(57)【要約】【課題】  所望の立体造形物を造形する造形装置、システム、方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】  造形層の形状を測定する造形物形状測定部３４０と、造形物形状測定部３４０の測定結果に基づくＦＢ補正ベクトルと、過去の補正によるＦＦ補正ベクトルとから、造形層を造形する動作を補正する補正部３７０とを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体造形物を造形する造形装置であって、
造形層の形状を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果に基づく第１の補正量と、過去の補正による第２の補正量とから、造形層を造形する動作を補正する補正手段と
を含む、造形装置。
【請求項２】
前記第２の補正量は、過去に造形された造形層の形状に基づいて生成されることを特徴とする、請求項１に記載の造形装置。
【請求項３】
前記第２の補正量は、前記測定手段が測定した形状と測定対象の造形層の形状との差分に基づいて生成されることを特徴とする、請求項２に記載の造形装置。
【請求項４】
前記第２の補正量は、前記第１の補正量に基づいて生成されることを特徴とする、
請求項２または３に記載の造形装置。
【請求項５】
前記第２の補正量は、過去に造形された各造形層について補正した第３の補正量の統計量によって算出されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の造形装置。
【請求項６】
前記統計量は、平均値であることを特徴とする、請求項５に記載の造形装置。
【請求項７】
前記統計量は、中央値であることを特徴とする、請求項５に記載の造形装置。
【請求項８】
立体造形物を造形するシステムであって、
造形層の形状を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果に基づく第１の補正量と、過去の補正による第２の補正量とから、造形層を造形する動作を補正する補正手段と
を含む、システム。
【請求項９】
立体造形物を造形する造形装置が実行する方法であって、
造形層の形状を測定するステップと、
前記測定するステップにおける測定結果に基づく第１の補正量と、過去の補正による第２の補正量とから、造形層を造形する動作を補正するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
立体造形物を造形する造形装置が実行するプログラムであって、前記造形装置を、
造形層の形状を測定する測定手段、
前記測定手段の測定結果に基づく第１の補正量と、過去の補正による第２の補正量とから、造形層を造形する動作を補正する補正手段
として機能させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造形装置、システム、方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
入力されたデータに基づいて、立体造形物を造形する造形装置（いわゆる「３Ｄプリンタ」）が開発されている。立体造形を行う方法は、例えば、ＦＦＦ（Fused Filament Fabrication、熱溶解フィラメント製造法）、ＳＬＳ（Selective Laser Sintering、粉末焼結積層造形法）、ＭＪ（Material Jetting、マテリアルジェッティング）、ＥＢＭ（Electron Beam Melting、電子ビーム溶解法）、ＳＬＡ（Stereolithography Apparatus、光造形法）など、種々の方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、造形材料の収縮などによって所望の立体造形物が造形できない場合がある。
【０００４】
例えば、特許第６０７７７１７号公報（特許文献１）では、温度低下による造形物の収縮を抑制するために、収縮抑制構造物を付加する技術が開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１において、立体造形物の形状が複雑である場合には、収縮抑制構造物を付加することが困難であるため、依然として所望の立体造形物が造形できない場合があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、所望の立体造形物を造形する造形装置、システム、方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の実施形態によれば、立体造形物を造形する造形装置であって、
造形層の形状を測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果に基づく第１の補正量と、過去の補正による第２の補正量とから、造形層を造形する動作を補正する補正手段と
