JP4130813B2 - 三次元形状造形物の製造装置及びその光ビーム照射位置及び加工位置の補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、粉末層に光ビームを照射して焼結層を形成するとともにこの焼結層を積層することで所望の三次元形状造形物を製造する三次元形状造形物の製造装置、殊に造形途中に造形物の表面の除去加工を行う加工手段を備えている三次元形状造形物の製造装置とその変位補正方法に関するものである。

造形テーブル上に形成した粉末層に光ビーム（指向性エネルギービーム、例えばレーザ）を照射して焼結層を形成し、この焼結層の上に新たな粉末層を形成して光ビームを照射することで焼結層を形成するということを繰り返して焼結層を積層することで三次元形状造形物を製造するにあたっては、造形開始前に光ビームの照射位置較正を行っていても、温度変化による光源の位置ずれや光ビーム偏向手段の温度・湿度によるドリフト等の影響で照射位置がずれてくることから、造形途中で照射位置の位置ずれの補正を行うことが特開平８−３１８５７４号公報などで提案されている。

また、三次元形状造形物の造形途中に、焼結層の積層物としての造形物の表面や不要部の除去加工を漸次行うことが特開２００２−１１５００４公報（特許文献１）に示されている。この除去加工のための加工手段を備えた製造装置においては、光ビーム照射に関する座標系と、加工手段の座標系とを一致させておかなくてはならない。また、光ビームの照射位置のずれに加えて、加工手段の主軸発熱や環境温度変化による機械変形などに起因する切削座標のずれが造形物の加工精度に大きな影響を与える。

更に高エネルギーの光ビームの照射の影響や加工手段による除去加工時の発熱等を受けて造形テーブルも温度が上昇するとともに変位が生じる。特に加工中に造形テーブルが変位したならば、変位する前に造形していた部分に対して、光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置の双方にずれが生じることになる。
特開平８−３１８５７４号公報 特開２００２−１１５００４公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、各種要因に基づく光ビームの照射位置ずれや加工手段による加工位置ずれを的確に補正することができて精度の高い造形物を製造することができる三次元形状造形物の製造装置と、この製造装置の位置ずれ解消のための補正を簡便に行うことができる光ビーム照射位置及び加工位置の補正方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係る三次元形状造形物の製造装置は、造形テーブル上に形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、造形テーブル上及び既に焼結された焼結層上に粉末層を供給する粉末層形成手段と、焼結層の形成の繰り返しの間に焼結層の積層物としての造形物の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された少なくとも１つの基準マークと、該基準マークの位置を上記光ビーム照射手段におけるスキャン光学系を通じて計測する第１の計測手段と、上記加工手段に付設されて上記基準マークの位置を計測する第２の計測手段と、造形開始前及び造形中の上記両計測手段から得られる基準マークの位置情報から光ビームの照射位置の補正量及び加工手段による加工位置の補正量を演算して光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正する制御手段を備えていることに特徴を有している。造形開始前に計測した基準マークの位置座標と、造形途中に計測した基準マークの位置座標とから、光ビームの照射位置の補正及び加工手段による加工位置の補正を行うのである。

上記制御手段は、所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡を第１の計測手段で計測することで得た光ビームの照射位置補正量に基づいて光ビームの照射位置の補正を行うものであってもよい。より正確な補正を行うことができる。

また、造形テーブル上に形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、造形テーブル上及び既に焼結された焼結層上に粉末層を供給する粉末層形成手段と、焼結層の形成の繰り返しの間に焼結層の積層物としての造形物の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された少なくとも１つの基準マークと、該基準マークの位置及び所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡の位置とを計測する第１の計測手段と、上記加工手段に付設されて上記基準マークの位置を計測する第２の計測手段と、造形開始前及び造形中の上記両計測手段から得られる基準マークの位置情報から光ビームの照射位置の補正量及び加工手段による加工位置の補正量を演算して光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正する制御手段を備えていることに特徴を有している。この場合においても、光ビームの照射位置の補正及び加工手段による加工位置の補正を的確に行うことができる。この場合、第２の計測手段が第１の計測手段を兼用していてもよい。

また、造形テーブルの熱影響を受けることがない位置に設置されるとともに第１の計測手段及び第２の計測手段で位置計測がなされる少なくとも１つの不動基準マークを備えるとともに、制御手段は造形開始前及び造形中の上記両計測手段から得られる不動基準マークの位置情報を補正量の取得に用いるものであってもよい。より正確な補正量を得ることができる。

