CN109937100B - 用于校准扫描装置的方法和加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于校准扫描装置(11)的方法，所述扫描装置用于将激光射束(6)在加工区(13)中定位，包括：将至少一个逆反射器(19)布置在所述扫描装置(11)的加工区(13)中，所述加工区(13)优选构造在用于照射粉末层(3)的加工腔室(15)中；探测激光辐射(20)，该激光辐射在以所述激光射束(6)驶越所述逆反射器(19)时被反射回到所述扫描装置(11)中；根据探测到的激光辐射(20)求取所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)，以及通过根据求出的激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)修正给所述扫描装置(11)预给定的所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的额定位置(XT,YT)来校准所述扫描装置(11)。本发明还涉及一种用于通过照射粉末层(3)制造三维构件(2)的对应的加工机(1)。

Description

用于校准扫描装置的方法和加工机
技术领域
本发明涉及一种用于校准扫描装置的方法，该扫描装置用于将激光射束在加工区中定位。本发明还涉及一种通过照射粉末层来制造三维构件的加工机。
背景技术
用于将激光射束在加工区上定向或定位的扫描装置通常具有至少一个、一般两个可偏移的、可旋转的扫描镜。在这样的扫描装置中，通常由构造方式决定地在扫描装置的加工区中得到枕形的图像失真，所述加工区在下面也称作图像场。扫描镜的旋转运动转换成激光射束在图像场中的位置的运动的转换系数也取决于扫描装置和图像场之间的间距。因此，借助这样的扫描装置将预给定的图案投影到图像场上通常具有一定的几何误差。为了借助这样的扫描装置按照尺寸且无失真地投影预给定的图案，需要校准。在校准时尽可能精确地求出扫描装置的投影误差并且根据所求出的投影误差适当地修改扫描装置的操控，使得投影误差和扫描装置的修改后的操控正好相互抵消并且在图像场中产生所希望的图案。
由US2013/0186871A1已知一种用于以激光射束照射工件的激光加工机，在该激光加工机中设置保持件，在激光加工期间工件布置在该保持件的表面上。在保持件的表面上施加网格，该网格标明在保持件表面上的各位置的位置坐标。激光射束通过镜定位在表面上的目标照射位置处，并且通过摄像机传感器感测目标照射位置及其在表面上的周围环境的图像。根据摄像机传感器拍摄的图像，探测目标照射位置和激光射束的实际位置之间的误差。网格用作在保持件表面上的XY坐标的参照，并且因此用于确定相应的实际位置和目标照射位置之间的误差。
在WO 2009/026520 A1中，借助校准板执行自动化几何校准，该校准板具有非散射表面，该非散射表面在周期性网格中具有多个散射的测量标记。激光射束扫描经过测量标记并且由布置在校准板上方的探测器探测散射的辐射。探测到的信号被处理，以便测量出测量标记的实际中心位置并且执行插值，以便以这种方式建立扫描镜的角度位置和在构建平面中的XY位置之间的经校准的关系。
在US 2003/0002055 A1中说明了一种用于校准激光机的光学系统的方法，在该激光机中，样品板布置在成像单元的焦平面中，并且通过激光射束标记预给定的网格点。通过摄像机测量标记点并且将所述标记点的位置值与目标点的预给定位置值进行比较，以便从中导出和存储用于操控偏转单元的修正值。
在WO 2015/040185 A1中说明了一种用于校准激光扫描系统的方法，在该激光扫描系统中，使用具有参考标记的校准板，该校准板设置成用于接收在一组已知的激光扫描位置内指向的射束。指向的射束在校准板上产生激光光斑，并且激光光斑借助图像拍摄装置、例如借助数码相机被拍摄。校准板可以由部分反射的材料、例如经阳极氧化的铝构成，该材料的反射并未强到使得激光辐射完全淹没由图像拍摄装置拍摄的图像。
发明内容
本发明所基于的任务是，提供用于校准扫描装置的方法和加工机，所述方法和加工机使得能够实现激光射束在加工区中以高精度定位。
该任务根据本发明通过开头所述类型的方法来解决，所述方法包括以下步骤：将至少一个逆反射器布置在扫描装置的加工区中，该加工区优选在用于借助激光射束照射粉末层的加工腔室中形成；探测激光辐射，该激光辐射在以激光射束驶越逆反射器时被反射回到扫描装置中；根据探测到的激光辐射求取激光射束在加工区中的实际位置；以及通过根据求出的、激光射束在加工区中的实际位置修正给扫描装置预给定的、激光射束在加工区中的额定位置来校准扫描装置。
根据本发明提出，为了校准扫描装置，使用逆反射器，即将照射到逆反射器上的激光射束的明显份额基本上与入射角无关地反射回到射束源-在当前情况下反射回到扫描装置-的反射材料或反射对象。逆反射器在大的入射角范围上具有沿激光射束入射方向的例如大于5％的反射率。因此，逆反射器沿入射方向的反射率比在传统的反射对象或者材料的情况下明显更大，在所述传统的反射对象或者材料的情况下，入射辐射被镜反射，使得经散射的激光辐射的仅非常小的份额沿激光射束的入射方向往回反射。被逆反射器反射回到扫描装置的激光辐射的增加的强度提高其可探测性并且因此在求取激光射束在加工区中的实际位置时提高精度。
在用在用于制造三维构件的加工机中的扫描装置中，扫描装置的加工区位于加工腔室中，粉末材料位于该加工腔室中。聚焦装置通常将激光射束聚焦在粉末层所在的平面内，该粉末层借助激光射束被照射，以便产生三维构件的层，为此在当地熔化粉末材料。为了校准，逆反射器可以手动地被置入到加工腔室中并且布置在加工区中。
在一个有利的变型中，逆反射器自动化地布置在扫描装置的加工区中。为此目的，逆反射器可以安装在可运动的装置上，将该装置运动到加工区中，以便执行校准，并且将该装置又从加工区移走，以便执行用于制造三维构件的照射。为了自动化运动，例如可以使用可枢转和/或可移动的臂，该臂将逆反射器移动到加工区中和从加工区中移出。
在一个扩展方案中，逆反射器在用于施加粉末层的可运动的装置上被驱动到扫描装置的加工区中。在加工腔室中通常有将一薄粉末层施加到其下的粉末层上或施加到用于粉末层的载体上的装置。该装置例如以直线运动至少部分地运动到扫描装置的加工区中，用于施加相应的粉末层。该装置例如可以是具有推移件或滚子的臂，所述滚子将粉末材料从存储器运送到载体或者运送到位于载体上方的粉末床。用于施加粉末层的装置尤其可以具有多个呈三维对象形式的逆反射器。这些对象例如可以沿着与用于运送粉末材料的运动方向垂直的方向彼此间隔开，以便使得能够在沿该方向的多个位置处实现扫描装置的校准。
以这种方式，原本存在于加工机中的、用于施加粉末层的装置也可以被用于将逆反射器布置在加工区中。通常，逆反射器在被激光射束驶越时在加工区中位置固定地布置，即在校准或被激光射束驶越期间将用于施加粉末层的装置的运动停止。然而，这不是强制需要的，即逆反射器必要时也可以在校准期间、更确切地说在求取激光射束的实际位置期间运动经过加工区。
