TWI834312B - 層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法 - Google Patents

層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI834312B
TWI834312B TW111136191A TW111136191A TWI834312B TW I834312 B TWI834312 B TW I834312B TW 111136191 A TW111136191 A TW 111136191A TW 111136191 A TW111136191 A TW 111136191A TW I834312 B TWI834312 B TW I834312B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
image
camera
position information
area
base plate
Prior art date
Application number
TW111136191A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202315689A (zh
Inventor
金子幹男
小林勝彦
元矢享嘉
Original Assignee
日商沙迪克股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商沙迪克股份有限公司 filed Critical 日商沙迪克股份有限公司
Publication of TW202315689A publication Critical patent/TW202315689A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI834312B publication Critical patent/TWI834312B/zh

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/31—Calibration of process steps or apparatus settings, e.g. before or during manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/90—Means for process control, e.g. cameras or sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30—Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/386—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/77—Determining position or orientation of objects or cameras using statistical methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00—Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10—Processes of additive manufacturing
    • B29C64/141—Processes of additive manufacturing using only solid materials
    • B29C64/153—Processes of additive manufacturing using only solid materials using layers of powder being selectively joined, e.g. by selective laser sintering or melting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30144—Printing quality
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

本發明提供一種能夠抑制底板的位置檢測中的精度下降的層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法。提供一種層疊造型裝置，包括腔室、造型台、拍攝裝置、影像處理裝置、以及控制裝置，所述層疊造型裝置中，配置在造型台上的造型區域內的底板包括俯視時構成外緣的第一邊及第二邊，拍攝裝置的第一相機在從第一邊的一部分及其中一個端點與第二邊的一部分及其中一個端點包含在視野中的初始位置沿著第一邊移動後的位置處，對第一區域進行拍攝而獲取第一影像，在從初始位置沿著第二邊移動後的位置處，對第二區域進行拍攝而獲取第二影像，影像處理裝置對第一影像及第二影像進行分析而獲取各邊的位置資訊，控制裝置算出第一邊與第二邊的交點或第一邊及第二邊的延長線上的交點的座標作為檢測對象點。

Description

層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法
本發明是有關於一種層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法。
在三維造型物的層疊造型中，已知有各種方式。例如，在充滿惰性氣體的腔室內，向配置在造型台上的造型區域內的底板的上表面供給金屬的材料粉體而形成材料層。然後，使用照射裝置在材料層的規定位置照射雷射光或電子束，由此使材料層燒結或熔融而形成固化層。藉由重複形成此種材料層及固化層，將固化層層疊來製造所期望的三維造型物。
底板用於保護造型台，並且使固化層容易固著。造型完成後的造型物在與底板一體化的狀態下從造型台上取下，在將底板從造型物上完全分離、或者殘留底板的全部或一部分的狀態下成為產品。在專利文獻1中，公開一種用於提高在底板上形成有燒結體的結構的三維造型物的形狀精度的製造方法。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第6564111號公報
[發明所要解決的問題] 為了將雷射光或電子束高精度地照射到底板上的材料層的規定位置，需要準確地掌握造型區域中的底板的位置，適當地設定照射裝置的座標系統。例如，在將俯視時的底板的任一角部設為座標系統的設定中的基準點的情況下，需要掌握所述角部的位置。在基準點的位置檢測中，除了能夠應用觸摸式探針、拾取測試儀（pick tester）、通電檢測器等接觸式的測定設備以外，還能夠應用藉由包括電荷耦合元件（charge coupled device，CCD）相機等的拍攝裝置獲取包含基準點的影像並進行影像處理來獲取位置資訊的非接觸式的方法。
在基於影像獲取的非接觸式的位置檢測中，相機與拍攝物件物之間的距離越小，且相機的視野中包含的資訊越多，檢測精度越高。但是，一般而言與拍攝物件物的距離和視野內包含的資訊量處於權衡的關係。例如，若相機靠近底板，則視野中包含的底板的範圍被進一步限定，視野內的資訊減少。相反，若欲將底板的更寬的範圍包含在視野中，則需要將相機遠離底板。
本發明是鑒於此種情形而成，其目的在於提供一種能夠抑制底板的位置檢測中的精度下降的層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法。 [解決問題的技術手段]
