CN110394445B - 用于校准增材制造机器的熔池监测系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于校准增材制造机器(100)的熔池监测系统(200)的系统和方法包括在机器(100)上安装校准系统(230)并执行校准过程。具体地，校准系统(230)包括校准平台(232)，其能够可拆卸地安装到增材制造机器(100)的构建平台(110)并且具有安装在其上用于限定测量标准的校准电磁能量源(240)。生成的电磁能量由熔池监测系统(200)测量，并与已知的测量标准进行比较，以确定系统调节是否会改进工艺容差或一致性。

Description

用于校准增材制造机器的熔池监测系统的系统和方法
技术领域
本公开大体涉及增材制造机器，或更具体地，涉及用于增材制造机器的校准系统。
背景技术
与减材制造方法相比，增材制造(AM)工艺通常涉及一种或多种材料的堆积以制造网状或近网状(NNS)物体。虽然“增材制造”是行业标准术语(ISO/ASTM52900)，但AM涵盖了各种名称下的各种制造和原型制作技术，包括自由形式制造，3D打印，快速原型制作/加工等。AM技术能够从各种材料制造复杂的部件。通常，独立物体可以由计算机辅助设计(CAD)模型制造。
特定类型的AM工艺使用能量源，例如辐射发射引导装置，其引导能量束，例如电子束或激光束，以烧结或熔化粉末材料，产生固体三维物体，其中粉末材料颗粒粘合在一起。AM工艺可以使用不同的材料系统或添加剂粉末，例如工程塑料，热塑性弹性体，金属和/或陶瓷。激光烧结或熔化是一种值得注意的AM工艺，用于快速制造功能原型和工具。应用包括复杂工件的直接制造，熔模铸造的模式，注塑和压铸的金属模具，以及用于砂型铸造的模具和型芯。制造原型物体以在设计周期中增强通信和概念测试是AM工艺的其他常见用法。
选择性激光烧结，直接激光烧结，选择性激光熔化和直接激光熔化是用于指通过使用激光束烧结或熔化细粉末来产生三维(3D)物体的常用工业术语。更准确地说，烧结需要在低于粉末材料熔点的温度下熔化(凝聚)粉末颗粒，而熔化需要使粉末颗粒完全熔化以形成固体均匀物质。与激光烧结或激光熔化相关的物理过程包括向粉末材料的热传递，然后烧结或熔化粉末材料。虽然激光烧结和熔化工艺可应用于广泛的粉末材料，但生产途径的科学和技术方面(例如，烧结或熔化速率以及加工参数对层制造工艺中微观结构演变的影响)还没有被很好地理解。这种制造方法伴随着多种模式的热量，质量和动量传递，以及使该工艺非常复杂的化学反应。
在直接金属激光烧结(DMLS)或直接金属激光熔化(DMLM)期间，设备通过使用能量束烧结或熔化粉末材料以逐层方式构建物体。待由能量束熔化的粉末均匀地散布在构建平台上的粉末床上，并且能量束在辐射发射引导装置的控制下烧结或熔化正在构建的物体的横截面层。降低构建平台，将另一层粉末铺在粉末床和正在制造的物体上，然后连续熔化/烧结粉末。重复该过程，直到部件完全由熔化/烧结的粉末材料构建成。
在完成部件的制造之后，可以对部件应用各种后处理程序。后处理程序包括通过例如吹气或抽真空除去过量的粉末。其他后处理程序包括应力消除过程。此外，热，机械和化学后处理程序可用于完成部件。
为了监测增材制造工艺，某些传统的增材制造机器包括熔池监测系统。这些监测系统通常包括一个或多个照相机或光传感器，用于检测从能量束产生的熔池中辐射或以其他方式发射的光。照相机或传感器值可用于在构建过程完成期间或之后评估构建质量。质量评估可用于调节构建过程，停止构建过程，对构建过程异常进行故障排除，向机器操作员发出警告，和/或识别由构建导致的可疑或劣质部件。然而，这种熔池监测系统通常不经过校准，使得当比较来自多台机器的数据时，无法确定照相机或传感器信号的变化是增材制造工艺或熔池变化的产物，还是熔池监测系统本身变化的产物。在实践中，增材制造主要用于原型制作和小批量生产，其中熔池监测用作研究和开发工具而不是部件质量评估。最近出现的批量生产应用，其中构建到构建和机器到机器的可重复性更为关键，突出了熔池监控作为质量工具的价值。
因此，具有改进的校准特征的增材制造机器将是有用的。更具体地，用于校准增材制造机器的熔池监测系统的系统和方法将是特别有益的。
发明内容
方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中显而易见，或者可以通过实践本发明来学习。