在另外的变型中，激光射束在呈三维对象形式、尤其呈透明球形式的逆反射器上被反射回到扫描装置中，其中优选地，根据所探测的反射回的激光辐射的强度分布求取激光射束在加工区中的实际位置。所述三维对象理解为在所有三个空间维度上具有至少20μm、优选至少50μm、特别优选至少100μm、尤其至少1mm的尺寸的对象。
在该变型中，逆反射器例如可以是(小的)透明球，该透明球可以由透射激光射束的材料、例如由玻璃、尤其石英玻璃、蓝宝石、金刚石等构成，并且该透明球通常具有在若干微米到若干毫米的数量级中的、通常小于10mm的直径。这样的三维逆反射器使得能够在与加工区中的逆反射器位置相应的各位置上将扫描装置非常精确地校准，所述逆反射器位置通过透明球的中心的位置、更确切地说该中心的XY坐标预给定。透明球用作逆反射器，因为该透明球将从远处光源入射的光的大部分聚焦到在球后表面区域中的斑点上，其中，通过球和周围环境、通常空气之间的折射率差，球后表面起到逆反射器的作用。易于理解地，必要时也可以使用以其它方式、例如构造为棱镜等的三维对象作为逆反射器。也可以使用彼此间隔开地布置在共同载体上的多个三维逆反射器来在图像场中的多个位置上精确地校准。
为了校准例如可以如下面所说明地进行：将呈三维对象形式的逆反射器布置在加工区中的预给定逆反射器位置处并且给扫描装置预给定额定位置，该额定位置名义上相应于在加工区中的预给定反射器位置。如果激光射束在加工区中的实际位置准确地相应于预给定的额定位置，则发生激光射束在逆反射器上的最大反射，即探测到所反射的激光辐射的最大强度。在实际位置和额定位置之间存在偏差时，探测到所反射的激光辐射的较低强度。为了确定出激光射束的相应于反射器位置的实际位置，扫描装置多次驶越逆反射器，其中，扫描装置扫描绕名义逆反射器位置的具有预给定的空间延伸尺度的区域，并且其中，相应地探测反射回的激光辐射。由所探测到的激光辐射的二维强度分布(位图)借助图像分析评估算法将强度重心确定为激光射束的实际位置。激光射束的以这种方式求出的实际位置准确地相应于反射器位置。然而，通常在实际位置和给扫描装置(原本)预给定的额定位置之间存在偏差。将该偏差修正，其方式例如是：将在到达反射器位置时两个扫描镜的在扫描装置中存在的角度调设量作为新的额定位置配属给实际位置或者说反射器位置并且存放在存储装置中。对于以下情况：扫描装置在后续加工时将激光射束定位在加工区中的相应于反射器位置的一位置处的情况，则给扫描装置预给定经修正的额定位置。
在一个替代的实施方式中，激光射束在呈逆反射面区域形式的逆反射器上被反射回到扫描装置中。在这种情况下，例如可以使用所谓的逆反射膜作为逆反射器，在该逆反射膜中，例如呈(微型)玻璃球或玻璃珠或微棱镜形式的多个反射元件嵌入或封装到膜中。在这种情况下，整个面区域起逆反射器的作用，从而不能够区分或不区分：激光辐射被逆反射元件中的哪个逆反射元件反射回到扫描装置中。
在一个扩展方式中，至少一个非逆反射的、例如吸收和/或散射的面区域或至少一个反射(但不逆反射的)的面区域邻接到逆反射面区域上。在这种情况下，可以使用例如板状校准元件，该校准元件的表面被化分为逆反射面区域和非逆反射的、在其散射或反射特性中与逆反射面区域强烈不同的面区域。由于借助合适的测量技术预先测量校准元件，所以精确已知逆反射面区域和非逆反射面区域在校准元件上的位置。
校准元件例如能够以逆反射膜的形式构造，在所述逆反射膜的表面上施加有高精度掩膜，该掩膜通常具有多个非逆反射的例如散射的、吸收的或反射的面区域。高精度掩膜的几何形状例如已借助坐标测量机在校准扫描装置之前精确地测量并且因此是已知的。构成掩膜的非逆反射面区域例如可以以国际象棋棋盘图案的类型布置，然而也可能的是，非逆反射面区域构成其它规则图案、例如网格或构成不规则图案、例如呈点状图案的形式。校准元件例如可以定位在加工腔室中的施加粉末层的载体上。为了将校准元件布置在扫描装置的加工区中，也可以使用上面所说明的用于施加粉末层的装置。
在一个扩展方式中，根据在逆反射面区域和非逆反射面区域之间的过渡部上的、所探测到的激光辐射的强度差来求出激光射束在加工区中的实际位置。激光射束可以在加工区中沿着以下运动轨迹运动，在该运动轨迹的情况下，激光射束扫过在逆反射面区域和非逆反射面区域之间的至少一个过渡部。探测反射回或可能散射回到扫描装置中的激光辐射并且根据在逆反射面区域和非逆反射面区域之间的边界处的、所探测到的强度中的通常非常显著的差异可以求出激光射束在校准装置上和因此也在加工区中的实际位置，因为非逆反射部分区域或者说掩膜在校准元件上的位置已被精确地测量并且因此是已知的。随后将激光射束的实际位置与给扫描装置预给定的额定位置进行比较，以便修正实际位置和额定位置之间可能出现的偏差，为此，适当地适配为扫描装置的控制预给定的额定位置。易于理解地，可以针对在加工区中的分别在一逆反射部分区域和一非逆反射部分区域之间的边界处形成的多个位置进行校准，只要为了修正而给扫描装置预给定以下额定轨迹即可，在该额定轨迹的情况下，激光射束驶越多个这样的边界。通过预给定的额定位置和激光射束在各边界处的实际位置之间的比较可以求出并且必要时修正或者补偿扫描装置在加工区中的多个位置处的投影误差。
在另外的变型中，使用领航激光射束用于校准扫描装置。用于校准的领航激光射束通常具有比用于照射粉末层的加工激光射束低的功率。这有利于避免该激光射束对逆反射器的损坏。作为激光源，例如可以使用光纤激光器，光纤激光器的领航激光射束也经由光纤激光器的光纤传递，该领航激光射束具有比加工激光射束低的功率并且借助扫描装置在加工区中定位。领航激光射束的波长也可以与加工激光射束的波长不同。替代地，必要时也可以借助用于照射或用于熔化粉末层的加工激光射束进行校准。
在另外的变型中，将用于将另外的激光射束定向到在加工腔室中形成的另外的加工区上的至少一个另外的扫描装置以以下方式被校准：探测另外的激光辐射，该另外的激光辐射在以另外的激光射束驶越逆反射器时反射回到另外的扫描装置中；根据探测到的另外的激光辐射求出另外的激光射束在另外的加工区中的实际位置；并且通过根据所求出的、另外的激光射束在另外的加工区中的实际位置对给另外的扫描装置预给定的额定位置进行修正来校准另外的扫描装置。
在用于生产三维构件的加工机中，经常使用两个或更多个具有相应的扫描装置的照射装置，所述照射装置可以同时运行并且彼此独立地被操控，以便加速三维构件的制造。由于粉末材料的熔化，施放粉末层的载体以及围绕粉末层的构造缸通常非常强地变热，由此加工腔室的其余部分也变热并且可能变形，尤其是当加工腔室被附加地加热时。因此，两个扫描装置的校准可能相对彼此漂移。通过使用同一个逆反射器或者说同一个校准元件用于校准两个扫描装置，可以将这两个扫描装置相对彼此校准。所述另外的扫描装置的所述另外的加工区可以邻接到所述扫描装置的加工区上或具有与所述扫描装置的加工区的重叠区域或基本上与所述扫描装置的加工区相一致。