を含む、造形装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上述したように、本発明によれば、所望の立体造形物を造形する造形装置、システム、方法およびプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における立体造形システム全体の概略構成を示す図。
【図２】本実施形態の造形装置に含まれるハードウェア構成を示す図。
【図３】本実施形態の造形装置に含まれるソフトウェアブロック図。
【図４】一般的なフィードバック制御によって造形される立体造形物の形状誤差の一例を示す図。
【図５】第１の実施形態におけるデータフローを示す図。
【図６】ＦＢ補正ベクトル出力部における詳細なデータフローを説明する図。
【図７】補正部における詳細なデータフローを説明する図。
【図８】造形装置が実行する処理のフローチャート。
【図９】第１の実施形態におけるＦＦ補正の有無による形状誤差を説明する図。
【図１０】第２の実施形態におけるデータフローを示す図。
【図１１】第２の実施形態におけるＦＦ補正の有無による形状誤差を説明する図。
【図１２】第３の実施形態におけるデータフローを示す図。
【図１３】第４の実施形態におけるデータフローを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を、第１〜第４の各実施形態をもって説明するが、本発明は後述する各実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。また、以下の説明では、主としてＦＦＦ方式の造形装置で以て本発明を説明するが、実施形態を限定するものではなく、ＦＦＦ方式以外の造形装置にも適用可能である。
【００１１】
また、以下では、説明の便宜上、立体造形物の高さ方向をｚ軸方向とし、ｚ軸に直交する面をｘｙ平面として説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態における立体造形システム全体の概略構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、立体造形システムには、立体造形物を造形する造形装置１００が含まれる。造形装置１００は、例えば情報処理端末１５０から、造形したい立体造形物の形状データが送信され、当該形状データに基づいて、立体造形物を造形する。また、情報処理端末１５０は、造形装置１００が実行する処理を制御する制御装置として動作してもよい。なお、造形装置１００の中に、情報処理端末１５０の機能が組み込まれていてもよい。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、ｘｙ平面と平行に移動可能なヘッド１１０から、ステージ１２０上に造形材料１４０が吐出され、ｘｙ平面に造形層が造形される。１次元の線描を、同一平面内に描画することで、立体造形物のうち１層分の造形層を造形する。１層目の造形層が造形されると、ステージ１２０は、ｚ軸に沿う方向に１層分の高さ（積層ピッチ）だけ下がる。その後、１層目と同様にヘッド１１０が駆動して、２層目の造形層を造形する。造形装置１００は、これらの動作を繰り返すことで、造形層を積層し、立体造形物を造形する。なお、ヘッド１１０がｘｙ平面を移動し、ステージ１２０がｚ軸方向を移動する構成を例に説明したが、上述した構成は本実施形態を限定するものではなく、これ以外の構成であってもよい。
【００１４】
また、本実施形態の造形装置１００は、造形中の造形層もしくは造形後の立体造形物の形状を測定するためのセンサ１３０を具備する。センサ１３０は、造形層のｘｙ平面を測定してもよい。図１（ｃ）に示すように、好ましい実施形態では、センサ１３０は、造形中として、例えばヘッド１１０による造形動作に連動して、造形層の形状を測定してもよい。また、立体造形物の測定は、１層の造形層が造形されるごとに行ってもよい。なお、立体造形物の測定をどのタイミングで、どの範囲で行うかは、任意に選択することができ、特に実施形態を限定するものではない。
【００１５】
次に、造形装置１００のハードウェア構成について説明する。図２は、本実施形態の造形装置１００に含まれるハードウェア構成を示す図である。造形装置１００は、ＣＰＵ２０１と、ＲＡＭ２０２と、ＲＯＭ２０３と、記憶装置２０４と、インターフェース２０５と、造形ユニット２０６と、形状センサ２０７とを含んで構成される。各ハードウェアは、バスを介して接続されている。
【００１６】
ＣＰＵ２０１は、造形装置１００の動作を制御するプログラムを実行し、所定の処理を行う装置である。ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムの実行空間を提供するための揮発性の記憶装置であり、プログラムやデータの格納用、展開用として使用される。ＲＯＭ２０３は、ＣＰＵ２０１が実行するプログラムやファームウェアなどを記憶するための不揮発性の記憶装置である。
【００１７】
記憶装置２０４は、造形装置１００を機能させるＯＳや各種アプリケーション、設定情報、各種データなどを記憶する、読み書き可能な不揮発性の記憶装置である。インターフェース２０５は、造形装置１００と他の機器とを接続する装置である。インターフェース２０５は、例えば、情報処理端末１５０や、ネットワーク、外部記憶装置などと接続することができ、インターフェース２０５を介して、造形動作の制御データや、立体造形物の形状データなどを受信することができる。