根据本主题的一个实施例，提供了一种校准增材制造机器的熔池监测系统的方法。该方法包括在增材制造机器中的一个或多个固定位置照射一个或多个电磁能量源，并使用熔池监测系统测量从一个或多个电磁能量源发出的电磁能量。该方法还包括将测量的电磁能量与测量标准进行比较并调节熔池监测系统，使得与测量的电磁能量相关联的信号与测量标准实质上相同。
根据另一示例性实施例，提供了一种用于增材制造机器的熔池监测系统的校准系统。校准系统包括可定位在增材制造机器内的期望位置处的灯安装机构和安装到灯安装机构的一个或多个电磁能量源，一个或多个电磁能量源在被照明时限定测量标准。
参考以下描述和所附权利要求，将更好地理解这些和其他特征，方面和优点。包含在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的某些原理。
附图说明
参考附图，本说明书中阐述了指向本领域普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式。
图1示出了根据本主题的示例性实施例的增材制造机器的示意图。
图2示出了根据本主题的示例性实施例的图1的示例性增材制造机器的构建平台的特写示意图。
图3示出了根据本主题的示例性实施例的图1的示例性增材制造机器的校准组件。
图4示出了根据本主题的另一示例性实施例的图1的示例性增材制造机器的校准组件。
图5是根据本公开的一个实施例的校准增材制造机器的方法。
在本说明书和附图中重复使用的附图标记旨在表示本发明的相同或类似的特征或元件。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释本发明，而不是限制本发明。事实上，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以产生又一个实施例。因此，本发明旨在覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
如本文所使用的，术语“第一”，“第二”和“第三”可以互换使用以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。另外，如这里所使用的，近似项，例如“大致”，“实质上”或“大约”，是指误差在百分之十以内。
一种用于校准增材制造机器的熔池监测系统的系统和方法包括在机器上安装校准系统并执行校准过程。具体地，校准系统包括校准平台，该校准平台可拆卸地安装到增材制造机器的构建平台，并且具有安装在其上的校准电磁能量源，用于限定测量标准。产生的电磁能量由熔池监测系统测量，并与已知的测量标准进行比较，以确定系统调节是否会改善工艺容差或一致性。
参考图1，将根据示例性实施例描述诸如DMLS或DMLM系统100的激光粉末床融合系统。如图所示，系统100包括固定外壳102，其提供用于执行增材制造工艺的无污染且受控制的环境。在这方面，例如，外壳102用于隔离和保护系统10的其他部件。另外，外壳102可以设置有适当的保护气体流，例如氮气，氩气或其他合适的气体或气体混合物。在这方面，外壳102可以限定气体入口104和气体出口106，用于接收气流以产生静态加压体积的气体或动态气体流。
外壳102通常可以包含AM系统100的一些或所有部件。根据示例性实施例，AM系统100通常包括定位在外壳102内的工作台110，粉末供应器112，刮刀或重涂覆机构114，溢流容器或贮存器116，以及构建平台118。另外，能量源120产生能量束122，并且束流转向设备124引导能量束122以促进AM工艺，如下面更详细描述的。下面将更详细地描述这些部件中的每一个。
根据所示实施例，工作台110是限定平面构建表面130的刚性结构。另外，平面构建表面130限定构建开口132可通过该构建开口132进入构建室134。更具体地，根据所示实施例，构建室134至少部分地由竖直壁136和构建平台118限定。另外，构建表面130限定供应开口140和贮存器开口144，添加剂粉末142可以通过供应开口140从粉末供应器112供应，过量的添加剂粉末142可以通过贮存器开口144进入溢流贮存器116。可选择性地对收集的添加剂粉末进行处理，以在重新使用之前筛出松散的凝聚颗粒。
粉末供应器112通常包括添加剂粉末供应容器150，其通常包含一定量的添加剂粉末142，足以用于特定部件的一些或全部增材制造工艺。另外，粉末供应器112包括供应平台152，供应平台152是可在粉末供应容器150内沿竖直方向移动的板状结构。更具体地，供应致动器154竖直支撑供应平台152并且在增材制造工艺中选择性地上下移动供应平台152。
