JP2002316364A - Beam profile measuring device and method therefor - Google Patents

Beam profile measuring device and method therefor

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JP2002316364A
JP2002316364A JP2002015983A JP2002015983A JP2002316364A JP 2002316364 A JP2002316364 A JP 2002316364A JP 2002015983 A JP2002015983 A JP 2002015983A JP 2002015983 A JP2002015983 A JP 2002015983A JP 2002316364 A JP2002316364 A JP 2002316364A
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JP
Japan
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beam spot
profile
measuring
sensor
working medium
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JP2002015983A
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Japanese (ja)
Inventor
Stuart T Spence
トーマス スペンス スチュアート
Harry Tarnoff
ターノフ ハリー
Thomas Almquist
オルムキスト トーマス
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3D Systems Inc
Original Assignee
3D Systems Inc
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/40Structures for supporting 3D objects during manufacture and intended to be sacrificed after completion thereof

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for measuring the overall intensity and power of a beam by measuring the intensity profile of the beam, with regard to an optical three-dimensional shaping process. SOLUTION: In a sensor for beam profile measurement equipped with a pinhole plate and an optical detector arranged behind the former, a beam spot is transferred and consequently, the sensor for beam profile measurement measures an intensity which is respectively covered by some of different regions inside the beam spot. Software interrelated with the sensor for beam profile measurement controls a beam scan mechanism in a computer to transfer the beam spot onto a pinhole. Further, the software controls the mechanism to make the beam spot traverse over the pinhole and thus the intensity profile of the beam is obtained. A related device and a related method for the calibration and standardization of a three-dimensional shaping device are disclosed. In addition, a related device and a related method for correcting a positional deviation over time in the process of shaping a three-dimensional object are revealed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、全般的には、電磁
放射ビームまたは粒子のビームを測定する装置と方法に
関するものであり、より詳細には、ビームの強度プロフ
ァイルを測定するための新規装置と新規方法に関するも
のであり、また、立体造形による三次元物体の製造に関
する関連の応用に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to an apparatus and method for measuring a beam of electromagnetic radiation or a beam of particles, and more particularly, to a novel apparatus for measuring the intensity profile of a beam. And new methods, and related applications for the production of three-dimensional objects by three-dimensional modeling.

【0002】本出願は1988年4月18日に提出され
た米国特許出願第182,823号、第182,830
号、第183,016号、第183,015号、第18
2,801号、第183,014号、および第183,
012号に関連するものであり、前記のいずれも、参照
によりその全内容が本明細書に記載されているものとす
る。米国特許出願第182,830号、第183,01
6号、第183,014号、および第183,012号
の一部継続出願は1988年11月8日に出願され、そ
の全内容は、参照により本明細書に記載されているもの
とする。前記一部継続出願の出願番号はそれぞれ、(第
182,830号について)第269,801号、第2
68,806号、第268,337号、第268,90
7号、(第183,016号について)第268,42
9号、(第183,014号について)第268,40
8号、および(第183,012号について)第26
8,428号である。米国特許出願番号第269,80
1号の継続出願は1989年3月31日に出願され、そ
の全内容は参照により本明細書に記載されているものと
する。前記継続出願のLyon&Lyon事件整理番号
は第186/195である。
[0002] This application is related to US Patent Application Nos. 182,823, 182,830, filed April 18, 1988.
Nos. 183, 016, 183, 015, 18
Nos. 2,801, 183, 014, and 183,
No. 012, all of which are incorporated herein by reference in their entirety. US Patent Application Nos. 182,830 and 183,01
Nos. 6,183,014 and 183,012 were filed on Nov. 8, 1988, the entire contents of which are incorporated herein by reference. The application numbers of the continuation-in-part application are (No. 182,830) Nos. 269,801 and 2
No. 68,806, No. 268,337, No. 268,90
No. 7, (about No. 183,016) No. 268, 42
No. 9, (No. 183,014) No. 268,40
No. 8 and (No. 183,012) No. 26
No. 8,428. US Patent Application No. 269,80
No. 1 continuation application was filed on March 31, 1989, the entire contents of which are incorporated herein by reference. The Lyon & Lyon case reference number of the continuation application is 186/195.

【0003】また、以下の2つのマニュアルの全内容
も、引用により本明細書に記載されているものとする。
[0003] The entire contents of the following two manuals are also incorporated herein by reference.

【0004】・3Dシステムズ社、1987年11月、
ベータ・サイト・ユーザース・マニュアル、および、サ
ービス・マニュアル。
[0004] 3D Systems, November 1987,
Beta site user's manual and service manual.

【0005】・3Dシステムズ社、1987年10月、
ベータ・レリーズ、第1稿ソフトウェア・マニユアル。
[0005] 3D Systems, October 1987,
Beta Release, first draft software manual.

【0006】また、本明細書には以下の付録が添付され
ており、この付録の内容も本明細書の開示内容に含まれ
るものとする。
Further, the following appendix is attached to this specification, and the contents of this appendix are also included in the disclosure content of this specification.

【0007】付録A: 1988年4月13日現在にお
ける、3Dシステムズ社以外のソフトウェア・ベンダ
ー。
Appendix A: Software vendors other than 3D Systems, as of April 13, 1988.

【0008】[0008]

【従来の技術】最近、“立体造形による三次元物体の製
造装置”という表題の米国特許第4,575,330号
に説明されているような“立体造形”システムが利用さ
れるようになった。この米国特許第4,575,330
号の開示は、参照により本明細書にその全内容が記載さ
れているものとする。基本的に、立体造形は、物品の各
断面を表す薄層の全部が互いに結合して部品全体が形成
されるまで、光重合性液体または類似のものによる断面
を積層して連続的にプリントし、複雑なプラスチック部
品を自動的に形成するための方法である。この技術で
は、その部品は、文字通り、液体プラスチックを収容し
た容器内から成長させられる。この製作方法は、設計着
想を速やかに物理的な形にすることと試作品の製作に対
して非常に有効である。
2. Description of the Related Art Recently, a "solid modeling" system as described in U.S. Pat. No. 4,575,330 entitled "Apparatus for manufacturing three-dimensional objects by solid modeling" has been used. . This U.S. Pat. No. 4,575,330
The disclosure of this item is hereby incorporated by reference in its entirety. Basically, stereolithography is performed by successively printing sections of photopolymerizable liquid or similar until all of the thin layers representing each section of the article are joined together to form the entire part. , A method for automatically forming complex plastic parts. In this technique, the parts are literally grown from within a container containing liquid plastic. This manufacturing method is very effective for quickly bringing a design idea into a physical form and for manufacturing a prototype.

【0009】光重合性液体(感光性重合体)は、光のあ
るところでは、液体から固体に変化し、紫外線光(U
V)の下でのその光重合速度は、実用的なモデル造形材
料として十分な速度である。部品を製作する場合、重合
されない材料は、まだ使用可能のまま容器の中に残って
いて、連続的に部品が作られる。紫外線レーザーは、U
V光の小さな強いビームスポットを発生するのに利用さ
れる。このビームスポットは、ガルバノミラーを用いた
X−Y軸反射ミラー型の走査装置により、液体の表面に
亘って動かされる。走査装置は、ベクトルまたは類似の
ものを発生するコンピュータによって駆動される。精密
で複雑なモデルは、この技術によってすばやく製作する
ことができる。
[0009] The photopolymerizable liquid (photosensitive polymer) changes from a liquid to a solid where light is present, and the ultraviolet light (U
Its photopolymerization rate under V) is sufficient for a practical model building material. When making the part, the unpolymerized material remains in the container still usable and the part is made continuously. UV laser is U
It is used to generate a small intense beam spot of V light. This beam spot is moved over the surface of the liquid by a scanning device of the XY axis reflecting mirror type using a galvanometer mirror. The scanning device is driven by a computer that generates vectors or the like. Precise and complex models can be produced quickly with this technique.

【0010】制御用コンピュータと共に使用されるレー
ザー、走査装置、光重合性液体用の容器、および昇降器
は、互いに組み合わされて「SLA」と呼ばれる立体造
形装置を形成する。SLAは、一度に一つの断面を「描
画」し、それらを一層ずつ積層することによって、プラ
スチック部品を自動的に製造するようにプログラムされ
ている。
[0010] The laser, scanning device, container for the photopolymerizable liquid, and the elevator used with the control computer combine with each other to form a three-dimensional modeling device called an "SLA". SLA is programmed to automatically produce plastic parts by "drawing" one cross section at a time and layering them one by one.

【0011】立体造形は、工具を必要とせずに複雑また
は簡単な部品をすばやく製作する前例のない新規の方法
である。
[0011] Stereolithography is an unprecedented new way to quickly produce complex or simple parts without the need for tools.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】立体造形の技術は、断
面パターンの発生に際しコンピュータの使用に頼ってい
るため、CAD/CAMへのデータ・リンクが必然的に
存在する。
Since the technique of three-dimensional printing relies on the use of a computer to generate a cross-sectional pattern, a data link to CAD / CAM necessarily exists.

【0013】立体造形が効果的に成すためには、このシ
ステムは、部品(立体造形によって製作された物体を
“部品”という)の精密かつ効果的製造を実施するため
に、焦点の状態(ビームスポットの集束度合い)、レー
ザービーム発振モード、ビームパワー、強度分布すなわ
ち強度プロファイル、および描画を行うレーザーの走査
システムの経時的位置ずれについて、情報を有する必要
がある。ビームは、光重合性液体の表面でほぼ合焦して
いなくてはならない。レーザモード、強度分布、および
ビームパワーは、走査速度と同様に、作業媒体の硬化痕
の硬化深さと幅を左右する重要な要素である。走査シス
テムの「経時的位置ずれ」は定期的に確認し修正しなけ
ればならない。
In order for stereolithography to be effective, the system must focus on the beam (beam) in order to carry out the precise and effective production of parts (objects produced by stereolithography are referred to as "parts"). It is necessary to have information on the degree of focusing of the spot), the laser beam oscillation mode, the beam power, the intensity distribution or intensity profile, and the temporal displacement of the scanning system of the laser for writing. The beam must be substantially focused at the surface of the photopolymerizable liquid. The laser mode, the intensity distribution, and the beam power, as well as the scanning speed, are important factors that determine the curing depth and width of the curing mark on the working medium. The "time shift" of the scanning system must be checked and corrected periodically.

【0014】ビームプロファイル(ビームの強度プロフ
ァイル)測定結果は、ビームに関して有効な情報を有し
ており、それは、それが、次のような目的の達成を支援
することが出来るからである。
The beam profile (beam intensity profile) measurement has useful information about the beam because it can help achieve the following objectives:

【0015】1.光学系の焦点を合わせ、非点収差等の
収差を修正すること。
1. To focus the optical system and correct aberrations such as astigmatism.

【0016】2.ビームパワーの測定(毎日行われ
る)。
2. Measurement of beam power (performed daily).

【0017】3.レーザーモードを調べ、モードの変更
を行うこと。
3. Check the laser mode and change the mode.

【0018】4.レーザー走査システムの経時的位置ず
れに対する補正。
4. Compensation for positional deviation of laser scanning system over time.

【0019】5.変更事項の後段的解析にのための経時
的位置ずれの記録の実施。
5. Recording of positional deviation over time for subsequent analysis of changes.

【0020】6.走査装置を自動的に較正すること。6. To automatically calibrate the scanning device.

【0021】7.他の測定(例えばシステムのパワーの
較正係数を見出すためにビームパワーを別途測定するこ
と)をおこなうため、ビームスポットの位置を簡単に制
御しうるようにすること。
7. To be able to easily control the position of the beam spot to perform other measurements (eg, separately measuring the beam power to find a calibration factor for the power of the system).

【0022】8.硬化したプラスチックの硬化痕につい
ての大きさと形状の予測ができるようにすること。
8. Be able to predict the size and shape of cured traces of cured plastic.

【0023】従って、立体造形装置の較正と規格化およ
び立体造形装置の反射ミラー型位置決めシステムの経時
的変化に対する修正を行うために、ビームプロファイル
を迅速に決定するための装置や方法であって、特に立体
造形装置に有用なものが必要となる。
Accordingly, there is provided an apparatus and method for rapidly determining a beam profile to calibrate and normalize a stereolithography device and to correct for changes over time of a reflective mirror positioning system of the stereolithography device, In particular, a device useful for a three-dimensional modeling device is required.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】端的に且つ全般的に言う
ならば、この発明は、ビームプロファイルの測定を行う
新規で改良された装置と方法とを提供する。その装置
は、ビームがセンサー手段上に投射されたときに、該ビ
ームのビームスポット内の一部の領域が担う強度を測定
するためのセンサー手段と、ビームスポットの全体また
はその一部の領域の強度を測定するために、ビームが辿
る光路に対して実質上垂直な平面に沿ったセンサー手段
の垂直位置を変更するための手段とにより構成される。
ビームプロファイルを測定するための方法は、ビームが
辿る光路に対し実質上垂直な平面に沿って、予め選択さ
れた大きさを有するビームスポット内の一部の領域の強
度を測定する段階と、該平面に沿ってビームスポット内
の他の一部の領域に対して該測定段階を反復することと
によって構成される。
SUMMARY OF THE INVENTION Briefly and generally speaking, the present invention provides a new and improved apparatus and method for measuring a beam profile. The apparatus comprises a sensor means for measuring the intensity borne by a part of the beam spot when the beam is projected onto the sensor means, and a sensor for measuring the intensity of the whole or a part of the beam spot. Means for changing the vertical position of the sensor means along a plane substantially perpendicular to the optical path followed by the beam for measuring the intensity.
A method for measuring a beam profile comprises measuring the intensity of a region within a beam spot having a preselected size along a plane substantially perpendicular to an optical path followed by the beam; By repeating the measuring step for some other area in the beam spot along the plane.