さらには、 第１の計測手段は、その計測時に光ビームの照射光路中に挿入され、非計測時に光ビームの照射光から退避するものであることが好ましい。

そして本発明に係る三次元形状造形物の製造装置における光ビーム照射位置及び加工位置の補正方法は、造形テーブル上に形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、造形テーブル上及び既に焼結された焼結層上に粉末層を供給する粉末層形成手段と、焼結層の形成の繰り返しの間に焼結層の積層物としての造形物の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状造形物の製造装置における光ビーム照射位置及び加工手段による加工位置の補正方法であって、造形開始前に造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された少なくとも１つの基準マークの位置を上記光ビーム照射手段におけるスキャン光学系を通じて計測する第１の計測手段で計測するとともに、加工手段に付設された第２の計測手段によって上記基準マークの位置を計測し、造形途中に第１の計測手段による上記基準マークの位置計測及び第２の計測手段による上記基準マークの位置計測を行い、造形途中の位置計測結果と造形開始前の位置計測結果とから光ビームの照射位置補正量及び加工手段による加工位置の補正量を求めて光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正することに特徴を有している。

造形テーブルの熱影響を受けることがない位置に設置された少なくとも１つの不動基準マークの位置を造形開始前及び造形途中に第１の計測手段及び第２の計測手段で計測して、その計測結果を光ビームの照射位置補正量及び加工手段による加工位置の補正量の演算に用いるものであってもよい。

請求項１の発明に係る製造装置においては、造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された基準マークの位置を光ビーム照射手段におけるスキャン光学系を通じて第１の計測手段で計測することと、加工手段に付設された計測手段で計測することとを、造形開始前及び造形途中に行うために、造形テーブルの熱変形や光ビーム照射手段におけるスキャン光学系の熱変形あるいは温度ドリフト、加工手段の主軸発熱等に起因する変形等の各種原因を含む位置ずれの補正を行うことができるものであり、このために正確な造形を行うことができる。

また請求項３の発明においては、第１の計測手段が基準マークの位置及び所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡の位置とを計測するために、やはり各種原因を含む位置ずれの補正を行うことができるものであり、このために正確な造形を行うことができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図１は本発明に係る三次元形状造形物の製造装置を示しており、内部空間を窒素雰囲気等の不活性状態に保持するチャンバー１０内には造形タンク１１と材料タンク１２、材料タンク１２とともに粉末層形成手段を構成するスキージングブレード１６，加工手段３等が配設されている。図中１３は造形タンク１１内で上下動を行う造形テーブル、１４は材料タンク１２内で上下動を行う昇降テーブルである。

上記チャンバー１０上には、光ビーム照射手段２におけるレーザ発振器２０から出力されて集光レンズ２１を経た光ビームＬを光透過窓１９を通じて上記造形テーブル１３上に導くガルバノメータからなるスキャナ２２が配設されている。

また、光ビーム照射手段２の光ビームＬの光路中で集光レンズ２１とスキャナ２２との間には、反射ミラー４１と撮像手段４０とこの両者を移動させるための一軸テーブルのような移動機構４２とからなる撮像部４が配設されている。第１の計測手段を構成する該撮像部４は、光ビームＬを出力して光造形を行っている間は、図２(b)に示すように、上記光路から退避しており、光ビームＬの照射位置補正のために位置ずれ検出を行う時、図２(a)に示すように上記光路中に挿入される。

上記反射ミラー４１に代えてハーフミラーを光路中に常時挿入しておくことも考えられるが、この場合、上記移動機構４２は不要になるものの、ハーフミラーの屈折率による照射位置の位置ずれや、透過率による光ビームＬの減衰の問題があるために、ここでは撮像部４を光路中に出し入れするようにしている。図３に示すように、移動機構４２で移動するテーブル上にレーザ発振器２０及び集光レンズ２１と撮像手段４０とを載せて、切り替えるようにしてもよい。この場合、反射ミラー４１は不要となる。

前記加工手段３は、造形テーブル１３上の造形途中や造形完了後の造形物９の表面を切削加工するためのもので、ＸＹ駆動機構で切削加工位置を可変としている切削加工機で構成されており、その主軸軸頭には第２の計測手段である撮像手段５が付設されている。

そして上記撮像部４及び撮像手段５から得られる画像出力は、画像処理装置６に導かれ、画像処理装置６による画像処理で生成された位置情報が、光ビーム照射手段２や加工手段３を含む本製造装置の動作制御を司る制御装置７に送られる。