根據本發明，可提供一種層疊造型裝置，包括腔室、造型台、材料層形成裝置、照射裝置、拍攝裝置、影像處理裝置、以及控制裝置，所述層疊造型裝置中，在所述造型台上設置有造型區域，所述腔室覆蓋所述造型區域，在所述造型區域內配置有底板，所述底板包括俯視時構成所述底板的外緣的第一邊及第二邊，所述材料層形成裝置在所述底板的上表面藉由供給材料粉體而形成材料層，所述照射裝置藉由對所述材料層照射雷射光或電子束而形成固化層，所述拍攝裝置包括設置成能夠在所述腔室內移動的第一相機，第一相機在從以第一邊的一部分及其中一個端點與第二邊的一部分及其中一個端點包含在第一相機的視野中的方式設定的初始位置朝向第一邊的另一個端點沿著第一邊移動後的位置處，對包含第一邊的至少一部分的第一區域進行拍攝而獲取第一影像，在從所述初始位置朝向第二邊的另一個端點沿著第二邊移動後的位置處，對包含第二邊的至少一部分的第二區域進行拍攝而獲取第二影像，所述影像處理裝置對第一影像進行分析而獲取第一邊的位置資訊，並對第二影像進行分析而獲取第二邊的位置資訊，所述控制裝置使用第一邊的所述位置資訊及第二邊的所述位置資訊，算出第一邊與第二邊的交點或第一邊及第二邊的延長線上的交點的座標作為檢測對象點。 [發明的效果]
在本發明的層疊造型裝置中，使用能夠移動的第一相機，在從初始位置以在視野中包含的第一邊及第二邊的長度變得更大的方式移動後的位置獲取第一影像及第二影像。視野中包含的邊的長度越大，從影像中獲取的邊的位置資訊的精度越高。因此，與從在初始位置拍攝到的影像中獲取第一邊及第二邊的位置資訊的情況相比，能夠獲取更高精度的位置資訊，伴隨於此可提高根據所述位置資訊算出的檢測物件點的座標的精度。另外，在從初始位置的移動中，第一相機與底板的距離一定，因此能夠在不改變與拍攝物件物的距離的情況下在視野內包含更多的資訊。
以下，例示本發明的各種實施方式。以下所示的實施方式能夠相互組合。 較佳為：第一相機改變距所述初始位置的移動距離對第一區域進行拍攝而獲取多個第一影像，改變距所述初始位置的移動距離對第二區域進行拍攝而獲取多個第二影像，所述影像處理裝置分別對所述多個第一影像進行分析而獲取第一邊的所述位置資訊，並分別對所述多個第二影像進行分析而獲取第二邊的所述位置資訊。 較佳為：所述影像處理裝置對所述多個第一影像中包含的第一邊的長度進行檢測，並對所述多個第二影像中包含的第二邊的長度進行檢測，所述控制裝置使用從檢測出的第一邊的所述長度最大的第一影像中獲取的第一邊的所述位置資訊、及從檢測出的第二邊的所述長度最大的第二影像中獲取的第二邊的所述位置資訊，算出所述檢測物件點的座標。 較佳為：所述控制裝置使用對第一邊的所述位置資訊及第二邊的所述位置資訊進行統計處理後的結果，算出所述檢測物件點的座標。 較佳為：第一相機在從所述初始位置與第一邊平行地移動規定距離後的位置處對第一區域進行拍攝而獲取第一影像，所述規定距離與和第一邊平行的方向上的所述視野的最大長度的一半相等，第一相機在從所述初始位置與第二邊平行地移動規定距離後的位置處對第二區域進行拍攝而獲取第二影像，所述規定距離與和第二邊平行的方向上的所述視野的最大長度的一半相等。 較佳為：所述層疊造型裝置包括相機移動裝置，所述拍攝裝置包括固定在所述腔室內的第二相機，第二相機對包含所述造型區域整體在內的區域進行拍攝而獲取整體影像，所述影像處理裝置對所述整體影像進行分析而獲取所述底板在所述造型區域中的位置資訊，所述控制裝置使用所述底板的所述位置資訊而生成第一相機的移動指令，所述相機移動裝置按照所述移動指令而使第一相機移動。
根據本發明的另一觀點，可提供一種層疊造型物的製造方法，包括材料層形成步驟、固化步驟、第一影像獲取步驟及第二影像獲取步驟、第一影像分析步驟及第二影像分析步驟、以及算出步驟，所述製造方法中，在所述材料層形成步驟中，在覆蓋設置於造型台上的造型區域的腔室內，向配置在所述造型區域內的底板的上表面供給材料粉體而形成材料層，在所述固化步驟中，藉由對所述材料層照射雷射光或電子束而形成固化層，所述底板包括俯視時構成所述底板的外緣的第一邊及第二邊，在第一影像獲取步驟中，使用設置成能夠在所述腔室內移動的相機，在從以第一邊的一部分及其中一個端點與第二邊的一部分及其中一個端點包含在第一相機的視野中的方式設定的初始位置朝向第一邊的另一個端點沿著第一邊移動後的位置處，對包含第一邊的至少一部分的第一區域進行拍攝而獲取第一影像，在第二影像獲取步驟中，使用所述相機，在從所述初始位置朝向第二邊的另一個端點沿著第二邊移動後的位置處，對包含第二邊的至少一部分的第二區域進行拍攝而獲取第二影像，在第一影像分析步驟中，對第一影像進行分析而獲取第一邊的位置資訊，在第二影像分析步驟中，對第二影像進行分析而獲取第二邊的位置資訊，在所述算出步驟中，使用第一邊的所述位置資訊及第二邊的所述位置資訊，算出第一邊與第二邊的交點或第一邊及第二邊的延長線上的交點的座標作為檢測對象點。
以下，參照附圖來對本發明的實施方式進行說明。以下所示的實施方式中示出的各特徵事項能夠相互組合。另外，針對各特徵事項，發明獨立成立。
1.層疊造型裝置100 圖1是第一實施方式的層疊造型裝置100的概略結構圖。層疊造型裝置100包括腔室1、材料層形成裝置3、及照射裝置13。在配置於腔室1內的造型台5上所設置的造型區域R中，藉由重複形成材料層85及固化層86，可形成所期望的三維造型物。此外，在以下的說明中，將朝向圖1的近前的方向定為層疊造型裝置100的「前」，將朝向圖1的裡側的方向定為層疊造型裝置100的「後」。然後，將圖1的上下方向定為層疊造型裝置100的上下方向（鉛垂方向），將圖1的左右方向定為層疊造型裝置100的左右方向。
1.1.腔室1 腔室1覆蓋作為用於形成三維造型物的區域的造型區域R。腔室1的內部充滿由惰性氣體供給裝置（未圖示）供給的規定濃度的惰性氣體。本說明書中所謂惰性氣體是實質上不與材料層85或固化層86反應的氣體，根據材料的種類進行選擇，例如能夠使用氮氣、氬氣、氦氣。在形成固化層86時產生的包含煙霧的惰性氣體從腔室1排出，在煙霧收集器中去除煙霧後被供給到腔室1進行再利用。煙霧收集器例如為電氣集塵器或過濾器。
在腔室1的上表面，設置有作為雷射光B的透過窗的窗1a。窗1a由能夠透過雷射光B的材料形成。具體而言，窗1a的材料是根據雷射光B的種類，從石英玻璃或硼矽酸玻璃或鍺、矽、硒化鋅或溴化鉀的晶體等中選擇。例如，在雷射光B為光纖雷射或釔鋁石榴石（yttrium aluminum garnet，YAG）雷射的情況下，窗1a能夠包括石英玻璃。
另外，在腔室1的上表面，以覆蓋窗1a的方式設置有污染防止裝置17。污染防止裝置17包括圓筒狀的框體17a、以及配置在框體17a內的圓筒狀的擴散構件17c。在框體17a與擴散構件17c之間設置有惰性氣體供給空間17d。另外，在框體17a的底表面，在擴散構件17c的內側設置有開口部17b。在擴散構件17c上設置有許多細孔17e，被供給到惰性氣體供給空間17d的清潔的惰性氣體通過細孔17e而充滿清潔室17f。然後，充滿清潔室17f的清潔的惰性氣體通過開口部17b而朝向污染防止裝置17的下方噴出。藉由此種結構，可防止煙霧附著於窗1a，從而自雷射光B的照射路徑中排除煙霧。
1.2.材料層形成裝置3 材料層形成裝置3設置在腔室1的內部。如圖2所示，材料層形成裝置3包括底座4、以及配置在底座4上的塗覆機頭（recoater head）11。塗覆機頭11構成為能夠藉由塗覆機頭驅動裝置12在水平單軸方向上往返移動。
如圖3及圖4所示，塗覆機頭11包括材料收容部11a、材料供給口11b、以及材料排出口11c。材料供給口11b設置在材料收容部11a的上表面，成為從材料供給單元（未圖示）向材料收容部11a供給的材料粉體的接收口。材料排出口11c設置在材料收容部11a的底表面，排出材料收容部11a內的材料粉體。材料排出口11c具有沿材料收容部11a的長邊方向延伸的狹縫形狀。在塗覆機頭11的兩側面設置有平板狀的刀片11fb、刀片11rb。刀片11fb、刀片11rb使從材料排出口11c排出的材料粉體平坦化，從而形成材料層85。
如圖1及圖2所示，造型區域R位於造型台5上，在造型區域R中形成有所期望的三維造型物。造型台5能夠由造型台驅動裝置驅動而沿鉛垂方向移動。在造型時在造型區域R內配置有底板81，向底板81的上表面供給材料粉體而形成材料層85。
1.3.照射裝置13 如圖1所示，照射裝置13設置在腔室1的上方。照射裝置13向形成在造型區域R內的材料層85的照射區域照射雷射光B，使材料粉體熔融或燒結並固化，從而形成固化層86。
如圖5所示，照射裝置13包括光源31、準直器33、聚焦控制單元35、以及掃描裝置37，由後述的照射控制部96進行控制。光源31生成雷射光B。雷射光B只要能夠燒結或熔融材料粉體即可，例如為光纖雷射、CO 2雷射、YAG雷射。在本實施方式中，作為雷射光B，使用光纖雷射。
