(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のデータに従って工具を移動させてワークを加工する加工手段と、前記データを光造形用データに変換するデータ変換手段と、この変換された光造形用データに従って立体像を光造形する手段とを有した、
ことを特徴とする立体像形成装置。
【請求項２】
前記データ変換手段が、
前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する機能と、
この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する機能と、
この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る機能と、
２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出機能とを備え、
この抽出された２次元のデータに従って光硬化性樹脂を面露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、
ことを特徴とする請求項１記載の立体像形成装置。
【請求項３】
前記データ変換手段が、
前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する機能と、
この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する機能と、
この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る機能と、
２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出機能とを備え、
この抽出された２次元のデータを光造形用の１次元の線分データに変換し、この変換された１次元の線分データに従ってレーザ光により光硬化性樹脂を露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、
ことを特徴とする請求項１記載の立体像形成装置。
【請求項４】
前記加工手段がＮＣ加工機、或いは放電加工機等の数値制御装置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の立体像形成装置。
【請求項５】
所定のデータに従って工具を移動させてワークを加工する加工手段を備え、この加工手段で用いられる前記所定のデータを入力し、当該データを光造形用データに変換するデータ変換工程と、この変換された光造形用データに従って立体像を光造形する工程とを有した、
ことを特徴とする立体像形成方法。
【請求項６】
前記データ変換工程が、
前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する工程と、
この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する工程と、
この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る工程と、
２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出工程とを備え、
この抽出された２次元のデータに従って光硬化性樹脂を面露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、
ことを特徴とする請求項５記載の立体像形成方法。
【請求項７】
前記データ変換工程が、
前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する工程と、
この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する工程と、
この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る工程と、
２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出工程とを備え、
この抽出された２次元のデータを光造形用の１次元の線分データに変換し、この変換された１次元の線分データに従ってレーザ光により光硬化性樹脂を露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、
ことを特徴とする請求項５記載の立体像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ加工機等で用いられる３次元の加工データを積層造形用の３次元のデータに変換し、この３次元のデータに基づいて光硬化性樹脂を用いた光造形を行う立体像形成装置及び立体像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、３次元ＣＡＤ等から出力されるデータに基づいて光硬化性樹脂を用いた光造形を行う立体像形成装置が知られている。
【０００３】
この種の立体像形成装置では、３次元ＣＡＤ等で立体化されたデータに基づいて立体像が形成されるので、例えば構造物を簡単に試作、製造等を行うことができるという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の立体像形成装置で光造形を行う場合、高価な設備である３次元ＣＡＤ等が必要になる。この３次元ＣＡＤ等は製造現場にあまり普及しておらず、例えばＮＣ加工機、放電加工機、或いは３次元測定器等の数値制御装置を保有した生産部門では、３次元ＣＡＤ等の設備普及が殆どなく、光造形が積極的に行われていないのが実状である。