization time of the laser oscillator. At this time, the data C 1 -t 1 and W- ° C. are received from the memory 1060.
【００１４】ステップ１０７０では、まずレーザ出力の
測定装置１０８０に対して測定の実行を指令し、レーザ
出力データメモリ１０９０を介してデータを受ける。こ
の実際の出力とステップ１０５０で演算した予測出力と
を比較して補正値Ｃ2を決定し、ファイル１１００に記
憶する。ステップ１１１０ではレーザ出力に対応する走
査速度を決定する。この際にメモリ１１２０から走査速
度の初期データＷ−ミリメートル／分、を受ける。ステ
ップ１１３０では、レーザ発振器への累積通電時間が一
定時間ｔ1を経過していないか否かを判断する。ｔ1を越
えていたならステップ１１４０へ進み、レーザの予想出
力に補正値Ｃ1をかける。この際にメモリ１１５０から
累積通電時間に対する補正値のデータを受ける。In step 1070, first, the laser output measuring device 1080 is instructed to execute the measurement, and the data is received via the laser output data memory 1090. This actual output is compared with the predicted output calculated in step 1050 to determine the correction value C 2 and the correction value C 2 is stored in the file 1100. In step 1110, the scanning speed corresponding to the laser output is determined. At this time, the scanning speed initial data W-millimeter / minute is received from the memory 1120. In step 1130, it is determined whether or not the cumulative energization time to the laser oscillator has exceeded a certain time t 1 . If it exceeds t 1 , the process proceeds to step 1140, and the expected output of the laser is multiplied by the correction value C 1 . At this time, correction value data for the cumulative energization time is received from the memory 1150.
【００１５】一定時間ｔ1を経過していなければ、ステ
ップ１１６０で周囲温度の変化を測定する。周囲温度に
変化があれば、ステップ１１７０へ進み、予想出力を計
算して、更新する。この際にメモリ１１８０からの通電
時間に対する補正値のデータ、周囲温度に対する出力の
データ、予想出力に対する補正値のデータを受ける。温
度変化がなければ直接にステップ１０９０へ進み、前回
のレーザ出力測定から一定時間ｔ2が経過していないか
否かを判断する。前回の測定から一定時間経過したとき
には、ステップ１０７０へ戻り、レーザ出力の現在値を
測定し、一定時間経過していなければ、ステップ１１１
０へ戻り、以上のステップを繰り返す。If the predetermined time t 1 has not elapsed, step 1160 measures the change in ambient temperature. If the ambient temperature has changed, the process proceeds to step 1170 to calculate and update the expected output. At this time, the data of the correction value for the energization time, the data of the output for the ambient temperature, and the data of the correction value for the expected output are received from memory 1180. If there is no temperature change, the process directly proceeds to step 1090, and it is determined whether or not a fixed time t 2 has elapsed since the last laser output measurement. When a fixed time has passed from the previous measurement, the process returns to step 1070, the current value of the laser output is measured, and if the fixed time has not passed, step 111
Return to 0 and repeat the above steps.
【００１６】[0016]
【発明の効果】本発明は以上のように、レーザビームを
光硬化性流動物質に照射しつつ走査することにより、三
次元の固体を形成する光学的造形装置にあって、レーザ
出力を予測して理想走査速度を演算し、走査に参加する
サーボ装置を制御する構成を備える。レーザ出力の変化
要因としては、レーザ発振器の通電時間、周囲温度があ
るが、これらの条件を測定してレーザ出力を予測する。
そして、光レベルセンサを備え、一定時間間隔毎に実際
のレーザ出力を測定し、予測値と比較して補正量を決定
する。これらの処理により正確なレーザ出力を予測で
き、この出力に基づいて走査速度を制御するので、光硬
化現象も正確に実行され、精度の高い造形を達成するこ
とができる。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention provides an optical modeling apparatus for forming a three-dimensional solid by scanning while irradiating a photocurable fluid substance with a laser beam to predict the laser output. And a servo device that participates in the scanning is controlled. The factors that change the laser output include the energization time of the laser oscillator and the ambient temperature. The laser output is predicted by measuring these conditions.
