CN109219512A - 用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于校准用于生产三维工件的设备(10)的照射系统(18)的装置(48)，包括控制单元(50)，适于控制照射系统(18)，以便根据校准图案将辐射束(22；22a、22b)照射到照射平面(52)上。装置(48)还包括传感器布置(56)，适于布置在照射平面(52)中，并且响应于被根据校准图案用辐射束(22；22a、22b)照射而将信号输出到控制单元(50)。控制单元(50)还适于基于由传感器布置(56)输出的信号生成由入射在传感器布置(56)上的辐射束(22；22a、22b)产生的实际照射图案的数字图像，将实际照射图案的数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与参考图案之间的偏差，并且基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统(18)。

Description

用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置和方法
本发明涉及一种用于通过用电磁或颗粒辐射照射原料粉末层来校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置和方法。
粉末床融合是添加(增材、添材)分层过程，通过其可以将粉状的，特别是金属和/或陶瓷原料处理成复杂形状的三维工件。为此，将原料粉末层施加到载体上，并依赖要生产的工件的所需几何形状以位置选择的方式经受激光辐射。渗透到粉末层中的激光辐射引起加热并因此熔化或烧结原料粉末颗粒。然后将另外的原料粉末层依次施加到已经经受激光处置的载体上的层上，直到工件具有所需的形状和尺寸。选择性激光熔化或激光烧结可以特别地用于生产原型、工具、替换部件或医疗假体，诸如例如牙科或矫形假体，基于CAD数据。
例如，在EP 1 793 979 B1中描述了一种用于通过粉末床融合过程从粉状原料生产模制体的设备。现有技术设备包括处理腔室，其容纳多个用于待制造的成形体的载体。粉末层制备系统包括粉末储存器保持器，其可以移动至载体并来回跨越载体移动，以便将待用激光束照射的原料粉末施加到载体上。处理腔室连接到包括供应管线的保护气体回路，经由其可以将保护气体供应到处理腔室，以便在处理腔室内建立保护性气体氛围。
在EP 2 335 848 B1中描述了一种照射系统，其可以例如在用于通过照射粉状原料来生产三维工件的设备中采用。照射系统包括辐射源，特别是激光源，和光学单元。供应有由辐射源发射的辐射束的光学单元包括束扩展器和扫描器单元。在扫描器单元内，可以折叠到束路径中以便将辐射束分成多个辐射子束的衍射光学元件布置在偏转镜的前面，用于偏转辐射子束。由扫描器单元发射的辐射束或辐射子束被供应给物镜，其被设计成f-θ透镜的形式。
为了校准照射系统，并且特别是在用于通过照射粉状原料来生产三维工件的设备中采用的光学单元，将所谓的烧尽箔施加到载体上，其在该设备的正常操作期间承载待照射的原料粉末层。然后根据预定图案照射烧尽箔，引起在箔上照射图案的烧尽图像的发展。将烧尽图像数字化并与照射图案的数字参考图像进行比较。基于数字化烧尽图像和参考图像之间的比较结果，校准照射单元以便补偿实际烧尽图像和参考图像之间的偏差。
烧尽箔还用于校准多个辐射束的路线，特别是激光束，其在用于通过照射粉状原料来生产三维工件的设备的载体上限定的相邻照射区域之间的重叠区中操作，其配备有多个照射单元，例如在EP 2 875 897 B1或EP 2 862 651 A1中所述的。
基本上，在照射箔时在烧尽箔上生产的被烧的线的厚度也可以用作用于测量辐射束的散焦的指示。然而，对于允许待用于校准辐射束的聚焦的测量，这些测量的准确性和可靠性通常太低。因此，为了校准辐射束的聚焦，通常执行额外的苛性测量。
本发明旨在提供一种装置和方法，其允许对在用于通过用电磁或颗粒辐射照射原料粉末层来生产三维工件的设备中采用的照射系统进行可靠和精确的校准。
该目的通过如权利要求1中限定的装置和如权利要求10中限定的方法来解决。
一种用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统的装置，包括控制单元，其适于控制照射系统，以便根据校准图案将辐射束照射到照射平面上。待校准的照射系统可包括辐射源和多个光学元件。照射系统可以仅设置有一个辐射源。然而，也可想到照射系统配备有多个辐射源。在照射系统包括多个辐射源的情况下，包括多个光学元件的单独的光学单元可以与每个辐射源相关联。