AM系统100还包括重涂覆机构114，其是靠近构建表面130的刚性横向伸长结构。例如，重涂覆机构114可以是硬刮刀，软刮板或辊。重涂覆机构114可操作地联接到重涂覆致动器160，重涂覆致动器160可操作以沿着构建表面130选择性地移动重涂覆机构114。另外，平台致动器164可操作地联接到构建平台118，并且通常可操作用于在构建过程期间沿竖直方向移动构建平台118。虽然致动器154，160和164被示出为液压致动器，但是应当理解，根据替代实施例，可以使用任何其他类型和构造的致动器，例如气动致动器，液压致动器，滚珠丝杠线性电致动器，或者任何其他合适的竖直支撑装置。其他构造是可能的并且在本主题的范围内。
能量源120可包括任何已知的装置，其可操作以产生合适功率的束和其他操作特性，以在构建过程中熔化和熔合金属粉末。例如，能量源120可以是激光器。诸如电子束枪的其他引导能量源是激光器的合适替代品。
根据示例性实施例，束流转向设备124包括一个或多个镜子，棱镜，透镜和/或电磁体，其可操作地与合适的致动器联接并且布置成引导和聚焦能量束122。在这方面，例如，束流转向设备124可以是检流计扫描器，其在激光熔化和烧结过程期间使由能量源120发射的激光束122的焦点移动或扫描跨越构建表面130。在这方面，能量束122可以聚焦到期望的斑点尺寸并且转向到与构建表面130重合的平面中的期望位置。粉末床融合技术中的检流计扫描器通常具有固定位置，但是其中包含的可移动镜/透镜允许控制和调节激光束的各种特性。应当理解，可以使用其他类型的能量源120，其可以使用和替代束流转向设备124。例如，如果能量源120是用于引导电子束的电子控制单元，则束流转向设备124可以是，例如偏转线圈。
在增材制造工艺之前，可降低供应致动器160以将期望组成的粉末142(例如，金属，陶瓷和/或有机粉末)供应到供应容器150中。另外，平台致动器164可以将构建平台118移动到初始高位置，例如，使得它基本上与构建表面130齐平或共面。然后通过选定的层增量将构建平台118降低到构建表面130下方。层增量影响增材制造工艺的速度和正在制造的部件或部分170的分辨率。作为示例，层增量可以是约10至100微米(0.0004至0.004英寸)。
然后在通过能量源120熔合之前将添加剂粉末沉积在构建平台118上。具体地，供应致动器154可以升高供应平台152以将粉末推过供应开口140，从而将其暴露在构建表面130上方。然后可以通过重涂覆致动器160使重涂器机构114在构建表面130上移动，以将升高的添加剂粉末142水平地铺展在构建平台118上(例如，以选定的层增量或厚度)。当重涂器机构114从左向右通过时，任何过量的添加剂粉末142通过贮存器开口144落入溢流贮存器116中(如图1所示)。随后，重涂覆机构114可以移回到起始位置。调平的添加剂粉末142可以被称为“构建层”172(参见图2)，并且其暴露的上表面可以被称为构建表面130。当构建平台118在构建过程中下降到构建室134中时，构建室134和构建平台118共同围绕并支撑大量添加剂粉末142以及正在构建的任何部件。该大量的粉末通常被称为“粉末床”，并且这种特定种类的增材制造工艺可称为“粉末床工艺”。
在增材制造工艺期间，引导能量源120用于熔化正在构建的部件170的二维横截面或层。更具体地，能量束122从能量源120发射，并且束流转向设备26用于以适当的模式使能量束122的焦点174转向到暴露的粉末表面上。围绕焦点174的添加剂粉末142的一小部分暴露层，在本文中称为“焊池”或“熔池”或“热影响区”176(在图2中最佳示出)由能量束122加热到允许其烧结或熔化，流动和固结的温度。例如，熔池176的宽度可以为100微米(0.004英寸)。该步骤可称为熔合添加剂粉末142。
构建平台118通过层增量竖直向下移动，并且另一层添加剂粉末142以相似的厚度施加。引导能量源120再次发射能量束122，并且束流转向设备124用于以适当的模式使能量束122的焦点174转向到暴露的粉末表面上。暴露的添加剂粉末层142被能量束122加热到允许其在顶层内和与较低的预先固化的层烧结或熔化，流动和固结的温度。重复移动构建平台118，施加添加剂粉末142，然后引导能量束122以熔化添加剂粉末142的循环，直到整个部件170完成。
如上面简要说明的，当能量源120和束流转向设备124将能量束122(例如激光束或电子束)引导到粉末床或构建表面130上时，添加剂粉末142被加热并开始熔化进入熔池176中，其中，它们可以熔合以形成最终部件170。值得注意的是，加热的材料以可见光和不可见光的形式发射电磁能量。一部分的引导能量束被反射回到检流计扫描器或束流转向设备124中，并且一部分通常在外壳102内的所有其他方向上散射。一般而言，监测发射和/或反射的电磁能量可用于改进工艺监测和控制。下面根据示例性实施例描述用于监控增材制造工艺的示例性系统，包括两种示例性类型的监控传感器。