在另外的变型中，同时执行所述激光射束的实际位置的求取和所述另外的激光射束的实际位置的求取。在逆反射器上，相应的激光射束直接反射回所述两个扫描装置中的发出该激光射束的那个扫描装置，使得所述激光辐射和所述另外的激光辐射能够被例如呈光电二极管的形式的两个不同探测器探测。以这种方式，可以同时执行两个扫描装置的校准，而不会由于各另外的反射回的激光辐射而导致测量结果的不希望的失真。
本发明的另一方面涉及开头所述类型的加工机，包括：照射装置，其具有扫描装置，用于将激光射束在加工区中定位；加工腔室，在该加工腔室中形成加工区并且该加工腔室具有用于施放粉末层的载体；至少一个逆反射器，该逆反射器布置在扫描装置的加工区中；探测器，用于探测在借助激光射束驶越逆反射器时从该逆反射器被反射回到扫描装置中的激光射束；分析评估装置，用于根据探测的激光辐射求取激光射束在加工区中的实际位置；以及控制装置，用于预给定激光射束在加工区中的额定位置，其中，所述控制装置构造为用于根据求出的实际位置修正预给定的额定位置。
如上面进一步所说明地，加工机用于将通常布置在扫描装置的加工区中的粉末床或粉末层在当地熔化，以便通过所谓的“激光金属熔合”(LMF)产生三维构件的层。除扫描装置外，照射装置通常具有聚焦装置，该聚焦装置用于将激光射束聚焦在加工区中。聚焦装置可以适应性地构造，以便改变扫描装置和加工区之间的距离。附加地，照射装置也具有例如呈光纤激光器形式的激光源。
在一个实施方式中，加工机包括运动装置，用于使至少一个逆反射器运动到扫描装置的加工区中(并且离开加工区)。运动装置使得能够将逆反射器或者说校准装置自动地置入到扫描装置的加工区中。以这种方式，如果需要的话，可以在制造三维构件期间执行扫描装置的校准，其中，为此目的短暂中断加工。这尤其对于以下情况是特别有利的：加工腔室由于强烈地变热而总体上变形或扭曲，该变形或扭曲可能使得需要在完全制成三维构件之前校准扫描装置。
在一个扩展方案中，用于使至少一个逆反射器运动到扫描装置的加工区中的运动装置构造为用于施加粉末层的装置。该装置例如可以是臂，一推移件安装在所述臂上，以便将粉末材料输送到载体并将粉末分布在所述载体的表面上或粉末床上。
在另外的实施方式中，逆反射器构造为三维对象、尤其构造为透明球，或构造为逆反射面区域。在第一种情况下，逆反射器是小球，该小球具有通常在若干微米至若干毫米的范围内的直径。在第二种情况下，逆反射器例如可以是逆反射膜，在该逆反射膜中嵌入或封装有微观小球、棱镜等。可以将掩模施加到逆反射膜上，该掩模形成由没有逆反射特性的面区域构成的图案。
探测器优选地相对于激光射束的光路同轴地布置在照射装置中，其中，反射回扫描装置的激光辐射例如通过分束器、例如部分透射的偏转镜从激光射束的光路耦出。分束器例如可以具有高反射的介电涂层，在该介电涂层上仅激光辐射的强度的小份额被透射到检测器。反射回的激光辐射通常通过成像装置、例如通过透镜被聚焦在探测器上或成像到该探测器上。
在另外的实施方式中，所述探测器构造为二极管，即探测器不是地点分辨的探测器。在当前情况下，借助非地点分辨的探测器探测激光辐射的强度是足够的，因为激光射束在加工区中的位置可以借助扫描装置改变。呈二极管形式的探测器在制造三维构件时原本就存在于加工机中用于过程观察，使得该探测器也可以附加地有利地被用于扫描装置的校准。
在另外的实施方式中，加工机附加地包括：用于将另外的激光射束在另外的加工区中定位的另外的扫描装置；用于探测另外的激光辐射的另外的探测器，该另外的激光辐射在以所述另外的激光射束驶越逆反射器时被该逆反射器反射回到扫描装置中；用于根据探测的所述另外的激光辐射求取所述另外的激光射束在所述另外的加工区中的实际位置的另外的分析评估装置；以及，用于预给定所述另外的激光射束在所述另外的加工区中的额定位置的另外的控制装置，其中，所述另外的控制装置构造为用于根据求出的实际位置修正预给定的额定位置。如上面所说明地，在这样的具有两个或更多个扫描装置的加工机中，借助同一个逆反射器实现尤其同时校准两个或更多个扫描装置。
在这里所说明的加工机中，必要时已经存在的用于过程观察的探测器和/或同样已经存在的用于施加粉末层的装置也可以用于校准，使得除逆反射器外不需要附加的测量器件用于执行校准。此外，校准必要时可以被全自动地执行，使得一方面避免在校准时的操作错误，另一方面极大减少了用于校准的时间耗费。
附图说明
由说明书和附图得到本发明的其它优点。同样地，上述特征和还进一步列举的特征可以单独使用或以多个形成任意组合使用。所示出和说明的实施方式不应被理解为最终的穷举，而是具有用于描述本发明的示例性的特征。
附图示出了：
图1用于制造三维构件的加工机的实施例的示意图，该加工机具有呈透明球形式的逆反射器，用于校准扫描装置，和
图2类似于图1的图示，具有呈校准元件的逆反射面区域形式的逆反射器，用于同时校准两个扫描装置。
在下面的附图说明中，对于相同或者功能相同的构件使用相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出加工机1的示例性的结构，该加工机用于通过照射粉末层3制造三维构件2，这些粉末层在图1所示的示例中上下重叠布置并且形成粉末床，所述三维构件2埋入到该粉末床中。加工机1具有照射装置4，该照射装置具有呈光纤激光器形式的激光源5用于产生激光射束6，该激光射束通过光导线缆7和准直装置8被引导到偏转镜9上。在所示的示例中，激光射束6涉及用于校准的领航激光射束(参见下文)。为了照射或局部熔化粉末层3，使用具有较高功率的加工激光射束，该加工激光射束也由呈光纤激光器形式的激光源5产生。在所示的示例中，领航激光射束6具有与加工激光射束不同的波长。在图1所示的示例中，偏转镜9具有介电涂层，该介电涂层对于加工激光射束的波长具有大于约99.9％的反射率，并且对于领航激光射束6的波长具有约30％至约80％的反射率，使得领航激光射束6的强度的大多数份额在偏转镜9上被偏转到聚焦装置10。
激光射束6在聚焦装置10之后通过扫描装置11，该扫描装置具有两个呈电流计扫描镜形式的扫描镜12a,12b。扫描装置11用于将激光射束6在扫描装置11的加工区13中定位，该加工区在图1所示的示例中基本上相应于粉末床或粉末层3的横向延伸尺度。聚焦装置10将激光射束聚焦在加工区13中，该加工区是近似平坦的并且相应于XYZ坐标系的一XY平面，这些粉末层3中的最上面的粉末层或者说粉末床的上侧面位于该XY平面内。
如在图1中同样可看出，粉末层3施放在载体14上，该载体呈可沿Z方向移动的基板的形式。该载体14布置在具有窗口16的加工腔室15中，激光射束6穿过窗口16照射到加工腔室15中。因为扫描装置11的加工区13——粉末材料在该加工区中被熔化——在制造三维构件2时与扫描装置11保持恒定距离，所以为了施加新的粉末层3，将载体14降低一个粉末层3的厚度。
