CN108778571A - 增材制造设备的校准 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种校准增材制造设备的扫描器的方法，其中，利用该扫描器(106)引导能量束(118)以在工作平面中固结材料从而以逐层方式构建工件。该方法包括：利用该扫描器(106)引导该能量束(118)跨越该工作平面中的测试表面以形成测试图案(251)，该测试图案(251)包括至少一个周期特征；捕获该测试图案(251)的图像；根据该图像来确定该测试图案(251)的周期性；以及基于该周期性来确定用于控制该扫描器(106)的校正数据。

Description

增材制造设备的校准
技术领域
本发明涉及一种用于校准增材制造设备的扫描器的方法和一种用于执行该方法的增材制造设备。具体地但非唯一地，本发明涉及一种用于校准包括材料床(例如，粉末或树脂床)的增材制造设备的扫描器的方法。
背景技术
用于生产部件的增材制造方法或快速原型成型方法包括对材料的逐层固化。存在各种增材制造方法，包括粉末床系统，诸如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)、电子束熔化(eBeam)和光固化立体造型；以及非粉末床系统，诸如熔融沉积成型，包括电弧增材制造(WAAM)。
在选择性激光熔化中，将粉末层沉积在构建室中的粉末床上，并且扫描激光束跨越粉末层的与正在构造的工件的截面(剖切面)相对应的部分。激光束将粉末熔化或烧结以便形成固化的层。在对层进行选择性固化之后，粉末床减低了新固化的层的厚度，并且根据需要将另外一层粉末在表面上摊开并固化。
为了精确地形成工件，扫描器必须被校准。
WO 94/15265披露了将上面印刷有大量正方形单元的聚酯薄膜片放置在目标表面上并且用激光束标记每个单元。随后通过用常规数字扫描器进行扫描来将片材转换成数字形式，并且使用激光标记的相对于单元的形心的位置来更新用于该单元的校正因子。定期执行此类校准。
US 5832415披露了一种用于校准快速原型成型系统的激光束的偏转控制的方法。在预定位置将光敏介质暴露于激光束下以生成测试图案。摄像机跨越所产生的测试图案逐渐移动，以便用相机产生测试图案的对应图案部分。评估程序用于将数字化图案部分组合成整体图案。将整个图案的图片坐标与照相制版法产生的参考图案的数字化坐标进行比较。基于比较来修改控制用于偏转激光束的扫描器所需的校正表。
US 6483596披露了一种用于校准对快速原型成型系统中的辐射装置的控制的方法，其中，校准板被布置在快速原型成型系统中的限定位置处。校准板具有上侧，该上侧具有第一区域和与第一区域分开的第二区域。第一区域设置有光学可检测的参考十字，并且第二区域具有对辐射装置的辐射敏感的介质。通过在由位置坐标数据限定的预定期望位置处将介质暴露于辐射来产生十字的测试图案。例如借助于像素扫描器、摄像机或数码相机来将第一区域和第二区域数字化，并且通过将参考十字和测试图案的十字进行比较来计算校正数据。
EP 2186625披露了一种校正快速原型成型系统中使用的数字光投影仪的几何失真的方法。相机用于查看由每个数字光投影仪创建的未经补偿的测试图案。将每个未经补偿的测试图案与理想测试图案进行比较以生成图案校正图。
WO 2014/180971披露了一种自动校准用于对三维工件进行有生产力的生产的装置的方法，该装置包括第一扫描器和第二扫描器。在应用的材料层或目标上，使用第一扫描器产生第一测试图案，并且使用第二扫描器产生第二测试图案。第一测试图案和第二测试图案可以是具有特定晶格常数的特定光栅图案或点图案。经校准的相机用于捕获第一测试图案和第二测试图案的图像，并将第一测试图案和第二测试图案与存储在控制装置的存储器中的参考图案进行比较。对第一扫描器和第二扫描器进行校准，使得对应测试图案与参考图案的偏差低于期望值。校准方法可以包括自相关方法或匹配方法。
希望提供一种校准增材制造设备的扫描器的方法，该方法的精度大约比由用于校准的图像捕获装置的像素提供的空间分辨率大一个数量级。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种校准增材制造设备的扫描器的方法，其中，利用扫描器引导能量束以在工作平面中固结材料从而以逐层方式构建工件，该方法包括：利用扫描器将能量束引导到工作平面中的测试表面上以形成测试图案，该测试图案包括至少一个周期特征；捕获测试图案的图像；根据图像来确定测试图案的周期性；以及基于周期性来确定用于控制扫描器的校正数据。
