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JP6362954B2 - Stage mechanism - Google Patents
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Description

本発明は、ステージ機構に関する。詳しくは、ステージを所望の位置および姿勢に移動可能なステージ機構に関する。   The present invention relates to a stage mechanism. Specifically, the present invention relates to a stage mechanism that can move the stage to a desired position and posture.

従来から、精密加工の分野や3次元造形の分野等において、ステージ機構が用いられている。ステージ機構は、加工ツールを取り付け可能なステージや造形物を保持可能なステージを備えている。ステージ機構は、ステージを移動させるステージ移動部を備えている。   Conventionally, a stage mechanism has been used in the field of precision processing, the field of three-dimensional modeling, and the like. The stage mechanism includes a stage to which a processing tool can be attached and a stage that can hold a modeled object. The stage mechanism includes a stage moving unit that moves the stage.

加工や造形の際には、高い精度での作業が求められる。このため、ステージを正確な位置および姿勢に確実に移動させる必要がある。ステージは、例えば、ステッピングモータを用いて移動される。かかる場合には、ステージが正確な位置および姿勢であるかを検出する方法として、ステージの原点位置からのステッピングモータのステップ数をカウントする方法がある。また、ステージの可動部分にエンコーダを取り付けて、エンコーダのパルス数をカウントすることによってステージの位置および姿勢を検出する方法がある。   When processing and shaping, work with high accuracy is required. For this reason, it is necessary to reliably move the stage to an accurate position and posture. The stage is moved using, for example, a stepping motor. In such a case, there is a method of counting the number of steps of the stepping motor from the origin position of the stage as a method of detecting whether the stage is in the correct position and posture. There is also a method of detecting the position and orientation of the stage by attaching an encoder to the movable part of the stage and counting the number of pulses of the encoder.

しかしながら、ステッピングモータのステップ数をカウントすることによって、ステージの位置および姿勢を検出する場合、ステッピングモータとステージとの間で生じるギヤ同士のバックラッシュなどの機械的な誤差が生じたり、ステッピングモータが脱調したりすることにより、ステージの制御上の位置および姿勢とステージの実際の位置および姿勢とに差がでてしまう。このため、ステージの正確な位置および姿勢を検出することができない。また、エンコーダのパルス数をカウントすることによって、ステージの位置および姿勢を検出する場合、エンコーダとコントローラ部分とを配線で接続する必要がある。このため、ステージの可動部分が可動した際に生じる応力に耐え得る配線を用いたり、配線とステージとが干渉しないようなレイアウトにしたりする必要があり、構造が複雑化する。   However, when detecting the position and orientation of the stage by counting the number of steps of the stepping motor, mechanical errors such as backlash between gears occurring between the stepping motor and the stage may occur, By stepping out, there is a difference between the control position and posture of the stage and the actual position and posture of the stage. For this reason, the exact position and orientation of the stage cannot be detected. In addition, when detecting the position and orientation of the stage by counting the number of pulses of the encoder, it is necessary to connect the encoder and the controller portion with wiring. For this reason, it is necessary to use wiring that can withstand the stress generated when the movable part of the stage moves, or to make a layout that does not interfere with the wiring and the stage, which complicates the structure.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することが可能なステージ機構をシンプルな構造で実現することである。   The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to realize a stage mechanism capable of reliably detecting an accurate position and posture of a stage with a simple structure.

本発明に係るステージ機構は、ベースと、パターンが設けられ、前記ベースに移動自在に支持されたステージと、前記ステージを駆動するステージ移動部と、前記ステージに設けられた前記パターンを撮影する撮影装置と、前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像に基づいて、前記ステージの位置および姿勢を検出する検出装置と、を備え、前記撮影装置から前記パターンを見たときに、前記パターンは、前記ステージの位置および姿勢によって異なる。   The stage mechanism according to the present invention is provided with a base, a pattern, a stage supported by the base so as to be movable, a stage moving unit that drives the stage, and an image that photographs the pattern provided on the stage. And a detection device that detects the position and orientation of the stage based on the image of the pattern photographed by the photographing device, and when the pattern is viewed from the photographing device, the pattern is: It depends on the position and posture of the stage.

本発明に係るステージ機構によれば、検出装置は、撮影装置によって撮影されたパターンの画像に基づいて、ステージの位置および姿勢を検出する。撮影装置から見えるパターンは、ステージの位置および姿勢によって異なっている。このため、撮影装置によって撮影されたパターンの画像によって、ステージの位置および姿勢が一義的に決定される。撮影装置によって撮影されたパターンの画像は、実際のステージに設けられたパターンの画像であるため、検出装置は、該パターンの画像からステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。このように、本発明によれば、ステージの可動部分にエンコーダを用いなくとも、簡単な構造によってステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。また、例えばステッピングモータを用いてステージを可動する場合に、ステッピングモータとステージとの間で生じるギヤ同士のバックラッシュなどの機械的な誤差が生じたり、ステッピングモータが脱調したりしたとしても、ステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the stage mechanism of the present invention, the detection device detects the position and orientation of the stage based on the pattern image photographed by the photographing device. The pattern that can be seen from the photographing apparatus differs depending on the position and posture of the stage. For this reason, the position and orientation of the stage are uniquely determined by the pattern image photographed by the photographing apparatus. Since the image of the pattern imaged by the imaging device is an image of the pattern provided on the actual stage, the detection device can reliably detect the accurate position and orientation of the stage from the image of the pattern. Thus, according to the present invention, the accurate position and orientation of the stage can be reliably detected with a simple structure without using an encoder for the movable part of the stage. Also, for example, when the stage is moved using a stepping motor, even if a mechanical error such as backlash between gears generated between the stepping motor and the stage occurs or the stepping motor steps out, An accurate position and posture of the stage can be reliably detected.

本発明の一態様によれば、前記パターンに外接する仮想四辺形を備え、前記パターンは、目印を備える。   According to one aspect of the present invention, a virtual quadrilateral circumscribing the pattern is provided, and the pattern includes a mark.

上記態様によれば、撮影装置によって撮影された画像における、パターンに外接する仮想四辺形および目印の位置に基づいて、ステージの位置および姿勢が一義的に決定される。   According to the above aspect, the position and orientation of the stage are uniquely determined based on the positions of the virtual quadrilateral circumscribing the pattern and the mark in the image photographed by the photographing apparatus.

本発明の一態様によれば、前記パターンは、それぞれ同一の長さの長辺と同一の長さの短辺とを備えた長方形状の第1〜第4のサブパターンを備え、前記第1〜第4のサブパターンのいずれか一つには、前記目印が形成され、前記仮想四辺形は、前記第1〜第4のサブパターンのそれぞれの一頂点を第1〜第4の頂点とし、前記第1〜第4のサブパターンは、前記仮想四辺形の内方に配置され、前記第1のサブパターンと前記第2のサブパターンとは前記第1のサブパターンの長辺および前記第2のサブパターンの長辺が延びる方向に離間して配置され、前記第1のサブパターンと前記第3のサブパターンとは前記第1のサブパターンの短辺および前記第3のサブパターンの短辺が延びる方向に離間して配置され、前記第3のサブパターンと前記第4のサブパターンとは前記第3のサブパターンの長辺および前記第4のサブパターンの長辺が延びる方向に離間して配置され、前記第2のサブパターンと前記第4のサブパターンとは前記第2のサブパターンの短辺および前記第4のサブパターンの短辺が延びる方向に離間して配置されている。   According to an aspect of the present invention, the pattern includes rectangular first to fourth sub-patterns each having a long side having the same length and a short side having the same length. The mark is formed on any one of the fourth sub-pattern, and the virtual quadrilateral has the first to fourth vertices as one vertex of each of the first to fourth sub-patterns, The first to fourth sub-patterns are arranged inside the virtual quadrilateral, and the first sub-pattern and the second sub-pattern are the long side of the first sub-pattern and the second sub-pattern. The first sub-pattern and the third sub-pattern are separated from each other in the direction in which the long side of the sub-pattern extends, the short side of the first sub-pattern and the short side of the third sub-pattern Are spaced apart in the extending direction, and the third sub-pattern The fourth sub-pattern is spaced apart in the direction in which the long side of the third sub-pattern and the long side of the fourth sub-pattern extend, and the second sub-pattern and the fourth sub-pattern Are arranged so as to be spaced apart in the direction in which the short side of the second sub-pattern and the short side of the fourth sub-pattern extend.

上記態様によれば、撮影装置によって撮影された画像における、4つのサブパターンの形状および目印の位置に基づいて、ステージの位置および姿勢が一義的に決定される。   According to the above aspect, the position and posture of the stage are uniquely determined based on the shapes of the four sub patterns and the positions of the marks in the image photographed by the photographing apparatus.

本発明の一態様によれば、前記ステージ移動部は、前記ステージを6自由度で駆動するように構成され、前記検出装置は、前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像から前記目印を検出し、前記検出された目印の位置に基づいて前記ステージのZ軸回りの回転角度を算出する第1算出部と、前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像において、前記第1の頂点から前記第2の頂点までの第1長さと、前記第3の頂点から前記第4の頂点までの第2長さと、前記第1の頂点から前記第3の頂点までの第3長さと、前記第2の頂点から前記第4の頂点までの第4長さと、を算出する、第2算出部と、前記第1長さと前記第2長さとの比から前記ステージのX軸回りの回転角度を算出する第3算出部と、前記第3長さと前記第4長さとの比から前記ステージのY軸回りの回転角度を算出する第4算出部と、前記算出されたX軸回りの回転角度、Y軸回りの回転角度およびZ軸回りの回転角度に基づいて、前記ステージの姿勢を検出し、かつ前記算出されたX軸回りの回転角度、Y軸回りの回転角度、Z軸回りの回転角度および第1〜第4長さ、ならびに原点位置で算出された前記第1〜第4長さに基づいて、前記第1の頂点と前記第4の頂点とを結ぶ第1の線分と前記第2の頂点と前記第3の頂点とを結ぶ第2の線分との交差点を前記ステージの位置として検出する検出部と、を備えている。   According to an aspect of the present invention, the stage moving unit is configured to drive the stage with six degrees of freedom, and the detection device detects the mark from an image of the pattern photographed by the photographing device. A first calculation unit that calculates a rotation angle around the Z axis of the stage based on the position of the detected mark, and an image of the pattern photographed by the photographing apparatus from the first vertex. A first length from the first vertex to the third vertex; a second length from the first vertex to the third vertex; a second length from the third vertex to the fourth vertex; Calculating a fourth length from the vertex of the second to the fourth vertex, and calculating a rotation angle around the X axis of the stage from a ratio of the first length and the second length, a second calculation unit A third calculator, the third length and the third Based on the fourth calculation unit for calculating the rotation angle around the Y axis of the stage from the ratio to the length, and based on the calculated rotation angle around the X axis, rotation angle around the Y axis, and rotation angle around the Z axis. The position of the stage is detected, and the calculated rotation angle around the X axis, the rotation angle around the Y axis, the rotation angle around the Z axis and the first to fourth lengths, and the origin position are calculated. Based on the first to fourth lengths, a second line connecting the first vertex connecting the first vertex and the fourth vertex, the second vertex, and the third vertex. And a detector for detecting an intersection with the minute as the position of the stage.

上記態様によれば、検出装置は、撮影装置によって撮影された画像における第1〜第4のサブパターンを備えたパターンの画像の位置と大きさから、XYZ軸上のステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the above aspect, the detection device can accurately determine the position and orientation of the stage on the XYZ axes from the position and size of the pattern image including the first to fourth sub patterns in the image captured by the imaging device. Can be reliably detected.

本発明の一態様によれば、前記ステージ移動部は、昇降自在な第1〜第6のガイド部と、それぞれ第1〜第6のガイド部を昇降させる第1〜第6のアクチュエータと、一端部が第1自在継手を介して前記ステージに接続され、他端部が第2自在継手を介してそれぞれ第1〜第6のガイド部に接続された第1〜第6のロッドと、を備える。   According to one aspect of the present invention, the stage moving part includes first to sixth guide parts that can be raised and lowered, first to sixth actuators that raise and lower the first to sixth guide parts, respectively, and one end. First to sixth rods having a portion connected to the stage via a first universal joint and the other ends connected to first to sixth guide portions via a second universal joint, respectively. .

上記態様によれば、ステージ移動部は、第1〜第6のガイド部を適宜に昇降させることにより、ステージをX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、X軸回り、Y軸回り、およびZ軸回りに移動させることができる。X軸方向に移動可能なアクチュエータ付テーブルと、Y軸方向に移動可能なアクチュエータ付テーブルと、Z軸方向に移動可能なアクチュエータ付テーブルとを組み合わせたステージ移動部に比べて、アクチュエータの出力を抑えることができる。また、小型のアクチュエータを利用可能なので、ステージ移動部を小型化することができる。また、ステージ移動部はステージを6自由度で駆動し、ステージの位置および姿勢を自在に変更することができるため、ステージの位置および姿勢の組み合わせがより複雑化するが、検出装置は、パターンの画像の位置および大きさから、XYZ軸上のステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the above aspect, the stage moving unit appropriately moves the first to sixth guide units up and down to move the stage in the X axis direction, the Y axis direction, the Z axis direction, the X axis direction, the Y axis direction, and It can be moved around the Z axis. Compared with a stage moving unit that combines a table with an actuator that can move in the X-axis direction, a table with an actuator that can move in the Y-axis direction, and a table with an actuator that can move in the Z-axis direction. be able to. In addition, since a small actuator can be used, the stage moving unit can be miniaturized. Further, since the stage moving unit can drive the stage with six degrees of freedom and freely change the position and posture of the stage, the combination of the position and posture of the stage becomes more complicated. From the position and size of the image, the accurate position and orientation of the stage on the XYZ axes can be reliably detected.

本発明の一態様によれば、前記撮影装置は、前記ステージの下方に配置されている。   According to one aspect of the present invention, the imaging device is disposed below the stage.

6自由度パラレルリンク機構によって構成されたステージ移動部では、ステージの下方には空間が形成されている。このため、ステージの下方に撮影装置を配置したとき、撮影装置とステージとの間には、撮影装置がステージに設けられたパターンを撮影することを妨げるものが存在しない。すなわち、上記態様によれば、撮影装置はパターンを確実に撮影することができる。   In the stage moving unit configured by the 6-degree-of-freedom parallel link mechanism, a space is formed below the stage. For this reason, when the imaging device is arranged below the stage, there is nothing between the imaging device and the stage that prevents the imaging device from imaging the pattern provided on the stage. That is, according to the above aspect, the photographing apparatus can reliably photograph the pattern.