借助用于施加(新的)粉末层3的装置17从同样布置在加工腔室15中的粉末储存器18中取出新的粉末材料。在图1所示的示例中，用于施加新粉末层3的装置17以可移动臂的形式构造，在该臂下侧安装有推移件17a，以便将粉末材料从粉末储存器18移送到粉末层3的区域中或者说粉末床的上侧面上，粉末床在包围载体14的构造缸中位于载体14上方。
在图1所示的示例中，在用于施加粉末层3的构造为可移动臂的装置17(粉末推移件)的上侧上在略微倾斜的面上安装有呈三维对象、更确切地说由石英玻璃制的透明球形式的逆反射器19，所述可移动臂在所示的示例中沿Y方向、即垂直于制图平面延伸。易于理解地，逆反射器19也可以固定在臂上的其它位置处。在所示的示例中，呈球形状的逆反射器19具有大约4mm的直径并且将具有激光射束6的强度的例如多于5％的份额的激光辐射20反射回到扫描装置11中，并且具体而言基本上与激光射束6照射到逆反射器19上的入射角度无关。呈球形状的逆反射器19的直径也可以小于1mm，例如约100μm或更小。然而，出于操作原因有利的是，逆反射器19具有约1mm或更大的直径。在图1所示的示例中，激光射束6基本上垂直于XY平面照射到逆反射器19上，对应的粉末层3也在该XY平面内延伸，但易于理解地，即使在激光射束6的与垂直入射不同的入射方向的情况下，在逆反射器19上也有激光射束6的通常大于约5％的显著份额反射回扫描装置11。
反射回的激光辐射20沿与激光射束6相反的方向通过扫描装置11和聚焦装置10并且照射到偏转镜9上。反射回的激光辐射20的小份额在偏转镜9上透射并且借助在图1所示的示例中构造为透镜的成像装置21成像或聚焦到呈光电二极管形式的探测器22上。探测器22或者说光电二极管与激光射束6的光路同轴地布置并且主要探测从激光射束6在加工区13中的实际位置XP,YP出发的激光辐射20，在图1所示的示例中，逆反射器19布置在所述实际位置处并且所述激光辐射从该逆反射器被反射回到扫描装置11。
激光射束6的实际位置XP,YP例如可以由于像差而偏离由控制装置23给扫描装置11预给定的额定位置XT,YT，这在图案投影到加工区13上的情况下可能导致偏差，所述图案相应于三维构件的一个层面的面几何形状。为了将这样的图案尽可能精确地转移到加工区13中，需要校准扫描装置13，如果需要，这样修正给扫描装置11预给定的额定位置XT,YT，使得该额定位置相应于在加工区13中的实际位置XP,YP。为此目的需要尽可能精确地确定扫描装置的投影误差，即额定位置XT,YT和实际位置XP,YP之间的偏差。
为了实现这一点，可以如下面所说明地进行：将逆反射器19布置在加工区13中的预给定逆反射器位置处并且给扫描装置11预给定一名义上相应于在加工区13中的预给定反射器位置的额定位置XT,YT。扫描装置11扫描加工区13的在名义反射器位置周围的区域，其中，相应地探测反射回的激光辐射20，即激光射束6在扫描运动中多次驶越逆反射器19。基于探测到的激光辐射20的强度分布I(X,Y)在分析评估装置24中求取激光射束6的实际位置XP,YP。实际位置XP,YP的求取例如能以下面所说明的方式进行：
首先，在多次驶越逆反射器19时探测到的激光辐射20的二维强度分布I(X,Y)(位图)被分析评估装置24接收。在图1中示例性地示出在扫描逆反射器19时接收到的一维强度分布I(X)，该一维强度分布延伸通过二维强度分布I(X,Y)的中心点。借助图像分析评估算法确定出强度分布I(X,Y)的强度重心，在图1中所示的示例中，该强度重心相应于在X方向上以及在Y方向上的最大强度值，在所述示例中，激光射束6具有旋转对称的强度分布I(X,Y)。探测到的激光辐射20的强度分布I(X,Y)的重心构成逆反射器位置，即激光射束6的实际上应当与由控制装置23(原本)给扫描装置11预给定的额定位置XT,YT相一致的实际位置XP,YP。
在上面所说明的情况中，激光射束6的实际位置XP,YP或者说反射器位置与通过控制装置23(原本)给扫描装置11预给定的额定位置XT,YT之间存在偏差。例如通过求取额定位置XT,YT和实际位置XP,YP之间的差并且在控制装置23中相应地适配额定位置XT,YT来修正该偏差，使得实际位置XP,YP和额定位置XT,YT相一致。为此目的，分析评估装置24将所求出的实际位置XP,YP传输给控制装置23。
在图1所示的示例中，可以沿着用于施加粉末层3的装置17布置多个呈三维对象、例如呈透明球形式的逆反射器19，以便在加工区13的多个实际位置XP,YP处校准扫描装置11。多个逆反射器19尤其可以在Y方向上并排地布置，以便针对激光射束6的在Y方向上的多个实际位置XP,YP执行扫描装置11的校准。这尤其是有利的，因为在图1所示的示例1中，装置17的用于将粉末材料从粉末储存器18运送到粉末层3的区域中的运动轴线在X方向上延伸，使得装置17必要时是不可能沿Y方向运动的。而将装置17沿X方向移动就足以使得能在激光射束6在加工区13中沿X方向的不同实际位置XP,YP处校准扫描装置11。
图2示出加工机1，该加工机与图1所示的加工机1的不同之处基本上在于，该加工机具有与图1所示的照射装置4相同地构造的另外的照射装置4a，即所述另外的照射装置包括另外的扫描装置11a，用于将另外的激光射束6a在另外的加工区13a中定位，该另外的加工区13a与扫描装置11的加工区13部分地重叠。两个照射装置4,4a被用于制造同一三维构件，该三维构件类似于图1地通过局部熔化在图2中未示出的粉末层产生，这些粉末层被施放到被构造缸包围的载体14上。
在图2所示的示例中，呈校准板25形式的校准元件布置在加工腔室15中，该校准板借助(在图2中未示出的)用于施加粉末层3的装置17被装入到两个扫描装置11,11a的对应加工区13,13a中。在所示的示例中，校准板25已被直接放置在载体14上。
在图2所示的示例中，校准板25具有多个呈逆反射面区域形式的逆反射器19a-f，在它们之间形成多个非逆反射的、更确切地说将激光射束6吸收的面区域26a-e(在后面称为吸收面区域)。呈逆反射面区域形式的逆反射器19a-e在图2所示的示例中在逆反射膜上形成，微型球嵌入到所述逆反射膜中，以便产生逆反射特性。不同于图2所示，呈精密掩模形式的吸收面区域26a-e施加到逆反射膜上，即逆反射膜在相应的区域26a-e中被吸收面区域26a-e遮盖。逆反射膜施加到在图2中未示出的基底上。替代或者附加于吸收面区域26a-e，校准板25可具有散射面区域26a-e或反射但不逆反射的面区域26a-e。
类似于结合图1所说明的方法来借助校准板25校准扫描装置13,13a，并且区别仅在于激光射束6在加工区13中的实际位置XP,YP的求取。在校准板25的情况下，吸收面区域26a-e的位置精确已知，因为所述位置已经借助合适的测量方法事先测量出。
