(57)【要約】      （修正有）【課題】製造時の人手による労働の必要性を減らしかつ製造及び組立工程をより完全に自動化された加工装置を提供すること。【解決手段】製造用のツールヘッド７０６と、第1マニピュレータ７０２と、第2マニピュレータ７０４とを含む。第1マニピュレータは、要素７１０を支持しかつ操作すると共に、ツールヘッドに対して要素を位置決めするための6つの運動軸を実現するよう構成されている。第2マニピュレータは構成部品７１２を移送し、この構成部品を第1マニピュレータに支持された要素に対して選択した配向で配置する。ツールヘッドは、材料をこれら要素及び構成部品の少なくとも一方に付加するよう構成されている。第1マニピュレータ及び第2マニピュレータは、ツールヘッドに対して少なくとも6つの加工軸を実現する。【選択図】図７Ａ
2013006269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工システムであって、
製造用ツールヘッドと、
要素を支持しかつ操作するための第1マニピュレータであって、前記ツールヘッドに対して前記要素を位置決めするための6つの運動軸を実現するよう構成された第1マニピュレータと、
構成部品を移送し、前記構成部品を、前記第1マニピュレータに支持された前記要素に対して選択した配向で配置するための第2マニピュレータとを含み、
前記ツールヘッドは、材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に付加するよう構成され、
前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータは、前記ツールヘッドに対して少なくとも6つの加工軸を実現する、加工システム。
【請求項２】
前記ツールヘッドが、材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方から取り除くよう構成されている、請求項1に記載の加工システム。
【請求項３】
前記ツールヘッドが、接着材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に付加するよう構成されており、前記接着剤が前記構成部品を前記要素に固定するよう構成されている、請求項1に記載の加工システム。
【請求項４】
前記要素のパラメータを製造時に測定するよう構成されたセンサをさらに含む、請求項1に記載の加工システム。
【請求項５】
前記センサは、前記要素の測定値を生成するよう構成されたレーザ/カメラシステムを含む、請求項4に記載の加工システム。
【請求項６】
前記測定されたパラメータに応答して製造工程を調整するよう構成されたプロセッサをさらに含む、請求項4に記載の加工システム。
【請求項７】
前記要素はハードウェアを含み、前記第2マニピュレータが前記ハードウェアを検査するよう構成されている、請求項1に記載の加工システム。
【請求項８】
前記ツールヘッドが、熱溶融樹脂法プリントヘッドと、フライスヘッドと、ロボット鋳造押出し成形機とのうちの少なくとも1つを含む、請求項1に記載の加工システム。
【請求項９】
前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの少なくとも一方をどのように移動させるかを決定するよう構成されたプロセッサをさらに含む、請求項1に記載の加工システム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとを使って製品をどのように製造するかを決定するために、階層型タスクネットワークを用いるよう構成されている、請求項9に記載の加工システム。
【請求項１１】
最終製品の3次元モデルを用いて一連の命令を生成するよう構成されたソフトウェア構成要素をさらに含み、前記一連の命令が、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとのうち少なくとも1つを移動させるための命令である、請求項1に記載の加工システム。
【請求項１２】
前記一連の命令の妥当性を確認するよう構成されたシミュレータをさらに含む、請求項11に記載の加工システム。
【請求項１３】
前記要素は予め印刷された物体であって元々の形状ではない物体であり、前記要素の3次元モデルと前記予め印刷された物体の前記元々の形状の3次元モデルとを用いて一連の命令を生成するよう構成されたソフトウェア構成要素をさらに含み、前記一連の命令が、前記予め印刷された物体を前記元々の形状に戻すために、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとのうち少なくとも1つを移動させるための命令である、請求項1に記載の加工システム。
【請求項１４】
加工方法であって、
第1マニピュレータで要素を支持する段階と、
前記要素をツールヘッドに対して位置決めするため、前記第1マニピュレータを用いて、前記要素を6つの運動軸の少なくとも1つに沿って操作する段階と、
第2マニピュレータを用いて、構成部品を操作し、前記構成部品を前記要素に対して予め定められた配向で配置する段階と、
前記構成部品を前記要素に取り付ける段階と、
前記ツールヘッドを用いて材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に付加する段階とを含み、
前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータは、前記ツールヘッドに対して少なくとも6つの加工軸を実現する、加工方法。
【請求項１５】
前記ツールヘッドを用いて前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方から材料を取り除く段階をさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項１６】
前記ツールヘッドを用いて、前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に接着材料を付加する段階と、
前記構成部品を前記要素に固定する段階とをさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項１７】
製造時に前記要素のパラメータを測定する段階をさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項１８】
前記要素を操作する前記段階と、構成部品を操作する前記段階と、材料を付加する前記段階とのうち少なくとも1つを、前記測定されたパラメータに基づいて調整する段階をさらに含む、請求項17に記載の加工方法。
【請求項１９】
パラメータを測定する前記段階が、製造時に前記要素の画像を取り込む段階を含む、請求項17に記載の加工方法。
【請求項２０】
前記第2マニピュレータを用いたワイヤの配置と、前記ツールヘッドを用いた材料付加によるワイヤの形成との何れか一方によってワイヤを前記要素に付加する段階をさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項２１】
前記要素はハードウェアを含み、前記ハードウェアを検査する段階をさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項２２】
