JPH0596633A

JPH0596633A - 光学的造形装置

Info

Publication number: JPH0596633A
Application number: JP3285498A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Ishizaka; 和也石坂; Yukio Morita; 由紀夫森田; Ryoichi Furuhashi; 寮一古橋
Original assignee: Kiwa Giken KK
Current assignee: Kiwa Giken KK
Priority date: 1991-10-07
Filing date: 1991-10-07
Publication date: 1993-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】光硬化性流動物質にレーザを照射して三次元
固体を造形する装置において、レーザの走査速度を制御
して造形精度の向上を図る。【構成】ベース２０内側には自立したタンク７０が設
けられ、タンク７０内に光硬化性流動物質１００が充填
される。タンク内のテーブル８０はＺ軸方向に制御され
る。Ｘ軸、Ｙ軸に沿って制御されるヘッド５０はレーザ
照射装置６０を備え、レーザ発振器２１０からのレーザ
ビームをタンク内に照射する。レーザ発振器へ通電され
ると、その通電時間はタイマーで測定され、レーザ発振
器２１０の周囲温度とともに演算処理部２５０へ送られ
る。演算処理部はこれらのデータからレーザ出力を予測
し、走査速度を決定する。実際のレーザ出力を光センサ
４００で測定して予測出力を補正し、精度を向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光硬化性流動物質に光
を照射して所望形状の固体を形成する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光エネルギーを吸収することにより硬化
する流動物質に対して光ビームを照射して所望の形状を
有する固体を形成する光学的造形技術が提案されてい
る。例えば特公平２−４８４２２号公報は、容器内に光
硬化性流動物質を充填し、容器内を昇降する作業面上の
物質に光を照射して二次元の固体層を形成し、作業面を
順次降下させて固体層を積層することにより三次元の固
体を形成する方法及び装置が開示されている。レーザ等
の光源を光硬化性物質に対して二次元に移動する具体的
手段については開示されていないが、例えば水平面上で
直交する２つの軸上で制御されるヘッドに光源を取り付
けることが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光源から照射されるレ
ーザの出力は種々の条件により変化する。図４の
（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ横軸に周囲温度、
通電時間（レーザ光源の累積使用時間）、始動からの通
電時間をとり、縦軸にレーザ出力をとったときの出力の
変化を表わすグラフである。周囲温度が約２５度のとき
に出力は１００％で最高となり、累積時間が長くなるに
つれ、出力は低下する。始動時にあっては、最高出力に
達するまでにはかなりの時間を要する。レーザ発振器の
定格出力値を保持する通電時間は１５００〜２０００時
間である。

【０００４】また、始動時には通電時間が１５分程度で
出力は１００％に到達する。従来の光造形装置にあって
は、これらの条件により光源と光硬化性物質の相対的な
走査速度を補正して制御するものではなかったので、造
形精度不良等の問題があった。そこで本発明は、レーザ
エネルギーの変動条件を測定し、この測定結果に応じて
走査速度を制御する装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の光学的造形装置
は、レーザ発振器の通電時間を測定する通電タイマー
と、レーザ発振器周囲の温度を測定する温度センサと、
レーザの光エネルギーを測定する光レベルセンサを備
え、通電時間と周囲温度と実際の光エネルギーのデータ
に基づいて理想走査速度を演算する手段と、この演算結
果に基づいてサーボ装置を制御する手段を備えている。

【０００６】

【作用】レーザ発振器から供給される光エネルギーのレ
ベルは種々の条件により変化するが、本発明ではこれら
のデータに基づいて理想走査速度を演算してサーボ装置
を制御することができる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の光学的造形装置の概要を示す
説明図である。光学的造形装置１０は、ベース２０の上
部に平行した２本の直動案内面３０を備え、この２本の
案内面３０上に水平直交する直動案内面４０を備え、こ
の案内面４０上に垂直直交するヘッド５０が摺動する。
駆動機構としてはボールねじ等が利用され、サーボモー
タにより移動速度と移動量が制御される。直動案内面４
０に対してヘッド５０がＸ軸方面に摺動される。駆動速
度、移動量はサーボモータにより制御される。ヘッド５
０にはレーザ照射装置６０が取り付けられ、このレーザ
照射装置はサーボモータにより上下方向に位置制御され
る。Ｖ軸は、液面の上下方向の焦点合わせと硬化幅を変
更する。