为了校准扫描装置11，使激光射束6沿着在加工区中13的一运动轨迹运动，在所述运动轨迹的情况下，驶越逆反射面区域19a-e和相邻的吸收面区域26a-e之间的至少一个边界。在激光射束6沿X方向运动时被呈光电二极管形式的探测器22测量出的强度I例如在逆反射面区域19b和邻接的吸收面区域26b之间的过渡部上具有跳变或显著的强度差ΔI。所探测到的激光辐射20的强度I中的所述差ΔI被分析评估装置24识别并且被配属给激光射束6在加工区13中的实际位置XP,YP。易于理解地，如果给扫描装置11预给定一额定轨迹——在该额定轨迹的情况下激光射束6驶越多个这样的边界，则可以针对在加工区13中的分别在一逆反射面区域19a-f和一吸收面区域24a-e之间的边界上形成的多个位置进行校准。
另外的扫描装置13a的校准类似地进行，即由校准板25反射回到所述另外的扫描装置13a中的另外的激光辐射20a——所述另外的激光辐射经由另外的聚焦装置10a和另外的偏转镜9a以及另外的成像装置到达另外的探测器22a——被另外的分析评估装置24a分析评估并且分析评估的结果被提供给另外的控制装置23a，以便将额定值XTa,YTa适配于由所述另外的分析评估装置24a求出的实际值XPa,YPa。由于使用一逆反射器19a-e——在所述逆反射器上，激光射束6的强度I的大份额被反射回到扫描装置11中并且所述另外的激光射束6a的强度I的大份额被反射回到所述另外的扫描装置11a中——，所以可以同时执行两个扫描装置11,11a的校准，而不出现明显测量误差，即求取激光射束6的实际位置XP,YP以及求取激光射束6a的实际位置XPa,YPa可以在时间上并行地执行。

Claims (14)

1.一种用于校准扫描装置(11)和一个另外的扫描装置(11a)的方法，所述扫描装置和所述另外的扫描装置用于将激光射束(6，6a)在加工区(13，13a)中定位，该方法包括：
-将至少一个逆反射器(19,19a-f)布置在所述扫描装置(11)的加工区(13)中，所述加工区在用于照射粉末层(3)的加工腔室(15)中形成，
-探测在以所述激光射束(6)驶越所述逆反射器(19,19a-f)时被反射回到所述扫描装置(11)中的激光辐射(20)，
-根据所探测到的激光辐射(20)求取出所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)，
以及
-校准所述扫描装置(11)，这通过根据所求取出的、所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)对给所述扫描装置(11)预给定的、所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的额定位置(XT,YT)进行修正来实现，其中，所述方法还包括：
校准所述另外的扫描装置(11a)，所述另外的扫描装置用于将另外的激光射束(6a)定位到在所述加工腔室(15)中形成的另外的加工区(13a)中，该校准包括：
-探测在以所述另外的激光射束(6a)驶越所述逆反射器(19a-f)时反射回到所述另外的扫描装置(11a)中的另外的激光辐射(20a)，
-根据所探测的所述另外的激光辐射(20a)求取出所述另外的激光射束(6a)在所述另外的加工区(13a)中的实际位置(XPa,YPa)，以及
-校准所述另外的扫描装置(11a)，这通过根据所求取出的、所述另外的激光射束(6a)在所述另外的加工区(13a)中的实际位置(XPa,YPa)对给所述另外的扫描装置(11a)预给定的额定位置(XTa,YTa)进行修正来实现，
-其中，所述激光射束(6)在呈逆反射面区域形式的至少一个逆反射器(19，19a-f)上被反射回到所述扫描装置(11)中，
-其中，至少一个非逆反射面区域(26a-e)邻接到所述逆反射面区域(19a-f)上，
-其特征在于，根据在所述逆反射面区域和非逆反射面区域(26a-e)之间的过渡部处的、所探测到的激光辐射(20)的强度(I)的差(ΔI)求取出所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)。
2.按照权利要求1所述的方法，在该方法中，所述逆反射器(19,19a-f)被自动化地布置在所述扫描装置(11)的加工区(13)中。
3.按照权利要求2所述的方法，在该方法中，所述逆反射器(19,19a-f)在用于施加粉末层(3)的可运动装置(17)上运动到所述扫描装置(11)的加工区(13)中。
4.按照前述权利要求中任一项所述的方法，在该方法中，所述激光射束(6)在呈三维对象形式的逆反射器(19，19a-f)上被反射回到所述扫描装置(11)中。
5.按照权利要求4所述的方法，在该方法中，根据所探测的反射回的激光辐射(20)的强度分布(I(X,Y))求取所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，在该方法中，使用领航激光射束作为用于校准所述扫描装置(11)的激光射束(6)。
7.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，在该方法中，所述激光射束(6)的实际位置(XP,YP)的求取和所述另外的激光射束(6a)的实际位置(XPa,YPa)的求取被同时执行。
8.按照权利要求4所述的方法，在该方法中，所述逆反射器呈透明球(19)形式构造。
9.一种用于通过照射粉末层(3)制造三维构件(2)的加工机(1)，包括：
-照射装置(4)，该照射装置具有扫描装置(11)，用于将激光射束(6)在加工区(13)中定位；
-加工腔室(15)，在该加工腔室中形成所述加工区(13)，并且，该加工腔室具有载体(14)，用于施放所述粉末层(3)；
-至少一个逆反射器(19,19a-f)，所述逆反射器布置在所述扫描装置(11)的加工区(13)中；
-探测器(22)，用于探测在以所述激光射束(6)驶越所述逆反射器(19,19a-f)时从该逆反射器(19,19a-f)反射回到所述扫描装置(11)中的激光辐射(20)；
-分析评估装置(24)，用于根据所探测到的激光辐射(20)求取出所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)，以及
-控制装置(23)，用于预给定所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的额定位置(XT,YT)，其中，所述控制装置(23)构造为根据所求取出的实际位置(XP,YP)修正预给定的额定位置(XT,YT)，
还包括：
-另外的扫描装置(11a)，用于将另外的激光射束(6a)在另外的加工区(13a)中定位；
-另外的探测器(22a)，用于探测在以所述另外的激光射束(6a)驶越所述逆反射器(19,19a-f)时被该逆反射器(19,19a-f)反射回到所述另外的扫描装置(11a)中的另外的激光辐射(20a)；
-另外的分析评估装置(24a)，用于根据所探测的所述另外的激光辐射(20a)求取出所述另外的激光射束(6a)在所述另外的加工区(13a)中的实际位置(XPa,YPa)，以及
