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Die vorliegende Erfindung betrifft eine kalibrierbare Laservorrichtung und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Laservorrichtung.
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Stand der Technik
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Beim selektiven Laserschmelzen (englisch: Selective Laser Melting, SLM, oder Laser Powder Bed Fusion, LPBF) wird ein Werkstoff in Pulverform in einem Zielbereich einer Laservorrichtung auf eine Grundplatte aufgebracht. Die Laservorrichtung richtet einen Laserstrahl gezielt auf bestimmte Bereiche des Werkstoffs, um das Pulver aufzuschmelzen. Nach der Erstarrung entsteht eine feste Schicht mit typischerweise hoher spezifischer Dichte.
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Eine beispielhafte Beleuchtungsvorrichtung, welche bei additiven Fertigungsverfahren, wie selektives Laserschweißen, verwendet werden kann, ist in der
DE 10 2018 204 707 A1 offenbart. Hierbei ist eine Beleuchtungsvorrichtung zum gerichteten Beleuchten einer Bearbeitungsfläche mit mehreren Laserstrahlen vorgesehen. Eine Slidereinrichtung und eine Linearantriebseinheit ermöglichen eine Ausrichtung der Laserstrahlen. Weiter sind Ablenkeinheiten zum Ablenken der Laserstrahlen auf eine Bearbeitungsfläche vorgesehen.
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Um eine gute Genauigkeit bei der Herstellung der gewünschten Struktur zu erreichen, ist eine entsprechende Präzision bei der Ausrichtung des Laserstrahls erforderlich. Hierzu können koaxiale Überwachungssysteme vorgesehen werden, welche eine Prozessüberwachung ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung stellt eine kalibrierbare Laservorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Kalibrieren einer Laservorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 bereit.
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Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine kalibrierbare Laservorrichtung, mit einer Lichtquelle zum Aussenden eines Laserstrahls und einer Lichtablenkeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl auf einen Zielbereich abzulenken, wobei in dem Zielbereich mindestens ein Kalibriertarget angeordnet ist. Weiter umfasst die kalibrierbare Laservorrichtung ein optisches Element, welches im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet ist, wobei das optische Element in mindestens einem ersten Wellenlängenbereich Licht reflektiert, um den Laserstrahl auf die Lichtablenkeinrichtung abzulenken, und wobei das optische Element Licht in mindestens einem zweiten Wellenlängenbereich transmittiert. Die Laservorrichtung umfasst eine Quadrantendiode, welche derart angeordnet ist, um von dem Zielbereich emittiertes Licht nach dem Durchgang durch die Lichtablenkeinrichtung und nach einer Transmission durch das optische Element zu detektieren und Messsignale zu erzeugen. Die Laservorrichtung umfasst weiter eine Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, von der Quadrantendiode erzeugte Messsignale dem mindestens einen Kalibriertarget zuzuordnen und anhand der dem mindestens einen Kalibriertarget zugeordneten Messsignale die Lichtablenkeinrichtung zu kalibrieren.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Kalibrieren einer Laservorrichtung, wobei die Laservorrichtung eine Lichtquelle zum Aussenden eines Laserstrahls aufweist, wobei die Laservorrichtung weiter eine Lichtablenkeinrichtung aufweist, welche den Laserstrahl auf einen Zielbereich ablenkt, wobei in dem Zielbereich mindestens ein Kalibriertarget angeordnet ist, wobei die Laservorrichtung weiter ein optisches Element aufweist, welches im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet ist, wobei das optische Element in mindestens einem ersten Wellenlängenbereich Licht reflektiert, um den Laserstrahl auf die Lichtablenkeinrichtung abzulenken, und wobei das optische Element Licht in mindestens einem zweiten Wellenlängenbereich transmittiert. Licht wird von einer Quadrantendiode nach dem Durchgang durch die Lichtablenkeinrichtung und nach einer Transmission durch das optische Element detektiert, wobei das Licht von dem Zielbereich emittiert wurde. Entsprechende Messsignale werden ausgegeben. Messsignale werden dem mindestens einen Kalibriertarget zugeordnet. Die Lichtablenkeinrichtung wird anhand der dem mindestens einen Kalibriertarget zugeordneten Messsignale kalibriert.