前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの少なくとも一方をどのように移動させるかを、少なくとも部分的には最終製品の設計に基づいて決定する段階をさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項２３】
前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの少なくとも一方をどのように移動させるかを決定する前記段階が、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとを用いて製品をどのように製造するかを、階層型タスクネットワークを用いて決定する段階を含む、請求項22に記載の加工方法。
【請求項２４】
製品の3次元モデルを受け取る段階と、
前記製品を製作するために、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとの少なくとも1つを移動させるための一連の命令を生成する段階とをさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【請求項２５】
前記3次元モデルを複数の中間部材に分解する段階をさらに含み、一連の命令を生成する前記段階が、各中間部材に関する一連の中間命令を生成する段階を含む、請求項24に記載の加工方法。
【請求項２６】
シミュレータを用いて前記一連の命令の妥当性を確認する段階をさらに含む、請求項24に記載の加工方法。
【請求項２７】
一連の命令を生成する前記段階が、前記製品の少なくとも1つの部材の少なくとも1つのパラメータを求める段階と、前記製品の前記少なくとも1つの部材を損傷しない製造命令を生成する段階とを含む、請求項24に記載の加工方法。
【請求項２８】
前記要素は予め印刷された物体であって元々の形状ではない物体であり、
前記要素の3次元モデルを生成する段階と、
前記予め印刷された物体の前記元々の形状の3次元モデルを受け取る段階と、
前記予め印刷された物体を前記元々の形状に戻すために、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとの少なくとも1つを移動させるための一連の命令を生成する段階とをさらに含む、請求項14に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の引用
本願は、その名称が「ロボット加工装置(Robotic
Fabricator)」である2011年6月23日にされた米国仮特許出願第61/500,300号の利益を主張し、その内容全体を引用して本明細書に記載されているものと同様に援用する。
【背景技術】
【０００２】
現在、典型的な立体印刷製造工程は、その一部が自動化されている。しかし、ほとんどの製品は完全に自動化された手段によって製造されてはいない。人間の介入及び労働がほとんど必ず必要である。従来の立体印刷では、設計は製造用の部品に分割しなければならず、訓練を積んだ作業員がそれら製造部品を印刷後に最終製品に組み立てる。従来の立体印刷技術は、例えば、米国特許第7,939,003号に記載されている。従来の立体印刷では、材料を水平プラットフォーム上に設置された要素に付着させることによって製品を印刷する。材料は一層ずつ付着させ、部品を基層から作り上げていく。印刷される物体の配向は印刷が開始される前に決定され、物体の配向は印刷が完了するまで一定である。すなわち、この配向は製造時に変更されることはない。従来の立体印刷は、物体を基層から製作して上へ移動し、材料を後から前の層または物体の側部に加えることはできない。
【０００３】
さらに、従来の立体印刷では、材料を付着できる領域は、材料を付着する基部が存在する箇所だけである。印刷する製品がオーバーハングを必要とするか後続層でより大きくなる場合、先行する平面上の基部を超えて延伸する材料を支持するために支持構造物が使用される。この支持構造物は印刷完了後に除去されるので、製造段階で余分の処理及び作業者の介入を必要とする。製造段階での作業者の介入は製造コスト高を招く上に、製造現場における安全リスクを増大させる。支持構造物のコストも製造コストを増大させる。
【０００４】
さらに、従来の立体印刷では、コネクタや締め具を用いて製品の構成部品を互いに固定すると、製品の構成部品を融着すると継ぎ目ができてしまう。コネクタ、締め具、継ぎ目、及びそれに類する境界面は、しばしば最終製品の破損の原因となる。コネクタ、締め具、継ぎ目、及びそれに類する構成部品境界面の数を減少できる製造装置は、最終製品の品質を向上させ、製品の破損を減少させる。従来の立体印刷は、製品設計を形成するのに大きな労力を必要とし、最終製品を組み立てるのに作業者の介入を必要としてきた。熟練作業者の援助または介入なして設計から最終製品を製造可能な装置は、効率と製造における様々な可能性を増加させる。
【０００５】
本明細書で記載するシステム及び方法は、製造時の人手による労働の必要性を減らしかつ製造及び組立工程をより完全に自動化することによって、製造コストを減少させ、製品の品質を向上させ、製造現場の安全性を向上させる。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に記載したシステム及び方法は、加法的及び減法的製造を原位置での部品配置と融合して、完全自動のオールインワン製品製造を可能とする加工装置/方法を含む。製品の製作は、前記製品をシード要素から完成品まで扱う6軸産業用ロボットマニピュレータ(主マニピュレータ)がその中心となる。前記主マニピュレータは、加法的製造及び減法的製造(立体印刷、フライス削り、及びドリル加工)などの製造工程を実行するために前記製品を位置決めする。副マニピュレータが、構成部品のピックアンドプレース及びワイヤの配置やハードウェア検査などの2次的製造作業を行う。1つの特徴によれば、オールインワン製品製造では、作業者が介入せず、製品設計が単純で、生産効率が高いので、装置のプロトタイプを製造したり、小規模生産運転を行ったりする能力が増大する。
【０００７】
代替的には、本明細書で記載したシステム及び方法は、製造工程の実行時に、製造中の装置のパラメータや特性を測定可能なセンサ(典型的には高精度センサ)を含む。例えば、一実施形態では、前記システムは、製作中の装置の正確な測定値を生成する精密走査装置を含む。別の実施形態では、前記システムはレーザ/カメラ・センサシステムを含む。前記センサが収集した情報は、製造工程の後の段階を調整するためにこの装置によって使用される。一様態では、原位置モニタリングは、加法及び減法工程を検査かつ調節することで品質管理を実現する。前記システムは、前記センサからのフィードバックによって、例えば許容差、寸法、及び質量などの製品の品質を推定可能となる。
【０００８】
一様態では、加工システムは、製造用ツールヘッドと、第1マニピュレータと、第2マニピュレータとを含む。前記第1マニピュレータは、要素を支持しかつ操作すると共に、前記ツールヘッドに対して前記要素を位置決めするための6つの運動軸を実現するよう構成されている。前記第2マニピュレータは構成部品を移送し、前記構成部品を前記第1マニピュレータに支持された前記要素に対して選択した配向で配置する。前記ツールヘッドは、材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に付加するよう構成されている。前記第1及び第2マニピュレータは、前記ツールヘッドに対して少なくとも6つの加工軸を実現する。