準直器33包括準直透鏡，將從光源31輸出的雷射光B轉換為平行光。聚焦控制單元35包括焦點控制透鏡、以及使焦點控制透鏡沿著光軸方向前後移動的馬達，藉由對由準直器33轉換為平行光的雷射光B的焦點位置進行調整，來調整材料層85的表面上的雷射光B的光束直徑。
掃描裝置37例如是檢流掃描器（galvano scanner），包括第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b、以及使第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b分別旋轉到所期望的角度的第一致動器及第二致動器。通過聚焦控制單元35後的雷射光B利用第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b，在造型區域R內的材料層85的上表面進行二維掃描。具體而言，雷射光B按照後述的造型用座標系統，被第一檢流鏡37a反射，在作為造型區域R中的水平單軸方向的X軸方向上，被第二檢流鏡37b反射，在作為造型區域R中的另一水平單軸方向且與X軸方向正交的Y軸方向上進行掃描。
由第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b反射的雷射光B透過窗1a而照射到造型區域R內的材料層85，由此形成固化層86。此外，照射裝置13並不限定於所述方式。例如，可設置fθ透鏡來代替聚焦控制單元35。另外，照射裝置13也可構成為：代替雷射光B而照射電子束來使材料層85固化。具體而言，可將照射裝置13構成為包括發射電子的陰極電極、會聚電子並加速的陽極電極、形成磁場並使電子束的方向朝一個方向會聚的螺線管、與作為被照射體的材料層85電性連接的集電極、以及在陰極電極與集電極之間施加電壓脈衝的高壓電源。
除了包括所述結構以外，層疊造型裝置100也可還在腔室1內包括用於視需要對固化層86及造型物進行切削加工等機械加工的機械加工裝置（未圖示）。機械加工裝置例如是將用於進行切削等機械加工的工具（例如，端銑刀）安裝在加工頭上而構成，使加工頭沿水平方向及鉛垂方向適宜移動，而對固化層86或造型物進行機械加工。另外，工具也可構成為藉由安裝在加工頭的主軸上而能夠旋轉。
2.造型用座標系統的設定 在層疊造型裝置100中預先設定有用於指定造型區域R內的位置的機械座標系統。機械座標系統是層疊造型裝置100中固有地設定的系統，不論造型條件如何均不變。另一方面，為了使用照射裝置13向底板81上的材料層85的所期望的位置照射雷射光B，或者對底板81上的固化層86或造型物進行機械加工，在造型之前，需要設定以配置在造型區域R中的底板81為基準的造型用座標系統。造型用座標系統在每次更換底板81或變更配置時被設定，並基於造型用座標系統來生成針對照射裝置13或機械加工裝置的動作指令。另外，也能夠對照射裝置13或機械加工裝置等構成層疊造型裝置100的每個裝置設定造型用座標系統。
為了設定造型用座標系統，在本實施方式中，在造型用座標系統的設定中確定成為基準的點（基準點）在機械座標系統中的座標。具體而言，藉由拍攝裝置來獲取配置在造型區域R中的底板81的影像，藉由影像分析來獲取至少一個檢測物件點在機械座標系統中的座標。所謂本發明中的檢測物件點，是指為了確定基準點在機械座標系統中的座標，由拍攝裝置拍攝並在影像分析中檢測位置的點。根據檢測物件點的座標求出基準點的座標，例如以所述基準點為原點，設定造型用座標系統。作為造型用座標系統的基準點，例如能夠選擇俯視時的底板81的角部、或中心。另外，作為檢測物件點，能夠適宜設定能夠藉由影像分析而檢測的點以確定基準點。在基準點本身能夠藉由影像分析進行檢測的情況下，可將基準點設為檢測物件點。如後述那樣，在藉由邊緣檢測等影像分析來對檢測物件點進行檢測的方面而言，檢測物件點較佳為設定在俯視時構成底板81的外緣的邊上，進而較佳為設定在俯視時的底板81的角部。
作為例子，對如圖6所示將矩形的底板81配置在造型區域R中時的基準點的座標的決定進行說明。此外，圖6的下方向、上方向、左方向、右方向分別對應於層疊造型裝置100的前方向、後方向、左方向、右方向。在圖6的例子中，機械座標系統被設定為，將位於俯視時位於框架51的內側的造型區域R的前端及左端的交點的角部設為原點Od，將造型區域R的前端設為Xd軸，將左端設為Yd軸。在將俯視時底板81的角部C2設為造型用座標系統的基準點的情況下，由於角部C2比較容易藉由影像分析進行檢測，因此可將角部C2設定為檢測對象點。藉由影像分析來獲取作為檢測對象點的角部C2的座標，由此確定作為基準點的角部C2的座標。
作為另一例，也可將俯視時底板81的中心G設為造型用座標系統的基準點。在難以藉由影像分析直接檢測中心G的情況下，可將更容易檢測的點設定為檢測物件點。例如，在將位於矩形的其中一條對角線的兩端的兩個角部C2、C4設定為檢測物件點的情況下，藉由影像分析來獲取角部C2、角部C4的座標，求出連結角部C2、角部C4的線段的中點的座標，由此可確定作為基準點的中心G的座標。另外，也可代替兩個角部C2、C4，將位於矩形的另一條對角線的兩端的兩個角部C1、C3設為檢測物件點進行相同的操作，從而確定中心G的座標。或者，也可將四個角部C1、C2、C3、C4設為檢測物件點，藉由影像分析來獲取這些點的座標，並作為連結角部C1、角部C3的線段與連結角部C2、角部C4的線段的交點來確定中心G的座標。
作為又一例，對如圖7所示將矩形的一個角部被倒角的底板81配置在造型區域R中時的基準點的座標的決定進行說明。在圖7的例子中，與圖6同樣地設定機械座標系統。在將從倒角部分延伸的底板81的兩邊E1、E2的延長線的交點即點C5設為造型用座標系統的基準點且檢測物件點的情況下，藉由影像分析求出邊E1、邊E2的座標。而且，藉由求出邊E1、邊E2的延長線的交點的座標，可確定基準點且檢測對象點即點C5的座標。
3.拍攝裝置 圖8是層疊造型裝置100的另一概略結構圖，且是從右側觀察圖1的層疊造型裝置100的結構的圖。本實施方式的層疊造型裝置100包括用於從上方對造型區域R進行拍攝的拍攝裝置。拍攝裝置例如是CCD相機或互補金屬氧化物半導體（complementary metal oxide semiconductor，CMOS）相機。如圖8所示，本實施方式的拍攝裝置包括作為CCD相機的整體拍攝相機61（第二相機的一例）及局部拍攝相機62（第一相機的一例）這兩台相機，各相機由後述的影像處理裝置43控制而進行拍攝。圖9是表示圖6的底板81的配置中的整體拍攝相機61及局部拍攝相機62的拍攝區域或視野的例子的圖。
3.1.整體拍攝相機61 整體拍攝相機61設置在腔室1內，對包含造型區域R整體的整體區域Ar進行拍攝而獲取整體影像。為了將造型區域R整體包含在拍攝區域，整體拍攝相機61需要與造型區域R隔開某種程度的距離而配置在造型區域R的上方。在本實施方式中，將整體拍攝相機61固定在腔室1的頂部。利用影像處理裝置43對整體影像進行分析，獲取造型區域R中的底板81的位置資訊。
3.2.局部拍攝相機62 局部拍攝相機62設置成在腔室1內至少能夠沿水平方向移動，用於對整體區域Ar的一部分即檢測物件點附近的區域進行拍攝而獲取影像。本實施方式的局部拍攝相機62能夠藉由相機移動裝置7而水平移動。
如圖8所示，在相機移動裝置7的一端安裝有局部拍攝相機62。相機移動裝置7包括：第一驅動機構71，能夠在造型區域R中的水平單軸方向上往返移動；以及第二驅動機構72，安裝有第一驅動機構71並能夠在與所述水平單軸方向正交的另一水平單軸方向上往返移動，藉由後述的移動裝置控制部98進行控制。本實施方式的局部拍攝相機62藉由第一驅動機構71在層疊造型裝置100的前後方向上移動，藉由第二驅動機構72在層疊造型裝置100的左右方向上移動。由此，可使局部拍攝相機62在造型區域R的上方沿水平方向自由移動而配置在任意的位置。此外，相機移動裝置7也可構成為：使局部拍攝相機62進而在鉛垂方向上移動。本實施方式的相機移動裝置7包括使局部拍攝相機62沿上下方向往返移動的第三驅動機構73。由此，能夠適宜調節與造型區域R在鉛垂方向上的距離。第一驅動機構71、第二驅動機構72、及第三驅動機構73例如可使用線性馬達、氣缸、滾珠螺桿、或齒條小齒輪機構來分別構成。
控制裝置9使用底板81的位置資訊而生成局部拍攝相機62的移動指令，並輸出到移動裝置控制部98。移動裝置控制部98按照移動指令使相機移動裝置7運行，由此局部拍攝相機62移動，並配置在規定的位置。