仍然参考图1，将根据本主题的示例性实施例描述熔池监测系统200，其可以与系统100一起用于监测熔池176和制造工艺。熔池监测系统200包括一个或多个电磁能量传感器，例如光传感器，用于测量从熔池176发射或由熔池176反射的可见或不可见电磁能量的量。更具体地，根据所示实施例，熔池监测系统200包括两个轴上光传感器202和一个固定的轴外光传感器204。下面将根据示例性实施例描述这些传感器202，204中的每一个。然而，应当理解，熔池监测系统200可以包括用于检测熔池176的电磁能量和其他性质或一般过程的任何其他合适类型，数量和构造的传感器。
如本文所使用的，“束线”或“轴上”熔池传感器202指的是通常沿能量束122的路径定位的传感器。这些传感器可以监视沿束路径返回的发射和/或反射光。具体地，当能量束122形成熔池176时，从熔池176发射和反射的电磁能量的一部分沿着相同的路径返回到能量源120。轴上传感器202可包括沿束线定位的分束器206，其可包括用于将一部分电磁能量向束线感测元件208重新引导的涂层。在这方面，例如，感测元件208可以是光电二极管，高温计，光学相机，红外(IR)相机，或构造用于测量任何频谱(例如红外(IR)，紫外(UV)，可见光等)中的电磁能量的光谱传感器。轴上传感器202可以测量滤波的反射束的任何合适的参数，例如强度，频率，波长等。
另外，如本文所用，“固定”或“轴外”熔池传感器204指的是通常相对于熔池176具有固定位置并且用于测量由能量束122和熔池176在指定的视野内产生的电磁能量的传感器。另外，固定熔池传感器204可包括任何合适的装置，例如光电二极管或红外(IR)相机。轴外熔池传感器204可以以类似于轴上熔池传感器202的方式操作，但是不位于束线上并且包括感测元件208，感测元件208通常被构造用于监测来自熔池176的散射电磁能量。
根据本主题的示例性实施例，熔池监测系统200还可包括一个或多个滤波器210，用于在电磁能量到达相应传感器202，204的感测元件208之前对其进行滤波。例如，滤波器210可以去除能量束122的波长，使得传感器202，204仅监测反射的电磁能量。或者，滤波器210可以构造用于去除其他不需要的波长，以改善熔池176的监测或一般的过程。
熔池监测系统200还包括控制器220，其与轴上光传感器202和/或轴外光传感器204可操作地联接，用于接收与检测到的电磁能量相对应的信号。控制器220可以是用于熔池监测系统200的专用控制器，或者可以是用于操作AM系统100的系统控制器。控制器220可以包括一个或多个存储器设备和一个或多个微处理器，例如可操作以执行与增材制造工艺或工艺监测相关联的编程指令或微控制代码的通用或专用微处理器。存储器可以表示诸如DRAM的随机存取存储器，或诸如ROM或FLASH的只读存储器。在一个实施例中，处理器执行存储在存储器中的编程指令。存储器可以是与处理器分开的部件，或者可以包括在处理器内。或者，可以在不使用微处理器的情况下建造控制器220，例如，使用分立的模拟和/或数字逻辑电路(诸如开关，放大器，积分器，比较器，触发器，与门等)的组合来执行控制功能而不是依赖软件。
如上面简要说明的，传统的熔池监测系统未经校准。此外，当设置多个增材制造机器以制造一系列相同的部件时，这些机器中的每一个上的熔池监测系统可具有略微不同的响应特性。因此，本主题的各方面指向校准用于增材制造机器的熔池监测系统的系统和方法。
现在具体参考图3和图4，将描述根据本主题的示例性实施例的可用于校准增材制造系统100的熔池监测系统200的校准系统230。虽然本文提供了校准系统230的示例性实施例并且具体地描述为用于校准熔池监测系统200，但是应当理解，根据替代实施例，校准系统230可以包括修改和变化，例如，为特定的机器设置提供更定制的校准。这里描述的示例性实施例并不旨在限制本主题的范围。
如图所示，校准系统230包括校准平台232，校准平台232能够可拆卸地安装到增材制造系统100的构建平台118。在这方面，校准平台232可以是刚性的平面安装结构，其可以安装在任何合适的增材制造机器中，使得校准平台232的位置相对于熔池监测系统200处于已知位置。例如，校准平台232可以具有与构建平台118相同的尺寸(例如，在由构建表面130限定的水平平面中)。以这种方式，通过将校准平台232通过构建开口132定位，竖直壁136可以确保校准平台232重复地定位在固定的已知位置和取向上。
