CN115248107A - 用于激光处理系统表征和校准的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种表征激光处理系统(140)的光学系统的方法，包括通过根据预定移动图案调节光学系统(160)的可调节束重定向元件(162)的取向来引导能量束(170)通过样品(318)的多个部分以在样品的每个部分处形成多个测试图案(320)。该光学系统(160)包括具有预期焦点位置的成像系统(380)。在移动图案中，在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束(170)。多个测试图案(320)中的至少两个形成在距光学系统(160)的预期焦点位置不同的校准距离处。通过检测样品(318)中由能量束(170)在多个测试图案(320)处引起的修改水平来确定预期焦点位置的准确性。

Description

用于激光处理系统表征和校准的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及用于表征三维空间内的能量束的系统和方法，更具体地，涉及用于测量激光处理系统的束轮廓和焦点位置的方面的系统和方法。
背景技术
依靠能量束来修改工件特性的材料处理系统(例如，增材制造设备、激光焊接设备、激光切割设备等)可以以预定图案引导能量束以产生材料修改(例如，熔化或熔合具有所需形状的材料的一部分)。为了确保能量束在工件中产生期望的材料修改，需要关于能量束与工件相互作用的能量束的各方面的信息(例如，束形状和能量密度分布)。例如，如果材料处理系统使用光学系统将能量束引导至工件，则基于光学系统的不准确焦点位置生成预定图案可能导致不希望的材料修改，因为能量束可能缺乏必要的能量密度以按预期方式修改工件。
某些材料处理系统可以包括将其他与方向相关的特性(例如，束几何形状)引入能量束的元件。这种与方向相关的特性也可能改变能量束修改工件的能力，因此应考虑确保以特定图案引导能量束按预期修改工件。
发明内容
根据本公开的一个实施例，一种表征激光处理系统的光学系统的方法包括通过根据预定移动图案调节光学系统的可调节束重定向元件的取向来引导能量束通过样品的多个部分，以在样品的每个部分处形成多个测试图案。该光学系统包括具有预期焦点位置的成像系统。在移动图案中，在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束。多个测试图案中的至少两个测试图像形成在距光学系统的预期焦点位置的不同校准距离处。通过检测样品中由能量束在多个测试图案处引起的修改水平来确定所述预期焦点位置的准确性。
在本公开的另一个实施例中，一种确定激光处理系统的光学系统的焦点位置的方法包括将样品定位在距光学系统的距离范围的多个不同距离处。距离范围包括光学系统的预期焦点位置。对于每个距离，使用激光处理系统的可调节束重定向元件以预定移动图案引导能量束通过样品的单独部分，以在样品的每个部分处形成多个测试图案。移动图案包括多个移动，使得在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束。该方法包括检查多个测试图案以确定预期焦点位置是否匹配或基本上匹配光学系统的实际焦距。
在本公开的另一个实施例中，激光处理系统包括被配置为发射能量束的能量束源、被配置为基于可调节束重定向元件的配置将能量束引导到支撑平台的可调节束重定向元件，以及联接到支撑平台的支撑平台致动器。支撑平台致动器能够在一个方向上移动以调节支撑平台和可调节束重定向元件之间的距离。激光处理系统还包括设置在能量束源和支撑平台之间的光学系统，光学系统具有能量束的能量密度最大的焦点位置。激光处理系统还包括具有捕获支撑平台的视场的检测器和可通信地联接到可调节束重定向元件、支撑平台致动器和检测器中的每一个的控制器。控制器被配置为引导支撑平台移动到距可调节束重定向元件的距离范围的多个距离。距离范围包括光学系统的预期焦点位置。控制器还被配置为对于多个距离中的每个距离，使可调节束重定向元件以预定移动图案引导能量束通过放置在支撑平台上的样品的单独部分，以在样品的每个部分处形成多个测试图案。预定移动图案包括多个移动，使得在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束。控制器还被配置为：使用检测器捕获包含多个测试图案的图像；和分析图像，以基于在多个测试图案中的每一个处的样品中的材料修改量来确定预期焦点位置的准确性。
本文所描述的过程和系统的附加特征和优点将在随后的详细描述中阐述，并且部分地对于本领域技术人员将从该描述中显而易见或通过实践本文描述的实施例而认识到，包括下面的详细描述、权利要求以及附图。
应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都描述了各种实施例并且旨在提供用于理解所要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解，并且被并入并构成本说明书的一部分。附图图示了本文描述的各种实施例，并且与描述一起用于解释要求保护的主题的原理和操作。
附图说明
附图中阐述的实施例在本质上是说明性和示例性的，并且不旨在限制由权利要求限定的主题。当结合以下附图阅读时，可以理解说明性实施例的以下详细描述，其中类似的结构用类似的附图标记表示并且其中：
图1描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的增材制造装置；
图2A描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的激光束在相对于焦点位置的多个位置处的能量密度横截面；
图2B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的激光束相对于不同移动方向的能量密度横截面；
图3A示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的包括光学系统的激光处理系统；
图3B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的具有布置在其上的多个测试样品的支撑平台的平面图；
图4描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的激光处理系统的校准过程；
图5A示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的其中形成有多个测试图案的样品；
图5B示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的其中形成有多个测试图案的样品；
图5C示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的其中形成有多个测试图案的样品；
图5D示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的其中形成有多个测试图案的样品；
图5E示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的在图5A中描绘的样品中形成的多个测试图案中的一个；