在拍攝時，局部拍攝相機62首先配置在檢測物件點的正上方附近的初始位置。例如，在圖9的底板81的配置中將角部C2設為基準點且檢測物件點的情況下，局部拍攝相機62被配置在使角部C2與將角部C2設為其中一個端點的底板81的邊E3、邊E4的一部分包含在視野中的初始位置。此處，邊E3、邊E4是構成俯視時的底板81的外緣的邊。在圖9中，可將如視野成為初始區域V C2,0那樣的局部拍攝相機62的位置設定為初始位置。
接下來，局部拍攝相機62藉由相機移動裝置7從初始位置沿著邊E3，朝向邊E3的另一個端點即角部C1移動。具體而言，如圖10所示，使局部拍攝相機62沿與邊E3平行的方向朝向角部C1移動距離H1，以使移動後的視野成為第一區域V C2,1。在第一區域V C2,1中包含邊E3的一部分。在移動後的位置處，局部拍攝相機62對第一區域V C2,1進行拍攝而獲取第一影像。
接下來，局部拍攝相機62藉由相機移動裝置7而返回到初始位置。由此，局部拍攝相機62的視野再次成為初始區域V C2,0。然後，局部拍攝相機62藉由相機移動裝置7從初始位置沿著邊E4，朝向邊E4的另一個端點即角部C3移動。具體而言，如圖10所示，使局部拍攝相機62沿與邊E4平行的方向朝向角部C3移動距離H2，以使移動後的視野成為第二區域V C2,2。在第二區域V C2,2中包含邊E4的一部分。在移動後的位置處，局部拍攝相機62對第二區域V C2,2進行拍攝而獲取第二影像。
如此，局部拍攝相機62以俯視時構成底板的外緣的兩邊（第一邊及第二邊）為對象進行拍攝。對每個檢測物件點設定所述兩邊，將檢測對象點設定為所述兩邊的交點、或所述兩邊的延長線上的交點。局部拍攝相機62暫時配置在以第一邊的一部分及其中一個端點、與第二邊的一部分及其中一個端點全部處於視野中的方式設定的初始位置後，沿著各邊朝向各邊的另一個端點移動，在移動後的位置處對包含第一邊的至少一部分的第一區域及包含第二邊的至少一部分的第二區域進行拍攝，分別獲取第一影像及第二影像。
在如此使局部拍攝相機62移動的情況下，第一區域中包含的第一邊的長度、第二區域中包含的第二邊的長度比初始位置處的視野中包含的第一邊及第二邊的長度大。如圖11所示，第一區域V C2,1中包含的邊E3的長度T2比初始區域V C2,0中包含的邊E3的長度T1大。另外，第二區域V C2,2中包含的邊E4的長度T4比初始區域V C2,0中包含的邊E4的長度T3大。
如後述那樣，對第一影像及第二影像進行邊緣檢測等影像分析，檢測底板81的輪廓、換言之俯視時的底板81的外緣。在此種影像分析中對構成外緣的邊的位置資訊進行檢測的情況下，影像中包含的所述邊的長度越大，檢測精度越高。因此，與根據在初始位置拍攝到的影像進行檢測的情況相比，對第一影像及第二影像進行分析而獲得的第一邊及第二邊的位置資訊具有更高的精度。另外，在沿著各邊的移動中，局部拍攝相機62與底板81在鉛垂方向上的距離一定，因此能夠在不擴大與拍攝物件物的距離的情況下增加視野內的資訊。
此外，在使局部拍攝相機62沿著各邊移動的情況下，較佳為使局部拍攝相機62與各邊平行地移動。由此，能夠以最小的移動量增加視野內包含的邊的長度，能夠實現有效率的拍攝。
局部拍攝相機62沿著各邊的移動距離可根據底板81的形狀或尺寸來適宜設定。可如圖10所示的第一區域V C2,1與初始區域V C2,0的關係那樣，以移動後的視野與初始位置處的視野不具有重疊部分的方式設定移動距離。另外，也可如圖10所示的第二區域V C2,2與初始區域V C2,0的關係那樣，以移動後的視野與初始位置處的視野具有重疊部分的方式設定移動距離。
另外，也可根據局部拍攝相機62的視野的尺寸來設定移動距離。例如，可將沿著第一邊及第二邊的移動距離設定為與和第一邊及第二邊平行的方向上的局部拍攝相機62的視野的最大長度的一半相等。在圖9中，作為初始位置處的局部拍攝相機62的視野的初始區域V C2,0中與邊E3平行的方向上的長度為L V,1，與邊E4平行的方向上的長度為L V,2。在所述情況下，可將局部拍攝相機沿著邊E3的移動距離設為L V,1/2，將沿著邊E4的移動距離設定為L V,2/2。在底板81的形狀比較簡單的情況下等，藉由以所述方式固定沿著各邊的移動距離，能夠在某種程度上確保檢測精度的同時，縮短設定移動距離所需的時間。
在圖6的配置中將中心G設為基準點且將兩個角部C2、C4設為檢測物件點的情況下，對每個檢測物件點進行相同的操作。即，對於作為其中一個檢測物件點的角部C2，進行所述操作而獲取第一影像及第二影像。另外，對於作為另一個檢測對象點的角部C4，另外獲取第一影像及第二影像。具體而言，如圖12所示，將局部拍攝相機62配置在使角部C4與將角部C4設為其中一個端點的底板81的邊E5、邊E6的一部分包含在視野中的初始位置。此處，邊E5、邊E6是構成俯視時的底板81的外緣的邊。在所述情況下，可將如視野成為初始區域V C4,0那樣的局部拍攝相機62的位置設定為初始位置。
接下來，局部拍攝相機62從初始位置沿與邊E5平行的方向朝向邊E5的另一個端點即角部C3移動。移動後的視野成為第一區域V C4,1，在第一區域V C4,1中包含邊E5的一部分。局部拍攝相機62對第一區域V C4,1進行拍攝而獲取第一影像。
接下來，局部拍攝相機62藉由相機移動裝置7而返回到初始位置，局部拍攝相機62的視野再次成為初始區域V C4,0。然後，局部拍攝相機62從初始位置沿與邊E6平行的方向朝向邊E6的另一個端點即角部C1移動。移動後的視野成為第二區域V C4,2，在第二區域V C4,2中包含邊E6的一部分。局部拍攝相機62對第二區域V C4,2進行拍攝而獲取第二影像。如此，在設定多個檢測物件點的情況下，對每個檢測物件點設定初始位置，從而獲取第一影像及第二影像。
對圖7所示的底板81的配置中的局部拍攝相機62的拍攝進行說明。在此種配置中將點C5設為基準點且檢測物件點的情況下，局部拍攝相機62被配置在使邊E1的點C5側的端點C6、從端點C6延伸的邊E1的一部分、邊E2的點C5側的端點C9、以及從端點C9延伸的邊E2的一部分包含在視野中的初始位置。此處，邊E1、邊E2是構成俯視時的底板81的外緣的邊。如圖13所示，可將如視野成為初始區域V C5,0那樣的局部拍攝相機62的位置設定為初始位置。
接下來，局部拍攝相機62從初始位置沿與邊E1平行的方向朝向邊E1的另一個端點即角部C7移動。移動後的視野成為第一區域V C5,1，在第一區域V C5,1中包含邊E1的一部分。局部拍攝相機62對第一區域V C5,1進行拍攝而獲取第一影像。
接下來，局部拍攝相機62藉由相機移動裝置7而返回到初始位置，局部拍攝相機62的視野再次成為初始區域V C5,0。然後，局部拍攝相機62從初始位置沿與邊E2平行的方向朝向邊E2的另一個端點即角部C8移動。移動後的視野成為第二區域V C5,2，在第二區域V C5,2中包含邊E2的一部分。局部拍攝相機62對第二區域V C5,2進行拍攝而獲取第二影像。
此外，拍攝裝置的結構並不限定於所述結構。例如，也可構成為在拍攝裝置中設置一台相機，所述相機兼具所述整體拍攝相機61及局部拍攝相機62兩者的功能。在所述情況下，所述相機構成為能夠藉由相機移動裝置7水平移動及鉛垂移動。
4.影像處理裝置43 本實施方式的層疊造型裝置100包括影像處理裝置43。影像處理裝置43用於對拍攝裝置的動作進行控制，並且對拍攝裝置所獲取的整體影像、第一影像、及第二影像進行處理。
影像處理裝置43可藉由軟體實現，也可藉由硬體實現。在藉由軟體實現的情況下，可藉由中央處理器（central processing unit，CPU）執行電腦程式來實現各種功能。程式可保存在內置的儲存部中，也可保存在電腦可讀取的非暫時性記錄介質中。另外，也可讀出保存在外部儲存部中的程式，藉由所謂的雲端計算來實現。在藉由硬體實現的情況下，可藉由專用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、現場可程式閘陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）、或動態可重組處理器（Dynamically Reconfigurable Processor，DRP）等各種電路來實現。