【００１８】
造形ユニット２０６は、造形手段として、造形データに基づいて造形層を造形する装置である。造形ユニット２０６は、ヘッド１１０や、ステージ１２０などを含んで、造形方式に応じて構成される。例えば、ＦＦＦ方式における造形ユニット２０６は、造形材料１４０を溶融する加熱機構や、造形材料１４０を吐出するノズルなどを含む。ＳＬＳ方式における造形ユニット２０６は、レーザ光源などを含む。
【００１９】
形状センサ２０７は、造形中の造形層もしくは造形後の立体造形物の形状を測定する装置である。形状センサ２０７は、造形層のｘｙ平面を測定してもよい。また、形状センサ２０７は、立体造形物のｘ軸、ｙ軸およびｚ軸方向の寸法などを測定してもよい。形状センサ２０７の例としては、赤外線センサ、カメラ、および３Ｄ計測センサ（例えば、光切断プロファイルセンサ）などが挙げられる。
【００２０】
次に、本実施形態における各ハードウェアによって実行される機能手段について、図３を以て説明する。図３は、本実施形態の造形装置１００に含まれるソフトウェアブロック図である。
【００２１】
造形装置１００は、データ入力部３１０、造形データ生成部３２０、造形ユニット制御部３３０、造形物形状測定部３４０、ＦＢ（フィードバック）補正ベクトル出力部３５０、ＦＦ（フィードフォワード）補正ベクトル出力部３６０、補正部３７０、記憶部３８０を含む。
【００２２】
データ入力部３１０は、立体造形物を造形するための形状データなどの入力を受け付ける手段である。形状データは、一例として、情報処理端末１５０などで作成され、インターフェース２０５を介して、データ入力部３１０に入力される。
【００２３】
造形データ生成部３２０は、データ入力部３１０に入力された形状データを立体造形物の高さ方向に対して分割し、複数の造形層の造形データ（いわゆるスライスデータ）を生成する手段である。造形データは、造形される立体造形物を積層ピッチ単位で分割することで、積層される各層を造形するための造形層の形状を示すデータとして生成される。造形データは、各層のｘｙ平面座標において、造形するかしないかを示す二値データとすることができる。また、好ましい実施形態では、単に各座標での造形の有無だけでなく、各座標における造形量や造形材料１４０の吐出量などをパラメータとして含んでもよい。なお、図３では、造形データ生成部３２０は造形装置１００に含まれているが、情報処理端末１５０に含まれてもよい。この場合、情報処理端末１５０で生成された造形データが、造形装置１００に送信され、造形処理が実行される。
【００２４】
造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいて、造形ユニット２０６が造形する動作を制御する手段である。造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいてヘッド１１０の位置やステージ１２０の高さを調整することで、造形の速度、積層ピッチなどの種々のパラメータやアルゴリズムを制御しながら造形できる。また、造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいて造形量を制御することができる。例えば、ＦＦＦ方式では、造形材料１４０の吐出量を制御でき、ＳＬＳ方式では、レーザの強度を制御できる。なお、造形ユニット制御部３３０は、造形データ生成部３２０が出力した造形データに基づいて造形ユニット２０６を制御しても良いし、補正部３７０によって造形形状が補正された造形データ（補正造形データ）に基づいて造形ユニット２０６を制御してもよい。
【００２５】
造形物形状測定部３４０は、測定手段として、形状センサ２０７を制御し、造形中の造形層もしくは造形後の立体造形物の形状として、寸法や高さなどの測定データを測定する手段である。造形物形状測定部３４０は、測定した結果を測定データとして取得する。
【００２６】
ＦＢ補正ベクトル出力部３５０は、算出手段として、測定データと、造形データとに基づいて算出される第１の補正量を、フィードバック（ＦＢ）補正ベクトルとして出力する。ＦＢ補正ベクトル出力部３５０は、変位量算出部３５１と、補正量算出部３５２と、遅延部３５３と、層変換処理部３５４とを含む。変位量算出部３５１は、造形データと測定データとの差分を変位量として算出し、差分ベクトルを出力する。補正量算出部３５２は、差分ベクトルに基づいて、測定された造形層に対応する補正ベクトルを算出する。遅延部３５３は、入力される造形データを１層分遅延させて出力する手段である。遅延部３５３は、例えばバッファメモリによって構成される。層変換処理部３５４は、補正量算出部３５２が算出した補正ベクトルと、第ｎ層の造形データとに基づいて、所望の形状を造形するのに必要な第１の補正量を算出する。第１の補正量は、ＦＢ補正ベクトルとして補正部３７０に出力される。なお、ＦＢ補正ベクトルは、記憶部３８０に記憶してもよい。
【００２７】
ＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、算出手段として、フィードフォワード（ＦＦ）補正ベクトルを出力する手段である。ＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、ＦＦ補正データを生成するＦＦ補正データ生成部３６１を含む。ＦＦ補正データ生成部３６１は、過去に造形された造形層のＦＢ補正ベクトルやその他の補正に関する情報を解析して、次回以降に造形する造形層を補正するための第２の補正量としてのＦＦ補正データを生成する。さらに、生成したＦＦ補正データを記憶部３８０に格納する。ＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、補正処理を行うタイミングでＦＦ補正データを記憶部３８０から読み出して、フィードフォワードゲインと掛け合わせることで、第２の補正量は、ＦＦ補正ベクトルとして補正部３７０に出力する。なお、フィードフォワードゲインは、一例として、一連の補正処理におけるフィードフォワード補正の重み付けを決定するパラメータとすることができる。例えば、ＦＦ補正データの蓄積量が少なく、信頼性が充分でない場合には、フィードフォワードゲインを小さくし、補正処理におけるフィードフォワード補正の度合いを下げることで、より適切な補正をすることができる。
【００２８】
補正部３７０は、ＦＢ補正ベクトルおよびＦＦ補正ベクトルに基づいて、造形層が所望の形状となるように造形データを補正する手段である。これによって、造形層の精度を向上できる。補正部３７０は、第１加算部３７１と、第２加算部３７２とを含む。第１加算部３７１は、ＦＢ補正ベクトルとＦＦ補正ベクトルとを加算し、第３の補正量として、補正ベクトルを出力する。なお、補正ベクトルは、記憶部３８０に記憶することができる。第２加算部３７２は、補正ベクトルに基づいて造形データを補正する。これによって、補正された造形データによって造形する動作が補正される。つまり、補正された造形データは、補正造形データとして造形ユニット制御部３３０に出力される。
【００２９】
記憶部３８０は、記憶装置２０４を制御し、各種データを記憶する手段である。記憶部３８０は、補正情報記憶部３８１と、ＦＦ補正データ記憶部３８２とを含む。補正情報記憶部３８１は、補正ベクトルを記憶するほか、ＦＢ補正ベクトル、差分ベクトルなどを記憶することができる。ＦＦ補正データ記憶部３８２は、ＦＦ補正データ生成部３６２が生成したＦＦ補正データを記憶する。
【００３０】
以上説明した各機能手段によって、精度の高い立体造形物を造形することができる。なお、上述したソフトウェアブロックは、ＣＰＵ２０１が本実施形態のプログラムを実行することで、各ハードウェアを機能させることにより、実現される機能手段に相当する。また、各実施形態に示した機能手段は、全部がソフトウェア的に実現されても良いし、その一部または全部を同等の機能を提供するハードウェアとして実装することもできる。
【００３１】
さらに、上述した各機能手段は、必ずしも全てが図３に示すような構成で造形装置１００に含まれていなくてもよい。例えば、他の好ましい実施形態では、上述した各機能手段は、造形装置１００と、情報処理端末１５０との協働によって実現されてもよい。
【００３２】
図４は、一般的なフィードバック制御によって造形される立体造形物の形状誤差の一例を示す図であり。図４（ａ）は、造形装置１００によって造形される所望の立体造形物の形状を示す斜視図である。図４に示す例では、立体造形物は、直方体部分Ｍａと、その上部に配置される円筒部分Ｍｂから構成されるものとする。
【００３３】
図４（ｂ）は、直方体部分Ｍａを構成する１の造形層を造形した場合の形状誤差の例を示す上面図である。図４（ｂ）における破線は、所望の形状を示し、実線は、実際に造形された立体造形物の形状を示している。図４（ｂ）に示す例では、造形層は、造形後に冷却されることによって収縮し、所望の形状よりも小さい造形層が造形されている。なお、形状誤差は、所望の形状と造形された形状の差分であり、ｅとして表される。
【００３４】
図４（ｃ）は、図４（ａ）の形状で造形された立体造形物の側面図の例である。立体造形物は、造形後に冷却されることにより収縮するため、形状誤差が生じる。フィードバック制御による立体造形物の補正処理では、下部の造形層の形状に基づいて上部の造形層の形状が補正されるため、形状誤差は、上部の造形層のほうが小さい。特に、上部の造形層は、収縮した下部の形状に基づいて補正されることから、積層する回数が増えるごとに形状誤差は小さくなる。
【００３５】
また、造形層が収縮するプロセスは、造形層の形状に依存する。したがって、上下の造形層の形状が同一の場合であって、収縮後の下の造形層が所望の形状で造形できた場合には、以降に造形される上の造形層は、下の造形層と同様の補正のアルゴリズムを適用することで、所望の形状とすることができる。なお、下層と同じ補正アルゴリズムを適用するのは、上下の造形層の形状が同一である場合に限らず、各造形層の形状が類似する場合に、下の造形層と同様のアルゴリズムで補正を行ってもよい。例えば、上下の造形層の形状の差分が所定の閾値以下である場合には、同様の収縮プロセスになるとみなして、上の造形層の補正は、下の造形層と同様のアルゴリズムで行ってもよい。