图5F示意性地描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的在图5B中描绘的样品中形成的多个测试图案中的一个；
图6描绘了根据本文描述的一个或多个实施例的将预期焦点位置结合到光学系统的校准模型中的方法。
具体实施方式
现在将参考用于根据基于对由能量束的多方向移动图案形成的多个测试图案进行分析的束位置的系统和方法。在各种实施例中，使用用于激光处理系统的可调节束重定向元件的预定多方向移动图案引导能量束通过样品的多个部分，以形成多个测试图案。在形成测试图案之间，可以改变样品的定位，使得可以在距激光处理系统的光学系统的预期焦点位置的不同校准距离处形成每个测试图案。在实施例中，每个测试图案在包含预期焦点位置的校准距离范围内的不同校准距离处形成。例如，第一测试图案可以在预期焦点位置的第一侧的第一校准距离处形成，第二测试图案可以在校准距离等于零的预期焦点位置处形成，第三测试图案可以在预期焦点位置的第二侧的第二校准距离处形成。第二校准距离可以等于第一校准距离，使得预期焦点位置位于校准距离范围的中心。前述示例中的校准距离范围可以扩展为包括任意数量的测试图案(例如，在预期焦点位置的任一侧的相同数量的测试图案)。在形成测试图案之后，可以比较测试图案(例如，直接由用户或通过图像分析)以基于由每个测试图案中的能量束引起的材料修改水平，确定预期焦点位置的准确性。
本文所述的多方向移动图案有益地促进了激光处理系统的几个束修改方面的表征，这些方面没有通过现有技术表征。例如，某些激光处理系统可以包括将椭圆率引入激光束的束形状的成像光学器件。这种椭圆率可以影响沿激光束的特定移动方向沉积在样品中的激光能量的量。因此，激光束沿移动方向以期望方式修改样品的能力可能取决于激光通过可调节束重定向元件被引导的方向。此外，激光处理系统可以包括具有像差(例如像散)的光学系统，该像差会导致激光束的其他方向依赖性(例如束腰位置或焦点位置)。这种附加的方向依赖性也可能影响激光束修改样品的能力。
本文所述的多方向移动图案在校准激光处理系统时考虑了方向依赖性，因此提供了比传统表征方法更完整的根据束移动方向和位置的激光处理系统的表征。在实施例中，本文所述的多方向移动图案包括至少两个部分，所述至少两个部分相对于彼此以一定角度延伸，使得在形成测试图案时考虑激光处理系统的方向依赖性。在实施例中，相对于彼此以一定角度延伸的至少两个部分可以包括不同的线，使得能量束的能量密度横截面相对于移动方向的取向在每条线中改变。在实施例中，相对于彼此以一定角度延伸的至少两个部分是非线性曲线的不同段，使得能量束的能量密度横截面相对于移动方向的取向沿着非线性曲线变化。因此，本文描述的测试图案结合了由移动方向依赖性导致的束能量密度的变化，从而提供了激光处理系统的更完整的表征和校准。
现在参考图1，根据示例实施例描绘了激光处理系统140。图1中描绘的激光处理系统140是增材制造装置，其通过使用由能量束源150产生的能量束170烧结或熔化构建材料(例如，粉末，未描绘)以逐层方式构建物体或物体的一部分，例如物体153。在实施例中，能量束源150是激光器并且能量束170是激光束。在实施例中，能量束源150是灯丝和电流源，并且能量束170是电子束。在能量束170是激光束的实施例中，能量束170 在光学系统160的控制下烧结或熔化构建材料的横截面层。
光学系统160可以包括成像系统152和可调节束重定向元件162。在所示示例中，可调节束重定向元件162是可以包括多个可移动镜或扫描透镜的振镜扫描仪。在一个实施例中，可调节束重定向元件162包括在第一方向(例如，x方向)上可旋转地调节的第一扫描镜(未描绘)，使得第一扫描角Θ1是可调节的，因此能量束170可以扫描以在第一方向上覆盖整个构建平台144。可调节束重定向元件162还可以包括在第二方向(例如，y方向)上可旋转地调节的第二扫描镜(未描绘)，使得能量束170可以扫描以在第二方向上覆盖整个构建平台144。通过以预定移动图案调节可调节束重定向元件162，可以修改(例如，固化、熔化、烧结)构建材料中的对应图案以产生物体153。在实施例中，能量束170 移动的速度是影响传递到特定位置的能量数量的可控过程参数。典型的能量束移动速度大约为每秒10到几千毫米。
在实施例中，成像系统152聚焦能量束170以将所需的能量密度传送到构建表面148，从而以期望的方式修改构建材料。虽然成像系统152被描绘为在可调节束重定向元件162 的上游，但是应当理解，成像系统152可以放置在与本公开一致的能量束源150和物体153 之间的任何位置。由于物体153的每一层是通过光学系统160形成的，因此改变构建平台 144和光学系统160之间的相对距离(例如，可以降低构建平台144)并且形成物体153 的附加层(例如，通过重涂器146在重涂方向164上在构建表面148处形成粉末的附加层，并且任何多余的粉末被推到粉末储存器158)。例如，在降低构建平台144之后，另一层构建材料可以散布在构建平台144和物体153上。可以通过经由光学系统160以另一种图案移动能量束170来修改附加的构建材料层以形成物体的附加层。
能量束170可以由包括处理器和存储器(未描绘)的计算机系统控制。计算机系统可以确定每一层的扫描图案并控制能量束170以根据扫描图案照射构建材料。在物体153的制造完成之后，可以对物体153施加各种后处理程序。后处理程序包括通过例如吹气或抽真空去除多余的粉末。其他后处理程序包括应力消除热处理工艺。此外，可以使用热和化学后处理程序来完成物体153。
为了产生具有所需形状的物体153，能量束170的移动图案基于构建表面148处的能量束170的能量密度分布来确定。例如，某些构建材料可能需要阈值能量密度来修改(例如，熔化、烧结等)并最终硬化以结合到物体153中。能量束170的能量密度分布通常是不均匀的。例如，在实施例中，能量密度分布可以具有高斯或其他统计分布，具有从能量束170的中心部分中的最大能量密度逐渐减小的可变能量密度分布。因此，仅能量束170 的一部分(例如，直接围绕能量束170的中心)可以拥有必要的能量密度以充分修改构建材料，从而结合到物体153中。由于成像系统152引起的能量束170的能量密度分布的影响，拥有足够的能量密度来修改构建材料的能量束170的那部分可以根据构建平台144上的位置(例如，根据扫描角Θ1)而改变。例如，成像系统152的像散可以产生能量束170 的束腰(例如，焦点位置、最大能量密度的位置)的方向依赖性。光学系统160的聚焦位置可以在光学系统160的原始位置172处具有第一值，并且在距原始位置172的某个角度Θ1处具有不同于第一值的第二值。
图2A描绘了图表200，其示出了相对于光学系统160的焦点位置的多个位置的能量束 170的多个能量密度横截面。在实施例中，所描绘的能量密度横截面202可以对应于能量束170在光学系统160的原始位置172处的能量密度横截面，而所描绘的能量密度横截面204可以对应于与原始位置172成角度Θ1的能量密度横截面。如图所示，能量密度横截面202覆盖比距焦点位置一定距离(例如，约2mm、约3mm、约4mm、约5mm等)处的能量密度横截面204小得多的区域。鉴于此，如果可调节束重定向元件162的移动图案不考虑光学系统160的聚焦位置的这种方向依赖性，则能量束170可能不具有以期望图案修改构建材料以结合到物体153中所需的能量密度。因此，在对可调节束重定向元件162的移动图案进行编程以创建特定物体153之前，有益的是，校准激光处理系统140，以确保光学系统160针对可调节束重定向元件162的每个位置提供提供足够的能量密度到构建表面 148。