【0025】上記の装置およびその方法は、ビームが辿
る光路に対して実質的に垂直な平面に沿うビームの強度
マップを作成する。強度マップは、ビームスポット内の
予め選択された大きさを有する各部分に対する強度を示
す。このようにして得られた強度プロファイルは、ビー
ムパワーを計算する(ビームパワーへの変換率は既知で
ある)ためのみならず、ビームの集束度合いを調べ、焦
点を調整するために使用することができる。また、強度
プロファイルは、作業媒体上につくられるプラスチック
の硬化痕の硬化深さと幅を予測するのに利用することが
できる。ビームプロファイル測定装置は、固定基準点と
して作用し、またビーム中心の走査装置座標を決定する
ことによってビームを走査する装置の「経時的位置ず
れ」を検出するように使用することができる。またこの
装置は、コンピュータが生成する設計を、物体形成のた
めに硬化する液体表面上の実際の次元に変換する際にお
いて、走査装置の指向方向を決定する位置決め「マッ
プ」あるいは表を再較正するのに使用することができ
る。
The apparatus and method described above creates an intensity map of the beam along a plane substantially perpendicular to the optical path followed by the beam. The intensity map indicates the intensity for each portion of the beam spot having a preselected size. The intensity profile obtained in this way can be used not only for calculating the beam power (the conversion rate to the beam power is known) but also for checking the degree of convergence of the beam and adjusting the focus. it can. The strength profile can also be used to predict the cure depth and width of the cure marks of the plastic created on the working medium. The beam profile measurement device acts as a fixed reference point and can be used to detect "time offset" of the beam scanning device by determining the scanning device coordinates of the beam center. The device also recalibrates a positioning "map" or table that determines the orientation of the scanning device in translating the computer-generated design to the actual dimensions on the liquid surface that is hardening for object formation. Can be used for

【0026】すなわち、本発明による1つのビームプロ
ファイル測定装置は、ビームスポットへの露出に際し硬
化する作業媒体を該作業媒体の表面において連続して隣
接した薄層状に硬化させることにより上記の作業媒体か
ら三次元物体を造形する立体造形装置内における、上記
のビームスポットの強度プロファイルを測定するビーム
プロファイル測定装置であって、上記の表面に対して相
対的に固定された位置に配置され、上記のビームスポッ
ト内の予め選択された大きさを有する異なる複数の一部
の領域が各々担う強度を測定することにより、上記のビ
ームスポットの上記の強度プロファイルを測定する、少
なくとも1個のセンサー手段を備えたビームプロファイ
ル測定装置である。
That is, one beam profile measuring apparatus according to the present invention is a method for curing a working medium which is cured upon exposure to a beam spot by continuously curing the working medium in a thin layer adjacent to the surface of the working medium. A beam profile measurement device for measuring an intensity profile of the beam spot in a three-dimensional modeling device for modeling a three-dimensional object, wherein the beam profile measurement device is disposed at a position fixed relative to the surface, and the beam At least one sensor means for measuring the intensity profile of the beam spot by measuring the intensity of each of a plurality of different portions of the spot having a preselected size. It is a beam profile measuring device.

【0027】本発明による上記のビームプロファイル測
定装置は、上記の少なくとも1個のセンサー手段上に上
記のビームスポットを位置決めする走査手段をさらに備
えていてもよい。
[0027] The beam profile measuring apparatus according to the present invention may further comprise scanning means for positioning the beam spot on the at least one sensor means.

【0028】また、本発明による上記のビームプロファ
イル測定装置を使用して、上記のビームスポットによる
上記の作業媒体の硬化痕の硬化深さを決定したり、上記
の作業媒体の上記の表面上における上記のビームスポッ
トの集束度合いを調べたり、上記のビームスポットのビ
ームパワーを測定することができる。
The beam profile measuring apparatus according to the present invention may be used to determine the hardening depth of the hardened mark of the working medium by the beam spot, or to determine the hardening depth of the working medium on the surface. The degree of convergence of the above-mentioned beam spot can be checked, and the beam power of the above-mentioned beam spot can be measured.

【0029】また、本発明による1つのビームプロファ
イル測定方法は、ビームスポットへの露出に際し硬化す
る作業媒体を該作業媒体の表面において連続して隣接し
た薄層状に硬化させることにより上記の作業媒体から三
次元物体を造形する立体造形装置内において、上記のビ
ームスポットの強度プロファイルを測定するビームプロ
ファイル測定方法であって、上記の表面に対して相対的
に固定された位置に配置された少なくとも1個のセンサ
ー手段を使用して、上記のビームスポット内の予め選択
された大きさを有する異なる複数の一部の領域が各々担
う強度を測定することにより、上記のビームスポットの
上記の強度プロファイルを測定する工程を含むビームプ
ロファイル測定方法である。
Further, one beam profile measuring method according to the present invention is a method for curing a working medium which is cured upon exposure to a beam spot by continuously curing the working medium on the surface of the working medium in a thin layer adjacent to the working medium. A beam profile measuring method for measuring an intensity profile of a beam spot in a three-dimensional modeling apparatus for modeling a three-dimensional object, wherein at least one beam is arranged at a position fixed relative to the surface. Measuring the intensity profile of the beam spot by measuring the intensity borne by each of a plurality of different regions having a preselected size within the beam spot using the sensor means of This is a beam profile measurement method including a step of performing the following.

【0030】本発明による別の装置は、ビームスポット
を検出し得る少なくとも1個のセンサー手段を含むビー
ムプロファイル測定手段を備えた、上記のビームスポッ
トによる作業媒体の硬化痕の硬化深さを決定する装置で
ある。
Another device according to the invention determines the cure depth of a cure mark of a working medium by means of the beam spot, comprising a beam profile measuring means comprising at least one sensor means capable of detecting the beam spot. Device.

【0031】また、本発明による別の方法は、ビームス
ポットの強度プロファイルを取得する工程と、上記の強
度プロファイルを基に、上記のビームスポットによる作
業媒体の硬化痕の硬化深さを計算する工程を含む、上記
の硬化痕の上記の硬化深さを決定する方法である。
Further, another method according to the present invention includes a step of obtaining an intensity profile of a beam spot and a step of calculating a curing depth of a curing mark of a working medium by the beam spot based on the intensity profile. And a method for determining the above-mentioned curing depth of the above-mentioned curing mark.

【0032】本発明によるまた別の装置は、ビームスポ
ットを検出し得る少なくとも1個のセンサー手段を含む
ビームプロファイル測定手段を備えた、作業媒体の表面
上における上記のビームスポットの集束度合いを調べる
装置である。
Another device according to the invention is a device for determining the degree of convergence of the beam spot on the surface of the working medium, comprising a beam profile measuring means comprising at least one sensor means capable of detecting the beam spot. It is.

【0033】また、本発明によるまた別の方法は、ビー
ムスポットの強度プロファイルを取得する工程と、上記
の強度プロファイルを基に、作業媒体の表面上における
上記のビームスポットの集束度合いを計算する工程を含
む、上記の表面における上記の集束度合いを調べる方法
である。
Still another method according to the present invention is a step of obtaining an intensity profile of a beam spot, and a step of calculating a degree of convergence of the beam spot on a surface of a working medium based on the intensity profile. And a method for examining the degree of convergence on the surface.

【0034】本発明によるまた別の装置は、ビームスポ
ットを検出し得る少なくとも1個のセンサー手段を含む
ビームプロファイル測定手段を備えた、上記のビームス
ポットのビームパワーを測定する装置である。
Another apparatus according to the present invention is an apparatus for measuring the beam power of the above-mentioned beam spot, comprising a beam profile measuring means including at least one sensor means capable of detecting the beam spot.

【0035】また、本発明によるまた別の方法は、ビー
ムスポットの強度プロファイルを取得する工程と、上記
の強度プロファイルを基に、上記のビームスポットのビ
ームパワーを計算する工程を含む、上記のビームパワー
を測定する方法である。
Still another method according to the present invention includes the steps of obtaining an intensity profile of a beam spot, and calculating a beam power of the beam spot based on the intensity profile. It is a method of measuring power.

【0036】以上に挙げた装置および方法は、経済上重
要な利点を有する。それは、以上に挙げた装置および方
法によるビームプロファイルの測定が、立体造形装置内
に既に組込まれている現在の計算システムと光ビーム位
置決めシステムとを使用しているからである。
The above-described apparatus and method have important economic advantages. This is because the measurement of the beam profile by the devices and methods mentioned above uses the current computing system and the light beam positioning system already built into the stereolithography device.

【0037】現在のシステムとは“レーザービームシス
テム”や“X−Yガルバノミラー走査システム”を指す
が、異なるエネルギー源または位置決め手段またはこれ
らの組合わせを有する他の可能なシステムにも、上記の
各利点が応用され得るということは明白である。
While current systems refer to "laser beam systems" and "XY galvanometer mirror scanning systems", other possible systems having different energy sources or positioning means or combinations thereof are also described above. It is clear that each advantage can be applied.

【0038】なお、この発明は、立体造形装置の規格化
や較正について、関連する新規で改良された装置と方法
を提供する。
The present invention provides a new and improved apparatus and method related to standardization and calibration of a three-dimensional printing apparatus.

【0039】立体造形による部品製造装置に於ては、作
業媒体(好ましい実施形態によれば、光重合性液体のあ
る指定された表面)の反応手段(好ましい実施形態によ
れば、レーザービーム)の出射を規格化し、較正するた
めの装置や方法が必要である。作業媒体における反応手
段の精密な位置決めは、この発明によれば容易であり、
それは、作業媒体の表面に対して相対的に固定された位
置に配置された少なくとも1個のセンサーを設置するこ
とによって可能である。センサーは、反応手段のあるこ
とを検知する。記憶手段は、位置決め情報を含むその他
の情報を記憶するために具備されており、この位置決め
情報は、反応手段をセンサーの方に正確に指向させるよ
うにする。好ましい実施形態によれば、記憶された参照
表または記憶された参照マップには、作業媒体表面上の
多くの特定位置のおのおのに対する特定の位置決め情報
が記入されている。標準的な直線補間技術が、位置決め
情報の決定に利用され、参照表内で各位置の間に当たる
それぞれの位置の方向へ反応手段を指向させるのに有用
である。
In a three-dimensional part manufacturing apparatus, the reaction means (laser beam according to the preferred embodiment) of the working medium (according to the preferred embodiment, a designated surface with a photopolymerizable liquid). Devices and methods are needed to standardize and calibrate the emission. The precise positioning of the reaction means in the working medium is easy according to the invention,
This is possible by installing at least one sensor arranged at a fixed position relative to the surface of the working medium. The sensor detects the presence of the reaction means. A storage means is provided for storing other information, including positioning information, which causes the responsive means to be accurately directed towards the sensor. According to a preferred embodiment, the stored look-up table or stored reference map is populated with specific positioning information for each of a number of specific locations on the working medium surface. Standard linear interpolation techniques are used to determine the positioning information and are useful in directing the responsive means in the direction of each position falling between each position in the look-up table.

【0040】したがって、この発明の目的は、立体造形
装置を正確に較正し、規格化するための装置と方法を提
供することにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus and method for accurately calibrating and standardizing a three-dimensional printing apparatus.

【0041】さらにまた、この発明の目的は、ビームの
位置決めのための改良されたより精密な方法と装置を提
供することにある。
It is still another object of the present invention to provide an improved and more precise method and apparatus for beam positioning.

【0042】また、この発明は改良された精密性と反復
性を与えるように反射ミラー型位置決めシステムの経時
的位置ずれを修正するための、関連する新規で改良され
た装置と方法とを提供することにある。
The present invention also provides a related new and improved apparatus and method for correcting misalignment of a reflective mirror type positioning system over time to provide improved precision and repeatability. It is in.

【0043】三次元の物体、すなわち“部品”は、立体
造形装置により、媒体の指定された表面上において予め
選択された方法で走査される反応手段に露出され硬化さ
れ得る媒体から製作することができる。この方法によ
り、部品を形成する硬化された媒体からなる連続して隣
接した薄層が、積み重ねられる。
A three-dimensional object, or "part," can be fabricated from a medium that can be exposed and cured by a stereolithography device to a reaction means that is scanned in a preselected manner on a designated surface of the medium. it can. In this manner, successive adjacent thin layers of cured media forming the part are stacked.