このものにおける三次元形状造形物の製造は、次のようにして行われる。すなわち、昇降テーブル１４の上昇で材料タンク１２から溢れさせた材料粉末を造形テーブル１３上面の造形用ベース表面にブレード１６で供給すると同時にブレード１６で均すことで第１層目の粉末層を形成し、この粉末層の硬化させたい箇所に光ビームＬを照射して金属粉末を焼結させてベース２２と一体化した焼結層を形成する。

この後、造形テーブル１３を少し下げて再度金属粉末を供給してブレード１６で均すことで第１層目の粉末層（と焼結層）の上に第２層目の粉末層を形成し、この第２層目の粉末層の硬化させたい箇所に光ビームＬを照射して粉末を焼結させて下層の焼結層と一体化した焼結層を形成する。

造形テーブル１３を下降させて新たな粉末層を形成し、光ビームＬを照射して所要箇所を焼結層とする工程を繰り返すことで、焼結層の積層物として目的とする三次元形状造形物を製造するものであり、光ビームＬの照射経路（ハッチング経路）は、造形物の三次元ＣＡＤデータから作成する。すなわち、三次元ＣＡＤモデルから生成したＳＴＬデータを等ピッチ（例えば粉末層の厚みを０．０５ｍｍとする場合、０．０５ｍｍピッチ）でスライスした各断面の輪郭形状データを用いる。

また、上記粉末層を形成しては光ビームＬを照射して焼結層を形成することを繰り返していく間に、複数の焼結層の厚みがたとえば加工手段３における切削加工工具の工具長さなどから求めた所要の値になれば、いったん加工手段３を作動させてそれまでに造形した造形物の表面（主として上部側面）を切削する。たとえば、切削加工工具（ボールエンドミル）が直径１ｍｍ、有効刃長３ｍｍで深さ３ｍｍの切削加工が可能であり、粉末層の厚みが０．０５ｍｍであるならば、６０層以下の焼結層を形成した時点で、加工手段３を作動させる。この加工手段３による切削加工により、造形物表面に付着した粉末による低密度表面層の除去を含む表面仕上げを行う。加工手段３による切削加工経路は、光ビームＬの照射経路と同様に予め三次元ＣＡＤデータから作成しておく。

このように、光ビームＬの照射による造形と、加工手段３による切削加工とを併用することから、この製造装置による造形物の製造に際しては、まず光ビーム照射に関する座標系と、加工手段の座標系とを一致させる初期位置補正を行うが、ここでは初期位置補正を済ませた後に生ずる位置ずれ量の検出とその補正について説明すると、上記造形テーブル１３またはこれを外包する造形タンク１１の所定位置には、基準マークＭを設置してある。また、造形タンク１１や材料タンク１２外で前記の撮像部４がスキャナー２２を介して撮像することができるとともに加工手段３に付設された撮像手段５が撮像することができる範囲内のところに、不動基準マークＰＭを設置してある。この不動基準マークＰＭは、光ビーム照射時や加工手段３による加工時の熱的影響を受けることがない上に、造形テーブル１３を高温にする場合もその熱的影響を受けることがない位置に設置してある。なお、基準マークＭや不動基準マークＰＭには、金属ブロック表面に直径１ｍｍ程度の孔を明けたものを用いているが、この形態に限定されるものではない。

そして、造形を開始するにあたっては、まず撮像部４を光路中に挿入するとともに、スキャナ２２を不動基準マークＰＭが撮像部４の撮像視野内に入る角度（この角度（Ｇｘ０，Ｇｙ０）は予め求めておく）として、不動基準マークＰＭを撮像部４で撮像し、図５に示すように、得られた画像内の不動基準マーク画像ＰＭ０の座標（Ｓｘ０，Ｓｙ０）を画像処理装置６において求める。同様に、スキャナ２２を基準マークＭが撮像部４の撮像視野内に入る角度（（この角度（Ｇｘ１，Ｇｙ１）は予め求めておく）として、基準マークＭを撮像部４で撮像し、図６に示すように、得られた画像内の基準マーク画像Ｍ０の座標（Ｓｘ１，Ｓｙ１）を画像処理装置６において求める。

