(57)【要約】【課題】  高い精度で変形予測を行うことが可能となるシステム等を提供する。【解決手段】  このシステムは、立体物を造形する造形手段を制御する制御システムであり、立体物に生じる形状および特性の少なくとも１つの変化を予測する予測手段と、予測手段による予測を基に造形データを補正する補正手段と、造形している立体物の形状および特性の少なくとも１つを測定する測定手段と、測定結果と予測との差を算出する予測誤差算出手段と、算出された差に基づき、造形予測を修正する手段とを含む。【選択図】  図６
2019177494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形データを基に立体物を造形する造形手段を制御する制御システムであって、
立体物に生じる形状および特性の少なくとも１つの変化を予測する予測手段と、
前記予測手段による予測を基に造形データを補正する補正手段と、
造形される立体物の形状および特性の少なくとも１つを測定する測定手段と、
前記測定手段による測定結果と前記予測手段による予測との差を算出する予測誤差算出手段と、
算出された前記差に基づき、前記予測を修正する手段と
を含む、制御システム。
【請求項２】
予測された前記形状および特性のうちの少なくとも１つに基づき、造形データを補正する補正手段を含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記予測手段は、前記予測誤差算出手段によって算出された前記差に基づき、造形中の特定の時刻もしくは造形後の所定時間が経過後の形状および特性の少なくとも１つを予測した予測データを修正し、
前記補正手段は、修正された前記予測データに基づき、測定対象の層の上部に積層される層の造形データを補正する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記予測手段は、前記測定手段が造形中の形状および特性の少なくとも１つを測定する度に、前記予測データを修正する、請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
修正された前記予測データを記憶する記憶手段を含む、請求項３または４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記補正手段は、前記予測データが許容範囲内か否かを判断し、前記許容範囲内でない場合、前記造形データを補正する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御システムと、立体物を造形する造形手段とを含む、造形システム。
【請求項８】
造形データを基に立体物を造形する造形手段の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
立体物に生じる形状および特性の少なくとも１つの変化を予測するステップと、
前記予測するステップでの予測を基に前記造形データを補正するステップと、
測定手段により、造形される立体物の形状および特性の少なくとも１つを測定させるステップと、
測定結果と前記予測との差を算出するステップと、
算出された前記差に基づき、前記予測を修正するステップと
を実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、立体物を造形する造形手段を制御する制御システム、造形システムおよびその制御をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
立体物を造形する造形装置は、溶融した材料を用いて１層ずつ形成することにより造形する。このとき、溶融した状態で形状を付与し、冷却とともに固化させるが、冷却の過程で収縮が生じて変形する。
【０００３】
この変形を抑制する目的で、基本的な小形状に分解し、分解された基本的な小形状の複数のサンプルを造形し、どのように変形するかを調べておき、調べた情報を利用して、造形による変形を予測し、造形データを補正する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の技術では、冷却の過程における温度変化やかかる応力が目的の立体物と分解したサンプルとで異なるため、収縮の割合が異なり、変形予測の精度に限界があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、高い精度で変形予測と補正を行うことを可能にするシステムや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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、造形データを基に立体物を造形する造形手段を制御する制御システムであって、