【0044】熱効果、磨耗効果、およびその他の効果
は、反応手段の位置決めのための位置決め手段の位置を
経時的にずれさせて、反応手段がもはや繰返し同一場所
に向けられないようにしてしまう可能性がある。このよ
うな経時的位置ずれを軽減するため、この発明は、セン
サー手段への反応手段の印加を検知する能力を有する少
なくとも一個のセンサー手段を使用する。このセンサー
手段は、媒体の表面に対して相対的に固定された、予め
決められた位置に配置されている。位置決め手段は反応
手段を適当な場所に位置づけて印加し、また反応手段を
上記センサー手段へ印加することができる。見ためのセ
ンサー位置を出力する手段が、反応手段がセンサー手段
に印加された場合においてセンサー手段の反応手段から
見た位置を示す、見ためのセンサー位置を情報を提供す
る。同様に記憶手段が、上記センサー手段の以前の見た
めの位置を含む過去のセンサー位置情報を包含するのに
使用される。また上記現在のセンサー位置情報と上記過
去のセンサー位置情報との比較手段も具備しており、こ
の比較手段は、反応手段の指向位置の経時的位置ずれの
効果を除去するようにして位置決め手段を調整するため
に必要な、該経時的位置ずれの修正を決定する能力を有
する。
Thermal, wear and other effects can cause the positioning means for positioning the reaction means to shift over time so that the reaction means is no longer repeatedly directed to the same location. There is. To mitigate such displacement over time, the present invention employs at least one sensor means capable of detecting the application of a responsive means to the sensor means. The sensor means is arranged at a predetermined position fixed relative to the surface of the medium. The positioning means can position and apply the reaction means at an appropriate location, and can apply the reaction means to the sensor means. The means for outputting the sensor position for viewing provides information on the sensor position for viewing, indicating the position of the sensor means as viewed from the reaction means when the responding means is applied to the sensor means. Similarly, storage means is used to contain past sensor position information, including the previous viewing position of the sensor means. The present invention also includes a comparison unit for comparing the current sensor position information with the past sensor position information, and the comparison unit removes the effect of the positional deviation of the pointing position of the reaction unit with time, thereby setting the positioning unit. It has the ability to determine the correction of the misregistration over time, which is needed to adjust.

【0045】この発明における上述およびその他の目的
と利点は、図示可能な実施形態の図面に沿って成され
る、以下のより詳細な説明によって明白となる。
The above and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings of illustrative embodiments.

【0046】[0046]

【発明の実施の形態】この発明の好ましい実施形態の装
置およびその方法が使用されている立体造形システム
は、衝突する放射ビーム、電子その他の粒子ビームの衝
突等の適切な相乗的刺激に応じてその物理状態を変換す
る能力を有するUV硬化性液体等の液体媒体の選択され
た表面において形成される物体の断面パターンを創成す
ることにより、三次元の物体を生成する。物体の連続断
面に相当する連続して接する薄層は、自動的に形成結合
され、階段状の薄層からなる物体の造形がもたらされ
る。それによって、三次元の物体は、形成過程の間を通
して液体媒体の実質的に表面的または板状の平面から形
成・成長させられる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A stereolithography system in which the apparatus and method of the preferred embodiment of the present invention are used is to respond to an appropriate synergistic stimulus, such as the impingement of an impinging radiation beam, an electron or other particle beam. A three-dimensional object is created by creating a cross-sectional pattern of the object formed on a selected surface of a liquid medium, such as a UV curable liquid, having the ability to change its physical state. The successive contacting laminae corresponding to the continuous cross section of the object are automatically formed and joined, resulting in the shaping of the object consisting of a stepped lamina. Thereby, a three-dimensional object is formed and grown from a substantially superficial or plate-like plane of the liquid medium throughout the forming process.

【0047】この技法の全般については、図1−5のフ
ロー・チャートと図面によって説明されている。
The general nature of this technique is illustrated by the flow charts and drawings of FIGS. 1-5.

【0048】図4は、立体造形システムの垂直断面図で
ある。容器21の中にはUV硬化性液体又は同等のもの
が入っており、指定さた作業表面23がある。紫外線光
または同等のもののプログラム可能な光源26は、表面
23の平面に紫外光のビームスポット27を照射する。
ビームスポット27は、光源26と共に使用される反射
ミラーあるいは他の光学的または機械的要素(図4には
示していない)の動きによって表面23に亘って移動可
能である。表面23上のビームスポット27の位置は、
コンピュータ制御システム28によって制御される。こ
のシステム28は、CAD設計システムまたは同等のも
のであるデータ発生器20によって作成されPHIGS
様式または同等の様式で電算化変換システム21に送ら
れたCADデータによって制御される。電算化変換シス
テム21は、物体を規定する情報を、応力、カール、歪
みを減少させ、解像度、強度、再生産の精度を増大させ
るように加工するものである。
FIG. 4 is a vertical sectional view of the three-dimensional printing system. The container 21 contains a UV curable liquid or equivalent and has a designated work surface 23. A programmable light source 26 of ultraviolet light or the like illuminates the plane of the surface 23 with a beam spot 27 of ultraviolet light.
Beam spot 27 is movable across surface 23 by the movement of a reflecting mirror or other optical or mechanical element (not shown in FIG. 4) used with light source 26. The position of the beam spot 27 on the surface 23 is
It is controlled by a computer control system 28. This system 28 is created by the data generator 20 which is a CAD design system or equivalent
Controlled by CAD data sent to the computerized conversion system 21 in a manner or an equivalent manner. The computerized conversion system 21 processes information defining an object to reduce stress, curl, and distortion, and increase resolution, strength, and reproduction accuracy.

【0049】容器21の内部にある移動可能な昇降台2
9は、選択的に上下移動可能であり、その台の位置はシ
ステム28によって制御される。この装置が運転した場
合、30a,30b,30cのような結合した薄層が段
階的に作られ、三次元の物体30が生成される。
The movable lift 2 inside the container 21
9 can be selectively moved up and down, the position of which is controlled by the system 28. When the apparatus is operated, combined thin layers, such as 30a, 30b, 30c, are created in stages, producing a three-dimensional object 30.

【0050】UV硬化性液体22の表面は、容器21内
で一定の液面を保持され、液体を硬化して固体材料に変
換するのに充分な強さをもったUV光のビームスポット
またはその他の反応刺激が、作業表面23上をプログラ
ムされた方法に従って移動する。液体22が硬化して固
体材料が形成された場合、当初は表面23のすぐ下にあ
った昇降台29は、ある適当な駆動装置により、プログ
ラム化された方法で表面から下降する。この方法で、最
初に形成された固体材料は、表面下に下降させられ、そ
して新規の液体22が表面23に亘って流入する。この
新規液体の一部分が順次プログラム化されたUV光のビ
ームスポット27によって固体材料に変換され、新規材
料は、その下の材料に接着するように一体化する。この
工程は、三次元の物体30が完全に形成されるまで続行
される。その後この物体30は容器21から取り外さ
れ、装置は次の他の物体を製作する状態になる。これに
より、次の物体を製作することが可能であり、またはあ
る新規物体をコンピュータ28のプログラムを変更する
ことによって製作可能である。
The surface of the UV-curable liquid 22 is maintained at a constant liquid level in the container 21 and has a beam spot of UV light or other light having sufficient strength to cure the liquid and convert it into a solid material. Move on the work surface 23 according to a programmed method. If the liquid 22 has hardened to form a solid material, the elevator 29, which was initially just below the surface 23, is lowered from the surface in a programmed manner by some suitable drive. In this way, the initially formed solid material is lowered below the surface and a new liquid 22 flows over the surface 23. A portion of this new liquid is converted into a solid material by the sequentially programmed beam spot 27 of UV light, and the new material is bonded together to the underlying material. This process continues until the three-dimensional object 30 is completely formed. The object 30 is then removed from the container 21 and the device is ready to make another object. This allows the next object to be produced, or a new object to be produced by modifying the program of the computer 28.

【0051】この発明の好ましい実施形態による立体造
形システムの光源26は、典型的にはへリウムーカドミ
ウム紫外線レーザーであり、例としては、カリフォルニ
ア・サニーバレーのリコニックス社製の4240−N,
HeCdマルチモード・レーザーがある。
The light source 26 of the stereolithography system according to the preferred embodiment of the present invention is typically a helium-cadmium ultraviolet laser, such as 4240-N, manufactured by Reconix, Inc. of Sunny Valley, California.
There is a HeCd multimode laser.

【0052】市販される立体造形システムは、図1−5
に略解で図示した装置の外に、付加的構成要素およびサ
ブシステムをもつことになる。例えば、市販されるシス
テムは、枠や収納部および制御盤を有するであろう。ま
た、操作者を極度のUVおよび可視光線から遮蔽するた
めの手段も設けられるべきで、物体30が形成される間
中それを観察できる手段も設けることも可能である。市
販される装置には、また、普通の高圧安全保護やインタ
ーロックに加え、オゾンや有害な毒気を除去するための
安全手段も設けられる。市販される装置の中には電子的
ノイズ源から敏感な電子機器を効果的に保護する目的の
手段を有するものもあるであろう。
A commercially available three-dimensional modeling system is shown in FIGS.
Will have additional components and subsystems in addition to the apparatus illustrated schematically. For example, a commercially available system will have a frame, enclosure, and control panel. Also, means should be provided for shielding the operator from extreme UV and visible light, and it is possible to provide means for observing the object 30 while it is being formed. Commercially available equipment is also provided with safety measures to remove ozone and harmful poisons, in addition to the usual high pressure security and interlocks. Some commercially available devices will have means for the purpose of effectively protecting sensitive electronic equipment from electronic noise sources.

【0053】市販されるSLAは、ユーザーのCADシ
ステムと直接対話する自立型のシステムである。この発
明の装置の好ましい実施形態を含む市販されるSLAは
図6および図7に示してあり、四つの主要構成部品群か
ら成り立っている。即ち、SLICEコンピュータ端末
部、電子キャビネットのアセンブリ、光学系のアセンブ
リ、およびチャンバーのアセンブリである。図5は、市
販されるSLAのブロック図である。
Commercially available SLA is a self-contained system that interacts directly with the user's CAD system. A commercially available SLA that includes a preferred embodiment of the device of the present invention is shown in FIGS. 6 and 7 and consists of four main components. A SLICE computer terminal, an electronic cabinet assembly, an optical system assembly, and a chamber assembly. FIG. 5 is a block diagram of a commercially available SLA.

【0054】電子キャビネットのアセンブリは、処理コ
ンピュータ、キーボード、モニター、電源部、交流電源
配電盤および制御盤により構成される。コンピュータの
アセンブリは、端末制御用プラグイン型回路盤、高速走
査用反射ミラー、および垂直(Zステージ)昇降機によ
り構成される。レーザー用電源部、ダイナミック・ミラ
ー、および昇降機駆動機は、キャビネットの下部に設置
されている。
The electronic cabinet assembly is composed of a processing computer, a keyboard, a monitor, a power supply, an AC power distribution board, and a control board. The computer assembly includes a terminal control plug-in type circuit board, a high-speed scanning reflection mirror, and a vertical (Z stage) elevator. The laser power supply, dynamic mirror, and elevator drive are located at the bottom of the cabinet.

【0055】制御盤には、電源用スイッチおよび表示
器、チャンバー内電灯用スイッチおよび表示器、レーザ
ー稼働表示器、およびシャッター開放表示器が取付けら
れている。
The control panel is provided with a power switch and a display, a chamber light switch and a display, a laser operation display, and a shutter open display.

【0056】操作および保守用パラメータは、故障診断
情報およびレーザ機能情報を含んでおり、普通、モニタ
ー上に表示される。操作はすべてキーボード上でおこな
われる。キーボードやコンピュータ回りの作業面は、清
潔および長寿命を保つためにホルミカ(表面仕上材の一
般名)等でカバーされている。
The operation and maintenance parameters include fault diagnosis information and laser function information and are usually displayed on a monitor. All operations are performed on the keyboard. Work surfaces around the keyboard and the computer are covered with hormica (common name of surface finishing material) or the like to maintain cleanliness and long life.

【0057】次の図8は、へリウム・カドミウム(He
Cd)レーザー100と光学的構成要素が、電子キャビ
ネットとチャンバーのアセンブリ102の上部に設置さ
れていることを示す。レーザーおよび光学的構成要素を
載せた基盤には、分離されたカバーを取外すことによっ
て、サービスのためにアクセスすることが可能である。
安全上、カバー錠を解錠するには特殊工具を必要とし、
カバーを取外した場合はインターロック・スイッチが動
作する。インターロックは、いずれのカバーが取外され
ても、レーザービームを遮断するようにソレノイドで制
御されるシャッターを作動させる。
FIG. 8 shows a helium cadmium (He).
Cd) Shows that laser 100 and optical components are installed on top of electronics cabinet and chamber assembly 102. The base carrying the laser and optical components can be accessed for service by removing the separate cover.
For safety, unlocking the cover lock requires special tools,
When the cover is removed, the interlock switch operates. The interlock activates a solenoid controlled shutter to block the laser beam, regardless of which cover is removed.