【０００９】
一実施形態によれば、前記ツールヘッドは、材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方から除去するよう構成されている。別の実施形態では、前記ツールヘッドは、接着材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に付加するよう構成されている。前記接着材料は、前記構成部品を前記要素に固定するよう構成されている。別の実施形態では、前記ツールヘッドが、熱溶融樹脂法プリントヘッドと、フライスヘッドと、ロボット鋳造押出し成形機とのうちの少なくとも1つを含む。
【００１０】
他の実施形態によれば、前記加工システムは、前記要素のパラメータを製造時に測定するよう構成されたセンサを含む。前記センサは高精度センサでよい。一例では、前記センサは、前記要素の測定値を生成するよう構成されたレーザ/カメラシステムを含む。一実施形態では、前記加工システムは、前記測定されたパラメータに応答して製造工程を調整するよう構成されたプロセッサを含む。別の実施形態によれば、前記加工システムは、前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの少なくとも一方をどのように移動させるかを決定するよう構成されたプロセッサを含む。他の実施形態では、前記プロセッサが、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとを使って製品をどのように製造するかを決定するために、階層型タスクネットワークを用いるよう構成されている。一実施形態によれば、前記要素はハードウェアを含み、前記第2マニピュレータは前記ハードウェアを検査するよう構成されている。
【００１１】
一実施形態では、前記加工システムは、最終製品の3次元モデルを用いて一連の命令を生成するよう構成されたソフトウェア構成要素を含み、前記一連の命令が、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとのうち少なくとも1つを移動させるための命令である。前記一連の命令は、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとの少なくとも1つに、前記製品を製作するための移動を指令できる。一実施形態では、前記加工システムは、前記一連の命令の妥当性を確認するよう構成されたシミュレータをさらに含む。
【００１２】
他の実施形態では、前記要素は予め印刷された物体であって元々の形状ではない物体であり、前記加工システムは、前記要素の3次元モデルと前記予め印刷された物体の前記元々の形状の3次元モデルとを用いて一連の命令を生成するよう構成されたソフトウェア構成要素をさらに含み、前記一連の命令は、前記予め印刷された物体を前記元々の形状に戻すために、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとのうち少なくとも1つを移動させるための命令である。一例では、前記加工装置を用いて、損傷した予め印刷された物体を修理できる。
【００１３】
別の様態では、加工方法は、第1マニピュレータで要素を支持する段階と、前記要素をツールヘッドに対して位置決めするため、前記第1マニピュレータを用いて、前記要素を6つの運動軸の少なくとも1つに沿って操作する段階と、第2マニピュレータを用いて、構成部品を操作し、前記構成部品を前記要素に対して予め定められた配向で配置する段階と、前記構成部品を前記要素に取り付ける段階と、前記ツールヘッドを用いて材料を前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に付加する段階とを含む。前記第1及び第2マニピュレータは、前記ツールヘッドに対して少なくとも6つの加工軸を実現する。
【００１４】
一実施形態によれば、前記方法は、前記ツールヘッドを用いて前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方から材料を取り除く段階を含む。別の実施形態では、前記方法は、前記ツールヘッドを用いて、前記要素及び前記構成部品の少なくとも一方に接着材料を付加する段階と、前記構成部品を前記要素に固定する段階とを含む。別の実施形態では、前記方法は、ワイヤを前記要素に付加する段階を含む。前記ワイヤを付加するには、前記第2マニピュレータを用いて配置してもよいし、前記ツールヘッドを用いたワイヤの形成による材料付加によるものとしてもよい。一実施形態では、前記要素はハードウェアを含み、前記方法は前記ハードウェアを検査する段階を含む。
【００１５】
他の実施形態によれば、前記加工方法は、製造時に前記要素のパラメータを測定する段階をさらに含む。一実施形態によれば、前記方法は、前記要素を操作する前記段階と、構成部品を操作する前記段階と、材料を付加する前記段階とのうち少なくとも1つを、前記測定されたパラメータに基づいて調整する段階を含む。さらなる実施形態ではは、パラメータを測定する前記段階が、製造時に前記要素の画像を取り込む段階を含む。
【００１６】
一実施形態では、前記加工方法は、前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの少なくとも一方をどのように移動させるかを、少なくとも部分的には最終製品の設計に基づいて決定する段階をさらに含む。一例では、前記第1マニピュレータ及び前記第2マニピュレータの少なくとも一方をどのように移動させるかを決定する前記段階が、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとを用いて製品をどのように製造するかを、階層型タスクネットワークを用いて決定する段階を含む。
【００１７】
他の実施形態では、前記加工方法は、製品の3次元モデルを受け取る段階と、前記製品を製作するために、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとの少なくとも1つを移動させるための一連の命令を生成する段階とをさらに含む。前記加工方法は、前記3次元モデルを複数の中間部材に分解する段階をさらに含み、一連の命令を生成する前記段階が、各中間部材に関する一連の中間命令を生成する段階を含む。一実施形態では、前記加工方法は、シミュレータを用いて前記一連の命令の妥当性を確認する段階を含む。他の実施形態では、一連の命令を生成する前記段階が、前記製品の少なくとも1つの部材の少なくとも1つのパラメータを求める段階と、前記製品の前記少なくとも1つの部材を損傷しない製造命令を生成する段階とを含む。
【００１８】
別の実施形態によれば、前記要素は予め印刷された物体であって元々の形状ではない物体であり、前記加工方法が、前記要素の3次元モデルを生成する段階と、前記予め印刷された物体の前記元々の形状の3次元モデルを受け取る段階と、前記予め印刷された物体を前記元々の形状に戻すために、前記第1マニピュレータと、前記第2マニピュレータと、前記ツールヘッドとの少なくとも1つを移動させるための一連の命令を生成する段階とをさらに含む。一例では、損傷した予め印刷された物体を修理するために前記加工方法が用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