在实施例中，能量密度横截面202具有基本上椭圆的形状。在实施例中，能量束170的椭圆率可以取决于可调节束重定向元件162的取向。例如，如图2A所示，能量密度横截面204具有比能量密度横截面202更大程度的椭圆率。这种与方向相关的椭圆率可以使激光处理系统140的校准进一步复杂化。例如，如图2B所示，能量束170的第一能量密度横截面206可以具有相对于可调节束重定向元件162的第一移动方向208的第一取向(例如，移动图案的第一线)，第二能量密度横截面210可以具有相对于可调节束重定向元件 162的第二移动方向212的第二取向(例如，移动图案的第二线)。第二能量密度横截面210 基本上是椭圆形的并且具有基本上与第二移动方向212对准的主轴线。第一能量密度横截面206与第二能量密度横截面210对比，第一能量密度横截面206的主轴线不与第一移动方向208对准，而是相对于第一移动方向208旋转。结果，沿第一移动方向208施加的能量束170的平均能量密度小于沿第二移动方向212施加的能量束170的平均能量密度。鉴于此，第一移动方向208和第一能量密度横截面206之间的对准的不匹配可能导致施加的能量密度不足以沿第一移动方向208充分修改构建材料以结合到物体153中。
考虑到前述内容，激光处理系统140可以根据本文所述的方法进行校准。测试材料的样品可以放置在构建平台144上的不同位置。在实施例中，测试材料可以不同于用于构建物体153的构建材料。例如，在实施例中，测试材料是金属箔，其在能量束170具有足够的能量密度时被能量束170燃烧或烧蚀。如本文所述，可以通过经由光学系统160以预定移动图案移动能量束170来修改测试样品的各个部分，以在测试样品中的每个部分产生测试图案。预定移动图案可以包括用于可调节束重定向元件162的多个移动方向，以结合构建平台上不同位置(例如，相对于原始位置172)的能量束170的能量密度横截面的方向依赖性144。可以形成各种测试图案，其中构建平台144和光学系统160被放置在彼此不同的相对距离处(例如，在z方向上)。对测试材料的样品中形成的多个测试图案的分析和评估可以用于确定光学系统160在构建平台上的各个位置(例如，远离原始位置172) 处的焦点位置。另外，对测试材料的样品中形成的多个测试图案的分析和评估可以用于形成光学系统160的校准模型，该校准模型映射三维空间中的能量束170具有足够的能量密度以在测试材料的样品中形成完整测试图案的位置。这种校准模型可用于确定光学系统 160所使用的移动图案以在校准之后构建物体153。
参考图3A，示意性地描绘了在校准过程下的激光处理系统300。激光处理系统300包括产生能量束316的能量束源306。在实施例中，能量束源306是激光器并且能量束316 是激光束。激光处理系统300可以是利用能量束316以任何方式修改设置在支撑平台302 上的材料(例如熔化、烧蚀、熔合、烧结等)的任何激光处理装置(例如，增材制造装置、激光焊接设备、激光切割设备等)。激光处理系统300的附加部件可以取决于激光处理系统300的特定目的并且为了简化本文的讨论而被省略。例如，在实施例中，激光处理系统 300可以对应于本文描述的激光处理系统140。
激光处理系统300还包括光学系统304，光学系统304包括成像系统308和可调节束重定向元件310。成像系统308可以包括各种元件(例如，透镜、反射镜等)以在支撑平台302上聚焦能量束316。虽然成像系统308被示为布置在能量束源306和可调节束重定向元件310之间，但是应当理解成像系统308可以布置在能量束源306和支撑平台302之间的任何位置。可调节束重定向元件310可以至少包括可重构元件(例如，扫描镜)，使得能量束316可以在整个运动范围312中移动，以照亮整个支撑平台302(或其一部分)。在实施例中，可调节束重定向元件310可以类似于关于图1描述的可调节束重定向元件162。
激光处理系统300进一步包括控制器336。控制器336可通信地联接到可调节束重定向元件310、支撑平台致动器334和检测器324。在实施例中，控制器336可以是与用于激光处理系统300的预期操作图案相关联的控制器。在实施例中，控制器336可以构成校准控制器，其与激光处理系统300分离并且专门用于为激光处理系统300生成校准模型的目的中。在实施例中，控制器336包括存储可执行指令的存储器和被配置为执行指令以执行本文描述的校准过程的处理器。例如，控制器336可以包括被配置为使可调节束重定向元件310以预定多方向移动图案移动以在设置在支撑平台302上的多个样品318中生成测试图案的指令。在实施例中，控制器336包括被配置为使支撑平台致动器334在校准过程期间改变支撑平台302相对于光学系统304的相对位置的指令。例如，支撑平台致动器334 可以在整个校准距离范围326内移动支撑平台302。
在实施例中，校准距离范围326包括光学系统304的预期焦点位置328。在实施例中，预期焦点位置328可以构成在原始位置314处的成像系统308的计算焦距(例如，基于光学模型)。应该理解的是图3A中描绘的预期焦点位置328可以对应于能量束316的特定位置(例如，原始位置314)。虽然校准过程在本文中被描述为使用单个预期焦点位置328 进行，但应当理解该过程可以使用多个不同的预期焦点位置进行。例如，在实施例中，校准过程可以包括多个不同的预期焦点位置，一个用于放置在支撑平台302上的每个样品318 以考虑成像系统308的焦点位置的方向变化。根据本公开，任何数量的预期焦点位置可以用于设置任何数量的校准距离范围。
能量束源306可以产生具有初始能量密度横截面的能量束316。在实施例中，成像系统308可以修改初始能量密度横截面的至少一个方面以形成修改的能量密度横截面。在一个示例中，初始能量密度横截面可以具有高斯分布并且成像系统308可以修改初始能量密度横截面，使得修改的能量密度横截面具有椭圆形分布。成像系统308的附加像差(例如，像散)可能引起成像系统308的焦点位置的方向依赖性。例如，成像系统308的焦点位置可以在靠近光学系统304的原始位置314的第一位置处具有第一值并且在离原始位置314 更远的第二位置(例如，图3中描绘的能量束316的位置)处具有第二值。因此，在支撑平台302处的能量束316的能量密度横截面的尺寸可以取决于能量束316相对于原始位置314 的位置。
本文描述的校准过程测量激光处理系统300的这些方面(例如，修改的能量密度分布、焦点位置的方向依赖性)以促进能量束316的移动图案的生成，使得能量束316以预期的方式修改材料。当在校准过程中时，多个样品318被放置在支撑平台302上。如图3B所示，样品318可以分布在整个支撑平台302上，以表征支撑平台302上多个不同位置处的能量束316。在实施例中，样品318布置在覆盖能量束316的运动范围312的3×3阵列中，使得精确的校准模型映射三维空间中的能量束316具有所需的能量密度以在样品318中形成完整测试图案的位置。应该理解，任何数量的样品318可以放置在支撑平台302上并且这些样品318可以以与本公开一致的任何方式布置。