通过使校正基于测试图案的周期性，可以确定更精确的校正数据。具体地，可以比测试图案的几何特征的位置更准确地确定周期性，因为周期性是基于从几何特征中的多个几何特征确定的信息(例如，跨越几何特征中的多个几何特征而平均的信息)，而不是依赖于几何特征中的单个几何特征的分辨率。
周期性可以是测试图案相对于参考相位的相移。测试图案的相位可以指示能量束在形成测试图案时的位置的误差，并且从相移确定校正数据以校正扫描器对能量束的定位。
图案的相移可以从图像中确定，其中准确度比图案的几何元素之一的位置更高。因此，使校正数据基于所确定的相移可以提高校正数据的精度。此外，与现有技术方法相比，可以使用诸如相机的低分辨率成像装置，同时仍然对校正数据实现相同或更好的精度。
相移可以通过对图像进行傅立叶分析来确定。可以通过下列方式来确定相移：在参考频率下对测试图案的图像执行离散傅立叶变换并且确定合成频率分量与参考相位的相移。针对测试图案的多个不同区域的每个区域，可以确定相移的值。可以通过将扫描器的数学模型拟合至所确定的相移来确定校正数据。每个区域可以小于一平方厘米。
该方法可以包括：将校准人工制品的参考表面定位在增材制造设备的工作平面中，参考表面上具有参考图案；捕获参考图案的图像；以及确定测试图案与参考图案之间的相移。可以使用用于捕获测试图案的图像的相同图像捕获装置来捕获参考图案的图像。图像捕获装置可以位于增材制造设备中的(多个)相同位置，以捕获测试图案和参考图案的图像。参考表面可以位于增材制造设备中、与形成测试图案的表面相同的位置。以这种方式，可以通过与已经以相应方式失真的参考图案进行比较来消除由图像捕获装置引入的测试图案中的可重复失真，即，图像捕获装置被用作比较器而不是校准的测量装置。
该方法可以包括在参考频率下对参考图案的图像执行多重离散傅立叶变换，其中用于离散傅里叶变换的基本正弦曲线相对于参考图案的图像空间移位以识别导致离散傅立叶变换的最高振幅的基本正弦曲线的位置。这可以将基本正弦曲线与图像中参考图案的位置对准。该方法还可以包括在相对于图像的识别位置处使用基本正弦曲线对测试图案的图像执行离散傅立叶变换。
测试图案可以包括第一图案和第二图案，该第一图案包括在第一方向上重复的第一几何特征，该第二图案包括在垂直于第一方向的第二方向上重复的第二几何特征。第一几何特征和第二几何特征可以是相同(但是旋转到相应的第一方向和第二方向)或不同的。第一方向和第二方向中的每一个可以对应于能量束被扫描器的不同转向元件移动的空间方向。第一图案和第二图案可以散置(interspersed)但在每个图案的几何特征之间没有重叠。
测试图案可以包括一系列平行线。测试图案可以包括在第一方向上重复的至少一个第一组平行线和在第二方向上重复的至少一个第二组平行线。在第一方向和第二方向上，第一组平行线可以跨越测试表面与第二组平行线交替。
测试图案的重复几何特征可以与参考图案的几何特征的规律的空间间隔相关，并且可以通过将测试图案的重复几何特征的相位与参考图案的对应重复几何特征的相位进行比较来确定相移。
周期性可以包括跨越图像中测试图案的多个区域中的每一个区域的总计强度，每个区域包括测试图案的至少一个周期。该方法可以包括利用能量束相对于工作平面的不同焦点位置形成测试图案的不同周期特征。诸如总计强度的周期性可以针对利用能量束在不同焦点位置之一处形成的测试图案的每个区域而确定，并且扫描器的聚焦光学器件基于不同区域的总计强度的变化而被校准。
测试图案可以包括循环几何特征，其中，几何特征的每次出现是利用能量束在相对于工作平面的不同焦点位置处形成的。
根据本发明的第二方面，提供了一种校准增材制造设备的扫描器的方法，其中，利用扫描器引导并聚焦能量束以在工作平面中固结材料从而以逐层方式构建工件，该方法包括：利用扫描器引导能量束跨越工作平面中的测试表面以在表面上形成几何特征，其中，针对几何特征中的不同几何特征的形成，改变能量束相对于工作平面的焦点位置；捕获几何特征的图像；针对利用能量束的不同焦点位置而形成的每个区域，确定每单位面积的强度；以及根据每单位面积的强度中的变化来确定用于校正对扫描器的焦点位置的控制的校正数据。