本発明の一態様によれば、前記検出装置は、前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが一致しているか否かを判断する判断部と、前記判断部により、前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが異なると判断されると、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢が前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢となるように前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度を補正する補正部と、を備えている。   According to an aspect of the present invention, the detection device is a control position of the stage derived from the position and orientation of the stage detected by the detection unit and the rotation angle of the first to sixth actuators. And a determination unit that determines whether or not the posture and the posture coincide with each other, and the determination unit derives from the position and posture of the stage detected by the detection unit and the rotation angle of the first to sixth actuators. When it is determined that the control position and posture of the stage are different, the control position and posture of the stage derived from the rotation angles of the first to sixth actuators are detected by the detection unit. And a correction unit that corrects the rotation angles of the first to sixth actuators so as to obtain the position and posture of the stage.

アクチュエータが例えばステッピングモータから構成されている場合、ステッピングモータが脱調したときに、ステージの制御上の位置および姿勢とステージの実際の位置および姿勢とに差がでることがある。しかし、上記態様によれば、ステッピングモータが脱調した場合であっても、ステージの正確な位置および姿勢を検出できると共に、補正部によって、ステッピングモータの脱調を補正することができる。   When the actuator is composed of a stepping motor, for example, when the stepping motor steps out, there may be a difference between the control position and posture of the stage and the actual position and posture of the stage. However, according to the above aspect, even when the stepping motor is out of step, the accurate position and orientation of the stage can be detected, and the stepping motor can be corrected out of step by the correction unit.

本発明の一態様によれば、前記検出装置は、前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが一致しているか否かを判断する判断部と、前記判断部により、前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが異なると判断されると、前記第1〜第6のアクチュエータの動作を停止させる停止部と、を備えている。   According to an aspect of the present invention, the detection device is a control position of the stage derived from the position and orientation of the stage detected by the detection unit and the rotation angle of the first to sixth actuators. And a determination unit that determines whether or not the posture and the posture coincide with each other, and the determination unit derives from the position and posture of the stage detected by the detection unit and the rotation angle of the first to sixth actuators. And a stop unit that stops the operation of the first to sixth actuators when it is determined that the control position and posture of the stage are different.

アクチュエータが例えばステッピングモータから構成されている場合、ステッピングモータが脱調したときに、ステージの制御上の位置および姿勢とステージの実際の位置および姿勢とに差がでることがある。しかし、上記態様によれば、ステッピングモータが脱調した場合であっても、ステージの正確な位置および姿勢を検出できると共に、停止部によって、ステッピングモータの動作が停止され、ステージの駆動を停止することができる。   When the actuator is composed of a stepping motor, for example, when the stepping motor steps out, there may be a difference between the control position and posture of the stage and the actual position and posture of the stage. However, according to the above aspect, the accurate position and orientation of the stage can be detected even when the stepping motor is out of step, and the operation of the stepping motor is stopped by the stop unit to stop driving the stage. be able to.

本発明の一態様によれば、前記撮影装置は、2以上のカメラから構成され、前記各カメラは、相互に異なる位置から前記パターンを撮影する。   According to an aspect of the present invention, the imaging device is configured by two or more cameras, and each of the cameras captures the pattern from different positions.

上記態様によれば、ステージが大きく傾いたときに一のカメラではステージに設けられたパターンを撮影できない場合であっても、他の一のカメラでパターンを撮影できるように、カメラを配置することができる。すなわち、ステージの可動領域をより広げた場合であっても、ステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the above aspect, even when the pattern provided on the stage cannot be photographed with one camera when the stage is largely inclined, the camera is arranged so that the pattern can be photographed with the other camera. Can do. That is, even when the movable area of the stage is further expanded, the accurate position and posture of the stage can be reliably detected.

本発明の一態様によれば、前記各カメラのうち少なくとも2以上の前記カメラによって前記パターンがそれぞれ撮影されたとき、前記検出装置は、撮影された前記パターンの画像のうち前記パターンが最も大きく撮影された画像に基づいて、前記ステージの位置および姿勢を検出する。   According to an aspect of the present invention, when the pattern is captured by at least two or more of the cameras, the detection apparatus captures the largest pattern among the captured images of the pattern. Based on the obtained image, the position and posture of the stage are detected.

上記態様によれば、検出装置は、パターンが最も大きく撮影された画像に基づいて、ステージの位置および姿勢を検出するため、ステージの正確な位置および姿勢をより確実に検出することができる。   According to the above aspect, since the detection device detects the position and posture of the stage based on the image captured with the largest pattern, the accurate position and posture of the stage can be detected more reliably.

本発明に係る3次元造形装置は、樹脂材料を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を3次元造形する3次元造形装置であって、前記ステージ機構と、前記ベースの上方に配置され、樹脂材料を吐出するノズルを備えた造形ヘッドと、を備え、前記ノズルから吐出される前記樹脂材料は、前記ステージの上面で保持され、前記パターンは、前記ステージの下面に設けられ、前記撮影装置は、前記ステージの下方に配置されている。   The three-dimensional modeling apparatus according to the present invention is a three-dimensional modeling apparatus that three-dimensionally models a modeled object by sequentially curing a resin material and sequentially laminating resins having a predetermined cross-sectional shape, the stage mechanism and the base A modeling head including a nozzle for discharging a resin material, the resin material discharged from the nozzle is held on the upper surface of the stage, and the pattern is formed on the lower surface of the stage. The imaging device is provided below the stage.

ノズルから吐出された樹脂材料がパターンを覆うことによってパターンが汚れてしまうと、検出装置は、撮影されたパターンの画像に基づいてステージの位置および姿勢を検出できなくなる。しかし、本発明に係る3次元造形装置によれば、ノズルから吐出される樹脂材料はステージの上面に保持され、パターンが設けられたステージの下面には樹脂材料は吐出されない。このため、パターンは樹脂材料に覆われることがない。この結果、検出装置は、撮影されたパターンの画像からステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   If the resin material discharged from the nozzles covers the pattern and the pattern becomes dirty, the detection device cannot detect the position and orientation of the stage based on the captured pattern image. However, according to the three-dimensional modeling apparatus according to the present invention, the resin material discharged from the nozzle is held on the upper surface of the stage, and the resin material is not discharged onto the lower surface of the stage provided with the pattern. For this reason, the pattern is not covered with the resin material. As a result, the detection apparatus can reliably detect the accurate position and posture of the stage from the captured pattern image.

本発明によれば、ステージの正確な位置および姿勢を確実に検出することが可能なステージ機構をシンプルな構造で実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the stage mechanism which can detect the exact position and attitude | position of a stage reliably is realizable with a simple structure.

一実施形態に係るステージ機構を備えた3次元造形装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the three-dimensional modeling apparatus provided with the stage mechanism which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るステージ機構を備えた3次元造形装置の構造を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the three-dimensional modeling apparatus provided with the stage mechanism which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る3次元造形装置の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the three-dimensional modeling apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るパターンが設けられたステージを示す底面図である。It is a bottom view which shows the stage in which the pattern which concerns on one Embodiment was provided. 一実施形態に係るパターンが設けられたステージを示す底面図である。It is a bottom view which shows the stage in which the pattern which concerns on one Embodiment was provided. 一実施形態に係るステージ機構の主要要素のブロック図である。It is a block diagram of the main elements of the stage mechanism concerning one embodiment. 一実施形態に係るステージがZ軸回りに回転したときの状態を表す模式図である。It is a schematic diagram showing a state when the stage which concerns on one Embodiment rotates around the Z-axis. 一実施形態に係るステージがX軸回りに回転したときの状態を表す模式図である。It is a schematic diagram showing a state when the stage which concerns on one Embodiment rotates around the X-axis. 一実施形態に係るステージがY軸回りに回転したときの状態を表す模式図である。It is a schematic diagram showing a state when the stage which concerns on one Embodiment rotates around the Y-axis. 一実施形態に係るステージ機構におけるステージの位置および姿勢の検出処理並びに補正処理のフローチャートである。5 is a flowchart of stage position and orientation detection processing and correction processing in a stage mechanism according to an embodiment. 他の一実施形態に係るステージ機構を備えた3次元造形装置の構造を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the three-dimensional modeling apparatus provided with the stage mechanism which concerns on other one Embodiment. 他の一実施形態に係るステージ機構の構造を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the stage mechanism which concerns on other one Embodiment. 他の一実施形態に係るステージ機構の主要要素のブロック図である。It is a block diagram of the main elements of the stage mechanism concerning other one embodiment. 他の一実施形態に係るステージ機構におけるステージの位置および姿勢の検出処理並びに停止処理のフローチャートである。It is a flowchart of the detection process and stop process of the position and attitude | position of a stage in the stage mechanism which concerns on other one Embodiment. 他の一実施形態に係るパターンが設けられたステージを示す底面図である。It is a bottom view which shows the stage provided with the pattern which concerns on other one Embodiment. 他の一実施形態に係るパターンが設けられたステージを示す底面図である。It is a bottom view which shows the stage provided with the pattern which concerns on other one Embodiment.

<第1実施形態>
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図1に示すように、本実施形態に係る3次元造形装置10は、ステージ機構30を備えている。3次元造形装置10は、樹脂材料を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を3次元造形する。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂および紫外線硬化性樹脂等が挙げられる。以下の説明では、ステージ機構30が3次元造形装置10に用いられる場合を例に説明するが、本発明の適用対象をかかる種類の装置に限定することを意図したものではない。
<First Embodiment>
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus 10 according to this embodiment includes a stage mechanism 30. The three-dimensional modeling apparatus 10 three-dimensionally models a modeled object by curing a resin material and sequentially laminating resins having a predetermined cross-sectional shape. Examples of the resin material include a thermoplastic resin, a photocurable resin, and an ultraviolet curable resin. In the following description, a case where the stage mechanism 30 is used in the three-dimensional modeling apparatus 10 will be described as an example. However, the application target of the present invention is not intended to be limited to such a type of apparatus.

以下の説明において、特に断らない限り、図2の左、右、上、下をそれぞれ3次元造形装置10の左、右、上、下とする。図3の左、右、上、下をそれぞれ3次元造形装置10の前、後、左、右とする。図面中の符号F、Rr、L、R、Up、Dnは、それぞれ前、後、左、右、上、下を表す。図面中の符号Xは、X軸を示し、左右方向を表す。図面中の符号Yは、Y軸を示し、前後方向を表す。図面中の符号Zは、Z軸を示し、上下方向を表す。符合θ、θ、θは、それぞれX軸回り、Y軸回り、Z軸回りの回転方向を表す。本実施形態では、X軸、Y軸、Z軸は、いずれか一つの軸が他の二つの軸に対して直交するように設定されている。ただし、X軸、Y軸、Z軸は、いずれか一つの軸が他の二つの軸に対して交差するように設定されていればよい。また、これらは説明の便宜上の方向に過ぎず、3次元造形装置10の設置態様を何ら限定するものではない。 In the following description, unless otherwise specified, the left, right, top, and bottom in FIG. 2 are the left, right, top, and bottom of the three-dimensional modeling apparatus 10, respectively. The left, right, top, and bottom in FIG. 3 are the front, back, left, and right of the three-dimensional modeling apparatus 10, respectively. Reference numerals F, Rr, L, R, Up, and Dn in the drawings represent front, rear, left, right, upper, and lower, respectively. The symbol X in the drawing indicates the X axis and represents the left-right direction. The symbol Y in the drawing indicates the Y axis and indicates the front-rear direction. The symbol Z in the drawing indicates the Z axis and indicates the vertical direction. The symbols θ X , θ Y , and θ Z represent the rotation directions around the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. In the present embodiment, the X axis, the Y axis, and the Z axis are set so that any one axis is orthogonal to the other two axes. However, the X axis, the Y axis, and the Z axis may be set so that any one of the axes intersects the other two axes. Moreover, these are only directions for convenience of description, and do not limit the installation mode of the three-dimensional modeling apparatus 10 at all.

図1に示すように、3次元造形装置10は、ステージ機構30と、ホルダ15と、造形ヘッド20と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus 10 includes a stage mechanism 30, a holder 15, and a modeling head 20.

図1に示すように、ステージ機構30は、ベース40と、ステージ50と、ステージ移動部60と、撮影装置としてのカメラ70と、検出装置としてのコンピュータ75と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the stage mechanism 30 includes a base 40, a stage 50, a stage moving unit 60, a camera 70 as an imaging device, and a computer 75 as a detection device.

図2に示すように、ベース40は、第1ベース42と、6つの支柱44と、第2ベース46とを備えている。第1ベース42は、円板状に形成されている。支柱44は、第1ベース42から上方に延びている。第2ベース46は、円板状に形成されている。図3に示すように、第2ベース46には、開口47が形成されている。図2に示すように、第2ベース46は、第1ベース42の上方に配置されている。第2ベース46は、6つの支柱44の上に配置されている。第1ベース42の直径と、第2ベース46の直径は実質的に同一である。   As shown in FIG. 2, the base 40 includes a first base 42, six struts 44, and a second base 46. The first base 42 is formed in a disc shape. The support column 44 extends upward from the first base 42. The second base 46 is formed in a disc shape. As shown in FIG. 3, an opening 47 is formed in the second base 46. As shown in FIG. 2, the second base 46 is disposed above the first base 42. The second base 46 is disposed on the six struts 44. The diameter of the first base 42 and the diameter of the second base 46 are substantially the same.