【０００８】ベース２０内側には自立したタンク７０が
載置され、タンク７０内に光硬化性流動物質１００が充
填される。タンク７０内にはコラム９０により垂直方向
（Ｚ軸方向）に沿って移動するテーブル８０が配設され
る。テーブル８０の上面を光硬化性流動物質の液面より
わずかに下（０．２mm程度）に位置決めし、レーザ照射
装置６０をＸ、Ｙ方向に移動しつつレーザビームを液面
に照射して二次元の固体層を形成する。１つの層が完成
すると、テーブル８０を降下し、形成された固体上面を
光硬化性流動物質で覆い、同様の操作により二次元の固
体層を形成する。

【０００９】以下、この操作を繰り返して所望の三次元
固体を形成する。レーザ照射装置６０は、導光管２２０
を介してレーザ発振器２１０に連結される。レーザ発振
器２１０はレーザ電源２００からの電力を受けてレーザ
ビームを発振し、レーザ照射装置６０へ送る。レーザ発
振器２１０には温度センサ２３０が装備されており、レ
ーザ発振器周囲の温度を測定し、アナログ信号を発す
る。この温度信号は、アナログ・デジタル変換器２４０
によってデジタル信号に変換され、演算処理部２５０へ
送られる。演算処理部２５０は現在の温度に基づいてレ
ーザ出力を予測し、この予測出力に基づいて理想走査速
度を演算して、数値制御部３００へ送る。数値制御部３
００は、この情報に基づいてサーボ装置３１０の出力を
制御する。

【００１０】レーザ発振器２１０の始動からの経過時間
や累積使用時間は、通電タイマー（図示せず）により計
測され、同様の処理を受けて数値制御部３００へ送られ
る。タンク７０の側部に配設される受光センサ４００
は、受光面をタンク７０内の光硬化性流動物質１００の
液面近くに調節される。レーザ照射位置６０を定期的に
受光センサ４００上に移動させて、レーザビームの出力
の現在値を測定する。受光センサ４００が受光したレー
ザビームの出力は、出力計４１０からアナログ信号とし
て発信されアナログ・デジタル変換器４２０によりデジ
タル信号に変換されて演算処理部４３０へ送られる。演
算処理部４３０は、現在のレーザビーム出力値と予測出
力を比較して補正量を決定し、理想走査速度を演算し、
数値制御部３００へ送る。

【００１１】図２は、制御装置の概要を示すブロック図
である。レーザ発振器の起動とともに通電タイマー５０
０は、レーザ発振器の累積通電時間と起動からの通電時
間を演算処理部２５０へ送る。レーザ発振器２１０に付
設した温度センサ２３０は、レーザ発振器周囲の温度を
測定し、アナログ・デジタル変換器２４０を介して演算
処理部２５０へ送る。レーザビームのエネルギーを検出
する光レベルセンサ４００は、光レベル測定装置４１０
により操作され、定期的にレーザ照射装置６０から照射
される光エネルギーを測定し、アナログ・デジタル変換
器４２０を経由して演算処理部４３０へデータを送る。

【００１２】演算処理部は、これらの測定データに基づ
いて、図４で説明した補正要因を導入して予想光照射量
と理想走査速度を演算する。この演算結果は数値制御部
３００へ送られ、数値制御部３００は各制御軸のサーボ
アンプ３１０へ指令を発し、サーボモータ３２０が理想
走査速度で駆動するように制御する。

【００１３】図３は制御処理のフロー図である。ステッ
プ１０００で光造形装置の電源を投入して制御処理をス
タートすると、ステップ１０１０で初期データを読み込
む。メモリ１０２０には初期データとしてレーザ発振器
の累積通電時間による補正値のデータＣ₁−ｔ₁、レーザ
発振器の周囲温度による出力のデータＷ−℃、出力に応
じた走査速度のデータＷ−ミリメートル／分、が記憶さ
れている。ステップ１０３０でレーザ出力が定常状態ま
で上昇したことを確認し、ステップ１０４０で周囲温度
を測定する。ステップ１０５０で周囲温度とレーザ発振
器の累積通電時間に基づいてレーザ出力を予測する。こ
の際に、メモリ１０６０からデータＣ₁−ｔ₁、Ｗ−℃を
受ける。