【0058】図8に示すように、光学系基盤上には、シ
ャッターアセンブリ104、2個の90度ビーム方向変
換ミラー106,108、ビーム拡大器110、X−Y
軸走査ミラーアセンブリ112、および精密光学的窓1
14が設置されている。回転式ソレノイド駆動シャッタ
ーは、レーザー出力部に設置され、安全インターロック
が開放された時ビームを遮断するように回転する。90
度ビーム方向変換ミラー106,108は、次の光学的
構成要索に向けてレーザービームを反射する。ビーム拡
大器110は、レーザービームを拡大した上で液体表面
に焦点を合わせる。高速走査ミラーは、走査されるべき
樹脂上のベクトルにレーザービームを向ける。2個のミ
ラーが付属した2軸型ガルバノミラー走査へッドは、マ
サチューセッツ、ウォタータウンのゼネラル・スキャニ
ング社から販売されているものであり、この目的を十分
満足するものであることが確認されている。好ましい実
施形態では、DX−2005型サーボ、XY−0507
型ガルバノミラーX−Y走査へッドを使用した。光学的
容器と反応チャンバーとの間の石英製窓114は、レー
ザービームのみを反応チャンバー内に向って通過させ、
その他については、二つの領域を隔離するものである。
As shown in FIG. 8, a shutter assembly 104, two 90-degree beam direction changing mirrors 106 and 108, a beam expander 110, and XY are provided on an optical system base.
Axial scanning mirror assembly 112 and precision optical window 1
14 are installed. A rotary solenoid driven shutter is located at the laser output and rotates to block the beam when the safety interlock is opened. 90
The degree beam direction changing mirrors 106 and 108 reflect the laser beam toward the next optical component. The beam expander 110 expands the laser beam and then focuses on the liquid surface. The fast scanning mirror directs the laser beam at a vector on the resin to be scanned. A two-axis galvanometer mirror scanning head with two mirrors is available from General Scanning in Watertown, Mass. And has been found to be sufficient for this purpose. I have. In a preferred embodiment, a DX-2005 type servo, XY-0507
A galvanometer mirror XY scanning head was used. A quartz window 114 between the optical container and the reaction chamber allows only the laser beam to pass into the reaction chamber,
Others isolate the two regions.

【0059】チャンバーのアセンブリには、環境調整さ
れたチャンバーがあり、その中には、台、樹脂容器、昇
降機、およびビームプロファイル測定用センサーが設置
されている。
The chamber assembly includes an environment-controlled chamber in which a table, a resin container, an elevator, and a sensor for measuring a beam profile are installed.

【0060】物体を形成するためのチャンバーは、操作
者の保護を考慮し、かつ均一な操作状態を保つように設
計されている。チャンバーは、約40℃(104°F)
に加温され、空気はフィルターを通して循環している。
天井灯は樹脂容器および作業表面を照明している。入ロ
ドアのインターロックは、ドアが開放された時レーザー
ビームを遮断するようにシャッターを動作させる。
The chamber for forming the object is designed in consideration of the protection of the operator and to maintain a uniform operation state. The chamber is about 40 ° C (104 ° F)
The air is circulating through the filter.
Ceiling lights illuminate the resin container and work surface. The door interlock activates a shutter to shut off the laser beam when the door is opened.

【0061】樹脂容器は、樹脂の取扱いを最少にするよ
うに考慮して設計されている。またこの樹脂容器は、チ
ャンバー内において、該樹脂容器を昇降機および台と整
列させるガイド上に取付けられる。
The resin container is designed with minimal handling of the resin. The resin container is mounted in a chamber on a guide for aligning the resin container with an elevator and a table.

【0062】物体は、垂直軸昇降機、すなわちZステー
ジに取付けられた台上で形成される。台は、樹脂容器内
に浸され、物体が形成されている間に亘って、徐々に下
降するように調整される。形成された部品を取外すに
は、その部品を容器の上方の位置まで上げる。そのあ
と、台は昇降機から切離され、次の工程のためチャンバ
ーから取外される。通常は、樹脂のこぼれを受けるため
に処理皿が使用される。
The object is formed on a vertical axis elevator, that is, a table attached to a Z stage. The pedestal is immersed in the resin container and adjusted so as to gradually descend while the object is being formed. To remove the formed part, raise the part to a position above the container. Thereafter, the platform is disconnected from the elevator and removed from the chamber for the next step. Usually, a processing dish is used to receive resin spills.

【0063】この発明の好ましい実施形態に関する二個
のビームプロファイル測定用センサー116と118
は、樹脂容器の両側に設置され、レーザー光学システム
の焦点は、センサー位置に合致するように調整される
(すなわち、ガルバノミラー走査装置から液体表面の
0.3インチ(約0.8センチメートル)下の点までの
距離と同じ距離を、ガルバノミラー走査装置からの動径
方向の距離として、取付けられる;図7参照)。走査ミ
ラーは、強度プロファイルを測定するビームプロファイ
ル測定用センサーの上にレーザービームを向けるように
定期的に指令される。強度データは、強度値を表すプロ
ファイルとして、あるいは全体の(積分された)ビーム
強度を表す単一の数字として、端末上に表示される。こ
の情報は、反射鏡が汚れていないか、アラインメントが
取れているかどうか、レーザーが動作しているか、走査
ミラーが経時的位置ずれをもっているか、また、どのよ
うなパラメータ値により所望の厚さと幅を有して硬化さ
れるベクトルを得ることができるかを判断するのに利用
される。
Two sensors 116 and 118 for measuring the beam profile according to the preferred embodiment of the present invention.
Are located on both sides of the resin container and the focus of the laser optics system is adjusted to match the sensor position (ie, 0.3 inches (about 0.8 cm) of the liquid surface from the galvanomirror scanner) The same distance as the distance to the lower point is attached as the distance in the radial direction from the galvanomirror scanning device; see FIG. 7). The scanning mirror is periodically commanded to direct the laser beam over a beam profile measurement sensor that measures the intensity profile. The intensity data is displayed on the terminal as a profile representing the intensity value or as a single number representing the overall (integrated) beam intensity. This information includes whether the reflector is clean and aligned, whether the laser is operating, whether the scanning mirror is displaced over time, and what parameter values determine the desired thickness and width. It is used to determine whether a hardened vector can be obtained.

【0064】ビームプロファイル測定用センサー116
と118は、樹脂容器の中心に対して対称的な位置に設
置される(図7(a)参照)。必ずしも必要ではない
が、これらは、容器中心を基準にしたX方向およびY方
向の座標が同じとなること(反対の符号で)が望まし
い。換言すれば、これらは、立体造形装置の対角上にあ
る。このような、容器中心を基準にしたX方向およびY
方向の座標を、以下、「オフセット値」と呼ぶことにす
る。図7(a)において、ビームプロファイル測定用セ
ンサー116と118は、チャンバーのアセンブリの角
に図示されている。チャンバーのアセンブリ上方の光学
系基盤上にある二番目の走査ミラーから各ビームプロフ
ァイル測定用センサーの開口部までの距離は、液体と走
査ミラーの間の所望の距離に若干の増分を加えた焦点距
離に等しい。以下、液体と走査ミラーの間の所望の距離
に若干の増分を加えた焦点距離を指して、液体と走査ミ
ラーの間の距離と「光学的に同等の距離」ということに
する。3Dシステムズ社から販売しているSLA−1
(図6および図7に示す)では、走査ミラーから液体ま
での距離は、約27インチ(約69センチメートル)で
あり、上記の若干の増分は、0.3インチ(約0.8セ
ンチメートル)である。従って、焦点距離は約27.3
インチ(約69.8センチメートル)となる。光重合性
液体と光学的に同等な距離だけ、ビームプロファイル測
定用センサー116および118を二番目の走査ミラー
から離間させることは、SLA−1樹脂容器内の光重合
性液体の指定された表面に関する、最良の平均的集束度
合いを検出できる効果を有する。樹脂容器の中心におい
て、光重合性液体が所望の水準にある場合、レーザービ
ームの焦点距離は、その光重合性液体の表面より0.3
インチ(約0.8センチメートル)下方までの距離とな
る。樹脂容器中心の光重合性液体表面上におけるビーム
スポットの集束度合いは、あまり変化しない。SLA−
1の12インチ樹脂容器の角における焦点距離は、光重
合性液体の表面から約1インチ(約2.5センチメート
ル)上方までの距離である。焦点距離は、光重合性液体
表面の中心周り半径4.2インチ(約10.7センチメ
ートル)の円上において、表面上までの距離となる。焦
点距離にビームプロファイル測定用センサーを配するこ
とは、光重合性液体の表面が、大抵レーザーの焦点距離
にないことを考慮して、最適なビームプロファイルを得
ることを意図したものである。
Sensor 116 for measuring beam profile
And 118 are installed at symmetrical positions with respect to the center of the resin container (see FIG. 7A). Although not necessary, it is desirable that these have the same coordinates (with opposite signs) in the X and Y directions with respect to the container center. In other words, they are on the diagonal of the 3D modeling device. Such X direction and Y with respect to the container center
Hereinafter, the coordinates of the direction will be referred to as “offset values”. In FIG. 7 (a), the sensors 116 and 118 for measuring the beam profile are shown at the corners of the assembly of the chamber. The distance from the second scanning mirror on the optics base above the chamber assembly to the aperture of each beam profile measurement sensor is the focal length of the desired distance between the liquid and the scanning mirror plus a small increment. be equivalent to. Hereinafter, a focal length obtained by adding a small increment to a desired distance between the liquid and the scanning mirror is referred to as an “optically equivalent distance” as the distance between the liquid and the scanning mirror. SLA-1 sold by 3D Systems
In FIGS. 6 and 7, the distance from the scanning mirror to the liquid is about 27 inches (about 69 centimeters), and the slight increment is 0.3 inches (about 0.8 centimeters). ). Therefore, the focal length is about 27.3.
Inches (about 69.8 centimeters). Separating the sensors 116 and 118 for measuring the beam profile from the second scanning mirror by an optically equivalent distance to the photopolymerizable liquid is related to the designated surface of the photopolymerizable liquid in the SLA-1 resin container. Has the effect of detecting the best average degree of convergence. When the photopolymerizable liquid is at a desired level at the center of the resin container, the focal length of the laser beam is 0.3 mm above the surface of the photopolymerizable liquid.
This is the distance down to inches (about 0.8 cm). The convergence of the beam spot on the photopolymerizable liquid surface at the center of the resin container does not change much. SLA-
The focal length at the corner of one 12-inch resin container is about 1 inch (about 2.5 centimeters) above the surface of the photopolymerizable liquid. The focal length is the distance above the surface on a circle with a radius of 4.2 inches (about 10.7 centimeters) around the center of the photopolymerizable liquid surface. The arrangement of the sensor for measuring the beam profile at the focal length is intended to obtain an optimal beam profile, taking into account that the surface of the photopolymerizable liquid is usually not at the focal length of the laser.

【0065】図9は、この発明に関する装置の好ましい
実施形態のビームプロファイル測定用センサー35の断
面図であり、図10は、ビームプロファイル測定用セン
サーに使用されるピンホール板の上部平面図である。ビ
ームプロファイル測定用センサーには異なる大きさの四
つのピンホール(通路)45が食刻されたステンレス薄
鋼板40がある。好ましい実施形態におけるこれらのピ
ンホールの直径は、0.0005インチ、0.001イ
ンチ、0.002インチ、および0.004インチ(約
0.01ミリメートル、約0.03ミリメートル、約
0.05ミリメートル、および約0.1ミリメートル)
である。各ピンホールは、薄鋼板40の下方にある光検
知器55に届くようにピンホール上に入射するレーザー
ビーム50の一部を通過させる。数個のピンホールを設
けているその目的は、広範な入射パワーを有するビーム
のプロファイル測定を可能とすることである。ある与え
られた入射パワーを有するビームの強度プロファイルの
測定には、1個のピンホールが充てられる。SLA−1
型に使用されているへリウム・カドミウム・レーザーで
は、直径2ミル(約0.03ミリメートル)の1個のピ
ンホールで目的を満足できることが判明した。ビーム
は、ビーム強度の2次元的プロファイルを形成するた
め、選択したピンホールのX列およびY列に沿って走査
される。
FIG. 9 is a sectional view of a beam profile measuring sensor 35 of a preferred embodiment of the apparatus according to the present invention, and FIG. 10 is an upper plan view of a pinhole plate used for the beam profile measuring sensor. . The beam profile measuring sensor includes a stainless steel plate 40 in which four pinholes (passages) 45 of different sizes are etched. The diameter of these pinholes in the preferred embodiment is 0.0005 inch, 0.001 inch, 0.002 inch, and 0.004 inch (about 0.01 mm, about 0.03 mm, about 0.05 mm) , And about 0.1 mm)
It is. Each pinhole allows a portion of the laser beam 50 incident on the pinhole to reach a photodetector 55 below the thin steel plate 40. The purpose of providing several pinholes is to enable profile measurement of a beam with a wide range of incident power. One pinhole is devoted to measuring the intensity profile of a beam having a given incident power. SLA-1
For the helium-cadmium laser used in the mold, a single pinhole of 2 mil (about 0.03 mm) diameter has been found to be satisfactory. The beam is scanned along X and Y columns of the selected pinhole to form a two-dimensional profile of beam intensity.

【0066】図7(a)および特に図9に図示の通り、
ビームプロファイル測定用センサー35は、二個の収納
部60を有している。光ビーム50は、図9の右側から
入り、左側に向って移動する。樹脂容器がチャンバーの
アセンブリ区画に進入または該区画から進出した場合
に、ビームプロファイル測定用センサーが樹脂容器に衝
突することを防ぐようにして、ビームプロファイル測定
用センサーは、チャンバーのアセンブリ区画の角に設置
される(図7(a)参照)。
As shown in FIG. 7A and particularly in FIG.
The beam profile measurement sensor 35 has two storage sections 60. The light beam 50 enters from the right side of FIG. 9 and moves toward the left side. When the resin container enters or exits the assembly section of the chamber, the beam profile measurement sensor is positioned at the corner of the assembly section of the chamber so as to prevent the beam profile measurement sensor from colliding with the resin container. It is installed (see FIG. 7A).