図1に示すように、ステージ50は、円板状に形成されている。ステージ50は、ベース40に移動自在に支持されている。ステージ50は、造形ヘッド20の下方に配置されている。ステージ50は、第1ベース42の上方かつ第2ベース46の下方に配置されている。なお、ステージ50は、造形ヘッド20の下方に配置される限りにおいて、第2ベース46の上方に配置されてもよい。ステージ50は、後述する造形ヘッド20のノズル22から吐出された樹脂材料を保持する。詳細には、樹脂材料は、ステージ50の上面50Uで保持される。造形物はステージ50の上面50Uで造形される。ステージ50には、後述のパターン80(図4参照)が設けられている。詳細には、ステージ50の下面50B(図2参照)には、パターン80が設けられている。ステージ50の形状は予めコンピュータ75に記憶されている。   As shown in FIG. 1, the stage 50 is formed in a disk shape. The stage 50 is movably supported by the base 40. The stage 50 is disposed below the modeling head 20. The stage 50 is disposed above the first base 42 and below the second base 46. The stage 50 may be disposed above the second base 46 as long as the stage 50 is disposed below the modeling head 20. The stage 50 holds the resin material discharged from the nozzle 22 of the modeling head 20 described later. Specifically, the resin material is held on the upper surface 50U of the stage 50. The modeled object is modeled on the upper surface 50U of the stage 50. The stage 50 is provided with a pattern 80 (see FIG. 4) described later. Specifically, a pattern 80 is provided on the lower surface 50 </ b> B (see FIG. 2) of the stage 50. The shape of the stage 50 is stored in the computer 75 in advance.

図1に示すように、ステージ移動部60は、ベース40に配置されている。ステージ移動部60は、ステージ50を6自由度で駆動する。ステージ移動部60は、ステージ50を並進3自由度および回転3自由度で駆動する。すなわち、ステージ移動部60は、ステージ50をX軸方向、Y軸方向、およびZ軸方向に並進移動させるとともに、X軸回り、Y軸回り、およびZ軸回りに回転移動させるように構成されている。   As shown in FIG. 1, the stage moving unit 60 is disposed on the base 40. The stage moving unit 60 drives the stage 50 with six degrees of freedom. The stage moving unit 60 drives the stage 50 with three degrees of freedom of translation and three degrees of freedom of rotation. That is, the stage moving unit 60 is configured to translate the stage 50 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, and to rotate and move the X-axis, Y-axis, and Z-axis. Yes.

図2に示すように、ステージ移動部60は、6自由度パラレルリンク機構によって構成されている。ステージ移動部60は、ステージ50に連結された6本のロッド62と、それぞれロッド62に連結され、支柱44に沿って昇降自在な6つのガイド部64(図2では2つのみ図示している)と、ガイド部64を昇降させる6つのアクチュエータ65(図2では2つのみ図示している)とを備えている。ロッド62、ガイド部64、およびアクチュエータ65は、ベース40に配置されている。ロッド62は、その一端62Aに第1自在継手63Aを備えている。ロッド62は、その他端62Bに第2自在継手63Bを備えている。第1自在継手63Aは、ステージ50を支持する。第1自在継手63Aは、ロッド62の一端62Aとステージ50とを連結している。   As shown in FIG. 2, the stage moving unit 60 is configured by a 6-degree-of-freedom parallel link mechanism. The stage moving unit 60 includes six rods 62 connected to the stage 50, and six guide units 64 that are connected to the rods 62 and can be moved up and down along the column 44 (only two are shown in FIG. 2). ) And six actuators 65 (only two are shown in FIG. 2) for moving the guide portion 64 up and down. The rod 62, the guide part 64, and the actuator 65 are disposed on the base 40. The rod 62 includes a first universal joint 63A at one end 62A thereof. The rod 62 includes a second universal joint 63B at the other end 62B. The first universal joint 63A supports the stage 50. The first universal joint 63A connects one end 62A of the rod 62 and the stage 50.

ガイド部64は、支柱44にスライド自在に係合したスライダにより構成されている。図2に示すように、第2自在継手63Bは、ガイド部64に接続されている。第2自在継手63Bは、ロッド62の他端62Bとガイド部64とを連結している。支柱44には溝が形成されており、この溝の内方には、上下に延びるボールねじ66が配置されている。ボールねじ66の上端部には、ボールねじ66を回転させるアクチュエータ65が配置されている。アクチュエータ65の種類は何ら限定されないが、例えば、サーボモータを用いることができる。ガイド部64には、上下に延びる図示しないねじ孔が形成されている。ガイド部64のねじ孔にはボールねじ66が挿入されており、ガイド部64のねじ孔は、ボールねじ66と噛み合っている。そのため、ボールねじ66が回転するとガイド部64は上昇し、ボールねじ66が逆回転するとガイド部64は下降する。ガイド部64が昇降することにより、ロッド62が移動する。   The guide portion 64 is configured by a slider that is slidably engaged with the support column 44. As shown in FIG. 2, the second universal joint 63 </ b> B is connected to the guide portion 64. The second universal joint 63 </ b> B connects the other end 62 </ b> B of the rod 62 and the guide portion 64. A groove is formed in the support 44, and a ball screw 66 extending vertically is disposed inside the groove. An actuator 65 that rotates the ball screw 66 is disposed at the upper end of the ball screw 66. Although the kind of actuator 65 is not limited at all, for example, a servo motor can be used. The guide portion 64 is formed with a screw hole (not shown) extending vertically. A ball screw 66 is inserted into the screw hole of the guide portion 64, and the screw hole of the guide portion 64 meshes with the ball screw 66. Therefore, when the ball screw 66 rotates, the guide portion 64 rises, and when the ball screw 66 rotates reversely, the guide portion 64 descends. The rod 62 moves as the guide portion 64 moves up and down.

各アクチュエータ65は独立して動作可能であり、各アクチュエータ65は各ロッド62を相互に独立して移動させる。アクチュエータ65は、ベース40の上方に配置された回路基板68と電気的に接続されている。回路基板68は、第2ベース46の上に配置されている。6本のロッド62が相互に独立して移動することにより、ステージ50は、ベース40内において、X軸方向の並進移動、Y軸方向の並進移動、Z軸方向の並進移動、X軸回りの回転移動、Y軸回りの回転移動、およびZ軸回りの回転移動が可能である。6本のロッド62が相互に独立して移動することにより、ステージ50の位置および姿勢を自由に設定することができる。   Each actuator 65 can operate independently, and each actuator 65 moves each rod 62 independently of each other. The actuator 65 is electrically connected to a circuit board 68 disposed above the base 40. The circuit board 68 is disposed on the second base 46. As the six rods 62 move independently of each other, the stage 50 moves in the base 40 in the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and the X-axis direction. A rotational movement, a rotational movement around the Y axis, and a rotational movement around the Z axis are possible. By moving the six rods 62 independently of each other, the position and posture of the stage 50 can be freely set.

図1に示すように、カメラ70は、ステージ50に設けられたパターン80(図4参照)を撮影する。カメラ70は、パターンを撮影することが可能な位置に配置されている。カメラ70は、ベース40に配置されている。カメラ70は、ステージ50の下方に配置されている。カメラ70は、第1ベース42上に配置されている。カメラ70は、第1ベース42の中心に配置されている。カメラ70のレンズ72の中心72Cは、第1ベース42の中心に配置されている。カメラ70は、第1ベース42に対して傾斜して配置されてもよい。カメラ70によって撮影されたパターン80の画像は、コンピュータ75に出力される。   As shown in FIG. 1, the camera 70 photographs a pattern 80 (see FIG. 4) provided on the stage 50. The camera 70 is disposed at a position where a pattern can be photographed. The camera 70 is disposed on the base 40. The camera 70 is disposed below the stage 50. The camera 70 is disposed on the first base 42. The camera 70 is disposed at the center of the first base 42. The center 72 </ b> C of the lens 72 of the camera 70 is disposed at the center of the first base 42. The camera 70 may be disposed to be inclined with respect to the first base 42. An image of the pattern 80 photographed by the camera 70 is output to the computer 75.

図4に示すように、パターン80は、ステージ50に設けられている。パターン80は、ステージ50の下面50Bに設けられている。パターン80は、第1のサブパターン81と、第2のサブパターン82と、第3のサブパターン83と、第4のサブパターン84と、を備えている。第1〜第4のサブパターン81〜84は、長方形状に形成されている。第1〜第4のサブパターン81〜84は、それぞれ同一の長さの長辺85Lと同一の長さの短辺85Sとを備えている。本実施形態では、長辺85Lの長さはLであり、短辺85Sの長さはSである。   As shown in FIG. 4, the pattern 80 is provided on the stage 50. The pattern 80 is provided on the lower surface 50 </ b> B of the stage 50. The pattern 80 includes a first sub pattern 81, a second sub pattern 82, a third sub pattern 83, and a fourth sub pattern 84. The first to fourth sub patterns 81 to 84 are formed in a rectangular shape. Each of the first to fourth sub-patterns 81 to 84 includes a long side 85L having the same length and a short side 85S having the same length. In the present embodiment, the length of the long side 85L is L, and the length of the short side 85S is S.

図4に示すように、第2のサブパターン82には、目印86が形成されている。目印86は、長方形状に形成されているが、目印86の形状および大きさは特に限定されない。なお、本実施形態では第2のサブパターン82に目印86が形成されているが、第1のサブパターン81、第3のサブパターン83、または第4のサブパターン84のいずれかに形成されていてもよい。目印86は、カメラ70から目印86を見たときに、ステージ50の位置および姿勢によって異なる。即ち、カメラ70から目印86を見たときの目印86の形状および位置は、ステージ50の位置および姿勢によって異なる。目印86とは、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像において、コンピュータ75がパターン80を認識するためのしるしである。本実施形態では、パターン80が備える第1のサブパターン81、第2のサブパターン82、第3のサブパターン83および第4のサブパターン84をコンピュータ75が識別して認識するためのしるしである。   As shown in FIG. 4, a mark 86 is formed on the second sub-pattern 82. The mark 86 is formed in a rectangular shape, but the shape and size of the mark 86 are not particularly limited. In the present embodiment, the mark 86 is formed on the second sub-pattern 82, but it is formed on any of the first sub-pattern 81, the third sub-pattern 83, or the fourth sub-pattern 84. May be. The mark 86 differs depending on the position and posture of the stage 50 when the mark 86 is viewed from the camera 70. That is, the shape and position of the mark 86 when the mark 86 is viewed from the camera 70 differ depending on the position and posture of the stage 50. The mark 86 is an indication for the computer 75 to recognize the pattern 80 in the image of the pattern 80 photographed by the camera 70. In the present embodiment, this is an indication for the computer 75 to identify and recognize the first subpattern 81, the second subpattern 82, the third subpattern 83, and the fourth subpattern 84 included in the pattern 80. .

図5に示すように、パターン80は、第1のサブパターン81の頂点81T、第2のサブパターン82の頂点82T、第3のサブパターン83の頂点83T、および第4のサブパターン84の頂点84Tを頂点とする仮想四辺形88を備えている。仮想四辺形88は、パターン80に外接する。仮想四辺形88の内方には、第1〜第4のサブパターン81〜84が配置されている。仮想四辺形88は、第1〜第4のサブパターン81〜84に外接する。頂点81Tは、第1のサブパターン81の各頂点のうち、第4のサブパターン84から最も離れた頂点である。頂点82Tは、第2のサブパターン82の各頂点のうち、第3のサブパターン83から最も離れた頂点である。頂点83Tは、第3のサブパターン83の各頂点のうち、第2のサブパターン82から最も離れた頂点である。頂点84Tは、第4のサブパターン84の各頂点のうち、第1のサブパターン81から最も離れた頂点である。パターン80は、カメラ70からパターン80を見たときに、ステージ50の位置および姿勢によって異なる。即ち、カメラ70からパターン80を見たときのパターン80の形状は、ステージ50の位置および姿勢によって異なる。   As shown in FIG. 5, the pattern 80 includes a vertex 81T of the first subpattern 81, a vertex 82T of the second subpattern 82, a vertex 83T of the third subpattern 83, and a vertex of the fourth subpattern 84. A virtual quadrangle 88 having a vertex 84T is provided. The virtual quadrangle 88 circumscribes the pattern 80. Inside the virtual quadrangle 88, first to fourth sub patterns 81 to 84 are arranged. The virtual quadrangle 88 circumscribes the first to fourth sub patterns 81 to 84. The vertex 81T is a vertex farthest from the fourth sub pattern 84 among the vertices of the first sub pattern 81. The vertex 82T is a vertex farthest from the third sub pattern 83 among the vertices of the second sub pattern 82. The vertex 83T is a vertex farthest from the second sub pattern 82 among the vertices of the third sub pattern 83. The vertex 84 </ b> T is a vertex farthest from the first sub pattern 81 among the vertices of the fourth sub pattern 84. The pattern 80 differs depending on the position and posture of the stage 50 when the pattern 80 is viewed from the camera 70. That is, the shape of the pattern 80 when the pattern 80 is viewed from the camera 70 varies depending on the position and posture of the stage 50.

図4に示すように、第1のサブパターン81と第2のサブパターン82とは第1のサブパターン81の長辺85Lおよび第2のサブパターン82の長辺85Lが延びる方向に離間して配置されている。第1のサブパターン81と第2のサブパターン82とは、長辺85Lの長さLだけ離間して配置されている。第1のサブパターン81の長辺85Lと第2のサブパターン82の長辺85Lとは平行に配置されている。第1のサブパターン81と第3のサブパターン83とは第1のサブパターン81の短辺85Sおよび第3のサブパターン83の短辺85Sが延びる方向に離間して配置されている。第1のサブパターン81と第3のサブパターン83とは、短辺85Sの長さSだけ離間して配置されている。第1のサブパターン81の短辺85Sと第3のサブパターン83の短辺85Sとは平行に配置されている。第3のサブパターン83と第4のサブパターン84とは第3のサブパターン83の長辺85Lおよび第4のサブパターン84の長辺85Lが延びる方向に離間して配置されている。第3のサブパターン83と第4のサブパターン84とは、長辺85Lの長さLだけ離間して配置されている。第3のサブパターン83の長辺85Lと第4のサブパターン84の長辺85Lとは平行に配置されている。第2のサブパターン82と第4のサブパターン84とは第2のサブパターン82の短辺85Sおよび第4のサブパターン84の短辺85Sが延びる方向に離間して配置されている。第2のサブパターン82と第4のサブパターン84とは、短辺85Sの長さSだけ離間して配置されている。第2のサブパターン82の短辺85Sと第4のサブパターン84の短辺85Sとは平行に配置されている。   As shown in FIG. 4, the first sub-pattern 81 and the second sub-pattern 82 are separated from each other in the direction in which the long side 85L of the first sub-pattern 81 and the long side 85L of the second sub-pattern 82 extend. Has been placed. The first sub pattern 81 and the second sub pattern 82 are spaced apart by the length L of the long side 85L. The long side 85L of the first sub pattern 81 and the long side 85L of the second sub pattern 82 are arranged in parallel. The first sub pattern 81 and the third sub pattern 83 are spaced apart from each other in the direction in which the short side 85S of the first sub pattern 81 and the short side 85S of the third sub pattern 83 extend. The first sub pattern 81 and the third sub pattern 83 are spaced apart by the length S of the short side 85S. The short side 85S of the first sub pattern 81 and the short side 85S of the third sub pattern 83 are arranged in parallel. The third sub pattern 83 and the fourth sub pattern 84 are spaced apart in the direction in which the long side 85L of the third sub pattern 83 and the long side 85L of the fourth sub pattern 84 extend. The third sub pattern 83 and the fourth sub pattern 84 are spaced apart by the length L of the long side 85L. The long side 85L of the third sub pattern 83 and the long side 85L of the fourth sub pattern 84 are arranged in parallel. The second sub pattern 82 and the fourth sub pattern 84 are spaced apart from each other in the direction in which the short side 85S of the second sub pattern 82 and the short side 85S of the fourth sub pattern 84 extend. The second sub pattern 82 and the fourth sub pattern 84 are spaced apart by the length S of the short side 85S. The short side 85S of the second sub pattern 82 and the short side 85S of the fourth sub pattern 84 are arranged in parallel.