至少一个辐射源可以是激光源，例如二极管泵浦的镱光纤激光器。此外，多个光学元件可以例如包括用于扩展由辐射源发射的辐射束的束扩展器，扫描器和物镜。可替代地，多个光学元件可包括束扩展器，其包括聚焦光学器件和扫描器单元。借助于扫描器单元，可以改变和调节辐射束的焦点在束路径的方向上和在垂直于束路径的平面中的位置。扫描器单元可以设计成检流计扫描器的形式，并且物镜可以是f-θ物镜。
照射平面可以是这样的平面，其在设备的正常操作期间对应于原料粉末层的表面，该原料粉末层被施加到载体上并且其经受由照射系统发射的辐射束以便通过生成层构造方法生成三维工件。然而，也可想到的是，在照射系统的校准期间由辐射束照射的照射平面相对于在该设备的正常操作期间由辐射束照射的原料粉末层的表面偏移，特别是竖直偏移。
照射平面优选地布置在处理腔室内，其可以相对于周围氛围密封，以便能够在处理腔室内维持受控氛围，特别是惰性氛围。在设备的正常操作期间，由照射系统发射的辐射束照射的原料粉末可以是金属粉末，但也可以是陶瓷粉末或塑料材料粉末或包含不同材料的粉末。该粉末可具有任何合适的粒度或粒度分布。然而，优选处理粒度<100μm的粉末。
控制单元可以是电子控制单元，其唯一地用于控制照射系统的校准。然而，也可想到的是，可以以硬件或软件实现的控制单元被集成到用于生产三维工件的设备的下级控制单元中，其例如还用于控制设备和/或照射系统的正常操作。校准图案可以是适合于检测照射系统的非校准的任何图案，并且可以例如包括点形和/或线形元件，其可以均匀地或不均匀地分布在照射平面上。
用于校准照射系统的装置还包括传感器布置。传感器布置适于布置在照射平面中并且响应于根据校准图案被照射束照射而将信号输出到控制单元。传感器布置因此对被由照射系统发射的辐射束照射敏感，并输出电子信号，其是图案的特性，根据其由照射系统发射的辐射束入射在传感器布置上。结果，借助于传感器布置，由照射系统发射的辐射束入射到传感器布置上所根据的图案被电子跟踪并“记录”。因此，用于校准照射系统的装置消除了使用一次性烧尽箔来跟踪和“记录”校准图案的需要，在照射系统的校准期间，辐射束在照射到照射平面上时跟随。例如，传感器布置可包括光敏传感器、光敏芯片、光敏二极管、CCD传感器和/或CMOS传感器。
用于校准照射系统的装置的控制单元还适于基于由传感器布置输出的信号生成由入射在传感器布置上的辐射束产生的实际照射图案的数字图像，以将实际辐射图案的数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与参考图案之间的偏差，并基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统。换句话说，基于从传感器布置提供给控制单元的信号，控制单元直接生成“真实”照射图案的数字图像，将所述“真实”照射图案的数字图像与参考图案的数字图像进行比较，并基于“真实”照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统。
结果，可以省去在常规校准方法中在烧尽箔上生成的照射图案的烧尽图像的数字化的步骤。因此，不再需要将烧尽箔从配备有待校准的照射系统的设备的安装位置移动到执行烧尽箔的评估的位置，例如，该设备的制造商的制造位置。因此，可以实现成本和时间的节省。此外，可以避免将在烧尽箔上的照射图案的烧尽图像数字化时发生的错误。因此，可以特别精确地确定实际照射图案与参考图案之间的偏差，并且可以以高精度和高可靠性执行照射系统的校准。
借助于本文描述的装置执行的校准过程特别涉及照射系统的光学单元的扫描器，即该装置可以用于校准照射系统的光学单元的扫描器。然而，由于可以借助于传感器布置获得的实际照射图案的数字图像的高精度，该装置还可以用于校准照射系统的光学单元的扫描器，以便根据需要聚焦辐射束，如将在下面更详细地描述。因此，可以避免聚焦辐射束通常所需的额外的苛性测量。另外，该装置可用于测量入射在照射平面上的辐射束的椭圆畸变，其例如在照射照射平面内与照射平面的中心间隔开的角部位置时，在工件生产过程期间可能变得相关。可以基于测量启动合适的束补偿。
用于校准应当用于校准照射系统的光学单元的扫描器的照射系统的装置可以仅配备有成本效益的传感器布置，其被配置用于数字检测每个像素是否照射了像素位置。然而，如果用于校准照射系统的装置应该用于聚焦辐射束或用于束补偿，则传感器布置必须适合于也测量在特定像素位置处的辐射束的强度。因此，该装置可根据需要配备有合适地设计的传感器布置。
在用于校准照射系统的装置的优选实施方式中，控制单元适于基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统，以这样的方式使得实际照射图案与参考图案之间的偏差被消除。这允许照射系统的特别简单和可靠的校准。