【0067】図9に戻り、ビームプロファイル測定用セ
ンサー35は、2個の分離された収納部60、ピンホー
ル板40、および紫外線透過フィルター70により構成
され、このフィルター70は、可視光線を吸収し、可視
光線に起因する偽の読取りを防止する。フィルター70
は、Schott YG−11型の2ミリメータ厚のフ
ィルター・ガラスで、これは、好ましい実施形態のこの
目的に合致することがわかっているものである。このフ
ィルターは、波長範囲300−310ナノメータで適正
な透過特性を有し、他の波長では非常に小さい透過率を
有している。HOYA・U−350型の1ミリメートル
厚のフィルター材料もまた目的に合致する。
Returning to FIG. 9, the beam profile measuring sensor 35 is composed of two separate storage sections 60, a pinhole plate 40, and an ultraviolet transmission filter 70, and this filter 70 absorbs visible light. To prevent spurious readings caused by visible light. Filter 70
Is a 2 mm thick filter glass of the type Schott YG-11, which has been found to meet this purpose of the preferred embodiment. This filter has adequate transmission characteristics in the wavelength range of 300-310 nanometers, and has very low transmittance at other wavelengths. A one millimeter thick filter material of the type HOYA U-350 also meets the purpose.

【0068】収納部内のフィルター70の下方に光ダイ
オード検知器55があり、このセンサーは、ピンホール
45からフィルター70を通過する紫外光を検出する。
EEG Vactec,VTS3072型超青色増強光
ダイオードがこの目的に合致することが判明した。この
光ダイオードからの出力は、電流電圧増幅器(図示せ
ず)に送られる。OP07型電流電圧増幅器は、その使
用法が当業者によく知られており、この目的に使用出来
ることが判明した。
Below the filter 70 in the housing, there is a photodiode detector 55, which detects the ultraviolet light passing through the filter 70 from the pinhole 45.
An EEG Vactec, VTS3072 type ultra-blue enhancing photodiode has been found to be suitable for this purpose. The output from the photodiode is sent to a current-voltage amplifier (not shown). OP07 type current-voltage amplifiers are well known to those skilled in the art and have been found to be usable for this purpose.

【0069】ビームプロファイル測定用センサー35の
ピンホール板40は、石英フィルター(図示せず)で覆
われている。石英フィルターは、清掃可能であり、ビー
ムプロファイル測定用センサーを塵挨や光重合性液体の
滴下から保護する。光検知器がビームに対して垂直でな
い場合において内部反射を防止し、誤った形状の測定を
防止するため、石英フィルターは、被覆されるべきであ
る。オプションとして、ピンホール間においては光拡散
体(図示せず)を使用することができる。これは、フィ
ルターを支援し光学的構成要素の損傷を防ぐためであ
る。
The pinhole plate 40 of the beam profile measuring sensor 35 is covered with a quartz filter (not shown). The quartz filter is cleanable and protects the beam profile sensor from dust and dripping of the photopolymerizable liquid. The quartz filter should be coated to prevent internal reflections when the photodetector is not perpendicular to the beam and to prevent false shape measurements. Optionally, a light diffuser (not shown) can be used between the pinholes. This is to assist the filter and prevent damage to the optical components.

【0070】図11は、この発明の好ましい実施形態の
装置を示すブロック図である。この発明に必須なのは、
制御および解析用のコンピュータである。このコンピュ
ータは、プロクラム、キーボード等からの入力を受け、
プリンターまたは端末等を経てその結果を表示すること
ができる。制御および解析用コンピュータは、XY走査
ミラーを調節するミラー位置決めシステムにミラー位置
決め命令を伝送する。レーザービームは、XY走査ミラ
ーに到達するように図8に示した光学系によって焦点を
合わせられ、これらのミラーによってビームプロファイ
ル測定用センサーの一つに向けられる。経時的位置ずれ
修正の目的のため、2個のビームプロファイル測定用セ
ンサーの使用を推奨する。ビームプロファイル測定用セ
ンサーからの信号は、コンピュータによって読込める信
号に変換される。その後この信号は後述するように処理
されるべく、制御および解析用コンピュータに返送され
る。
FIG. 11 is a block diagram showing an apparatus according to a preferred embodiment of the present invention. Essential to this invention is
Computer for control and analysis. This computer receives input from programs, keyboards, etc.
The result can be displayed via a printer or a terminal. The control and analysis computer transmits a mirror positioning command to a mirror positioning system that adjusts the XY scanning mirror. The laser beam is focused by the optics shown in FIG. 8 to reach the XY scanning mirrors and is directed by these mirrors to one of the beam profile measurement sensors. For the purpose of correcting misregistration over time, it is recommended to use two sensors for measuring the beam profile. The signal from the beam profile measurement sensor is converted into a signal that can be read by a computer. This signal is then returned to the control and analysis computer for processing as described below.

【0071】物理的に言えば、この発明によるビームプ
ロファイル測定方法は、ピンホールの最適既知位置上に
中心を有するピンホール板の各アレイ点へビームを移動
させるものである。その結果、ビームスポット内の異な
る複数の領域がピンホール上に照射し、該ピンホールを
通って伝送され光ダイオードにより検出され、コンピュ
ータで解析可能な数値信号に変換される。ビームスポッ
ト内の各異なる領域の強度をまとめた強度プロファイル
は、コンピュータによって作成される(図16参照)。
これがビームの“強度プロファイル”である。
Physically speaking, the beam profile measuring method according to the present invention moves a beam to each array point of a pinhole plate centered on the optimally known position of the pinhole. As a result, different areas within the beam spot illuminate the pinhole, are transmitted through the pinhole, are detected by the photodiodes, and are converted into numerical signals that can be analyzed by a computer. An intensity profile summarizing the intensity of each different region in the beam spot is created by a computer (see FIG. 16).
This is the "intensity profile" of the beam.

【0072】図12は、この発明の好ましい実施形態に
よるビームプロファイルの作成方法を示した機能ブロッ
ク図である。ビームプロファイル測定用センサー上のピ
ンホールの最適既知位置は、制御および解析用コンピュ
ータによりメモリーから呼出され、この最適既知位置に
ビームを向けるようにXY走査ミラーを位置させるため
に、ミラー位置決めシステムに伝送される。ビーム位置
決めシステムを通して、制御および解析用コンピュータ
は、最適既知位置上に中心を有する方形アレイの各点
の、最初の行の最初の列にビームを移動させる。その
後、ビームプロファイル測定用センサーによって検出さ
れたピンホールに入射するビーム部分の強度が読み込ま
れ、その強度に対応するミラー位置決め命令と共に記憶
される。次に、ビームは、ある特定の行または列上のア
レイ点の最初から最後まで移動させられ、強度値の読込
みと記憶段階が繰り返される。そして、次に列または行
のアレイを最初から最後まで移動し、移動と読込みの段
階が各列または行についておこなわれる。
FIG. 12 is a functional block diagram showing a method for creating a beam profile according to a preferred embodiment of the present invention. The best known position of the pinhole on the beam profile measurement sensor is retrieved from memory by the control and analysis computer and transmitted to the mirror positioning system to position the XY scanning mirror to direct the beam to this best known position. Is done. Through the beam positioning system, the control and analysis computer moves the beam to the first row and first column of each point of the rectangular array centered on the best known location. Thereafter, the intensity of the beam portion incident on the pinhole detected by the beam profile measuring sensor is read and stored together with a mirror positioning command corresponding to the intensity. The beam is then moved from the beginning to the end of the array point on a particular row or column, and the steps of reading and storing intensity values are repeated. The column or row array is then moved from beginning to end, and the move and read steps are performed for each column or row.

【0073】その結果、ビーム強度の読みは、アレイ上
の各点に対しておこなわれることになる(“位置”はミ
ラー位置決め命令の組として、コンピュータにとって既
知である)。強度値の配列の、制御および解析用コンピ
ュータによって実施される標準的解析が、ピンホールの
新規最適既知位置を発生するために一般的に実施される
(次回、プロファイル走査の最初の段階を処理するのに
使用するため)。これは、実際に解析中の詳細な機能と
は関係なく行われるものである(図15参照)。この方
法によれば、この計算された最適既知位置は、非常に正
確であり、ピンホールの大きさよりずっと高い精度が得
られることが判明した。複数の適当な場所が見出され、
記憶された場合、この制御システムは、これらの場所、
またはある中間の場所へビームを移動するために、2軸
線型の直線補間をしてこれらの値を使用することができ
る。
As a result, a reading of the beam intensity will be made for each point on the array (the "position" is known to the computer as a set of mirror positioning instructions). Standard analysis of the array of intensity values, performed by a control and analysis computer, is generally performed to generate a new optimal known position of the pinhole (the next time processing the first step of the profile scan). For use). This is performed irrespective of the detailed function actually being analyzed (see FIG. 15). According to this method, it has been found that the calculated optimal known position is very accurate and can be obtained with much higher accuracy than the size of the pinhole. Several suitable places were found,
If remembered, this control system
Alternatively, these values can be used with biaxial linear interpolation to move the beam to some intermediate location.

【0074】図13は、ビーム移動方法と図12に関連
して説明した方法を実施する機能ブロック図である。ビ
ームを移動するための最初の段階は、XY走査ミラーの
サーボ機構に対して所望の場所に関するビーム位置決め
情報を伝送することである。その後、サーボ機構(アナ
ログ式またはディジタル式いずれでもよい)は、新規場
所にXY走査ミラーの位置を定めるため、ミラー駆動機
に信号を伝送する。XY走査ミラーのサーボ機構は、ミ
ラー駆動機の実際の位置を測定し、実際の位置と所望の
位置とを比較し、適切に駆動信号を調節する。調節は、
所望の場所についての指定値内で続行される。
FIG. 13 is a functional block diagram for implementing the beam moving method and the method described with reference to FIG. The first step in moving the beam is to transmit beam positioning information about the desired location to the XY scanning mirror servo mechanism. Thereafter, the servo mechanism (either analog or digital) transmits a signal to the mirror driver to position the XY scanning mirror at the new location. The servo mechanism of the XY scanning mirror measures the actual position of the mirror driver, compares the actual position with the desired position, and adjusts the drive signal appropriately. The adjustment is
It continues within the specified values for the desired location.

【0075】図14は、ビームの強度を読む方法とこの
発明の好ましい実施形態の方法を遂行するための方法を
示した機能ブロック図である。第1段階は、ピンホール
を通過した光の総量を、その光の量に比例する信号に変
換することである。好ましい実施形態では、この工程
は、ピンホールとフィルターを通して入射する光を測定
する光ダイオードによって遂行されている。光ダイオー
ドからの電流は、光ダイオードが受けた光の量に比例す
る信号を発生する電流電圧増幅器に伝送される。信号を
増幅(これは強度に比例する)して広範な測定値を提供
することは、そうしなければ読み落とされてしまうビー
ムスポットのふちに関して、小さいが十分な読みを得る
ために重要である。
FIG. 14 is a functional block diagram showing a method for reading the beam intensity and a method for performing the method of the preferred embodiment of the present invention. The first step is to convert the total amount of light passing through the pinhole into a signal proportional to the amount of light. In a preferred embodiment, this step is performed by a photodiode that measures the light incident through the pinhole and the filter. The current from the photodiode is transmitted to a current-to-voltage amplifier that generates a signal proportional to the amount of light received by the photodiode. Amplifying the signal (which is proportional to the intensity) and providing a wide range of measurements is important for obtaining small but sufficient readings on the edge of the beam spot that would otherwise be missed. .

【0076】次の段階は、この信号が数値解析用のディ
ジタル形式に変換された後、受光量に比例した信号を測
定することである。
The next step is to measure a signal proportional to the amount of received light after this signal has been converted to a digital form for numerical analysis.

【0077】図15は、その工程と解析を図示した機能
ブロック図であり、この解析は、図12で説明した方法
と関連がある。本図に示すように、種々の工程と解析を
メニューから選択することができ、その中の最初の5つ
は、図12のプロファイル走査ルーチンに連絡するもの
である。最初の段階は、図12で説明した方法により、
ビームの強度プロファイルを走査することである。強度
プロファイルは、数字またはグラフ形式で表示すること
ができる。オプションとして、使用したピンホールの新
規最適既知位置と同様に、強度プロファイルからパワー
を計算することができる。他の可能な工程は、ビームの
強度プロファイルに関連して発生したデータを履歴ファ
イルに加え、該履歴ファイル表示のオプションを設ける
ことである。その外に可能な工程は、一般的には第二の
別のセンサ(好ましい実施形態の場合は他のビームプロ
ファイル測定用センサー)をも走査して、ミラー位置決
めシステムの経時的位置ずれ情報を計算し表示すること
であり、次に該経時的位置ずれに関するオフセット値と
ゲイン値とを計算し表示することである。他の可能な工
程は、プロファイルの強度を合計し、それにパワー変換
率を掛けることを含んだ、ビームのパワーを計算し表示
する工程である。
FIG. 15 is a functional block diagram illustrating the steps and analysis, and this analysis is related to the method described with reference to FIG. As shown in this figure, various steps and analyzes can be selected from the menu, the first five of which communicate to the profile scanning routine of FIG. In the first stage, the method described in FIG.
Scanning the intensity profile of the beam. The intensity profile can be displayed in numerical or graphical form. Optionally, the power can be calculated from the intensity profile as well as the new optimal known position of the pinhole used. Another possible step is to add the data generated in connection with the intensity profile of the beam to a history file and provide the option of displaying the history file. An additional possible step is to generally scan also a second separate sensor (in the preferred embodiment, another sensor for measuring the beam profile) to calculate the displacement information over time of the mirror positioning system. Then, an offset value and a gain value relating to the temporal displacement are calculated and displayed. Another possible step is to calculate and display the power of the beam, including summing the intensity of the profile and multiplying by the power conversion.