【００１４】ステップ１０７０では、まずレーザ出力の
測定装置１０８０に対して測定の実行を指令し、レーザ
出力データメモリ１０９０を介してデータを受ける。こ
の実際の出力とステップ１０５０で演算した予測出力と
を比較して補正値Ｃ₂を決定し、ファイル１１００に記
憶する。ステップ１１１０ではレーザ出力に対応する走
査速度を決定する。この際にメモリ１１２０から走査速
度の初期データＷ−ミリメートル／分、を受ける。ステ
ップ１１３０では、レーザ発振器への累積通電時間が一
定時間ｔ₁を経過していないか否かを判断する。ｔ₁を越
えていたならステップ１１４０へ進み、レーザの予想出
力に補正値Ｃ₁をかける。この際にメモリ１１５０から
累積通電時間に対する補正値のデータを受ける。

【００１５】一定時間ｔ₁を経過していなければ、ステ
ップ１１６０で周囲温度の変化を測定する。周囲温度に
変化があれば、ステップ１１７０へ進み、予想出力を計
算して、更新する。この際にメモリ１１８０からの通電
時間に対する補正値のデータ、周囲温度に対する出力の
データ、予想出力に対する補正値のデータを受ける。温
度変化がなければ直接にステップ１０９０へ進み、前回
のレーザ出力測定から一定時間ｔ₂が経過していないか
否かを判断する。前回の測定から一定時間経過したとき
には、ステップ１０７０へ戻り、レーザ出力の現在値を
測定し、一定時間経過していなければ、ステップ１１１
０へ戻り、以上のステップを繰り返す。

【００１６】

【発明の効果】本発明は以上のように、レーザビームを
光硬化性流動物質に照射しつつ走査することにより、三
次元の固体を形成する光学的造形装置にあって、レーザ
出力を予測して理想走査速度を演算し、走査に参加する
サーボ装置を制御する構成を備える。レーザ出力の変化
要因としては、レーザ発振器の通電時間、周囲温度があ
るが、これらの条件を測定してレーザ出力を予測する。
そして、光レベルセンサを備え、一定時間間隔毎に実際
のレーザ出力を測定し、予測値と比較して補正量を決定
する。これらの処理により正確なレーザ出力を予測で
き、この出力に基づいて走査速度を制御するので、光硬
化現象も正確に実行され、精度の高い造形を達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の概要を示す説明図。

【図２】制御装置のブロック図。

【図３】制御処理のフロー図。

【図４】作用を示すグラフ。

【符号の説明】

１０光学的造形装置２０ベース３０直線案内図（Ｙ軸）４０直線案内図（Ｘ軸）５０ヘッド６０レーザ照射装置７０タンク８０テーブル１００光硬化性流動物質２００レーザ電源２１０レーザ発振器２３０温度センサ３００ＮＣ３１０サーボ４００光レベルセンサ４１０光レベル測定装置５００通電タイマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光硬化性流動物質を充填したタンクと、
タンク内で垂直方向の軸に沿って制御される水平テーブ
ルと、タンク上方にあって水平面内で直交する２つの軸
及び垂直方向の軸に沿って制御されてタンク液面を走査
するレーザ照射装置と、レーザ照射装置にレーザ光を供
給するレーザ発振器と、各制御軸を駆動するサーボ装置
と、サーボ装置に指令を与える数値制御部と、演算処理
部を備えた光学的造形装置であって、レーザ発振器の通
電時間を測定する通電タイマーと、レーザ発振器周囲の
温度を測定する温度センサと、レーザの光エネルギーを
測定する光レベルセンサを備え、通電時間と周囲温度と
実際の光エネルギーのデータに基づいて理想走査速度を
演算する手段と、この演算結果に基づいてサーボ装置を
制御する手段を備えてなる光学的造形装置。
【請求項２】一定時間間隔毎に光レベルセンサを操作
して光エネルギーの測定を実行する手段を備えてなる請
求項１記載の光学的造形装置。