传感器布置可以集成到校准载体中，其在设备的正常操作期间，即在用于生成三维工件的设备的操作期间，承载待照射的原料粉末。在装置的该实施方式中，相同的载体用于校准设备的照射系统的校准过程和设备的正常操作二者。结果，可以特别节省时间地执行校准过程而无需修改设备的设置。
然而可替代地，也可想到将传感器布置集成到校准载体中，其适于在校准照射系统期间替换载体，该载体在设备的正常操作期间承载待照射的原料粉末。使用用于校准照射系统的装置的该实施方式，校准过程仍然可以非常节省时间地执行，因为在设备的正常操作期间承载待照射的原料粉末的载体可以简单且容易地被校准载体替换。此外，可以避免在传感器布置暴露于辐射束时，还有在设备的正常操作期间可能发生的传感器布置的损坏或恶化。
传感器布置可以包括多个传感器，其布置在照射平面内的离散位置处。例如，单独传感器可以布置在校准图案的点形和/或线形元件的区域中的照射平面中。使用单独的相对小尺寸的传感器可以降低用于校准照射系统的装置的成本。然而，优选地选择传感器中的每个的检测区域，使得根据校准图案用照射系统发射的辐射束照射传感器，即使照射系统是非校准的。换句话说，传感器中的每个的检测区域应该足够大，以确保在校准照射系统期间传感器暴露于由照射系统发射的辐射束，即使在照射系统的校准期间，辐射束在照射平面上移动所根据的实际照射图案与参考图案相比偏移。
在替代实施方式中，传感器布置可配备有单个传感器，该传感器具有检测区域，选择该检测区域以便基本上覆盖照射平面。然后，该装置特别可靠地操作，即使在照射系统严重非校准的情况下。
参考图案的数字图像可以存储在控制单元的存储器中。然而可替代地，也可想到将参考图案的数字图像存储在与除控制单元之外的另一单元相关联的存储器中，或存储在可移动存储介质上。
此外，控制单元可以适于在显示装置上显示参考图案的数字图像和/或实际照射图案的数字图像。因此，可以可视化校准程序的结果。
控制单元可以适于控制照射系统，以这样的方式使得在校准照射系统期间，辐射束的功率低于在设备的正常操作期间的功率。例如，在校准照射系统期间，控制单元可以控制照射系统，以这样的方式使得与设备的正常操作期间的辐射束的功率相比，辐射束的功率降低到1％。通过使用具有降低功率的辐射束来校准照射系统，可以确保传感器布置不被辐射束损坏。
为了降低辐射束的功率，控制单元可以控制照射系统，以这样的方式使得束阱或分束器(其中辐射束例如由被引导通过灰色滤波器而被弱化)被引入到束路径中。可替代地，也可想到，至少对于校准照射系统的一个或多个扫描器，使用具有功率小于在设备正常操作期间使用的束源的校准辐射源。然而，应该选择用于降低辐射束的功率的措施，以这样的方式使得辐射束的功率的降低不影响辐射束的聚焦位置。
在用于校准照射系统的装置的优选实施方式中，控制单元适于确定由入射在传感器布置上的辐射束产生的实际照射图案的线的宽度，以将所确定的线宽度与参考线宽度进行比较，并校准照射系统，以便基于所确定的线宽度与参考线之间的比较来聚焦辐射束。如上已指出的，由于借助传感器布置获得的实际照射图案的数字图像的高精度和分辨率，所确定的线宽度与参考线宽度之间的偏差可由具有所需精度的控制单元确定，以便用作聚焦辐射束的基础。然后，可以基于已确定的所确定的线宽度与参考线宽度之间的偏差来校准照射系统，以这样的方式使得所确定的线宽度与参考线宽度之间的偏差被消除。结果，可以实现辐射束的聚焦，而无需实行额外的苛性测量。
此外，控制单元可以适于确定入射在传感器布置上的辐射束的斑点的形状。因此，例如，可以确定辐射束的椭圆畸变。控制单元还可以适于将所确定的形状与参考形状进行比较，并校准照射系统，以便基于所确定的形状和参考形状之间的比较来补偿辐射束的椭圆畸变。
待校准的照射系统可包括多个照射单元。每个照射单元可以适于将辐射束照射到照射平面的相关联照射区域上并且照射到布置在相邻照射区域之间的重叠区域上。照射系统的每个照射单元可包括其单独的相关联辐射源。然而，也可想到的是，多个照射单元被供应有来自共同辐射源的辐射束。照射平面的重叠区域可以暴露于仅由两个照射单元发射的辐射束，其适于将辐射束照射到与重叠区域相邻布置的照射区域上。然而，也可想到，例如，布置在四个象限形照射区域的交叉范围中的重叠区域暴露于由多于两个(例如四个)照射单元发射的辐射束。此外，可以在照射平面中仅限定一个重叠区域或多个重叠区域，例如，依靠照射平面中的照射区域的数量和布置。