-另外的控制装置(23a)，用于预给定所述另外的激光射束(6a)在所述另外的加工区(13a)中的额定位置(XTa,YTa)，其中，所述另外的控制装置(23a)构造为用于根据所求取出的实际位置(XPa,YPa)修正预给定的额定位置(XTa,YTa)，
-其中，所述激光射束(6)在呈逆反射面区域形式的至少一个逆反射器(19，19a-f)上被反射回到所述扫描装置(11)中，
-其中，至少一个非逆反射面区域(26a-e)邻接到所述逆反射面区域(19a-f)上，
-其特征在于，根据在所述逆反射面区域和非逆反射面区域(26a-e)之间的过渡部处的、所探测到的激光辐射(20)的强度(I)的差(ΔI)求取出所述激光射束(6)在所述加工区(13)中的实际位置(XP,YP)。
10.按照权利要求9所述的加工机，该加工机还包括：运动装置(17)，用于使所述至少一个逆反射器(19,19a-f)运动到所述扫描装置(11)的加工区(13)中。
11.按照权利要求10所述的加工机，在该加工机中，用于使所述至少一个逆反射器(19,19a-f)运动到所述扫描装置(11)的加工区(13)中的运动装置构造为用于施加粉末层(3)的装置。
12.按照权利要求9至11中任一项所述的加工机，在该加工机中，所述逆反射器构造为三维对象，或所述逆反射器构造为逆反射面区域。
13.按照权利要求9至11中任一项所述的加工机，在该加工机中，所述探测器(22)构造为二极管。
14.按照权利要求12所述的加工机，在该加工机中，所述逆反射器构造为透明球(19)。
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10618131B2 (en) 2014-06-05 2020-04-14 Nlight, Inc. Laser patterning skew correction
DE102015202347A1 (de) * 2015-02-10 2016-08-11 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bestrahlungseinrichtung, Bearbeitungsmaschine und Verfahren zum Herstellen einer Schicht eines dreidimensionalen Bauteils
US11179807B2 (en) 2015-11-23 2021-11-23 Nlight, Inc. Fine-scale temporal control for laser material processing
CN108367389B (zh) 2015-11-23 2020-07-28 恩耐公司 激光加工方法和装置
US10730785B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Optical fiber bending mechanisms
EP3519871A1 (en) 2016-09-29 2019-08-07 NLIGHT, Inc. Adjustable beam characteristics
DE102016124695A1 (de) * 2016-12-16 2018-06-21 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Belichtungseinrichtung für eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte
US11389896B2 (en) * 2017-04-04 2022-07-19 Nlight, Inc. Calibration test piece for galvanometric laser calibration
CN110651218B (zh) * 2017-04-04 2022-03-01 恩耐公司 用于检流计扫描仪校准的设备、系统和方法
DE102018205403A1 (de) * 2018-04-11 2019-10-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Kalibrieren einer Bearbeitungsmaschine und Bearbeitungsmaschine
DE102018206552A1 (de) * 2018-04-27 2019-10-31 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Bearbeitungsmaschine zum schichtweisen Herstellen von dreidimensionalen Bauteilen
JP7084508B2 (ja) * 2018-06-28 2022-06-14 スリーディー システムズ インコーポレーテッド レーザ較正システムを備えた三次元プリントシステム
EP3611008A1 (en) * 2018-08-15 2020-02-19 Concept Laser GmbH Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
EP3650204B1 (en) * 2018-11-06 2023-03-29 Concept Laser GmbH Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
DE102018219301A1 (de) * 2018-11-12 2020-05-14 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zum Erfassen eines Arbeitsbereichs einer generativen Fertigungsvorrichtung sowie Fertigungsvorrichtung zum generativen Fertigen von Bauteilen aus einem Pulvermaterial
US20220143744A1 (en) * 2018-12-21 2022-05-12 Arcam Ab Method and apparatus for providing illumination in an additive manufacturing process
EP3708341A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-16 Concept Laser GmbH Apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