立体物に生じる形状および特性の少なくとも１つの変化を予測する予測手段と、
予測手段による予測を基に造形データを補正する補正手段と、
造形される立体物の形状および特性の少なくとも１つを測定する測定手段と、
測定手段による測定結果と予測手段による予測との差を算出する予測誤差算出手段と、
算出された差に基づき、予測を修正する手段と、
を含む、制御システムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い精度で変形予測と補正を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】造形システムの構成例を示した図。
【図２】情報処理装置のハードウェア構成の一例を示した図。
【図３】造形装置のハードウェア構成の一例を示した図。
【図４】情報処理装置および造形装置の機能構成の一例を示したブロック図。
【図５】情報処理装置が実行する処理の一例を示したフローチャート。
【図６】造形システムにおけるデータフローを示した図。
【図７】造形プロセスモデルによる形状等の変化の予測から補正までを説明する図。
【図８】造形プロセスモデルによる形状等の予測結果と、測定結果とを比較し、予測結果を更新する処理について説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、立体物を造形する造形システムの構成例を示した図である。図１に示す造形システムは、情報処理装置１０と、立体物を造形する造形装置２０とを含む。情報処理装置１０と、造形装置２０とは、ケーブル等を使用して有線により、または無線LAN等を使用して無線により接続される。なお、情報処理装置１０と、造形装置２０とは、ネットワークを介して接続されていてもよい。
【００１０】
この例では、造形システムは、２つの装置から構成されているが、１つの装置または３以上の装置から構成されていてもよい。例えば、造形システムは、１つの筐体内に、情報処理装置１０が備える機能と、立体物を造形する造形手段とが収納されたものであってもよいし、情報処理装置１０が備える機能を２以上の装置に分散し、造形手段を備える装置を含め、３以上の装置から構成されていてもよい。
【００１１】
情報処理装置１０は、造形手段、この例では造形装置２０に対して、造形装置２０を制御するための制御情報として造形データを送信する。造形装置２０は、情報処理装置１０から造形データを受信し、造形データに基づき、立体物を造形する。
【００１２】
情報処理装置１０は、CAD（Computer Aided Design）等のプログラムを使用して作成されたCADデータ等の立体物の三次元形状を表す三次元形状情報（３Ｄデータ）に基づき、上記の造形データを生成し、造形装置２０に送信する。このとき、情報処理装置１０は、３Ｄデータから、立体物を所定の間隔で切断（輪切り）して得られる断面形状を表す複数の断面情報（スライスデータ）を生成する。そして、情報処理装置１０は、複数のスライスデータに基づき、造形材を供給する複数の経路を決定し、決定した複数の経路の経路データに基づき、造形データを生成する。
【００１３】
造形データは、どこからどこへ造形材（材料）としての樹脂を供給するかという情報のほか、樹脂を溶融させる温度や吐出手段としての造形ヘッドの移動速度等の造形に必要なパラメータが含まれる。なお、材料を供給できれば、吐出手段は造形ヘッドに限定されるものではない。
【００１４】
造形装置２０は、情報処理装置１０から受信した造形データに基づき、造形ヘッドを移動させ、造形ヘッドから材料を供給して１層ずつ積み重ねるように形成していき、目的の立体物を造形する。造形は、造形ヘッドを移動させつつ、造形ヘッドから材料を線状に吐出することにより行われる。ちなみに、線の幅は、造形ヘッドの吐出ノズルの口径、吐出量、造形ヘッドの移動速度により変化する。
【００１５】
造形装置２０は、造形ヘッドを二次元方向（x軸方向、y軸方向）に移動させ、立体物を載せるステージを鉛直方向（z軸方向）に移動させることにより材料の層を積層して立体物を造形する。具体的には、造形ヘッドを二次元方向に移動させ、１つの層を造形した後、ステージを１段階下げることで、造形した層上に次の層を造形する。なお、造形装置２０は、これに限らず、xy軸方向への移動をステージの移動により行い、z軸方向への移動を造形ヘッドの移動により行ってもよい。