さらに加工手段３に付設された撮像手段５においても、不動基準マークＰＭが撮像手段５の撮像視野内に入る位置（この位置（Ｃｘ０，Ｃｙ０）は予め求めておく）として、不動基準マークＰＭを撮像手段で撮像し、得られた画像内の不動基準マーク画像ＰＭ０の座標（Ｔｘ０，Ｔｙ０）を画像処理装置６において求める。同様に、基準マークＭが撮像手段５の撮像視野内に入る位置（（この位置（Ｃｘ１，Ｃｙ１）は予め求めておく）として、基準マークＭを撮像手段４で撮像し、得られた画像内の基準マーク画像Ｍ０の座標（Ｔｘ１，Ｔｙ１）を画像処理装置６において求める。

このように初期位置を求めておいた後、実際の加工を行い、所定時間が経過した時点や加工手段３による加工の開始前もしくは開始後、あるいは加工手段３に設置した熱電対などの温度計測手段Ｔで常時計測される加工手段３の温度（加工手段３の駆動用モータの発熱温度等）が所定値になった時などに、再度、スキャナ２２を上記角度（Ｇｘ０，Ｇｙ０），（Ｇｘ１，Ｇｙ１）にした状態での不動基準マーク画像ＰＭ０’の座標（Ｓｘ０’，Ｓｙ０’）及び基準マーク画像Ｍ０’の位置座標（Ｓｘ１’，Ｓｙ１’）を求めるとともに、加工手段３を上記位置（Ｃｘ０，Ｃｙ０），（Ｃｘ１，Ｃｙ１）にした時の不動基準マーク画像ＰＭ０’の位置座標（Ｔｘ０’，Ｔｙ０’）及び基準マーク画像Ｍ０’の位置座標（Ｔｘ１’，Ｔｙ１’）を求める。

そして不動基準マーク画像ＰＭ０の座標（Ｓｘ０，Ｓｙ０）と不動基準マーク画像ＰＭ０’の座標（Ｓｘ０’，Ｓｙ０’）の図５に示す差分（ΔＸ０，ΔＹ０）、基準マーク画像Ｍ０の座標（Ｓｘ１，Ｓｙ１）と基準マーク画像Ｍ０’の座標（Ｓｘ１’，Ｓｙ１’）の図６に示す差分（ΔＸ１，ΔＹ１）として求められる光ビームＬの照射位置の位置ずれ量を検出してこれを光ビーム照射に関する補正量とするものであり、また不動基準マーク画像ＰＭ０，ＰＭ０’の座標（Ｔｘ０，Ｔｙ０），（Ｔｘ０’，Ｔｙ０’）の差分、基準マーク画像Ｍ０，Ｍ０’の座標（Ｔｘ１，Ｔｙ１），（Ｔｘ１’，Ｔｙ１’）の差分として求められる加工手段３による加工位置の位置ずれ量を検出してこれを加工に関する補正量する。

これら補正は、不動基準マークＰＭの座標（Ｓｘ０，Ｓｙ０）（Ｔｘ０，Ｔｙ０）を原点として行う。なお、基準マークＭの位置ずれ量が造形テーブル１１上に形成される造形物の熱影響による位置ずれ量と同一ではない場合もあるが、これは予め求めておいた両者の相関係数を乗ずることとする。

上記差分（ΔＸ０，ΔＹ０）は、スキャナ２２に起因する位置ずれであり、差分（ΔＸ１，ΔＹ１）はスキャナ２２に起因する位置ずれと造形タンク１１の変形によるずれとを含んだものとなり、更に不動基準マーク画像ＰＭ０，ＰＭ０’の座標（Ｔｘ０，Ｔｙ０），（Ｔｘ０’，Ｔｙ０’）の差分は加工手段３の主軸発熱等に起因する加工手段３の位置ずれ、基準マーク画像Ｍ０、Ｍ０’の座標（Ｔｘ１，Ｔｙ１）と座標（Ｔｘ１’，Ｔｙ１’）の差分は加工手段３の熱変形と造形タンク１１側の熱変形を含んだものとなるために、スキャナ２２の変形や温度ドリフト、造形タンク１１側の熱変形、加工手段３の熱変形等の各要因を全て含んだ位置ずれ量を求めることができ、位置ずれの影響を受けることがない造形を行うことができる。なお、基準マークＭは１点だけでなく、たとえば造形タンク１１の対角線上などに一対設けてこれらの位置を計測することで、より確実な位置ずれ量の検出及び補正を行うことができる。