図5に示すように、第1のサブパターン81の第1の頂点81Tと第4のサブパターン84の第4の頂点84Tとを結ぶ線分を第1の線分89Aとし、第2のサブパターン82の第2の頂点82Tと第3のサブパターン83の第3の頂点83Tとを結ぶ線分を第2の線分89Bとしたとき、第1の線分89Aと第2の線分89Bとの交差点89Cは、ステージ50の位置および姿勢を示す基準点である。交差点89Cは、ステージ50の下面50Bの中心に設けられている。   As shown in FIG. 5, a line segment connecting the first vertex 81T of the first sub-pattern 81 and the fourth vertex 84T of the fourth sub-pattern 84 is defined as the first line segment 89A, and the second sub-pattern When a line segment connecting the second vertex 82T of the pattern 82 and the third vertex 83T of the third sub-pattern 83 is a second line segment 89B, the first line segment 89A and the second line segment 89B 89C is a reference point indicating the position and orientation of the stage 50. The intersection 89C is provided at the center of the lower surface 50B of the stage 50.

図4に示すように、第1のサブパターン81と第2のサブパターン82とは、長辺85Lの長さLだけ離間して配置され、第3のサブパターン83と第4のサブパターン84とは、長辺85Lの長さLだけ離間して配置されているが、これに限定されない。第1のサブパターン81と第2のサブパターン82との間隔と、第3のサブパターン83と第4のサブパターン84との間隔と、が同じである限り、長辺85Lの長さLとは異なる長さであってもよい。第1のサブパターン81と第3のサブパターン83とは、短辺85Sの長さSだけ離間して配置され、第2のサブパターン82と第4のサブパターン84とは、短辺85Sの長さSだけ離間して配置されているが、これに限定されない。第1のサブパターン81と第3のサブパターン83との間隔と、第2のサブパターン82と第4のサブパターン84との間隔と、が同じである限り、短辺85Sの長さSとは異なる長さであってもよい。   As shown in FIG. 4, the first sub-pattern 81 and the second sub-pattern 82 are spaced apart by the length L of the long side 85L, and the third sub-pattern 83 and the fourth sub-pattern 84 are arranged. Is spaced apart by the length L of the long side 85L, but is not limited to this. As long as the distance between the first sub-pattern 81 and the second sub-pattern 82 and the distance between the third sub-pattern 83 and the fourth sub-pattern 84 are the same, the length L of the long side 85L May be of different lengths. The first sub pattern 81 and the third sub pattern 83 are spaced apart by the length S of the short side 85S, and the second sub pattern 82 and the fourth sub pattern 84 are of the short side 85S. Although it is spaced apart by the length S, it is not limited to this. As long as the distance between the first sub-pattern 81 and the third sub-pattern 83 and the distance between the second sub-pattern 82 and the fourth sub-pattern 84 are the same, the length S of the short side 85S May be of different lengths.

図1に示すように、ホルダ15は、ベース40の上方に配置されている。ホルダ15は、第2ベース46の上に配置されている。ホルダ15は、第2ベース46の開口47を跨ぐように配置されている。ホルダ15は、造形ヘッド20を支持する第1壁13および第2壁14を備えている。第1壁13と第2壁14との間には、造形ヘッド20が配置されている。   As shown in FIG. 1, the holder 15 is disposed above the base 40. The holder 15 is disposed on the second base 46. The holder 15 is disposed so as to straddle the opening 47 of the second base 46. The holder 15 includes a first wall 13 and a second wall 14 that support the modeling head 20. A modeling head 20 is disposed between the first wall 13 and the second wall 14.

図1に示すように、造形ヘッド20は、ベース40の上方に配置されている。造形ヘッド20は、ホルダ15に固定されている。造形ヘッド20は、樹脂材料を吐出するノズル22を備えている。図3に示すように、ノズル22は、平面視で第2ベース46の開口47と重なる。   As shown in FIG. 1, the modeling head 20 is disposed above the base 40. The modeling head 20 is fixed to the holder 15. The modeling head 20 includes a nozzle 22 that discharges a resin material. As shown in FIG. 3, the nozzle 22 overlaps the opening 47 of the second base 46 in plan view.

図1に示すように、3次元造形装置10は、樹脂材料を収容するタンク24と、樹脂供給路26とを備えている。タンク24は、ベース40の上方に配置されている。タンク24は、ホルダ15に配置されている。タンク24は、交換可能である。樹脂供給路26は、タンク24と造形ヘッド20とに接続されている。樹脂供給路26を介して、タンク24内の樹脂材料は造形ヘッド20に供給される。樹脂供給路26としては、例えば、可撓性を有するチューブが挙げられる。樹脂供給路26は、金属製の管であってもよい。ホルダ15には、モータ28が配置されている。モータ28を駆動させることによって、樹脂供給路26内の樹脂材料を造形ヘッド20に供給することができる。モータ28は、後述の回路基板68と電気的に接続されている。モータ28は、コンピュータ75により制御される。   As shown in FIG. 1, the three-dimensional modeling apparatus 10 includes a tank 24 that stores a resin material, and a resin supply path 26. The tank 24 is disposed above the base 40. The tank 24 is disposed in the holder 15. The tank 24 is replaceable. The resin supply path 26 is connected to the tank 24 and the modeling head 20. The resin material in the tank 24 is supplied to the modeling head 20 via the resin supply path 26. Examples of the resin supply path 26 include a flexible tube. The resin supply path 26 may be a metal pipe. A motor 28 is disposed in the holder 15. By driving the motor 28, the resin material in the resin supply path 26 can be supplied to the modeling head 20. The motor 28 is electrically connected to a circuit board 68 described later. The motor 28 is controlled by a computer 75.

コンピュータ75は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像に基づいて、ステージ50の位置および姿勢を検出する。コンピュータ75は、ステージ機構30に通信可能に接続されている。ステージ機構30は、コンピュータ75に常時接続されていてもよく、適宜に接続されていてもよい。また、ステージ機構30とコンピュータ75との接続は、有線による接続に限らず、無線による接続であってもよい。コンピュータ75は、中央演算処理装置(以下、CPUという)と、CPUが実行するプログラムなどを格納したROMと、RAMなどを備えていてもよい。コンピュータ75は、ステージ機構30のための専用のコンピュータであってもよく、パーソナルコンピュータのような汎用的なコンピュータであってもよい。   The computer 75 detects the position and orientation of the stage 50 based on the image of the pattern 80 photographed by the camera 70. The computer 75 is communicably connected to the stage mechanism 30. The stage mechanism 30 may be always connected to the computer 75 or may be connected appropriately. Further, the connection between the stage mechanism 30 and the computer 75 is not limited to a wired connection, and may be a wireless connection. The computer 75 may include a central processing unit (hereinafter referred to as a CPU), a ROM storing a program executed by the CPU, a RAM, and the like. The computer 75 may be a dedicated computer for the stage mechanism 30 or a general-purpose computer such as a personal computer.

図6に示すように、コンピュータ75は、第1算出部91と、第2算出部92と、第3算出部93と、第4算出部94と、検出部95と、判断部96と、補正部97と、を備えている。   As shown in FIG. 6, the computer 75 includes a first calculation unit 91, a second calculation unit 92, a third calculation unit 93, a fourth calculation unit 94, a detection unit 95, a determination unit 96, and a correction. Part 97.

第1算出部91は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像から目印86を検出する。第1算出部91は、検出された目印86の位置に基づいてステージ50のZ軸回りの回転角度α(図7参照)を算出する。図7において、二点鎖線は、パターン80が原点位置に存在する状態を表している。実線は、パターン80が原点位置に対してZ軸回りに角度α回転したときの状態を表している。   The first calculator 91 detects the mark 86 from the image of the pattern 80 photographed by the camera 70. The first calculation unit 91 calculates the rotation angle α (see FIG. 7) around the Z axis of the stage 50 based on the detected position of the mark 86. In FIG. 7, a two-dot chain line represents a state in which the pattern 80 exists at the origin position. A solid line represents a state when the pattern 80 is rotated by an angle α around the Z axis with respect to the origin position.

本実施形態の原点位置は、以下の(1)から(5)に基づいて決定される。(1)第1ベース42とステージ50とが平行に配置されている。(2)カメラ70のレンズ72の中心72Cが第1ベース42の中心に配置されている。(3)パターン80の交差点89Cがステージ50の下面50Bの中心に設けられている。(4)レンズ72の中心72Cを通る垂線U(図2参照)上にパターン80の交差点89Cが配置されている。(5)目印86が所定の位置に配置されている。本実施形態の原点位置は、ステージ50と第1ベース42とが平行に配置され、ステージ50がX軸回り、Y軸回りおよびZ軸回りに回転しておらず、カメラ70からパターン80を見たときに、第1〜第4のサブパターン81〜84の長辺85LがX軸と平行に延びかつ短辺85SがY軸と平行に延びるときのステージ50の位置である。なお、原点位置は任意に定めることができる。原点位置に関する情報としては、パターン80が原点位置にある状態でカメラ70によって撮影されたパターン80の画像における、後述の第1〜第4長さL1〜L4の長さ情報が、ステージ50の回転角度の検出および位置の検出に必要である。パターン80が原点位置にある状態でカメラ70によって撮影されたパターン80の画像における、第1〜第4長さL1〜L4の長さは予め算出される。これら原点位置に関する情報は、予めコンピュータ75に記憶されている。目印86の位置と、回転角度αとの関係は予めコンピュータ75に記憶されている。   The origin position of this embodiment is determined based on the following (1) to (5). (1) The first base 42 and the stage 50 are arranged in parallel. (2) The center 72C of the lens 72 of the camera 70 is arranged at the center of the first base 42. (3) An intersection 89C of the pattern 80 is provided at the center of the lower surface 50B of the stage 50. (4) An intersection 89C of the pattern 80 is arranged on a perpendicular line U (see FIG. 2) passing through the center 72C of the lens 72. (5) The mark 86 is arranged at a predetermined position. In this embodiment, the stage 50 and the first base 42 are arranged in parallel, the stage 50 is not rotated about the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the pattern 80 is viewed from the camera 70. The position of the stage 50 when the long side 85L of the first to fourth sub-patterns 81 to 84 extends parallel to the X axis and the short side 85S extends parallel to the Y axis. The origin position can be arbitrarily determined. As information about the origin position, length information of first to fourth lengths L1 to L4 described later in the image of the pattern 80 photographed by the camera 70 with the pattern 80 being at the origin position is rotation of the stage 50. Required for angle detection and position detection. The lengths of the first to fourth lengths L1 to L4 in the image of the pattern 80 photographed by the camera 70 in a state where the pattern 80 is at the origin position are calculated in advance. Information about these origin positions is stored in the computer 75 in advance. The relationship between the position of the mark 86 and the rotation angle α is stored in the computer 75 in advance.

第2算出部92は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像において、図5に示すように、第1のサブパターン81の頂点81Tと、第2のサブパターン82の頂点82Tと、第3のサブパターン83の頂点83Tと、第4のサブパターン84の頂点84Tと、を検出する。第2算出部92は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像において、第1の頂点81Tから第2の頂点82Tまでの第1長さL1と、第3の頂点83Tから第4の頂点84Tまでの第2長さL2と、第1の頂点81Tから第3の頂点83Tまでの第3長さL3と、第2の頂点82Tから第4の頂点84Tまでの第4長さL4と、を算出する。第2算出部92は、第1〜第4長さL1〜L4をサブピクセル精度で算出するとよい。第1〜第4長さL1〜L4は、ステージ50の位置および姿勢によって異なる。第2算出部92は、パターン80が原点位置にある状態でカメラ70によって撮影されたパターン80の画像における、第1〜第4長さL1〜L4の長さを算出する。   As shown in FIG. 5, the second calculation unit 92 includes an apex 81T of the first subpattern 81, an apex 82T of the second subpattern 82, and a third in the image of the pattern 80 captured by the camera 70. The vertex 83T of the sub-pattern 83 and the vertex 84T of the fourth sub-pattern 84 are detected. The second calculation unit 92 includes a first length L1 from the first vertex 81T to the second vertex 82T, and a third vertex 83T to a fourth vertex 84T in the image of the pattern 80 photographed by the camera 70. A second length L2 from the first vertex 81T to the third vertex 83T, and a fourth length L4 from the second vertex 82T to the fourth vertex 84T. calculate. The second calculator 92 may calculate the first to fourth lengths L1 to L4 with subpixel accuracy. The first to fourth lengths L1 to L4 vary depending on the position and posture of the stage 50. The 2nd calculation part 92 calculates the length of the 1st-4th length L1-L4 in the image of the pattern 80 image | photographed with the camera 70 in the state in which the pattern 80 exists in an origin position.

第3算出部93は、第2算出部92によって算出された第1長さL1と第2長さL2との比からステージ50のX軸回りの回転角度γ(図8参照)を算出する。図8において、二点鎖線は、パターン80が原点位置に存在する状態を表している。実線は、パターン80が原点位置に対してX軸回りに角度γ回転したときの状態を表している。第1長さL1と第2長さL2との比と、回転角度γとの関係は予めコンピュータ75に記憶されている。   The third calculator 93 calculates the rotation angle γ around the X axis of the stage 50 (see FIG. 8) from the ratio between the first length L1 and the second length L2 calculated by the second calculator 92. In FIG. 8, a two-dot chain line represents a state where the pattern 80 exists at the origin position. A solid line represents a state when the pattern 80 is rotated by an angle γ about the X axis with respect to the origin position. The relationship between the ratio between the first length L1 and the second length L2 and the rotation angle γ is stored in the computer 75 in advance.

