本發(fā)明涉及可測量三維造型物的斷面形狀的造型裝置、斷面測量裝置、以及斷面測量方法。

背景技術：

以往，已知造型三維造型物的造型裝置(所謂的3D打印機)。在這樣的3D打印機中，通過基于設計數(shù)據(jù)每次1層地堆疊造型材料，制造期望的斷面形狀的造型物。

而且，在由這樣的3D打印機造型出的造型物的外形和內部結構被要求精度的情況下，使用專用的裝置測量所造型出的造型物的內部斷面形狀(例如，參照文獻1：特開2001-264047號公報、文獻2：特開平09-147146號公報)。

這里，文獻1中記載的裝置，對于3D造型物，使用X射線CT裝置拍攝斷面形狀，計算攝像數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)之差。此外，文獻2中記載的裝置，使用MRI，進行造型出的3D造型物的斷面檢查。

可是，上述文獻1、文獻2中所示的使用了X射線CT裝置和MRI的斷面檢查中，需要昂貴并且大型的裝置，此外，在使用X射線等的情況中，在安全面也有課題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及以簡單的結構可容易地測量造型出的造型物的斷面形狀的造型裝置、斷面測量裝置、以及斷面測量方法。

本發(fā)明的造型裝置的特征在于，包括：造型單元，通過基于設計數(shù)據(jù)使造型材料堆疊在造型位置來進行造型物的造型；攝像單元，拍攝由所述造型單元造型出的所述造型物；以及斷面測量單元，基于在所述造型單元的所述造型物的造型中由所述攝像單元拍攝的攝像圖像，測量所述造型物的斷面形狀。

在本發(fā)明中，在由造型單元造型三維的造型物的階段，由攝像單元拍攝該造型中的造型物。然后，斷面測量單元基于在造型物的造型中拍攝的攝像圖像，測量造型物的斷面形狀。

這里，本發(fā)明的造型單元，在將造型物造型時，通過在與造型物的斷面輪廓對應的造型位置每次1層地堆疊造型材料，將造型物造型。因此，通過將在造型物的造型中拍攝的多個攝像圖像(例如每1層的攝像圖像)連在一起，能夠測量造型物整體的斷面形狀，根據(jù)各層的攝像圖像，也能夠判定各層的形狀。

在造型了造型物后，為了測量內部斷面形狀，需要上述那樣的大型的專用裝置，但在本發(fā)明中，由于獲取造型物的造型中的圖像即可，所以能夠使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor；互補金屬氧化物半導體)或CCD(Charge Coupled Device；電荷耦合器件)等的小型的攝像單元。因此，例如不需要X射線CT裝置或MRI等的專用的大型裝置，以簡單的結構，能夠提供可測量造型物的內部斷面形狀的造型裝置。此外，由于不使用X射線等，所以也有利于安全方面。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選還包括：形狀判定單元，判定由所述斷面測量單元測量的所述造型物的測量數(shù)據(jù)是否在基于所述設計數(shù)據(jù)的尺寸公差內。

在本發(fā)明中，形狀判定單元判定由斷面測量單元測量的測量結果(測量數(shù)據(jù))是否為尺寸公差以內的精度。因此，能夠容易地判定造型物是否為適應了設計數(shù)據(jù)的精度高的造型物。

此外，在本發(fā)明中，能夠拍攝造型中的造型物的斷面輪廓，所以即使是造型中，也可判斷造型中的造型物是否達到基于設計數(shù)據(jù)的精度。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選還包括：造型中止單元，在由所述形狀判定單元判定為所述測量數(shù)據(jù)在所述尺寸公差外的情況下，使所述造型單元的造型處理停止。

在本發(fā)明中，在由形狀判定單元判定為造型中的造型物的測量數(shù)據(jù)超過了尺寸公差的情況下，造型中止單元使造型裝置的造型處理停止。即，在造型物的造型精度差的情況下，造型物的造型立即被中止。由此，例如，與繼續(xù)進行仍然包含造型誤差的造型的情況等相比，不浪費造型材料，能夠抑制由此造成的成本增加。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選還包括：校正控制單元，在由所述形狀判定單元判定為所述測量數(shù)據(jù)在所述尺寸公差外的情況下，控制所述造型單元，對于所述造型位置進行造型校正。

在本發(fā)明中，在由形狀判定單元判定為造型中的造型物的測量數(shù)據(jù)超過了尺寸公差的情況下，校正控制單元控制造型單元，進行造型物的造型校正。即，基于測量數(shù)據(jù)，對造型精度低的部位追加供給造型材料，并且將堆疊的造型物的一部分除去。由此，在本發(fā)明中，能夠造型與測量數(shù)據(jù)對應的精度高的造型物。此外，在造型后實施形狀測量的情況下，難以或不可能進行造型校正，而在本發(fā)明中，如上述那樣，能夠判斷造型物的造型階段中的形狀，所以在造型位置造型的部位在尺寸公差外的情況下，立即能夠實施對該造型位置的造型校正。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選在所述測量數(shù)據(jù)小于所述尺寸公差中的最小容許尺寸的情況下，所述校正控制單元控制所述造型單元，對于與該測量數(shù)據(jù)對應的造型位置追加所述造型材料。

在本發(fā)明中，在測量數(shù)據(jù)小于尺寸公差中的最小容許尺寸的部位追加造型材料。由此，能夠造型基于設計數(shù)據(jù)的造型物。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選在所述測量數(shù)據(jù)大于所述尺寸公差中的最大容許尺寸的情況下，所述校正控制單元控制所述造型單元，除去在與該測量數(shù)據(jù)對應的造型位置堆疊造型的所述造型材料的一部分。