なお、上記補正は、スキャナ２２を角度（Ｇｘ０，Ｇｙ０），（Ｇｘ１，Ｇｙ１）にセットした時、光ビームＬの照射位置が夫々不動基準マークＰＭの位置及び基準マークＭの位置にくることを前提としているとともに、このようになるように、光ビームＬの光軸と撮像部４の光軸とを合わせているが、実際には少々ずれてしまうことから、光ビーム照射装置２の座標系と加工手段３の座標系とを一致させる初期較正時にこのずれは補正しておく。この補正は、たとえばアクリル板や感熱紙などを不動基準マークＰＭの位置及び基準マークＭの位置に置いた状態で、スキャナ２２を上記角度（Ｇｘ０，Ｇｙ０），（Ｇｘ１，Ｇｙ１）にセットして光ビームＬを照射して照射跡ＬＭ０，ＬＭ１を形成し、次いでスキャナ２２の角度を上記の値としたままで照射跡ＬＭ０，ＬＭ１を撮像部４で撮像して画像処理することで照射跡ＬＭ０，ＬＭ１の座標（Ｘ０，Ｙ０），（Ｘ１，Ｙ１）を求めて、これら座標（Ｘ０，Ｙ０），（Ｘ１，Ｙ１）と上記座標（Ｓｘ０，Ｓｙ０），（Ｓｘ１，Ｓｙ１）との差分（ΔＸ，ΔＹ），（ΔＸ’，ΔＹ’）を求めてこの差分に基づいて行う（図５，６参照）。

造形途中にもスキャナ２２を角度（Ｇｘ０，Ｇｙ０），（Ｇｘ１，Ｇｙ１）にセットして光ビームＬを照射した時の照射跡ＬＭ０’，ＬＭ１’の位置を求めることで、造形中に光ビーム照射装置２と撮像部４との間に光軸ずれが生じても、これに対処することができる。この補正の詳細については後述する。

ところで、上述したところから明らかなように、不動基準マークＰＭの測定は絶対に必要なものではなく、基準マークＭの測定だけで補正を行うようにしてもよい。この場合、スキャナ２２のみに起因するずれ量や、加工手段３の熱変形のみに起因するずれ量を求めることはできないが、基準マークＭの座標を求めることで、スキャナ２２や加工手段３の主軸発熱による熱変形を含んだ補正を行うことができる。また、基準マークＭの測定だけで補正を行う場合にも、基準マークＭと照射跡ＬＭ１との測定を行うことによる差分（ΔＸ’，ΔＹ’）に基づいた補正が有効なのはもちろんである。

加えるに、基準マークＭとこの基準マークＭに向けて光ビームＬを照射したことで形成された照射跡ＬＭ１とを加工開始前及び造形途中に撮像部４で撮像することにより光ビームの照射位置の補正量を求め、撮像手段５で基準マークＭの位置を加工開始前及び造形途中に撮像することで、加工手段３による加工位置の補正量を求めることもできる。

また、光ビーム照射装置２の補正のためのずれ量を撮像部４で撮像した画像から求める場合を示したが、スキャナ２２を角度（Ｇｘ０，Ｇｙ０），（Ｇｘ１，Ｇｙ１）にセットして光ビームＬを照射することで照射跡ＬＭを形成する場合、撮像部４も必須のものではない。切削手段３に付設された撮像手段５で照射跡ＬＭと基準マークＭとを造形開始前及び造形途中で夫々撮影してその座標から位置ずれ量を得ることで、光ビーム照射装置２の補正を行うことができるからである。この場合、光ビーム照射装置２の補正のために得た補正量から加工手段３の熱変形の影響を取り除くために、撮像手段５による不動基準マークＰＭの座標取得は必須となる。

基準マークＭ及び不動基準マークＰＭがそれぞれ一つである場合について示したが、前述のように基準マークＭを複数設けてもよい。不動基準マークＰＭについても同様である。次に不動基準マークＰＭが一つ、基準マークＭが二つである場合の補正の具体例について説明する。