【００１６】
材料として樹脂を使用した造形では、熱によって溶融した状態で形状を付与し、冷却とともに固化させる。この冷却の過程で、造形された立体物は収縮する。この収縮では、特に、樹脂が結晶性樹脂の場合、どのような温度変化があったか、あるいはどの程度の応力がかかるかによって結晶化度が変化し、収縮の割合が異なる。さらに、結晶化度や配向特性の変化に伴い、かかる応力や発現する強度が変化する。このため、温度変化やかかる応力が変わると、立体物の変形が生じ、強度が変化する。このような温度や応力の変化は、立体物全体が相互に影響して決まるものであるため、これらの変化も考慮して予測しなければならず、現実的には高い精度で変形を予測することは難しい。以下に、実測結果を基に随時予測を更新することで予測精度を向上させ、造形精度を向上させる方法について説明する。
【００１７】
はじめに、図２を参照して、情報処理装置１０のハードウェア構成について説明する。情報処理装置１０は、一般的なPCと同様の構成を有する。このため、情報処理装置１０は、CPU(Central Processing Unit)１１と、ROM(Read Only Memory)１２と、RAM(Random Access Memory)１３と、HDD(Hard Disk Drive)１４と、I/F１５と、LCD(Liquid Crystal Display)１６と、操作部１７とを含む。なお、CPU１１とROM１２とRAM１３とHDD１４とI/F１５とは、バス１８を介して互いに接続されている。また、HDD１４は、不揮発性の記憶装置であれば、SSD(Solid State Drive)等のいかなる記憶装置であってもよい。
【００１８】
CPU１１は、演算手段であり、情報処理装置１０全体の動作を制御する。ROM１２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体で、ブートプログラムやハードウェアを制御するためのファームウェア等のプログラムを格納する。RAM１３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性記憶媒体で、CPU１１が情報を処理する際の作業領域として使用される。HDD１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性記憶媒体で、OS(Operating System)や各種のプログラム、各種のデータ等を格納する。
【００１９】
I/F１５は、バス１８と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し、情報の入出力や送受信等を制御する。I/F１５は、情報処理装置１０がネットワークを介して他の機器と通信するためのネットワークI/Fを含むことができる。ネットワークI/Fとしては、Ethernet（登録商標）やUSB(Universal Serial Bus)インタフェース等を用いることができる。LCD１６は、ユーザが情報処理装置１０の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースで、操作部１７は、キーボードやマウス等のユーザが情報処理装置１０に情報を入力するためのユーザインタフェースである。
【００２０】
情報処理装置１０は、ROM１２に格納されたプログラムや、HDD１４や図示しない光学ディスク等の記憶媒体からRAM１３に読み出されたプログラムに従ってCPU１１が演算を行うことにより各種の機能を実現する各機能部が構成される。なお、機能部は、全部がプログラムの実行により実現されてもよいし、一部がプログラムの実行により実現され、その他が回路等のハードウェアにより実現されてもよいし、全部がハードウェアにより実現されてもよい。
【００２１】
次に、図３を参照して、造形装置２０のハードウェア構成について説明する。造形装置２０も、CPU２１と、ROM２２と、RAM２３と、HDD２４と、I/F２５を含み、さらに、造形ユニット２６と、センサ２７とを備える。なお、CPU２１とROM２２とRAM２３とHDD２４とI/F２５と造形ユニット２６とセンサ２７とは、バス２８を介して互いに接続されている。また、HDD２４は、不揮発性の記憶装置であれば、SSD等のいかなる記憶装置であってもよい。
【００２２】