样品318可以由能够被能量束316以可重复方式修改的任何材料构成。在实施例中，样品318是金属制品(例如，金属锭、例如块的三维金属制品、金属板等)。在实施例中，样品318包括金属制品和设置在金属制品表面上的粉末层(例如，金属粉末)。在实施例中，样品318是金属箔片，当能量束316以所需的能量密度入射到样品上时金属箔片被熔化。在实施例中，样品318由激光纸构成，并且测试图案是样品318上的燃烧区域。在实施例中，如果能量束316不具有所需的能量密度，则样品318不会熔化或燃烧，而是可以以不太显眼的方式进行修改。在实施例中，样品318由与激光处理系统300在其正常操作过程中修改的材料相似的材料构成。例如，如果激光处理系统300是激光切割装置，则样品318可以包括由激光处理系统300在校准后可以切割的材料(例如，玻璃、聚合材料等) 构成的工件。
如图3B所示，在本文所述的校准过程期间，在每个样品318中形成多个测试图案320。在所描绘的示例中，多个测试图案320中的每个测试图案322具有相同的形状(或旨在具有相同的形状)。在实施例中，每个样品318中的每个测试图案322形成在校准距离范围326内的不同校准距离处。换言之，形成在每个样品318中的多个测试图案320中的每个测试图案322可以在支撑平台302设置在距成像系统308不同的相对距离处的情况下被形成。在一个示例中，每个样品318中的测试图案322中的第一个测试图案形成在校准距离范围326的第一端处的预期焦点位置328的第一侧的第一校准距离330处，并且每个样品 318中的测试图案322中的第二个测试图案形成在校准距离范围326的第二端处的预期焦点位置328的第二侧的第二校准距离332处。在实施例中，第一校准距离330和第二校准距离332与预期焦点位置328等距。在第一校准距离330和第二校准距离332处形成的第一测试图案和第二测试图案之间形成多个附加测试图案322。例如，在形成每个样品318 中的多个测试图案320中的每个测试图案322之间，控制器336可以向支撑平台致动器334 提供控制信号，以使支撑平台致动器334将支撑平台302移动预定增量(例如，在图3A和 3B中描绘的z方向上)。因此，在实施例中，形成在每个样品318中的多个测试图案320 中的每个单独的测试图案322可以在距预期焦点位置328的单独校准距离处形成。
在实施例中，一旦将支撑平台302定位到期望校准距离(例如，在校准距离范围326内)，控制器336就向可调节束重定向元件310提供控制信号，以提供能量束316相对于支撑平台302的相对运动。例如，在第一校准距离330处，可调节束重定向元件310的取向可以移动到测试图案322之一的起始点。一旦在起始点处，控制器336可以控制可调节束重定向元件310的移动，使得可调节束重定向元件310以预定移动图案移动，并且能量束316以对应于预定移动图案的方式移动以产生测试图案322之一。
当支撑平台302仍处于第一校准距离330时，控制器336可将可调节束重定向元件310 定向到另一个测试图案322(例如，设置在支撑平台302上的另一个样品318的另一个测试图案322)的另一个起始点。可以重复这样的过程，直到已经在设置在支撑平台302上的每个样品318中的第一校准距离330处形成测试图案322。一旦在每个样品318中的第一校准距离330处形成测试图案322，就可以重新定位支撑平台致动器334以在校准距离范围 326内调节校准距离，并且可以在每个样品318中在更新的校准距离处形成附加测试图案。在实施例中，可以重复这样的过程，直到每个样品318在校准距离范围326内的一组校准距离处包括相同数量的测试图案。应该理解的是，对于可调节束重定向元件310和支撑平台302的移动图案仅是示例性的而不是限制性的。例如，在实施例中，在能量束316被重新定位以修改任何其他样品318之前，多个测试图案320可以形成在多个校准距离处的样品318中的单个样品中。此外，每个样品318可以具有形成在其中的多个测试图案320中的不同数量的测试图案，并且每个样品318中的多个测试图案320中的每一个可以使用与本公开一致的不同的校准距离组和不同的校准距离范围来形成。
在实施例中，用于在样品318中生成测试图案322的可调节束重定向元件310的预定移动图案是多方向的，以结合由成像系统308引起的能量束316的能量密度横截面中的方向依赖性310。在实施例中，可调节束重定向元件310的预定移动图案包含至少两个相对于彼此以一定角度延伸的部分。例如，在实施例中，预定移动图案适于使能量束在相对于彼此以一定角度延伸的两条线上移动，以考虑能量束316的能量密度横截面的取向可能与能量束316的移动方向不对准(例如，如本文关于图2B所描述的)。关于可调节束重定向元件310的移动图案的更多细节在本文中关于图3B、5A、5B、5C和5D来提供。
仍然参考图3A，激光处理系统300还包括检测器324。检测器324产生校准信号，用于表征设置在支撑平台302上的样品318中形成的测试图案322。检测器324产生的校准信号的性质可能因实施方式而变化。例如，在实施例中，检测器324可以包括照相机，该照相机捕获其中形成有多个测试图案320的每个样品318的图像。在实施例中，激光处理系统300的用户可以查看通过检测器324捕获的图像，以基于多个测试图案320中的每一个中的完整测试图案的数量来确定预期焦点位置328的准确性。如本文所述，可以使用校准距离范围326内的一组校准距离来形成每个多个测试图案320。在实施例中，预期焦点位置328居中地设置在校准距离范围326内，并且该组校准距离被选择使得每个多个测试图案320包括设置在预期焦点位置328任一侧的相等数量的测试图案。在这种情况下，如果预期焦点位置328精确到某个阈值，则预期焦点位置328的第一侧(例如，靠近第一校准距离330)的完整测试图案的数量应该等于在预期焦点位置的第二侧(例如，靠近第二校准距离332)的完整测试图案的数量。
如本文所用，术语“完整测试图案”是指对样品的一组修改，其主要对应于能量束的移动图案。例如，如果可调节束重定向元件310被调节为沿着具有预定长度的直线引导能量束316，则在这种情况下的完整测试图案将对应于具有修改(例如熔池)的样品318，该修改(例如熔池)具有对应的形状(例如，具有预定长度的线)。如果能量束316失焦并且缺乏以预期方式修改样品318使得样品不被修改为具有预定长度的线性特征所需的能量密度，则这样的结果不被表征为完全测试图案。换言之，如果能量束316未能在沿着能量束316的移动图案的任何点以期望的方式修改样品318，则将导致不完整测试图案。
在实施例中，控制器336包括成像处理模块等，其使控制器336分析通过检测器324捕获的图像以确定每个测试图案322是否以自动的方式完成。例如，成像处理模块可以将每个测试图案与基线测试图案(例如，在预期焦点位置328处形成的)进行比较，并且如果测试图案322的形状没有显著不同于基线测试图案，则确定特定测试图案322是完整的。在实施例中，控制器366可以计算在预期焦点位置328的任一侧被表征为完整的测试图案的数量，以便确定预期焦点位置是否准确。如果在预期焦点位置328的任一侧的完整测试图案的数量不匹配，则控制器336可以相应地更新支撑平台302上的特定位置(例如，对应于样品318)的预期焦点位置。例如，如果在预期焦点位置328的第一侧的完整测试图案的第一数量小于在预期焦点位置328的第二侧的完整测试图案的第二数量，则控制器可以将预期焦距更新为设置在初始预期焦点位置328的第二侧。这样，可以为支撑平台302 上的各个位置生成预期焦点位置，以生成激光处理系统300的校准图。