几何特征可以是通过能量束在表面上形成的标记或用能量束固结的材料。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制增材制造设备的控制器，其中，该控制器被布置成执行本发明第一方面或第二方面的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种用于以逐层方式构建工件的增材制造设备，该增材制造设备包括用于引导能量束以在工作平面中固结材料的扫描器以及根据本发明的第三方面的控制器。
增材制造设备还可以包括用于捕获工作平面的图像的图像捕获装置。图像捕获装置可以包括相机。相机可以位于增材制造设备中在相对于基准固定的位置，该基准被用于在工作平面中定位参考表面。设备可以包括擦拭器(wiper)，该擦拭器被布置成相对于基准定位以在工作平面中形成材料层。
根据本发明的第五方面，提供了一种数据载体，该数据载体上具有指令，该指令在由用于控制增材制造设备的控制器执行时使控制器执行本发明的第一方面或第二方面的方法。
数据载体可以是用于向机器提供指令的合适介质，诸如非暂态数据载体，例如软盘、CD ROM、DVD ROM/RAM(包括-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、Blu Ray(TM)光盘、存储器(诸如Memory Stick(TM)、SD卡、紧凑型闪存卡等)、磁盘驱动器(诸如硬盘驱动器)、磁带、任何磁性/光学存储器；或暂态数据载体，诸如在导线或光纤上的信号或无线信号，例如通过有线或无线网络(诸如互联网下载、FTP传输等)发送的信号。
根据本发明的第六方面，提供了一种用于将板安装在增材制造设备的工作平面中的固定装置，该固定装置包括用于支撑板的安装表面，以及用于接触表面以在垂直于工作平面的方向上将安装表面定位在可重复位置的三点安装构造物。
安装表面可以用于支撑包括参考图案的校准板和使用能量束用测试图案标记的板。固定装置可以提供帮助以确保校准板的参考图案和用测试图案标记的板在同一平面中对准。这确保了在上述校准方法中，参考图案和测试图案的图像不会因为图案位于增材制造设备中的不同位置而出现差异。
根据本发明的第七方面，提供了一种执行工件的增材制造的方法，其中，通过使用能量束以逐层方式固结材料来构建工件，该方法包括：将预成型件定位在增材制造设备的工作平面中；在预成型件上方扫描能量束以在预成型件上形成记号；加工该预成型件以形成预成型件中的特征，其中，加工该特征的位置基于记号的位置；以及在加工特征之后，通过使用能量束固结层中的材料来在预成型件上构建另外的特征。
通过用能量束标记预成型件，可以确定能量束相对于预成型件的坐标系的位置，并且因此可以在与能量束的坐标系的位置匹配的位置将特征加工到预成型件中。因此，加工的特征将相对于随后增材构建的另外特征精确定位。这种方法可以用于混合模具的制造，该混合模具包括具有在其中预成型的冷却通道的基板以及具有共形冷却通道的增材构建部分，该共形冷却通道被布置成与在基板中预成型的冷却通道流体连通。US 7261550中描述了这种混合模具。
记号可以包括图案，该方法包括通过以下方式来确定用于形成特征的位置：捕获图案的图像、根据图像确定图案的周期性，并且基于周期性来确定针对特征的位置。周期性可以是图案的相位。该方法可以包括基于所确定的相位来调整用于形成特征的机床的坐标系和/或在形成特征时指示机床的指令。
根据本发明的第八方面，提供了一种执行工件的增材制造的方法，其中，通过使用能量束以逐层方式固结材料来构建工件，该方法包括：加工预成型件以在预成型件中相对于预成型件上的记号的已知位置处形成特征；以及在加工特征之后，通过使用能量束使用增材制造设备固结层中的材料来在预成型件上构建另外的特征，其中，形成另外的特征的位置基于记号在预成型件上的位置。
该方法可以包括通过以下方式来形成记号：将预成型件定位在增材制造设备的工作平面中并在预成型件上扫描能量束以在预成型件上形成记号。以这种方式，记号的位置由增材制造设备的坐标系设定。
替代性地，该方法可以包括使用另外的机器(诸如机床)在预成型件上形成记号，使得记号与另外的特征的相对位置是已知的，并且形成另外的特征包括当预成型件被放置在增材制造设备中时利用传感器检测记号的位置，并且基于使用传感器检测到的记号的位置来固结材料以形成另外的特征。