CPU２１は、演算手段であり、造形装置２０の動作を制御し、所定の処理を実行する。ROM２２は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体で、ブートプログラムやハードウェアを制御するためのファームウェア等のプログラムを格納する。RAM２３は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性記憶媒体で、CPU２１が情報を処理する際の作業領域として使用される。HDD２４は、情報の読み書きが可能な不揮発性記憶媒体で、OSやアプリケーション・プログラム、設定情報等を格納する。
【００２３】
I/F２５は、バス２８と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し、情報の入出力や送受信等を制御する。I/F２５は、造形装置２０がネットワークを介して他の機器と通信するためのネットワークI/Fを含むことができる。ネットワークI/Fとしては、Ethernet（登録商標）やUSBインタフェース等を用いることができる。
【００２４】
造形ユニット２６は、造形材を供給して目的の立体物を造形する装置で、造形材を供給する造形ヘッドや、造形材が供給されて立体物が造形されるステージ等を備える。造形方式として熱溶融積層(FFF)方式を採用する場合、造形材を溶融する加熱機構等を備える。造形方式として粉末焼結積層造形(SLS)方式を採用する場合、レーザ光源等を備える。
【００２５】
センサ２７は、造形される立体物の形状を測定するセンサや、立体物の特性、例えば温度等を測定するセンサとされる。立体物の形状を測定するセンサは、立体物の水平方向（x軸方向、y軸方向）と鉛直方向（z軸方向）の寸法等を測定する。形状を測定するセンサとしては、赤外線センサ、カメラ、３Ｄスキャナ等を用いることができる。温度センサとしては、サーモグラフィ等を用いることができる。
【００２６】
センサ２７は、造形ヘッドによる造形動作に連動して、造形する層の形状や特性を測定することができる。なお、この測定は、１つの層が造形されるごとに行うことができ、測定タイミングやその範囲は、１つの層毎に造形層の形状や特性を測定することができれば、いかなるタイミングや範囲であってもよい。センサ２７は、形状を測定するセンサのみであってもよいし、特性を測定するセンサのみであってもよいし、その両方のセンサを用いてもよい。特性を測定するセンサは、材料の収縮に影響を与える特性であれば温度に限定されるものではなく、温度以外の特性を測定するセンサであってもよい。
【００２７】
造形装置２０は、ROM２２に格納されたプログラムや、HDD２４や図示しないSDカード等の記憶媒体からRAM２３に読み出されたプログラムに従ってCPU２１が演算を行うことにより各種の機能を実現する各機能部が構成される。なお、機能部は、全部がプログラムの実行により実現されてもよいし、一部がプログラムの実行により実現され、その他が回路等のハードウェアにより実現されてもよいし、全部がハードウェアにより実現されてもよい。
【００２８】
図４は、情報処理装置１０および造形装置２０の機能構成の一例を示したブロック図である。情報処理装置１０は、機能部として、造形データ生成部３０と、予測誤差算出部３１と、予測部３２と、補正部３３と、記憶部３４とを備える。造形装置２０は、機能部として、造形ユニット制御部４０と、造形部４１と、測定部４２とを備える。制御システムは、造形部４１を除く、機能部により構成することができ、少なくとも予測誤差算出部３１、予測部３２、補正部３３、測定部４２を含む。
【００２９】
造形データ生成部３０は、３Ｄデータから、立体物を所定の間隔で輪切りした複数のスライスデータを生成し、複数のスライスデータから、造形データを生成する。造形データは、各層を造形するための造形層を示すデータとして生成され、各層のxy平面座標において、造形するかしないかを示す２値のデータとすることができる。造形データは、単に各座標での造形の有無だけではなく、材料の溶融温度や造形ヘッドの移動速度等の造形に必要なパラメータを含むことができる。これらのパラメータは、ユーザが設定し、造形データ生成部３０が保持することができる。パラメータは、造形データ生成部３０が読み出して取得可能な記憶部３４に記憶されていてもよい。
【００３０】
予測誤差算出部３１は、測定部４２の測定結果と、造形データ生成部３０からの入力に基づいて予測部３２が出力した造形物の形状や特性の変化予測とを比較し、測定結果と造形予測との差を示す予測誤差を算出する。測定結果は、造形している各層の形状および特性の少なくとも１つ（以下、形状等とする。）を測定した結果である。例えば、測定部４２が、時刻tにおける第１層〜第n層を測定し、その測定結果を出力した場合、予測誤差算出部３１は、造形予測の同じ時刻tにおける第１層〜第n層の形状や特性の変化予測と比較し、形状等の予測誤差を算出する。予測誤差は、造形による変形等の予測に対し、測定結果がどの程度異なっているかを示す量である。