用于校准包括多个照射单元的这种照射系统的装置优选地配备有控制单元，其适于控制多个照射单元，以便根据相应的校准图案用多个辐射束照射所选择的重叠区域。控制单元还可以适于基于传感器布置输出的信号生成由入射在传感器布置上的辐射束产生的实际照射图案的数字图像。另外，控制单元可以适于将实际照射图案的数字图像与相应的参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与相应的参考图案之间的偏差。最后，控制单元可以适于基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射单元。
因此，用于校准照射系统的装置可用于记录入射在重叠区域上的多个辐射束的路线，并根据需要校准这些路线。因此，多个照射单元的扫描器可以相对于彼此调整和校准。
在用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统的方法中，控制照射系统以便根据校准图案将辐射图案照射到照射平面上。传感器布置布置在照射平面中，其响应于被根据校准图案用辐射束照射而输出信号。基于由传感器布置输出的信号生成由入射在传感器布置上的辐射束产生的实际照射图案的数字图像。将实际照射图案的数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与参考图案之间的偏差。基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统。
在该方法的优选实施方式中，基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统，以这样的方式使得实际照射图案与参考图案之间的偏差被消除。
传感器布置可以集成到校准载体中，其在设备的正常操作期间承载待照射的原料粉末。
可替代地，传感器布置可以集成到校准载体中，其适于在校准照射系统期间替换载体，该载体在设备的正常操作期间承载待照射的原料粉末。
在用于校准照射系统的方法的优选实施方式中，传感器布置可以包括多个传感器，并且多个传感器可以布置在照射平面内的离散位置处。优选地选择传感器中的每个的检测区域，使得根据校准图案用照射系统发射的辐射束照射传感器，即使照射系统是非校准的。
可替代地，传感器布置可以包括可布置在照射平面中的单个传感器。优选地选择单个传感器的检测区域以便基本上覆盖照射平面。
参考图案的数字图像可以存储在控制单元的存储器中，存储在与除了控制单元之外的另一单元相关联的存储器中，或存储在可移动存储介质上。
可以在显示装置上显示参考图案的数字图像和/或实际照射图案的数字图像。
可以控制照射系统，以这样的方式使得在校准照射系统期间，辐射束的功率低于在设备的正常操作期间的功率。
在用于校准照射系统的方法中，可以确定由入射在传感器布置上的由辐射束产生的实际照射图案的线的宽度。可以将所确定的线宽度与参考线宽度进行比较。可以校准照射系统，以便基于所确定的线宽度和参考线宽度之间的比较，即基于所确定的线宽度与参考线宽度之间的偏差来聚焦辐射束。
此外，在用于校准照射系统的方法中，可以确定入射在传感器布置上的辐射束的斑点的形状。可以将所确定的形状与参考形状进行比较，并可以校准照射系统，以便基于所确定的形状和参考形状之间的比较来补偿辐射束的椭圆畸变。
用于校准用于生产三维工件的设备的照射系统，其包括多个照射单元，其中每个照射单元适于将辐射束照射到照射平面的相关联照射区域上，并且照射到布置在相邻照射区域之间的重叠区域上，该方法可以包括控制多个照射单元的步骤，以便根据相应的校准图案用由多个照射单元发射的多个辐射束照射选定的重叠区域。基于由传感器布置输出的信号可以生成由入射在传感器布置上的辐射束产生的实际照射图案的数字图像。可以将实际照射图案的数字图像与相应的参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与相应的参考图案之间的偏差。基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射单元。
现在参照所附的示意图更详细地描述本发明的优选实施方式，其中
图1示出了用于通过选择性地将电磁或颗粒辐射照射到原料粉末上来生产三维工件的设备，以及
图2示出了用于校准根据图1的设备的照射系统的装置的第一实施方式，以及
图3示出了用于校准根据图1的设备的照射系统的装置的第二实施方式。
图1示出了用于生产三维工件的设备10。设备10包括处理腔室12。设置在处理腔室12中的粉末施加装置14用于将原料粉末施加到载体16上。载体16设计成可在竖直方向上移置，使得随着工件的构造高度的增加，当其由载体16上的原料粉末构建成层时，载体16可在竖直方向上向下移动。
设备10还包括照射系统18，用于选择性地将辐射，特别是激光辐射照射到施加到载体16上的原料粉末上。借助于照射系统20，施加到载体16上的原料粉末可以根据要生产的工件的所需几何形状而以位置选择的方式经受辐射。照射系统18具有密封的可密封壳体20。由辐射源24特别是激光光源，其可以例如包括发射波长为大约1070至1080nm的激光光线的二极管泵浦镱光纤激光器，提供的辐射束22，特别是激光束，被经由开口26引入壳体20。