【００３６】
図４（ａ）に示す立体造形物の場合には、直方体部分Ｍａを構成する各造形層の形状は同一であり、また、円筒部分Ｍｂを構成する各造形層の形状は同一である。そのため、直方体部分Ｍａの下部には造形誤差が生じる一方で、上部では所望の形状となる。また、造形する部分が直方体部分Ｍａから円筒部分Ｍｂに移行した場合など、各層間の形状の変化が顕著な場合には、直方体部分Ｍａの補正アルゴリズムを円筒部分Ｍｂに適用すると、移行直後は適切な補正ができず、円筒部分Ｍｂの下部にも造形誤差が生じることとなる。したがって、造形層に形状誤差が生じた場合であっても、所望の形状に収束するまでの積層回数を低減することが好ましい。
【００３７】
以上のように、立体造形物の造形精度を向上するためには、少ない積層回数で所望の形状となるように補正することが好ましい。そこで、以下に説明する各実施形態においては、フィードバック制御による補正と併せて、フィードフォワード制御による補正を行う。
【００３８】
（第１実施形態）
第１の実施形態におけるデータフローについて図５を以て説明する。図５は、第１の実施形態におけるデータフローを示す図である。図５の例では、第ｎ−１層まで立体造形物を造形した後、第ｎ層目の造形層を造形する場合の補正を示している。また、以下では、図５の説明をするにあたり、適宜図６および図７を参照する。図６は、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０における詳細なデータフローを説明する図である。また、図７は、補正部３７０における詳細なデータフローを説明する図である。
【００３９】
造形データ生成部３２０は、入力された立体造形物の形状データに基づいて生成される各層の造形データを出力する。造形データ生成部３２０は、第ｎ層造形データをＦＢ補正ベクトル出力部３５０に出力する。また、造形物形状測定部３４０は、第（ｎ−１）層測定データをＦＢ補正ベクトル出力部３５０に出力する。ＦＢ補正ベクトル出力部３５０は、第ｎ層造形データと、第（ｎ−１）層測定データとを入力し、ＦＢ補正ベクトルを補正部３７０に出力する。また、造形データ生成部３２０は、第ｎ層造形データを補正部３７０に出力する。さらに、ＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、ＦＦ補正ベクトルを補正部３７０に出力する。補正部３７０には、ＦＢ補正ベクトルと、ＦＦ補正ベクトルと、第ｎ層造形データとが入力される。補正部３７０は、ＦＢ補正ベクトルおよびＦＦ補正ベクトルに基づいて、第ｎ層造形データを補正する。補正された造形データは、第ｎ層補正造形データとして出力される。
【００４０】
ここで、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０では、図６に示すように、変位量算出部３５１が、遅延部３５３によって遅延された第（ｎ−１）層造形データと第（ｎ−１）層測定データに基づいて、差分ベクトルを算出する。差分ベクトルは、所望の造形層の形状に対する、実際に造形された造形層の形状の造形誤差であり、変位量を示すベクトルとして算出される。補正量算出部３５２は、差分ベクトルに基づいて、フィードバック補正量を算出し、第（ｎ−１）層ＦＢ補正ベクトルとして出力する。例えば、造形されたある造形層の形状が、造形後に収縮し、所望の形状よりも小さく造形されていた場合には、補正量算出部３５２は、当初の造形データよりも大きく造形されるようなＦＢ補正ベクトルを算出する。
【００４１】
層変換処理部３５４は、第ｎ層および第（ｎ−１）層造形データと、第（ｎ−１）層ＦＢ補正ベクトルとに基づいて、第ｎ層ＦＢ補正ベクトルを算出する。例えば、層変換処理部３５４は、画像処理によって各層の造形データにおいて対応する点を抽出し、各対応点を第（ｎ−１）層補正ベクトルから補完することで、第ｎ層ＦＢ補正ベクトルを算出することができる。これによって、収縮後に所望の形状となるような造形層を造形することができる。なお、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０は、差分ベクトルを補正情報記憶部３８１に出力する構成としてもよい。
【００４２】
図６に示すようにＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、ＦＦ補正データ生成部３６１で、過去に造形された造形層のＦＢ補正ベクトルやその他の補正に関する情報を解析して、次回以降に造形する造形層を補正するＦＦ補正データを生成する。具体的には、図７に示すように、ＦＦ補正データ生成部３６１は、補正情報記憶部３８１に格納されている過去の補正ベクトルなどを参照して、収縮などによる形状変化を予測したＦＦ補正データを生成する。
【００４３】
また、図７に示すように、ＦＦ補正データ生成部３６１は、生成したＦＦ補正データをＦＦ補正データ記憶部３８２に格納する。ＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、ＦＦ補正データ記憶部３８２に格納されているＦＦ補正データを読み出し、所定のフィードフォワードゲインを掛け合わせたＦＦ補正ベクトルとして第１加算部３７１に出力する。これによって、補正部３７０は、フィードフォワード制御による造形データの補正を行うことができる。