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上述した従来技術が有する課題を解消し、高価な設備である３次元ＣＡＤ等を用いることなく、ＮＣ加工機等の数値制御装置が普及した現場で光造形を簡単に行うことができる立体像形成装置及び立体像形成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、所定のデータに従って工具を移動させてワークを加工する加工手段と、前記データを光造形用データに変換するデータ変換手段と、この変換された光造形用データに従って立体像を光造形する手段とを有した、ことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記データ変換手段が、前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する機能と、この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する機能と、この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る機能と、２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出機能とを備え、この抽出された２次元のデータに従って光硬化性樹脂を面露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、ことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、データ変換手段が、前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する機能と、この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する機能と、この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る機能と、２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出機能とを備え、この抽出された２次元のデータを光造形用の１次元の線分データに変換し、この変換された１次元の線分データに従ってレーザ光により光硬化性樹脂を露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、ことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項記載のものにおいて、前記加工手段がＮＣ加工機、或いは放電加工機等の数値制御装置であることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５記載の発明は、所定のデータに従って工具を移動させてワークを加工する加工手段を備え、この加工手段で用いられる前記所定のデータを入力し、当該データを光造形用データに変換するデータ変換工程と、この変換された光造形用データに従って立体像を光造形する工程とを有した、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項６記載の発明は、請求項５記載のものにおいて、前記データ変換工程が、前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する工程と、この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する工程と、この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る工程と、２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出工程とを備え、この抽出された２次元のデータに従って光硬化性樹脂を面露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項７記載の発明は、請求項５記載のものにおいて、前記データ変換工程が、前記所定のデータに従って工具を移動させたときに、この工具が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する工程と、この３次元切削領域データとワークの加工前の形状を３次元データ化して得られた３次元加工前形状データとを合成する工程と、この合成された３次元のデータを任意の断面で輪切りにして２次元加工前形状データと２次元切削領域データとからなる２次元のデータを得る工程と、２次元加工前形状データと２次元切削領域データの干渉する領域を削除して切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する抽出工程とを備え、この抽出された２次元のデータを光造形用の１次元の線分データに変換し、この変換された１次元の線分データに従ってレーザ光により光硬化性樹脂を露光して当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する、ことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、２次元ＣＡＤ及び３次元ＣＡＤの各データに基づいて、ＮＣ加工機によるＮＣ加工、光造形装置による光造形を実行する場合のフローチャートを示している。２次元ＣＡＤを用いる場合、ＮＣデータ作成ツール（Ｓ２１）によってＮＣデータが作成され（Ｓ２２）、このＮＣデータに基づいてＮＣ加工機によるＮＣ加工が実行される（Ｓ２３）。
【００１５】
一方、３次元ＣＡＤを用いる場合、積層データ作成ツール（Ｓ２４）によって光造形用データが作成され（Ｓ２５）、この光造形用データに基づいて光造形装置による光造形が実行される（Ｓ２６）。
【００１６】
この実施形態では、上記Ｓ２２で、２次元ＣＡＤを用いて作成されたＮＣデータが、データ変換手段に入力され（Ｓ２７）、ここでデータ変換されることによって、光造形用データが作成され（Ｓ２５）、この変換された光造形用データに基づいて光造形装置による光造形が実行される（Ｓ２６）。
【００１７】
これによれば、３次元ＣＡＤ等がない現場であっても、ＮＣ加工機用のデータを用いて光造形を行うことができる。