记号可以包括图案，该方法包括通过以下方式来确定用于形成特征的位置：捕获图案的图像、根据图像确定图案的周期性，并且基于周期性来确定针对特征的位置。周期性可以是图案的相位。该方法可以包括基于所确定的相位来调整用于形成特征的机床的坐标系和/或在形成特征时指示机床的指令。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的增材制造设备；
图2是根据本发明的实施例的用于校准扫描器的转向光学器件的测试图案的平面图；
图3示意性地示出了根据本发明的实施例的校准增材制造设备的扫描器的转向光学器件的方法；
图4是测试图案的图像中的典型像素强度的示意图；
图5是用于校准扫描器的聚焦光学器件的在板上形成的测试图案的平面图；
图6是根据图5中示出的测试图案的图像生成的强度曲线图的示意图；
图7是从下面看的用于将校准人工制品和测试板安装在增材制造设备中的固定装置的透视图；
图8是从上面看的固定装置的透视图；并且
图9示意性地示出了根据本发明的实施例的形成混合工件的方法。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的实施例的增材制造设备包括主室101，在该主室中具有限定构建室117的隔板115、116。构建平台102可在构建室117中降低。当通过对粉末进行选择性激光熔化来构建工件时，构建平台102支撑粉末床104和工件103。随着形成工件103的连续层，在马达的控制下在构建室117内使平台102降低。
在通过分配设备108和擦拭器109构建工件103时，形成粉末层104。例如，分配设备108可以是如在WO 2010/007396中所描述的设备。分配设备108将粉末分配到由隔板115限定的上表面115a上，并且通过擦拭器109跨越粉末床而散布。擦拭器109的下边缘的位置限定工作平面110，在该工作平面处粉末被固结并且可调整。
激光模块105生成用于熔化粉末104的激光束118，激光束118根据需要由相应的扫描器(在本实施例中为光学模块106)引导。光学模块包括用于使激光束118沿垂直方向跨越工作平面转向的转向光学器件106a(诸如安装在检流计上的两个反射镜)以及聚焦光学器件106b(诸如用于改变激光束118的焦点的两个可移动透镜)。随着激光束118跨越工作平面移动，扫描器被控制使得激光束118的焦点位置保持在相同平面中。可以使用f-θ透镜而不是使用动态聚焦元件将激光束的焦点位置维持在平面中。
相机191位于主室101中用于捕获工作平面的图像。
包括处理器161和存储器162的控制器140与增材制造设备的模块(即，激光模块105、光学模块106、构建平台102、分配设备108、擦拭器109和相机191)通信。如下所述，控制器140基于存储在存储器162中的软件来控制模块。
参考图2至图4，为了校准扫描器106，用户将包括参考图案351的校准人工制品350放置301在增材制造设备中，使得参考图案351位于工作平面110中。参考图案351可以使用以下参考图7和图8描述的固定装置400定位在增材制造设备中。参考图案351与图2中示出的测试图案251相同，其中多个区域203a和203b包括一系列等间距的平行线。区域203a包括在x方向上间隔开的多条平行线，并且区域203b包括在y方向上间隔开的多条平行线。区域203a在x方向和y方向上与区域203b交替。
平行线的周期接近由相机191的奈奎斯特频率给出的周期，即，该周期接近相机191在工作平面处的像素的空间分辨率的四倍。图4示出了像素1至9的强度可以在图案351、251的区域203a、203b的一部分的图像中如何变化。如从图4可以理解，根据这种图像确定单独线的位置将达到图像的空间分辨率的程度。
参考图案351可以使用适合的技术印刷在片材上，该技术能够以所需的精度印刷图案，在本实施例中达到微米或更小的精度。
使用相机191捕获303工作平面中的参考图案351的图像302。
