特許ウォッチ

公開番号2025110305
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-28
出願番号2024004160
出願日2024-01-15
発明の名称計測装置、及び積層造形装置
出願人三菱重工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01B 11/25 20060101AFI20250718BHJP(測定;試験)
要約【課題】計測精度を向上させることができる計測装置、及び積層造形装置を提供する。
【解決手段】計測装置は、投影部と、撮像部と、情報処理部と、を備え、投影部は、計測基準面に向けて光を照射する光源と、光源から照射される光を透過させ、フリンジパターンを生成するマスクと、マスクを移動させるアクチュエータと、を有し、投影部は、マスクを移動させることによりフリンジパターンの位相を変化させ、撮像部は、計測基準面及び被計測物の表面のうちフリンジパターンが投影された投影面の各点の反射光量を取得するイメージャを有し、情報処理部は、投影面の各点で、フリンジパターンの位相を変えて複数回取得された反射光量に基づいて、フリンジパターンの位相変化に伴う投影面の各点の反射光量変化を計測する反射光量変化計測部と、投影面の各点の反射光量変化に基づいて、計測基準面に対する被計測物の表面の各点の高さを計測する高さ計測部と、を有する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
計測基準面、及び前記計測基準面上の被計測物の表面にフリンジパターンを投影する投影部と、
前記計測基準面及び前記被計測物の表面に投影された前記フリンジパターンを撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された前記フリンジパターンの情報を処理し、前記被計測物の形状を計測する情報処理部と、
を備え、
前記投影部は、
前記計測基準面に向けて光を照射する光源と、
前記光源から照射される光を透過させ、前記フリンジパターンを生成するマスクと、
前記マスクを移動させるアクチュエータと、
を有し、
前記投影部は、前記マスクを移動させることにより前記フリンジパターンの位相を変化させ、
前記撮像部は、前記計測基準面及び前記被計測物の表面のうち前記フリンジパターンが投影された投影面の各点の反射光量を取得するイメージャを有し、
前記情報処理部は、
前記投影面の各点で、前記フリンジパターンの位相を変えて複数回取得された反射光量に基づいて、前記フリンジパターンの位相変化に伴う前記投影面の各点の反射光量変化を計測する反射光量変化計測部と、
前記投影面の各点の反射光量変化に基づいて、前記計測基準面に対する前記被計測物の表面の各点の高さを計測する高さ計測部と、
を有する、
計測装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記撮像部は、前記マスクが移動する間、前記フリンジパターンを連続して撮像する、請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記マスクは、前記光源の光軸に垂直な平面に交差するよう、前記光源の光軸に対して傾斜している、
請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記イメージャは、各々が前記投影面における一の点の反射光量を取得する複数の画素を有し、
前記情報処理部は、前記計測基準面上に前記被計測物が配置されていない状態で、前記画素ごとに、前記計測基準面の複数の高さ位置で反射光量変化を記録した反射光量変化テーブルを作成する反射光量変化テーブル作成部をさらに有し、
前記高さ計測部は、前記被計測物の表面における一の計測点について、当該一の計測点に対応する一の前記画素で取得された反射光量に基づいて前記反射光量変化計測部により取得された反射光量変化に最も近い特定反射光量変化を、当該一の前記画素における前記反射光量変化テーブルに記録された複数の反射光量変化から特定し、前記特定反射光量変化に対応する高さを、前記被計測物の表面における当該一の計測点の高さとする、
請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の計測装置と、
造形物が積層造形される造形面を有するステージと、
前記造形面上に粉体を供給する粉体供給部と、
前記造形面上の粉体を平坦にならしてパウダーベッドを形成するコーターと、
前記造形面上の前記パウダーベッドにビームを照射して焼結させるヘッドと、
を備え、
前記造形物及び前記パウダーベッドが前記被計測物であり、
前記造形面が前記計測基準面であり、
前記投影部は、前記マスクと前記計測基準面との間に配置された投影レンズをさらに有し、
前記マスク及び前記投影レンズは、前記計測基準面と平行に配置されている、積層造形装置。
【請求項６】
前記撮像部は、前記イメージャの前記計測基準面との間に配置された受光レンズをさらに有し、
前記イメージャ及び前記受光レンズは、前記計測基準面と平行に配置されている、請求項５に記載の積層造形装置。
【請求項７】
前記撮像部は、前記イメージャの前記計測基準面との間に配置された受光レンズをさらに有し、
前記イメージャ、前記受光レンズ、及び前記計測基準面は、所定の一点から放射状に延びる３本の配置基準線のそれぞれに沿って配置され、
前記受光レンズの中心は、前記イメージャの中心と前記計測基準面の中心とを結ぶ直線上に配置されている、請求項５に記載の積層造形装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、計測装置、及び積層造形装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