次の図は、本発明の幾つかの例示的な実施形態を示すもので、類似の参照番号は類似の要素を示す。これらの図示された実施形態は一定の比率で描かれていないかもしれないが、本発明を例示するものであり、何れの意味でも限定的でないものとして理解すべきである。
【図１】本発明の一実施形態による加工装置を示す。
【図２】従来の立体平面状表面印刷を示す。
【図３】本発明の一実施形態による非平面状表面印刷を示す。
【図４】本発明の一実施形態による加工装置の構成部品を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態による製作方法のフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態による動的製作方法のフローチャートである。
【図７】(A)  本発明の一実施形態による2つのマニピュレータを用いた製造過程を示す。  (B)  本発明の一実施形態による2つのマニピュレータを用いた製造過程を示す。
【図８】(A)  本発明の一実施形態による2つのマニピュレータを用いた製造過程を示す。  (B)  本発明の一実施形態による2つのマニピュレータを用いた製造過程を示す。
【図９】(A)  本発明の一実施形態による接着剤を用いた製造過程を示す。  (B)  本発明の一実施形態による接着剤を用いた製造過程を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
製造及び組立工程をより完全に自動化し、従って作業者の労力を減少できるシステム及び方法が提供される。一例では、加工装置は、6軸産業用ロボットマニピュレータを含み、加法的及び減法的製造と原位置部品配置とを融合して、完全自動のオールインワン製品製造を可能とする。この6軸ロボットマニピュレータ(主マニピュレータ)は、製造作業(例えば、立体印刷、フライス削り、及びドリル加工)を行うために要素を位置決めする。副マニピュレータが、構成部品のピックアンドプレース及びワイヤの配置やハードウェア検査などの2次的製造作業を行う。このシステムは、製造工程の実行時に、製造中の製品のパラメータや特性を測定可能な1つまたは複数のセンサを含むことができる。例えば、一実施形態では、このシステムは、製作中の製品の正確な測定値を生成する精密ビジュアル走査装置を含む。このセンサが収集した情報は、製造工程の後の段階を調整するために加工装置に使用される。
【００２１】
図1は、本発明の一実施形態による加工装置100の透視図である。加工装置100は、主マニピュレータ102と、副マニピュレータ104と、とツールヘッド106とを含む。主マニピュレータ102は、製造時に要素110を支持し、位置決めする。主マニピュレータ102は、シード要素から完成品までの要素110を扱う6軸産業用ロボットマニピュレータである。主マニピュレータ102は、加法的製造及び減法的製造などの製造工程を実行するために要素110を位置決めする。特に、主マニピュレータ102は、要素110をツールヘッド106と相互作用させるために配向し、これが加法的及び減法的製造機構を実現する。ツールヘッド106は、熱溶融樹脂法(FDM)プリントヘッドと、フライスヘッドと、ロボット鋳造押出し成形機とのうちの1つまたは複数を含むことができる。様々な例によれば、加法的及び減法的製造技法は、立体印刷、フライス削り、及びドリル加工を含む。一例では、ワイヤを布線する代わりに、導電材料(または別の材料)を指定経路に沿って付加してもよい。
【００２２】
図3を参照して後に詳述するように、主マニピュレータ102による要素110の6軸操作は、非平面的な材料付着経路を実現し、支持材料を用いなくても製造が可能となる。一実施形態では、ツールヘッド106は1つの方向(例えばZ軸)から材料を付加し、主マニピュレータ102及び副マニピュレータ104は要素をツールヘッド106に対して移動させ、工具加工される要素の表面または材料が付加若しくは除去される要素の表面は、ツールヘッド106に概ね直交している。例えば、ツールヘッド106が、Z軸に沿って垂直に要素110の上部に材料を加える場合、工具加工される表面は水平のX-Y平面内に位置決めされる。他の実施形態では、ツールヘッド106及び要素110のうち1つまたは複数の配向は、上記と異なっていてもよい。
【００２３】
副マニピュレータ104は、構成部品のピックアンドプレース及びワイヤの布線やハードウェア検査などの2次的製造作業を行うために使用される。副マニピュレータ104は、製造時に、ピックアンドプレース用リール及びトレー112から構成部品を取り、要素110に対してこれら構成部品を位置決めする。図7A〜7B、8A〜8B、及び9A〜9Bを参照して詳述するように、これら構成部品は製品110に取り付けることができる。一実施形態によれば、加工装置100は、加法的及び減法的製造を原位置での部品配置と融合して、完全自動のオールインワン製品製造を可能とする。
【００２４】
一実施形態では、加工装置100は、要素110の製造時に、要素110のパラメータや特性を測定する1つまたは複数のセンサを含んでいる。これらセンサの1つまたは複数は高精度センサとしてよい。これらセンサは、マシンビジョンシステム、1ミリメートル未満平面マシンビジョンシステム、及び立体マシンビジョンシステムのうち1つまたは複数を含むものとしてよい。一例では、図1に示したように、加工装置100は、平面レーザ/カメラシステム114を含むことができる。平面レーザ/カメラシステム114は、製造時に、要素110の高精度の測定値を生成する。平面レーザ/カメラシステム114は固定位置に配置して、対象物体をレーザで照射してカメラで撮影すればよい。レーザ線の写真を用いて3次元データを生成できる。画像の生成時に、レーザ線平面を通過するように物体を移動させることで、製品の立体画像を生成できる。平面レーザ/カメラシステム114を使用して高解像度平面画像と高解像度立体画像とを生成できる。レーザ/カメラシステムの一例は、シック社(SICK,
Inc.)のレンジャー(Ranger)システムである。別の実施形態では、このセンサは赤外電界及びカメラを含むことができる。センサが収集した情報は、製造工程の後の段階を調整するためにこの装置によって使用される。従って、このシステムは、製造工程を動的に修正または調整できる。例えば、付加する工程において、余分な材料が付着した場合、センサがその余剰分を検出かつモデル化し、後続の段階が加法段階であるか減法段階であるかに関わらずその後続段階を調整してこの余剰分に対応できる。特に、後続の製造段階は、後続の加法工程においてより少ない量の材料を付加するか、後続の減法工程においてより多い量の材料を除去するように調整すればよい。
【００２５】
一実施形態によれば、これらセンサは、製造工程を原位置でモニタリングするために使用できる。このモニタリングは、加法及び減法工程を検査かつ調整することで品質管理を実現する。このシステムは、これらセンサからのフィードバックによって、例えば許容差、寸法、及び質量などの製品の品質を推定可能となる。許容差は、温度許容差及び応力許容差を含むことができる。
【００２６】
加工装置100は、生センサデータを処理するソフトウェアを含むことができる。生センサデータは製造工程の予想状態と比較できる。一実施形態によれば、それ以降の製造段階は、このセンサデータに基づいて調整すればよい。
【００２７】