第4算出部94は、第2算出部92によって算出された第3長さL3と第4長さL4との比からステージ50のY軸回りの回転角度β(図9参照)を算出する。図9において、二点鎖線は、パターン80が原点位置に存在する状態を表している。実線は、パターン80が原点位置に対してY軸回りに角度β回転したときの状態を表している。第3長さL3と第4長さL4との比と、回転角度βとの関係は予めコンピュータ75に記憶されている。   The fourth calculator 94 calculates the rotation angle β around the Y axis of the stage 50 (see FIG. 9) from the ratio between the third length L3 and the fourth length L4 calculated by the second calculator 92. In FIG. 9, a two-dot chain line represents a state in which the pattern 80 exists at the origin position. A solid line represents a state when the pattern 80 is rotated by an angle β around the Y axis with respect to the origin position. The relationship between the ratio between the third length L3 and the fourth length L4 and the rotation angle β is stored in the computer 75 in advance.

検出部95は、ステージ50の姿勢を検出する。検出部95は、第3算出部93によって算出されたX軸回りの回転角度γ、第4算出部94によって算出されたY軸回りの回転角度β、および第1算出部91によって算出されたZ軸回りの回転角度αに基づいて、ステージ50の姿勢を検出する。検出部95は、ステージ50の位置を検出する。検出部95は、第3算出部93によって算出されたX軸回りの回転角度γ、第4算出部94によって算出されたY軸回りの回転角度β、および第1算出部91によって算出されたZ軸回りの回転角度α、第2算出部92によって算出された第1〜第4長さL1〜L4、および原点位置で算出された第1〜第4長さL1〜L4に基づいて、第1の頂点81Tと第4の頂点84Tとを結ぶ第1の線分89A(図5参照)と第2の頂点82Tと第3の頂点83Tとを結ぶ第2の線分89B(図5参照)との交差点89Cをステージ50の位置として検出する。図8に示すように、ステージ50に設けられたパターン80(図5参照)の交差点89Cとカメラ70のレンズ72の中心72Cとの距離Mおよび交差点89CのXYZ座標即ちステージ50の位置は、ステージ50の姿勢、即ち回転角度α、回転角度βおよび回転角度γと、第2算出部92によって算出された第1〜第4長さL1〜L4と、原点位置で算出された第1〜第4長さL1〜L4とに基づいて、算出される。ステージ50の形状は予めコンピュータ75に記憶されているため、交差点89Cを検出することによって、ステージ50の上面50Uおよび下面50Bの任意の位置を検出することができる。検出部95によって検出されたステージ50の位置および姿勢に関する情報は、判断部96へと出力される。   The detection unit 95 detects the posture of the stage 50. The detection unit 95 includes a rotation angle γ around the X axis calculated by the third calculation unit 93, a rotation angle β around the Y axis calculated by the fourth calculation unit 94, and a Z calculated by the first calculation unit 91. The posture of the stage 50 is detected based on the rotation angle α around the axis. The detection unit 95 detects the position of the stage 50. The detection unit 95 includes a rotation angle γ around the X axis calculated by the third calculation unit 93, a rotation angle β around the Y axis calculated by the fourth calculation unit 94, and a Z calculated by the first calculation unit 91. Based on the rotation angle α around the axis, the first to fourth lengths L1 to L4 calculated by the second calculation unit 92, and the first to fourth lengths L1 to L4 calculated at the origin position, the first A first line segment 89A (see FIG. 5) connecting the first vertex 81T and the fourth vertex 84T (see FIG. 5), and a second line segment 89B (see FIG. 5) connecting the second vertex 82T and the third vertex 83T. Is detected as the position of the stage 50. As shown in FIG. 8, the distance M between the intersection 89C of the pattern 80 (see FIG. 5) provided on the stage 50 and the center 72C of the lens 72 of the camera 70 and the XYZ coordinates of the intersection 89C, that is, the position of the stage 50 are 50 postures, that is, the rotation angle α, the rotation angle β, and the rotation angle γ, the first to fourth lengths L1 to L4 calculated by the second calculator 92, and the first to fourth calculated at the origin position. It is calculated based on the lengths L1 to L4. Since the shape of the stage 50 is stored in the computer 75 in advance, any position of the upper surface 50U and the lower surface 50B of the stage 50 can be detected by detecting the intersection 89C. Information regarding the position and orientation of the stage 50 detected by the detection unit 95 is output to the determination unit 96.

判断部96は、検出部95によって検出されたステージ50の位置および姿勢(以下、「実際の位置」ともいう。)と、各アクチュエータ65の回転角度から導かれるステージ50の制御上の位置および姿勢(以下、「制御上の位置」ともいう。)とが一致しているか否かを判断する。各アクチュエータ65の回転角度に関する情報は、判断部96へと常時出力される。判断部96により、実際の位置と、制御上の位置とが異なると判断されると、判断部96は、補正部97に信号を出力する。なお、ステージ50の制御上の位置および姿勢は、アクチュエータ65のステップ数から導いてもよい。   The determination unit 96 controls the position and posture of the stage 50 detected from the position and posture of the stage 50 (hereinafter also referred to as “actual position”) detected by the detection unit 95 and the rotation angle of each actuator 65. (Hereinafter, also referred to as “control position”) is determined. Information regarding the rotation angle of each actuator 65 is constantly output to the determination unit 96. If the determination unit 96 determines that the actual position and the control position are different, the determination unit 96 outputs a signal to the correction unit 97. Note that the control position and orientation of the stage 50 may be derived from the number of steps of the actuator 65.

補正部97は、判断部96から信号を受信したとき、すなわち、検出部95によって検出されたステージ50の位置および姿勢と、各アクチュエータ65の回転角度から導かれるステージ50の制御上の位置および姿勢とが異なる場合、各アクチュエータ65の回転角度から導かれるステージ50の制御上の位置および姿勢が、検出部95によって検出されたステージ50の位置および姿勢となるように各アクチュエータ65の回転角度を補正する。   The correction unit 97 receives the signal from the determination unit 96, that is, the position and posture of the stage 50 detected by the detection unit 95, and the control position and posture of the stage 50 derived from the rotation angle of each actuator 65. , The rotation angle of each actuator 65 is corrected so that the control position and posture of the stage 50 derived from the rotation angle of each actuator 65 become the position and posture of the stage 50 detected by the detection unit 95. To do.

次に、図10を参照しながら、本実施形態に係るステージ機構30におけるステージ50の位置および姿勢の検出並びに補正について説明する。図10は、本実施形態に係るステージ機構30におけるステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに補正処理のフローチャートである。   Next, detection and correction of the position and orientation of the stage 50 in the stage mechanism 30 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart of the process for detecting and correcting the position and orientation of the stage 50 in the stage mechanism 30 according to the present embodiment.

まず、3次元造形装置10が造形物の3次元造形を開始すると、ノズル22から吐出された樹脂材料を順次積層し、所定の断面形状の樹脂層を形成するためにステージ50が移動する。これにより、ステージ機構30において、ステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに補正処理が開始される。   First, when the three-dimensional modeling apparatus 10 starts three-dimensional modeling of a modeled object, the stage 50 moves to sequentially stack the resin materials discharged from the nozzles 22 and form a resin layer having a predetermined cross-sectional shape. Thereby, in the stage mechanism 30, the detection process and correction process of the position and orientation of the stage 50 are started.

ステップS10において、カメラ70は、ステージ50に設けられたパターン80を撮影する。撮影されたパターン80の画像は、コンピュータ75に出力される。   In step S <b> 10, the camera 70 captures the pattern 80 provided on the stage 50. The captured image of the pattern 80 is output to the computer 75.

次に、ステップS20において、第2算出部92は、サブパターン81〜84の位置および姿勢を検出する。詳細には、第2算出部92は、ステップS10において撮影されたパターン80の画像から黒い領域を抽出する。例えば、パターン80の画像において、予め設定した閾値よりも画素の輝度が低い領域が黒い領域として抽出される。第2算出部92は、抽出された各黒い領域の位置およびサイズをサブピクセル精度で検出する。第2算出部92は、一の黒い領域の長辺の長さと、他の一の黒い領域の長辺の長さと、一の黒い領域と他の一の黒い領域との距離とが実質的に同じ長さのものを検出する。図4に示す例では、第1のサブパターン81と第2のサブパターン82とのペア、および第3のサブパターン83と第4のサブパターン84とのペアを検出する。第2算出部92は、一の黒い領域の短辺の長さと、他の一の黒い領域の短辺の長さと、一の黒い領域と他の一の黒い領域との距離とが実質的に同じ長さのものを検出する。図4に示す例では、第1のサブパターン81と第3のサブパターン83とのペア、および第2のサブパターン82と第4のサブパターン84とのペアを検出する。このようにして、第2算出部92は、パターン80、即ち第1〜第4のサブパターン81〜84を検出する。   Next, in step S20, the second calculation unit 92 detects the positions and orientations of the sub patterns 81 to 84. Specifically, the second calculation unit 92 extracts a black region from the image of the pattern 80 photographed in step S10. For example, in the image of the pattern 80, an area where the pixel luminance is lower than a preset threshold is extracted as a black area. The second calculator 92 detects the position and size of each extracted black region with subpixel accuracy. The second calculation unit 92 is substantially configured such that the length of the long side of one black region, the length of the long side of the other black region, and the distance between the one black region and the other black region are substantially equal. Detect the same length. In the example shown in FIG. 4, a pair of the first sub pattern 81 and the second sub pattern 82 and a pair of the third sub pattern 83 and the fourth sub pattern 84 are detected. The second calculation unit 92 is configured such that the length of the short side of one black region, the length of the short side of the other black region, and the distance between the one black region and the other black region are substantially equal. Detect the same length. In the example shown in FIG. 4, a pair of the first sub pattern 81 and the third sub pattern 83 and a pair of the second sub pattern 82 and the fourth sub pattern 84 are detected. In this way, the second calculation unit 92 detects the pattern 80, that is, the first to fourth sub patterns 81 to 84.

次に、ステップS30において、第1算出部91は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像から目印86を検出する。詳細には、第1算出部91は、第2算出部92によって、検出された第1〜第4のサブパターン81〜84の中から、目印86が形成されたサブパターンを検出し、検出された目印86の位置に基づいてステージ50のZ軸回りの回転角度α(図7参照)を算出する。   Next, in step S <b> 30, the first calculation unit 91 detects the mark 86 from the image of the pattern 80 captured by the camera 70. Specifically, the first calculation unit 91 detects and detects the subpattern in which the mark 86 is formed from the first to fourth subpatterns 81 to 84 detected by the second calculation unit 92. Based on the position of the mark 86, the rotation angle α around the Z axis of the stage 50 (see FIG. 7) is calculated.

次に、ステップS40において、第2算出部92は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像において、第1〜第4のサブパターン81〜84の各頂点81T〜84Tを検出する。第1〜第4のサブパターン81〜84は、各頂点81T〜84Tを頂点とする仮想四辺形88の内方に配置されている。仮想四辺形88は、第1〜第4のサブパターン81〜84に外接する。   Next, in step S40, the second calculation unit 92 detects the vertices 81T to 84T of the first to fourth sub patterns 81 to 84 in the image of the pattern 80 photographed by the camera 70. The first to fourth sub-patterns 81 to 84 are arranged inside the virtual quadrangle 88 having the vertices 81T to 84T as vertices. The virtual quadrangle 88 circumscribes the first to fourth sub patterns 81 to 84.

次に、ステップS50において、第2算出部92は、検出された各頂点81T〜84Tに基づいて、第1の頂点81Tから第2の頂点82Tまでの第1長さL1と、第3の頂点83Tから第4の頂点84Tまでの第2長さL2と、第1の頂点81Tから第3の頂点83Tまでの第3長さL3と、第2の頂点82Tから第4の頂点84Tまでの第4長さL4と、を算出する。   Next, in step S50, the second calculation unit 92 calculates the first length L1 from the first vertex 81T to the second vertex 82T and the third vertex based on the detected vertices 81T to 84T. The second length L2 from 83T to the fourth vertex 84T, the third length L3 from the first vertex 81T to the third vertex 83T, and the second length L3 from the second vertex 82T to the fourth vertex 84T 4 lengths L4 are calculated.

次に、ステップS60において、第3算出部93は、第2算出部92によって算出された第1長さL1と第2長さL2との比からステージ50のX軸回りの回転角度γ(図8参照)を算出する。   Next, in step S60, the third calculation unit 93 determines the rotation angle γ around the X axis of the stage 50 from the ratio of the first length L1 and the second length L2 calculated by the second calculation unit 92 (see FIG. 8).

次に、ステップS70において、第4算出部94は、第2算出部92によって算出された第3長さL3と第4長さL4との比からステージ50のY軸回りの回転角度β(図9参照)を算出する。   Next, in step S70, the fourth calculation unit 94 determines the rotation angle β around the Y axis of the stage 50 from the ratio of the third length L3 and the fourth length L4 calculated by the second calculation unit 92 (see FIG. 9) is calculated.