【００３１】
予測誤差算出部３１は、誤差量に加えて誤差方向も算出し、誤差量と誤差方向とを含む誤差ベクトルとして出力する。予測誤差算出部３１は、予測部３２に誤差ベクトルを出力することができるが、記憶部３４に誤差ベクトルを記憶させ、予測部３２が記憶部３４から誤差ベクトルを取得するように構成されていてもよい。
【００３２】
予測誤差算出部３１は、１つの層の造形を開始し、次の層の造形を開始するまでの間に、１以上の測定結果を取得し、１以上の誤差量を算出することができる。
【００３３】
予測部３２は、立体物に生じる形状等の変化を予測する。すなわち、造形プロセスにおいて吐出された材料の温度変化とそれに伴う収縮、内部応力の発生、構造の変形等をモデル化した造形プロセスモデルを基に、設定された条件により形状等がどのように変化するかを予測する。さらに、予測部３２は、予測誤差算出部３１が出力する誤差ベクトルに基づき、造形プロセスモデルを修正することができる。具体的には、予測誤差算出部３１は、第n層を造形した後の時刻tに形状等を測定した結果と、造形プロセスモデルに基づき予測した時刻tの形状等との差分を予測誤差として算出する。その後、予測部３２は、予測誤差に基づき、予測誤差を最もうまく説明できるように造形プロセスモデルを修正する。形状等は、造形直後と冷却後とでは変わるため、冷却の過程での形状等や、冷却後の最終的に変位が収束したときの形状等を予測する。予測した結果が、変位の時系列予測値や変位の収束予測値となる。
【００３４】
予測部３２は、予測誤差算出部３１から１以上の予測誤差を取得する度に、造形プロセスモデルを修正し、変位の時系列予測値や変位の収束予測値を修正することができる。すなわち、予測部３２は、予測誤差を取得する度に、変位の時系列予測値や変位の収束予測値を算出し、更新することができる。これにより、測定結果を反映して、予測を更新することができ、予測精度を向上させることができる。
【００３５】
補正部３３は、予測部３２により予測された形状等に基づき、造形データを補正する。すなわち、補正部３３は、変位の時系列予測値や変位の収束予測値に基づき、造形ユニット制御部４０が実行する造形の動作が変更されるように、造形データを補正する。ここで、造形の動作を変更するとは、造形データに含まれるパラメータやアルゴリズムを変更することをいい、一例として、造形される立体物の形状、造形層ごとの寸法や高さ、造形データに基づく造形量、造形材の溶融温度、造形速度、積層ピッチ等が挙げられる。
【００３６】
記憶部３４は、測定部４２により測定されたデータ、造形データ生成部３０により生成された造形データ、変位の時系列予測値や変位の収束予測値等を記憶する。記憶部３４は、各機能部により使用され、各種のデータが書き込まれ、また、読み出される。
【００３７】
造形ユニット制御部４０は、補正部３３により補正された造形データに基づき、造形部４１を制御する。造形部４１は、造形ユニット制御部４０による制御の下、ステージ上に造形材を供給して立体物を造形する処理を実行する。測定部４２は、造形部４１により造形される立体物の形状、立体物の温度等の特性を測定する。
【００３８】
造形装置２０では、造形データに基づき造形を行い、造形された立体物の形状等を測定するのみであるため、情報処理装置１０が実行する処理について、図５を参照して説明する。ユーザが３Ｄデータを指定し、造形条件を設定して、造形を指示することにより、ステップ５００から処理を開始する。ステップ５０１では、造形データ生成部３０が３ＤデータをN層に分割し、第１層〜第N層の造形データを生成する。
【００３９】
ステップ５０２では、予測部３２が、第n（nはN以下の自然数）層を造形した際の第n層に生じる形状等の変化を予測する。予測した形状等は、変位の時系列予測値や変位の収束予測値として出力される。
【００４０】
ステップ５０３では、補正部３３が、予測によって得られた変位の時系列予測値や変位の収束予測値に基づき、第n層の造形データを補正する。そして、補正部３３は、ステップ５０４で、第n層の造形データを造形装置２０へ出力する。これにより、造形装置２０の造形部４１が第n層の造形を行い、測定部４２が形状等の測定を行う。測定結果は、測定データとして記憶部３４に記憶することができる。
【００４１】
