(57)【要約】【課題】輪郭測定装置及び動作方法を提供する。【解決手段】輪郭測定装置（１２）は、対象物（２２）上に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイス（３２）と、対象物（２２）によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている光学ユニット（３４）とを含む。輪郭測定装置（１２）はまた、光学ユニット（３４）からの取得した画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つ対象物（２２）の製造又は修理に関連したパラメータについての実時間推定値を求めるように構成されている信号処理ユニット（６０）を含む。【選択図】図１
2009025119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（２２）上に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイス（３２）と、
対象物（２２）によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている光学ユニット（３４）と、
前記光学ユニット（３４）からの取得した画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つ対象物（２２）の製造又は修理に関連したパラメータについての実時間推定値を求めるように構成されている信号処理ユニット（６０）と、
を有する輪郭測定装置（１２）。
【請求項２】
前記縞投影デバイス（３２）は、格子（１９４）、又は干渉計（１２０）、又はディジタル縞投影デバイスを介して、縞パターンを生成する、請求項１記載の輪郭測定装置（１２）。
【請求項３】
前記信号処理ユニット（６０）は、前記光学ユニット（３４）からの取得した画像からノイズをフィルタリングするためにパターン間隔分析を用いる、請求項１記載の輪郭測定装置（１２）。
【請求項４】
前記パターン間隔分析はフーリエ変換分析を含んでいる、請求項３記載の輪郭測定装置（１２）。
【請求項５】
プロセス・パラメータを持つと共に、対象物（２２）を製造又は修理するように構成されている機械加工システム（１０）と、
当該輪郭測定装置（１２）で生成された単一の画像から、対象物（２２）の製造又は修理に関連したパラメータの実時間推定を行うように構成されている輪郭測定装置（１２）であって、
イ）対象物（２２）上に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイス（３２）、
ロ）対象物（２２）によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている光学ユニット（３４）、及び
ハ）前記光学ユニット（３４）からの取得した画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つ対象物（２２）の製造又は修理に関連したパラメータについての実時間推定値を求めるように構成されている信号処理ユニット（６０）、を含んでいる輪郭測定装置（１２）と、
前記輪郭測定装置（１２）からの推定されたパラメータに基づいて前記機械加工システム（１０）のプロセス・パラメータを調節するように構成されている制御システムと、
を有する製造アセンブリ。
【請求項６】
前記機械加工システム（１０）はレーザ固結システムを含んでおり、また前記プロセス・パラメータは、レーザ出力、又は粉末流量、又は焦点位置、又は速度、又はスロット寸法、又はこれらの組合せを含んでいる、請求項５記載の製造アセンブリ。
【請求項７】
対象物の製造又は修理に関連した前記パラメータは、溶融池の体積、又は累積された材料層の高さ、累積された材料層の厚さ、又はこれらの組合せを含んでいる、請求項５記載の製造アセンブリ。
【請求項８】
レーザ生成溶融池（１７）内に粉末材料（２４）を供給することによって対象物（２２）を形成するように構成されているレーザ固結ノズル（１４）と、
前記レーザ固結ノズル（１４）に結合されていて、対象物（２２）の上表面の上に縞パターンを生成するように構成されている縞投影アーム（３２）と、
対象物（２２）に対応する歪み縞パターンの瞬間的画像を取得するように構成されている光学ユニット（３４）と、
前記光学ユニット（３４）に結合されていて、前記光学ユニット（３４）からの瞬間的画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つフーリエ変換分析により対象物（２２）の製造又は修理に関連したパラメータを推定するように構成されている信号処理ユニット（６０）と、