4.1.整體影像的分析 影像處理裝置43基於來自後述的控制裝置9的動作指令使整體拍攝相機61執行整體區域Ar的拍攝，對整體影像進行分析而獲取造型區域R中的底板81的位置資訊。所謂本發明中的底板81的位置資訊，是指用於在機械座標系統中確定檢測物件點的位置所需的資訊。
具體而言，影像處理裝置43首先對整體影像進行作為預處理的濾光處理，所述預處理用於使對底板81的輪廓進行檢測變得容易。對進行了濾光處理的整體影像進行邊緣檢測，從而對底板81的輪廓進行檢測。在濾光處理及邊緣檢測中能夠應用公知的方法及演算法。
影像處理裝置43獲取檢測出的輪廓上的角部的位置作為底板81的位置資訊。本實施方式的影像處理裝置43具備對固定在頂部的整體拍攝相機61中固有的座標系統、定標（scaling）、及旋轉進行校準（calibration）的功能。在本實施方式中，使用校準功能，將在整體拍攝相機61中固有的座標系統中確定的所述角部的位置轉換為機械座標系統，將其結果用作底板81的位置資訊。此外，底板81的位置資訊並不限定於所述例子，例如也能夠將構成檢測出的輪廓的各邊的位置及長度用作底板81的位置資訊。以所述方式獲得的底板81的位置資訊被送到控制裝置9。
4.2.第一影像及第二影像的分析 影像處理裝置43基於來自控制裝置9的動作指令使局部拍攝相機62執行拍攝，對第一影像及第二影像進行分析，而分別獲取第一邊的位置資訊及第二邊的位置資訊。具體而言，與整體影像的處理同樣地，影像處理裝置43對第一影像及第二影像進行濾光處理及邊緣檢測，從而檢測底板81的輪廓。在第一影像及第二影像中，以與整體影像相比進一步放大的狀態包含作為底板81的輪廓的第一邊及第二邊。例如，在對圖10所示的第二區域V C2,2進行拍攝的情況下，獲得如圖14所示那樣的第二影像。
影像處理裝置43獲取第一影像中的第一邊的位置及第二影像中的第二邊的位置作為各邊的位置資訊。在圖14的第二影像的分析中，獲取第二影像中的邊E4的位置。在本實施方式中，將在局部拍攝相機62中固有的座標系統中確定的第一邊及第二邊的位置用作各邊的位置資訊。以所述方式獲得的第一邊及第二邊的位置資訊被送到控制裝置9。
5.控制裝置9 接下來，對用於控制層疊造型裝置100的控制裝置9進行說明。如圖15所示，控制裝置9包括數值控制部91、顯示部95、以及構成層疊造型裝置100的各裝置的控制部96、控制部97、控制部98。
所謂控制裝置9的「部」，例如是指將由廣義的電路實施的硬體資源、與可由這些硬體資源具體實現的軟體的資訊處理結合而得者。另外，雖然在本實施方式中對各種資訊進行處理，但這些資訊可作為由0或1構成的二進位數字的位元集合體由訊號值的高低來表示，且可在廣義的電路上執行通信、運算。另外，所謂廣義的電路，是指藉由至少適當地組合電路（Circuit）、電路類（Circuitry）、處理器（Processor）、及記憶體（Memory）等來實現的電路。即，包含專用積體電路（Application Specific Integrated Circuit：ASIC）、可程式邏輯元件（例如，簡單可程式邏輯元件（Simple Programmable Logic Device：SPLD）、複合可程式邏輯元件（Complex Programmable Logic Device：CLPD）、及現場可程式閘陣列（Field Programmable Gate Array：FPGA）等。進而，所述程式可保存在內置的儲存部中，也可保存在電腦可讀取的非暫時性記錄介質中。另外，也可讀出保存在外部儲存部中的程式，藉由所謂的雲端計算來實現。
在控制裝置9的外部設置有電腦輔助設計（computer aided design，CAD）裝置41及電腦輔助製造（computer aided manufacturing，CAM）裝置42。CAD裝置41用於生成表示作為造型物件的層疊造型物的形狀及尺寸的三維形狀資料（CAD資料）。所生成的CAD資料被輸出到CAM裝置42。
CAM裝置42用於基於CAD資料，生成對層疊造型物進行造型時的構成層疊造型裝置100的各裝置的動作順序資料（CAM資料）。CAM資料中例如包含各材料層85中的雷射光B的照射位置的資料及雷射光B的雷射照射條件的資料。所生成的CAM資料被輸出到數值控制部91。
數值控制部91對設置在控制裝置9的外部的影像處理裝置43進行控制，並且使用從影像處理裝置43發送的資訊來算出檢測物件點的座標，進行基準點的確定及造型用座標系統的設定。數值控制部91還適宜使用造型用座標系統對CAM資料進行基於數值控制程式的運算，作出針對層疊造型裝置100的動作指令。
數值控制部91包括算出部91a、運算部91b、及儲存部91c。運算部91b對影像處理裝置43輸出用於獲取及分析整體影像的動作指令。然後，算出部91a根據從影像處理裝置43發送的底板81的位置資訊，算出檢測物件點在機械座標系統中的座標作為第一算出座標。此外，在本實施方式中，如所述那樣，在影像處理裝置43中獲取角部的位置，並將轉換為機械座標系統後的結果作為底板81的位置資訊而送到控制裝置9。因此，在將角部設定為檢測物件點的情況下，可將從影像處理裝置43發送的檢測物件點的座標直接用作第一算出座標。
第一算出座標被送到運算部91b。運算部91b使用底板81的位置資訊及第一算出座標生成局部拍攝相機62的移動指令，並輸出到對相機移動裝置7進行控制的移動裝置控制部98。移動裝置控制部98基於移動指令來對相機移動裝置7的動作進行控制。具體而言，移動裝置控制部98按照移動指令使第一驅動機構71、第二驅動機構72、及第三驅動機構73運行，而使局部拍攝相機62沿水平方向和/或鉛垂方向移動。由此，局部拍攝相機62被配置在檢測物件點的正上方附近的初始位置，之後沿著第一邊及第二邊移動到能夠對第一區域及第二區域進行拍攝的位置。
算出部91a還根據從影像處理裝置43發送的第一邊及第二邊的位置資訊，算出檢測物件點在機械座標系統中的座標作為第二算出座標。在本實施方式中，考慮拍攝第一影像及第二影像時的局部拍攝相機62的位置，將在局部拍攝相機62中固有的座標系統中確定的第一邊及第二邊的位置轉換為機械座標系統。然後，算出作為檢測對象點的第一邊與第二邊的交點或第一邊及第二邊的延長線上的交點的座標作為第二算出座標。進而，根據第二算出座標來確定基準點在機械座標系統中的座標，例如將所述基準點設為原點，設定造型用座標系統。將第二算出座標、基準點的座標、及所設定的造型用座標系統的資訊送到運算部91b。運算部91b適宜使用造型用座標系統，對CAM資料進行基於數值控制程式的運算，以訊號或動作指令值的資料的形式對構成層疊造型裝置100的各裝置的控制部輸出動作指令。
儲存部91c儲存CAM資料、數值控制程式、底板81的位置資訊、第一邊及第二邊的位置資訊、第一算出座標及第二算出座標、基準點的座標、及造型用座標系統的資訊等。顯示部95顯示出底板81的位置資訊、第一邊及第二邊的位置資訊、數值控制部91的運算部91b所輸出的動作指令等。
照射控制部96基於動作指令對照射裝置13的動作進行控制。具體而言，照射控制部96對光源31進行控制，以規定的雷射功率及照射時機輸出雷射光B。另外，照射控制部96對聚焦控制單元35的馬達進行控制來使焦點控制透鏡移動，由此將雷射光B調整為規定的光束直徑。另外，照射控制部96對第一致動器及第二致動器進行控制，使第一檢流鏡37a及第二檢流鏡37b分別以所期望的角度旋轉，由此向底板81上的材料層85的規定位置照射雷射光B。針對照射控制部96的動作指令、特別是與致動器的控制相關的動作指令是基於造型用座標系統來生成。
機械加工控制部97基於動作指令來對機械加工裝置的動作進行控制。具體而言，使加工頭移動到規定位置。另外，使工具在規定的時機運行，進行切削等機械加工。針對機械加工控制部97的動作指令、特別是與加工頭的移動相關的動作指令是基於造型用座標系統來生成。此外，所述各控制部96、97、98向數值控制部91回饋各裝置的實際的動作資訊。
6.層疊造型物的製造方法 接下來，對使用本實施方式的層疊造型裝置100的層疊造型物的製造方法進行說明。本實施方式的造型方法包括造型用座標系統的設定步驟、以及之後進行的材料層形成步驟及固化步驟。
圖16是表示在層疊造型之前進行的造型用座標系統的設定步驟的順序的流程圖。首先，在造型台5上的造型區域R內配置底板81（步驟S1）。