次に、ステップS80において、検出部95は、ステージ50の姿勢および位置を検出する。検出部95は、第3算出部93によって算出されたX軸回りの回転角度γ、第4算出部94によって算出されたY軸回りの回転角度β、および第1算出部91によって算出されたZ軸回りの回転角度αに基づいて、ステージ50の姿勢を検出する。検出部95は、回転角度γ、回転角度β、および回転角度α、第2算出部92によって算出された第1〜第4長さL1〜L4、および原点位置で算出された第1〜第4長さL1〜L4に基づいて、第1の頂点81Tと第4の頂点84Tとを結ぶ第1の線分89A(図5参照)と第2の頂点82Tと第3の頂点83Tとを結ぶ第2の線分89B(図5参照)との交差点89Cをステージ50の位置として検出する。図8に示すように、ステージ50に設けられたパターン80(図5参照)の交差点89Cとカメラ70のレンズ72の中心72Cとの距離Mおよび交差点89CのXYZ座標即ちステージ50の位置は、ステージ50の姿勢、即ち回転角度α、回転角度βおよび回転角度γと、第2算出部92によって算出された第1〜第4長さL1〜L4と、原点位置で算出された第1〜第4長さL1〜L4とに基づいて、算出される。   Next, in step S <b> 80, the detection unit 95 detects the posture and position of the stage 50. The detection unit 95 includes a rotation angle γ around the X axis calculated by the third calculation unit 93, a rotation angle β around the Y axis calculated by the fourth calculation unit 94, and a Z calculated by the first calculation unit 91. The posture of the stage 50 is detected based on the rotation angle α around the axis. The detection unit 95 includes the rotation angle γ, the rotation angle β, the rotation angle α, the first to fourth lengths L1 to L4 calculated by the second calculation unit 92, and the first to fourth calculated at the origin position. Based on the lengths L1 to L4, the first line segment 89A (see FIG. 5) connecting the first vertex 81T and the fourth vertex 84T (see FIG. 5), the second vertex 82T, and the third vertex 83T are connected. The intersection 89C with the second line segment 89B (see FIG. 5) is detected as the position of the stage 50. As shown in FIG. 8, the distance M between the intersection 89C of the pattern 80 (see FIG. 5) provided on the stage 50 and the center 72C of the lens 72 of the camera 70 and the XYZ coordinates of the intersection 89C, that is, the position of the stage 50 are 50 postures, that is, the rotation angle α, the rotation angle β, and the rotation angle γ, the first to fourth lengths L1 to L4 calculated by the second calculator 92, and the first to fourth calculated at the origin position. It is calculated based on the lengths L1 to L4.

次に、ステップS90において、判断部96は、検出部95によって検出されたステージ50の位置および姿勢(即ち実際の位置)と、各アクチュエータ65の回転角度から導かれるステージ50の制御上の位置および姿勢(即ち制御上の位置)とが一致しているか否かを判断する。ステップS90において、実際の位置と、制御上の位置とが一致していると判断された場合、コンピュータ75は、ステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに補正処理を終了する。一方、実際の位置と、制御上の位置とが一致していないと判断部96により判断された場合、ステップS100に進む。このとき、判断部96は、補正部97に信号を出力する。   Next, in step S <b> 90, the determination unit 96 determines the control position and position of the stage 50 derived from the position and orientation of the stage 50 (that is, the actual position) detected by the detection unit 95 and the rotation angle of each actuator 65. It is determined whether or not the posture (that is, the control position) matches. If it is determined in step S90 that the actual position matches the control position, the computer 75 ends the position and orientation detection processing and correction processing of the stage 50. On the other hand, if the determination unit 96 determines that the actual position does not match the control position, the process proceeds to step S100. At this time, the determination unit 96 outputs a signal to the correction unit 97.

ステップS100において、補正部97は、制御上の位置が、実際の位置となるように各アクチュエータ65の回転角度を補正する。補正部97が各アクチュエータ65の回転角度を補正し、制御上の位置と実際の位置とが一致すると、コンピュータ75は、ステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに補正処理を終了する。なお、このような、ステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに補正処理は、ステージ50が移動する毎に行ってもよいし、一定時間毎に行ってもよい。   In step S100, the correction unit 97 corrects the rotation angle of each actuator 65 so that the control position becomes the actual position. When the correction unit 97 corrects the rotation angle of each actuator 65 and the control position coincides with the actual position, the computer 75 ends the detection processing and correction processing of the position and orientation of the stage 50. Such detection and correction processing of the position and orientation of the stage 50 may be performed every time the stage 50 moves, or may be performed at regular intervals.

以上のように、ステージ機構30によれば、コンピュータ75は、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像に基づいて、ステージ50の位置および姿勢を検出する。カメラ70から見えるパターン80は、ステージ50の位置および姿勢によって異なっている。このため、カメラ70によって撮影されたパターン80の画像によって、ステージ50の位置および姿勢が一義的に決定される。カメラ70によって撮影されたパターン80の画像は、実際のステージ50に設けられたパターン80の画像であるため、コンピュータ75は、該パターン80の画像からステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。このように、ステージ機構30によれば、ステージ50の可動部分にエンコーダを用いなくとも、簡単な構造によってステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。また、例えばステッピングモータを用いてステージ50を可動する場合に、ステッピングモータとステージ50との間で生じるギヤ同士のバックラッシュなどの機械的な誤差が生じたり、ステッピングモータが脱調したりしたとしても、ステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   As described above, according to the stage mechanism 30, the computer 75 detects the position and orientation of the stage 50 based on the image of the pattern 80 captured by the camera 70. The pattern 80 visible from the camera 70 varies depending on the position and posture of the stage 50. For this reason, the position and orientation of the stage 50 are uniquely determined by the image of the pattern 80 photographed by the camera 70. Since the image of the pattern 80 photographed by the camera 70 is an image of the pattern 80 provided on the actual stage 50, the computer 75 reliably detects the accurate position and orientation of the stage 50 from the image of the pattern 80. can do. As described above, according to the stage mechanism 30, it is possible to reliably detect the accurate position and posture of the stage 50 with a simple structure without using an encoder for the movable part of the stage 50. Also, for example, when the stage 50 is moved using a stepping motor, mechanical errors such as backlash between the gears generated between the stepping motor and the stage 50 may occur, or the stepping motor may step out. In addition, the accurate position and posture of the stage 50 can be reliably detected.

本実施形態のステージ機構30によれば、図5に示すように、ステージ機構30は、パターン80に外接する仮想四辺形88を備え、パターン80は、目印86を備える。これにより、カメラ70によって撮影された画像における、パターン80に外接する仮想四辺形88および目印86の位置に基づいて、ステージ50の位置および姿勢が一義的に決定される。   According to the stage mechanism 30 of the present embodiment, as shown in FIG. 5, the stage mechanism 30 includes a virtual quadrilateral 88 circumscribing the pattern 80, and the pattern 80 includes a mark 86. Thus, the position and orientation of the stage 50 are uniquely determined based on the positions of the virtual quadrilateral 88 and the mark 86 circumscribing the pattern 80 in the image taken by the camera 70.

本実施形態のステージ機構30によれば、図6に示すように、コンピュータ75は、検出部95を備えている。検出部95は、算出されたX軸回りの回転角度γ(図8参照)、Y軸回りの回転角度β(図9参照)およびZ軸回りの回転角度α(図7参照)に基づいて、ステージ50の姿勢を検出する。検出部95は、X軸回りの回転角度γ、Y軸回りの回転角度β、Z軸回りの回転角度α、第2算出部92によって算出された第1〜第4長さL1〜L4、および原点位置で算出された第1〜第4長さL1〜L4に基づいて、第1の線分89Aと第2の線分89Bとの交差点89Cをステージ50の位置として検出する。これにより、コンピュータ75は、第1〜第4のサブパターン81〜84を備えたパターン80の画像からステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the stage mechanism 30 of the present embodiment, the computer 75 includes a detection unit 95 as shown in FIG. Based on the calculated rotation angle γ around the X axis (see FIG. 8), rotation angle β around the Y axis (see FIG. 9), and rotation angle α around the Z axis (see FIG. 7), The posture of the stage 50 is detected. The detection unit 95 includes a rotation angle γ around the X axis, a rotation angle β around the Y axis, a rotation angle α around the Z axis, the first to fourth lengths L1 to L4 calculated by the second calculation unit 92, and Based on the first to fourth lengths L1 to L4 calculated at the origin position, an intersection 89C between the first line segment 89A and the second line segment 89B is detected as the position of the stage 50. Accordingly, the computer 75 can reliably detect the accurate position and posture of the stage 50 from the image of the pattern 80 including the first to fourth sub patterns 81 to 84.

本実施形態のステージ機構30によれば、図1に示すように、ステージ移動部60は、各ガイド部64を適宜に昇降させることにより、ステージ50をX軸方向、Y軸方向、Z軸方向、X軸回り、Y軸回り、およびZ軸回りに移動させることができる。X軸方向に移動可能なアクチュエータ付テーブルと、Y軸方向に移動可能なアクチュエータ付テーブルと、Z軸方向に移動可能なアクチュエータ付テーブルとを組み合わせたステージ移動部に比べて、アクチュエータ65の出力を抑えることができる。また、小型のアクチュエータを利用可能なので、ステージ移動部60を小型化することができる。また、ステージ移動部60はステージ50を6自由度で駆動し、ステージ50の位置および姿勢を自在に変更することができる。このため、ステージ50の位置および姿勢のバリエーションがより複雑化するが、コンピュータ75は、パターン80の画像の位置および大きさから、XYZ軸上のステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the stage mechanism 30 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the stage moving unit 60 appropriately moves the guide units 64 up and down to move the stage 50 in the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis direction. , Around the X axis, around the Y axis, and around the Z axis. Compared to a stage moving unit that combines a table with an actuator that can move in the X-axis direction, a table with an actuator that can move in the Y-axis direction, and a table with an actuator that can move in the Z-axis direction, the output of the actuator 65 Can be suppressed. Moreover, since a small actuator can be used, the stage moving part 60 can be reduced in size. The stage moving unit 60 can drive the stage 50 with six degrees of freedom and freely change the position and posture of the stage 50. For this reason, variations in the position and orientation of the stage 50 are more complicated, but the computer 75 reliably detects the accurate position and orientation of the stage 50 on the XYZ axes from the position and size of the image of the pattern 80. be able to.

本実施形態のステージ機構30によれば、図2に示すように、カメラ70は、ステージ50の下方かつ第1ベース42に配置されている。6自由度パラレルリンク機構によって構成されたステージ移動部60では、ステージ50と第1ベース42との間には空間が形成されている。このため、ステージ50の下方かつ第1ベース42にカメラ70を配置したとき、カメラ70とステージ50との間には、カメラ70がステージ50に設けられたパターン80を撮影することを妨げるものが存在しない。これにより、カメラ70はパターン80を確実に撮影することができる。   According to the stage mechanism 30 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the camera 70 is disposed below the stage 50 and on the first base 42. In the stage moving unit 60 configured by a 6-degree-of-freedom parallel link mechanism, a space is formed between the stage 50 and the first base 42. For this reason, when the camera 70 is arranged below the stage 50 and on the first base 42, there is something between the camera 70 and the stage 50 that prevents the camera 70 from photographing the pattern 80 provided on the stage 50. not exist. As a result, the camera 70 can reliably capture the pattern 80.

本実施形態のステージ機構30によれば、図6に示すように、コンピュータ75は、補正部97を備えている。アクチュエータ65が例えばステッピングモータから構成されている場合、ステッピングモータが脱調したときに、ステージ50の制御上の位置および姿勢とステージ50の実際の位置および姿勢とに差がでることがある。しかし、上記態様によれば、ステッピングモータが脱調した場合であっても、ステージ50の正確な位置および姿勢を検出できると共に、補正部97によって、ステッピングモータの脱調を補正することができる。   According to the stage mechanism 30 of the present embodiment, the computer 75 includes a correction unit 97 as shown in FIG. When the actuator 65 is composed of a stepping motor, for example, when the stepping motor steps out, there may be a difference between the control position and posture of the stage 50 and the actual position and posture of the stage 50. However, according to the above aspect, even when the stepping motor is out of step, the accurate position and orientation of the stage 50 can be detected, and the correction unit 97 can correct the stepping motor out of step.

本実施形態の3次元造形装置10によれば、図1に示すように、ノズル22から吐出される樹脂材料は、ステージ50の上面50Uで保持され、パターン80は、ステージ50の下面50Bに設けられ、カメラ70は、ステージ50の下方に配置されている。ノズル22から吐出された樹脂材料がパターン80を覆うことによってパターン80が汚れてしまうと、コンピュータ75は、撮影されたパターン80の画像に基づいてステージ50の位置および姿勢を検出できなくなる。しかし、3次元造形装置10によれば、ノズル22から吐出される樹脂材料はステージ50の上面50Uに保持され、パターン80が設けられたステージ50の下面50Bには樹脂材料は吐出されない。このため、パターン80は樹脂材料に覆われることがない。この結果、コンピュータ75は、撮影されたパターン80の画像からステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the three-dimensional modeling apparatus 10 of the present embodiment, as shown in FIG. 1, the resin material discharged from the nozzle 22 is held by the upper surface 50U of the stage 50, and the pattern 80 is provided on the lower surface 50B of the stage 50. The camera 70 is disposed below the stage 50. If the pattern 80 becomes dirty due to the resin material discharged from the nozzles 22 covering the pattern 80, the computer 75 cannot detect the position and orientation of the stage 50 based on the captured image of the pattern 80. However, according to the three-dimensional modeling apparatus 10, the resin material discharged from the nozzle 22 is held on the upper surface 50U of the stage 50, and no resin material is discharged onto the lower surface 50B of the stage 50 on which the pattern 80 is provided. For this reason, the pattern 80 is not covered with the resin material. As a result, the computer 75 can reliably detect the accurate position and orientation of the stage 50 from the captured image of the pattern 80.

<第2実施形態>
図11は、第2実施形態に係るステージ機構30を備えた3次元造形装置10の構造を示す側面図である。図12は、第2実施形態に係るステージ機構30の平面図である。図12において、説明の便宜上、ロッド62および第2ベース46の図示を省略している。
Second Embodiment
FIG. 11 is a side view illustrating the structure of the three-dimensional modeling apparatus 10 including the stage mechanism 30 according to the second embodiment. FIG. 12 is a plan view of the stage mechanism 30 according to the second embodiment. In FIG. 12, the rod 62 and the second base 46 are not shown for convenience of explanation.

図11に示すように、ステージ機構30は、相互に異なる位置に配置された3つのカメラ70を備えている。図12に示すように、各カメラ70は、第1ベース42の周方向に等間隔を置いて配置されている。各カメラ70同士の間隔は、等間隔に限定されず任意である。各カメラ70は、相互に異なる位置からステージ50に設けられたパターン80を撮影する。カメラ70の数は3つに限定されず、2つまたは4つ以上であってもよい。   As shown in FIG. 11, the stage mechanism 30 includes three cameras 70 arranged at different positions. As shown in FIG. 12, the cameras 70 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the first base 42. The interval between the cameras 70 is not limited to an equal interval and is arbitrary. Each camera 70 images the pattern 80 provided on the stage 50 from a different position. The number of cameras 70 is not limited to three, and may be two or four or more.