有するレーザ固結システム（１０）。
【請求項９】
対象物を製造するためのプロセスを制御する方法であって、
対象物上に縞パターンを投影する段階と、
対象物に対応する歪み縞パターンの瞬間的画像を取得する段階と、
前記取得した画像を処理して、ノイズをフィルタリングし且つフーリエ変換分析により対象物の製造又は修理に関連したパラメータを推定する段階と、
対象物の製造又は修理に関連した前記推定したパラメータに応答して、製造プロセスのためのプロセス・パラメータを制御する段階と、
を有する方法。
【請求項１０】
機械加工システムによって形成される対象物のパラメータを推定する方法であって、
前記機械加工システムに輪郭測定装置を結合して、該輪郭測定装置で生成された単一の画像の信号処理により、対象物の製造又は修理に関連したパラメータの実時間推定を行うための段階を含み、前記輪郭測定装置は、単一の画像から前記パラメータを推定するためにフーリエ変換分析を用いることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、輪郭測定(profilometry)装置に関するものであり、より具体的には、機械加工プロセスにおける対象物のパラメータの実時間測定を行うための輪郭測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
様々な種類の機械加工プロセスが知られており、部品を製造し修理するために使用されている。例えば、任意のモールド又は金型を使用することなくコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）から一層ずつ構築される機能構成部品を形成するためにレーザ固結システムが使用される。典型的には、このようなシステムはレーザ・ビームを用いて、注入された粉末の制御された量を基板上に融解して第１の層を堆積し、その後、前に堆積された層の上に粉末を融解することによって次の層を順次生成している。残念なことに、このようなシステムのプロセスが複雑なことに起因して、累積された層の高さを求め且つ溶融池の体積の瞬間的３次元（３Ｄ）測定値を得ることが非常に困難である。
【０００３】
或る特定のシステムは、該システムが動作している間に溶融池の境界を監視するための２次元（２Ｄ）観察システムを用いている。しかしながら、このような観察システムは溶接領域の大まかな推定を行い、溶融池体積及び累積された層の高さの測定を行わない。或る特定の他のシステムは、溶融池の３Ｄ体積を測定するために機械停止(off-machine) 測定方法を用いている。このような測定手法は、機械加工プロセスを停止して、溶融池の体積を測定するためにシステムから部品を取り外すことを必要とする。更に、或る特定のシステムは、累積された層の高さを測定するためのセンサを用いている。しかしながら、このようなセンサは、必要な測定分解能、精度又は測定範囲を持たず、信頼性のある測定を行えない。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／０１０３７６７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上のことから、レーザ固結プロセスによって形成される部品についての３Ｄ溶融池の体積及び累積された層の高さの正確な測定を行う輪郭測定装置が必要である。更にまた、機械加工プロセスのプロセス・パラメータを制御するために使用することの可能な、機械加工プロセスによって形成される対象物のパラメータをオン・ライン測定することのできる輪郭測定装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡略に述べると、一実施形態によれば、輪郭測定装置を提供する。この輪郭測定装置は、対象物上に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイスと、対象物によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている光学ユニットとを含む。輪郭測定装置はまた、前記光学ユニットからの取得した画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つ対象物の製造又は修理に関連したパラメータについての実時間推定値を求めるように構成されている信号処理ユニットを含む。
【０００６】