首先，利用整體拍攝相機61對整體區域Ar進行拍攝，獲取整體影像（步驟S2）。整體影像被送到影像處理裝置43，影像處理裝置43對整體影像進行分析而獲取底板81的位置資訊（步驟S3）。底板81的位置資訊被送到控制裝置9的算出部91a。算出部91a根據底板81的位置資訊算出檢測物件點的座標作為第一算出座標（步驟S4）。
底板81的位置資訊及第一算出座標被送到運算部91b，運算部91b生成局部拍攝相機62的移動指令。基於移動指令，相機移動裝置7在將局部拍攝相機62配置在初始位置後，沿著第一邊移動規定距離（步驟S5）。在移動後的位置處對第一區域進行拍攝，從而獲取第一影像（第一影像獲取步驟，步驟S6）。第一影像被送到影像處理裝置43，影像處理裝置43對第一影像進行分析而獲取第一邊的位置資訊（第一影像分析步驟，步驟S7）。第一邊的位置資訊被送到控制裝置9的算出部91a。
繼而，相機移動裝置7在局部拍攝相機62返回到初始位置後，沿著第二邊移動規定距離（步驟S8）。在移動後的位置處對第二區域進行拍攝，從而獲取第二影像（第二影像獲取步驟，步驟S9）。第二影像被送到影像處理裝置43，影像處理裝置43對第二影像進行分析而獲取第二邊的位置資訊（第二影像分析步驟，步驟S10）。第二邊的位置資訊被送到控制裝置9的算出部91a。
算出部91a將第一邊及第二邊的位置資訊轉換為機械座標系統，並算出檢測對象點的座標作為第二算出座標（算出步驟，步驟S11）。進而，根據第二算出座標確定基準點的座標（步驟S12），以所述基準點為基準來設定造型用座標系統（步驟S13）。
此外，在圖16中，為了便於說明，示出在進行了第一影像的獲取及分析（步驟S6、步驟S7）之後進行第二影像的獲取及分析（步驟S9、步驟S10）的順序，但影像獲取及分析的步驟的順序並不限定於此。也可在獲取第一影像及第二影像後，進行第一影像及第二影像的分析。
在按照以上的順序設定造型用座標系統後，進行材料層形成步驟及固化步驟。在材料層形成步驟中，向配置在造型區域R中的底板81的上表面供給材料粉體而形成材料層85。在固化步驟中，對材料層85的規定的照射區域照射雷射光B或電子束而形成固化層86。重複實施材料層形成步驟及固化步驟。
首先，進行第一次材料層形成步驟。如圖17所示，在將底板81載置在造型台5上的狀態下將造型台5的高度調整為適當的位置。在所述狀態下，使塗覆機頭11從圖17的左側向右側移動，由此在底板81上形成第一層材料層85。
接下來，進行第一次固化步驟。如圖18所示，對第一層材料層85的規定的照射區域照射雷射光B或電子束，由此使第一層材料層85固化而獲得第一層固化層86。
繼而，進行第二次材料層形成步驟。在形成第一層固化層86後，將造型台5的高度降低材料層85的一層。在所述狀態下，使塗覆機頭11從造型區域R的圖18中的右側向左側移動，由此以覆蓋第一層固化層86的方式形成第二層材料層85。然後進行第二次固化步驟。利用與所述相同的方法，對第二層材料層85的規定的照射區域照射雷射光B或電子束，由此使第二層材料層85固化而獲得第二層固化層86。
在獲得所期望的三維造型物之前，重複進行材料層形成步驟及固化步驟，並層疊多個固化層86。鄰接的固化層86可相互強力地固著。另外，在造型中或造型後，視需要進行利用機械加工裝置的切削加工等。在層疊造型完成後排出未固化的材料粉體及切削屑，由此可獲得層疊造型物。
7.其他實施方式 以上，對本發明的較佳的實施方式進行了說明，但本發明並不限於所述實施方式，只要記載在申請專利範圍中，則能夠進行各種設計變更。例如，也可藉由以下的形態來實施。
7.1.第二實施方式 在第一實施方式中，使用局部拍攝相機62對第一邊及第二邊分別進行各一次拍攝，獲取一個第一影像及第二影像。在第二實施方式的層疊造型裝置100及層疊造型物的造型方法中，改變距初始位置的沿著各邊的移動距離來進行多次拍攝，獲取多個第一影像及第二影像。以下，以與第一實施方式的不同點為中心來對第二實施方式進行說明。
以在圖19的底板81的配置中將角部C2設為基準點且檢測物件點的情況為例，來對第二實施方式中的第一影像及第二影像的獲取進行說明。首先，與第一實施方式同樣地，局部拍攝相機62被配置在角部C2與將角部C2設為其中一個端點的底板81的邊E3、邊E4的一部分包含在視野中的初始位置。初始位置處的視野成為圖19所示的初始區域V C2,0。接下來，使局部拍攝相機62沿與邊E3平行的方向朝向角部C1移動距離H 3,1，由此移動後的視野成為第一區域V E3,1。在所述位置處對第一區域V E3,1進行拍攝而獲取第一個第一影像。
接下來，局部拍攝相機62返回到初始位置，由此局部拍攝相機62的視野再次成為初始區域V C2,0。然後，使局部拍攝相機62從初始位置沿與邊E3平行的方向朝向角部C1移動與第一次拍攝時的移動距離H 3,1不同的距離H 3,2，由此移動後的視野成為第一區域V E3,2。在所述位置處對第一區域V E3,2進行拍攝而獲取第二個第一影像。
藉由一邊改變移動距離一邊重複所述操作，對多個第一區域V E3,1、V E3,2、V E3,3進行拍攝而獲取多個第一影像。移動距離被設定為各拍攝中的第一區域包含邊E3的至少一部分。各拍攝中的第一區域可具有相互重疊部分，也可不具有重疊部分。
進行相同的操作來獲取多個第二影像。如圖20所示，使局部拍攝相機62從初始位置沿與邊E4平行的方向朝向角部C3移動距離H 4,1，在所述位置處對第二區域V E4,1進行拍攝而獲取第一個第二影像。在使局部拍攝相機62返回到初始位置後，沿與邊E4平行的方向朝向角部C3移動與移動距離H 4,1不同的距離H 4,2，在所述位置處對第二區域V E4,2進行拍攝而獲取第二個第二影像。藉由一邊改變移動距離一邊重複此種操作，獲取多個第二影像。
影像處理裝置43分別對多個第一影像進行分析來獲取第一邊的位置資訊，分別對多個第二影像進行分析來獲取第二邊的位置資訊。即，針對第一邊及第二邊，分別從不同的影像中獲取多個位置資訊。在圖19及圖20的例子中，與第一實施方式同樣地，在局部拍攝相機62中固有的座標系統中確定各影像中包含的邊E3、邊E4的位置。進而，影像處理裝置43對第一影像中包含的第一邊的長度、及第二影像中包含的第二邊的長度進行檢測。在圖19中，從對第一區域V E3,1、第一區域V E3,2、第一區域V E3,3進行了拍攝的第一影像中分別檢測出各第一影像中包含的邊E3的長度T E3,1、長度T E3,2、長度T E3,3。另外，在圖20中，從對第二區域V E4,1、第二區域V E4,2進行了拍攝的第二影像中分別檢測出各第二影像中包含的邊E4的長度T E4,1、長度T E4,2。以所述方式獲得的第一邊及第二邊的位置資訊、及各邊的長度的檢測結果被送到控制裝置9。
控制裝置9的算出部91a選擇第一邊的多個位置資訊中的從檢測出的邊E3的長度最大的第一影像中獲取的第一邊的位置資訊。另外，選擇第二邊的多個位置資訊中的從檢測出的邊E4的長度最大的第二影像中獲取的第二邊的位置資訊。然後，將所選擇的第一邊及第二邊的位置資訊轉換為機械座標系統，並算出作為檢測對象點的角部C2在機械座標系統中的座標作為第二算出座標。
如此，藉由改變沿著各邊的移動距離來獲取多個影像並進行分析，能夠選擇從檢測出的邊的長度更大的影像中獲取的邊的位置資訊。影像中包含的邊的長度越大，檢測精度越高，因此藉由將從檢測出的邊的長度最大的影像中獲取的邊的位置資訊用於檢測物件點的座標的算出，可提高基準點的座標的精度。
7.2.第三實施方式 在第三實施方式的層疊造型裝置100及層疊造型物的造型方法中，與第二實施方式同樣地獲取多個第一影像及第二影像並進行分析，但藉由分析獲得的第一邊及第二邊的多個位置資訊的利用方式不同。以下，以與第二實施方式的不同點為中心來對第三實施方式進行說明。
與第二實施方式同樣地，藉由影像處理裝置43中的分析獲得的第一邊及第二邊的多個位置資訊被送到控制裝置9。控制裝置9的算出部91a對這些多個位置資訊進行統計處理，使用其結果來算出檢測物件點在機械座標系統中的座標作為第二算出座標。
例如，根據第一邊的多個位置資訊各者算出第一邊的座標，並求出所獲得的座標的算術平均值。對第二邊的多個位置資訊也進行相同的處理，使用進行了平均化的第一邊及第二邊的座標，進行第二算出座標的算出。