照射系统18还包括用于引导和处理辐射束22的光学单元28，光学单元28包括光学元件，诸如用于扩展由辐射源24发射的辐射束22的束扩展器30，用于聚焦辐射束22的聚焦透镜32，扫描器34和物镜35。扫描器34和物镜35可以例如以检流计扫描器和f-θ物镜的形式设计。借助于扫描器34，可以改变和调节辐射束22的焦点在束路径的方向上和在垂直于束路径的平面中的位置。借助于控制布置36来控制照射系统18的操作。
处理腔室12可相对于外界氛围，即相对于处理腔室12周围的环境密封。处理腔室12连接到气体供应管线38，经由其可以将由气体源40提供的气体供应到处理腔室12。从气体源40供应到处理腔室12的气体可以是惰性气体，诸如例如氩气或氮气。排出管线42用于在将电磁或颗粒辐射照射到施加到载体16上的原料粉末上，以便通过添加层构造方法生产由所述原料粉末制成的工件期间，从处理腔室12排出包含颗粒杂质，诸如例如原料粉末颗粒或焊接烟雾颗粒的气体。包含颗粒杂质的气体借助于输送装置44诸如例如泵从处理腔室12排出。设置在输送装置44上游的排出管线42中的过滤器46用于从排出自处理腔室12的气体流中过滤颗粒杂质。在穿过过滤器46之后，气体流可以经由气体供应管线38再循环到处理腔室12中。
在图2和图3中更详细地描绘了用于校准设备10的照射系统18的装置48的两个不同实施方式。在图2的布置中，装置48用于校准设备10的照射系统18以生产三维工件，其配备有单个照射单元18a。装置48包括控制单元50，其嵌入控制布置36中，用于控制照射系统18的操作。为了校准照射系统18，控制单元50控制照射系统18，以便根据校准图案将辐射束22照射到照射平面52上。
图2和图3中标识的照射平面52与以下平面相同：其在设备10的正常操作期间对应于施加到载体16上并经受由照射系统18发射的辐射束22的原料粉末层的表面，以便通过生成层构造方法生成三维工件。校准图案可以是适合于检测照射系统18的非校准的任何图案，并且在图2的布置中，包括多个点形元件，其均匀地分布在照射平面52上。在图2中，示意性地示出了校准图案的点形元件，并指定为附图标记54。然而，技术人员将理解，点形元件54不必物理地设置在载体16上。相反，点形元件54也可以简单地设置为存储在控制单元50的存储器58中的数字校准图案的一部分。
装置48还包括传感器布置56，其用于校准照射系统18，布置在照射平面52中。在控制单元50的控制下校准照射系统18期间，根据校准图案用照射系统18发射的辐射束照射传感器布置56。传感器布置56对被用照射系统18发射的辐射束22照射敏感，并输出电子信号，其是图案的特性，根据其由照射系统发射的辐射束22入射在传感器布置56上。因此，照射系统18发射的辐射束22入射到传感器布置26上所根据的的图案被电子跟踪并“记录”。
在接收到由传感器布置56输出的信号时，控制单元50基于传感器布置56输出的信号生成由入射在传感器布置56上的辐射束22产生的实际照射图案的数字图像。此后，控制单元50将实际辐射图案的数字图像与存储在控制单元50的存储器58中的参考图案的数字图像进行比较。基于实际辐射图案的数字图像与参考图案的数字图像之间的比较，控制单元50确定实际照射图案与参考图案之间的偏差。换句话说，基于从传感器布置56提供给控制单元50的信号，控制单元50直接生成“真实”照射图案的数字图像，并将所述“真实”照射图案的数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案和参考图案之间的偏差。
最后，控制单元50基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统18，特别是照射系统18的光学单元28的扫描器34。特定地，控制单元50基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射系统18，以这样的方式使得实际照射图案与参考图案之间的偏差被消除，并且因此，使实际照射图案与参考图案对齐。
在用于校准用于生产图2中所示的三维工件的设备10的照射系统18的装置48的实施方式中，传感器布置56被集成到校准载体16中，其在设备10的正常操作期间，即在用于生成三维工件的设备10的操作期间，承载待照射的原料粉末。因此，在图2的实施方式中，相同的载体16用于校准设备10的照射系统18的校准过程和设备10的正常操作二者。