【0078】パワー変換率は、例えば、既知パワーのビ
ームによるプロセスを利用して決定することもできる
し、較正されたセンサーのパワーと計算されたパワーを
比較して必要なパワー倍率をきめることによっても決定
可能である。ほかの機能としては、ビームスポットの集
束度合いを計算し表示することが挙げられ、それは、ビ
ームスポットの集束度合いを計算するのに使用する強度
データの特別変換を利用するオプションによるものでも
よく、また、光重合性液体の硬化痕の形状や大きさを予
測するための既知の樹脂特性を使用することによるもの
でもよい。他の可能な機能としては、起動(部品を作る
ための)および試験等のために所望の場所ヘビームを移
動することが挙げられ、ここで新規場所からのセンサー
探索またはプロファイル走査のオプションを設けること
も可能である。有用な機能は、渦巻状移動読取方式でセ
ンサーのピンホールを探索することである。これは、ピ
ンホールの最適既知場所が正確でない場合、すなわちア
レイの走査をピンホールの最適既知場所を通り過ぎて行
ってしまう場合に、必要であるかもしれない。次の段階
は、試験またはプロファイル走査により確認(ピンホー
ル場所の)を行うことである。また別の機能は、較正に
ビームプロファイル測定用センサーを使用することであ
り、それは、光重合性液体の表面に相当する表面に対す
る較正図を得る間に経時的位置ずれの測定を行うことを
含む。最後の機能は、最適既知場所、尺度率、樹脂特性
等の変数をコンピュータに記憶する事である。
The power conversion rate can be determined, for example, using a process with a beam of known power, or by comparing the calibrated sensor power with the calculated power to determine the required power magnification. Can also be determined. Other features include calculating and displaying the degree of convergence of the beam spot, which may be due to the option of utilizing a special transformation of the intensity data used to calculate the degree of convergence of the beam spot, and Alternatively, it may be based on the use of known resin characteristics for estimating the shape and size of the cured mark of the photopolymerizable liquid. Other possible features include moving the beam to a desired location for start-up (to make parts) and testing, etc., where the option to search for a sensor from a new location or scan a profile is provided. Is also possible. A useful function is to search for sensor pinholes in a spiral motion reading mode. This may be necessary if the best known location of the pinhole is not accurate, i.e., if the scan of the array has gone past the best known location of the pinhole. The next step is to verify (by pinhole location) by testing or profile scanning. Yet another function is to use a sensor for beam profile measurement for calibration, which involves making a measurement of misregistration over time while obtaining a calibration diagram for a surface corresponding to the surface of the photopolymerizable liquid. . The last function is to store variables such as optimal known location, scale factor, resin properties, etc. in the computer.

【0079】図16は、この発明の好ましい実施形態に
よるレーザービームの強度プロファイルの見本図であ
る。その数値は、この発明の好ましい実施形態から測定
されたビーム強度に相当する。数値は、表示の読みを容
易にするため整数に変換して示した。
FIG. 16 is a sample diagram of a laser beam intensity profile according to a preferred embodiment of the present invention. That number corresponds to the beam intensity measured from the preferred embodiment of the present invention. Numerical values are converted to integers for easy reading of the display.

【0080】この発明によって発生した強度プロファイ
ルは、ビームパワーを計算するのに使用することができ
るし、光重合性液体の硬化痕(UV光のビームにさらさ
れることにより凝固した光重合性液体)の形状と大きさ
を予測するために使用される。以下にその検討結果を説
明する。
The intensity profile generated according to the present invention can be used to calculate beam power and can be used to determine the cure of a photopolymerizable liquid (a photopolymerizable liquid solidified by exposure to a beam of UV light). Used to predict the shape and size of The results of the study are described below.

【0081】ビーム強度は、ビームがピンホール板上の
アレイ点の各々に向けられた際にビームプロファイル測
定用センサーで測定される。ピンホール板は、一般に、
ビームの光路に対して垂直な平面である。この表面上の
X方向およびY方向は、一個またはそれ以上の走査ミラ
ーが回転する場合の、ビームが動く方向に一致する。
The beam intensity is measured by a beam profile measuring sensor when the beam is directed to each of the array points on the pinhole plate. Pinhole plates are generally
The plane is perpendicular to the optical path of the beam. The X and Y directions on this surface correspond to the directions in which the beam moves as one or more scanning mirrors rotate.

【0082】X方向およびY方向のアレイの座標はそれ
ぞれ1からi max,と1からj maxである。(一般に、i
maxとj maxとはそれぞれ22である)。
The coordinates of the arrays in the X and Y directions are 1 to i max and 1 to j max, respectively. (Generally, i
max and j max are each 22).

【0083】一般に、ビームはアレイの中を、ビームが
ある点に滞在する時間よりもずっと短い移動時間をもっ
て、点から点に移動する。点と点との間隔は、 S(mm)=走査ステップ/尺度率 [1] である。
In general, a beam travels from point to point in the array with a travel time much shorter than the time the beam stays at a point. The interval between points is: S (mm) = scan step / scale factor [1].

【0084】走査ステップは、一般に4“ビット”で、
尺度率は普通140ビット/mmである。走査ミラーはそ
れぞれ40度の光ビーム回転で、65535(64K)
の異なる位置を得ることが出来る。これは、換言すれ
ば、XまたはY軸に沿う1ビットが6.104×10
−4度の回転に相当することを意味する。ミラーから液
体表面への距離は約27インチ(約69センチメート
ル)であるので、この回転角度は2.875×10−4
インチ(7.303×10−3mm)すなわち、それと同
等の137ビット/mm即ち約140ビット/mmに相当す
る。
The scanning step is typically 4 "bits"
The scale factor is usually 140 bits / mm. The scanning mirrors are 65535 (64K) each with a light beam rotation of 40 degrees.
Different positions can be obtained. This means that, in other words, one bit along the X or Y axis is 6.104 × 10
-4 degrees of rotation. Since the distance from the mirror to the liquid surface is about 27 inches (about 69 centimeters), this rotation angle is 2.875 × 10 −4.
It corresponds to inches (7.303 × 10 −3 mm), that is, 137 bits / mm, or about 140 bits / mm, which is the same.

【0085】アレイの面積はビームスポット全体をカバ
ーできる必要がある(ビームスポットに関する最多情報
を作成するためであると同時に、ビームスポット全体の
測定がビームパワー較正に必要だからである)。また、
所望のビームプロファイルを分解するのには十分な点の
数が必要である。一般に、このアレイ内の各点の間隔
は、そのビーム幅の10分の1未満である。ピンホール
の直径は、この分解能限界よりも小さくすべきである。
The area of the array must be able to cover the entire beam spot (because it creates the most information about the beam spot, as well as the measurement of the entire beam spot is needed for beam power calibration). Also,
A sufficient number of points is needed to resolve the desired beam profile. Generally, the spacing between each point in the array is less than one tenth of its beam width. The diameter of the pinhole should be smaller than this resolution limit.

【0086】“エレメント”は、アレイのある点(m,
n)にビームを向けた時測定されたビームスポットの一
部分である。各エレメント(m,n)は強度の読みI
(m,n)をとる。m,nの文字は、それぞれ、アレイ
内のX,Y方向の位置即ちアレイ点を意味する。図16
は、今検討したアレイ内の強度の読みを示す。
An "element" is a point (m,
It is a portion of the beam spot measured when the beam is pointed at n). Each element (m, n) is an intensity reading I
Take (m, n). The letters m and n mean the position in the X and Y directions in the array, ie, the array point. FIG.
Shows intensity readings in the array just considered.

【0087】ビームパワーは別途測定され、パワー較正
係数Kは、次の方程式から導き出される。
The beam power is measured separately, and the power calibration factor K is derived from the following equation:

【0088】 パワー較正係数Kは、ある選択されたピンホール、測定
システム、およびレーザー波長にのみ適用される。個別
のパワーの測定は、ビーム経路上の同数の光学的表面を
通過したのちのビームについて実施しなければならな
い。また、これらの計算は、背景の光信号は除去されて
おり、また増幅器の増幅率は補償済であるという仮定に
立っている。
[0088] The power calibration factor K applies only to certain selected pinholes, measurement systems, and laser wavelengths. Individual power measurements must be performed on the beam after passing through the same number of optical surfaces on the beam path. These calculations also assume that the background optical signal has been removed and that the amplification factor of the amplifier has been compensated.

【0089】エレメント(m,n)におけるパワー/単
位面積は次の式によって得られる。
The power / unit area in the element (m, n) is obtained by the following equation.

【0090】 強度(エレメントm,nに於て) =K×I(m,n)/S(ワット/mm) [3] これは、ビームが固定しているか移動しているかに関係
なく、エレメント(m,n)の微小面積によって経験さ
れた瞬時強度である。
Intensity (at element m, n) = K × I (m, n) / S 2 (watt / mm 2 ) [3] This is independent of whether the beam is stationary or moving. , The instantaneous intensity experienced by the small area of the element (m, n).

【0091】ビームがY軸に沿って速度V(mm/sec )
で均一に移動し、各エレメントを通過するのにS/Vと
同じ時間をとる場合、エレメント(m,n)から単位面
積当り吸収された露出エネルギーは、以下のようにな
る。
The beam has a velocity V (mm / sec) along the Y axis.
In the case of moving uniformly at the time and taking the same time as S / V to pass through each element, the exposure energy absorbed per unit area from the element (m, n) is as follows.

【0092】 エレメントの露出(m,n) =K×(I(m,n)/S)・(S/V)(ジュール/mm) [4 ] これはビームの特定のエレメント(m,n)において単
位面積当り吸収された露出エネルギーである。ビーム全
体合計露出量(吸収されたビームエネルギー)は、以下
のようになる。
Element Exposure (m, n) = K × (I (m, n) / S 2 ) · (S / V) (Joule / mm 2 ) [4] This is the specific element (m, n) Exposure energy absorbed per unit area. The total beam exposure (absorbed beam energy) is as follows:

【0093】 物理的に言えば、この方程式は、ビームが、上記でエレ
メントという用語を使用したビームスポットの要素大き
さに相当する面積を有する領域にわたって、Y方向に横
断する状態を示すものである。その領域は、ビームスポ
ットのX座標mを有する各エレメントと交差しており、
したがって、nが0からj maxまで変化すると、全エレ
メント(m,n)に亘って、各mにおける1エレメント
の面積を有する各領域が露出されることになる。
[0093] Physically speaking, this equation describes the situation where the beam traverses in the Y direction over an area having an area corresponding to the element size of the beam spot using the term element above. The area intersects with each element having the X coordinate m of the beam spot,
Therefore, when n changes from 0 to jmax, each region having an area of one element in each m is exposed over all the elements (m, n).

【0094】上記で説明した計算は、個々のエレメント
に基づいているが、積分値を使用することもできること
は明白である。移動は便宜上Y軸に沿うと仮定してい
る。他の移動方向に沿っても簡単に求めることが可能で
あり、そのことはビームが非対称であるならば必要であ
る。
Although the calculations described above are based on individual elements, it is clear that integral values can be used. The movement is assumed to be along the Y axis for convenience. It can easily be determined along other directions of travel, which is necessary if the beam is asymmetric.

【0095】変数SSおよびSPに対応する速度Vは次
の通りである。
The speeds V corresponding to the variables SS and SP are as follows.

【0096】 V=(SS/尺度率)(SP/100,000)(mm/sec ) [6] ここで SS=ステップの大きさ(ビット/ステップ) 一般的に尺度率は140ビット/mmである。V = (SS / scale rate) (SP / 100,000) (mm / sec) [6] where SS = step size (bits / step) Generally, the scale rate is 140 bits / mm. is there.

【0097】SP/100,000=ステップ周期
(秒) (SP単位は10マイクロ秒と同じ単位である)であ
る。また1E6=1,000,000は、ジュール/mm
とジュール/mまたはマイクロジュール/mm
との間の変換係数である。
SP / 100,000 = step cycle (second) (SP unit is the same unit as 10 microseconds). 1E6 = 1,000,000 is Joules / mm
2 Joule / m 2 or micro Joules / mm
This is a conversion coefficient between 2 .

【0098】方程式5および6は、センサー、または、
ビームがY方向に移動した場合の、位置mの微小面積で
の、Z=0によって表わされる液体(光重合性液体)表
面に於ける総露出(入射パワー即ちエネルギー)を計算
するために組み合わせて使用できる。すなわち、 最後に、液体に浸透するビームの吸収は、Beerの法
則に従って補正することができる。
Equations 5 and 6 describe the sensor or
Combined to calculate the total exposure (incident power or energy) at the liquid (photopolymerizable liquid) surface, represented by Z = 0, at a small area at position m when the beam moves in the Y direction. Can be used. That is, Finally, the absorption of the beam penetrating the liquid can be corrected according to Beer's law.