ステップ５０５では、最終の第N層の造形データを出力したかを判定する。出力していない場合、ステップ５０６で、それまでに造形された第１層〜第n層の立体形状を測定して測定データを取得し、ステップ５０７で、第１層〜第n層の造形で生じる形状や特定等の変化予測と、取得した第１層〜第n層の測定データとの誤差を算出する。
【００４２】
ステップ５０８では、予測部３２が、上記の誤差を基に、造形プロセスモデルの更新を行う。その後、ステップ５０２へ戻る。ステップ５０２〜ステップ５０８の処理は、第N層の造形データが出力されるまで繰り返される。
【００４３】
ステップ５０５で第N層の造形データが出力されたところで、ステップ５０９へ進み、情報処理装置１０による処理を終了する。
【００４４】
図５に示した処理でのデータの流れは、図６に示すようなものとなる。すなわち、造形データ生成部３０が３Ｄデータから第１層〜第N層の造形データを生成する。造形データ生成部３０は、第１層の造形データから順に、予測部３２へ出力する。第１層の造形データについては、第１層が造形される前であるから、予測部３２は初期設定された条件で第１層の変形等を予測し、補正部３３で第１層の造形データを補正して、造形ユニット制御部４０へ出力される。
【００４５】
造形部４１により第１層以降の第n層が造形されると、測定部４２が形状等を測定し、第１層〜第n層の測定データを予測誤差算出部３１へ送る。予測誤差算出部３１は、予測部３２が生成した第１層〜第n層の造形予測と比較し、形状等の予測誤差を算出する。例えば形状の予測誤差は、造形データの時刻tでの第１層〜第n層に対する実際に時刻tで測定した第１層〜第n層のx軸方向、y軸方向、z軸方向の収縮量が予測と違ったことによる予測誤差である。例えば特性の予測誤差は、造形データの時刻tでの第n層の予想される温度等と、実施に時刻tで測定した第n層の温度等との差である。算出された予測誤差は、予測部３２へ送られる。予測誤差算出部３１は、測定結果を取得する毎に、予測誤差を算出し、予測部３２へ出力する。
【００４６】
予測部３２は、第１層〜第n層の予測誤差を取得し、予測誤差に基づき、造形プロセスモデルを修正し、形状等の変化を予測し、変位の時系列予測値や変位の収束予測値を算出する。
【００４７】
予測部３２は、予測誤差を取得する度に、造形プロセスモデルを修正し、形状等の変形を推定し、変位の時系列予測値や変位の収束予測値を修正することができる。
【００４８】
補正部３３は、算出された変位の時系列予測値や変位の収束予測値と、次の造形データである第n+1層の造形データの入力を受け付ける。補正部３３は、変位の時系列予測値や変位の収束予測値に基づき、第n+1層の造形データを補正する。補正部３３は、補正した第n+1層の造形データを、造形ユニット制御部４０に出力する。
【００４９】
造形ユニット制御部４０は、第n+1層の造形データに基づき、造形部４１を制御し、造形部４１が、第n層の上に、第n+1層の造形を行う。そして、測定部４２が、第n+1層の形状等を測定し、第n+1層の測定データを予測誤差算出部３１へ送る。以上の処理を、第N層が造形されるまで繰り返す。
【００５０】
図７は、造形プロセスモデルを用いた形状等の変化の予測に基づいて形状等を補正する方法について説明する図である。図７（ａ）は、造形データの一例を示した図で、立体物の形状の変化を分かりやすくするため、ここでは二次元形状で示している。造形データは、形状が矩形とされ、角部が角張っており、略９０°とされている。図７（ａ）には、その一部が示されている。
【００５１】
図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す形状のものを造形しようとして、造形条件を設定し、造形プロセスモデルで変形を予測した結果を示した図である。造形プロセスモデルによる予測の結果、角部が丸まっている。
【００５２】
図７（ｃ）は、図７（ａ）の造形データと、図７（ｂ）の予測の結果とを比較し、どのように変形したかという形状の変化を示した図である。矢線は、変形の方向と、その大きさを示す変形ベクトルを表している。
【００５３】
図７（ｄ）は、補正方法の一例を示した図である。補正方法としては、上記の変形ベクトルを反転させ、変形の大きさはそのままで、変形の方向を１８０°回転させた補正ベクトルを求め、図７（ａ）に示した造形データに適用する方法が挙げられる。なお、この方法は一例であるので、これに限定されるものではない。
【００５４】
図７（ｅ）は、補正ベクトルが適用され、補正された造形データを例示した図である。補正ベクトルが適用された結果、最も大きく収縮する角部が大きく出っ張った形状に補正されている。