別の実施形態では、製造アセンブリを提供する。この製造アセンブリは、プロセス・パラメータを持ち、且つ対象物を製造又は修理するように構成されている機械加工システムと、当該輪郭測定装置で生成された単一の画像から、対象物の製造又は修理に関連したパラメータの実時間推定を行うように構成されている輪郭測定装置とを含む。輪郭測定装置は、イ）対象物上に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイス、ロ）対象物によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている光学ユニット、及びハ）前記光学ユニットからの取得した画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つ対象物の製造又は修理に関連したパラメータについての実時間推定値を求めるように構成されている信号処理ユニットを含む。製造アセンブリはまた、前記輪郭測定装置からの推定されたパラメータに基づいて前記機械加工システムのプロセス・パラメータを調節するように構成されている制御システムを含む。
【０００７】
別の実施形態では、レーザ固結システムを提供する。このレーザ固結システムは、レーザ生成溶融池内に粉末材料を供給することによって対象物を形成するように構成されているレーザ固結ノズルと、前記レーザ固結ノズルに結合されていて、対象物の上表面の上に縞パターンを生成するように構成されている縞投影アームとを含む。レーザ固結システムはまた、対象物に対応する歪み縞パターンの瞬間的画像を取得するように構成されている光学ユニットと、前記光学ユニットに結合されていて、前記光学ユニットからの瞬間的画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つフーリエ変換分析により対象物の製造又は修理に関連したパラメータを推定するように構成されている信号処理ユニットとを含む。
【０００８】
別の実施形態では、対象物を製造するためのプロセスを制御する方法を提供する。この方法は、対象物上に縞パターンを投影する段階と、対象物に対応する歪み縞パターンの瞬間的画像を取得する段階とを含む。この方法はまた、前記取得した画像を処理して、該画像からノイズをフィルタリングし且つフーリエ変換分析により対象物の製造又は修理に関連したパラメータを推定する段階と、対象物の製造又は修理に関連した前記推定したパラメータに応答して、製造プロセスのためのプロセス・パラメータを制御する段階とを含む。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の特徴、側面及び利点は、添付の図面を参照して、以下の詳しい説明を読めば一層よく理解されよう。図面では、図面全体を通じて同様な部品は同じ参照符号で表している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に詳しく説明するように、本発明手法の様々な実施形態は、機械加工プロセスによる対象物の製造又は修理動作に関連したパラメータの実時間測定を行うように機能する。具体的に述べると、本発明手法は、対象物に対応する縞パターンからパラメータを推定するためのパターン間隔分析を用いる。このようなパラメータの実時間測定は更に、機械加工プロセスのプロセス・パラメータを制御するために利用される。ここで図１を参照して説明すると、図１は、レーザ固結ノズル１４に結合された輪郭測定装置１２を持つレーザ固結システム１０のような機械加工システムを例示する。レーザ固結ノズル１４は、基板１８上に溶融池１７を生成するように構成されているレーザ源１６を含む。更に、レーザ固結システム１０は、レーザ生成溶融池１７に粉末材料２４を供給することによって対象物２２を形成するように構成されているノズル２０を含む。具体的に述べると、レーザ固結システム１０はレーザ・ビームを使用することにより、基板１８上に注入される制御された量の粉末２４を融解して第１の層２６を堆積し、その後、前に堆積した層の上に粉末２４を融解することによって次の層（図示せず）を順次生成して、対象物２２を形成する。
【００１１】
図示の実施形態では、輪郭測定装置１２はレーザ固結ノズル１４に結合されるか又は物理的に取り付けられていて、対象物２２の製造又は修理に関連したパラメータを求めるように構成されている。具体的に述べると、輪郭測定装置１２は、機械加工プロセスのプロセス制御のために更に利用することのできる溶融池１７に関連したパラメータを求めるように構成されている。このようなパラメータの例としては、溶融池１７の体積、累積された層２６の高さ、累積された層２６の厚さなどが挙げられる。以下に詳しく説明するように、輪郭測定装置１２は、製造又は修理プロセスに干渉せずに、このようなパラメータを測定するためにフーリエ変換分析のような輪郭測定方法を用いる。
【００１２】