在实施例中，能量束316在使用可调节束重定向元件310的预定移动图案引导通过样品318的各个部分时熔化每个样品318以产生多个测试图案320。样品318的熔化可以引起排放物338。例如，在实施例中，排放物338是熔池光学排放物。检测器324可以包括光学检测器，该光学检测器响应于在形成特定测试图案322的过程中产生的排放物338产生检测信号，该特定测试图案322可以用于确定测试图案322的完整性。例如，可以将检测信号与形成完整测试图案时产生的签名响应进行比较，以确定测试图案322中的特定测试图案的完整性。
在实施例中，检测器324是温度传感器，其在紧接在样品318中生成特定测试图案322 之后的时间段内测量样品318的温度。例如，检测器324可以确定在形成测试图案322之后的样品318的激光热影响区(HAZ)的温度，以确定测试图案322的完整性。虽然仅描绘了单个检测器324，但应当理解，激光处理系统300可以包括与本公开一致的任何数量的检测器。例如，在实施例中，激光处理系统300包括用于在本文描述的校准过程期间放置在支撑平台302上的每个样品318的一个检测器，以减少测量对应于每个测试图案322的响应所需的时间量。例如，检测器324(或包括在激光处理系统300中的每个检测器)可以是可移动的(例如，联接到关节臂或其他致动器，未示出)以捕获对应于样品318中形成的每个测试图案322的响应。
参考图4，描绘了校准过程400的流程图。在实施例中，校准过程400可以通过本文关于图3A和3B描述的激光处理系统300来执行以确定预期焦点位置328的准确性。在实施例中，校准过程400可以被执行单个时间以在能量束316的整个运动范围312中表征光学系统304。在实施例中，可以执行校准过程400以仅在能量束316的运动范围312的一部分(例如，对应于图3B中描绘的一个样品318的运动范围312的一部分)表征光学系统 304。在这样的实施例中，校准过程400可以被执行多个不同的时间以在整个运动范围312 中表征光学系统304。
在方框402中，在激光处理系统300的支撑平台302上提供测试材料的样品。例如，多个样品318可以以预定布置放置在支撑平台302上。预定布置可以是图3B中描绘的网格状布置。测试材料可以是能够被能量束316以可重复和可检测的方式修改的任何材料。例如，在实施例中，测试材料是金属箔，当能量束316具有所需的能量密度时，该金属箔通过能量束316熔化。在实施例中，测试材料通过能量束316被修改到足够的程度，使得由能量束316引起的测试材料中的修改(例如，熔池)是可见的(例如，通过显微镜或通过用户的肉眼)。
在方框404中，将支撑平台302定位在距预期焦点位置428的校准距离。在实施例中，校准距离是在校准距离范围326的第一端处的预期焦点位置328的第一侧的第一校准距离 330。例如，控制器336可以向支撑平台致动器334提供控制信号，以将支撑平台302放置在距成像系统308的第一相对距离处，使得样品318放置距预期焦点位置328的第一校准距离330。
在方框406中，能量束316被引导通过样品318的一部分以形成测试图案。例如，控制器336可以向可调节束重定向元件310提供多个控制信号，以使可调节束重定向元件310在样品318的部分处以预定移动图案引导能量束316。取决于由于在样品318处的能量束316具有的能量密度，能量束316可以修改样品318的部分以包括与能量束316的移动图案的形状相对应的完整测试图案。如果能量束316缺乏熔化样品318所需的能量密度(例如，因为能量束316在样品318处失焦)，则可能导致不完整测试图案。在实施例中，在样品318中的第一个中形成测试图案322之后，控制器336可以将控制信号传输到可调节束重定向元件310，以使可调节束重定向元件310将能量束316引导到附加测试图案的起始点。可以在放置在支撑平台302上的另一个样品318的一部分中形成附加测试图案。
在方框408中，移动支撑平台302以调节校准距离。例如，控制器336可以向支撑平台致动器334提供控制信号，以将支撑平台302从在方框404处支撑平台302最初移动到的校准距离前进预定增量(例如，50μm、100μm、200μm、1mm等)。在方框410中，能量束316被引导通过样品318的另一部分，以在调节的校准距离处形成附加测试图案。调节的校准距离可以将能量束316的能量密度改变成足以使附加测试图案不同于在方框 406处形成的初始测试图案的程度。在实施例中，可以在调节的校准距离处放置在支撑平台302上的其他样品318中形成附加测试图案。
在方框412中，控制器336确定是否已经针对期望的一组校准距离形成了测试图案。该组校准距离可以取决于实施方式而改变。例如，在实施例中，该组校准距离包括预期焦点位置328的任一侧的相等数量的校准距离，它们彼此分开预定增量。如果尚未针对期望的一组校准距离形成测试图案，则校准过程400返回到方框408，调节校准距离，并形成附加测试图案。
如果已针对期望的一组校准距离中的每个校准距离形成了测试图案，则校准过程前进到方框414，在此评估测试图案中的材料修改水平以确定预期焦点位置328的准确性。参考图5A、5B、5C和5D，分别示意性地描绘了其中形成有不同的多个测试图案512a、512b、512c、512d的样品500。在实施例中，取决于实施方式，样品500包括形成在预期焦点位置328的第一侧的第一多个测试图案502a、502b、502c和502d，以及形成在预期焦点位置328的第二侧的第二多个测试图案504a、504b、504c和504d。
多个测试图案502a、502b、502c、502d、504a、504b、504c和504d的不同形状代表可用于执行校准过程400的能量束316的各种移动图案。例如，图5A中所描绘的多个测试图案502a和504a中的每个测试图案包括相对于彼此以锐角延伸的多条线，使得能量束 316的横截面可以相对于每条线以不同方式定向。图5B中描绘的多个测试图案502b和504b 中的每个测试图案都为八边形形状，包括多个相互连接的直线段，这些直线段彼此以不同的角度延伸，以测试能量束316的横截面形状和扫描方向之间的不同相对取向。图5C中描绘的多个测试图案502c和504c中的每个测试图案都类似于多个测试图案502a和504a 中的测试图案，除了线在其中心相交以形成星号图案。多个测试图案502d和504d中的每个测试图案基本上是圆形的，使得能量束316的横截面之间的相对取向在能量束316的整个移动图案中变化。