US11525968B2 (en) 2019-03-14 2022-12-13 Nlight, Inc. Calibration validation using geometric features in galvanometric scanning systems
US11579440B2 (en) 2019-03-14 2023-02-14 Nlight, Inc. Focus assessment in dynamically focused laser system
DE102019116214A1 (de) * 2019-06-14 2020-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Referenzierung und Kalibrierung einer Laseranlage
US11666988B2 (en) * 2019-07-22 2023-06-06 Hamilton Sundstrand Corporation Additive manufacturing machine condensate monitoring
CN114302782B (zh) * 2019-08-27 2024-04-26 尼康Slm方案股份公司 使用增材制造技术制造三维工件的设备和系统
US11260600B2 (en) * 2019-10-31 2022-03-01 Concept Laser Gmbh Method for calibrating an irradiation device for an apparatus for additively manufacturing three-dimensional objects
GB202010315D0 (en) 2020-07-06 2020-08-19 Renishaw Plc Improvements in or relating to an optical scanner for directing electromagnetic radiation to different locations within a sacn field
US20220111599A1 (en) * 2020-10-14 2022-04-14 General Electric Company Systems and methods for handling optical anomalies on optical elements of an additive manufacturing machine
WO2022192368A1 (en) * 2021-03-10 2022-09-15 Nikon Corporation Systems and methods for improving accuracy in three-dimensional printing processes
WO2023117606A1 (en) * 2021-12-21 2023-06-29 SLM Solutions Group AG Method and device for calibrating an optical system
DE102022108442A1 (de) 2022-04-07 2023-10-12 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren zur schichtweisen Fertigung wenigstens eines Objekts, mit schrittweiser Aktualisierung der Koordinatentransformation von Scannern
NL2033096B1 (en) * 2022-09-21 2024-03-26 Additive Ind Bv An apparatus for producing an object by means of additive manufacturing and a method of calibrating the apparatus

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0331962A1 (fr) * 1988-02-29 1989-09-13 Framatome Système d'alignement d'un faisceau de puissance
CN1333713A (zh) * 1998-07-13 2002-01-30 西门子公司 工件激光加工装置的校准方法和装置
CN101821081A (zh) * 2007-08-23 2010-09-01 3D系统公司 利用激光扫描反射计的自动几何校准
WO2016085334A2 (en) * 2014-11-24 2016-06-02 Additive Industries B.V. Apparatus for producing an object by means of additive manufacturing

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5123024A (en) * 1991-08-06 1992-06-16 General Scanning, Inc. Apparatus and method for controlling the light intensity of a laser diode
EP0758952B1 (de) * 1994-05-13 1998-04-08 EOS GmbH ELECTRO OPTICAL SYSTEMS Verfahren und vorrichtung zum herstellen dreidimensionaler objekte
DE19923821A1 (de) 1999-05-19 2000-11-23 Zeiss Carl Jena Gmbh Verfahren und Anordnung zur Lageerfassung einer mit einem Laser-Scanner abzutastenden Fläche
DE10131610C1 (de) 2001-06-29 2003-02-20 Siemens Dematic Ag Verfahren zur Kalibrierung des optischen Systems einer Lasermaschine zur Bearbeitung von elektrischen Schaltungssubstraten