図２は、輪郭測定装置１２を持つ図１のレーザ固結ノズル１４の模範的な構成３０を示す略図である。図示の実施形態では、レーザ固結ノズル１４は、縞投影及び対象物２２（図１参照）からの画像取得のための光学構成部品を持つ２つのアーム３２及び３４を含む。２つのアーム３２及び３４は、高処理レーザ１６の両側に配置される。図示の実施形態では、アーム３２は対象物２２上に縞パターンを投影するように構成されており、またアーム３４は対象物２２から歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている。当業者に理解されるように、異なる種類のパターンをアーム３２を介して対象物２２に投影することができる。例えば、一実施形態では、縞パターンは直線パターンを含む。模範的な一実施形態では、縞投影アーム３２は目標とされる区域をカバーするための実質的に大きな断面を持ち、これに対して、レーザ１６は粉末を融解するための高出力密度を供給するために対象物２２上の１点に収束される。縞投影及び画像取得のための２つのアーム３２及び３４の光学構成部品について以下に詳しく説明する。
【００１３】
図３は、図２の輪郭測定装置１２の模範的な構成４０を示す略図である。輪郭測定装置４０は、機械加工システムを介して形成し又は修理している対象物４４に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイス４２を含む。縞投影デバイス４２は、対象物表面上に連続した正弦曲線の縞パターンを投影する。一実施形態では、縞投影デバイス４２は、液晶表示装置（ＬＣＤ）、ディジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）又はシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）投影器のようなディジタル投影器を介して、縞パターンを投影する。代わりの実施形態では、縞投影デバイス４２は、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はランプのような光源と、格子及びホログラフィック部品のような回折部品との組合せにより、縞パターンを投影する。或る特定の他の実施形態では、縞投影デバイス４２は光学干渉計レイアウトにより縞パターンを投影する。
【００１４】
図示の実施形態では、縞投影デバイス４２は、ランプ４６又はＬＥＤ４８のような光源と、対象物４４に光を投影するために光学繊維５２を介して光源に結合された光学ヘッド５０とを含む。更に、輪郭測定装置４０は、対象物４４によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている光学ユニット５４を含む。この模範的な実施形態では、光学ユニット５４は、広域通過フィルタ５６と、縞パターンの画像を取得するためのカメラ５８とを含み、縞パターンの画像は更にケーブル６２を介して信号処理ユニット６０に伝送される。或る特定の実施形態では、光学ユニット５４は、歪み縞パターンの画像を取得するように構成されている複数のレンズを含む。一実施形態では、光学ユニット５４はボアスコープを含む。
【００１５】
信号処理ユニット６０は、光学ユニット５４からの取得した画像を処理して、該取得した画像からノイズをフィルタリングし且つ対象物の製造又は修理に関連したパラメータについての実時間推定値を求めるように構成されている。このようなパラメータの例としては、溶融池の体積、累積された層の高さ、累積された層の厚さなどが挙げられる。ここで、信号処理ユニット６０は、パラメータを推定するため及び該推定したパラメータに基づいてプロセスの制御を容易にするための適切なプログラミングを持つ汎用コンピュータとすることができることに留意されたい。或る特定の実施形態では、信号処理ユニット６０はマイクロコンピュータを含むことができる。模範的な一実施形態では、輪郭測定装置４０は対象物４４の形成された高さを推定するためにコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）を用い、これによってシステム４０に高さセンサを付加する必要性を排除する。動作について説明すると、信号処理ユニット６０はパターン間隔分析を用いて、光学ユニット５４で取得された画像からノイズをフィルタリングする。この模範的な実施形態では、パターン間隔分析はフーリエ変換分析を含む。しかしながら、他の種類のパターン間隔分析も想定することができる。より詳しく述べると、信号処理ユニット６０は歪み縞パターンの位相マップを抽出して、この位相マップからパラメータを推定する。フーリエ変換を使用して縞パターンから位相マップを抽出し、位相マップからパラメータを推定する点について、以下に説明する。