一例では、このシステムの解像度は512×1396ピクセルであり、深さ情報は1ピクセルの約16分の1まで解像できる。他の例では、これ以外の解像度でもよい。従って、高精度センサは非常に小さなフィーチャーすなわち特徴を解像できる。一実施形態では、センサシステムが、加工装置100の製造空間の角に配置される。主マニピュレータ102及び副マニピュレータ104により、構成部品または要素は走査のためセンサシステムを通される。走査された構成部品または要素に関する情報を用いてそれ以降の製作段階を調整でき、品質管理にも使用できる。一例では、ソフトウェアが、こうした走査結果を現在の製作状態としてこの物体のCADモデルに登録し、この走査結果は仕様と比較される。このCADモデルは、加工装置100のドライバにより生成可能である。この走査結果を仕様と比較することによって、走査結果の仕様との一致を定量化できる。これによって、製作時の配置誤差、位置合わせ誤差、付着誤差、及びこれ以外の種類の不一致を検出できる。一例では、マシンビジョンシステムは、仕様から異なる部分であって、不合格または再加工すべき部分を識別できる。CADモデルとの比較は、平面走査を用いることもできるが立体走査を用いて行えばよい。
【００２８】
一実施形態では、センサシステムにより識別される不一致は、物体に登録された座標系で記録をとることができ、製造機100はこれに対応して、その後の製造において識別した差異を修正できる。1つの特徴によれば、これにより緊密に統合された工程内妥当性確認システムが実現し、これは、組立合格/不合格チェックよりも高度なシステムである。一実施形態では、製造工程における検査から得られるセンサデータはアーカイブされ、製品に埋め込まれた識別子(例えば、無線認識票または3次元バーコード)に関連付けられる。このセンサデータを用いて後にこの物体を一意に識別でき、さらに、例えば不良解析などのこの物体の分析に使用できる。
【００２９】
様々な実施形態によれば、加工装置100は様々な製品を製造するために使用できる。これを使用すれば立体印刷工程で現在製造されている任意の製品を製作でき、さらに、これを使用して様々な電子機械的装置を製作できる。代表的な製品は、MP3プレーヤー、ラジオ、携帯電話、携帯個人情報端末、タブレット型コンピュータに加え、遠隔操作車両及び偵察陸上車両などの小型陸上車両を含む玩具の車またはヘリコプターなどの玩具を含む。
【００３０】
シード中心製作(Seed-Centric
Fabrication)
一実施形態によれば、加工装置100による製品の製作はシード要素(seed item)の選択から開始される。製品全体は、シード要素上にかつその周囲に構築される。シード要素として選択される要素110は任意のものである。一実施形態では、このシード要素は組立計画ソフトウェアにより定義される。例えば、携帯電話の製作に関し、シード要素は、バッテリ、マザーボード、または携帯電話に含まれる任意の他の要素とすればよい。一実施形態では、携帯電話の製造用の組立計画ソフトウェアは、シード要素をバッテリとすることを指定できる。一実施形態では、図3を参照して詳述するように、加工装置100は物体を分析し、同一の要素を製造するための組立計画アルゴリズムを特定する。
【００３１】
シード中心製造アプローチは、立体印刷におけるビルドトレーの使用と比較できる。しかし、加工装置100によるもののようなシード中心製造では、シード要素は最終製品の一部となりうる。立体印刷では、ビルドトレーは、例えばトレーから製品をはぎ取ることによって除去される。
【００３２】
非平面印刷
従来の立体加法製造技術(立体プリンター)は平面的であり、一般に3自由度(すなわち3軸)X-Y-Zを用い、物体を一度に1層ずつ構築していく。例えば、典型的な熱溶融樹脂法(FDM)プリンタは、ビルドトレーをX-Y水平面内で平行移動させ、各層が印刷されると、このプリンタが、トレーをZ軸に沿って下に(或いはプリントヘッドを上に)移動させて新たな層を開始する。特に、従来の立体プリンタでは、物体は何れの軸の周りを移動させることもできない。すなわち、物体は、印刷時にX軸、Y軸、またはZ軸を中心に自動的に回転させることはできない。3軸のみの使用は、材料の付着が現在の動作平面に限定されるので、材料の付着方法及び立体印刷部材の全体的な複雑性という点において本質的に制限されてしまう。
【００３３】
図2は、平面状表面印刷(従来の立体印刷)200を示す。図2に示すように、平面状表面印刷では、ツールヘッド202は、単一平面204の表面上の位置において材料を要素208に付加することしかできない。従来の立体プリンタは、製作にあたって単純なX-Yプラットフォーム206を使用して要素208を支持する。さらに、要素208の先行平面上の下位表面をオーバーハングする材料またはその表面を超えて延伸する材料を付加するには、一般に、立体プリンタは支持材料210を必要とする。
【００３４】
図3は、一実施形態による非平面状表面印刷300を示す。非平面状表面印刷300では、要素304を任意位置及び配向で保持できる。これにより加工装置は、要素304の表面上の任意点に任意の方向から材料を付着できる。図1に示した主マニピュレータ102のようなマニピュレータは、要素を異なる6軸に沿って動かすことができ、材料を付加(或いは除去)するため、要素304の任意表面をツールヘッド302の下方に配置できる。加工装置100は加工軸の数を6軸以上に増加し、加工装置100による任意平面及び/または配向における動作並びに材料及び構成部品の付着が可能となる。図3に示したように、加工軸は、X軸、Y軸、及びZ軸並びにX軸、Y軸、及びZ軸のそれぞれを中心とした回転も含む。単純なX-Yプラットフォームを使用する代わりに、加工装置100は、主マニピュレータ102のような6軸産業用ロボットマニピュレータを使用して付加的な自由度を提供する。
【００３５】
1つの特徴によれば、主マニピュレータが要素110を任意の選択した配向に位置決めできるため、加工装置100は支持材料を使用しなくても製品を製造できる。従って、要素304は角度を付けて位置決めしまたは横倒しに配置し、材料が付着される表面をツールヘッドに直交させることができる。概して、一例では、ツールヘッドは材料を垂直のZ軸から付着させる。そして、要素は、工具加工される表面がツールヘッドに対して概ね水平で直交するように位置決めされる。従って、部分的には6軸以上の位置決め機能のおかげで、物体は支持材料を用いないで印刷可能である。この位置決め機能を計画アルゴリズム及び加法製造工程と組み合わせることで、支持材料を必要としないが、いかなる立体形状を備えた物体であっても概ね印刷可能な製造工程が実現する。
これは、図2を参照して上述したような、3次元形状のオーバーハングを取り扱うには支持材料を必要とする従来の立体印刷技術とは対照的である。支持材料を使用すればそれを除去するために印刷部材の後処理が必要となるため、支持材料を不要としたことで効率と安全性とが向上する。これら支持材料すなわち支持体は、手作業でまたは支持材料を溶解する危険な薬浴で除去される。支持材料の手動除去は時間を要する作業であり、薬浴は危険である。従って、製品を製造するために加工装置100を使用すれば、製造効率及び安全性が向上する。
【００３６】