多个测试图案502a、502b、502c、502d、504a、504b、504c和504d中的每个测试图案可以具有不同的完整水平(例如，在样品500中产生的测试图案和通过样品的那个部分的能量束316的移动图案之间的不同对应水平)。例如，如图5A、5B、5C和5D中每个所示，第一多个测试图案502a、502b、502c和502a中的每一个分别包括第一测试图案506a、 506b、506c和506d(例如，在校准距离范围326的端部处的第一校准距离330处形成的)，该第一测试图案基本上是不完整的并且样品500在其中几乎没有被修改。第一多个测试图案502a、502b、502c和502d中的每一个进一步分别包括第二测试图案508a、508b、508c 和508d(例如，在比校准距离范围326内的第一校准距离330更近的校准距离处形成的) 校准距离326)，该第二测试图案比第一测试图案506a、506b、506c和506d明显更明显(例如，样品500在其中被更大程度地修改)。第一多个测试图案502a、502b、502c和502a 中的每一个进一步分别包括第三测试图案510a、510b、510c和510d(例如，在与第二测试图案508a、508b、508c和508d不同的校准距离处形成的)，该第三测试图案比该样品500 中的第二测试图案508a、508b、508c和508d更加完整和明显。
现在参考5E，更详细地描绘了图5A的第三测试图案510a。第三测试图案510a是完整测试图案，因此在形状上很大程度上对应于在样品500的该部分上的能量束316的移动图案。测试图案510a(以及因此由可调节束重定向元件310引起的能量束316的相关联的移动图案)包括第一线516、第二线518、第三线520和第四线524。在实施例中，第一线 516沿可调节束重定向元件310的第一主扫描轴线延伸。例如，可调节束重定向元件310 可以包括双轴线振镜扫描仪，其具有可旋转以沿第一主轴线(例如，在图5B中描绘的x 方向上延伸)移动能量束316的第一反射镜和可旋转以沿第二主轴线(例如，在图5B中描绘的y方向上延伸)移动能量束316的第二反射镜。第一和第二反射镜的移动的组合可以使能量束沿着第一和第二主轴线以外的方向移动(例如，沿着第三线520和第四线524)。在测试图案中包括第一线516和第二线518有利地表征能量束316沿主轴线的能量密度(例如，以测试旋转如本文关于图2B所描述的能量束316的椭圆形能量密度横截面相对于能量束316的移动方向的取向的效果)。例如，在实施例中，当沿着样品500扫描以产生第一线516时，能量束316可以具有椭圆形横截面，该椭圆形横截面具有与能量束316的移动方向对准的主轴线(例如，类似于参考图2B描述的第二能量密度横截面210)。
第三线520相对于第一线516以第一锐角522延伸。第四线524相对于第三线520以第二锐角526延伸。第三线520和第四线524相对于第一线516以不同的角度延伸，有助于考虑能量束316的能量密度横截面相对于能量束316的移动方向的不同取向。例如，返回参考图5A，在第二测试图案508b中，第一线516看起来基本上是完整的并且对应于第三测试图案510a中的第一线516。然而，第二测试图案508a中的第二、第三和第四线518、 520和524基本上是不完整的(例如，与第三测试图案510a相比，在第二测试图案508a 中，样品500没有沿着第二线518、第三线520和第四线524修改到相同程度)。第二测试图案508a和第三测试图案510a之间的这种差异可能是由于能量束316的能量密度横截面与沿着第二线518、第三线520和第四线524的移动方向的不对准造成的。虽然在第三测试图案510a的生产期间可能仍然存在这种不对准，但是第三测试图案510a可以在距预期焦点位置328的较小校准距离处产生。因此，在生成第三测试图案510a期间，能量束 316通常比产生第二测试图案508a时具有更高的能量密度，从而产生更完整的测试图案。
现在参考图5F，图5B的第三测试图案510b被更详细地描绘。在实施例中，第三测试图案510b基本上是完整的，使得样品500以很大程度上对应于能量束316的移动图案的方式被修改。如图所示，第三测试图案510b基本上是八边形的，包括沿第一方向(例如，图5F中描绘的Y方向)延伸的第一组段528和沿第二方向(例如，图5F中描绘的X方向) 延伸的第二组段530。在实施例中，第一组段528和第二组段530沿着可调节束重定向元件310的主扫描轴线延伸，以测试能量束316沿着那些轴线的材料修改能力。第三组段532 连接第一组段528和第二组段530。第三组段可以相对于第二组段530以第一角度534延伸并且相对于第一组段528以第二角度536延伸。在实施例中，第一角度534等于第二角度536以形成八边形形状，尽管可以在整个第三测试图案510b中选择第一角度534和第二角度536的各种值以便测试能量束316及其移动方向的不同相对取向。
如前面的讨论所例示的，在校准过程400中使用能量束316的各种多方向移动图案，使得校准过程400结合能量束316的能量密度的各种方向依赖性，因此提供能量束316修改测试材料的能力的更完整的表征。此外，应当理解，能量束316的不同移动图案可以在校准过程400的单次迭代中使用。
在实施例中，为了确定预期焦点位置328的准确性，激光处理系统300的用户对在预期焦点位置328的任一侧形成的完整测试图案的数量进行计数。在实施例中，控制器336可以通过图像比较算法识别完整测试图案的数量。在图5A所示的示例中，第一多个测试图案502a似乎包括大约1个完整测试图案，而第二多个测试图案504a似乎包括大约0个完整测试图案。这种不平衡表明光学系统304的实际焦点位置在预期焦点位置328的第一侧。在实施例中，基于预期焦点位置的每一侧的完整测试图案的数量，控制器336可以更新预期焦点位置。在实施例中，可以使用更新的预期焦点位置重复校准过程400，以确定更新的预期焦点位置的准确性。
参考图6，描绘了校准过程700的流程图。在实施例中，校准过程700可以通过本文关于图3A和3B所描述的激光处理系统300来执行，以将光学系统304的预期焦点位置328 合并到激光处理系统300的校准模型中。例如，预期焦点位置328可以与支撑平台302上的特定位置相关联(例如，使得能量束316明显偏离原始位置314)。在实施例中，可以针对支撑平台302上的多个不同位置重复过程700，以确定光学系统304的多个预期焦点位置的准确性并为光学系统304生成三维校准图。
在方框702中，在激光处理系统300的支撑平台302上提供测试材料样品。例如，样品318可以放置在支撑平台302上。在实施例中，多个样品318可以以预定布置放置在支撑平台302上。预定布置可以是图3B中描绘的网格状布置。测试材料可以是能够被能量束316以可重复和可检测的方式修改的任何材料。例如，在实施例中，测试材料是金属箔，当能量束316具有所需能量密度时，该金属箔通过能量束316熔化。在实施例中，测试材料通过能量束316被修改到足够的程度，使得由能量束316引起的测试材料中的修改(例如，熔池)是可见的(例如，通过显微镜或通过用户的肉眼)。
在方框704中，在样品的多个部分中形成多个测试图案。例如，在实施例中，方框704 可以对应于关于图4描述的校准过程400的方框404、406、408、410和412，使得多个测试图案形成在样品318的各个部分，在距光学系统304的预期焦点位置的各个不同校准距离处。为了形成每个测试图案，能量束316可以以本文描述的多方向移动图案移动。