在本發(fā)明中，例如通過使用了激光的切削或熔融等除去測量數(shù)據(jù)大于尺寸公差中的最大容許尺寸的部位。由此，能夠造型基于設計數(shù)據(jù)的造型物。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選所述攝像單元拍攝以所述造型位置為中心的規(guī)定區(qū)域內。

在本發(fā)明中，攝像單元拍攝由造型單元進行造型物造型的造型位置附近，形狀測量單元基于該造型位置附近的攝像圖像測量斷面形狀。在本發(fā)明中，基于設計數(shù)據(jù)在造型位置堆疊造型材料，進行造型物造型。因此，如果通過攝像單元獲取造型位置附近的攝像圖像，則能夠判定對于造型位置是否準確地堆疊了造型材料，能夠進行精度高的斷面形狀的測量。此外，通過拍攝以造型位置為中心的較窄的范圍，能夠以高清晰度獲取該造型位置附近的攝像圖像，能夠使形狀測量精度提高。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選還包括造型頭，由移動機構可移動地構成， 被設置所述造型裝置，所述攝像單元被設置在所述造型頭中。

在本發(fā)明中，在造型頭中設置造型單元和攝像單元，該造型頭通過移動機構可移動地構成。在這樣的結構中，通過利用移動機構使造型頭移動，能夠使造型位置移動。此外，由于攝像單元與造型頭一起移動，所以能夠容易地獲取對造型位置附近的攝像圖像。

在本發(fā)明的造型裝置中，優(yōu)選所述攝像單元被固定在規(guī)定位置，從該規(guī)定位置拍攝所述造型物整體。

在本發(fā)明中，作為攝像單元，被固定在規(guī)定位置，從該固定位置拍攝造型物整體。在該情況下，由于拍攝造型物整體，所以與使造型位置附近的攝像圖像連在一起來測量斷面形狀的情況相比，圖像處理容易。此外，通過采用攝像圖像的清晰度較高的攝像單元，能夠抑制形狀測量精度的下降。

而且，在造型頭中設置攝像單元的情況中，造型頭大型化，重量也變重，但在本發(fā)明中，在造型頭之外設置攝像單元，所以能夠促進造型頭的小型化。

本發(fā)明的斷面測量裝置的特征在于包括：攝像單元，拍攝由造型單元通過基于設計數(shù)據(jù)使造型材料堆疊在造型位置來造型三維的造型物所造型的所述造型物；以及斷面測量單元，基于在所述造型單元的所述造型物的造型中由所述攝像單元拍攝的攝像圖像，測量所述造型物的斷面形狀。

在本發(fā)明中，與上述發(fā)明同樣，能夠不需要使用例如X射線CT裝置或MRI等的專用的大型裝置，而以簡單的結構提供可測量造型物的內部斷面形狀的造型裝置。此外，對于原有的3D打印機等的三維造型裝置，通過安裝包括攝像單元和斷面測量單元的斷面測量單元，能夠高精度地測量在原有的三維造型裝置中所造型的造型物的斷面形狀。

本發(fā)明的斷面測量方法，測量由造型裝置通過基于設計數(shù)據(jù)使造型材料堆疊在造型位置來造型三維的造型物所造型的造型物的斷面形狀，特征在于，在所述造型裝置的所述造型物的造型中，獲取造型中的造型物的攝像圖像，基于該攝像圖像，測量所述造型物的斷面形狀。

在本發(fā)明中，與上述發(fā)明同樣，能夠不使用大型的專用裝置，而容易地測量造型物的斷面形狀。

在本發(fā)明中，以簡單的結構，能夠容易地測量造型的三維造型物的斷面形狀。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式中的3D打印機的概略結構的圖。

圖2是表示本實施方式的造型頭的概略結構的圖。

圖3是表示本實施方式的造型物的造型方法的流程圖。

圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式中的3D打印機的概略結構的圖。

圖5是表示本發(fā)明的第三實施方式中的3D打印機的概略結構的圖。

具體實施方式

[第一實施方式]

以下，基于附圖說明本發(fā)明的第一實施方式的3D打印機。

圖1是表示本實施方式中的3D打印機的概略結構的圖。

3D打印機1是本發(fā)明的造型裝置，如圖1所示，該3D打印機1包括打印機本體10和控制裝置20。3D打印機1是基于設計數(shù)據(jù)造型三維造型物A(以下，僅稱為造型物A)的裝置。此外，3D打印機1測量被造型的造型物A的外部形狀和內部斷面形狀，顯示在控制裝置20中設置的顯示器21上，從被造型的造型物A的測量結果，判定造型物A是否在尺寸公差以內。

[打印機本體10的結構]

如圖1所示，打印機本體10包括基座部11、工作臺152、造型頭13、移動機構14、造型材料供給單元15、打印機控制單元16而構成。

基座部11是支承工作臺12及造型頭13的基座。工作臺12及造型頭13通過用于使造型位置移動的移動機構14被支承在基座部11上。

移動機構14包括：用于使工作臺12在Z軸方向(高度方向)上移動的升降機構141；用于使造型頭13在與Z軸方向正交的X軸方向及Y軸方向上移動的頭移動機構142。

升降機構141例如包括：對于基座部11在Z軸方向上可突出地設置的支承軸141A；以及使支承軸141A在Z軸方向上進退的升降驅動單元(未圖示)，工作臺12被固定在支承軸141A的前端。而且，支承軸141A通過升降驅動單元在Z軸方向上進退，工作臺12被升降。再有，升降機構141的具體的結構不限定于上述結構，例如，也可以是在沿Z軸方向具有軸方向的螺桿上卡合工作臺12的一部分，通過螺桿的旋轉驅動使工作臺12升降的結構、通過液壓活塞等使工作臺12升降的結構等。