另外，作為此種統計處理的預處理，也可預先去除被認為不適合用於檢測物件點的算出的至少一個位置資訊。例如，在針對各邊的第一次拍攝中，一般容易發生局部拍攝相機62的移動中的操作錯誤，因此可去除從在針對各邊的第一次拍攝中獲取的第一影像及第二影像中獲得的位置資訊。或者，也可將各邊的多個位置資訊中的從檢測出的邊的長度未滿規定的閾值的影像中獲取的位置資訊作為檢測精度較低的位置資訊而預先去除。
7.3.其他變形例 在第一實施方式中，藉由由整體拍攝相機61獲取的整體影像的分析來獲取底板81的位置資訊，按照使用所述位置資訊而生成的移動指令進行局部拍攝相機62向初始位置的配置及之後的沿著各邊的移動，但也可考慮其他結構。例如，作業者可對控制裝置9輸入底板81的尺寸或配置等用於確定檢測物件點的位置的資訊作為底板81的位置資訊，控制裝置9使用所述位置資訊來生成局部拍攝相機62的移動指令。此種半自動式的結構可在如下情況下選擇：由於底板81的顏色或表面性質等條件而難以藉由整體影像的分析來獲取底板81的位置資訊的情況、或者事先知道底板81的尺寸或配置（例如，底板81距框架51的距離）的情況。
另外，也可設為如下結構：設置用於對相機移動裝置7進行操作的操作部，由作業者在操作部上輸入並對相機移動裝置7進行操作。在所述情況下，作業者需要手動操作相機移動裝置7，進行局部拍攝相機62向初始位置的配置及之後的沿著各邊的移動。此種手動的結構可在如下情況下選擇：由於底板81具有特別複雜的形狀、或在混合造型中實施其他加工方法後進行層疊造型等情形，難以藉由整體影像的分析來獲取底板81的位置資訊，且底板81的位置資訊也不明確的情況。
進而，也可將層疊造型裝置100構成為：基於利用控制裝置9進行的控制，能夠在與所述的實施方式的結構、半自動式的結構、及手動的結構分別對應的運轉模式間切換。在所述情況下，也可在控制裝置9中設置對運轉模式進行切換的模式切換部。
以上，對本發明的各種實施方式進行了說明，但這些作為例子進行了提示，並不意圖限定發明的範圍。所述新穎的實施方式能夠以其他各種方式來實施，可在不脫離發明的主旨的範圍內進行各種省略、置換、變更。所述實施方式及其變形包含在發明的範圍或主旨中，並且包含在申請專利範圍所記載的發明及其同等的範圍中。
1:腔室 1a:窗 3:材料層形成裝置 4:底座 5:造型台 7:相機移動裝置 9:控制裝置 11:塗覆機頭 11a:材料收容部 11b:材料供給口 11c:材料排出口 11fb、11rb:刀片 12:塗覆機頭驅動裝置 13:照射裝置 17:污染防止裝置 17a:框體 17b:開口部 17c:擴散構件 17d:惰性氣體供給空間 17e:細孔 17f:清潔室 31:光源 33:準直器 35:聚焦控制單元 37:掃描裝置 37a:第一檢流鏡 37b:第二檢流鏡 41:CAD裝置 42:CAM裝置 43:影像處理裝置 51:框架 61:整體拍攝相機 62:局部拍攝相機 71:第一驅動機構 72:第二驅動機構 73:第三驅動機構 81:底板 85:材料層 86:固化層 91:數值控制部 91a:算出部 91b:運算部 91c:儲存部 95:顯示部 96:照射控制部 97:機械加工控制部 98:移動裝置控制部 100:層疊造型裝置 Ar:整體區域 B:雷射光 C1、C2、C3、C4、C7、C8:角部 C5:點 C6、C9:端點 E1、E2、E3、E4、E5、E6:邊 G:中心 H1、H2、H 3,1、H 3,2、H 4,1、H 4,2:距離 L V,1、L V,2:長度 Od:原點 R:造型區域 S1～S13:步驟 T1、T2、T3、T4、TE 3,1、TE 3,2、TE 3,3、TE 4,1、TE 4,2:長度 V C2,0、V C4,0、V C5,0:初始區域 V C2,1、V C4,1、V C5,1、V E3,1、V E3,2、V E3,3:第一區域 V C2,2、V C4,2、V C5,2、V E4,1、V E4,2:第二區域
圖1是本發明的第一實施方式的層疊造型裝置100的概略結構圖。 圖2是材料層形成裝置3的立體圖。 圖3是從塗覆機頭11的上方觀察的立體圖。 圖4是從塗覆機頭11的下方觀察的立體圖。 圖5是照射裝置13的概略結構圖。 圖6是表示將底板81配置在造型區域R的狀態的平面圖。 圖7是表示將一個角部被倒角的底板81配置在造型區域R中的狀態的平面圖。 圖8是層疊造型裝置100的另一概略結構圖，且是表示從右側觀察圖1的層疊造型裝置100的結構的圖。 圖9是表示圖6的底板81的配置中的整體拍攝相機61及局部拍攝相機62的拍攝區域或視野的例子的圖。 圖10是表示在對底板81的角部C2附近進行拍攝時的局部拍攝相機62的視野的圖。 圖11用於說明圖10的局部拍攝相機62的視野中包含的各邊的長度變化的圖。 圖12是表示在對底板81的角部C4附近進行拍攝時的局部拍攝相機62的視野的圖。 圖13是表示圖7的底板81的配置中的局部拍攝相機62的視野的圖。 圖14是表示對圖10的第二區域V C2,2進行拍攝而獲得的第二影像的圖。 圖15是表示控制裝置9的結構的方塊圖。 圖16是表示造型用座標系統的設定的順序的流程圖。 圖17是表示使用了層疊造型裝置100的三維造型物的製造方法的圖。 圖18是表示使用了層疊造型裝置100的三維造型物的製造方法的圖。 圖19是表示第二實施方式中的局部拍攝相機62的視野的圖。 圖20是表示第二實施方式中的局部拍攝相機62的視野的圖。
1:腔室
1a:窗
3:材料層形成裝置
4:底座
5:造型台
11:塗覆機頭
13:照射裝置
17:污染防止裝置
17a:框體
17b:開口部
17c:擴散構件
17d:惰性氣體供給空間
17e:細孔
17f:清潔室
81:底板
85:材料層
86:固化層
100:層疊造型裝置
B:雷射光
R:造型區域

Claims (7)

  1. 一種層疊造型裝置，包括腔室、造型台、材料層形成裝置、照射裝置、拍攝裝置、影像處理裝置、以及控制裝置，所述層疊造型裝置中， 在所述造型台上設置有造型區域， 所述腔室覆蓋所述造型區域， 在所述造型區域內配置有底板， 所述底板包括俯視時構成所述底板的外緣的第一邊及第二邊， 所述材料層形成裝置在所述底板的上表面藉由供給材料粉體而形成材料層， 所述照射裝置藉由對所述材料層照射雷射光或電子束而形成固化層， 所述拍攝裝置包括設置成能夠在所述腔室內移動的第一相機， 第一相機在從以第一邊的一部分及其中一個端點與第二邊的一部分及其中一個端點包含在第一相機的視野中的方式設定的初始位置朝向第一邊的另一個端點沿著第一邊移動後的位置處，對包含第一邊的至少一部分的第一區域進行拍攝而獲取第一影像，在從所述初始位置朝向第二邊的另一個端點沿著第二邊移動後的位置處，對包含第二邊的至少一部分的第二區域進行拍攝而獲取第二影像， 所述影像處理裝置對第一影像進行分析而獲取第一邊的位置資訊，並對第二影像進行分析而獲取第二邊的位置資訊， 所述控制裝置使用第一邊的所述位置資訊及第二邊的所述位置資訊，算出第一邊與第二邊的交點或第一邊及第二邊的延長線上的交點的座標作為檢測對象點。
  2. 如請求項1所述的層疊造型裝置，其中 第一相機改變距所述初始位置的移動距離對第一區域進行拍攝而獲取多個第一影像，改變距所述初始位置的移動距離對第二區域進行拍攝而獲取多個第二影像， 所述影像處理裝置分別對所述多個第一影像進行分析而獲取第一邊的所述位置資訊，並分別對所述多個第二影像進行分析而獲取第二邊的所述位置資訊。
  3. 如請求項2所述的層疊造型裝置，其中 所述影像處理裝置對所述多個第一影像中包含的第一邊的長度進行檢測，並對所述多個第二影像中包含的第二邊的長度進行檢測， 所述控制裝置使用從檢測出的第一邊的所述長度最大的第一影像中獲取的第一邊的所述位置資訊、及從檢測出的第二邊的所述長度最大的第二影像中獲取的第二邊的所述位置資訊，算出所述檢測物件點的座標。
  4. 如請求項2所述的層疊造型裝置，其中 所述控制裝置使用對第一邊的所述位置資訊及第二邊的所述位置資訊進行統計處理後的結果，算出所述檢測物件點的座標。
  5. 如請求項1所述的層疊造型裝置，其中 第一相機在從所述初始位置與第一邊平行地移動規定距離後的位置處對第一區域進行拍攝而獲取第一影像， 所述規定距離與和第一邊平行的方向上的所述視野的最大長度的一半相等， 第一相機在從所述初始位置與第二邊平行地移動規定距離後的位置處對第二區域進行拍攝而獲取第二影像， 所述規定距離與和第二邊平行的方向上的所述視野的最大長度的一半相等。