例えば加工装置100を使用する非平面印刷用の計画アルゴリズムは、第1の概略計画段階と第2の詳細計画段階との2つの計画段階を含むことができる。一例では、電気機械的装置などの製品の計算機支援設計(CAD)モデルが、2つの段階の組立命令にマッピングされる。第1の概略計画段階は、設計を中間構造物に分解する段階を含むことができる。第2の概略計画段階は、それぞれの中間構造物を実現するための一連の命令を生成する段階を含むことができる。この計画アルゴリズムは、各構成部品のシード要素または製品上における正確な配置、各構成部品をシード要素上に配置する順序、様々な構成部品の固定方法、材料の付着箇所、及び付着させる材料の量を特定する段階のうち1つまたは複数を含むことができる。一実施形態では、加工装置100のドライバが、最終製品を製作するための組立計画を生成する。この組立計画はシミュレータによって妥当性を確認でき、この計画を製品品質予測部への入力として用いてもよい。製造時に、製品は主マニピュレータと副マニピュレータとの間で移送され、下に置いたり再び取り上げられたりする。
【００３７】
一実施形態によれば、加工装置100には完成製品設計を与えることができ、加工装置100は、製品の製造にはどの構成部品及び材料が必要か、製品の様々な部材をどのように印刷すなわち製作するのか、さらに製品をどのように組み立てるのかなどを特定できる。一例では、ドメイン固有プランナー(domain-specific
planner )を用いてCADモデルを中間部材に分解する。このドメイン固有プランナーは組立段階の順序を決定し、一例では、それぞれの組立段階の実行をスケジュールできる。このプランナーは、階層型タスクネットワークなどの再帰的分割モチーフを用いることができる。1つの特徴によれば、このプランナーにより用いられるモチーフは、ハイレベル段階の許容シーケンスを定めることによって計画検索空間を減少させる。こうしたモチーフは、ドメイン固有ヒューリスティックを複合プロセスモデルの形式で符号化できる。
【００３８】
一例では、このプランナーは、3つの異なるモチーフのうち1つを用いて、回路基板及びケースを含むルーターを製作するための組立命令を生成することができる。第1のモチーフでは、第1段階がケース底部を製作し、次に回路基板をこのケース底部に載置し、さらに基板上に印刷してケース筐体を完成する。第2のモチーフでは、第1段階がケース底部を製作し、次に回路基板をこのケース底部に載置し、さらに別に製作したケースをこのケース底部に載置する。第3のモチーフでは、ケースはほぼ完成状態まで印刷され、その後、回路基板がこのケース底部内部に載置され、次にケースが密封される。
【００３９】
特定の製品に使用されるモチーフは、その製品の構成部品に依存させてもよい。例えば、上述の例に関して、ケースの印刷に使用される印刷材料の温度が回路基板の耐えうる温度より高い場合、回路基板の上にケース筐体を印刷する第1モチーフは使用されない。分解モチーフ及び温度制約などの様々な構成部品に関する情報は、プランナーへの入力とすればよい。一実施形態によれば、このプランナーは幾何学的形状に基づいて動作し、さらに、中間組立段階を計算し、印刷適性及び熱放散などの製造制約条件を満足させうるインターフェースエンジンを含む。
【００４０】
一例では、製品全体は、多重分解能におけるグリッドとして表される。このグリッドは3次元グリッドでも2次元グリッドでもよい。このグリッドは、製品をどのように多数の構成部品またはサブタスクに分解するか決定するために用いてもよい。これら構成部品すなわちサブタスクが特定されると、加工装置100は、それぞれのサブタスクを完了するには、ツールヘッド106または副マニピュレータ104に対して要素110をどの配向で位置決めすべきかを決定する。例えば、材料を加えてグリッド内で指定された形状を形成するため、加工装置100は、3次元(X-Y-Z平面)内で、主マニピュレータ102による6つの運動軸に沿って、要素110をツールヘッド106に対してどの箇所にどの様に位置決めするかを決定できる。製造機100は、製造に関わる計算で使用できる1つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。
【００４１】
加工装置100は、導電材料をワイヤ経路に沿って付着させることでワイヤを印刷するのに使用してもよい。特に、ワイヤは2つ以上の電機部品を接続するために使用できる。一実施形態では、経路計画アルゴリズムを使用してワイヤを印刷するための設計経路を特定できる。別の実施形態では、製品設計で配線レイアウトを指定してもよい。従来の立体プリンタでは、製品の配向は印刷開始の前に決定され、印刷が完了するまで変更されなかった。対照的に、加工装置100は、印刷時に物体の配向を変化させることができる。従って、初期製品配向が選択された後、物体の連続的位置決め及び配向を選択して製造を最適化できる。
【００４２】
図4は、本発明の一実施形態による加工装置100の構成部品を示すブロック図400である。図4に示したように、加工装置100は、電子機械的設計のCADモデルなどの立体設計(電子部品が識別されている)を入力として受け取り、この入力された設計に一致した一意に識別可能な物理的製品404を製造する。ドライバ406は、この設計を実行可能な命令にマッピングし、製品の幾つかの特性を予測し、これら命令を実行モニタ要素408に渡す。ドライバ406はこの立体設計を中間部材に分解できる。ドライバ406は、製品の製作をシミュレートし、シミュレートされた製品の様々なパラメータをテストするシミュレータを含むことができる。
【００４３】
実行モニタ要素408は加工部410と通信する。製作しかつテストする(センサデータを収集する)ための命令は加工部410に送られる。加工部410はセンサを含み、センサデータを実行モニタ要素408に送る。従って、一実施形態では、加工部410は製品を加工・製作しつつ、製造過程を監視する実行モニタ要素408と通信する。出力は物理的製品404であり、これには、製品404を製作段階と、製品の品質予想と、製作工程において収集される重大なセンサデータとに関連付ける識別子(例えば、無線認識票または3次元バーコード)が付随する。
【００４４】
図4の破線は、連続的な設計・製作ループをサポートするオプションの追加機能を示す。例えば、製作された製品404の異常が実行モニタ要素408により検出された場合は、実行モニタ要素408は更新設計命令を要求するため、ドライバ406と通信できる。同様に、ドライバ406は、更新設計を要求するため設計ツールと通信できる。
【００４５】
図4に示すように、加工装置100のアーキテクチャは設計ツールの出力を使用し、一意に識別可能な製品404を製造する。ドライバ406は組立計画を生成し、加工部410はこの計画を実行して設計された物体を製作する。1つまたは複数のセンサによる実行監視は、実時間での品質管理を実現する。
【００４６】
一実施形態によれば、ドライバ406は人工知能(AI)計画技法及びヒューリスティック探索を用いて、立体設計を組立段階に製造モチーフを用いてマッピングする。ドライバ406は製品の部材を決定し、さらに印刷と組立の順序を決定する。形状形成要素が、実行可能な加工部計画を生成し、どのような材料をどの角度からどの程度の厚さで付着するかを定める。計画は品質を予測するために処理され、さらに、シミュレータにおいて検証し、視覚化できる。幾つかの実施形態によれば、ドライバ406はハードウェア又はソフトウェアで実現可能であり、或いはハードウェアとソフトウェアの組合せによっても実現可能である。
【００４７】
一実施形態では、加工部410は、非平面印刷を原位置組立と組み合わせる。非平面印刷を実行するには、6軸の主マニピュレータにより保持された小型シード要素を加法製造の基礎として使用する。原位置組立では、回路基板、モータ、バッテリなどの構成部品を部分的に印刷された製品内に配置する。