【００５５】
図７（ｆ）は、補正された造形データに基づき、造形するものとして変形を予測し、どのような形状になるかを予測した図である。図７（ｆ）に示した形状では、角部の丸みは残っているが、補正の効果により、その大きさは小さくなっている。角部の丸みは、誤差とされるが、この誤差が許容範囲内か否かを判定し、許容範囲内であれば、この形状のデータを補正後の造形データとし、造形を行う。
【００５６】
一方、許容範囲外の場合、図７（ａ）に示す造形データと、図７（ｆ）に示す補正後の形状予測データとを比較し、変形ベクトルを求め、変形ベクトルから補正ベクトルを求め、補正ベクトルを図７（ｅ）に示す補正後の造形データにさらに適用して造形データを補正する。これを誤差が許容範囲内になるまで繰り返す。
【００５７】
図８は、造形プロセスモデルを用いた形状等の予測結果と、測定結果とを比較し、予測結果を更新する処理について説明する図である。図７に示すようにして造形プロセスモデルによる予測に基づいて造形データを補正することができるが、図８に示す処理により、測定結果を反映し、変位の時系列予測値や変位の収束予測値を修正し、更新することができる。
【００５８】
図８（ａ）は、造形データの一例を示した図である。この例では、造形したい立体物を直方体としている。直方体は、幅方向をx軸方向とし、奥行き方向をy軸方向とし、高さ方向をz軸方向としている。
【００５９】
図８（ｂ）は、造形中のある時点におけるxz平面に平行な平面により切断した立体物の断面形状を示した図である。説明を簡単にするため、断面の上層の形状が、造形プロセスモデルによる予測で仮に二次の多項式で表されるものとする。断面が、斜線で示す形状になったとする。ただし、二次の多項式のパラメータは、実際の造形条件によって変化するため、形状の予測において最も確率が高い予想を示している。
【００６０】
ここで、造形中に形状を測定するセンサ２７として３Ｄスキャナを用い、３Ｄスキャナでスキャンし、図８（ｂ）中の丸で示される５つの点が得られたとする。上記で仮定した二次の多項式で表されるという制約の下で測定結果を説明するもっともらしい形状は、５つの点を空間的に補間した点線で示される形状と予想される。このため、実線で示される形状から点線で示される形状になるように、予測のためのパラメータが更新される。
【００６１】
図８（ｃ）は、造形中のある時点において、図８（ａ）中のある点が、造形中や造形後にどのように変位するかを示した図である。図８（ｃ）の横軸は、時刻を示し、縦軸は、その点の変位量を示す。変位量dは、変位ベクトルの大きさとして表される。
【００６２】
説明を簡単にするために仮に造形プロセスモデルによれば、変位量dは、次の式１で表されるものとする。式１中、α、βは、予測のためのパラメータで、t0は、図８（ａ）中の当該点を造形した測定を開始した時刻である。なお、パラメータは、実際の造形条件によって変化するものである。
【００６３】
【数１】
2019177494.tif 000003
【００６４】
図８（ｃ）中、丸で示される２つの点が時刻t1、t2に実際の測定で得られた点である。実線は、造形プロセスモデルの予測式である上記式１を満たし、かつt0、t1における測定値との誤差が最も小さくなるように選択されたものである。実線を参照すると、時刻の経過に伴って一定の変位量ａに近づくことから、最終的な変位量は、変位量ａと予測することができる。
【００６５】
図８（ｄ）は、図８（ｃ）の状態から時刻がさらに進んだときの図である。図８（ｄ）では、時刻t3における測定結果が得られたとする。この時点で、予測式である上記式（１）を満たし、かつt0、t1、t2における測定値との誤差が最も小さくなるように選択した予測変位量が点線のように更新される。点線を参照すると、時刻の経過に伴って一定の変位量ｂに近づくことから、最終的な変位量は、変位量ｂと予測することができる。このため、予測を、変位量ａから変位量ｂに更新することができる。
【００６６】
以上のようにして、測定結果を基に予測の更新を行うことができる。測定には死角が生じることから、３Ｄスキャンによって造形中の立体物の形状が正確に測定できるわけではない。このため、図８（ｂ）に示したように、造形プロセスモデルを反映した空間的な補間により、測定できない点の変形についても推定することが有効となる。
【００６７】
また、造形条件の変化によって変形は、時系列的に刻々と変化するので、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示したように、造形プロセスモデルに測定結果を反映して、予測を更新することが有効となる。