【００１８】
上述したＳ２７における「ＮＣデータ」から「光造形用データ」へのデータ変換は以下の手順で実行される。
【００１９】
図２ａにおいて、１はＮＣ加工機の加工工具を示す。この工具１は、図１のＳ２で作成されたＮＣデータに従って移動し、ワークを切削加工する。
【００２０】
この実施形態では、まず、ワークを切削加工するための上記ＮＣデータ（３次元の加工データ）に従って工具１を移動させたときに、この工具１が移動する際の軌跡を示す領域を演算し、この領域を３次元データ化して、３次元切削領域データを作成する。
【００２１】
例えば、図２ｂに示すように、工具１を直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す領域を演算し、この第一の領域１１を３次元データ化して、第一の３次元切削領域データを作成する。
【００２２】
ついで、図２ｃに示すように、直角に向きを変えて直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す領域を演算し、この第二の領域１２を第一の領域１１に合成し、３次元データ化して、第二の３次元切削領域データを作成する。
【００２３】
さらに、図２ｄに示すように、再び直角に向きを変えて直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す領域を演算し、この第三の領域１３を上記各領域に合成し、３次元データ化して、第三の３次元切削領域データを作成する。
【００２４】
そして、最後に図２ｅに示すように、再び直角に向きを変えて直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す領域を演算し、この第四の領域１４を上記各領域に合成し、３次元データ化して、第四の３次元切削領域データを作成し、この第四のデータを、最終の３次元切削領域データとする。
【００２５】
この最終の３次元切削領域データは、上記データ変換手段（図１のＳ２７）で作成されるが、この手段には、図３に示すワークの加工前の形状を３次元データ化した３次元の加工前形状データ１５が入力される。
【００２６】
この３次元の加工前形状データ１５と、上記３次元切削領域データ１１〜１４とは、図２ｆに示すように、重ね合わされて合成される。この合成された３次元のデータは、任意の断面Ｆで輪切りにされて、図２ｇに示すように、２次元のデータに変換される。図２ｇにおいては、一点鎖線が３次元切削領域データの輪郭を示し、点線が３次元の加工前形状データの輪郭を示している。
【００２７】
この加工前形状に、工具１の軌跡を示す領域を重ねた場合、切削加工後のワーク形状は、図２ｈに示すように略矩形になり、この切削加工後のワーク形状が、２次元データ化されて抽出される。
【００２８】
つぎに、本実施形態の動作手順を、図４に示すフローチャートに従って説明する。ＮＣデータの読み込みが終了したか否かが判定され（Ｓ１）、この読み込みが終了していなければ、ＮＣデータの読み込み（Ｓ２）、さらにＮＣデータの解析が行われる（Ｓ３）。ついで、工具１の移動があるか否かが判定され（Ｓ４）、工具１の移動があるとなれば、工具１の切削経路情報が取得され（Ｓ５）、３次元の切削領域データが作成される（Ｓ６）。これらのＳ５及びＳ６は、図２ｂ〜図２ｅに示す工程に相当する。Ｓ４で工具１の移動がなければ、工具変更があるか否かが判定され（Ｓ７）、変更があれば、工具形状情報が取得され（Ｓ８）、元に戻ってＳ１に移行する。
【００２９】
Ｓ１でＮＣデータの読み込みが終了した場合、図５に示すフローチャートに移行し、ワーク専有領域を取得する（Ｓ９）。いわゆるワーク加工前形状データの取り込みである。
【００３０】
つぎに、図２ｆ〜図２ｈに示す工程が終了したか否か、すなわちワークのＺ軸方向の輪郭線計算が終了したか否かが判定され（Ｓ１０）、輪郭線計算が終了していなければ、Ｓ１１に移行する。
【００３１】
Ｓ１１〜Ｓ１６は、切削加工後のワーク形状を２次元データ化して抽出する手順を示す。図２ｇに対応した図６〜図９を参照して説明すると、ワークエリア輪郭線１５が計算され（Ｓ１１）、ついで、第一の切削領域輪郭線１１が計算される（Ｓ１２）。つぎに、ワークエリア輪郭線１５と第一の切削領域輪郭線１１との交点Ａ，Ｂが求められ（Ｓ１３）、図７に示すように、第一の切削領域輪郭線１１で囲まれた領域に含まれる、ワークエリア輪郭線１５が削除される（Ｓ１４）。ついで、図８に示すように、ワークエリア輪郭線１５で囲まれた領域に含まれない、第一の切削領域輪郭線１１が削除され（Ｓ１５）、図９に示すように、上記の交点Ａ，Ｂが輪郭線Ｌ１で結ばれる（Ｓ１６）。
【００３２】
Ｓ１１〜Ｓ１６は、すべての切削領域輪郭線（図２ｇの第二の切削領域輪郭線１２〜第四の切削領域輪郭線１４）の計算が終了するまで上記と同様に繰り返され（Ｓ１７）、これが終了した場合、それぞれに対応する切削加工後の輪郭線Ｌ１〜輪郭線Ｌ４の形状が、データ出力される（Ｓ１８）。
【００３３】
この輪郭線Ｌ１〜輪郭線Ｌ４の集合が、図２ｇに示すように、切削加工後のワーク形状１７を構成し、この形状１７が、図２ｈに示すよう、２次元データ化された矩形状データとして抽出される。
【００３４】
つぎに、この抽出手順の別の実施形態を説明する。
【００３５】
まず、図２ｇにおいて、工具１の移動した第一の領域１１が、３次元の加工前形状データ１５に重なり合った場合、加工前形状データ１５を押し退けた第一の領域１１の輪郭線Ｌ１がまず抽出される。
【００３６】
ついで、第二の領域１２が、３次元の加工前形状データに重なり合った場合、加工前形状データを押し退けた第二の領域１２の輪郭線Ｌ２が抽出され、この輪郭線Ｌ２が輪郭線Ｌ１に合成される。
【００３７】
さらに、第三の領域１３が、３次元の加工前形状データに重なり合った場合、加工前形状データを押し退けた第三の領域１３の輪郭線Ｌ３が抽出され、この輪郭線Ｌ３が上記各輪郭線Ｌ１，Ｌ２に合成される。
【００３８】
