JPWO2020039581A1 - 情報処理装置、情報処理方法、情報処理プログラム、積層造形装置およびプロセスウィンドウ生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
プロセスウィンドウ内に散在するように、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を生成するパラメータ生成部と、
散在する前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、積層造形部に対して試料の積層造形を指示する試料造形指示部と、
積層造形された前記試料の画像を取得して、前記試料の品質を評価する試料品質評価部と、
前記試料の評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定部と、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記パラメータ生成部によるパラメータ生成処理、前記試料造形指示部による試料造形指示処理、前記試料品質評価部による品質評価処理および前記境界決定部による境界決定処理を繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成部と、
を備える。
上記情報処理装置と、
前記積層造形物の造形に先立って、前記試料造形指示部による前記試料の積層造形の指示に基づいて前記試料を積層造形すると共に、前記積層造形指示部による前記積層造形物の積層造形の指示に基づいて前記積層造形物を積層造形する前記積層造形部と、
積層造形された前記試料の画像を取得する画像取得部と、
を備える。
プロセスウィンドウ内に散在するように、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を生成するパラメータ生成ステップと、
散在する前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、積層造形部に対して試料の積層造形を指示する試料造形指示ステップと、
積層造形された前記試料の画像を取得して、前記試料の品質を評価する試料品質評価ステップと、
前記試料の評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定ステップと、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記パラメータ生成ステップ、前記試料造形指示ステップ、前記試料品質評価ステップおよび前記境界決定ステップを繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成ステップと、
を含む。
プロセスウィンドウ内に散在するように、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を生成するパラメータ生成ステップと、
散在する前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、積層造形部に対して試料の積層造形を指示する試料造形指示ステップと、
積層造形された前記試料の画像を取得して、前記試料の品質を評価する試料品質評価ステップと、
前記試料の評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定ステップと、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記パラメータ生成ステップ、前記試料造形指示ステップ、前記試料品質評価ステップおよび前記境界決定ステップを繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成ステップと、
をコンピュータに実行させる。
プロセスウィンドウ内に散在する、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を用いて、試料の積層造形を行う試料造形ステップと、
積層造形された前記試料の品質を評価した評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定ステップと、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記試料造形ステップおよび前記境界決定ステップを繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成ステップと、
を含む。
本発明の第1実施形態としての情報処理装置100について、図1を用いて説明する。情報処理装置100は、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウを生成する装置である。
次に、本発明の第2実施形態に係る情報処理装置について説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、プロセスウィンドウ内に散在するパラメータ組を設定して試料を造形して、造形した試料の品質を評価する。そして、評価結果から機械学習により境界(決定関数)を求めながら、初期のプロセスウィンドウからプロセスウィンドウを更新していき、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウを生成してユーザに提示する。
以下、図2〜図4Bを参照して、本実施形態に係る情報処理装置を含む積層造形システムの構成および動作について説明する。
図2は、本実施形態に係る情報処理装置を含むシステムによる処理の概要を示す図である。本処理は、積層造形物の造形に先立ってパラメータ調整(キャリブレーション)として行われる例を示すが、これに限定されるものではない。なお、図2におけるパウダー層、造形物の高さ、造形物の数などは図2に限定されない。
図3は、本実施形態に係る情報処理装置を含む積層造形システムにおけるプロセスウィンドウ生成方法を示すフローチャートである。なお、図3では、図2のステップS206の処理は省かれている。
図4Aは、本実施形態に係る情報処理装置410を含む積層造形システム400の構成を示すブロック図である。