頭移動機構142包括：從基座部11向+Z軸方向延伸，沿Y軸方向可滑動地設置的2個柱142A；由這些柱142A支承、沿X軸方向延伸的梁142B；使柱142A沿Y軸方向滑動的Y軸驅動單元(未圖示)；以及使造型頭13沿梁142B(X軸方向)滑動的X軸驅動單元(未圖示)。再有，作為頭移動機構142的結構，不限于此，例如，也可以為通過多關節(jié)臂(arm)保持造型頭13，通過控制多關節(jié)臂的關節(jié)部的角度使造型頭13移動的結構等。

工作臺12是在升降機構141中沿Z軸方向可升降地設置的例如板狀的構件，在工作臺12的上面由造型頭13進行造型物A的造型。

圖2是表示造型頭13的結構的概略圖。

如圖1及圖2所示，造型頭13包括造型單元131和攝像單元132。

造型單元131是本發(fā)明的造型單元，將從造型材料供給單元15供給的造型材料從噴嘴131A擠出到工作臺12上的規(guī)定的造型位置B(參照圖2)進行造型物A的造型。

在本實施方式中，基于來自控制裝置20的指令，造型頭13移動到基于設計數(shù)據(jù)的造型位置。然后，在該造型位置，通過從造型單元131的噴嘴131A擠出造型材料，形成造型材料的層?；谠O計數(shù)據(jù)一邊改變造型位置一邊依次反復實施上述從造型單元131的噴嘴131A擠出造型材料，形成1層的造型層C(參照圖2)，其后，使工作臺12下降相當1層厚度的尺寸，再次形成1層的造型層C。通過反復實施1層造型層的形成，造型物A被多層構成的造型層C造型。再有，作為噴嘴131A，例如也可以為使噴嘴直徑可變的結構。該情況下，通過適當變更噴嘴直徑，可控制堆疊的造型材料的量。

在本實施方式中，將從造型材料供給單元15供給的、例如熔融樹脂或熔融金屬的造型材料擠出到造型位置并堆疊，將造型物A造型。因此，也可以另外設置用于使熔融的造型材料凝固的冷卻機構(例如冷卻扇等)。

再有，例示了擠出造型材料使其堆疊在造型位置B的結構的造型單元131，但作為本發(fā)明的造型裝置，不限定于上述的造型單元131，也可以是任何的造型方式。例如，可以將紫外線固化樹脂等的熔融材料的液滴排出到造型位置B，通過照射紫外線而凝固堆疊，也可以將固體的造型材料運送到造型位置B，在該造型位置B中，例如通過高輸出激光或熱絲等加熱熔融造型材料而堆疊。而且，將相當1層的造型材料的粉末鋪滿在工作臺上，通過激光等燒結造型位置B的粉末材料，或排出粘結劑使其凝固，形成造型層C， 其后，通過再次鋪滿粉末并反復進行同樣的處理，也可以進行造型物A的造型。

攝像單元132是本發(fā)明的攝像單元，拍攝在工作臺12上被造型的造型物A和造型中的造型物A(造型層C)，并將攝像圖像輸出到控制裝置20。

在本實施方式中，攝像單元132裝載在造型頭13中，時常拍攝造型位置B附近(以造型位置B為中心的預先設定的范圍內)。因此，如圖2所示，優(yōu)選攝像單元132對于Z軸方向，傾斜規(guī)定角度被設定在造型單元131側。該情況下，通過拍攝以造型位置B為中心的規(guī)定攝像區(qū)域內的高清晰度的攝像圖像，可高精度地測量造型層C上的尺寸。

造型材料供給單元15通過例如耐熱管等的連結部連結例如造型頭13的造型單元131，對造型單元131供給造型材料。造型材料供給單元15基于來自控制裝置20的指令，可控制對造型單元131供給的造型材料的供給量，通過控制造型材料的供給量，可對于造型位置B堆疊期望的分量的造型材料。因此，即使在形成細微結構的造型物A的情況下，也可進行尺寸精度高的、高質量的造型物A的造型。

打印機控制單元16連接到移動機構14、造型頭13的造型單元131和攝像單元132、造型材料供給單元15等。此外，打印機控制單元16與控制裝置20可通信地連接，基于來自控制裝置20的控制指令，控制移動機構14和造型頭13、造型材料供給單元15的各單元的驅動，將由攝像單元132拍攝的攝像圖像發(fā)送到控制裝置20。

[控制裝置20的結構]

如圖1所示，控制裝置20包括顯示器21、存儲單元22、控制單元23等構成。

顯示器21例如顯示由攝像單元132拍攝的攝像圖像等的圖像。

存儲單元22存儲用于控制3D打印機1的控制程序和各種數(shù)據(jù)、用于進行造型物A的造型的設計數(shù)據(jù)等。

控制單元23，例如由CPU(Central Processing Unit；中央處理器)等的運算電路和存儲電路構成。該控制單元23通過讀入執(zhí)行在存儲單元22中存儲的各程序，具有作為造型指令單元24、攝像控制裝置25、形狀測量單元26、形狀判定單元27、造型中止單元28、校正控制單元29等的功能。

