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公開番号2025133207
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2024031014
出願日2024-03-01
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 11/02 20060101AFI20250904BHJP(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る。前記フリンジパターンは、ダウンエッジ又はライズエッジを有する波形パターンである。前記情報処理部は、前記フリンジパターンの位相が移動するように前記投影部を制御する投影制御部と、イメージャの各画素で、前記フリンジパターンの位相変化に伴う被計測物の表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、前記被計測物の表面の各点における前記反射光量の計測値の時系列から、前記ダウンエッジ又は前記ライズエッジを検出してフリンジパターンの周期原点を検出し、検出した前記周期原点に基づいて各画素の初期位相を計算する位相計算部と、各画素の位相に基づいて、各画素に対応する前記被計測物の表面の各点の高さを計算する高さ計算部と、を有する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
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、
前記フリンジパターンは、反射光量が最大値から最小値に変化するダウンエッジ又は最小値から最大値に変化するライズエッジを有する波形パターンであり、
前記撮像部は、前記被計測物の表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、
前記フリンジパターンの位相が所定方向に向かって移動するように前記投影部を制御する投影制御部と、
前記イメージャの各画素で、前記フリンジパターンの位相を変えて前記波形パターンの一周期分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各画素に対応する前記被計測物の表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、
各画素における前記反射光量の計測値の時系列から、前記ダウンエッジ又は前記ライズエッジを検出してフリンジパターンの周期原点を検出し、検出した前記周期原点に基づいて各画素の初期位相を計算する位相計算部と、
各画素の初期位相に基づいて、各画素に対応する前記被計測物の表面の各点の高さを計算する高さ計算部と、
を有する、
計測装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記投影部は、
前記被計測物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、
前記投影制御部は、前記マスクが前記所定方向に移動するように前記アクチュエータを制御する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記投影部はプロジェクタであり、
前記投影制御部は、所定時間毎に前記フリンジパターンの位相を所定方向に移動させた投影パターン画像を投影するように前記投影部に制御信号を出力する、
請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
前記フリンジパターンはノコギリ波パターンであり、
前記位相計算部は、前記ダウンエッジ又は前記ライズエッジを前記ノコギリ波パターンの周期原点として検出し、前記計測値の時系列における前記周期原点の位置から各画素の初期位相を計測する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項５】
前記反射光量変化計測部は、予め求めた反射光量変化の理想直線又は計測値の時系列から求めた近似直線である直線から外れた計測値を前記直線上に移動して補正する、
請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記フリンジパターンは反射光量が最大値となる区間、及び反射光量が最小値となる区間からなる矩形波パターンであり、
前記位相計算部は、計測値の時系列において最初に検出されるダウンエッジ又はライズエッジである第１エッジから、次に検出されるライズエッジ又はダウンエッジである第２エッジまでの経過時間と、前記矩形波パターンの一周期における反射光量が最大値となる区間の割合又は反射光量が最小値となる区間の割合とに基づいて、各画素の初期位相を計測する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記投影部は、前記フリンジパターンの位相の移動に応じてパルス信号を出力する信号出力部をさらに有し、
前記情報処理部は、前記パルス信号から前記フリンジパターンの位相が所定量移動したことを検出すると、前記フリンジパターンを撮像するように前記撮像部を制御する撮像制御部をさらに有し、
前記反射光量変化計測部は、前記計測値の時系列をプロットした波形が、前記パルス信号に基づく前記フリンジパターンの位相の移動量に応じた波形となるように補正する、
請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか一項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にビームを照射して焼結させるヘッドと、
を備える、
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 1,700 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。
【０００３】
特許文献１には、フリンジプロジェクション法を利用して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】
フリンジプロジェクション法では、一般的に正弦波状に明るさが変化するフリンジパターン（正弦波パターン）の位相を移動して投影し、観測点の反射光量の変化を観測することで当該観測点の正弦波パターン上の位置（位相）を求める。しかしながら、正弦波パターンの周期原点は反射光量の変化途中にあるため、どの計測値が周期原点の計測値に相当するかを正確に検出することは困難である。そうすると、観測点の位相の計測精度が低下する可能性がある。特に、計測値のサンプリング数が十分ではない場合には、位相の誤差が増大し、各点の高さを精密に計測することが困難となる。
【０００６】
また、フリンジパターンの波形を短周期にすることで計測を向上することができるが、波形が一周期以上ずれるような高さの変化があった場合に、周期がずれたことを検出することが困難となる。このため、高さ方向の計測範囲を拡大することが望まれている。
【０００７】
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、計測性能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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る計測装置は、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、前記フリンジパターンは、反射光量が最大値から最小値に変化するダウンエッジ又は最小値から最大値に変化するライズエッジを有する波形パターンであり、前記撮像部は、前記被計測物の表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、前記フリンジパターンの位相が所定方向に向かって移動するように前記投影部を制御する投影制御部と、前記イメージャの各画素で、前記フリンジパターンの位相を変えて前記波形パターンの一周期分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各画素に対応する前記被計測物の表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、各画素における前記反射光量の計測値の時系列から、前記ダウンエッジ又は前記ライズエッジを検出してフリンジパターンの周期原点を検出し、検出した前記周期原点に基づいて各画素の初期位相を計測する位相計算部と、各画素の位相に基づいて、各画素に対応する前記被計測物の表面の各点の前記計測基準面からの高さを計測する高さ計算部と、を有する。
【０００９】
本開示の一態様に係る積層造形装置は、上述の計測装置と、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にビームを照射して焼結させるヘッドと、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の計測装置、及び積層造形装置によれば、計測性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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