此外，在图2中描绘的装置48中，传感器布置56包括多个传感器56a，其布置在照射平面52内的离散位置处。单独传感器56a可以是光敏传感器、光敏芯片、光敏二极管、CCD传感器和/或CMOS传感器。变得显而易见的是，单独传感器56a布置在校准图案的每个点形元件的区域中的照射平面52中。因此，多个单独传感器56a的组合检测区域不覆盖照射平面52的整个区域。然而，选择传感器56a中每个的检测区域，使得根据校准图案用照射系统18发射的辐射束22照射传感器56a，即使照射系统18是非校准的。换句话说，传感器56a中的每个的检测区域足够大，以确保在校准照射系统18期间传感器56a暴露于由照射系统18发射的辐射束22，即使在照射系统18的校准期间，辐射束22在照射平面52上移动所根据的实际照射图案与参考图案相比偏移。
除了在照射系统18的校准期间，辐射束22在照射平面52上移动所根据的实际照射图案与参考图案的对齐之外，在控制单元50的控制下执行的校准过程涉及校准照射系统18，并且特别是照射系统18的光学单元28的扫描器34，以便根据需要聚焦由照射系统18发射的辐射束22。为了聚焦辐射束22，控制单元50确定由入射在传感器布置56上的辐射束22产生的实际照射图案的线的宽度，以将所确定的线宽度与参考线宽度进行比较，并校准照射系统18，以便基于所确定的线宽度与参考线之间的比较来聚焦辐射束22。特定地，控制单元50确定所确定的线宽度与参考线宽度之间的偏差，并且校准照射系统18，以这样的方式使得所确定的线宽度与参考线宽度之间的偏差被消除。结果，实现了辐射束的聚焦。
图3中描绘的装置48用于校准用于生产三维工件的设备10的照射系统18，其包括多个照射单元18a、18a。每个照射单元18a、18b适于将辐射束22a、22b照射到照射平面52的相关联照射区域60、62上并且照射到布置在相邻照射区域60、62之间的重叠区域64上。因此，重叠区域64可以用由照射单元18a、18b中的任一个发射的辐射束22a、22b照射。
为了校准包括多个照射单元18a、18b的照射系统18，装置48的控制单元50控制多个照射单元18a、18b，以便根据相应的校准图案用由照射单元18a、18b发射的辐射束22a、22b照射重叠区域64。控制单元50还基于传感器布置56输出的信号生成由入射在传感器布置56上的辐射束22a、22b产生的实际照射图案的数字图像。另外，控制单元50将实际照射图案的数字图像与相应的参考图案的数字图像进行比较，以便确定实际照射图案与相应的参考图案之间的偏差。最后，控制单元50基于所确定的实际照射图案与参考图案之间的偏差来校准照射单元18a、18b。因此，装置48可用于记录入射在重叠区域64上的多个辐射束22a、22b的路线，并根据需要校准这些路线。因此，多个照射单元18a、18b的扫描器34可以相对于彼此调整和校准。
图3中所示的装置48与根据图2的布置的不同之处还在于，传感器布置56配备有单个传感器56b，该单个传感器具有选择的检测区域，以便基本上覆盖照射平面52。与根据图2的传感器布置56的单独传感器56a类似，图3的传感器布置56的单个传感器56b可以是光敏传感器、光敏芯片、光敏二极管、CCD传感器或CMOS传感器。此外，传感器布置56集成到校准载体66中，该校准载体适于在校准照射系统18期间替换载体16，该载体在设备10的正常操作期间承载待照射的原料粉末。在其他方面，图3中所示的装置48的功能和结构对应于图2中所描绘的装置48的功能和结构。
根据需要，本文已根据图2参照装置48的特定实施方式所描述的用于校准用于生产三维工件的设备10的照射系统18的装置48的可选特征，可以与本文已根据图3参照装置的特定实施方式所描述的装置48的特征交换。例如，图2中描绘的装置48可以配备有传感器布置56，包括本文描述的单个传感器56b，结合图2中描绘的装置48；或者图2中描绘的装置48的传感器布置56可以集成到载体16中，其在设备10的正常操作期间承载待照射的原料粉末，反之亦然。

Claims (17)

1.一种用于校准用于生产三维工件的设备(10)的照射系统(18)的装置(48)，所述装置(48)包括：
-控制单元(50)，适于控制所述照射系统(18)，以便根据校准图案将辐射束(22；22a、22b)照射到照射平面(52)上，以及
-传感器布置(56)，适于布置在所述照射平面(52)中，并且响应于被根据所述校准图案用所述辐射束(22；22a、22b)照射而将信号输出到所述控制单元(50)，
其中，所述控制单元(50)还适于：
-基于所述传感器布置(56)输出的所述信号生成由入射在所述传感器布置(56)上的所述辐射束(22；22a、22b)产生的实际照射图案的数字图像，
-将所述实际照射图案的所述数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差，以及