造型指令單元24基于存儲單元22等中存儲的造型物A的設計數(shù)據(jù)、從 其它外部設備和因特網(wǎng)等另外輸入的造型物A的設計數(shù)據(jù)，控制移動機構14和造型頭13，將使它們進行造型物A的造型的造型指令信號輸出到打印機本體10。由此，打印機本體10的打印機控制單元16驅動移動機構14而使造型頭13移動到基于設計數(shù)據(jù)的造型位置B。然后，打印機控制單元16從造型材料供給單元15將熔融樹脂等的造型材料供給到造型單元131，通過造型單元131使造型材料堆疊到造型位置B。

若由造型指令單元24輸出造型指令信號，則攝像控制單元25與造型單元131的驅動(向造型位置的造型材料的堆疊動作)聯(lián)動，輸出由攝像單元132獲取攝像圖像的攝像指令信號。

形狀測量單元26基于拍攝的攝像圖像，測量造型物A的形狀、造型中的造型層C的形狀。

具體地說，形狀測量單元26對于攝像圖像，例如通過平滑處理、中值濾波器、雙邊濾波器等的應用，除去噪聲，通過計算攝像圖像的各像素間的亮度差分值等的特征值，檢測造型物A和造型層C中的邊緣部分。此外，攝像單元132中的成像光學系統(tǒng)的結構是已知的，所以攝像圖像中的倍率是已知的，此外，從攝像單元132至造型位置B的距離也已知。因此，如上述那樣，若檢測出攝像圖像中的邊緣，則例如從攝像圖像中的邊緣間的距離，可測量實際的造型物A和造型層C的邊緣(角部)間的尺寸。即，形狀測量單元26基于通過適當處理攝像圖像檢測出的邊緣間的像素數(shù)、以及攝像單元132的成像光學系統(tǒng)的變焦倍率和從攝像單元132至造型位置B的距離等的已知的參數(shù)，測量造型物A和造型層C的外形尺寸(測量數(shù)據(jù))。

形狀判定單元27判定造型物A和造型層C的測量數(shù)據(jù)(實測尺寸)是否在根據(jù)設計數(shù)據(jù)設定的規(guī)定的尺寸公差內。即，形狀判定單元27計算設計數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)的差分值，判定該差分值是否在規(guī)定的容許值以內。

在由形狀判定單元27判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且該測量數(shù)據(jù)大于設計數(shù)據(jù)的情況下，造型中止單元28將使造型單元131的造型動作中止的造型中止指令信號輸出到打印機本體10。即，在造型中的造型物A(造型層C)大于在設計數(shù)據(jù)中記錄的基準尺寸的情況下，若仍然繼續(xù)造型，則制成低質量的造型物A，浪費造型成本(造型材料和造型時間)，所以中止造型動作。

在由形狀判定單元27判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且該測量數(shù)據(jù)小于設計數(shù)據(jù)的情況下，校正控制單元29對于造型位置B，追加供給造型材料， 進行造型校正，以使測量數(shù)據(jù)在尺寸公差內。具體地說，計算測量數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)的差分值，將與該差分值對應的造型材料供給到造型位置B的校正指令信號輸出到打印機本體10。由此，造型單元131被移動到尺寸被縮小的位置(造型位置B)，通過對于該造型位置B供給與算出的校正值對應的造型材料，造型與設計數(shù)據(jù)對應的造型物A。

[3D打印機1的造型物A的造型方法]

接著，說明使用了上述3D打印機的造型物A的造型方法以及造型物A的斷面測量方法。

圖3是表示本實施方式的造型物A的造型方法的流程圖。

在進行造型物A的造型的情況下，控制裝置20的造型指令單元24，例如基于操作者的操作，獲取與造型物A對應的設計數(shù)據(jù)。對此，如上述，可以通過因特網(wǎng)等的通信裝置從外部設備獲取，也可以獲取在控制裝置20的存儲單元22中存儲的設計數(shù)據(jù)。

然后，造型指令單元24基于獲取的設計數(shù)據(jù)，生成造型指令信號，輸出到打印機本體10(步驟S1)。再有，作為造型指令信號，例如，包含造型位置B的坐標、對該造型位置B的造型材料的供給量、造型頭13的移動路徑等，對構成造型物A的每個造型層C設定這些參數(shù)。

在步驟S1中，造型指令信號被輸入到打印機本體10的打印機控制單元16時，打印機控制單元16開始造型動作(步驟S2)。即，打印機控制單元16控制移動機構14，使工作臺12升降，使造型頭13移動到與規(guī)定的造型位置B對應的位置。然后，打印機控制單元16控制造型材料供給單元15，使與造型指令信號對應的供給量的造型材料供給到造型單元131，從造型單元131對于造型位置B供給造型材料。通過反復進行以上動作，如上述，形成1層的造型層C，通過使該造型層C堆疊多層，造型出造型物A。

此外，在通過步驟S2開始造型動作時，攝像控制單元25對攝像單元132進行控制，使其拍攝造型位置B附近的圖像，獲取攝像圖像(步驟S3)。即，在本實施方式中，在造型物A的造型中，經(jīng)常獲取對造型位置B的攝像圖像。