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Vorteile der Erfindung
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Eine der Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht darin, durch Verwendung einer Quadrantendiode die genaue Ausrichtung des Laserstrahls bestimmen zu können. Durch Anordnen von Kalibriertargets in dem Zielbereich können diese mittels der Quadrantendiode detektiert werden, um für einen bestimmten Ansteuerzustand der Lichtablenkeinrichtung die entsprechende Ausrichtung des Laserstrahls auf den Zielbereich zu ermitteln. Anhand dieser Informationen kann die Auswerteeinrichtung eine Kalibrierung der Lichtablenkeinrichtung vornehmen. Durch die genaue Bestimmung des Zusammenhangs von Ansteuerung der Lichtablenkeinrichtung und Ausrichtung des Laserstrahls kann die Kalibrierung präzise vorgenommen werden.
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Unter einem „Kalibriertarget“ kann im Sinne dieser Erfindung insbesondere ein im Zielbereich positioniertes Objekt verstanden werden, welches das Beleuchtungslicht vorzugsweise gut reflektiert oder das Beleuchtungslicht selbst aussendet. Hierbei sind die Abmessungen und die genaue Positionierung des Kalibriertargets mit hoher Präzision, d. h. geringer Toleranz, bekannt.
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Die Verwendung einer Quadrantendiode ist hierbei vorteilhaft, da diese die exakte Bestimmung eines Schwerpunkts eines optisch detektierten Signals zulässt. Die Präzision und Genauigkeit beim Einsatz der Laservorrichtung kann dadurch erheblich gesteigert werden, sodass beispielsweise im Rahmen von Laserschmelzverfahren Werkstücke mit höherer Präzision gefertigt werden können.
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Die kalibrierbare Laservorrichtung macht eine manuelle Kalibrierung obsolet. Neben den Arbeitsstunden können auch Verbrauchsmaterialien, welche zur manuellen Kalibrierung notwendig wären, eingespart werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Laservorrichtung weist die Lichtablenkeinrichtung mindestens einen in Abhängigkeit eines Ansteuersignals auslenkbaren Spiegel auf, wobei die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Lichtablenkeinrichtung durch Anpassen des Ansteuersignals zu kalibrieren. Die Lichtablenkeinrichtung kann beispielsweise einen einzelnen Spiegel aufweisen, welcher entlang einer Achse auslenkbar ist. Dadurch kann der Laserstrahl entlang einer Achse ausgelenkt werden. Überstreicht der Laserstrahl das mindestens eine Kalibriertarget, dann erfasst die Quadrantendiode ein charakteristisches Messsignal, anhand dessen der Zusammenhang von Spiegelstellung, d. h. Auslenkung des Spiegels um die Achse, und Laserstrahlausrichtung von der Auswerteeinrichtung erfasst werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Laservorrichtung kann auch ein einzelner Spiegel vorgesehen sein, welcher entlang zweier Achsen auslenkbar ist. Schließlich können mehrere Spiegel vorgesehen sein. Etwa können zwei Spiegel zusammenwirken, welche um verschiedene und vorzugsweise zueinander orthogonal stehende Achsen verschwenkbar sind. Durch Vermessen der Kalibriertargets kann die Auswirkung der Auslenkung der Spiegel auf die Ausrichtung des Laserstrahls ermittelt werden und dadurch eine Kalibrierung der Lichtablenkeinrichtung durchgeführt werden.
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Die Lichtablenkeinrichtung kann insbesondere ein XY-Galvanoscanner sein, welcher Laserlicht mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit ablenkt, etwa bis zu 5 Meter pro Sekunde.
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Gemäß einer Weiterbildung der Laservorrichtung ist die Auswerteeinrichtung weiter dazu ausgebildet, anhand der dem mindestens einen Kalibriertarget zugeordneten Messsignale eine Spiegelstellung des mindestens einen Spiegels der Lichtablenkeinrichtung zu ermitteln und die Lichtablenkeinrichtung anhand der ermittelten Spiegelstellung zu kalibrieren. Die Auswerteeinrichtung kann demnach vorgesehen sein, die genaue Spiegelstellung zu ermitteln.