-基于所确定的所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差来校准所述照射系统(18)。
2.根据权利要求1所述的装置，
其中，所述控制单元(50)适于基于所确定的所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差来校准所述照射系统(18)，以这样的方式使得所述实际照射图案与所述参考图案之间的所述偏差被消除。
3.根据权利要求1或2所述的装置，
其中，所述传感器布置(56)集成到校准载体(16；66)中，所述校准载体在所述设备(10)的正常操作期间承载待照射的原料粉末，或者所述校准载体适于在校准所述照射系统(18)期间替换载体(16)，所述载体在所述设备(10)的正常操作期间承载待照射的所述原料粉末。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，
其中，所述传感器布置(56)包括多个传感器(56a)，所述多个传感器布置在所述照射平面(52)内的离散位置，其中选择所述传感器(56a)中的每个的检测区域，使得所述传感器(56a)被根据所述校准图案用由所述照射系统(18)发射的所述辐射束(22；22a、22b)照射，即使所述照射系统(18)是非校准的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，
其中，所述传感器布置(56)包括单个传感器(56b)，其中选择所述单个传感器(56b)的检测区域，以便基本上覆盖所述照射平面(52)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，
其中，所述参考图案的所述数字图像存储在所述控制单元(50)的存储器(58)中，和/或其中所述控制单元(50)适于在显示装置上显示所述参考图案的所述数字图像和/或所述实际照射图案的所述数字图像，和/或其中所述控制单元(50)适于控制所述照射系统(18)，以这样的方式使得在校准所述照射系统(18)期间，所述辐射束(22；22a、22b)的功率低于在所述设备(10)的正常操作期间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，
其中，所述控制单元(50)适于：
-确定由入射在所述传感器布置(56)上的辐射束(22；22a、22b)产生的所述实际照射图案的线的宽度，
-将所确定的线宽度与参考线宽度进行比较，以及
-校准所述照射系统(18)，以便基于所确定的线宽度与所述参考线宽度之间的比较来聚焦所述辐射束(22；22a、22b)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，
其中，所述控制单元(50)适于：
-确定入射在所述传感器布置(56)上的所述辐射束(22；22a、22b)的斑点的形状，
-将所确定的形状与参考形状进行比较，以及
-校准所述照射系统(18)，以便基于所确定的形状与所述参考形状之间的比较来补偿所述辐射束(22；22a、22b)的椭圆畸变。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，
其中，用于生产三维工件的所述设备(10)的所述照射系统(18)包括多个照射单元(18a、18b)，每个照射单元(18a、18b)适于将辐射束(22；22a、22b)照射到所述照射平面(52)的相关联照射区域(60、62)上，并且照射到布置在相邻照射区域(60、62)之间的重叠区域(64)上，并且其中所述控制单元(50)适于：
-控制所述多个照射单元(18a、18b)，以便根据相应的校准图案用多个辐射束(22a、22b)照射所选择的重叠区域(64)，
-基于由所述传感器布置(56)输出的所述信号生成由入射在所述传感器布置(56)上的所述辐射束(22b、22b)产生的所述实际照射图案的数字图像，
-将所述实际照射图案的所述数字图像与相应的参考图案的数字图像进行比较，以便确定所述实际照射图案与所述相应的参考图案之间的偏差，以及
-基于所确定的所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差来校准所述照射单元(18a、18b)。
10.用于校准用于生产三维工件的设备(10)的照射系统(18)的方法，所述方法包括以下步骤：
-控制所述照射系统(18)，以便根据校准图案将辐射束(22；22a、22b)照射到照射平面(52)上，以及