根据示例性实施例，校准平台232限定一个或多个对准特征234，其被构造用于接合构建平台118上或AM机器100的构建平台位置上限定的互补特征236。更具体地，例如，对准特征234可以是从校准平台232朝向构建平台118向下延伸的螺栓，并且互补特征236可以是在构建平台118中限定的用于接收螺栓的孔。值得注意的是，每个增材制造机器可以包括相同的构建平台118，其具有相同的互补特征236，用于接收对准特征234。以这种方式，构建平台118可以通过具有固定的相对位置而从一个机器移动到另一个机器，该相对位置可以由控制器220知道以实现精确和改进的校准过程。
另外，校准系统230包括一个或多个校准光源240，其在固定的已知位置安装到校准平台232。经校准的光源240通常被构造用于在被照射时定义测量标准(例如光校准标准)。在这方面，例如，校准光源240可以产生具有已知发射强度，波长任务，发射面积或电磁能量的任何其他合适的可测量数量或质量的电磁能量。应当理解，如本文所使用的，“测量标准”可以互换使用，以指代由校准光源240产生的实际电磁能量或者当测量该电磁能量时由熔池监测系统200产生的信号。
通常，校准光源240可以是任何电磁能量源，例如发光二极管(LED)，激光器，卤素灯泡，白炽灯泡，辉光棒，光纤耦合光源，黑体发射器，或具有已知发射强度，波长任务，发射面积或电磁能量的任何其他合适的可测量数量或质量的任何其他电磁发射装置。术语“光源”和“电磁能量源”在本文中可互换使用。
根据所示实施例，校准系统230包括安装在校准平台232的中心的单个校准光源240。在这方面，校准系统230可以包括安装结构242，安装结构242可以包括一个或多个支柱，板条或其他支撑件，以将校准光源240保持在其固定位置。尽管在示例性实施例中示出了单个校准光源240，但是应当理解，根据替代实施例，可以使用任何合适数量，类型和定位的校准光源240来实现分别与多个激光器系统相关联的多个传感器的校准，和/或解释由于光学系统设计导致的传感器响应的正常空间变化。例如，根据另一实施例，校准系统230包括在校准平台232上彼此等距间隔的四个校准光源240(例如，靠近校准平台232的四个角中的每一个)。
另外，校准光源240可以使用任何其他合适的装置或机构定位在AM系统100内的固定位置，这里可以将其称为光安装机构。例如，根据另一示例性实施例，一个或多个校准光源240可以安装到安装在构建室134一侧的可伸缩臂(未示出)。以这种方式，在制造工艺之前，可伸缩臂可以延伸以将光源240定位在期望位置，可以执行校准过程，并且可以在开始构建之前缩回臂。其他合适的安装结构和解决方案也是可能的并且在本主题的范围内。
现在具体参考图4，校准系统230还可包括定位在一个或多个校准光源240上方的光屏244。光屏244通常可以是用于过滤，引导或以其他方式操纵由校准光源240产生的光的任何设备。以这种方式，光屏244可以与校准光源240结合使用，以定义用于校准熔池监测系统200的测量标准。例如，根据所示实施例，光屏244位于定位在校准光源240上方的实心板中，并限定一个或多个孔246，其限定固定发射区域。另外，可以选择校准光源240以通过任何其他合适的机制限定固定发射区域。例如，根据另一示例性实施例，光源240可以是具有固定发射区域的光纤耦合光源，LED或激光器。
值得注意的是，根据示例性实施例，校准系统230可以在多个增材制造机器之间移动，以在所有机器上提供一致的校准值。如本文所用，“校准”通常可以用于指代将来自传感器的测量值与已知值或校准信号标准进行比较的过程。在这方面，例如，校准系统230可以生成已知的“测量标准”，其可以由一个或多个光传感器测量，例如熔池监测系统200的传感器202，204。可以调节传感器参数，直到传感器的输出指示基本上等于测量标准的测量光。或者，控制器220可以构造成补偿测量光和测量标准之间的差异。以这种方式，可以使用已知值(测量标准)和未知值(测量光)之间的关系来调节传感器输出并降低测量不确定性。
通过基于一组增材制造机器对校准系统230产生的光的响应(即，测量标准)调节一组增材制造机器中的所有熔池监测系统200，在部件的增材制造期间获得的后续测量可以是该工艺和熔池特性的可靠的指示器。控制器220可以被构造用于接收，操纵和使用该信息以进行必要的工艺校正，以通过单个机器实现更高的精度，并且在已经类似地校准的一组机器之间实现更一致性。