【0099】 E(m,Z)=E(m,o)×exp(−Z/λ) [8] ここで、 λは、浸透の深さである(mm) E(m,o)は表面における露出の合計であり、E
(m,z)は表面より下の深さZ(mm)における露出で
ある。
E (m, Z) = E (m, o) × exp (−Z / λ) [8] where λ is the depth of penetration (mm) E (m, o) is the surface The total exposure at
(M, z) is the exposure at a depth Z (mm) below the surface.

【0100】減衰は、吸収に関して非線形性または時間
依存性を有していないと仮定できるので、 I(Z)=I(Z=0)×exp(−Z/λ) により簡単に表わされる。
Since it can be assumed that the attenuation has no nonlinearity or time dependence with respect to absorption, it is simply represented by I (Z) = I (Z = 0) × exp (−Z / λ).

【0101】上述の吸収についての簡略化された状況か
らのずれを考慮し、前述の計算を適切も変更することが
可能であることは明らかである。
Obviously, it is possible to modify the above calculations appropriately, taking into account the deviations from the simplified situation for the absorption described above.

【0102】光重合性液体は、もし露出が臨界値Ecよ
り大きい場合、ゲル状に硬化することが実験的に示され
ており、したがって、ある与えられたシステムに対する
硬化したプラスチックの硬化痕の形は、露出Ecを有す
る点の軌跡を計算することにより予側が可能である。E
cは、各光重合体について正確に、個別に測定すること
ができる。“ゲル・ポイント”は、“硬化している部
分”対“硬化していない部分”の境界のみを与え、Ec
に相当する深さ境界以外の樹脂深さにおける露出勾配
(浸透深さに関する)は無視する。部品の強度は、より
高い露出に関係あるものと思われ、従って吸収特性は最
適(最高)硬化勾配を与えるように選ぶべきである。ま
た、勾配または浸透深さはZ方向の最適有効解像度を制
限する。それは、露出の若干の変動(線ごとの変動な
ど)は回避することが不可能であり、そのため、露出の
この変動に従って硬化深さが変化する結果となるからで
ある。
Photopolymerizable liquids have been experimentally shown to cure into gels if the exposure is greater than the critical value Ec, and thus the shape of the cured trace of the cured plastic for a given system. Can be calculated by calculating the trajectory of the point having the exposure Ec. E
c can be accurately and individually measured for each photopolymer. The "gel point" gives only the boundary of "cured part" to "uncured part" and Ec
Exposure gradients (related to penetration depth) at resin depths other than the depth boundary corresponding to are ignored. The strength of the part is likely to be related to the higher exposure, so the absorption properties should be chosen to give the optimum (highest) cure gradient. Also, the slope or penetration depth limits the optimal effective resolution in the Z direction. This is because slight variations in exposure (such as line-to-line variations) cannot be avoided, thus resulting in varying cure depths according to this variation in exposure.

【0103】あるX位置(m)に対する硬化深さZc
(m)は次式により誘導される。
Curing depth Zc for a certain X position (m)
(M) is derived by the following equation.

【0104】 Zc(m)=λ×ln(E(m,Z=0)/Ec) [9] 十分な信頼性と正確性とをもって測定したビームプロフ
ァイルは、樹脂の化学特性のみによってきまる硬化深さ
を予測するのに使用される。図17は、それぞれXおよ
びY軸に沿った予測の二つの例を図示したものである。
またプロファイル関数(m,Z)は、硬化幅を硬化深さ
(および、適切な変更による“ビーム幅”と“最小表面
角”)の関数として自動的に予測することを可能にす
る。“バンジョー・トップ”、即ち、硬化した光重合性
液体の形状と大きさを直接決定するためにビームによっ
て硬化された硬化痕の形成および測定が必要なのは、チ
ェックのためのみである。図18はバンジョー・トップ
のテスト走査の断面を示すもので、これは図17と比較
してみるべきものである。
Zc (m) = λ × ln (E (m, Z = 0) / Ec) [9] The beam profile measured with sufficient reliability and accuracy has a curing depth determined only by the chemical properties of the resin. Used to predict the length. FIG. 17 illustrates two examples of prediction along the X and Y axes, respectively.
The profile function (m, Z) also allows the cure width to be automatically predicted as a function of cure depth (and "beam width" and "minimum surface angle" with appropriate changes). The formation and measurement of the "banjo top", i.e., cure marks cured by the beam to directly determine the shape and size of the cured photopolymerizable liquid, is only for checking. FIG. 18 shows a cross section of a test scan of the banjo top, which should be compared with FIG.

【0105】予測した硬化痕のプロファイルを表示する
ため、硬化深さ対位置の対応図がビームスポットについ
て作図される。ビームを横切る距離に対する尺度率は簡
単なものであり、単に、ピクセルすなわちグラフィック
表示ブロックに応じて、次元sとして走査の一行(また
は一列など)を1個選択して求めればよい。このとき、
深さの尺度は、露出がe倍されるごとにλ/sピクセル
である。唯一の任意要素は深さのゼロ点であり、これは
方程式9の露出特性Ecまたは方程式7の同等係数に関
連している。表示される有効深さは、強度測定システム
の動作範囲、およびI(m,n)における切り捨てがノ
イズ・レベルに近いある適当な値以上であるかによって
決定される。
In order to display the profile of the predicted hardening mark, a correspondence diagram of the hardening depth versus the position is drawn for the beam spot. The scale factor for the distance across the beam is simple, and may simply be determined by selecting one row (or one column) as the dimension s according to the pixel or graphic display block. At this time,
The depth measure is λ / s pixels for each exposure multiplied by e. The only optional element is the depth zero, which is related to the exposure characteristic Ec in Equation 9 or the equivalent factor in Equation 7. The displayed effective depth is determined by the operating range of the intensity measurement system and whether the truncation at I (m, n) is above some suitable value near the noise level.

【0106】較正および規格化 上記で指摘したように、立体造形装置において改良され
た精密性や正確性を得るために、作業媒体に対する反応
手段の位置を較正する装置や方法を具備することは望ま
しいことである。この発明の好ましい実施形態の較正手
順では、CAD空間内の設計から“マップ”を作図し、
実際のSLAに対する命令を引き出すことが可能であ
る。いかなる自動造形システムにおいても、較正処理に
おいて修正する必要のある異なる誤差の原因がいくつか
ある。このシステムは、互いに近接した1対の走査ミラ
ーを有し、もしミラー角度に対しCAD次元の単純なマ
ップが未修正のままであれば、針山状の歪みがもたらさ
れる。これは、このシステムは、ミラーに最も近い表面
上の点からかなり遠い場所にまで広がる平らな表面をも
造形するからで、角度の一様増分は、その表面に累進的
により大きな距離として投影するからである。これは、
このシステムにおける主要な歪みとなるが、その修正が
計算できるように幾何学的な予測を行うことが可能であ
る。しかしながら、補正を要する多くのその他の誤差や
歪みがあり、それらの多くは容易には予測できない。
Calibration and Normalization As noted above, it is desirable to have an apparatus or method for calibrating the position of the reaction means with respect to the working medium in order to obtain improved precision and accuracy in the stereolithography machine. That is. The calibration procedure of the preferred embodiment of the present invention draws a "map" from the design in CAD space,
It is possible to derive the instruction for the actual SLA. In any automated modeling system, there are several sources of different errors that need to be corrected in the calibration process. This system has a pair of scanning mirrors in close proximity to each other, and if the simple map of the CAD dimension versus mirror angle remains uncorrected, stitch-like distortion will result. This is because the system also models a flat surface that extends far from a point on the surface closest to the mirror, so that a uniform increment of angle projects onto that surface as a progressively larger distance. Because. this is,
A major distortion in this system, it is possible to make geometric predictions so that corrections can be calculated. However, there are many other errors and distortions that need to be corrected, many of which are not easily predictable.

【0107】この発明の較正と規格化とは、広範囲の応
用とシステムに利用され、指示されたパターンを作業表
面上に描くために走査システムに送られる命令に、CA
D位置を変換することを可能とする“参照表”を、自動
的に作る。
The calibration and normalization of the present invention is used in a wide range of applications and systems, and includes instructions to be sent to the scanning system to draw the indicated pattern on the work surface.
A "look-up table" that allows the D position to be translated is automatically created.

【0108】“規格化”の用語は、二次元以上のものが
一度に修正されることを示すのに使用することができ、
一方、“較正”はあるシステムに対して単一の修正率を
提供する言外の意味を有している。好ましい実施形態に
おける装置は、単一の位置センサー(ビームプロファイ
ル測定用センサー)を有し、このセンサーは作業表面上
の各位置の配列に対し自動的に移動し、次に、これらの
位置の各々に到達するのに必要な相当のミラー位置決め
命令を記録する。その他の好ましい実施形態では、セン
サーの移動の必要をなくすため、センサーピンホールが
二次元的に配された方形較正板が利用される。またほか
の好ましい実施形態では、単一の軸にそってのみ移動す
る必要のあるセンサーピンホールが直線状(一次元的)
に配された較正板が使用される。
The term “normalization” can be used to indicate that more than one dimension is modified at a time,
On the other hand, "calibration" has the implicit meaning of providing a single correction factor for a system. The device in the preferred embodiment has a single position sensor (sensor for measuring the beam profile), which moves automatically for each array of positions on the work surface, and then each of these positions Record the substantial mirror positioning instructions needed to reach. In another preferred embodiment, a rectangular calibration plate with two-dimensionally arranged sensor pinholes is used to eliminate the need for sensor movement. In another preferred embodiment, the sensor pinholes that need to move only along a single axis are linear (one-dimensional).
Is used.

【0109】図19および図20は、この発明の好まし
い実施形態の方形較正板200を図示したものである。
紫外線不透性金属被覆の206は、厚さ1/8インチか
ら1/4インチ(約3.2mmから約6.4mm)までの石
英またはパイレックス(登録商標)の好ましい材料で作
られた基板204の蒸着により提供される。好ましい実
施形態では、二次元的に配された49×49個のピンホ
ール202が1/4インチ(約6.4mm)間隔でUV不
透性金属被覆206上に食刻されている。各食刻された
ピンホールの直径は、0.004インチ±0.0005
インチ(約0.1±0.01mm)であるが、最良の解像
度を達成するためには、そのピンホールの直径が較正板
上に投射されるビームの直径よりも小さいということは
非常に重要なことである。センサー(図示せず)は、較
正板の下に取り付けられており、較正板の使用時におい
て、作業媒体表面に対して相対的に固定された位置に正
確に置かれるよう配置されている。
FIGS. 19 and 20 illustrate a rectangular calibration plate 200 of the preferred embodiment of the present invention.
The UV opaque metallization 206 is a substrate 204 made of a preferred material of quartz or Pyrex with a thickness of 1/8 inch to 1/4 inch (about 3.2 mm to about 6.4 mm). Provided by vapor deposition. In the preferred embodiment, 49 × 49 pinholes 202 arranged two-dimensionally are etched on the UV opaque metallization 206 at 1 / inch (about 6.4 mm) intervals. The diameter of each etched pinhole is 0.004 inches ± 0.0005
Inches (about 0.1 ± 0.01 mm), but it is very important that the pinhole diameter be smaller than the beam diameter projected on the calibration plate to achieve the best resolution. That is what. A sensor (not shown) is mounted below the calibration plate and is positioned such that, when the calibration plate is used, it is accurately positioned at a fixed position relative to the working medium surface.

【0110】この発明の好ましい実施形態に於ては、二
次元的に配された5×5個即ち25個のUV光を感知す
る光ダイオード208が、較正板と共に使用される。
In a preferred embodiment of the present invention, two-dimensionally arranged 5.times.5 or 25 UV-sensitive photodiodes 208 are used with a calibration plate.

【0111】UV光はピンホールの1個を通過してしか
較正板に入射せず、また、較正板材料は入射する光を拡
散する傾向があるので、この好ましい実施形態では、ピ
ンホールに入る光は該ピンホールの厳密な位置を越えて
水平方向に広がり、前述の25個のセンサーは、49×
49個のピンホールの領域をカバーするのに十分なもの
となる。
In this preferred embodiment, the UV light enters the pinhole because the UV light only passes through one of the pinholes and enters the calibration plate, and the calibration plate material tends to diffuse the incoming light. Light spreads horizontally beyond the exact location of the pinhole, and the 25 sensors described above are 49 ×
This is enough to cover the area of 49 pinholes.

【0112】代表的な較正手順は、顧客にSLAを出荷
する前、およびSLAの較正を無効としうる物理的外傷
をミラー制御システムが受けた後においてなされうる。
A typical calibration procedure can be performed before shipping the SLA to a customer and after the mirror control system has been subjected to physical trauma that could invalidate the SLA calibration.

【0113】実際の較正手順は、走査データの中心位置
からピンホールの“最適位置”を得るための方法と同様
の、ビームプロファイル測定方法論を用いる。
The actual calibration procedure uses a beam profile measurement methodology similar to the method for obtaining the “optimal position” of a pinhole from the center of the scan data.