図4Bは、本実施形態に係る積層造形部422の構成を示す図である。図4Bには、金属粉末を用いて積層造形する金属積層造形部であって、造形法としては、パウダーベッド法の例を示すが、図示しないパウダーデポジション法であってもよい。
図5は、本実施形態に係る情報処理装置410の機能構成を示すブロック図である。なお、図5では、積層造形データ提供部412については省略している。
図6は、本実施形態に係るプロセスウィンドウ620、640を説明する図である。
図7Aは、本実施形態に係る試料品質評価テーブル710の構成を示す図である。試料品質評価テーブル710は、試料の画像から試料の品質を評価するために試料品質評価部515が使用する。また、各評価指標テーブル721〜724は、試料品質評価テーブル710の各評価指標の評価例を示すテーブルである。
図8Aは、本実施形態に係るプロセスマップ820を説明する図である。プロセスマップ820は、図6のプロセスウィンドウ620に試料品質の評価結果をマッピングしたプロセスマップである。
図9Aおよび図9Bは、本実施形態に係る機械学習を説明する図である。
図10は、本実施形態に係るプロセスウィンドウの提示例を示す図である。表示部521には、プロセスウィンドウ生成部により生成された積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウを示す情報が、ユーザによる少なくとも2つのパラメータの組の設定を支援する情報として、ユーザに提示される。
図11は、本実施形態に係る情報処理装置410のハードウェア構成を示すブロック図である。
図12は、本実施形態に係る情報処理装置410の処理手順を示すフローチャートである。なお、このフローチャートは、図11のCPU1110がRAM1140を使用して実行し、図5の機能構成部を実現する。また、図12では、試料の積層造形間の粉末層生成指示の処理は省かれている。
図13は、本実施例に係る処理条件を示す図である。
図14は、本実施例に係る試料画像1400を示す図である。
図15Aは、本実施例に係るプロセスマップ1510を示す図である。
図15Bは、本実施例に係る機械学習結果1520を示す図である。
図16は、本実施例に係る最適条件で造形された試料1620(1630)を示す図である。
次に、本発明の第3実施形態に係る情報処理装置について説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、上記第2実施形態と比べると、積層造形の多様なパラメータを変化させながら試料を造形可能である点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
図17は、本実施形態に係る情報処理装置1710を含む積層造形システム1700の構成を示すブロック図である。本実施形態において、情報処理装置1710が積層造形の多様なパラメータを変化させながら試料を造形可能とするためには、積層造形装置1720が、一連の造形中に多様なパラメータを変更できることがその条件となる。
図18は、本実施形態に係るプロセスマップのテーブル1840の構成を示す図である。プロセスマップのテーブル1840は、n次元のプロセスマップを生成するために使用する。
次に、本発明の第4実施形態に係る情報処理装置について説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、上記第2実施形態および第3実施形態と比べると、本実施形態のパラメータのキャリブレーション(調整)の後、ユーザ設定操作を介さずに自動的に適切なパラメータ組が設定されて積層造形物が造形される点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
図19は、本実施形態に係る情報処理装置1910の機能構成を示すブロック図である。なお、図19において、図5と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
次に、本発明の第5実施形態に係る情報処理装置について説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、上記第2実施形態乃至第4実施形態と比べると、積層造形物を造形中にもパラメータ組の調整を並列して行う点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
図20は、本実施形態に係る情報処理装置2010の機能構成を示すブロック図である。なお、図20において、図5と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態においては、機械学習としてサポートベクターマシンを用いたが、ロジスティック回帰、k近傍法、決定木、ランダムフォレスト、ニューラルネットワーク、または、ナイーブベイズ判定などのよって、境界を決定しても同等の効果が得られる。
Claims (15)
- プロセスウィンドウ内に散在するように、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を生成するパラメータ生成部と、
散在する前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、積層造形部に対して試料の積層造形を指示する試料造形指示部と、
積層造形された前記試料の画像を取得して、前記試料の品質を評価する試料品質評価部と、
前記試料の評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定部と、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記パラメータ生成部によるパラメータ生成処理、前記試料造形指示部による試料造形指示処理、前記試料品質評価部による品質評価処理および前記境界決定部による境界決定処理を繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成部と、
を備える情報処理装置。 - 前記パラメータ生成部は、前記積層造形部で設定可能なパラメータの最大値から最小値までの範囲を含む初期のプロセスウィンドウを用いる請求項1に記載の情報処理装置。
- 前記試料造形指示部は、1回の試料の積層造形において、異なる前記パラメータの組を用いて所定数の試料を前記積層造形部内に並列に積層造形し、