【００４８】
別の実施形態によれば、実行モニタ要素408は、センサデータの収集及び分析を介して製作と製品検査とを交互に行う。実行モニタ要素408は、1ミリメートル未満平面マシンビジョンシステムまたは1ミリメートル未満立体マシンビジョンシステムを使用すればよい。1つの特徴によれば、センサデータ分析が製作異常を示す場合は、実行モニタ要素408はドライバ406と通信することができ、組立計画は、それを補正するため調整できる。幾つかの実施形態によれば、実行モニタ要素408はハードウェア又はソフトウェアで実装可能であり、或いはハードウェアとソフトウェアの組合せによっても実装可能である。
【００４９】
ブロック図400に示したように、加工装置100はモデル/制約要素412を含み、この要素412は、妥当な組立計画を生成するためにソフトウェアドライバで使用される製造制約及びモチーフを含む。加工装置100は要素ライブラリ414も含むことができ、このライブラリは、原位置組立に使用可能な構成部品の仕様及び物理的特性を収集したものである。一例では、ライブラリ414は、電子産業で使用される構成部品の仕様及び物理的特性を含むことができる。
【００５０】
図5は、本発明の一実施形態による製作方法500のフローチャートである。ステップ502において、要素が第1マニピュレータにより支持される。ステップ504で、第1マニピュレータは、要素を6つの運動軸の少なくとも1つに沿って操作し、要素をツールヘッドに対して位置決めする。ステップ506では、第2マニピュレータが1つの構成部品を操作し、この構成部品を要素に対して予め定められた配向で配置する。ステップ508では、構成部品が要素に取り付けられる。一例では、構成部品は要素にはめ込まれ、取り付けられる。別の例では、接着剤が要素及び構成部品の少なくとも一方に塗布され、これら要素と構成部品とを互いに固定する。ステップ510では、ツールヘッドを使用して材料をこれら要素及び構成部品の少なくとも一方に付加する。一例によれば、ツールヘッドは、追加の材料を付加する前にすでに付着させた材料が乾くのを待つ。別の例では、主マニピュレータは、要素を再位置決めする前に材料が乾くのを待つ。材料が乾燥するのに要する時間は、材料と要素に依存する。幾つかの例では、材料が乾燥するのに約1秒または約0．5秒未満を要する。他の実施形態では、ステップ508で構成部品が要素に取り付けられる前に、ツールヘッドを使用して材料をこれら要素及び構成部品の少なくとも一方に加えてもよい。さらに、ツールヘッドを使用して材料をこれら要素及び構成部品の少なくとも一方から材料を除去してもよい。
【００５１】
図6は、一実施形態による動的製作方法の一部を示すフローチャート600である。ステップ602において、ツールヘッドを使用して材料を要素に加えたり、要素から材料を除去したりする。ステップ604において、要素のパラメータが測定される。一実施形態では、センサを使用してこの要素のパラメータを測定する。ステップ606では、測定されたパラメータを用いて後続ステップを調整するかどうかを決定する。後続ステップを調整する必要がなければ、この方法はステップ602に戻る。測定されたパラメータに基づいて後続ステップを調整する必要があれば、この方法はステップ608に進み、後続ステップが調整される。一例によれば、後続ステップはプロセッサによって調整してもよい。この動的製作方法は、例えば、製品の製作が完成した時点で終了できる。
【００５２】
原位置組立
一実施形態によれば、上述したように、製品は、加工装置100内部で初期要素110と、構成部品と、様々なツールヘッド106とを使って原位置で製作される。製品全体を原位置製作することで、例えば作業者の労力を最小化することで効率が向上し、コストが減少する。図7A〜7B、8A〜8B、及び9A〜9Bは、構成部品を配置する動作の幾つかの例を示す。これら動作は、加工装置100の設定として構成できる。
【００５３】
ピックアンドプレース組立は、構成部品(集積回路、コンデンサ、抵抗など)をプリント回路基板上に自動配置するため電子産業で広く用いられている。従来のピックアンドプレース機はロボットマニピュレータを用いて、複数の構成部品テープアンドリールまたはトレーから構成部品を選択し、その構成部品を製品まで平行移動し、製品上に配置する。様々な装置製造者からの広範囲の装置に対応するため、標準化された接合面及び組立手順が開発されている。
【００５４】
上述のように、加工装置100は、6自由度で動作する付加的機能を用いたピックアンドプレース製造方法を採用しているので、製品組立の任意の場所に構成部品を配置できる。組立製品において様々な構成部品を使用可能にするため、構成部品の幾つかの配置及び固定動作が可能である。
【００５５】
図7A及び7Bは、一実施形態による2つのマニピュレータ及び同期アーム設定600を用いた製品の製作を示す。図7Aに示したように、主マニピュレータ702は要素710を保持し、位置決めする。副マニピュレータ704は構成部品712を保持する。副マニピュレータ704は、構成部品712の位置と要素710の位置とを同期させ、図7Bに示したように、構成部品712を要素710上の正しい位置で確実に保持する。副マニピュレータ704は、要素710が動のように配向されていても、位置同期及び構成部品712の配置動作を実行できる。支持構造物を構成部品712上に及び/またはその周囲に作製し、構成部品712を要素710上の定位置に確実に固定するため、1つまたは複数の加法製造ツールヘッド706が、材料を要素710及び構成部品712の少なくとも一方に付加する。1つの特徴によれば、図7A及び7Bに示した構成部品の配置動作をより大型かつ／または複雑な構成部品を含む動作に使用できる。
【００５６】
図8A及び8Bは、一実施形態による2つのマニピュレータ及び支持構造物設定700を用いた製作を示す。図8Aに示したように、構成部品812が要素810上に配置される前に、支持構造物808a及び808bが要素810に付加される。具体的には、主マニピュレータ802が要素810を正しい位置に保持する間に、ツールヘッド806が材料を要素810に付加して支持構造物808a及び808bを形成する。一実施形態によれば、支持構造物808a及び808bは、摩擦制約を利用して構成部品812を要素810上の正しい位置で保持するように構成されている。図8Bに示すように、支持構造物808a及び808bが要素810に付加された後、副マニピュレータ804が、要素810上で支持構造物808a及び808bによって形成された位置に構成部品812を取り付ける。構成部品812は摩擦の作用によって要素810上の定位置で確実に保持でき、付加的な材料の付着により要素810で埋め込み可能である。一実施形態によれば、支持構造物808a及び808bは、単一の結合された支持構造を形成し、図8A及び8Bの図はこの支持構造の断面図を示している。
【００５７】
図9A及び9Bは、製作過程で接着剤914を使用して構成部品912を要素910に固定するための一実施形態を示す。接着剤914を構成部品912が取り付けられる要素910の表面に塗布するため、主マニピュレータ902は、要素910をツールヘッド906に対して位置決めする。主マニピュレータ902は、接着剤914がこの表面に均等に塗布されるように要素910を動かすことができる。接着剤914を要素910に塗布した後、副マニピュレータ904が構成部品912を要素910の上に載置する。接着剤914は構成部品912を要素910上の定位置に強固に保持し、付加的な付着材料によって構成部品912を要素910上で埋め込むことができる。