そして、最後に、第四の領域１４が、３次元の加工前形状データに重なり合った場合、加工前形状データを押し退けた第四の領域１４の輪郭線Ｌ４が抽出され、この輪郭線Ｌ４が上記各輪郭線Ｌ１〜Ｌ３に合成される。
【００３９】
以上の合成の手順によって、図２ｈに示すように、切削加工後のワーク形状が２次元データ化されて抽出される。
【００４０】
図１０は別の実施形態を示す。
【００４１】
図１０は、上述した図２ｇ相当図である。この場合、実線Ｌ５が３次元の加工前形状データの輪郭を示し、実線Ｌ６が３次元切削領域データの輪郭を示す。すなわち、四角の中に楕円の孔があいた状態である。ここでは、３次元切削領域データが、３次元の加工前形状データに重なり合った場合、加工前形状データを押し退けた３次元切削領域データの輪郭線Ｌ７が抽出される。
【００４２】
以上の合成の手順によって、図１０に示す切削加工後の孔のあいたワーク形状が２次元データ化されて抽出される。
【００４３】
上記図２ｈ、或いは図１０に示す２次元データが、本実施形態に係る光造形に必要なデータである。このデータは２次元データ化されているので、光造形において、後述するように、いわゆる面露光が可能になり、光造形に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００４４】
このデータが、図１に示すように、光造形装置に出力されると（Ｓ２６）、この光造形装置は、例えば、上記データに従って静電トナー等を用いてネガ（図示せず）を形成する。そして、このネガに照明装置からの光を当て、このネガを通じて光硬化性樹脂を面露光する。この面露光は一層ずつ行われ、これが繰り返されて所望の光積層造形が行われる。この光積層造形の手順は、本実施形態の特徴事項ではないので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
この光造形は、面露光に限られるものではない。例えば、レーザ光等により走査し、光硬化性樹脂を一層ずつ光硬化させ、これを繰り返して光積層造形することが可能である。
【００４６】
この場合には、上記抽出された２次元のデータを光造形用の１次元の線分データに変換し、この変換された１次元の線分データに従って、当該レーザ光を走査し、この走査により光硬化性樹脂を露光して、当該樹脂を硬化させて立体像を光造形する。
【００４７】
この実施形態では、３次元ＣＡＤの介在なしに光造形装置に使用可能な積層造形用データを作成することができる。
【００４８】
従って、３次元ＣＡＤを導入していないユーザーであっても、或いは３次元ＣＡＤを有効に使いこなせないユーザーであっても、光造形装置の利用を可能にする。例えば、従来設備で作成されるＮＣ加工機用データを光造形装置に使用できるので、ＮＣデータ自体の評価または、時間のかかる加工処理を光造形装置にて短時間で行なうことができる。
【００４９】
さらに、従来技術のように三角形多面体で近似された３次元形状データを光造形用データとして使用せず、より本来の３次元ＣＡＤのデータに近い品質の積層造形用造形データを求めることができる。
【００５０】
以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、これに限定されるものでないことは明らかである。
【００５１】
例えば、上記実施形態では、ＮＣ加工機用のデータを使用した場合について説明しているが、これに限定されず、放電加工機、三次元測定器等のデータを使用し、これを光造形用データに変換し、この変換データに従って、光造形を行うようにしてもよいことは明らかである。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、３次元ＣＡＤを導入していないユーザーであっても光造形装置を可能にし、例えば、従来設備で作成されるＮＣ加工機用データ等を光造形装置に使用できるので、当該データ自体の評価または、時間のかかる加工処理を光造形装置にて短時間で行なうことができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による立体像形成装置及び立体像形成方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】データ変換の手順を示す図であり、ａは工具を示す図、ｂは工具を直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す図、ｃは直角に向きを変えて直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す図、ｄはさらに直角に向きを変えて直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す図、ｅはさらに直角に向きを変えて直線的に移動させ、この際に現れる軌跡を示す図、ｆはデータを合成した図、ｇは任意の断面で輪切りにして、２次元のデータに変換した図、ｈは切削加工後のワーク形状を、２次元データ化して抽出した図である。
【図３】ワークの３次元の加工前形状データを示す図である。
【図４】本実施形態の動作フローを示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の動作フローを示すフローチャートである。
【図６】２次元データの抽出手順を説明する図である。
【図７】２次元データの抽出手順を説明する図である。
【図８】２次元データの抽出手順を説明する図である。
【図９】２次元データの抽出手順を説明する図である。
【図１０】別の実施形態を示す図２ｇ相当図である。
【符号の説明】
１  工具
１１  第一の領域（切削領域輪郭線）
１２  第二の領域（切削領域輪郭線）
１３  第三の領域（切削領域輪郭線）
１４  第四の領域（切削領域輪郭線）
Ｌ１〜Ｌ３  輪郭線
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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