コンピュータ75は、各カメラ70によって撮影されたパターン80の画像のうちパターン80が最も大きく撮影された画像に基づいて、ステージ50の位置および姿勢を検出する。   The computer 75 detects the position and orientation of the stage 50 based on an image in which the pattern 80 is captured most greatly among images of the pattern 80 captured by each camera 70.

第1算出部91は、各カメラ70によって撮影されたパターン80の画像のうちパターン80が最も大きく撮影された画像から目印86を検出する。第1算出部91は、検出された目印86の位置に基づいてステージ50のZ軸回りの回転角度α(図7参照)を算出する。   The first calculation unit 91 detects the mark 86 from the image in which the pattern 80 is photographed the largest among the images of the pattern 80 photographed by each camera 70. The first calculation unit 91 calculates the rotation angle α (see FIG. 7) around the Z axis of the stage 50 based on the detected position of the mark 86.

第2算出部92は、各カメラ70によって撮影されたパターン80の画像のうちパターン80が最も大きく撮影された画像において、頂点81T(図5参照)と、頂点82T(図5参照)と、頂点83T(図5参照)と、頂点84T(図5参照)と、を検出する。第2算出部92は、各カメラ70によって撮影されたパターン80の画像のうちパターン80が最も大きく撮影された画像において、第1〜第4長さL1〜L4(図5参照)を算出する。   The second calculation unit 92 includes a vertex 81T (see FIG. 5), a vertex 82T (see FIG. 5), a vertex in the image in which the pattern 80 is photographed the largest among the images of the pattern 80 photographed by each camera 70. 83T (see FIG. 5) and vertex 84T (see FIG. 5) are detected. The second calculation unit 92 calculates the first to fourth lengths L1 to L4 (see FIG. 5) in the image in which the pattern 80 is photographed most greatly among the images of the pattern 80 photographed by each camera 70.

本実施形態に係るステージ機構30によれば、図11に示すように、カメラ70は、2以上のカメラから構成され、各カメラ70は、相互に異なる位置からパターン80を撮影する。ステージ50が大きく傾いたときに一のカメラ70ではステージ50に設けられたパターン80を撮影できない場合であっても、他の一のカメラ70でパターン80を撮影できるように、カメラ70を配置することができる。すなわち、ステージ50の可動領域をより広げた場合であっても、ステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   According to the stage mechanism 30 according to the present embodiment, as shown in FIG. 11, the camera 70 includes two or more cameras, and each camera 70 captures the pattern 80 from a mutually different position. Even when one camera 70 cannot capture the pattern 80 provided on the stage 50 when the stage 50 is greatly inclined, the camera 70 is arranged so that the other camera 70 can capture the pattern 80. be able to. That is, even when the movable region of the stage 50 is further expanded, the accurate position and posture of the stage 50 can be reliably detected.

本実施形態に係るステージ機構30によれば、コンピュータ75は、撮影されたパターン80の画像のうちパターン80が最も大きく撮影された画像に基づいて、ステージ50の位置および姿勢を検出する。このように、パターン80が最も大きく撮影された画像に基づいて、ステージ50の位置および姿勢を検出するため、ステージ50の正確な位置および姿勢をより確実に検出することができる。   According to the stage mechanism 30 according to the present embodiment, the computer 75 detects the position and orientation of the stage 50 based on the image in which the pattern 80 is photographed most greatly among the images of the photographed pattern 80. Thus, since the position and orientation of the stage 50 are detected based on the image in which the pattern 80 is photographed most greatly, the accurate position and orientation of the stage 50 can be detected more reliably.

<第3実施形態>
図13は、第3実施形態に係るステージ機構30の主要要素のブロック図である。なお、図13において、第1実施形態の要素と同一の作用効果を奏する要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
FIG. 13 is a block diagram of main elements of the stage mechanism 30 according to the third embodiment. In FIG. 13, elements having the same functions and effects as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図13に示すように、コンピュータ75は、第1算出部91と、第2算出部92と、第3算出部93と、第4算出部94と、検出部95と、判断部96と、停止部99と、を備えている。   As illustrated in FIG. 13, the computer 75 includes a first calculation unit 91, a second calculation unit 92, a third calculation unit 93, a fourth calculation unit 94, a detection unit 95, a determination unit 96, and a stop. Part 99.

判断部96により、実際の位置と、制御上の位置とが異なると判断されると、判断部96は、停止部99に信号を出力する。   If the determination unit 96 determines that the actual position and the control position are different, the determination unit 96 outputs a signal to the stop unit 99.

停止部99は、判断部96から信号を受信したとき、すなわち、検出部95によって検出されたステージ50の位置および姿勢と、各アクチュエータ65の回転角度から導かれるステージ50の制御上の位置および姿勢とが異なる場合、各アクチュエータ65の動作を停止させる。これにより、ステージ50の駆動も停止される。   The stop unit 99 receives the signal from the determination unit 96, that is, the position and posture of the stage 50 detected by the detection unit 95, and the control position and posture of the stage 50 derived from the rotation angle of each actuator 65. Are different from each other, the operation of each actuator 65 is stopped. Thereby, the drive of the stage 50 is also stopped.

図14は、本実施形態に係るステージ機構30におけるステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに補正処理のフローチャートである。なお、第1実施形態と同様の処理については、その説明を省略する。   FIG. 14 is a flowchart of the process for detecting and correcting the position and orientation of the stage 50 in the stage mechanism 30 according to the present embodiment. Note that description of processing similar to that in the first embodiment is omitted.

ステップS90において、判断部96により、実際の位置と、制御上の位置とが一致していないと判断された場合、ステップS120に進む。このとき、判断部96は、停止部99に信号を出力する。   In step S90, when the determination unit 96 determines that the actual position and the control position do not match, the process proceeds to step S120. At this time, the determination unit 96 outputs a signal to the stop unit 99.

ステップS120において、停止部99は、各アクチュエータ65の動作を停止させる。この結果、ステージ50の駆動が停止される。ステージ50の駆動が停止されると、コンピュータ75は、ステージ50の位置および姿勢の検出処理並びに停止処理を終了する。   In step S120, the stop unit 99 stops the operation of each actuator 65. As a result, the driving of the stage 50 is stopped. When the drive of the stage 50 is stopped, the computer 75 ends the detection process and stop process of the position and orientation of the stage 50.

なお、本実施形態において、コンピュータ75は、補正部97をさらに備えていてもよい。この場合、ステップS90において、判断部96により、実際の位置と、制御上の位置とが一致していないと判断されると、判断部96は、補正部97に信号を出力する。そして、ステップS120において、停止部99が各アクチュエータ65の動作を停止させた後に、補正部97は、制御上の位置が、実際の位置となるように各アクチュエータ65の回転角度を補正する。これにより、例えば、ステージ50上での3次元造形を継続して行うことができる。   In the present embodiment, the computer 75 may further include a correction unit 97. In this case, when the determination unit 96 determines in step S90 that the actual position and the control position do not match, the determination unit 96 outputs a signal to the correction unit 97. In step S120, after the stop unit 99 stops the operation of each actuator 65, the correction unit 97 corrects the rotation angle of each actuator 65 so that the control position becomes the actual position. Thereby, for example, three-dimensional modeling on the stage 50 can be continuously performed.

本実施形態のステージ機構30によれば、図13に示すように、コンピュータ75は、停止部99を備えている。アクチュエータ65が例えばステッピングモータから構成されている場合、ステッピングモータが脱調したときに、ステージ50の制御上の位置および姿勢とステージ50の実際の位置および姿勢とに差がでることがある。しかし、上記態様によれば、ステッピングモータが脱調した場合であっても、ステージ50の正確な位置および姿勢を検出できると共に、停止部99によって、ステッピングモータの動作が停止され、ステージ50の駆動を停止することができる。特に、外部からの予期せぬ衝撃がステージ50に加わることによって、ステージ50上での3次元造形が失敗に終わったことが明らかになったとき等に有効である。   According to the stage mechanism 30 of the present embodiment, the computer 75 includes a stop unit 99 as shown in FIG. When the actuator 65 is composed of a stepping motor, for example, when the stepping motor steps out, there may be a difference between the control position and posture of the stage 50 and the actual position and posture of the stage 50. However, according to the above aspect, even when the stepping motor is out of step, the accurate position and orientation of the stage 50 can be detected, and the operation of the stepping motor is stopped by the stop unit 99 to drive the stage 50. Can be stopped. This is particularly effective when it becomes clear that an unexpected impact from the outside is applied to the stage 50 and the three-dimensional modeling on the stage 50 has failed.

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、上述の実施形態は例示に過ぎず、本発明は他の種々の形態で実施することが可能である。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the above-described embodiment is merely an example, and the present invention can be implemented in various other forms.

上述した実施形態では、パターン80は、ステージ50の下面50Bに設けられていたが、ステージ50の上面50Uに設けてもよい。この場合、造形ヘッド20のノズル22から吐出された樹脂材料が配置されない部分に、パターン80を設けるとよい。また、ステージ50に取り付けた部材にパターン80を設けてもよい。これにより、造形ヘッド20のノズル22から吐出された樹脂材料が配置されない部分に、パターン80を設けることができる。なお、パターン80の配置を変更しても、上述した実施形態において定義した原点位置からのパターン80のオフセット量を考慮することによって、計算によりステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   In the embodiment described above, the pattern 80 is provided on the lower surface 50B of the stage 50, but may be provided on the upper surface 50U of the stage 50. In this case, the pattern 80 may be provided in a portion where the resin material discharged from the nozzle 22 of the modeling head 20 is not disposed. Further, the pattern 80 may be provided on a member attached to the stage 50. Thereby, the pattern 80 can be provided in the part where the resin material discharged from the nozzle 22 of the modeling head 20 is not disposed. Even if the arrangement of the pattern 80 is changed, the accurate position and orientation of the stage 50 can be reliably detected by calculation by considering the offset amount of the pattern 80 from the origin position defined in the above-described embodiment. Can do.

上述した実施形態では、カメラ70は、ステージ50の下方に配置されていたが、ステージに50に設けられたパターン80を撮影することができる限りにおいて、ステージ50の上方に配置してもよいし、ステージ50の側方に配置してもよい。これにより、カメラ70は、ステージ50、ステージ50上に配置された樹脂材料、およびロッド62に妨げられることなくパターン80を撮影することができる。なお、カメラ70の配置を変更しても、カメラ70のレンズ72の中心72Cのオフセット量を考慮することによって、ステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   In the embodiment described above, the camera 70 is disposed below the stage 50. However, as long as the pattern 80 provided on the stage 50 can be photographed, the camera 70 may be disposed above the stage 50. Alternatively, it may be arranged on the side of the stage 50. Thereby, the camera 70 can photograph the pattern 80 without being obstructed by the stage 50, the resin material disposed on the stage 50, and the rod 62. Even if the arrangement of the camera 70 is changed, the accurate position and orientation of the stage 50 can be reliably detected by considering the offset amount of the center 72C of the lens 72 of the camera 70.

上述した実施形態では、ステージ機構30は、3次元造形装置10に用いる場合について説明したが、これに限定されない。ステージ機構30は、例えば、切削加工機に用いてもよい。この場合、加工ツールをステージ50に取り付けて被切削物を加工したり、固定された加工ツールに対してステージ50を移動させ、ステージ50上に配置した被切削物を加工したりしてもよい。   In the above-described embodiment, the stage mechanism 30 has been described as being used in the three-dimensional modeling apparatus 10, but is not limited thereto. The stage mechanism 30 may be used for a cutting machine, for example. In this case, the workpiece may be processed by attaching the processing tool to the stage 50, or the workpiece placed on the stage 50 may be processed by moving the stage 50 with respect to the fixed processing tool. .

上述した実施形態では、ステージ移動部60は、ステージ50を6自由度で駆動していたが、これに限定されない。ステージ50を3自由度、4自由度または5自由度で駆動するステージ移動部を用いてもよい。   In the embodiment described above, the stage moving unit 60 drives the stage 50 with six degrees of freedom, but is not limited to this. A stage moving unit that drives the stage 50 with three, four, or five degrees of freedom may be used.

上述した実施形態では、原点位置は、カメラ70のレンズ72の中心72Cが第1ベース42の中心に配置され、パターン80の交差点89Cがステージ50の下面50Bの中心に設けられているときのものであったが、これに限定されない。例えば、レンズ72の中心72Cが第1ベース42の中心からずれた位置に配置されていてもよいし、パターン80の交差点89Cがステージ50の下面50Bの中心からずれた位置に設けられていてもよい。かかる場合であっても、レンズ72の中心72Cおよびパターン80の交差点89Cに対するオフセット量を考慮することによって、ステージ50の正確な位置および姿勢を確実に検出することができる。   In the embodiment described above, the origin position is that when the center 72C of the lens 72 of the camera 70 is disposed at the center of the first base 42 and the intersection 89C of the pattern 80 is provided at the center of the lower surface 50B of the stage 50. However, it is not limited to this. For example, the center 72C of the lens 72 may be disposed at a position shifted from the center of the first base 42, or the intersection 89C of the pattern 80 may be provided at a position shifted from the center of the lower surface 50B of the stage 50. Good. Even in such a case, the accurate position and posture of the stage 50 can be reliably detected by considering the offset amount with respect to the center 72C of the lens 72 and the intersection point 89C of the pattern 80.