【００５８】
様々な例では、要素に付加される構成部品は、プロセッサ、マザーボード、バッテリ、表示装置、メモリドライブ、ワイヤ、ボタン、及びユーザインターフェースを含む。幾つかの例では、これら構成部品は予備製造しておき、その後、要素または製品に固定してもよい。他の実施形態では、1つまたは複数のツールヘッドを使用して様々な予め選択した材料を要素に加えて、これら構成部品を要素上で直接的に形成してもよい。例えば、ワイヤを要素に取り付ける代わりに、ツールヘッドを用いて導電性材料の線を付加してもよい。同様に、絶縁材料を要素に加えることもできる。他の例では、製作時に、任意の種類の材料を要素に加えてよい。こうした材料には、例えば、熱可塑性樹脂、ウレタン、ウレタンゴム、シリコン、セラミック、ステンレススチール、アルミ、及びチタンのうち1つまたは複数が含まれる。

【００５９】
代表的な製造及びツーリングヘッド
加工装置100は1つまたは複数のツールヘッド106を含む。一実施形態によれば、十分な数のツールヘッド106を加工装置100に含めて、要素110のすべてのツーリングが、加工装置100の主マニピュレータ102の作業領域内で実行されるようにしてもよい。一般に、加工装置100の製作方法の多くは、加法製造技法の使用を含む。1つの特徴によれば、加工システム100は、複数の加法製造技法をサポートできる。
【００６０】
加工装置100に含められる加法製造技法の幾つかの例としては、熱溶融樹脂法(FDM)、ロボット鋳造、レーザ加工ネットシェイピング法(LENS)、フライス/ボール盤、選択的レーザ焼結法、光造形、薄膜積層法、及び電子ビーム溶解が含まれる。一例によれば、FDM法は、熱可塑性樹脂を液化しかつ押出ノズルを介して付着させる方法である。ロボット鋳造はFDMに似た方法である。一例では、ロボット鋳造は、注射器や洗浄機に似たノズルを用いてウレタン、シリコン、またはセラミックスなどの溶融していない半流動体材料を供給する。使用する半流動体材料によるが、この材料は付加的な処理(紫外線または熱)を用いて硬化したり、硬化段階(例えば、2液性シリコンまたはウレタンゴム)において供給したりする。別の例では、LENS法を用いて、付加的な材料を高解像度で付着させる。こうした材料には、例えば、ステンレス合金、アルミ、及びチタンのうち1つまたは複数が含まれる。別の例では、5つ以上の運動軸を備えたフライス/ボール盤を使用して加法または減法製造を行うことができる。別の例では、選択的レーザ焼結法おいて、1つまたは複数の高出力レーザを使用して、プラスチックや金属の微粒子を様着させたり、例えばセラミックまたはチタンから部材を形成したりできる。別の例では、光造形法において、光硬化樹脂及び低出力レーザを用いて樹脂系部材を形成する。別の例によれば、薄膜積層法において、複数の紙層及びレーザ切断を使用する。さらなる例では、電子ビーム溶解において、電子ビーム及び金属粉末を用いて溶融金属粉末の薄層を溶着させることで部材を形成する。
【００６１】
減法製造または機械加工を用いて製品から材料を除去することも可能である。減法製造の幾つかの例では、穴あけツールヘッドが精密な穴を、タッピングツールヘッドが締結具用のねじ切りを、フライスツールヘッドが高精度の表面仕上げを行う。減法製造を加法製造と組み合わせて使うことで、より多くの種類の加工品が製作できるようになる。さらに、減法製造を用いて締結具を付加することもできる。
【００６２】
締結具は加工装置100を使用することで省くことができるが、締結具は、ユーザによる構成部品交換や修理のときに便利となることがある(例えばバッテリハッチ)。一実施形態では、専門マニピュレータを用いて、多種多様な締結具を選択し、減法製造により形成されたねじ穴に挿入できる。
【００６３】
一実施形態では、加工装置100はワイヤまたはケーブルを製品に取り付けるために使用され、加工装置100は配線またはプリント配線の電気的異常を検出するためのセンサを含む。さらに、センサを使用してワイヤまたはケーブルの導電性を分析してもよい。加工装置100は、ワイヤまたはケーブルを準備して切断するよう設計されたツールヘッドを含むこともできる。
使用例
【００６４】
一実施形態によれば、加工装置100は生産物流施設で使用でき、この加工装置はその施設の製品を最終製品の構成部品として使用できる。例えば、施設は、加工装置100で製作する製品のための入力構成部品であるネットシェイプ金属部材または回路基板を生産することができる。
【００６５】
別の実施形態によれば、製造機100を使用して既存の製品の限界を克服する新製品を開発することも可能である。加工装置100は軍隊が戦場で使用してもよい。一例では、戦場にいる兵士が加工装置100を使用して偵察ロボットを改造できる。例えば、偵察ロボットが戦場の障害物を乗り越えられない場合、兵士は加工装置100を使って新たに設計し、新たな偵察ロボットを製作できる。別の例では、戦場から離れた場所の兵員がその偵察ロボットを再設計し、できあがった新たな設計を戦場の兵士に送信してもよい。兵士は加工装置100を使えば、最小限の製品製造知識しかなくても新たな偵察機械を簡単に製作できる。一般に、加工装置100は、コスト及び必要とされる生産技能を引き下げつつ立体印刷を利用し易くすることで、製造能力を増大しかつ革新を引き出す。
【００６６】
別の実施形態では、加工装置100を用いて製品を修理できる。この加工装置のマニピュレータは、センサシステムが製品を走査し、製品識別子(例えば、無線認識票または3次元バーコード)を識別できるように、製品を位置決めできる。製品識別子を使用して製品の元々の設計及びパラメータを取得できる。加工装置100は設計の現在の状態を、意図した最終設計と比較し、現在の構造をシードとして用いて製造計画を作成できる。例えば、オモチャのヘリコプターの尾部が損傷している場合、尾部を除去した後で、加工装置100がその設計を認識し、欠如した部分を識別し、尾部を再び製作できる。損傷した尾部は、減法製造を用いて加工装置100により除去してもよいし、手作業で除去してもよい。一実施形態では、加工装置100を用いて損傷したまたは旧型の設計要素を自律的に取り外すことができる。
【００６７】
当業者であれば、上述したシステム及び方法は様々な工程に適用可能であり、特定の用途に適合するように修正したり、補ったりできることは理解するはずである。FDM及びロボット鋳造を含む上述の工程によって、ABS、ポリカーボネート、シリコンゴム、ウレタンゴム、プラスチック、低融解温度金属(例えば、導電配線)、及びそれら材料の組み合わせを含むがそれらに限定されない様々な材料からなる製品を作製できる。しかし、当業者であれば、これ以外の材料を使用することのでき、また、使用する材料やそれらの組合せは用途に依存することは理解するはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
2013006269.tif 000009
【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
2013006269.tif 000011
【図８Ｂ】
2013006269.tif 000012
【図９Ａ】
2013006269.tif 000013
【図９Ｂ】
2013006269.tif 000014
【外国語明細書】
2013006269000001.pdf