应当理解，本文示出和描述AM系统100，熔池监测系统200和校准系统230仅用于说明本主题的各方面。然而，本主题的范围不限于这些示例性实施例，而是被设想为包括包括变型和修改的实施例。例如，虽然这里将致动器示出为液压致动器，但是根据替代实施例可以使用其他合适类型和构造的致动器。另外，可以使用其他合适的形式和/或类型的粉末供应器112，例如粉末容器，其沿着构建表面130移动，同时以预定的流速沉积添加剂粉末。此外，可以使用任何合适的束流转向设备124的构造，例如，基于所产生的能量束122的类型。其他构造是可能的并且在本主题的范围内。
现在已经根据本主题的示例性实施例描述了AM系统100，熔池监测系统200和校准系统230的建造和构造，将根据本主题的示例性实施例描述用于校准增材制造系统的工艺监控系统的示例性方法300。方法300可用于校准AM系统100的熔池监测系统200，或任何其他合适的增材制造机器。在这方面，例如，控制器220可以被构造用于实施方法300的一些或所有步骤。此外，应当理解，这里仅讨论示例性方法300以描述本主题的示例性方面，并且不旨在限制。
现在参考图5，方法300包括，在步骤310，从增材制造机器的构建平台上的一个或多个固定位置照射一个或多个校准光源。例如，继续上述示例，校准系统230的校准平台232可以安装到构建平台118。根据示例性实施例，由校准平台232限定的对准特征234(例如，螺栓)可以与构建平台118中限定的互补特征236(例如，孔)对准，以确保校准平台232相对于构建平台118和熔池监测系统200的适当定位和取向。
步骤320包括使用熔池监测系统测量从一个或多个校准光源发射的光。在这方面，可以照射安装在校准平台232上的一个或多个校准光源240，并且可以(例如通过熔池监测系统200的轴上传感器202和/或轴外传感器204)测量产生的电磁能量。另外，应当理解，根据示例性实施例，少于全部的一个或多个校准光源可以被照射，并且可以被顺序照射以产生测量标准。
根据示例性实施例，可以通过将增材制造机器的束流转向设备124调节到与一个或多个校准光源240中的每一个相关联的一个或多个位置来测量光。在这方面，束流转向设备124可以被定向为好像它将能量束122引导朝向每个校准光源240，并且当束流转向设备124处于一个或多个位置中的每一个时，可以从熔池监测系统200收集数据。根据一个实施例，一个或多个滤波器可以定位在由一个或多个校准光源240产生的光路中。
步骤330包括获得由一个或多个校准光源产生的测量标准。如上所述，测量标准由校准光源240及其各自的位置，发射特性等限定。另外，根据示例性实施例，光屏可以安装在校准平台的至少一部分的上方，光屏限定一个或多个孔。用于限定发射区域的孔或其他合适的机构可以进一步限定测量标准。
步骤340包括将测量的光与测量标准进行比较。例如，该比较可以包括比较光强度，光电二极管电压响应，高温计电压或电流响应，光发射几何尺寸，光谱响应和传感器噪声响应中的一个或多个的值。响应于该比较，步骤350包括调节熔池监测系统，使得与测量的光相关的信号与测量标准基本相同。在这方面，例如，该步骤可以包括调节物理增益，光学焦点，滤波器位置，电子增益中的一个或多个，或者更换传感器。
图5描绘了出于说明和讨论的目的，具有以特定顺序执行的步骤的示例性控制方法。使用本文提供的公开内容，本领域普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种方式调节，重新布置，扩展，省略或修改本文所讨论的任何方法的步骤。此外，尽管使用AM系统100，熔池监测系统200和校准系统230作为示例说明了方法的各方面，但是应当理解，这些方法可以应用于任何合适的增材制造机器的校准和操作。
本书面描述使用示例性实施例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种校准增材制造机器的熔池监测系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
从所述增材制造机器中的一个或多个固定位置照射一个或多个电磁能量源；
使用所述熔池监测系统测量从所述一个或多个电磁能量源发出的电磁能量；
将测量到的电磁能量与测量标准进行比较；和
调节所述熔池监测系统，使得与所述测量到的电磁能量相关联的信号与所述测量标准实质上相同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将光屏布置在所述一个或多个电磁能量源的上方，所述光屏限定一个或多个孔，所述孔限定发射区域。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述一个或多个电磁能量源限定固定发射区域。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述一个或多个电磁能量源定位在校准平台中或校准平台上；和