【００１６】
この模範的な実施形態では、光学ユニット５４によって取得された縞パターンの画像が以下の式によって表される。
【００１７】
Ｉｋ(i,j)＝Ｉ０(i,j)［１＋γ(i,j) cos（φ(i,j)＋δｋ）］，
ｋ＝1,2,3,...K                                            （１）
ここで、
ｋは位相測定法で使用される画像のインデックス番号であり、
Ｉはピクセル（ｉ，ｊ）における強度であり、
γは画像コントラストを表す縞変調度であり、
δｋ  は各々の個別の画像ｋについての初期位相であり、
Ｋは画像の総数である。
【００１８】
式（１）で表された画像について、次式
【００１９】
【数１】
2009025119.tif 000003
で表されるような２次元フーリエ変換を得ることができる。
【００２０】
更に、帯域通過フィルタＦ（ｕ，ｖ）を適用した後、Ｃ（ｕ，ｖ）のみが残り、それは次の式
Ｃ(u,v)＝Ｍ(u,v)Ｆ(u,v)                                         （３）
によって表される。
【００２１】
逆フーリエ変換の後、ｃ（ｉ，ｊ）は次の式のように求めることができる。
【００２２】
【数２】
2009025119.tif 000004
ここで、Ｉ及びＪはピクセル・インデックスのディメンジョンである。
【００２３】
更に、各ピクセル（ｉ，ｊ）における位相値は次の式
φ(i,j)＝tan−１［Ｉｍ  ｃ(i,j)／Ｒｅ  ｃ(i,j)］                      （５）
で計算することができる。ここで、Ｉｍ  及びＲｅ  は複素数ｃ（ｉ，ｊ）の虚数部及び実数部を表す。
【００２４】
更に、溶融池の輪郭は位相マップから求められ、次の式
（ｘ，ｙ，ｚ）＝ｆｘ，ｙ，ｚ（ｉ，ｊ，φ(i,j)）                      （６）
で表される。
【００２５】
従って、溶融池に関連したパラメータを含む溶融池の輪郭は、前に述べたようにフーリエ変換分析を介して単一の瞬間的画像から求めることができる。
【００２６】
或る特定の実施形態では、信号処理ユニット６０は光学ユニット５４からの瞬間的画像を複数の画像に分割するように構成されており、各画像のパターンは他の画像に対して相対的にシフトされる。更に、信号処理ユニット６０は、パラメータを推定するために複数の画像から位相マップを作成するように構成されている。ここで、光縞投影とフーリエ変換との組合せにより、粉末及び背景照明から生成されるようなノイズを除去するためのフィルタリングが比較的容易にできることに留意されたい。縞パターンから生成される位相情報は実質的に高い分解能及び正確さを持つ。その上、フーリエ変換輪郭測定法は単一の画像から位相マップの作成を可能にし、その結果、画像処理及び溶融池のパラメータの推定のための時間が比較的少なくなる。
【００２７】
対象物４４の製造又は修理に関連した推定パラメータは、図１を参照して説明したレーザ固結システム１０のような機械加工システムのプロセス制御のために利用することができる。具体的に述べると、レーザ固結システム１０のプロセス・パラメータは対象物４４の製造又は修理に関連した推定パラメータに応答して調節することができる。模範的なプロセス・パラメータには、レーザ粉末、粉末流量、焦点位置、レーザ並進速度、スロット寸法、及びこれらの組合せが含まれる。或る特定の実施形態では、推定パラメータに基づいてシステム１０の閉ループ制御を達成するために機械加工システム１０に制御システム（図示せず）を結合することができる。有利なことに、フーリエ変換輪郭測定法による単一の瞬間的画像からの位相マップの推定は、推定パラメータに基づいて即時プロセス制御を可能にする。
【００２８】
上述の輪郭測定装置４０における構造化光パターンの生成は、図４〜８を参照して以下に説明するような複数の構成を介して達成することができる。具体的に述べると、このような模範的な構成は、対象物２２（図２参照）上に構造化された光パターンを生成するためのレーザ固結ノズル３０（図２参照）のために用いることができる。
【００２９】
図４は、図３の輪郭測定装置４０において構造化光パターンを生成するための模範的な構成７０を示す略図である。図示の実施形態では、レーザ７２が、測定すべき対象物７４の表面にスポットを形成するように投射される。更に、レーザ・ビーム７２に対して所与の角度で配置された撮像レンズ７６がレーザ・スポットの像又は画像を形成し、該画像はカメラ７８により取得される。対象物７４の表面高さの変化８０（Ｄ）により、撮像されるスポットがこの画像平面上で横方向に距離（ｄ）８２だけシフトする。この距離は、レーザ７２とレーザ・スポットとカメラ７８とによって形成される三角形により表面高さの変化８０を推定するために使用される。