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Gemäß einer Weiterbildung der Laservorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, einen Zusammenhang von Ansteuersignal der Lichtablenkeinrichtung und Laserstrahlposition zu bestimmen und abzuspeichern. Etwa kann die Auswerteeinrichtung eine Look-up-Tabelle erstellen, anhand welcher die Lichtablenkeinrichtung bei Betrieb der Laservorrichtung angesteuert wird. Die Lichtablenkeinrichtung ist somit derart kalibriert, dass beim Überstrahlen eines gewünschten Bereichs oder Punktes des Zielbereichs das entsprechende, in der Look-up-Tabelle gespeicherte Ansteuersignal ausgewählt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Laservorrichtung ist das optische Element ein Interferenzfilter bzw. Interferenzspiegel. Das optische Element wirkt für den Laserstrahl als Interferenzspiegel, da der Laserstrahl reflektiert wird. Für das von dem Zielbereich, d. h. insbesondere von dem Kalibriertarget reflektierte Licht wirkt das optische Element als Interferenzfilter, transmittiert also das Licht, sodass dieses auf die Quadrantendiode fällt. Das optische Element wirkt für das von den Kalibriertarget reflektierte Licht somit als Bandpassfilter. Insbesondere kann es sich bei dem optischen Element um einen dichroitischen Spiegel handeln. Diese kann Licht in einem begrenzten optischen Strahlungsspektrum, etwa im Bereich von 700 bis 950 Nanometern, transmittieren und reflektiert Licht mit Wellenlängen im verbleibenden optischen Strahlungsspektrum.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Laservorrichtung weiter eine Fokussiereinrichtung auf, welche im Strahlengang des Laserstrahls angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, den Laserstrahl auf den Zielbereich zu fokussieren. Insbesondere kann die Fokussiereinrichtung ein Z-Scanner bzw. Z-Galvanoscanner sein. Der Strahldurchmesser des Laserstrahls nach Passieren der Fokussiereinrichtung kann beispielsweise 50 bis 500 Mikrometer betragen.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Laservorrichtung weiter eine Beleuchtungsquelle auf, welche dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Kalibriertarget mit Beleuchtungslicht zu beleuchten, wobei eine Wellenlänge des Beleuchtungslichts zumindest teilweise in dem mindestens einen zweiten Wellenlängenbereich liegt. Die Beleuchtungsquelle kann beispielsweise ein weiterer Laser sein, wobei eine Wellenlänge des Beleuchtungslicht, welches von dem weiteren Laser ausgesendet wird, von einer Wellenlänge des von der Lichtquelle ausgesendeten Laserstrahls abweicht. Die weitere Beleuchtungsquelle kann auch eine lichtemittierende Diode (LED) sein, welche beispielsweise Licht im Infrarotbereich aussendet.
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Gemäß einer Weiterbildung dient das Verfahren weiter der additiven Fertigung, indem die Lichtquelle einen Laserstrahl aussendet und die kalibrierte Lichtablenkeinrichtung den Laserstrahl in den Zielbereich ablenkt. Das Verfahren kann insbesondere zum Laserschmelzen, zum selektiven Lasersintern (englisch: Selective Laser Sintering) oder dergleichen vorgesehen sein.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Kalibrieren der Lichtablenkeinrichtung bei ausgeschalteter Lichtquelle. Die Kalibrierung kann etwa durchgeführt werden, bevor die Laservorrichtung in Betrieb genommen wird.
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Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Kalibrieren der Lichtablenkeinrichtung beim Betrieb der Lichtquelle. Insbesondere thermische Drifts, Materialverschleiß, Verschmutzung oder Softwarefehler können die genaue Auslenkung des Laserstrahls mit der Zeit beeinflussen. Durch eine wiederholte Kalibrierung, etwa im Betrieb oder vor der Inbetriebnahme der Laservorrichtung, kann eine stets hinreichend genaue Ausrichtung des Laserstrahls sichergestellt werden.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 ein schematisches Blockdiagramm einer kalibrierbaren Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf einen Zielbereich mit Kalibriertargets für eine Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Draufsicht auf eine Quadrantendiode zur Verwendung mit einer kalibrierbaren Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Draufsicht auf ein Kalibriertarget, welches abgerastert wird, um eine Lichtablenkeinrichtung einer Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zu kalibrieren; und
- 5 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer kalibrierbaren Laservorrichtung 1. Die Laservorrichtung 1 umfasst eine Lichtquelle bzw. einen Laser 2, welche einen Laserstrahl L auf ein optisches Element 4 der Laservorrichtung 1 aussendet. Das optische Element 4 ist ein dichroitischer Spiegel, welcher das Laserlicht L im Wesentlichen vollständig reflektiert und auf eine Fokussiereinrichtung 7 der Laservorrichtung 1 ablenkt.