然后，在通過步驟S3獲取了對造型位置B的攝像圖像時，形狀測量單元26基于該獲取的攝像圖像，測量造型中的造型物、即造型層C的形狀(步驟S4)。即，對于攝像圖像的范圍內的造型層C，計算各部分的尺寸(測量數(shù)據(jù))。再有，有剛被堆疊在造型位置B的造型材料處于固化收縮中的情況。因 此，也可以測量相對沿造型頭的移動路徑的移動方向，在比造型位置B上游側堆疊的造型層C的測量數(shù)據(jù)。此外，也可以使此時拍攝的攝像圖像顯示在顯示器21上。

此外，形狀判定單元27判定所述測量數(shù)據(jù)是否在對每個設計數(shù)據(jù)設定的尺寸公差內(步驟S5)。

在該步驟S5中判定為“否”的情況下(判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差的情況)，形狀判定單元27進而判定測量數(shù)據(jù)是否在最大容許尺寸以上(步驟S6)。即，判定造型層C的尺寸是否大于基于設計數(shù)據(jù)的尺寸。

這里，在判定為“是”的情況下，造型中止單元28將造型中止指令信號輸出到打印機本體10，使造型單元131的造型動作中止(步驟S7)。

另一方面，在步驟S6中判定為“否”的情況下(測量數(shù)據(jù)不在最大容許尺寸以上的情況)，測量數(shù)據(jù)為最小容許尺寸以下，即，意味著造型層C的尺寸小于基于設計數(shù)據(jù)的尺寸。

該情況下，校正控制單元29計算測量數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)的差分值，將相當于造型位置B中的尺寸不足的造型材料的供給量(與差分值對應的供給量)作為校正值計算(步驟S8)。

然后，校正控制單元29將包含該算出的校正值的校正指令信號輸出到打印機本體10。由此，打印機控制單元16實施造型校正(步驟S9)。即，打印機控制單元16使造型頭13移動到測量數(shù)據(jù)為最小容許尺寸以下的造型位置B，使與校正值對應的供給量的造型材料從造型材料供給單元15供給到造型單元131。然后，打印機控制單元16控制造型單元131，通過將與校正值對應的供給量的造型材料供給到造型位置B，校正造型層C的造型位置B的形狀，以使其為與設定數(shù)據(jù)對應的尺寸。

此后，再次返回到通常的造型動作，繼續(xù)進行步驟S3以后的處理。

此外，在步驟S5中，在判定為“是”的情況下(測量數(shù)據(jù)在尺寸公差以內的情況)，控制裝置20判定是否繼續(xù)造型動作(步驟S10)。在步驟S10中，如果造型物A的造型完成，則判斷為“否”，使一系列的造型動作結束。在步驟S10中，判定為“是”的情況下(造型物A的造型未完成的情況)，繼續(xù)造型動作，返回到步驟S3。

[本實施方式的作用效果]

本實施方式的3D打印機1包括：包含通過使造型材料堆疊進行造型物 A的造型的造型單元131和拍攝造型位置B附近的攝像單元132的打印機本體10；以及控制打印機本體10的控制裝置20。而且，在進行造型單元131的造型動作時，控制裝置20的形狀測量單元26基于由攝像單元132拍攝的攝像圖像(造型層C的攝像圖像)，測量造型物A的外形尺寸。

因此，與在造型單元131的造型物A的造型完成后，使用X射線CT裝置或MRI等大型的專用裝置測量造型物A的內部斷面結構的情況相比，能夠通過CCD等的小型的攝像機，容易地測量造型物A的斷面形狀，能夠實現(xiàn)3D打印機1的結構的簡化、小型化。此外，由于不使用X射線等的對人體有害的放射線，所以能夠安全地測量造型物A的外形及內部的構造。

在本實施方式的3D打印機1中，形狀判定單元29判定形狀測量單元26得到的造型物A或造型層C的測量結果(測量數(shù)據(jù))是否在基于設計數(shù)據(jù)的尺寸公差內。

由此，不僅測量造型物A的內部及外部的形狀，還可以判定該造型物A是否高精度地形成為基于設計數(shù)據(jù)的形狀。

此外，進行基于造型物A的造型中的攝像圖像的形狀測量，所以在基于造型中測量出的測量數(shù)據(jù)，看到了異常的情況下，能夠立即中止造型。

在本實施方式的3D打印機1中，在被判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且該測量數(shù)據(jù)大于設計數(shù)據(jù)的情況下，造型中止單元28使造型單元131的造型動作中止。

因此，能夠抑制因制造包含了造型誤差的低質量的造型物A造成的、造型材料的浪費。此外，低質量的造型物A不被造型至最后，實現(xiàn)成品率的提高。

在本實施方式的3D打印機1中，在被判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且該測量數(shù)據(jù)小于設計數(shù)據(jù)的情況下(測量數(shù)據(jù)小于尺寸公差中的最小容許尺寸的情況)，校正控制單元29計算基于測量數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)的差分值的校正值，對于尺寸被縮小的造型位置進行供給造型材料的造型校正。

由此，能夠抑制造型物A的質量下降，能夠制造與設計數(shù)據(jù)對應的精度高的造型物A。

在本實施方式中，攝像單元132被設置在設置了造型單元131的造型頭13中，拍攝造型單元131的造型位置B附近的攝像圖像。

在本實施方式中，基于設計數(shù)據(jù)在造型位置B堆疊造型材料而將造型物 造型，所以如果通過攝像單元132獲取造型位置B附近的攝像圖像，則能夠判定對于造型位置B是否準確地堆疊造型材料，能夠高精度地實施造型層C的測量。此外，例如，與從造型位置B分開的位置拍攝造型的造型物A或造型層C的整體的情況相比，能夠獲取包含造型位置B的規(guī)定的攝像范圍的高清晰度圖像，所以能夠使形狀測量精度進一步提高。