【００６８】
これまで本発明を、制御システム、造形システムおよびプログラムとして上述した実施の形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。したがって、他の実施の形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。よって、本発明では、情報処理装置が実行する方法やそのプログラムが記録された記録媒体、そのプログラムを、ネットワークを介して提供するサーバ装置等も提供することができるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１０…情報処理装置
１１…CPU
１２…ROM
１３…RAM
１４…HDD
１５…I/F
１６…LCD
１７…操作部
１８…バス
２０…造形装置
２１…CPU
２２…ROM
２３…RAM
２４…HDD
２５…I/F
２６…造形ユニット
２７…センサ
２８…バス
３０…造形データ生成部
３１…予測誤差算出部
３２…予測部
３３…補正部
３４…記憶部
４０…造形ユニット制御部
４１…造形部
４２…測定部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】ＷＯ２０１６／０４２８１０号
【図１】
2019177494.tif 000004
【図２】
2019177494.tif 000005
【図３】
2019177494.tif 000006
【図４】
2019177494.tif 000007
【図５】
2019177494.tif 000008
【図６】
2019177494.tif 000009
【図７】
2019177494.tif 000010
【図８】
2019177494.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月20日(2019.3.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
造形データを基に立体物を造形する造形手段を制御する制御システムであって、
立体物に生じる形状および特性の少なくとも１つの変化を予測する予測手段と、
造形される立体物の形状および特性の少なくとも１つを測定する測定手段と、
前記測定手段による測定結果と前記予測手段による予測との差を算出する予測誤差算出手段と、
算出された前記差に基づき、前記予測を修正する手段と
を含む、制御システム。
【請求項２】
予測された前記形状および特性のうちの少なくとも１つに基づき、造形データを補正する補正手段を含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記予測手段は、前記予測誤差算出手段によって算出された前記差に基づき、造形中の特定の時刻もしくは造形後の所定時間が経過後の形状および特性の少なくとも１つを予測した予測データを修正し、
前記補正手段は、修正された前記予測データに基づき、測定対象の層の上部に積層される層の造形データを補正する、請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記予測手段は、前記測定手段が造形中の形状および特性の少なくとも１つを測定する度に、前記予測データを修正する、請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
修正された前記予測データを記憶する記憶手段を含む、請求項３または４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記補正手段は、前記予測データが許容範囲内か否かを判断し、前記許容範囲内でない場合、前記造形データを補正する、請求項３〜５のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御システムと、立体物を造形する造形手段とを含む、造形システム。
【請求項８】
造形データを基に立体物を造形する造形手段の制御をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
立体物に生じる形状および特性の少なくとも１つの変化を予測するステップと、
測定手段により、造形される立体物の形状および特性の少なくとも１つを測定させるステップと、
測定結果と前記予測との差を算出するステップと、
算出された前記差に基づき、前記予測を修正するステップと
を実行させる、プログラム。