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Die Fokussiereinrichtung 7 ist ein Z-Scanner bzw. Teleskop und dient der Fokussierung des Laserstrahls L. Der fokussierte Laserstrahl L wird von einer Lichtablenkeinrichtung 3 auf einen Zielbereich Z abgelenkt. Die Lichtablenkeinrichtung 3 kann einen oder mehrere Mikrospiegel aufweisen, sodass ein gerichteter Energieeintrag auf eine Bauplattform im Zielbereich Z ermöglicht wird. Vorzugweise kann vorgesehen sein, dass die Lichtablenkeinrichtung 3 ein XY-Galvanoscanner ist, welcher den Laserstrahl sowohl in X- als auch in Y-Richtung ablenkt, wobei die XY-Ebene einer Ebene des Zielbereichs Z entspricht.
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Beispielsweise kann die Lichtablenkeinrichtung 3 einen Spiegel aufweisen, welcher um eine schnelle und eine langsame Achse auslenkbar ist. Alternativ kann die Lichtablenkeinrichtung 3 zwei Spiegel aufweisen, welche um eine schnelle bzw. um eine langsame Achse auslenkbar sind. Die Ablenkfrequenz um die schnelle Achse ist höher als die Ablenkfrequenz um die langsame Achse. Durch Ablenken um die schnelle Achse kann etwa entlang der X-Achse abgelenkt werden, während durch Ablenken um die langsame Achse eine Änderung der Ablenkung in Y-Richtung erfolgt.
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Weiter ist eine Beleuchtungseinrichtung 8 vorgesehen, welche etwa mindestens eine LED umfasst, welche Beleuchtungslicht B aussendet. Die Wellenlänge des Beleuchtungslichts B unterscheidet sich vorzugsweise von einer Wellenlänge des Laserlicht L. Insbesondere kann die Beleuchtungseinrichtung 8 Infrarotlicht aussenden.
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Das Beleuchtungslicht B beleuchtet den Zielbereich Z und wird von Objekten im Zielbereich Z, insbesondere von Kalibriertargets im Zielbereich Z reflektiert. Das Beleuchtungslicht B nimmt einen Weg, welcher dem Lichtpfad des Laserlichts L entgegengesetzt ist, wird somit von der Lichtablenkeinrichtung 3 abgelenkt, tritt durch die Fokussiereinrichtung 7 und trifft auf das optische Element 4. Das optische Element 4 wirkt für das Beleuchtungslicht B als optisches Filter. Das optische Element 4 transmittiert das Beleuchtungslicht B somit zumindest teilweise. Das Beleuchtungslicht B trifft auf einen 50/50-Strahlteiler 9, welcher das Beleuchtungslicht B in zwei Teilstrahlen aufspaltet. Ein erster Teilstrahl tritt auf eine Erfassungseinrichtung 10, etwa eine CMOS-Kamera oder eine Photodiode. Ein zweiter Teilstrahl trifft auf eine Quadrantendiode 5, welche das Beleuchtungslicht detektiert und ein Messsignal erzeugt.
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Das Messsignal wird an eine Auswerteeinrichtung 6 übermittelt, welche zusätzlich Messsignale der Erfassungseinrichtung 10 empfangen kann.
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Die Auswerteeinrichtung 6 umfasst eine Recheneinrichtung, insbesondere mit Prozessoren oder Mikroprozessoren, FPGAs, integrierte Schaltkreise oder dergleichen, sowie Speicher, um die empfangenen Messsignale zu speichern und auszuwerten. Die Auswerteeinrichtung 6 kann anhand der Messsignale einen Schwerpunkt des optisch detektierten Signals bzw. Beleuchtungslicht B berechnen. Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung 6 ausgebildet sein, zu erkennen, wenn das Beleuchtungslicht B von dem mindestens einen Kalibriertarget im Zielbereich Z reflektiert wird. Beispielweise können die Kalibriertargets stark reflektierend ausgebildet sein oder selbst das Beleuchtungslicht B aussenden. Die Signalstärke bzw. Intensität ist somit höher, wenn das Beleuchtungslicht B von den Kalibriertargets stammt.