此外，作為獲取造型位置B附近的攝像圖像的結構，例如，可考慮從造型頭13分開的位置利用照相機的變焦功能獲取攝像圖像等，但在該情況下，伴隨造型位置B的移動，需要跟蹤攝像位置，攝像單元132的控制變得復雜。此外，在另外設置裝載了攝像單元132的測量頭，使其跟蹤造型頭13移動的結構等中，需要另外設置測量頭和其移動機構，結構復雜。相對于此，如上述那樣，通過成為在造型頭13中設置攝像單元132的結構，能夠實現(xiàn)結構的簡化及處理的簡化。

[第二實施方式]

接著，基于附圖說明本發(fā)明的第二實施方式的3D打印機。

在上述第一實施方式中，在由形狀判定單元27判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且測量數(shù)據(jù)大于設計數(shù)據(jù)的情況下，由造型中止單元28中止造型動作。相對于此，在第二實施方式中，在即使是這樣的情況，也不中止造型，而進行造型校正的方面，與上述第一實施方式的不同。

圖4是表示第二實施方式的3D打印機的概略結構的圖。再有，在以后的說明時，對與第一實施方式同樣的結構附加相同標號，省略或簡化其說明。

在第二實施方式的3D打印機1A中，在打印機本體10A的造型頭13中，除了造型單元131及攝像單元132，還裝載有用于除去被造型的結構體的一部分的造型除去單元133。

例如，該造型除去單元133包括使高輸出激光射出的激光光源，通過將激光照射到造型層C的一部分上，燒斷照射部位，或通過熔融、氣化，進行除去。

再有，在本實施方式中，表示了造型除去單元133使用激光除去造型層C的一部分的例子，但不限于此。例如，通過由金屬或陶瓷等構成的刀，可以切斷造型層C的一部分，另外，也可以通過任何方法除去造型物A的一部分。

此外，例示了在造型頭13中設置造型除去單元133的結構，但也可以為 另外設置造型除去用的頭部，在該頭部設置造型除去單元133的結構等。

與第一實施方式同樣，在由形狀判定單元27判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且該測量數(shù)據(jù)小于設計數(shù)據(jù)的情況下，本實施方式的校正控制單元29A對于造型位置B，追加供給造型材料，進行造型校正，以使測量數(shù)據(jù)在尺寸公差內。

除此以外，在由形狀判定單元27判定為測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且該測量數(shù)據(jù)大于設計數(shù)據(jù)的情況下，校正控制單元29A控制造型除去單元133，在造型位置B進行將尺寸被擴大的部分除去的造型校正。

本實施方式的3D打印機1A的造型物A的造型方法，與第一實施方式大致相同，僅步驟S7的處理不同。

即，在本實施方式的3D打印機1A中，取代圖3所示的第一實施方式的造型處理中的步驟S7，進行將造型層C的一部分除去的造型校正。

具體地說，校正控制單元29A計算測量數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)的差分值。然后，將除去相當于與算出的差分值對應的除去量的、在造型位置B堆疊形成的造型層C的一部分的校正指令信號輸出到打印機本體10。由此，造型除去單元133移動到尺寸被擴大的位置(造型位置B)，除去相當于對于該造型位置B算出的校正值(除去量)的造型層C的一部分。

再有，在測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且測量數(shù)據(jù)大于設計數(shù)據(jù)的情況下，在測量數(shù)據(jù)和設計數(shù)據(jù)的差分值為規(guī)定的第一閾值以上的情況下，由造型中止單元28中止測量，在低于第一閾值的情況下，也可以進行校正控制單元29A的造型校正(除去)。

在以上的本實施方式的3D打印機1A中，即使在由形狀測量單元26測量出的測量數(shù)據(jù)超過尺寸公差，并且測量數(shù)據(jù)大于設計數(shù)據(jù)的情況下(測量數(shù)據(jù)大于尺寸公差中的最大容許尺寸的情況)，通過除去造型層C的相應部位的一部分，可造型基于設計數(shù)據(jù)的尺寸的造型物A。

[第三實施方式]

接著，基于附圖說明本發(fā)明的第三實施方式的3D打印機。

在上述第一實施方式中，表示了成為在造型頭13中設置攝像單元132的結構，拍攝造型位置B附近的攝像圖像的例子。相對于此，在第三實施方式中，在從造型頭13分開的位置設置攝像單元的方面，與上述第一實施方式及第二實施方式不同。

圖5是表示第三實施方式的3D打印機的概略結構的圖。

在第三實施方式的3D打印機1B中，在打印機本體10B的造型頭13中未裝載攝像單元132，在打印機本體10B的機架或腔室等的離開造型頭13的位置固定攝像單元17。該攝像單元17被固定在固定位置，被設定從該固定位置可拍攝工作臺12整體的視場角。即，在本實施方式中，攝像單元17拍攝在工作臺12上堆疊造型的造型物A的整體。

此外，在本實施方式中，為攝像單元17被固定在固定位置的結構，所以使工作臺12升降時，攝像單元17和造型物A之間的距離變動。因此，優(yōu)選攝像單元17具有基于攝像圖像，以自動方式調整對比度的自動聚焦功能。