次の試料の積層造形までの間に、造形しない所定の粉末層の生成を指示する粉末層生成指示部を備える請求項1または2に記載の情報処理装置。 - 前記試料品質評価部は、
積層造形された前記試料を撮像部により撮像するよう指示する撮像指示部と、
前記撮像部で撮像された前記試料の画像に基づいて、前記試料の品質を評価して評価値を割り当てる評価値割当部と、
を有する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記境界決定部は、前記機械学習として、サポートベクターマシン、ロジスティック回帰、k近傍法、決定木、ランダムフォレスト、ニューラルネットワーク、または、ナイーブベイズ判定によって境界を決定する請求項1乃至4のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記少なくとも2つのパラメータの組は、熱源出力に対応する熱源に供給される電流値、走査速度、走査線間隔、走査線長さ、積層厚み、造形温度、および、ビーム径から選択される請求項1乃至5のいずれか1項に記載の情報処理装置。
- 前記境界決定部は、前記走査速度と前記電流値との関係として知られるスキャン速度の指標を、前記プロセスマップの軸となるパラメータの1つとして用いる請求項6に記載の情報処理装置。
- 前記プロセスウィンドウ生成部は、前記境界決定部において前記境界が決定できない状態になった場合、または、所定回数の繰り返しを終了した場合に、繰り返しを終了する請求項1乃至7に記載の情報処理装置。
- 前記プロセスウィンドウ生成部により生成された前記積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウを示す情報を、ユーザによる前記少なくとも2つのパラメータの組の設定を支援する情報として、前記ユーザに提示する提示部と、
前記提示部に提示された情報を参照して設定された前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、前記積層造形部に対して積層造形物の積層造形を指示する積層造形指示部と、
をさらに備える請求項1乃至8のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 前記積層造形指示部は、前記積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウ内で、前記境界から所定距離以上離れた前記少なくとも2つのパラメータの組を設定する請求項9に記載の情報処理装置。
- 前記積層造形部は、金属粉末を用いて積層造形する金属積層造形部であって、
前記金属積層造形部の造形法は、パウダーベッド法とパウダーデポジション法とを含み、
前記パウダーベッド法は、電子ビーム溶融法とレーザ溶融法とを含む請求項1乃至10のいずれか1項に記載の情報処理装置。 - 請求項9または10に記載の情報処理装置と、
前記積層造形物の造形に先立って、前記試料造形指示部による前記試料の積層造形の指示に基づいて前記試料を積層造形すると共に、前記積層造形指示部による前記積層造形物の積層造形の指示に基づいて前記積層造形物を積層造形する前記積層造形部と、
積層造形された前記試料の画像を取得する画像取得部と、
を備える積層造形装置。 - プロセスウィンドウ内に散在するように、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を生成するパラメータ生成ステップと、
散在する前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、積層造形部に対して試料の積層造形を指示する試料造形指示ステップと、
積層造形された前記試料の画像を取得して、前記試料の品質を評価する試料品質評価ステップと、
前記試料の評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定ステップと、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記パラメータ生成ステップ、前記試料造形指示ステップ、前記試料品質評価ステップおよび前記境界決定ステップを繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成ステップと、
を含む情報処理方法。 - プロセスウィンドウ内に散在するように、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を生成するパラメータ生成ステップと、
散在する前記少なくとも2つのパラメータの組を用いて、積層造形部に対して試料の積層造形を指示する試料造形指示ステップと、
積層造形された前記試料の画像を取得して、前記試料の品質を評価する試料品質評価ステップと、
前記試料の評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定ステップと、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記パラメータ生成ステップ、前記試料造形指示ステップ、前記試料品質評価ステップおよび前記境界決定ステップを繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成ステップと、
をコンピュータに実行させる情報処理プログラム。 - プロセスウィンドウ内に散在する、積層造形を制御する少なくとも2つのパラメータの組を用いて、試料の積層造形を行う試料造形ステップと、
積層造形された前記試料の品質を評価した評価結果をマッピングして生成されたプロセスマップにおいて、前記評価結果の境界を機械学習によって決定する境界決定ステップと、
決定された前記境界を含む境界領域を新たなプロセスウィンドウとして、前記試料造形ステップおよび前記境界決定ステップを繰り返し、最終的に決定された境界により分離されたプロセスウィンドウを、積層造形の品質を保障するプロセスウィンドウとして生成するプロセスウィンドウ生成ステップと、
を含むプロセスウィンドウ生成方法。
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