在参考图案351的平行线的已知参考频率k参考下确定304一系列离散傅立叶变换(DFT)，各自使用移位到不同位置的基本正弦曲线。在此实施例中，通过将参考图案351的图像302乘以数字生成的正弦和余弦表示来执行DFT。生成正弦和余弦表示，使得非零正弦区域和余弦区域被与区域203a、203b之间的空间相对应的零值区域隔开。为了确定数字生成的正弦和余弦表示与参考图案的图像的正确对准，使用相对于参考图案的图像位于不同位置S的正弦和余弦表示来确定DFT。针对每个区域确定DFT的量值，并且对所有区域的量值进行平均。产生DFT的最高平均量值的正弦和余弦表示的位置被认为是最密切匹配图像302中的参考图案351的位置的位置S参考。
从DFT确定305相对于基本正弦曲线的由对应于区域的中心的位置(x，y)表示的每个区域中的参考图案的相位ΦX参考、ΦY参考，并且识别针对该区域的参考相位。对于具有带有在x方向上重现的特征的图案的区域，确定x方向上的相移ΦX参考，并且对于具有带有在y方向上重现的特征的图案的区域，确定y方向上的相移ΦY参考。根据通过将图像乘以正弦和余弦表示获得的两个值的商的反正切来确定该相移。
随后将参考人工制品350从增材制造设备移除并且用同样位于工作平面中的铝板250替换306，例如使用图7和图8的可定位在构建室117中的可重复位置上的固定装置400。随后使用激光束118和扫描器106将测试图案251标记在铝板250上。捕获308测试图案251的图像307。
在参考频率k参考下确定307测试图案251的图像308的离散傅立叶变换，并且确定309来自每个区域203a、203b中的基本正弦曲线的测试图案251的相位ΦX测试、ΦY测试。
确定310针对每个区域203a、203b的测试图案251相对于参考图案351的相移ΦX误差、ΦY误差。随后，将扫描器106的本领域已知的数学模型拟合到针对每个区域203a、203b的确定相移ΦX误差、ΦY误差，以便依据校准表的值来确定311校正数据，以用于修改对扫描器106的转向光学器件106a的控制。
这种方法有可能提供达到像素的1/100的分辨率的测量精度。因此，如果每个像素在工作平面处具有150μm的空间分辨率，则该方法可以提供1μm或2μm的测量精度。
参考图5和图6，通过在位于工作平面中的铝片上形成如图2所示的测试图案251来校准扫描器106的聚焦光学器件，其中控制扫描器106以针对区域的图案的每条线改变激光束的焦点，例如从工作平面以下-10mm到工作平面以上+10mm。这可能在铝片上产生图案，如图5所示。
图案的图像中的强度可以如图6的曲线图A所示变化，其中较粗的光线在激光束并未聚焦在工作平面110中的情况下在图案的边缘处形成，而较细的光线在激光束聚焦在工作平面110中的情况下处于图案的中心。将图案的每个周期上的总强度求和以产生曲线图B。随着激光束的焦点在工作面上从焦点没对准移动到焦点对准，针对图案周期的总强度随着线的厚度减小而减小。将曲线拟合至总计强度可以被用来校正对扫描器106的聚焦光学器件106b的控制。
图7和图8中示出了用于安装校准人工制品350和铝板250的固定装置400。该固定装置包括用于支撑校准人工制品/铝板的支撑件401以及用于将支撑件401安装在构建室117中的适当位置的翼件402、403。翼件402、403相对于支撑件401的支撑表面偏移，使得当固定装置400位于增材制造设备中时，翼件402、403位于支撑件401的上方且位于侧面。翼件402、403包括用于操纵固定装置400的柄部404、405以及用于将由固定装置400支撑的校准人工制品/铝板运动地定位在构建室117中的可重复垂直位置的安装元件406、407和408。在此实施例中，元件406、407和408包括三个球，这三个球提供用于在三个间隔开的位置处接触表面115a的点表面。
固定装置400包括用于在x方向和y方向上将支撑件401定位在固定位置的两个另外的定位元件409和410。元件409和410各自包括球，所述球安装在支撑件401中的凹陷中并且通过弹簧(未示出)从支撑件401向外偏置，使得在将支撑件插入构建室117中时，球接合构建室117的壁并且抵抗弹簧的偏置而偏转，该偏置将固定装置400保持在适当位置。
校准人工制品350和铝板250都具有用于安装在支撑件401上的合适形状。