在方框706中，基于在方框704形成的多个测试图案，确定光学系统304的预期焦点位置的准确性。在实施例中，在方框706期间，控制器336可以分析图像(例如，类似于关于图5A描述的样品500的图像)来确定设置在预期焦点位置的任一侧的完整测试图案的数量，以评估预期焦点位置的准确性。在实施例中，可以在确定预期焦点位置的准确性时评估测试图案的附加方面。例如，在实施例中，检测器324可以通过在形成多个测试图案期间测量排放物338(例如，其红外成分)产生检测信号来测量来自熔池的排放物(例如，当样品318是金属制品时)。在实施例中，照相机(例如，与检测器324共同定位和 /或与检测器324结合)在形成多个测试图案期间捕获熔池的图像。在实施例中，在形成多个测试图案之后，样品318被分成至少一个部分(例如，延伸穿过多个测试图案的至少一部分并且垂直于多个移动图案的能量束316的移动方向延伸的横截面)。在分成至少一个部分之后，样品318可以被抛光，并且在显微镜下检查以测量评估测试图案的完整性或预期焦点位置的准确性中的多个测试图案的熔化或燃烧横截面。
在方框708中，控制器336确定预期焦点位置是否精确到阈值。例如，如果预期焦点位置的任一侧的完整测试图案的数量基本上不相等(例如，相等或彼此相差小于诸如2的阈值)，则控制器336可以确定预期焦点位置不准确并且在方框710中调节预期焦点位置。在实施例中，在调节预期焦点位置之后，可以重复校准过程700以确定调节的预期焦点位置的准确性。
在实施例中，如果在预期焦点位置的任一侧的完整测试图案的数量基本上相等(例如，相等或彼此相差小于诸如2的阈值)，则控制器336确定预期焦点位置足够准确，并且将预期焦点位置结合到激光处理系统300的校准模型中。例如，预期焦点位置可以与支撑平台302上的特定位置相关联(例如，在方框704期间形成测试图案时的样品318的中心位置)，并且用在形成能量束316的各种移动图案用于处理未来工件的过程中。
鉴于前面的描述，现在应该理解，以多方向移动图案移动能量束以在测试材料的样品中形成多个测试图案以便评估光学系统的预期焦点位置的准确性提供了比现有方法更准确的焦点位置评估。特别地，这种方法将光学系统的各种方向依赖性结合到测试图案的形成中，从而提供光学系统的更完整的表征，从而促进生成更准确的校准图，以确定激光加工装置具有足够的能量密度以所需的方式修改工件的特定位置。
如本文所用，术语“约”是指量、大小、配方、参数和其他量和特性不是并且不必是精确的，而是可以是近似的和/或根据需要更大或更小，反映公差、转换因数、四舍五入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其他因素。当术语“约”用于描述范围的值或端点时，包括所指的特定值或端点。无论说明书中的数值或范围的端点是否记载“约”，都描述了两个实施例：一个由“约”修改，一个不由“约”修改。将进一步理解，每个范围的端点相对于另一个端点和独立于另一个端点都是重要的。
如本文所用的方向性术语——例如上、下、右、左、前、后、顶部、底部——仅参考所绘制的图而作出并且不旨在暗示绝对方向。
除非另有明确说明，否则本文所阐述的任何方法均不应被解释为要求其步骤以特定顺序执行，也不要求具有任何设备特定取向。因此，如果方法权利要求实际上并未叙述其步骤所遵循的顺序，或者任何设备权利要求实际上并未叙述单个部件的顺序或取向，或者权利要求或描述中没有另外具体说明这些步骤将被限制为特定的顺序，或者设备的部件的特定顺序或方向没有被记载，则在任何方面都不是为了推断顺序或取向。这适用于任何可能的非明确解释基础，包括：与步骤安排有关的逻辑问题、操作流程、部件的顺序或部件的方向；源自语法组织或标点符号的简单含义，以及；说明书中描述的实施例的数量或类型。
如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。因此，例如，对“一个”部件的引用包括具有两个或更多个此类部件的方面，除非上下文另有明确指示。
本公开的其他方面由以下条款中的主题提供：
1.一种表征激光处理系统的光学系统的方法，方法包括：通过根据预定移动图案调节光学系统的可调节束重定向元件的取向来引导能量束通过样品的多个部分，以在样品的每个部分处形成多个测试图案，其中：光学系统包括具有预期焦点位置的成像系统，移动图案包括多个移动，使得在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束，并且多个测试图案中的至少两个测试图像形成在距光学系统的预期焦点位置的不同校准距离处；和通过检测样品中由能量束在多个测试图案处引起的修改水平来确定成像系统的预期焦点位置的准确性。
2.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，移动图案进一步包括在第一方向上延伸的第一线和在与第一方向成锐角的第一角度的第二方向上延伸的第二线。
3.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，移动图案进一步包括在与第一方向成锐角的第二角度的第三方向上延伸的第三线，其中，第二角度大于第一角度。
4.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，移动图案的多个移动将能量束以非线性曲线引导到样品处。
5.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，由于在移动图案期间在多个不同方向中的一个方向上引导能量束，能量束的能量密度横截面与方向不对准。
6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，样品中的多个测试图案中的每一个形成在距预期焦点位置的校准距离范围内的不同校准距离处，测试图案中的第一测试图案在预期焦点位置的第一侧的第一端校准距离处形成，测试图案中的第二测试图案在预期焦点位置的第二侧的第二端校准距离处形成，并且预期焦点位置居中设置在第一端校准距离与第二端校准距离之间。
7.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，多个测试图案包括在第一测试图案和第二测试图案之间的多个附加测试图案，其中多个附加测试图案形成在第一端校准距离和第二端校准距离之间的等间距的校准距离处。
8.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，确定光学系统的预期焦点位置的准确性包括确定预期焦点位置的第一侧的完整测试图案的第一数量和预期焦点位置的第二侧的完整测试图案的第二数量。
9.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，确定预期焦点位置的准确性包括：使用检测器捕获包含多个测试图案的样品的图像；和使用可通信地联接到检测器的计算系统处理图像以确定多个测试图案中的至少一个的完整性。
10.根据前述条款中任一项所述的方法，其中：样品包括金属制品，金属制品包括锭、三维金属制品和板中的至少一种，并且引导能量束通过样品的多个部分以形成多个测试图案熔化了多个部分中的每一个处的金属制品并且生成熔池。
11.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，样品进一步包括设置在金属制品的表面上的粉末层。
12.根据前述条款中任一项的方法，其中，确定预期焦点位置的准确性包括以下中的至少一个：在形成多个测试图案期间测量来自熔池的电磁排放物；在形成多个测试图案期间使用检测器捕获熔池的图像；和使用显微镜检查样品的横截面，在垂直于多个测试图案的至少一部分内的多个测试图案的平面中截取横截面。