-在所述照射平面(52)中布置传感器布置(56)，所述传感器布置响应于被根据所述校准图案用所述辐射束(22；22a、22b)照射而输出信号，
-基于由所述传感器布置(56)输出的所述信号生成由入射在所述传感器布置(56)上的所述辐射束(22：22a、22b)产生的实际照射图案的数字图像，
-将所述实际照射图案的所述数字图像与参考图案的数字图像进行比较，以便确定所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差，以及
-基于所确定的所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差来校准所述照射系统(18)。
11.根据权利要求10所述的方法，
其中，基于所确定的所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差来校准所述照射系统(18)，以这样的方式使得所述实际照射图案与所述参考图案之间的所述偏差被消除。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其中，所述传感器布置(56)集成到校准载体(16；66)中，所述校准载体在所述设备(10)的正常操作期间承载待照射的原料粉末，或者所述校准载体适于在校准所述照射系统(18)期间替换载体(16)，所述载体在所述设备(10)的正常操作期间承载待照射的所述原料粉末。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，
其中，所述传感器布置(56)包括多个传感器(56a)，所述多个传感器布置在所述照射平面(52)内的离散位置，其中选择所述传感器(56a)中的每个的检测区域，使得所述传感器(56a)被根据所述校准图案用由所述照射系统(18)发射的所述辐射束(22；22a、22b)照射，即使所述照射系统(18)是非校准的，
或者
其中所述传感器布置(56)包括布置在所述照射平面(52)中的单个传感器(56b)，其中选择所述单个传感器(56b)的检测区域以便基本上覆盖所述照射平面(52)。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，
其中，所述参考图案的所述数字图像存储在所述控制单元(50)的存储器(58)中，和/或其中在显示装置上显示所述参考图案的所述数字图像和/或所述实际照射图案的所述数字图像，和/或其中控制所述照射系统(18)，以这样的方式使得在校准所述照射系统(18)期间，所述辐射束(22；22a、22b)的功率低于在所述设备(10)的正常操作期间。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，
还包括：
-确定由入射在所述传感器布置(56)上的辐射束(22；22a、22b)产生的所述实际照射图案的线的宽度，
-将所确定的线宽度与参考线宽度进行比较，以及
-校准所述照射系统(18)，以便基于所确定的线宽度与所述参考线宽度之间的比较来聚焦所述辐射束(22；22a、22b)。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，
还包括：
-确定入射在所述传感器布置(56)上的所述辐射束(22；22a、22b)的斑点的形状，
-将所确定的形状与参考形状进行比较，以及
-校准所述照射系统(18)，以便基于所确定的形状与所述参考形状之间的比较来补偿所述辐射束(22；22a、22b)的椭圆畸变。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，
其中，用于生产三维工件的所述设备(10)的所述照射系统(18)包括多个照射单元(18a、18b)，每个照射单元(18a、18b)适于将辐射束(22；22a、22b)照射到所述照射平面(52)的相关联照射区域(60、62)上，并且照射到布置在相邻照射区域(60、62)之间的重叠区域(64)上，并且其中所述方法包括以下步骤：
-控制所述多个照射单元(18a、18b)，以便根据相应的校准图案用多个辐射束(22a、22b)照射所选择的重叠区域(64)，
-基于由所述传感器布置(56)输出的所述信号生成由入射在所述传感器布置(56)上的所述辐射束(22a、22b)产生的实际照射图案的数字图像，
-将所述实际照射图案的所述数字图像与相应的参考图案的数字图像进行比较，以便确定所述实际照射图案与所述相应的参考图案之间的偏差，以及
-基于所确定的所述实际照射图案与所述参考图案之间的偏差来校准所述照射单元(18a、18b)。
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