该方法还可以包括将擦拭器109的下边缘与用于对准固定装置400并因此对准校准人工制品350的表面115a对准，使得擦拭器109在工作平面110中形成粉末层。擦拭器109与表面115a的对准可以使用已知的方法执行。使用相同的基准来对准擦拭器109和定位校准人工制品350确保了粉末层与扫描器106被校准所针对的工作平面对准。为基准选择固定表面115a而不是可移动表面(诸如构建平台102)确保不会因为可移动表面(诸如构建平台102)的定位缺乏可重复性/不准确性而引起对准误差。
扫描器106的x、y坐标系在x方向和y方向上相对于由构建室117限定的构建容积的绝对位置可能是未知的，因为参考图案351在x方向和y方向上的位置可能是未知的。然而，该方法校准扫描器106以校正扫描器106的坐标系中的失真。因此，上述校准方法基于增材制造设备中的参考图案351的位置来校准扫描器106。
如上所述的校准方法可以用于校准多束激光增材制造设备中的每个扫描器。每个扫描器都可以用于在一个或多个测试板上标记图案，并且由每个扫描器形成的图案相对于参考图案的相移用于校准扫描器。
如果增材构建的工件要与非增材构建的特征(例如在基板501上)对准，则扫描器106的坐标系的位置可能不足够精确地被知晓。例如，已知构建混合增材部件，其中该部件的第一部分包括预成型基板，并且该部件的第二部分是增材构建的。这种混合增材部件的一个实例是模具插件，其中先将冷却液体通道加工到基板中，然后再使用增材工艺构建模具插件的其余部分。模具插件形成有与基板中的冷却液体通道连接的共形冷却通道。US7261550中描述了这种工件。
在基板(增材构建的工件构建在该基板上)被预先加工有要与增材构建的工件对准的特征的过程中，重要的是在扫描器106的坐标系中已知加工的特征的位置，使得可以实现期望的对准。
根据如图9所示的本发明的实施例，形成混合工件的方法可以包括将构建基板501定位在增材制造设备的构建平台102上，该构建基板将形成混合工件的一部分但不具有预成型的特征。构建基板501和构建平台102可以包括用于将构建基板501运动地定位在构建平台102上的可重复位置的安装构造物，例如如WO 2015/092442中所述的。
控制激光器105和经校准的扫描器106以在构建基板501上标记502记号507，该记号可以用于识别要在其中预先形成特征506的构建基板501上的位置。例如，在预成型的冷却通道的情况下，构建基板501的顶表面中的通道的开口的位置可以被标记507a。在另一实施例中，不是用对应于待形成的特征的形状的记号507a来标记构建基板501，而是可以形成记号507b，其可以由用于形成特征506的机床识别，并且用于将机床510的坐标系与扫描器106的坐标系对准。为了容易使用相机591识别和确定位置，可以选择记号507b。例如，记号507b可以包括与参考图2描述的图案类似的图案，其中通过确定利用激光束118在构建基板501上形成的图案的相位来解析图案的位置。
随后将构建基板501从增材制造设备移除并安装在机床510上以形成特征506。基于构建基板501上的记号507的位置，特征506由机床在构建基板501中的位置处形成503。例如，可以使用安装在机床510中的相机591(诸如视频探测器等)来识别构建基板510上的记号的位置。记号507相对于待加工的特征506的位置是已知的，并且机床510可以调整其坐标系或机床指令以将特征的形成与记号对准。在这个实例中，特征506是形成在基板501中的通道。
随后将基板501重新安装在构建平台102上，运动学安装元件确保构建基板501安装在与用记号507标记的相同位置。随后使用增材制造设备构建504混合工件的增材构建部分505。由于记号由用于形成随后增材构建部分505的经校准扫描器106形成，确保了预成型的特征506与增材构建部分505对准。
在替代实施例中，使用机床510形成记号507，并且可以使用安装在増材制造设备中的相机591(诸如视频探测器等)来识别构建基板510上的记号的位置。一旦增材制造设备已经检测到记号的位置，增材制造设备就可以将部分505构建在基于记号的位置的位置中。由于加工特征506被构建在相对于记号的指定位置中，并且增材构建部分505被构建在相对于记号的指定位置中，因此加工特征506和增材构建部分505的相对位置也应该是正确的。不需要检测加工特征506，其可能难以以所需精度检测，因为它们不是专门为照相机识别而构建的。