【００４４】
第１加算部３７１は、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０から出力されたＦＢ補正ベクトルと、ＦＦ補正ベクトル出力部３６０から出力されたＦＦ補正ベクトルに基づいて補正ベクトルを算出する。補正ベクトルは、第２加算部３７２に出力される。第２加算部３７２は、第ｎ層造形データを補正ベクトルに基づいて補正する。そして、造形ユニット制御部３３０に第ｎ層補正造形データを出力する。
【００４５】
説明を再度図５に戻す。第２加算部３７２が算出した補正造形データは、造形ユニット制御部３３０に出力される。造形ユニット制御部３３０は、第ｎ層補正造形データに基づいて、造形ユニット２０６を制御し、第ｎ層目の造形層を造形する。
【００４６】
なお、上述の実施形態の例では、補正部３７０が造形データの形状を補正する例について説明したが、実施形態を限定するものではない。補正部３７０は、造形データの形状の補正以外にも、例えば、立体造形物を造形する温度や、ヘッド１１０の移動速度、造形材料１４０の吐出量など、造形処理を制御する種々のパラメータやアルゴリズムなどを補正することができる。
【００４７】
造形装置１００が実行する処理について説明する。図８は、造形装置１００が実行する処理のフローチャートである。造形装置１００は、ステップＳ１０００から造形処理を開始する。ステップＳ１００１では、データ入力部３１０は、造形対象の立体造形物の形状データの入力を受け付ける。その後、造形データ生成部３２０は、ステップＳ１００２において、形状データを造形層ごとに分割し、造形データを生成する。ステップＳ１００３で、造形ユニット制御部３３０は、造形データに基づいて造形ユニット２０６を制御し、第ｎ層目の造形層を造形する（ｎは１以上の整数）。
【００４８】
ステップＳ１００４では、造形物形状測定部３４０が造形層の形状を測定する。造形物形状測定部３４０で測定された測定データは、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０に出力される。
【００４９】
ステップＳ１００５においてＦＢ補正ベクトル出力部３５０は、ＦＢ補正ベクトルを出力する。具体的には、測定データと、測定された造形層の造形データとの差分を求め、さらに補正量を求めることで、ＦＢ補正ベクトルを算出する。算出されたＦＢ補正ベクトルは、補正部３７０に出力される。
【００５０】
ステップＳ１００６では、補正部３７０が補正ベクトルを出力する。具体的には、補正部３７０の第１加算部３７１が、ＦＢ補正ベクトルと、ＦＦ補正ベクトルとに基づいて、補正ベクトルを算出する。ＦＦ補正ベクトルは、ＦＦ補正ベクトル出力部３６０が、ＦＦ補正データ記憶部３８２からＦＦ補正データを読み出し、適切なフィードフォワードゲインと掛け合わせることで出力される。
【００５１】
ステップＳ１００７では、ステップＳ１００６で算出された補正ベクトルが、第１加算部３７１から補正情報記憶部３８１へ出力され、記憶される。
【００５２】
その後、ステップＳ１００８では、ＦＦ補正データ出力部３６１がＦＦ補正データを出力する。具体的には、ＦＦ補正データ生成部３６１が、ＦＦ補正データを生成する。ＦＦ補正データ生成部３６１は、ステップＳ１００７において補正情報記憶部３８１に記憶された補正ベクトルを解析し、ＦＦ補正を行うための補正データを生成する。ＦＦ補正データ生成部３６１は、生成したＦＦ補正データをＦＦ補正データ記憶部３８２に格納する。なお、ステップＳ１００８に示すＦＦ補正データを生成する処理は、必ずしも図８に示すタイミングで行われなくてもよく、例えば、図８に示す各処理と並行してバックグラウンドで実行する構成としてもよい。
【００５３】
ステップＳ１００９では、補正部３７０が造形データを補正する。具体的には、第２加算部３７２が、補正ベクトルと造形データとに基づいて、補正造形データを算出する。算出された補正造形データは、造形ユニット制御部３３０に出力される。そして、ステップＳ１０１０では、造形ユニット制御部３３０は、補正造形データに基づいて造形ユニット２０６を制御し、次の造形層を造形する。
【００５４】
その後、ステップＳ１０１１では、造形装置１００は、最上部の造形層を造形したか否かによって処理を分岐する。最上部の造形層を造形した場合（ＹＥＳ）、すなわち、立体造形物が完成した場合には、ステップＳ１０１２に進み、造形装置１００は、処理を終了する。最上部の造形層を造形していない場合（ＮＯ）、すなわち、立体造形物が完成していない場合には、ステップＳ１００３の処理に戻り、再び造形をする。そして、上記のステップＳ１００３からＳ１０１０の処理を、立体造形物が完成するまで繰り返す。なお、ステップＳ１００１に戻って、処理を開始し直してもよい。また、補正処理は、最下層から全ての造形層に対して行ってもよいし、任意の造形層から上の層に対して行ってもよい。
【００５５】