層状に敷設された粉末に光ビームや電子ビーム等のビームを照射して積層造形を行うことにより三次元形状物を製造する三次元積層造形技術が知られている。この種の造形技術では、ビームの熱によって造形物が変形する場合がある。また、造形途中に生じたスパッタが残留し、造形物の形状精度が低下する場合がある。また、造形物の内部に空洞の欠陥ができる場合もある。
【０００３】
特許文献１には、造形作業中に発生するこれらの異常を検知する積層造形装置が開示されている。この積層造形装置は、造形物にフリンジパターンを投影するプロジェクタを有する。積層造形装置は、造形物に投影されたフリンジパターンを撮像することで取得されたデータに基づいて造形物における凹凸を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－１７３１０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的なプロジェクタでは、フリンジパターンの解像度が低く、造形物の形状を高精度に計測できない場合があった。
また、１つの計測点について、フリンジパターンの位相を変えてフリンジパターンを複数回撮像する必要があるが、プロジェクタではフリンジパターンの位相の切り換えに時間を要する。このため、撮像データが不足し、必要な計測精度を確保できないことが課題とされていた。
【０００６】
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、計測精度を向上させることができる計測装置、及び積層造形装置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】
上記課題を解決するために、本開示に係る計測装置は、計測基準面、及び前記計測基準面上の被計測物の表面にフリンジパターンを投影する投影部と、前記計測基準面及び前記被計測物の表面に投影された前記フリンジパターンを撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された前記フリンジパターンの情報を処理し、前記被計測物の形状を計測する情報処理部と、を備え、前記投影部は、前記計測基準面に向けて光を照射する光源と、前記光源から照射される光を透過させ、前記フリンジパターンを生成するマスクと、前記マスクを移動させるアクチュエータと、を有し、前記投影部は、前記マスクを移動させることにより前記フリンジパターンの位相を変化させ、前記撮像部は、前記計測基準面及び前記被計測物の表面のうち前記フリンジパターンが投影された投影面の各点の反射光量を取得するイメージャを有し、前記情報処理部は、前記投影面の各点で、前記フリンジパターンの位相を変えて複数回取得された反射光量に基づいて、前記フリンジパターンの位相変化に伴う前記投影面の各点の反射光量変化を計測する反射光量変化計測部と、前記投影面の各点の反射光量変化に基づいて、前記計測基準面に対する前記被計測物の表面の各点の高さを計測する高さ計測部と、を有する。
【０００８】
本開示に係る積層造形装置は、上記の計測装置と、造形物が積層造形される造形面を有するステージと、前記造形面上に粉体を供給する粉体供給部と、前記造形面上の粉体を平坦にならしてパウダーベッドを形成するコーターと、前記造形面上の前記パウダーベッドにビームを照射して焼結させるヘッドと、を備え、前記造形物及び前記パウダーベッドが前記被計測物であり、前記造形面が前記計測基準面であり、前記投影部は、前記マスクと前記計測基準面との間に配置された投影レンズをさらに有し、前記マスク及び前記投影レンズは、前記計測基準面と平行に配置されている。
【発明の効果】
【０００９】
本開示の計測装置、及び積層造形装置によれば、計測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本開示の第１実施形態に係る積層造形装置の構成図である。
本開示の第１実施形態に係る造形制御部の機能ブロック図である。
本開示の第１実施形態に係る投影部の構成図である。
本開示の第１実施形態に係るフリンジパターンの模式図である。
本開示の第１実施形態に係る撮像部の構成図である。
本開示の第１実施形態に係る計測方法を示す模式図である。
本開示の第１実施形態に係る情報処理部の機能ブロック図である。
本開示の第１実施形態に係る１層分の積層造形の手順を示すフローチャートである。
本開示の第１実施形態に係る計測方法の手順を示すフローチャートである。
本開示の第１実施形態に係る被計測物の高さを計測する手順を示すフローチャートである。
本開示の第１実施形態に係る一の計測点における反射光量変化を示す図である。
比較例に係る計測基準面に投影されるフリンジパターンを示す図である。
本開示の第１実施形態に係る計測基準面に投影されるフリンジパターンを示す図である。
比較例に係る撮像部に撮像される計測基準面を示す図である。
本開示の第１実施形態に係る撮像部に撮像される計測基準面を示す図である。
本開示の変形例に係る撮像部の構成図である。
本開示の第２実施形態に係る情報処理部の機能ブロック図である。
本開示の第２実施形態に係る計測方法の手順を示すフローチャートである。
本開示の第２実施形態に係る反射光量変化テーブルを作成する手順を示すフローチャートである。
本開示の第２実施形態に係る反射光量変化テーブルを作成する際の計測基準面の動きを説明する図である。
本開示の第２実施形態に係るある一の画素における高さごとの反射光量変化テーブルを示す図である。
本開示の第２実施形態に係る被計測物の一の計測点における高さを計測する手順を示すフローチャートである。
本開示の第２実施形態に係る被計測物の一の計測点における高さを計測する際の模式図である。
本開示の第２実施形態に係る被計測物の一の計測点における反射光量変化を示す図である。
本開示の実施形態に係るハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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