应当理解，在不背离如本文中所限定的本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行修改和改变。例如，图案可以不包括根据其计算针对x方向和y方向的校正数据(相位)的单独区域203a、203b，但是可以包括可以根据其针对两个垂直方向计算周期性分量的单个区域。

Claims (34)

1.一种校准增材制造设备的扫描器的方法，其中，利用所述扫描器引导能量束以在工作平面中固结材料从而以逐层方式构建工件，所述方法包括：利用所述扫描器引导所述能量束跨越所述工作平面中的测试表面以形成测试图案，所述测试图案包括至少一个周期特征；捕获所述测试图案的图像；根据所述图像来确定所述测试图案的周期性；以及基于所述周期性来确定用于控制所述扫描器的校正数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期性是所述测试图案相对于参考相位的相移。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述相移是通过对所述图像的傅立叶分析来确定的。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过在参考频率下对所述测试图案的所述图像执行离散傅立叶变换并且确定合成频率分量与所述参考相位的相移来确定所述相移。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中，针对所述测试图案的多个不同区域中的每个区域来确定所述相移的值。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中，通过将所述扫描器的数学模型拟合至所确定的相移来确定校正数据。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，包括：将校准人工制品的参考表面定位在所述增材制造设备的工作平面中，所述参考表面上具有参考图案；捕获所述参考图案的图像；以及确定所述测试图案与所述参考图案之间的所述相移。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，使用用于捕获所述测试图案的图像的相同图像捕获装置来捕获所述参考图案的图像。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述图像捕获装置位于所述增材制造设备中的相同位置，以捕获所述测试图案和所述参考图案的图像。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，所述参考表面位于所述增材制造设备中的、与形成所述测试图案的表面相同的位置。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，包括：在所述参考频率下对所述参考图案的图像执行多重离散傅立叶变换，其中用于所述离散傅里叶变换的基本正弦曲线相对于所述参考图案的图像而空间移位，以识别导致所述离散傅立叶变换的最高振幅的所述基本正弦曲线的位置；以及在相对于所述图像的所述识别位置处使用所述基本正弦曲线对所述测试图案的图像执行离散傅立叶变换。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测试图案包括第一图案和第二图案，所述第一图案包括在第一方向上重复的第一几何特征，所述第二图案包括在垂直于所述第一方向的第二方向上重复的第二几何特征。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一几何特征和所述第二几何特征是相同的，但是被旋转以与相应的第一方向和第二方向对齐。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中，所述第一方向和所述第二方向中的每一个对应于所述能量束被所述扫描器的不同转向元件移动的空间方向。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述第一图案和所述第二图案被散置但在每个图案的几何特征之间没有重叠。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测试图案包括一系列平行线。