上述した処理によって、造形装置１００は、形状誤差が生じる造形層を低減でき、所望の立体造形物を造形することができる。図９は、第１の実施形態におけるＦＦ補正の有無による形状誤差を説明する図である。図９（ａ）は、ＦＦ補正の有無による形状誤差を比較したグラフであり、図９（ｂ）は、同じ形状の立体造形物を複数回造形した場合の形状誤差のばらつきを示すグラフである。なお、各図において、横軸は積層回数を、縦軸は形状誤差をそれぞれ示している。また、図中の「ｅ＝０」は、所望の形状の造形層が造形されていることに相当する。
【００５６】
図９（ａ）において、丸印（〇）で示されるプロットは、ＦＢ補正のみを行った場合の形状誤差であり、四角印（□）で示されるプロットは、ＦＢ補正と第１の実施形態のＦＦ補正の両方を行った場合の形状誤差である。図９（ａ）に示すように、ＦＢ補正のみを行った場合に比べて、第１の実施形態のＦＦ補正を行った場合のほうが、少ない積層回数で形状誤差がゼロになっており、立体造形物の造形精度が向上していることが示された。
【００５７】
また、同じ形状の立体造形物を造形した場合であっても、種々の誤差要因によって、形状誤差は一様とはならず、図９（ｂ）に示すように、形状誤差のばらつきが生じる場合がある。したがって、好ましい実施形態では、過去に造形した実績のある立体造形物についてのＦＦ補正データをＦＦ補正データ記憶部３８２に記憶しておき、ＦＦ補正ベクトルを統計的に算出してもよい。ＦＦ補正ベクトル出力部３６０は、例えば、記憶されているＦＦ補正データの平均値や中央値を求めることで、ＦＦ補正ベクトルを統計的に算出することができる。
【００５８】
（第２実施形態）
図１０は、第２の実施形態におけるデータフローを示す図である。第２の実施形態は、第１の実施形態の構成に加え、造形データ生成部３２０が生成した造形データが補正情報記憶部３８１に記憶される構成としたものである。第２の実施形態において、ＦＦ補正データ生成部３６１は、補正ベクトルと、造形データとに基づいてＦＦ補正データを生成する。第１の実施形態で説明した構成については、適宜説明を省略する。
【００５９】
造形層の形状が、すでに造形されている造形層の形状と同じである場合に、同様の補正アルゴリズムを適用して補正することは、ここまでに説明した。これによって、造形装置１００は、少ない積層回数で形状誤差をゼロに収束させることができることから、所望の立体造形物を造形することができる。特に、同じ形状の造形層が複数層にわたって連続して積層される場合には、直近に造形された造形層の補正ベクトルに基づいてＦＦ補正データを生成することで、収束するまでの積層回数をさらに少なくできる。そこで、第２の実施形態では、補正情報記憶部３８１に、補正ベクトルと造形データとを記憶し、ＦＦ補正データ生成部３６１は、造形データに基づく各造形層の形状から、補正データを生成する。
【００６０】
例えば、造形層の形状が第ｉ層目から第（ｉ＋ｊ）層目まで同じ形状である場合について考える。このとき補正情報記憶部３８１は、各造形層の造形データを造形データ生成部３２０から取得し、順次出力される各造形層の補正ベクトルと対応付けて記憶しておく。ＦＦ補正データ生成部３６１は、第ｉ層の形状と、第（ｉ＋１）層の形状とを比較し、同じ形状である場合には、第ｉ層の補正ベクトルに基づいて、第（ｉ＋１）層の補正データを生成する。
【００６１】
以降も同様に、第（ｉ＋２）層の補正データを生成する場合には、第ｉ層の形状と、第（ｉ＋１）層の形状と、第（ｉ＋２）層の形状とを比較し、同じ形状である場合には、第（ｉ＋１）層の補正ベクトルに基づいて、第（ｉ＋２）層の補正データを生成する。
【００６２】
このように、第２の実施形態におけるＦＦ補正データ生成部３６１は、同じ形状の造形層のうち、直近に造形した造形層の補正ベクトルに基づいてＦＦ補正データを生成する。これによって、造形装置１００は、形状誤差がゼロに収束するまでの積層回数を少なくすることができる。なお、各造形層を比較して形状が同一であるか否かを判定する場合には、形状の差分が閾値よりも小さい場合も同じ形状であるとすることができる。
【００６３】
なお、ＦＦ補正データ生成部３６１は、連続して同一の補正アルゴリズムを適用した回数に基づいて、形状誤差の収束を判定することができる。例えば、ＦＦ補正データ生成部３６１は、同一の補正アルゴリズムを適用した回数が閾値を超えた場合に、形状誤差が収束したと判定することができる。ＦＦ補正データ生成部３６１が、形状誤差が収束したと判定した場合には、過去に造形された同じ形状の造形層の補正データを統計処理し、平均値や中央値などの統計量に基づいて、ＦＦ補正データを生成することができる。これによって、形状誤差のばらつきに対応でき、立体造形物の質を安定して造形することができる。
【００６４】
図１１は、第２の実施形態におけるＦＦ補正の有無による形状誤差を説明する図である。図１１おいて、丸印（〇）で示されるプロットは、ＦＢ補正のみを行った場合の形状誤差であり、四角印（□）で示されるプロットは、ＦＢ補正と第２の実施形態のＦＦ補正の両方を行った場合の形状誤差である。図１１に示すように、第２の実施形態のＦＦ補正を行うことで、形状誤差はほとんど発生せず、所望の立体造形物が造形されたことが示された。また、図９（ａ）に示す第１の実施形態のＦＦ補正と比較しても、第２の実施形態のＦＦ補正を行った場合のほうが、少ない積層回数で形状誤差がゼロになっており、立体造形物の造形精度が向上していることが示された。