作為該自動聚焦功能，例如將攝像單元17的焦點對準造型物A中的最上層的造型層C(最新造型的造型層C)。此時，使用紅外線或激光等，可以檢測距造型物A的距離來調整焦點位置，也可以基于攝像圖像的對比度，調整焦點位置。此外，作為對準焦點位置的方法，可以通過例如電機等使構成攝像單元17的鏡頭系統(tǒng)移動而進行聚焦，也可以通過使工作臺12升降，將攝像單元17和造型物A之間的距離進行微調整。如果具有通過工作臺12的升降進行聚焦的功能，則能夠進一步簡化攝像單元17的結構。

再有，有關3D打印機1B的造型物A的造型方法，與第一實施方式是大致同樣的，但在步驟S3中，優(yōu)選實施以下的處理。

即，在本實施方式中，在步驟S3中，在獲取攝像圖像時，對每個堆疊規(guī)定數(shù)的造型層C(例如每1層)，使造型頭13躲避。而且，表示了攝像控制裝置25控制攝像單元17，通過自動聚焦，使焦點對準造型物A中的例如最上層的造型層C，獲取造型物A的整體的攝像圖像。即，獲取以新造型的造型層為中心的造型物A整體的攝像圖像。

此外，在圖5中，例示了在造型頭13中僅設置造型單元131的結構，但也可以如第二實施方式那樣，成為設置造型除去單元133的結構等。

在本實施方式中，攝像單元17在與造型頭13分開的位置，被固定在打印機本體10的機架等中的固定位置。

該情況下，由于在造型頭13中未設置攝像單元，所以能夠實現(xiàn)造型頭13的重量減輕。

此外，從被固定在固定位置的攝像單元17拍攝圖像，所以伴隨造型頭13的移動的振動的影響小，沒有振動造成的圖像的紊亂等。因此，在形狀測 量單元26的形狀測量處理中，例如能夠使邊緣檢測等的精度提高，實現(xiàn)測量精度的提高。再有，與在造型頭13中裝載攝像單元132的情況相比，由于將寬范圍作為攝像對象，所以圖像清晰度下降，但通過提高用于攝像單元17的攝像元件的清晰度，能夠抑制精度下降。

而且，在第一實施方式中，通過將跟蹤造型位置B的移動所獲取的攝像圖像連在一起，能夠形成造型層C或造型物A的圖像，但該情況下，用于將圖像連在一起的圖像處理復雜。相對于此，在本實施方式中，由于將工作臺12的整體作為攝像范圍，所以不需要使獲取的攝像圖像連在一起等的圖像處理，實現(xiàn)處理負荷的減輕。

而且，由于攝像單元17具有自動聚焦功能，所以即使在使工作臺12升降，或造型物A的高度尺寸加大的情況下，也能夠抑制焦點偏移等造成的攝像圖像的劣化等，能夠高精度地進行形狀測量。

[變形例]

再有，本發(fā)明不限定于上述實施方式，能夠實現(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍中的變形、改進等包含在本發(fā)明中。

在第三實施方式中，表示了設置一個攝像單元17的例子，但不限定于此。也可以是在機架或腔室內多個攝像單元17被分別設置在不同的位置，從多個方向拍攝造型物A或造型層C的結構。該情況下，即使有一部分因造型層C的邊緣等成為陰影的部分，但通過多個攝像單元17從多個方向拍攝造型層C，能夠拍攝被該陰影遮擋的部分。

在第一實施方式及第二實施方式中也是同樣，例如，也可以為在造型頭13中設置多個攝像單元132的結構。

此外，也可以為在造型頭13中設置攝像單元132，并且在打印機10的機架等的固定位置固定攝像單元17的結構。

此外，作為設置攝像單元的位置，除了造型頭13和打印機本體10中的規(guī)定的固定位置以外，也可以為設置與造型頭可另外獨立地驅動的測量頭，在該測量頭中設置攝像單元的結構等。

該情況下，例如，由造型頭13進行對第1造型位置的造型動作，在造型頭13移動到第2造型位置時，能夠實施使測量頭移動到第1造型位置并獲取攝像圖像等的處理。即，在由造型頭13在造型位置B堆疊了熔融狀態(tài)的造型材料后，有造型材料未完全地凝固的情況。該情況下，因伴隨凝固的收縮等， 若在造型材料的供給(堆疊)時，造型材料凝固并形成了造型層C后產(chǎn)生尺寸差。相對于此，如上述，在使用另外裝載了攝像單元的測量頭，測量在造型頭13的造型動作之后的、造型出的造型層C的形狀的情況下，能夠測量被形成了造型層C后的尺寸，能夠實施精度高的形狀測量。

在上述各實施方式中，作為造型單元131，表示了通過將熔融樹脂等的造型材料從噴嘴131A擠出到造型位置B并堆疊來進行造型物A的造型的例子，但不限定于此。如上述，作為造型單元131，例如，可以將紫外線固化樹脂等的溶融材料的液滴通過噴墨方式等排出到造型位置B，并照射紫外線，也可以將運送到造型位置B的固體的造型材料加熱熔融并堆疊。

此外，將相當1層的造型材料的粉末鋪滿在工作臺上，通過激光等燒結造型位置B的粉末，或排出粘結劑使其凝固，形成造型層C，其后，通過再次鋪滿粉末并反復進行同樣的處理，也可以進行造型物A的造型。