17.根据权利要求7至16中任一项在从属于权利要求7时所述的方法，其中，所述测试图案的重复几何特征与所述参考图案的几何特征的规律的空间间隔相关，并且通过将所述测试图案的重复几何特征的相位与所述参考图案的相应重复几何特征的相位进行比较来确定所述相移。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期性包括跨越所述图像中所述测试图案的多个区域中的每一个区域的总计强度，每个区域包括所述测试图案的至少一个周期。
19.根据权利要求1或权利要求18所述的方法，包括利用所述能量束相对于所述工作平面的不同焦点位置形成所述测试图案的不同周期特征，其中，所述周期性是针对利用能量束在所述不同焦点位置之一处形成的所述测试图案的每个区域而确定的，并且基于所述周期性确定用于校准所述扫描器的聚焦光学器件的校正数据。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述测试图案包括循环几何特征，其中，几何特征的每次出现是利用所述能量束在相对于所述工作平面的不同焦点位置处形成的。
21.一种校准增材制造设备的扫描器的方法，其中，利用所述扫描器引导并聚焦能量束以在工作平面中固结材料从而以逐层方式构建工件，所述方法包括：利用所述扫描器引导所述能量束跨越所述工作平面中的测试表面以在所述表面上形成几何特征，其中，针对所述几何特征中的不同几何特征的形成，改变所述能量束相对于所述工作平面的焦点位置；捕获所述几何特征的图像；针对利用所述能量束的不同焦点位置而形成的每个区域，确定每单位面积的强度；以及根据每单位面积的强度中的变化来确定用于校正对所述扫描器的所述焦点位置的控制的校正数据。
22.一种用于控制增材制造设备的控制器，其中，所述控制器被布置成执行前述权利要求中任一项所述的方法。
23.一种用于以逐层方式构建工件的增材制造设备，所述增材制造设备包括用于引导能量束以在工作平面中固结材料的扫描器以及根据权利要求22所述的控制器。
24.根据权利要求23所述的增材制造设备，包括用于所述捕获所述工作平面的图像的图像捕获装置。
25.根据权利要求24所述的增材制造设备，其中，所述图像捕获装置包括相机。
26.根据权利要求25所述的增材制造设备，其中，所述相机位于所述增材制造设备中在相对于基准固定的位置处，所述基准被用来在所述工作平面中定位所述参考表面。
27.根据权利要求26所述的增材制造设备，包括擦拭器，所述擦拭器被布置成相对于所述基准而定位以在所述工作平面中形成材料层。
28.一种数据载体，所述数据载体上具有指令，所述指令在由用于控制增材制造设备的控制器执行时使所述控制器执行根据权利要求1至21中任一项所述的方法。
29.一种用于将板安装在增材制造设备的工作平面中的固定装置，所述固定装置包括用于支撑所述板的安装表面，以及用于接触表面以在垂直于所述工作平面的方向上将所述安装表面定位在可重复位置的三点安装构造物。
30.根据权利要求29所述的固定装置，其中，所述安装表面用于支撑包括参考图案的校准板和使用所述能量束用测试图案标记的板。
31.一种执行工件的增材制造的方法，其中，通过使用能量束以逐层方式固结材料来构建所述工件，所述方法包括：将预成型件定位在增材制造设备的工作平面中；在所述预成型件上方扫描能量束以在所述预成型件上形成记号；加工所述预成型件以形成所述预成型件中的特征，其中，加工所述特征的位置基于所述记号的位置；以及在加工所述特征之后，通过使用所述能量束固结层中的材料来在所述预成型件上构建另外的特征。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述记号包括图案，所述方法包括通过以下方式来确定用于形成所述特征的位置：捕获所述图案的图像、根据所述图像确定所述图案的周期性，并且基于所述周期性来确定针对所述特征的位置。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述周期性是所述图案的相位。
34.根据权利要求33所述的方法，包括基于所确定的相位来调整用于形成所述特征的机床的坐标系和/或在形成所述特征时指示所述机床的指令。
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