【００６５】
（第３実施形態）
図１２は、第３の実施形態におけるデータフローを示す図である。第３の実施形態は、第２の実施形態の構成に加え、さらに、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０の変位量算出部３５１が算出する差分ベクトルが補正情報記憶部３８１に記憶される構成としたものである。第３の実施形態において、ＦＦ補正データ生成部３６１は、補正ベクトルと、造形データと、差分ベクトルとに基づいてＦＦ補正データを生成する。第１の実施形態および第２の実施形態で説明した構成については、適宜説明を省略する。
【００６６】
第３の実施形態では、図６および図１２に示すように、変位量算出部３５１は、算出した差分ベクトルを補正量算出部３５２に出力するとともに、補正情報記憶部３８１にも出力する。したがって、ＦＦ補正データ生成部３６１は、差分ベクトルの大きさに基づいてＦＢ補正の収束を判定することができる。第３の実施形態によれば、ＦＦ補正データ生成部３６１は、ＦＢ補正が収束した補正ベクトルに基づいてＦＦ補正データを生成できるので、造形装置１００は、適切なＦＦ補正を行うことができ、所望の立体造形物を造形することができる。
【００６７】
（第４実施形態）
図１３は、第４の実施形態におけるデータフローを示す図である。第４の実施形態は、第２の実施形態の構成に加え、さらに、ＦＢ補正ベクトル出力部３５０が出力するＦＢ補正ベクトルが補正情報記憶部３８１に記憶される構成としたものである。第４の実施形態において、ＦＦ補正データ生成部３６１は、補正ベクトルと、造形データと、ＦＢ補正ベクトルとに基づいてＦＦ補正データを生成する。第１の実施形態および第２の実施形態で説明した構成については、適宜説明を省略する。
【００６８】
第４の実施形態によれば、ＦＦ補正データ生成部３６１は、ＦＢ補正ベクトルの各造形層間の変化量に基づいて、ＦＢ補正の収束を判定することができる。したがって、ＦＦ補正データ生成部３６１は、ＦＢ補正が収束した補正ベクトルに基づいてＦＦ補正データを生成できるので、造形装置１００は、適切なＦＦ補正を行うことができ、所望の立体造形物を造形することができる。
【００６９】
以上、説明した本発明の各実施形態によれば、所望の立体造形物を造形する造形装置、システム、方法およびプログラムを提供することができる。
【００７０】
上述した本発明の各実施形態の各機能は、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｃ＃、Ｊａｖａ（登録商標）等で記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、本実施形態のプログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ等の装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。
【００７１】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１００…造形装置、１１０…ヘッド、１２０…ステージ、１３０…センサ、１４０…造形材料、１５０…情報処理端末、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＡＭ、２０３…ＲＯＭ、２０４…記憶装置、２０５…インターフェース、２０６…造形ユニット、２０７…形状センサ、２０８…周辺環境センサ、３１０…データ入力部、３２０…造形データ生成部、３３０…造形ユニット制御部、３４０…造形物形状測定部、３５０…ＦＢ補正ベクトル出力部、３５１…変位量算出部、３５２…補正量算出部、３５３…遅延部、３５４…層変換処理部、３６０…ＦＦ補正ベクトル出力部、３６１…ＦＦ補正データ生成部、３７０…補正部、３７１…第１加算部、３７２…第２加算部、３８０…記憶部、３８１…補正情報記憶部、３８２…ＦＦ補正ベクトル記憶部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７３】
【特許文献１】特許第６０７７７１７号公報
【図１】
2020138394.tif 000003
【図２】
2020138394.tif 000004
【図３】
2020138394.tif 000005
【図４】
2020138394.tif 000006
【図５】
2020138394.tif 000007
【図６】
2020138394.tif 000008
【図７】
2020138394.tif 000009
【図８】
2020138394.tif 000010
【図９】
2020138394.tif 000011
【図１０】
2020138394.tif 000012
【図１１】
2020138394.tif 000013
【図１２】
2020138394.tif 000014
【図１３】
2020138394.tif 000015