今、図７に示すように、造形開始前と造形途中の不動基準点ＰＭの位置が（Ｘｍ１，Ｙｍ１），（Ｘｍ１０，Ｙｍ１０）、造形開始前と造形途中の第１基準点Ｍの位置が（Ｘ２，Ｙ２），（Ｘ２０，Ｙ２０）、造形開始前と造形途中の第２基準点Ｍの位置が（Ｘ３，Ｙ３），（Ｘ３０，Ｙ３０）であった場合、不動基準点ＰＭの位置から求めたΔＸ０＝Ｘｍ１−Ｘｍ１０，ΔＹ０＝Ｙｍ１−Ｙｍ１０の値だけ、第１基準点Ｍの位置及び第２基準点Ｍの位置を平行移動させて軸の原点出しを行う。つまり、Ｘ２’＝Ｘ２＋ΔＸ０，Ｙ２’＝Ｙ２＋ΔＹ０，Ｘ３’＝Ｘ３＋ΔＸ０，Ｙ３’＝Ｙ３＋ΔＹ０を求め、更に第１基準点Ｍ及び第２基準点Ｍの初期位置との差分ΔＸ２，ΔＹ２，ΔＸ３，ΔＹ３（ΔＸ２＝Ｘ２’−Ｘ２０，ΔＹ２＝Ｙ２’−Ｙ２０，ΔＸ３＝Ｘ３’−Ｘ３０，ΔＹ３＝Ｙ３’ーＹ３０）を求める。

次いでオフセット補正値としての平行移動成分Δｘｐ＝（ΔＸ２＋ΔＸ３）／２，Δｙｐ＝（ΔＹ２＋ΔＹ３）／２を求め、更に拡大縮小成分Ｌｘ０＝Ｘ２０−Ｘ３０，Ｌｙ０＝Ｙ２０−Ｙ３０，Ｌｘ＝Ｘ２’−Ｘ３’，Ｌｙ＝Ｙ２’−Ｙ３’を求め、Ｘ軸についてのゲイン補正倍率Ｋｘ＝Ｌｘ／Ｌｘ０及びＹ軸についてのゲイン補正倍率Ｋｙ＝Ｌｙ／Ｌｙ０を求める。そして光ビーム照射位置は（Δｘｐ，Δｙｐ）ずらして（Ｋｘ，Ｋｙ）倍することで照射するのである。

なお、基準マークＭ及び不動基準マークＰＭがそれぞれ一つである場合の補正は、求めた補正量だけ位置をずらす処理をすればよい。

次に光ビーム照射跡を用いるとともに撮像部４ではなく加工手段３に設けた撮像手段５を利用して補正を行う場合について図８に基づいて詳述する。切削座標系と光ビーム照射の座標系とを一致させた状態において、撮像手段５によって不動基準点ＰＭ及び基準点Ｍを撮像して画像処理によってその位置を求める。この時に得られた不動基準点ＰＭの位置（ｘ１０，ｙ１０）及び基準点Ｍの位置（ｘ２０，ｙ２０）が切削加工座標系の初期値となる。

ついで、アクリル板や感熱紙などを予め定めた位置に置いて光ビームＬを照射して照射跡ＬＭ０を形成し、そして撮像手段５を上記の定めた位置に移動させて照射跡ＬＭ０の位置（ｘ０，ｙ０）を計測する。

この後、造形途中で再度照射跡不動基準マークＰＭの位置及び基準マークＭの位置の撮像手段５による位置の再計測を行う。この時の不動基準点ＰＭの位置を（ｘ１，ｙ１）、基準点Ｍの位置（ｘ２，ｙ２）とする。

さらに再度アクリル板や感熱紙などを予め定めた位置に置いて光ビームＬを照射して照射跡ＬＭ０を形成し、そして撮像手段５を上記の定めた位置に移動させて照射跡ＬＭ０の位置（Ｘ，Ｙ）を計測する。

補正量は次のように算出する。まず不動基準点ＰＭの初期値からの位置ずれ量ΔＸ１＝ｘ１−ｘ１０、ΔＹ１＝ｙ１−ｙ１０を求めて、この値で上記Ｘ，Ｙの位置及び基準点Ｍの位置をずらす。つまりＸ’＝Ｘ＋ΔＸ１、Ｙ’＝Ｙ＋ΔＹ１、ｘ２’＝ｘ２＋ΔＸ１，ｙ２’＝ｙ２＋ΔＹ１を求める。

さらに初期値との差分ΔＡ＝Ｘ’−Ｘ０，ΔＢ＝Ｙ’−Ｙ０を求める。これが光ビーム照射系についてのみの補正量となる。

また、基準点Ｍの変動分を加えることで、切削系の補正量ΔＣ＝ｘ２’−ｘ２０、ΔＤ＝ｙ２’−ｙ２０を求める。

基準点Ｍの変動を含めた光ビームの補正量はΔＡ＋ΔＣ、ΔＢ＋ΔＤとなる。

本発明の実施の形態の一例におけるブロック図である。 (a)(b)は同上の第１の計測手段である撮像部の動作を示す側面図である。 同上の他例の部分側面図である。 同上のフローチャートである。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。