上述した実施形態では、パターン80は、長方形状に形成された第1〜第4のサブパターン81〜84を備え、ステージ機構30は、第1〜第4のサブパターン81〜84に外接する仮想四辺形88を備えていたが、これに限定されない。例えば、図15に示すように、ステージ機構30は、三角形状のパターン80と、パターン80に外接する仮想四辺形88とを備えていてもよい。仮想四辺形88は、図5に示す仮想四辺形88の4つの頂点81T〜84Tと、第1〜第4長さL1〜L4とを同様に備えている。また、仮想四辺形88の頂点81Tと頂点84Tとを結ぶ線分を第1の線分89Aとし、頂点82Tと頂点83Tとを結ぶ線分を第2の線分89Bとしたとき、第1の線分89Aと第2の線分89Bとの交差点89Cが、ステージ50の位置および姿勢を示す基準点となる。また、図16に示すように、ステージ機構30は、円形状のパターン80と、パターン80に外接する仮想四辺形88とを備えていてもよい。仮想四辺形88は、図5に示す仮想四辺形88の4つの頂点81T〜84Tと、第1〜第4長さL1〜L4とを同様に備えている。また、仮想四辺形88の頂点81Tと頂点84Tとを結ぶ線分を第1の線分89Aとし、頂点82Tと頂点83Tとを結ぶ線分を第2の線分89Bとしたとき、第1の線分89Aと第2の線分89Bとの交差点89Cが、ステージ50の位置および姿勢を示す基準点となる。   In the embodiment described above, the pattern 80 includes the first to fourth sub patterns 81 to 84 formed in a rectangular shape, and the stage mechanism 30 is a virtual circumscribing the first to fourth sub patterns 81 to 84. Although the quadrilateral 88 was provided, it is not limited to this. For example, as shown in FIG. 15, the stage mechanism 30 may include a triangular pattern 80 and a virtual quadrilateral 88 circumscribing the pattern 80. The virtual quadrangle 88 is similarly provided with four vertices 81T to 84T of the virtual quadrangle 88 shown in FIG. 5 and first to fourth lengths L1 to L4. When the line segment connecting the vertex 81T and the vertex 84T of the virtual quadrangle 88 is the first line segment 89A and the line segment connecting the vertex 82T and the vertex 83T is the second line segment 89B, An intersection 89C between the line segment 89A and the second line segment 89B is a reference point indicating the position and posture of the stage 50. As shown in FIG. 16, the stage mechanism 30 may include a circular pattern 80 and a virtual quadrilateral 88 circumscribing the pattern 80. The virtual quadrangle 88 is similarly provided with four vertices 81T to 84T of the virtual quadrangle 88 shown in FIG. 5 and first to fourth lengths L1 to L4. When the line segment connecting the vertex 81T and the vertex 84T of the virtual quadrangle 88 is the first line segment 89A and the line segment connecting the vertex 82T and the vertex 83T is the second line segment 89B, An intersection 89C between the line segment 89A and the second line segment 89B is a reference point indicating the position and posture of the stage 50.

ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ/又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び/又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。   The terms and expressions used herein are used for explanation and are not used for limited interpretation. It should be recognized that any equivalents of the features shown and described herein are not excluded and that various modifications within the claimed scope of the invention are permitted. The present invention can be embodied in many different forms. This disclosure should be regarded as providing embodiments of the principles of the invention. The embodiments are described herein with the understanding that the embodiments are not intended to limit the invention to the preferred embodiments described and / or illustrated herein. It is not limited to the embodiment described here. The present invention also encompasses any embodiment that includes equivalent elements, modifications, deletions, combinations, improvements and / or changes that may be recognized by those skilled in the art based on this disclosure. Claim limitations should be construed broadly based on the terms used in the claims and should not be limited to the embodiments described herein or in the process of this application.

30 ステージ機構
40 ベース
50 ステージ
60 ステージ移動部
70 カメラ
75 コンピュータ
80 パターン
95 検出部
30 stage mechanism 40 base 50 stage 60 stage moving unit 70 camera 75 computer 80 pattern 95 detecting unit

Claims (11)

ベースと、
目印を備えたパターンが設けられ、前記ベースに移動自在に支持されたステージと、
前記ステージを駆動するステージ移動部と、
前記ステージに設けられた前記パターンを撮影する撮影装置と、
前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像に基づいて、前記ステージの位置および姿勢を検出する検出装置と、
前記パターンに外接する仮想四辺形と、を備え、
前記撮影装置から前記パターンを見たときに、前記パターンは、前記ステージの位置および姿勢によって異なる、ステージ機構。
Base and
A stage provided with a mark, and a stage supported movably on the base;
A stage moving unit for driving the stage;
A photographing device for photographing the pattern provided on the stage;
A detection device that detects the position and orientation of the stage based on the image of the pattern imaged by the imaging device;
A virtual quadrilateral circumscribing the pattern ,
A stage mechanism in which the pattern varies depending on the position and posture of the stage when the pattern is viewed from the photographing apparatus.
前記パターンは、それぞれ同一の長さの長辺と同一の長さの短辺とを備えた長方形状の第1〜第4のサブパターンを備え、
前記第1〜第4のサブパターンのいずれか一つには、前記目印が形成され、
前記仮想四辺形は、前記第1〜第4のサブパターンのそれぞれの一頂点を第1〜第4の頂点とし、
前記第1〜第4のサブパターンは、前記仮想四辺形の内方に配置され、
前記第1のサブパターンと前記第2のサブパターンとは前記第1のサブパターンの長辺および前記第2のサブパターンの長辺が延びる方向に離間して配置され、前記第1のサブパターンと前記第3のサブパターンとは前記第1のサブパターンの短辺および前記第3のサブパターンの短辺が延びる方向に離間して配置され、前記第3のサブパターンと前記第4のサブパターンとは前記第3のサブパターンの長辺および前記第4のサブパターンの長辺が延びる方向に離間して配置され、前記第2のサブパターンと前記第4のサブパターンとは前記第2のサブパターンの短辺および前記第4のサブパターンの短辺が延びる方向に離間して配置されている、請求項に記載のステージ機構。
The pattern includes first to fourth rectangular sub-patterns each having a long side of the same length and a short side of the same length,
The mark is formed on any one of the first to fourth sub-patterns,
In the virtual quadrilateral, one vertex of each of the first to fourth sub-patterns is defined as first to fourth vertices,
The first to fourth sub-patterns are arranged inside the virtual quadrilateral,
The first sub-pattern and the second sub-pattern are spaced apart from each other in a direction in which a long side of the first sub-pattern and a long side of the second sub-pattern extend, and the first sub-pattern And the third sub-pattern are spaced apart from each other in a direction in which the short side of the first sub-pattern and the short side of the third sub-pattern extend, and the third sub-pattern and the fourth sub-pattern The pattern is spaced apart in the direction in which the long side of the third sub-pattern and the long side of the fourth sub-pattern extend, and the second sub-pattern and the fourth sub-pattern are the second sub-pattern The stage mechanism according to claim 1 , wherein a short side of the sub-pattern and a short side of the fourth sub-pattern are spaced apart from each other in the extending direction.
前記ステージ移動部は、前記ステージを6自由度で駆動するように構成され、
前記検出装置は、
前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像から前記目印を検出し、前記検出された目印の位置に基づいて前記ステージのZ軸回りの回転角度を算出する第1算出部と、
前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像において、前記第1の頂点から前記第2の頂点までの第1長さと、前記第3の頂点から前記第4の頂点までの第2長さと、前記第1の頂点から前記第3の頂点までの第3長さと、前記第2の頂点から前記第4の頂点までの第4長さと、を算出する、第2算出部と、
前記第1長さと前記第2長さとの比から前記ステージのX軸回りの回転角度を算出する第3算出部と、
前記第3長さと前記第4長さとの比から前記ステージのY軸回りの回転角度を算出する第4算出部と、
前記算出されたX軸回りの回転角度、Y軸回りの回転角度およびZ軸回りの回転角度に基づいて、前記ステージの姿勢を検出し、かつ前記算出されたX軸回りの回転角度、Y軸回りの回転角度、Z軸回りの回転角度および第1〜第4長さ、ならびに原点位置で算出された前記第1〜第4長さに基づいて、前記第1の頂点と前記第4の頂点とを結ぶ第1の線分と前記第2の頂点と前記第3の頂点とを結ぶ第2の線分との交差点を前記ステージの位置として検出する検出部と、を備えている、請求項に記載のステージ機構。
The stage moving unit is configured to drive the stage with six degrees of freedom,
The detection device includes:
A first calculator that detects the mark from the image of the pattern photographed by the photographing device, and calculates a rotation angle of the stage around the Z axis based on the position of the detected mark;
In the image of the pattern photographed by the photographing device, a first length from the first vertex to the second vertex, a second length from the third vertex to the fourth vertex, and A second calculator that calculates a third length from the first vertex to the third vertex and a fourth length from the second vertex to the fourth vertex;
A third calculator for calculating a rotation angle around the X axis of the stage from a ratio between the first length and the second length;
A fourth calculation unit for calculating a rotation angle around the Y axis of the stage from a ratio between the third length and the fourth length;
Based on the calculated rotation angle around the X axis, rotation angle around the Y axis, and rotation angle around the Z axis, the attitude of the stage is detected, and the calculated rotation angle around the X axis, Y axis The first vertex and the fourth vertex based on the rotation angle around the rotation axis, the rotation angle around the Z-axis and the first to fourth lengths, and the first to fourth lengths calculated at the origin position A detection unit that detects an intersection of a first line segment connecting the second line segment and the second line segment connecting the second vertex and the third vertex as a position of the stage. 2. The stage mechanism according to 2 .
前記ステージ移動部は、
昇降自在な第1〜第6のガイド部と、
それぞれ第1〜第6のガイド部を昇降させる第1〜第6のアクチュエータと、
一端部が第1自在継手を介して前記ステージに接続され、他端部が第2自在継手を介してそれぞれ第1〜第6のガイド部に接続された第1〜第6のロッドと、を備える、請求項に記載のステージ機構。
The stage moving unit is
First to sixth guide portions that can be raised and lowered;
First to sixth actuators for raising and lowering the first to sixth guide parts, respectively;
First to sixth rods having one end connected to the stage via a first universal joint and the other end connected to the first to sixth guide parts via a second universal joint, The stage mechanism according to claim 3 provided.
前記撮影装置は、前記ステージの下方に配置されている、請求項に記載のステージ機構。 The stage mechanism according to claim 4 , wherein the photographing apparatus is disposed below the stage. 前記検出装置は、
前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが一致しているか否かを判断する判断部と、
前記判断部により、前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが異なると判断されると、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢が前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢となるように前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度を補正する補正部と、を備えている、請求項4または5に記載のステージ機構。
The detection device includes:
Judgment to determine whether the position and posture of the stage detected by the detection unit and the control position and posture of the stage derived from the rotation angles of the first to sixth actuators match. And
The determination unit determines that the position and posture of the stage detected by the detection unit are different from the control position and posture of the stage derived from the rotation angles of the first to sixth actuators. And the control position and orientation of the stage derived from the rotation angle of the first to sixth actuators are the position and orientation of the stage detected by the detection unit. The stage mechanism according to claim 4 , further comprising: a correction unit that corrects the rotation angle of the actuator.
前記検出装置は、
前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが一致しているか否かを判断する判断部と、
前記判断部により、前記検出部によって検出された前記ステージの位置および姿勢と、前記第1〜第6のアクチュエータの回転角度から導かれる前記ステージの制御上の位置および姿勢とが異なると判断されると、前記第1〜第6のアクチュエータの動作を停止させる停止部と、を備えている、請求項4または5に記載のステージ機構。
The detection device includes:
Judgment to determine whether the position and posture of the stage detected by the detection unit and the control position and posture of the stage derived from the rotation angles of the first to sixth actuators match. And
The determination unit determines that the position and posture of the stage detected by the detection unit are different from the control position and posture of the stage derived from the rotation angles of the first to sixth actuators. The stage mechanism according to claim 4 , further comprising: a stop unit that stops the operation of the first to sixth actuators.
前記撮影装置は、2以上のカメラから構成され、
前記各カメラは、相互に異なる位置から前記パターンを撮影する、請求項1からのいずれか一項に記載のステージ機構。
The photographing apparatus is composed of two or more cameras,
The stage mechanism according to any one of claims 1 to 7 , wherein each of the cameras captures the pattern from different positions.
前記各カメラのうち少なくとも2以上の前記カメラによって前記パターンがそれぞれ撮影されたとき、前記検出装置は、撮影された前記パターンの画像のうち前記パターンが最も大きく撮影された画像に基づいて、前記ステージの位置および姿勢を検出する、請求項に記載のステージ機構。 When the pattern is captured by at least two or more of the cameras, the detection device detects the stage based on an image of the captured pattern that is the largest image. The stage mechanism according to claim 8 , wherein the position and posture are detected. ベースと、Base and
パターンが設けられ、前記ベースに移動自在に支持されたステージと、A stage provided with a pattern and supported movably on the base;
前記ステージを駆動するステージ移動部と、A stage moving unit for driving the stage;
前記ステージに設けられた前記パターンを撮影する撮影装置と、A photographing device for photographing the pattern provided on the stage;
前記撮影装置によって撮影された前記パターンの画像に基づいて、前記ステージの位置および姿勢を検出する検出装置と、を備え、A detection device that detects the position and orientation of the stage based on the image of the pattern imaged by the imaging device;
前記撮影装置から前記パターンを見たときに、前記パターンは、前記ステージの位置および姿勢によって異なり、When viewing the pattern from the imaging device, the pattern varies depending on the position and orientation of the stage,
前記撮影装置は、2以上のカメラから構成され、The photographing apparatus is composed of two or more cameras,
前記各カメラは、相互に異なる位置から前記パターンを撮影し、Each of the cameras captures the pattern from different positions,
前記各カメラのうち少なくとも2以上の前記カメラによって前記パターンがそれぞれ撮影されたとき、前記検出装置は、撮影された前記パターンの画像のうち前記パターンが最も大きく撮影された画像に基づいて、前記ステージの位置および姿勢を検出する、ステージ機構。When the pattern is captured by at least two or more of the cameras, the detection device detects the stage based on an image of the captured pattern that is the largest image. A stage mechanism that detects the position and orientation of the robot.
樹脂材料を硬化して所定の断面形状の樹脂を順次積層することにより造形物を3次元造形する3次元造形装置であって、
請求項1から10のいずれか一項に記載のステージ機構と、
前記ベースの上方に配置され、樹脂材料を吐出するノズルを備えた造形ヘッドと、を備え、
前記ノズルから吐出される前記樹脂材料は、前記ステージの上面で保持され、
前記パターンは、前記ステージの下面に設けられ、
前記撮影装置は、前記ステージの下方に配置されている、3次元造形装置。
It is a three-dimensional modeling apparatus that three-dimensionally models a modeled article by curing a resin material and sequentially laminating a resin having a predetermined cross-sectional shape,
A stage mechanism according to any one of claims 1 to 10,
A modeling head provided above the base and provided with a nozzle for discharging a resin material,
The resin material discharged from the nozzle is held on the upper surface of the stage,
The pattern is provided on the lower surface of the stage,
The photographing apparatus is a three-dimensional modeling apparatus disposed below the stage.
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