An optical level sensor is provided, and the actual laser output is measured at regular time intervals and compared with the predicted value to determine the correction amount. By these processes, an accurate laser output can be predicted, and the scanning speed is controlled based on this output. Therefore, the photo-curing phenomenon can also be accurately executed, and highly accurate modeling can be achieved.
【図１】本発明の実施例の概要を示す説明図。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of an embodiment of the present invention.
【図２】制御装置のブロック図。FIG. 2 is a block diagram of a control device.
【図３】制御処理のフロー図。FIG. 3 is a flowchart of control processing.
【図４】作用を示すグラフ。FIG. 4 is a graph showing the action.
１０ 光学的造形装置 ２０ ベース ３０ 直線案内図（Ｙ軸） ４０ 直線案内図（Ｘ軸） ５０ ヘッド ６０ レーザ照射装置 ７０ タンク ８０ テーブル １００ 光硬化性流動物質 ２００ レーザ電源 ２１０ レーザ発振器 ２３０ 温度センサ ３００ ＮＣ ３１０ サーボ ４００ 光レベルセンサ ４１０ 光レベル測定装置 ５００ 通電タイマー 10 Optical Modeling Device 20 Base 30 Linear Guide (Y Axis) 40 Linear Guide (X Axis) 50 Head 60 Laser Irradiator 70 Tank 80 Table 100 Photocurable Liquid Material 200 Laser Power 210 Laser Oscillator 230 Temperature Sensor 300 NC 310 Servo 400 Optical Level Sensor 410 Optical Level Measuring Device 500 Energization Timer
Claims (2)
タンク内で垂直方向の軸に沿って制御される水平テーブ
ルと、タンク上方にあって水平面内で直交する２つの軸
及び垂直方向の軸に沿って制御されてタンク液面を走査
するレーザ照射装置と、レーザ照射装置にレーザ光を供
給するレーザ発振器と、各制御軸を駆動するサーボ装置
と、サーボ装置に指令を与える数値制御部と、演算処理
部を備えた光学的造形装置であって、レーザ発振器の通
電時間を測定する通電タイマーと、レーザ発振器周囲の
温度を測定する温度センサと、レーザの光エネルギーを
測定する光レベルセンサを備え、通電時間と周囲温度と
実際の光エネルギーのデータに基づいて理想走査速度を
演算する手段と、この演算結果に基づいてサーボ装置を
制御する手段を備えてなる光学的造形装置。1. A tank filled with a photocurable fluid substance,
A horizontal table controlled along a vertical axis in the tank, and a laser irradiation device controlled along two vertical axes in the horizontal plane above the tank and a vertical axis to scan the liquid surface of the tank A laser oscillator that supplies laser light to a laser irradiation device, a servo device that drives each control axis, a numerical control unit that gives a command to the servo device, and an optical modeling device that includes an arithmetic processing unit, Equipped with an energization timer that measures the energization time of the laser oscillator, a temperature sensor that measures the temperature around the laser oscillator, and an optical level sensor that measures the optical energy of the laser. An optical modeling apparatus comprising means for calculating an ideal scanning speed based on the result and means for controlling a servo device based on the result of the calculation.
して光エネルギーの測定を実行する手段を備えてなる請
求項１記載の光学的造形装置。2. The optical modeling apparatus according to claim 1, further comprising means for operating a light level sensor to measure light energy at regular time intervals.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3285498A JPH0596633A (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Optical shaping apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3285498A JPH0596633A (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Optical shaping apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0596633A true JPH0596633A (en) | 1993-04-20 |
Family
ID=17692305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3285498A Pending JPH0596633A (en) | 1991-10-07 | 1991-10-07 | Optical shaping apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0596633A (en) |
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