US7629234B2 (en) * 2004-06-18 2009-12-08 Electro Scientific Industries, Inc. Semiconductor structure processing using multiple laterally spaced laser beam spots with joint velocity profiling
US7659989B2 (en) * 2007-06-29 2010-02-09 Coherent, Inc. Focus determination for laser-mask imaging systems
SG152090A1 (en) * 2007-10-23 2009-05-29 Hypertronics Pte Ltd Scan head calibration system and method
JP4258567B1 (ja) * 2007-10-26 2009-04-30 パナソニック電工株式会社 三次元形状造形物の製造方法
KR20110059724A (ko) * 2008-08-26 2011-06-03 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 레이저 재료 제거 방법 및 장치
DE102010060958A1 (de) * 2010-12-02 2012-06-06 Scanlab Ag Laserbearbeitungsvorrichtung sowie Positionsermittlungsvorrichtung und Strukturermittlungsvorrichtung für eine Laserbearbeitungsvorrichtung
JP5385356B2 (ja) 2011-10-21 2014-01-08 株式会社片岡製作所 レーザ加工機
DE102012100721B3 (de) * 2012-01-30 2013-04-11 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zum Regeln eines Laserschneidprozesses und Laserschneidmaschine
CN103676420B (zh) 2012-09-04 2015-08-19 光宝科技股份有限公司 具有相位检测及补偿功能的激光扫描式投影装置
DE102012110646A1 (de) * 2012-11-07 2014-05-08 Scanlab Ag Vorrichtung und Verfahren zum Bereitstellen eines Lichtstrahls
EP2746807A1 (de) * 2012-12-20 2014-06-25 Leica Geosystems AG Selbstkalibrierender Lasertracker und Selbstkalibrierungsverfahren
CN103149509B (zh) * 2013-02-05 2016-07-06 宁波光之瞳光电科技有限公司 可定位测距电晕紫外探测仪
DE102013208651A1 (de) * 2013-05-10 2014-11-13 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren zum automatischen Kalibrieren einer Vorrichtung zum generativen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102013213547A1 (de) * 2013-07-10 2015-01-15 Eos Gmbh Electro Optical Systems Kalibriereinrichtung und Kalibrierverfahren für eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines Objekts
FR3010785B1 (fr) * 2013-09-18 2015-08-21 Snecma Procede de controle de la densite d'energie d'un faisceau laser par analyse d'image et dispositif correspondant
GB201317974D0 (en) 2013-09-19 2013-11-27 Materialise Nv System and method for calibrating a laser scanning system
GB201316815D0 (en) * 2013-09-23 2013-11-06 Renishaw Plc Additive manufacturing apparatus and method
BE1024052B1 (nl) * 2013-12-03 2017-11-08 Layerwise N.V. Werkwijze en inrichting voor het kalibreren van meerdere energiestralen voor het additief vervaardigen van een object
DE102015103389A1 (de) * 2015-03-09 2016-09-15 Schultheiss Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur einer inhomogenen Intensitätsverteilung eines von einer Strahlungsquelle erzeugten Strahlungsfeldes

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0331962A1 (fr) * 1988-02-29 1989-09-13 Framatome Système d'alignement d'un faisceau de puissance
CN1333713A (zh) * 1998-07-13 2002-01-30 西门子公司 工件激光加工装置的校准方法和装置
CN101821081A (zh) * 2007-08-23 2010-09-01 3D系统公司 利用激光扫描反射计的自动几何校准
WO2016085334A2 (en) * 2014-11-24 2016-06-02 Additive Industries B.V. Apparatus for producing an object by means of additive manufacturing

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