【００３０】
図５は、図３の輪郭測定装置４０において構造化光パターンを生成するための別の模範的な構成１００を示す略図である。図４について前に述べたように、この模範的な構成１００は、レーザ７２、撮像レンズ７６及びカメラ７８を含む。更に、図示の実施形態では、縞パターンはレーザ７２及び回折部品１０２により投影される。回折部品は、例えば、格子及びホログラフィック部品を含む。
【００３１】
前に述べたように、輪郭測定装置４０の縞投影デバイス４２（図３参照）は、縞を投影する光学干渉計レイアウトを介して縞パターンを投影することができる。図６〜図９は、縞パターンを投影するための光学干渉計レイアウトについての模範的なシステム構成を例示する。
【００３２】
図６は、図３の輪郭測定装置４０において縞パターンを生成するためのフル・フィールド(full field)干渉計の模範的な構成１２０を示す略図である。図示の実施形態では、干渉計はマイケルソン干渉計を含む。動作について説明すると、ビーム拡大器１２４を備えたレーザ１２２のような光源から放出されたビームが、ビーム分割器１２６によってほぼ等しい強度の２つのビームに分割される。これらのビームの一方は基準ミラー１２８へ差し向けられ、他方のビームは対象物表面１３０へ差し向けられる。更に、これらの２つのビームの反射によって生成された光は干渉するように作られる。カメラ１３２のような観察窓から観察したとき、ミラー１２８の画像と対象物表面１３０の画像との間で干渉が生じる。対象物表面１３０及びミラー１２８によって反射される光波が、同じ光源１２２によって放出されたビームの分割により生じたものであるので、これらの波は相互にコヒーレントであり、その結果、２ビーム干渉パターンが生成される。更に、圧電トランスデューサ（ＰＺＴ）１３４の位相ステッピングによる位相シフトにより干渉位相回復を行うことができる。しかしながら、位相マップを作成するために他の既知の手法を使用することができる。
【００３３】
図７は、図３の輪郭測定装置４０において縞パターンを生成するためのフル・フィールド干渉計の別の模範的な構成１５０を示す略図である。この模範的な実施形態では、干渉計１５０は、撮像すべき対象物から反射又は伝送された波と基準波との間の干渉により縞パターンを生成するディジタル・ホログラフィ干渉計を含む。図６に示した構成と同様に、ディジタル・ホログラフィ干渉計１５０は、対象物１３０上に縞パターンを生成するために、ビーム拡大器１２４を備えた光源１２２を含む。更に、干渉計１５０は、縞パターンを生成するように組み合わされる対象物ビーム及び基準ビームを生成するためにミラー１５２及び１５４並びにビーム分割器１５６及び１５８を含む。
【００３４】
図８は、図３の輪郭測定装置４０において縞パターンを生成するためのフル・フィールド干渉計の別の模範的な構成１７０を示す略図である。図示の実施形態では、干渉計１７０はシャーリング(shearing)干渉計を含む。シャーリング干渉計１７０は、対象物１３０上に縞パターンを生成するために、ビーム拡大器１２４を備えた光源１２２を含む。更に、シャーリング干渉計１７０はシャーリング・プレート１７２を含む。対象物１３０からの波頭が約４５度の角度でシャーリング・プレートに入射し、シャーリング・プレート１７２からの反射された波頭がプレートの有限の厚さにより横方向に剪断される。更に、反射された波頭の干渉の結果、縞パターが生成される。
【００３５】
当業者に理解されるように、用途における所望の分解能に依存して、図３の縞投影デバイス４２により対象物４４上に縞パターンを生成するために上述した手法のいずれかを用いることができる。更に、対象物４４に対応する歪み縞パターンの瞬間的画像が光学ユニット５４により取得され、該画像は対象物４４の製造又は修理に関連したパラメータを推定するために信号処理ユニット６０により処理される。
【００３６】
図９は、図１の輪郭測定装置１２の別の模範的な構成１９０を示す略図である。輪郭測定装置１９０は、対象物４４上に縞パターンを投影するように構成されている縞投影デバイス４２を含む。図示の実施形態では、縞投影デバイス４２は、光学繊維１９８を介して格子１９４及び レンズ１９６に結合された光源１９２を含む。模範的な一実施形態では、格子１９４は２５０ＰＬＩ格子を有し、またレンズ１９６は両凸レンズを有する。更に、輪郭測定装置１９０は、対象物４４によって変調された歪み縞パターンの画像を取得するための光学ユニット５４含む。この模範的な実施形態では、光学ユニット５４は、ボアスコープ２００及びカメラ２０２を含み、これらはケーブル６２を介して信号処理ユニット６０に結合される。前に述べたように、光学ユニット５４からの取得された画像は信号処理ユニット６０により処理される。信号処理ユニット６０は瞬間的画像の位相マップを抽出して、機械加工プロセスを妨害することなく、対象物４４の機械加工動作に関連したパラメータを推定する。或る特定の実施形態では、典型的なフレーム速度及び処理により、システムを毎秒ほぼ１０回更新することができ、これは帰還及び制御動作にとってかなり高速である。更に、高フレーム速度のカメラと共にこの用途のために最適化した専用画像処理装置では、毎秒ほぼ１００回の更新を行うことができる。