符号の説明

２ 光ビーム照射手段
３ 加工手段
４ 撮像部
５ 撮像手段
６ 画像処理装置
７ 制御装置
２２ スキャナ

Claims (8)

1. 造形テーブル上に形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、造形テーブル上及び既に焼結された焼結層上に粉末層を供給する粉末層形成手段と、焼結層の形成の繰り返しの間に焼結層の積層物としての造形物の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された少なくとも１つの基準マークと、該基準マークの位置を上記光ビーム照射手段におけるスキャン光学系を通じて計測する第１の計測手段と、上記加工手段に付設されて上記基準マークの位置を計測する第２の計測手段と、造形開始前及び造形中の上記両計測手段から得られる基準マークの位置情報から光ビームの照射位置の補正量及び加工手段による加工位置の補正量を演算して光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正する制御手段を備えていることを特徴とする三次元形状造形物の製造装置。
2. 制御手段は、所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡を第１の計測手段で計測することで得た光ビームの照射位置補正量に基づいて光ビームの照射位置の補正を行うものであることを特徴とする請求項１記載の三次元形状造形物の製造装置。
3. 造形テーブル上に形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、造形テーブル上及び既に焼結された焼結層上に粉末層を供給する粉末層形成手段と、焼結層の形成の繰り返しの間に焼結層の積層物としての造形物の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状造形物の製造装置において、造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された少なくとも１つの基準マークと、該基準マークの位置及び所定位置に向けて照射された光ビームの照射跡の位置とを計測する第１の計測手段と、上記加工手段に付設されて上記基準マークの位置を計測する第２の計測手段と、造形開始前及び造形中の上記両計測手段から得られる基準マークの位置情報から光ビームの照射位置の補正量及び加工手段による加工位置の補正量を演算して光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正する制御手段を備えていることを特徴とする三次元形状造形物の製造装置。
4. 第２の計測手段が第１の計測手段を兼用していることを特徴とする請求項３記載の三次元形状造形物の製造装置。
5. 造形テーブルの熱影響を受けることがない位置に設置されるとともに第１の計測手段及び第２の計測手段で位置計測がなされる少なくとも１つの不動基準マークを備えるとともに、制御手段は造形開始前及び造形中の上記両計測手段から得られる不動基準マークの位置情報を補正量の取得に用いるものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の三次元形状造形物の製造装置。
6. 第１の計測手段は、その計測時に光ビームの照射光路中に挿入され、非計測時に光ビームの照射光から退避するものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三次元形状造形物の製造装置。
7. 造形テーブル上に形成された粉末層の所定箇所に光ビームを照射して照射位置の粉末を焼結する光ビーム照射手段と、造形テーブル上及び既に焼結された焼結層上に粉末層を供給する粉末層形成手段と、焼結層の形成の繰り返しの間に焼結層の積層物としての造形物の表面の機械加工を行う加工手段とを備えた三次元形状造形物の製造装置における光ビーム照射位置及び加工手段による加工位置の補正方法であって、造形開始前に造形テーブルもしくは造形テーブルを外包する位置に設置された少なくとも１つの基準マークの位置を上記光ビーム照射手段におけるスキャン光学系を通じて計測する第１の計測手段で計測するとともに、加工手段に付設された第２の計測手段によって上記基準マークの位置を計測し、造形途中に第１の計測手段による上記基準マークの位置計測及び第２の計測手段による上記基準マークの位置計測を行い、造形途中の位置計測結果と造形開始前の位置計測結果とから光ビームの照射位置補正量及び加工手段による加工位置の補正量を求めて光ビームの照射位置及び加工手段による加工位置を補正することを特徴とする三次元形状造形物の製造装置における光ビーム照射位置及び加工位置の補正方法。
8. 造形テーブルの熱影響を受けることがない位置に設置された少なくとも１つの不動基準マークの位置を造形開始前及び造形途中に第１の計測手段及び第２の計測手段で計測して、その計測結果を光ビームの照射位置補正量及び加工手段による加工位置の補正量の演算に用いることを特徴とする請求項７記載の三次元形状造形物の製造装置における光ビーム照射位置及び加工位置の補正方法。

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