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Anhand einer Änderung der Signalstärke bzw. Intensität der Messsignale der Quadrantendiode 5 kann die Auswerteeinrichtung 6 weiter bei einer Bewegung von Spiegeln der Lichtablenkeinrichtung 3 ermitteln, dass ein Kalibriertarget abgerastert wird, d. h. der Strahlengang über ein Kalibriertarget hinwegfährt. Indem die Position der Kalibriertargets genau, d. h. etwa bis auf eine Abweichung von weniger als einem Mikrometer, bekannt ist, kann die Ausrichtung der Lichtablenkeinrichtung 3 sehr präzise ermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung 6 kann einen Ansteuerzustand der Lichtablenkeinrichtung 3 die exakte Position des Zielbereich Z zuordnen, auf welche beim Betrieb der Lichtquelle 2 der Laserstrahl L ausgesendet wird bzw. werden würde.
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Die Beleuchtungseinrichtung 8 ist optional. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass das Laserlicht L selbst reflektiert wird und von der Quadrantendiode 5 erfasst wird.
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Die Auswerteeinrichtung 6 ist weiter dazu ausgebildet, die Lichtablenkeinrichtung 3 zu kalibrieren. Insbesondere können die Ansteuersignale der Lichtablenkeinrichtung 3 eingestellt werden, um eine präzise Ablenkung des Laserlicht L zu ermöglichen. Die Ansteuerung kann unter Verwendung einer einem Ansteuersignal bzw. einer Spiegelstellung der Lichtablenkeinrichtung 3 zugeordneten Ausrichtung des Laserlicht L erfolgen, welche von der Auswerteeinrichtung 6 ermittelt und etwa in einer Look-up-Tabelle abgespeichert sein kann.
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Die Auswerteeinrichtung 6 kann weiter dazu ausgebildet sein, die Lichtablenkeinrichtung 3 und/oder die Lichtquelle 2 zu steuern.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Zielbereich Z mit Kalibriertargets T1 bis T8 für eine Laservorrichtung 1. Die Kalibriertargets T1 bis T8 sind um eine Bauplattform P herum angeordnet, welche sich im Zielbereich Z befindet. Im Betrieb kann etwa ein Pulver eines Werkstoffs auf die Bauplattform P aufgegeben werden, welches durch den Laserstrahl L aufgeschmolzen wird.
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Die Kalibriertargets T1 bis T8 können eine beliebige Form aufweisen, etwa kreuzförmig oder kreisförmig sein. Vorzugsweise ist die Toleranz der Form der Kalibriertargets T1 bis T8 kleiner als ein erster vorgegebenen Wert, vorzugsweise kleiner als 1 Mikrometer. Weiter ist die Toleranz der Positionierung der Kalibriertargets T1 bis T8 kleiner als ein zweiter vorgegebener Wert, vorzugsweise kleiner als 1 Mikrometer.
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Während in 2 acht Kalibriertargets T1 bis T8 illustriert sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Anzahl, Form und Positionierung der Kalibriertargets kann beliebig gewählt werden. Vorzugsweise sind die Kalibriertargets an verschiedenen X- und Y-Positionen angeordnet, um ein Kalibrieren der Lichtablenkeinrichtung 3 sowohl in X- als auch in Y-Richtung zu ermöglichen.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Quadrantendiode 5 zur Verwendung mit einer kalibrierbaren Laservorrichtung 1. Die Quadrantendiode 5 umfasst vier Quadranten 51 bis 54 mit einer jeweiligen Diode D1 bis D4, welche mit einer gemeinsamen Kathode K und jeweils einem Anschluss A1 bis A4 verbunden sind. Die Lichtintensitäten des Beleuchtungslicht B, welches auf die Diode D1 bis D4 des jeweiligen Quadranten 51 bis 54 fällt, wird an den Anschlüssen A1 bis A4 gemessen und als Messsignal an die Auswerteeinrichtung 6 ausgegeben.
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4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Kalibriertarget T1, welches abgerastert wird, um eine Lichtablenkeinrichtung 3 einer Laservorrichtung 1 zu kalibrieren. Durch Ablenken entlang der schnellen Achse ändert sich ein Bereich, aus welchem Beleuchtungslicht B empfangen wird, entlang den eingezeichneten Pfeilrichtungen. Ein von der Quadrantendiode erfassbarer Bereich G überstreicht somit Teilbereiche des Zielbereichs Z. Durch Auslenkung entlang der langsamen Achse werden nacheinander die Bereiche entlang der Pfeilrichtungen abgerastert. Beim Überstreichen des Kalibriertargets T1 ergibt sich ein charakteristisches Messsignal, welches von der Auswerteeinrichtung 6 ausgewertet werden kann.