【００３７】
上述した方法の様々な面は異なる機械加工用途に利用される。例示した手法は、機械加工プロセスによる対象物の製造又は修理動作に関連したパラメータの実時間測定を行うために使用することができる。本手法はまた、所望の出力を達成するために推定したパラメータに基づいた機械加工プロセスの閉ループ制御のために使用することができる。前に述べたように、更に一般的に云えば、本書で述べた方法は、システムからノイズをフィルタリングすることによって単一の瞬間的画像からパラメータを推定するためにフーリエ変換輪郭測定法を用いる。更に、本手法の特に有利な点は、良好な分解能及び正確さを持ち、且つ費用効果が高く、広範囲の機械加工用途に使用するために用いることができる輪郭測定装置を提供することである。
【００３８】
本書では或る特定の特徴のみを例示して説明したが、当業者には多数の修正及び変更が考えられよう。従って、特許請求の範囲が本発明の真の精神の範囲内に入る全てのこのような修正及び変更を包含しようとしていることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明手法の様々な面に従った輪郭測定装置を持つレーザ固結システムを示す略図である。
【図２】本発明手法の様々な面に従った輪郭測定装置１２を持つ図１のレーザ固結ノズル１４の模範的な構成３０を示す略図である。
【図３】本発明手法の様々な面に従った図２の輪郭測定装置の模範的な構成を示す略図である。
【図４】本発明手法の様々な面に従った図３の輪郭測定装置において構造化光パターンを生成するための模範的な構成を示す略図である。
【図５】本発明手法の様々な面に従った図３の輪郭測定装置において構造化光パターンを生成するための別の模範的な構成を示す略図である。
【図６】本発明手法の様々な面に従った図３の輪郭測定装置において縞パターンを生成するためのフル・フィールド干渉計の模範的な構成を示す略図である。
【図７】本発明手法の様々な面に従った図３の輪郭測定装置において縞パターンを生成するためのフル・フィールド干渉計の別の模範的な構成を示す略図である。
【図８】本発明手法の様々な面に従った図３の輪郭測定装置において縞パターンを生成するためのフル・フィールド干渉計の別の模範的な構成を示す略図である。
【図９】本発明手法の様々な面に従った図１の輪郭測定装置の別の模範的な構成を示す略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  レーザ固結システム
１２  輪郭測定装置
１４  レーザ固結ノズル
１６  レーザ源
１７  溶融池
１８  基板
２０  ノズル
２２  対象物
２４  粉末材料
２６  累積された層
３２、３４  アーム
４０  輪郭測定装置
４２  縞投影デバイス
４４  対象物
４６  ランプ
４８  ＬＥＤ
５０  光学ヘッド
５２  光学繊維
５４  光学ユニット
５６  広域通過フィルタ
５８  カメラ
６０  信号処理ユニット
６２  ケーブル
７０  構造化光パターンの生成のための構成
７２  レーザ
７４  対象物
７６  撮像レンズ
７８  カメラ
８０  対象物の表面高さの変化
８２  距離
１００  構造化光パターンの生成のための構成
１０２  回折部品
１２０  フル・フィールド干渉計
１２２  レーザ
１２４  ビーム拡大器
１２６  ビーム分割器
１２８  基準ミラー
１３０  対象物表面
１３２  カメラ
１３４  圧電トランスデューサ
１５０  フル・フィールド干渉計
１５２、１５４  ミラー
１５６、１５８  ビーム分割器
１７０  シャーリング干渉計
１７２  シャーリング・プレート
１９０  輪郭測定装置
１９２  光源
１９４  格子
１９６  レンズ
１９８  光学繊維
２００  ボアスコープ
２０２  カメラ
【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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【外国語明細書】
2009025119000001.pdf