13.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，样品包括激光纸，并且多个测试图案包括样品上的燃烧区域。
14.一种确定激光处理系统的光学系统的焦点位置的方法，该方法包括：将样品定位在距光学系统一定距离范围内的多个不同距离，其中距离范围包括光学系统的预期焦点位置；对于每个距离，使用激光处理系统的可调节束重定向元件以预定移动图案引导能量束通过样品的单独部分，以在样品的每个部分处形成多个测试图案，其中移动图案包括多个移动，使得在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束；和检查多个测试图案以确定预期焦点位置是否匹配或基本上匹配光学系统的实际焦距。
15.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，预定移动图案包括多条线，多条线中的每条线在不同方向上延伸，其中多条线中的至少两条线相对于可调节束重定向元件的主轴线以锐角延伸。
16.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，移动图案的多个移动将能量束以非线性曲线引导到样品处。
17.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，光学系统的预期焦点位置在距离范围的中心处，其中多个距离在整个距离范围内等间距隔开，其中检查多个测试图案以确定预期焦点位置是否匹配或基本上匹配光学系统的实际焦距包括确定预期焦点位置的任一侧的完整测试图案的数量。
18.一种激光处理系统，包括：能量束源，能量束源被配置为发射能量束；可调节束重定向元件，可调节束重定向元件被配置为基于可调节束重定向元件的配置将能量束引导到支撑平台；支撑平台致动器，支撑平台致动器联接到支撑平台，其中支撑平台致动器能够在一个方向上移动以调节支撑平台和可调节束重定向元件之间的距离；光学系统，光学系统设置在能量束源和支撑平台之间，光学系统具有能量束的能量密度最大的焦点位置；检测器，检测器具有捕捉支撑平台的视场；和控制器，控制器可通信地联接到可调节束重定向元件、支撑平台致动器和检测器中的每一个，控制器被配置为：引导支撑平台移动到距可调节束重定向元件的距离范围的多个距离，其中距离范围包括光学系统的预期焦点位置；对于多个距离中的每个距离，使可调节束重定向元件以预定移动图案引导能量束通过放置在支撑平台上的样品的单独部分，以在样品的每个部分处形成多个测试图案，其中预定移动图案包括多个移动，使得在形成每个测试图案时在样品中在多个不同方向上引导能量束；使用检测器捕获包含多个测试图案的图像；和分析图像，以基于在多个测试图案中的每一个处的样品中的材料修改量来确定预期焦点位置的准确性。
19.根据前述条款中的任一项所述的扫描系统，其中，预定移动图案包括多条线，多条线中的每条线在不同方向上延伸。
20.根据前述条款中的任一项所述的扫描系统，其中，样品包括金属箔，其中引导能量束通过样品的部分以形成多个测试图案熔化了在部分中的每一个处的金属箔并且生成熔池。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对这里描述的实施例进行各种修改和变化。因此，本说明书旨在覆盖本文描述的各种实施例的修改和变化，只要这些修改和变化落入所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (10)

1.一种表征激光处理系统的光学系统的方法，其特征在于，所述方法包括：
通过根据预定移动图案调节所述光学系统的可调节束重定向元件的取向来引导能量束通过样品的多个部分，以在所述样品的每个部分处形成多个测试图案，其中：
所述光学系统包括具有预期焦点位置的成像系统，
所述移动图案包括多个移动，使得在形成每个测试图案时在所述样品中在多个不同方向上引导所述能量束，并且
所述多个测试图案中的至少两个测试图案形成在距所述光学系统的预期焦点位置的不同校准距离处；和
通过检测所述样品中由所述能量束在所述多个测试图案处引起的修改水平来确定所述成像系统的所述预期焦点位置的准确性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述移动图案进一步包括在第一方向上延伸的第一线和在与所述第一方向成锐角的第一角度的第二方向上延伸的第二线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，其中，所述移动图案进一步包括在与所述第一方向成锐角的第二角度的第三方向上延伸的第三线，其中，所述第二角度大于所述第一角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，所述移动图案的所述多个移动将所述能量束以非线性曲线引导到所述样品处。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，由于在所述移动图案期间在所述多个不同方向中的一个方向上引导所述能量束，所述能量束的能量密度横截面与所述方向不对准。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：
所述样品中的所述多个测试图案中的每一个形成在距所述预期焦点位置的校准距离范围内的不同校准距离处，
所述测试图案中的第一测试图案在所述预期焦点位置的第一侧的第一端校准距离处形成，
所述测试图案中的第二测试图案在所述预期焦点位置的第二侧的第二端校准距离处形成，并且
所述预期焦点位置居中设置在所述第一端校准距离与所述第二端校准距离之间。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，其中，所述多个测试图案包括在所述第一测试图案和所述第二测试图案之间的多个附加测试图案，其中所述多个附加测试图案形成在所述第一端校准距离和第二端校准距离之间的等间距的校准距离处。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中，确定所述光学系统的所述预期焦点位置的所述准确性包括确定所述预期焦点位置的所述第一侧的完整测试图案的第一数量和所述预期焦点位置的所述第二侧的完整测试图案的第二数量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，确定所述预期焦点位置的所述准确性包括：
使用检测器捕获包含所述多个测试图案的所述样品的图像；和
使用可通信地联接到所述检测器的计算系统处理所述图像以确定所述多个测试图案中的至少一个的完整性。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中：
所述样品包括金属制品，所述金属制品包括锭、三维金属制品和板中的至少一种，并且
引导所述能量束通过所述样品的所述多个部分以形成所述多个测试图案熔化了所述多个部分中的每一个处的所述金属制品并且生成熔池。
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