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5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Kalibrieren einer Laservorrichtung 1. Die Laservorrichtung 1 kann gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele ausgebildet sein.
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Die Laservorrichtung 1 umfasst insbesondere eine Lichtquelle 2 zum Aussenden von einem Laserstrahl L. Weiter umfasst die Laservorrichtung 1 eine Lichtablenkeinrichtung 3, welche den Laserstrahl L auf einen Zielbereich Z ablenkt. In dem Zielbereich Z werden Kalibriertargets T1 bis T8 angeordnet, wobei die Dimensionen und die genaue Positionierung der Kalibriertargets T1 bis T8 präzise bekannt sind.
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Die Laservorrichtung 1 umfasst weiter ein optisches Element 4, welches als Interferenzfilter bzw. Interferenzspiegel dient. Das optische Element 4 reflektiert den Laserstrahl L, welcher anschließend durch eine Fokussiereinrichtung 7 tritt und dort fokussiert wird. Das Laserlicht L wird von einer Lichtablenkeinrichtung 3 der Laservorrichtung 1 auf den Zielbereich Z abgelenkt.
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In einem ersten Verfahrensschritt S 1 wird Beleuchtungslicht B detektiert, welches von dem Zielbereich Z, d. h. insbesondere von Kalibriertargets T1 bis T8 in dem Zielbereich Z emittiert oder reflektiert wird. Das Detektieren erfolgt hierbei durch eine Quadrantendiode 5, welche das Beleuchtungslicht B nach dem Durchgang durch die Lichtablenkeinrichtung 3 und nach einer Transmission durch das optische Element 4 detektiert. Beim Detektieren wird ein entsprechendes Messsignal ausgegeben.
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In einem Verfahrensschritt S2 werden die Messsignale ausgewertet, um die Messsignale dem mindestens einen Kalibriertarget T1 bis T8 zuzuordnen. Insbesondere können hierbei Intensitäten des detektierten Beleuchtungslichts B ausgewertet werden. Vorzugsweise reflektieren die Kalibriertargets T1 bis T8 gut, sodass die Intensität von Beleuchtungslicht B, welches von den Kalibriertargets T1 bis T8 auf die Quadrantendiode 5 reflektiert wird, verhältnismäßig hoch ist. Dies erlaubt die Zuordnung zu den Kalibriertargets T1 bis T8.
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Anhand der Zuordnung wird ein Zusammenhang von einem Ansteuerzustand der Lichtablenkeinrichtung 3 und der Ausrichtung der Lichtablenkeinrichtung 3 berechnet.
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In einem Verfahrensschritt S3 wird anhand dieses berechneten Zusammenhangs die Lichtablenkeinrichtung 3 kalibriert.
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Beispielweise kann die Lichtablenkeinrichtung 3 einen oder mehrere Spiegel, insbesondere Mikrospiegel, aufweisen, welche das Laserlicht L auf bestimmte Bereiche des Zielbereichs Z ablenken. Für eine bestimmte Spiegelstellung, d. h. einen bestimmten Ansteuerzustand, entspricht der Bereich des Zielbereichs Z, auf welchen das Laserlicht L abgelenkt wird, dem Bereich des Zielbereichs Z, aus welchem das Beleuchtungslicht B von der Quadrantendiode 5 empfangen wird.
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Das Kalibrieren der Lichtablenkeinrichtung 3 kann vor jedem Betrieb der Lichtquelle 2 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtablenkeinrichtung 3 während des Betriebs der Lichtquelle 2 kalibriert werden. Insbesondere ist eine kontinuierliche Kalibrierung möglich.
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Das Verfahren kann weiter ein Verfahren zur additiven Fertigung sein. Hierzu kann ein pulverförmiger Werkstoff auf eine Bauplattform P im Zielbereich Z aufgegeben werden, welcher durch den Laserstrahl L aufgeschmolzen wird. Das Verfahren kann hierzu unter anderem zum Laserschmelzen, selektiven Lasersintern oder dergleichen dienen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018204707 A1 [0003]