在該情況下，盡管鋪滿了粉末，但能夠從攝像圖像中的亮度差檢測通過造型單元131使粉末凝固的區(qū)域的輪廓，能夠測量造型層C的形狀。

可是，在鋪滿了造型材料的粉末的狀態(tài)下，通過圖像處理，有難以判定通過造型單元131使粉末凝固的區(qū)域的輪廓(造型層C的輪廓)的情況。在該情況下，在進行攝像單元132(17)的攝像時，除去未凝固的造型層C以外的粉末即可。

這里，如第三實施方式，在使用可拍攝工作臺12(造型物A)整體的攝像單元17的情況下，在被造型了規(guī)定數(shù)(例如1層)的造型層C后，除去相當于規(guī)定層(例如1層)的粉末，進行攝像單元17的攝像。其后，再次鋪滿粉末，繼續(xù)進行造型動作。

此外，即使在造型頭13中設有攝像單元132的情況下，在被造型了規(guī)定數(shù)(例如1層)的造型層C后，除去相當于規(guī)定層(例如1層)的粉末，一邊使造型頭13基于作為攝像對象的造型層C的設計數(shù)據(jù)移動，一邊進行攝像單元132的攝像。

再有，被除去的粉末能夠每次回收后再利用。

作為除去粉末的粉末除去單元，例如，使用風扇或鼓風機，能夠采用通過規(guī)定的風量的空氣吹掉粉末的結構、或使用刷子或圓頭刮刀掃出粉末的結構等。這些粉末除去單元也可以作為設置在造型頭13中的結構，在該情況下，能夠除去沿造型頭13的移動路徑的一部分的粉末。此外，例如使與工作臺 12的寬度尺寸相同尺寸的刷子或圓頭刮刀等在與工作臺12的寬度方向正交的方向上移動，也可以集中地除去工作臺12上的相當于規(guī)定層的粉末。

在上述第一實施方式中，表示了每次在造型位置B堆疊造型材料時，由攝像單元132拍攝攝像圖像并實施形狀測量的例子，但不限于此。也可以每次在對于與攝像單元132的視場角(攝像區(qū)域)對應的規(guī)定區(qū)域，造型了造型層C時，獲取攝像圖像。此外，也可以如第三實施方式那樣，每次在造型了1層的造型層C時，由攝像單元132獲取攝像圖像。在該情況下，在被造型了第1造型層C后，在造型接著的第2造型層C前，使造型頭13沿第1造型層C的造型頭13的移動路徑再次移動，此時由攝像單元132獲取攝像圖像。

此外，也可以每次在造型了2層以上的造型層C時，進行攝像單元132和攝像單元17的攝像圖像的獲取。在第三實施方式中也是同樣。

在第一實施方式中，表示了在測量數(shù)據(jù)低于尺寸公差的最小容許尺寸的情況下，實施造型校正的例子，但也可以與尺寸數(shù)據(jù)超過了尺寸公差的最大容許尺寸的情況等相同地進行中止造型動作的處理。

在上述各實施方式中，判定在造型材料被堆疊到造型位置時所堆疊的造型材料的分量是否合適(測量數(shù)據(jù)是否在公差以內)，但也可以測量堆疊造型材料的部位的下層的造型層C的形狀。

此外，在上述實施方式中，表示了使工作臺12沿Z方向升降，使造型頭13沿X、Y方向滑動的例子，但只要是使造型頭13的造型單元131的造型位置移動到任意的坐標位置的結構，則任何結構都可以。例如，也可以成為使工作臺在X軸方向及Y軸方向上移動，使造型頭13升降的結構等。此外，也可以成為固定工作臺12，使造型頭13在3軸方向上移動的結構，或成為固定造型頭13，使工作臺12在3軸方向上移動的結構。

在造型頭13中設置攝像單元132的情況中，通過固定造型頭13，成為使工作臺12在3軸方向上移動的結構，沒有伴隨造型頭13的移動的振動造成的攝像圖像的劣化，還能夠減輕圖像處理的負荷。

在上述實施方式中，表示了造型裝置即3D打印機1、1A、1B包括造型裝置(造型單元131)、攝像單元(攝像單元132或攝像單元17)，控制打印機本體10的控制裝置20基于攝像圖像，測量造型物A的斷面形狀和外形的例子。

相對于此，也可以使攝像單元相對于造型裝置作為可拆裝地設置的結構。 即，對于包括了具有造型單元的打印機本體、控制打印機本體的控制裝置的原有的3D打印機，也可以將包括了攝像單元、控制攝像單元的控制單元(包括本發(fā)明的斷面測量單元)的斷面測量單元作為可拆裝的結構。

該情況下，對于原有的3D打印機，例如通過在打印機本體的機框的規(guī)定位置固定攝像單元，能夠構成與上述第三實施方式同樣的打印機本體10B。此外，作為控制單元，可以使用用于另外控制攝像單元的終端裝置等，但例如也可以對控制原有的3D打印機中的打印機本體的控制裝置(例如個人計算機等)，安裝具有作為形狀測量單元26、形狀判定單元27、造型中止單元28、以及校正控制單元29的功能的程序，使控制裝置的控制單元(CPU)實現(xiàn)這些功能。該情況下，能夠使該控制裝置具有作為與上述各實施方式同樣的控制裝置20的功能。

另外，本發(fā)明實施時的具體的結構，在可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍內，能夠適當變更為其它結構。