  6. 如請求項1所述的層疊造型裝置， 包括相機移動裝置， 所述拍攝裝置包括固定在所述腔室內的第二相機， 第二相機對包含所述造型區域整體在內的區域進行拍攝而獲取整體影像， 所述影像處理裝置對所述整體影像進行分析而獲取所述底板在所述造型區域中的位置資訊， 所述控制裝置使用所述底板的所述位置資訊而生成第一相機的移動指令， 所述相機移動裝置按照所述移動指令而使第一相機移動。
  7. 一種層疊造型物的製造方法，包括材料層形成步驟、固化步驟、第一影像獲取步驟及第二影像獲取步驟、第一影像分析步驟及第二影像分析步驟、以及算出步驟，所述製造方法中， 在所述材料層形成步驟中，在覆蓋設置於造型台上的造型區域的腔室內，向配置在所述造型區域內的底板的上表面供給材料粉體而形成材料層， 在所述固化步驟中，藉由對所述材料層照射雷射光或電子束而形成固化層， 所述底板包括俯視時構成所述底板的外緣的第一邊及第二邊， 在第一影像獲取步驟中，使用設置成能夠在所述腔室內移動的相機，在從以第一邊的一部分及其中一個端點與第二邊的一部分及其中一個端點包含在第一相機的視野中的方式設定的初始位置朝向第一邊的另一個端點沿著第一邊移動後的位置處，對包含第一邊的至少一部分的第一區域進行拍攝而獲取第一影像， 在第二影像獲取步驟中，使用所述相機，在從所述初始位置朝向第二邊的另一個端點沿著第二邊移動後的位置處，對包含第二邊的至少一部分的第二區域進行拍攝而獲取第二影像， 在第一影像分析步驟中，對第一影像進行分析而獲取第一邊的位置資訊， 在第二影像分析步驟中，對第二影像進行分析而獲取第二邊的位置資訊， 在所述算出步驟中，使用第一邊的所述位置資訊及第二邊的所述位置資訊，算出第一邊與第二邊的交點或第一邊及第二邊的延長線上的交點的座標作為檢測對象點。
TW111136191A 2021-10-04 2022-09-23 層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法 TWI834312B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021163652A JP7096415B1 (ja) 2021-10-04 2021-10-04 積層造形装置及び積層造形物の製造方法
JP2021-163652 2021-10-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202315689A TW202315689A (zh) 2023-04-16
TWI834312B true TWI834312B (zh) 2024-03-01

Family

ID=82308081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111136191A TWI834312B (zh) 2021-10-04 2022-09-23 層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230106603A1 (zh)
JP (1) JP7096415B1 (zh)
CN (1) CN115921902A (zh)
TW (1) TWI834312B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004162095A (ja) * 2002-11-11 2004-06-10 Toyota Motor Corp 積層造形装置
JP2009107153A (ja) * 2007-10-26 2009-05-21 Panasonic Electric Works Co Ltd 三次元形状造形物の製造方法
TWI724921B (zh) * 2020-06-16 2021-04-11 中華學校財團法人中華科技大學 具即時監控3d列印裝置之系統

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11367226B2 (en) * 2020-02-28 2022-06-21 The Johns Hopkins University Calibration techniques for aligning real-world objects to virtual objects in an augmented reality environment

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004162095A (ja) * 2002-11-11 2004-06-10 Toyota Motor Corp 積層造形装置
JP2009107153A (ja) * 2007-10-26 2009-05-21 Panasonic Electric Works Co Ltd 三次元形状造形物の製造方法
TWI724921B (zh) * 2020-06-16 2021-04-11 中華學校財團法人中華科技大學 具即時監控3d列印裝置之系統

Also Published As

Publication number Publication date
TW202315689A (zh) 2023-04-16
CN115921902A (zh) 2023-04-07
JP2023054668A (ja) 2023-04-14
US20230106603A1 (en) 2023-04-06
JP7096415B1 (ja) 2022-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6669444B2 (ja) 造形装置、及び造形方法
CN112955270B (zh) 层叠造形装置
US10668569B2 (en) Laser processing apparatus
TWI653112B (zh) Laser processing device
US20220276043A1 (en) Shape measuring device, system with fabricating unit and shape measuring device, and method
TWM492012U (zh) 三維掃描列印複合裝置
CN104552625A (zh) 加工装置
CN104061878A (zh) 形状测量设备
JP6095486B2 (ja) 画像測定装置
CN114160961A (zh) 用于标定激光加工参数的系统和方法
TWI834312B (zh) 層疊造型裝置及層疊造型物的製造方法
JP2010142846A (ja) ３次元走査型レーザ加工機
JP6991668B2 (ja) 加工装置
CN116833550A (zh) 激光控制方法和激光加工设备
US20230104794A1 (en) Apparatus and method for additively manufacturing an object
US10610974B2 (en) Laser processing apparatus and laser processing method
JP2017226035A (ja) 加工方法及び加工装置
CN112361982B (zh) 一种大幅面工件三维数据提取方法及系统
US11933597B2 (en) System and method for optical object coordinate determination
JP6799893B2 (ja) 三次元測定装置
KR20210015687A (ko) 레이저 가공 장치
Yeung et al. Laser Calibration for Powder Bed Fusion Additive Manufacturing Process
JP2021041437A (ja) 位置調整方法及び位置調整装置
KR101004290B1 (ko) 반도체 소자용 수지 몰딩 장치 및 이를 이용하는 반도체 소자 수지 몰딩 방법
JP7423145B2 (ja) レーザー加工装置及び方法