将所述校准平台安装在所述增材制造机器的构建平台位置中或所述构建平台位置上。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中，将所述校准平台安装在所述构建平台位置中或所述构建平台位置上包括：
将所述校准平台上限定的一个或多个对准特征与所述增材制造机器的所述构建平台位置上限定的互补特征对准。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
获得由所述一个或多个电磁能量源生成的所述测量标准。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
照射比所述一个或多个电磁能量源的所有电磁能量源少的电磁能量源。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，将所测量到的电磁能量与所述测量标准进行比较包括对光强度、光电二极管电压响应、高温计电压或电流响应、光发射几何尺寸、光谱响应和传感器噪音响应中的一个或多个的值进行比较。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
将所述增材制造机器的束流转向设备调节到与所述一个或多个电磁能量源中的每一个相关联的一个或多个位置；和
当所述束流转向设备处于所述一个或多个位置中的每一个位置时，从所述熔池监测系统中的轴上光传感器收集数据。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，调节所述熔池监测系统，使得测量到的电磁能量与所述测量标准实质上相同包括调节物理增益、光学焦点、滤波器位置、电子增益中的一个或多个，或者更换传感器。
11.一种用于增材制造机器的熔池监测系统的校准系统，其特征在于，所述校准系统包括：
灯安装机构，所述灯安装机构能够定位在所述增材制造机器内的期望位置；
一个或多个电磁能量源，所述一个或多个电磁能量源被安装到所述灯安装机构，所述一个或多个电磁能量源在被照射时限定测量标准；其中，所述灯安装机构包括：
能够可拆卸地安装到所述增材制造机器的构建平台的校准平台；或
安装在构建室一侧的可伸缩臂，其中，所述可伸缩臂在制造工艺之前延伸并且在开始构建之前缩回。
12.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述校准平台限定一个或多个对准特征，所述对准特征被构造用于接合所述构建平台上限定的互补特征。
13.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述一个或多个电磁能量源选自由发光二极管(LED)，激光器，卤素灯泡，白炽灯泡，辉光棒，光纤耦合光源和黑体发射器组成的群组。
14.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述一个或多个电磁能量源具有已知的发射强度、光谱特征或发射区域。
15.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述熔池监测系统包括：
轴上光传感器，所述轴上光传感器沿着被照射时所述电磁能量源产生的电磁能量的光路定位。
16.如权利要求15所述的校准系统，其特征在于，其中，所述轴上光传感器包括光电二极管、高温计、相机和光谱传感器中的至少一个。
17.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，其中，所述熔池监测系统包括：
轴外光传感器，所述轴外光传感器定位在所述增材制造机器内的固定位置处。
18.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，包括：
光屏，所述光屏位于所述一个或多个电磁能量源的上方，所述光屏限定一个或多个孔，所述孔限定发射区域。
19.如权利要求11所述的校准系统，其特征在于，包括：
一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器定位在由所述一个或多个电磁能量源产生的光路中。
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