【0114】新規の“最適位置”は、ピンホールが二次
元的に配された方形較正板の場合各ピンホールに対し、
ピンホールが直線状に配された較正板の場合は各ピンホ
ールの列に対し、またセンサーが予め設定された場所に
位置させられている場合は各々の予め設定された場所に
対して求められる。実際に使用される参照表を求めるた
めに各ピンホールを走査することは、必ずしも必要とさ
れる事ではない。この発明の好ましい実施形態では、4
0×40のピンホールが配置されマップされている。幾
何学的歪みが小さい状況、または必要とされる精度が低
い状況、またはその他の歪み原因が、補間の修正によっ
てより高い信頼性で適切に修正される状況においては、
より少ないピンホールが使用されてもよい。X位置およ
びY位置に関連する直線補間は、記憶装置の中の参照表
に記憶された“最適位置”の間に入る点についてのミラ
ー位置決めを決定するのに使用される。ピンホールの適
当数は、これらの考慮により、また較正をするために必
要な時間から、または参照表を記憶するのに利用できる
システムメモリから決定される。後述する経時的位置ず
れ修正装置およびその方法は、より精密より正確な結果
を得るために、較正と共に任意にそして好適に使用され
る。同様に、部品の製作中も同じ経時的位置ずれ修正方
法とその装置が正確性と精度を向上させるために使用さ
れ得る。
The new "optimum position" is that for a square calibration plate where the pinholes are arranged two-dimensionally,
Determined for each row of pinholes in the case of a calibration plate with pinholes arranged in a straight line, and for each preset location when the sensor is located at a preset location. . Scanning each pinhole to find the look-up table that is actually used is not necessarily required. In a preferred embodiment of the present invention, 4
0x40 pinholes are arranged and mapped. In situations where the geometric distortion is small, or where the required accuracy is low, or other sources of distortion are properly and reliably corrected by interpolation correction,
Fewer pinholes may be used. Linear interpolation associated with the X and Y positions is used to determine mirror positioning for points falling between "optimal positions" stored in look-up tables in storage. The appropriate number of pinholes is determined by these considerations and from the time required to perform the calibration or from the system memory available to store the look-up table. The temporal displacement correction apparatus and method described below are optionally and preferably used with calibration to obtain more precise and more accurate results. Similarly, the same temporal displacement correction method and apparatus may be used during part fabrication to improve accuracy and precision.

【0115】この発明の好ましい実施形態における方法
を次に簡単に説明する。
The method according to the preferred embodiment of the present invention will now be briefly described.

【0116】第1段階:操作者は、液面が通常位置する
場所に較正板の各センサーピンホールが位置するように
して、該較正板をSLA造形チャンバーに挿入し、セン
サー1および2(固定されたビームプロファイル測定用
センサー116,および118)と較正板(“センサー
3”とみなせる)位置の、各読取時点の間の遅延時間を
指定する。
First step: The operator inserts the calibration plate into the SLA modeling chamber so that each sensor pinhole of the calibration plate is located at a position where the liquid level is normally located, and performs sensors 1 and 2 (fixed). The delay time between each reading time between the positions of the measured beam profile measurement sensors 116 and 118) and the calibration plate (which can be regarded as “sensor 3”) is designated.

【0117】第2段階:最初のプロファイル走査が起こ
る際に位置させられるべき位置にセンサー1および2が
再び位置づけられ、それらの座標が、ミラー位置決め情
報として確定され、記録される。
Second stage: The sensors 1 and 2 are repositioned to the positions to be positioned when the first profile scan occurs, and their coordinates are determined and recorded as mirror positioning information.

【0118】第3段階:センサー3の位置すなわち座標
が許容誤差範囲内にあるかどうかを判定することによ
り、較正板の中心位置を決定する。その較正板の中心座
標は、ミラー位置決め用の中心座標と一致すべきであ
る。この配置は、あらゆる方向へミラーが同等かつ最大
限に移動できるようにする。
Third step: The center position of the calibration plate is determined by determining whether the position of the sensor 3, that is, the coordinates are within an allowable error range. The center coordinates of the calibration plate should match the center coordinates for mirror positioning. This arrangement allows the mirror to move equally and maximally in all directions.

【0119】第4段階:較正板(センサー3)により得
られる信号レベルが、該較正板の中心のピンホールを読
むことによって設定される。(該中心のピンホールは、
ビームプロファイルの図1によって規定されたセンサー
探索アルゴリズムによって発見される)。実際のビーム
強度は、中心ピンホールにそのビームがある場合としな
い場合とにおいて、センサーを読み取ることによって見
出される。このことは、センサー3の受ける背景ノイズ
を減ずる。信号レベルの制御は、センサーの感度が最適
になるまで操作者によって調節される。
Fourth step: The signal level obtained by the calibration plate (sensor 3) is set by reading the center pinhole of the calibration plate. (The pinhole at the center is
The beam profile is found by the sensor search algorithm defined by FIG. 1). The actual beam intensity is found by reading the sensor with and without the beam in the center pinhole. This reduces the background noise received by the sensor 3. Control of the signal level is adjusted by the operator until the sensitivity of the sensor is optimal.

【0120】第5段階:較正板の境界はピンホールから
該較正板の境界までビームをステップ態様で進めること
によって確立される。(1=西、2=北、3=南、4=
東)。
Step 5: The calibration plate boundary is established by advancing the beam in a stepwise manner from the pinhole to the calibration plate boundary. (1 = west, 2 = north, 3 = south, 4 =
east).

【0121】A)方向1に、予め設定された(ビット/
ピンホールの離間距離)値だけ移動することによりその
方向に沿ってピンホールを探す。ビットはミラー座標の
変化値を指す。
A) In direction 1, a preset (bit /
By moving by the value of (pinhole separation distance), a pinhole is searched for along that direction. The bit indicates the change value of the mirror coordinates.

【0122】B)境界までの既知の数のピンホールが読
まれた後、もう1回(ビット/ピンホールの離間距離)
分の移動がおこなわれる。
B) One more time after reading a known number of pinholes up to the boundary (bit / pinhole separation)
The minute is moved.

【0123】C)もし読取りがそこでピンホールを見出
したならば、間違ったピンホールを読んだために、信号
レベルが不適当に設定されているか、または、探索が開
始されたのが中心のピンホールより右にあるピンホール
であるかどちらかである。第3段階に戻る。
C) If the reading finds a pinhole there, the wrong pinhole has been read and the signal level has been improperly set, or the search has started at the center pin. Either a pinhole to the right of the hole. Return to the third stage.

【0124】D)もしピンホールが検出されなければ、
左と右の境界が確立されたことになる。
D) If no pinhole is detected,
The left and right boundaries have been established.

【0125】E)ビームは中心のピンホールに戻り、A
−Dと同様方法で後方境界を探索する。
E) The beam returns to the center pinhole and A
Search for the back boundary in the same way as -D.

【0126】F)移動1および2を通してすべての境界
が決定したら、移動1,2,3,および4に対するピン
ホールの位置を示す値は、ミラー・ビットの板上に“ピ
ンホールの概略分離マップ”を作成するのに利用され
る。移動4後は、ピンホール(1,1)にビームが放置
される。
F) Once all the boundaries have been determined through movements 1 and 2, the values indicating the position of the pinholes for movements 1, 2, 3, and 4 are indicated on the mirror bit plate by the "pinhole schematic separation map". Used to create ". After the movement 4, the beam is left in the pinhole (1, 1).

【0127】第6段階:較正板上のすべてのピンホール
位置の急速探索。もし、もうピンホールが探し出されな
い場合、ビームは“ピンホールの概略分離マップ”によ
って決定される最適である可能性の高い場所に残り、該
ピンホールの周辺の塵挨を調査するように操作者を促
す。待機ののち、ピンホールが探し出されるかまたは操
作者が中止するまで探索は続行される。もし操作者が希
望すれば、信号レベルはこの段階でリセット可能であ
る。信号レベルを変えた場合、操作者はピンホール
(1,1)から再び急速探索を行う。
Step 6: Rapid search for all pinhole positions on the calibration plate. If the pinhole is no longer located, the beam will remain in the most likely optimal location as determined by the "schematic separation map of the pinhole" and will be operated to investigate the dust around the pinhole Urging people. After waiting, the search continues until the pinhole is located or the operator stops. If the operator so desires, the signal level can be reset at this stage. When the signal level is changed, the operator performs a quick search again from the pinhole (1, 1).

【0128】第7段階:急速探索で較正板上のすべての
ピンホールを探索したのち、第1段階から必要な遅延時
間後に最終探索が実施される。また、急速および最終探
索において、同じ場所ヘのミラー・ビット移動のインタ
ーバル(各行の終り)において実施される、“較正時ゲ
イン値”と“較正時オフセット値”修正を決定するため
に、センサー1および2の位置が検査される。これらの
修正値は、固定されたセンサー1および2の基準場所の
単一の組合わせに規格化するやり方で、各較正点の位置
を比例させて修正するために、比例係数として適用され
る。
Seventh stage: After searching for all pinholes on the calibration plate by rapid search, a final search is performed after a necessary delay time from the first stage. Sensor 1 also determines the "calibration gain value" and "calibration offset value" corrections performed during the mirror bit move interval to the same location (end of each row) in the rapid and final search. And positions 2 are checked. These corrections are applied as proportionality factors to proportionally correct the position of each calibration point in a way that normalizes to a single combination of fixed reference locations for sensors 1 and 2.

【0129】第8段階:最終探索完了後、較正時ゲイン
値、較正時オフセット値、強度、および位置のすべての
データが記憶される。これで手順は完了する。
Eighth stage: After the final search is completed, all the data of the gain value at calibration, the offset value at calibration, the intensity, and the position are stored. This completes the procedure.

【0130】経時的位置ずれ修正 経時的位置ずれ修正は、1台またはそれ以上のビームプ
ロファイル測定用センサー(ここでは“センサー手段”
と言う)の見かけ位置を周期的にチェックすることによ
り、経時的位置ずれ、とりわけミラー位置決めシステム
の経時的位置ずれを補正する手順である。1つのセンサ
ーの見かけの位置における変動の測定は、“ゼロ設定”
のミラーシステムの経時的位置ずれの補正を可能とす
る。2個の別個のセンサーの場合は、さらに、1個のセ
ンサーでは補正できない、システムのミラー動作範囲の
伸張、および/または、熱的またはその他の影響に起因
するSLAの部品サイズにおける変動の修正を可能にす
る。他の誤差は、多数のセンサーを使用することによっ
て修正が可能であるが、この発明の好ましい実施形態に
おける2台のビームプロファイル測定用センサーの使用
で十分と考えられる。
Temporal displacement correction Temporal displacement correction is performed by using one or more beam profile measurement sensors (here, “sensor means”).
This is a procedure for periodically correcting the apparent position of the mirror positioning system to check the apparent position. Measuring the variation in the apparent position of one sensor is called “zero setting”
Of the mirror system can be corrected over time. In the case of two separate sensors, furthermore, correction of variations in the component size of the SLA due to thermal or other influences, such as extending the mirror operating range of the system and which cannot be compensated for by one sensor. enable. Other errors can be corrected by using multiple sensors, but the use of two beam profile measurement sensors in the preferred embodiment of the present invention is considered sufficient.

【0131】この発明の好ましい実施形態では、較正操
作を周期的に実施する。較正手順は、多数のピンホール
を有する較正板とセンサーを使用して、較正板上の予め
固定された位置に対応するミラー位置設定の表を、シス
テムメモリ内に発生させるものである。
In a preferred embodiment of the present invention, the calibration operation is performed periodically. The calibration procedure uses a calibration plate with a large number of pinholes and a sensor to generate a table of mirror position settings in system memory corresponding to pre-fixed positions on the calibration plate.

【0132】較正を実施している間、システムは、2台
のセンサーの見かけの位置を周期的にチェックする。こ
れらの測定値は、この経時的位置ずれ値に対する較正測
定値を修正するのに使用する値であるので、該値は、2
台のセンサーの現在の位置を示す“標準値”として、す
べて規格化される。部品が形成されたのち、同じ2台の
センサーが再び周期的に走査され、見かけの位置を使用
して、較正時からのゼロ点の変動およびミラー動作範囲
の伸張が修正される。この方法はミラーの経時的位置ず
れに起因する誤差の90パーセントを除去することが判
明している。較正手順は既に説明済である。
While performing the calibration, the system periodically checks the apparent positions of the two sensors. Since these measurements are the values used to correct the calibration measurements for this temporal displacement value, the values are 2
They are all standardized as "standard values" indicating the current position of each sensor. After the part is formed, the same two sensors are again scanned periodically and the apparent position is used to correct for zero point variations from the time of calibration and for extended mirror operating range. This method has been found to eliminate 90% of the errors due to mirror displacement over time. The calibration procedure has already been described.

【0133】この発明の好ましい実施形態の経時的位置
ずれ修正方法および装置において、レーザービームがミ
ラー位置決めシステムによってセンサーの方向に向けら
れた時に該レーザービームを検出することができる2台
のビームプロファイル測定用センサーは、反応手段が衝
突しそれにより凝固可能な作業媒体の表面に対して相対
的に固定された予定位置に設置される。
In a method and apparatus for correcting misregistration over time according to a preferred embodiment of the present invention, two beam profile measurements capable of detecting a laser beam when the laser beam is directed at a sensor by a mirror positioning system. The application sensor is located at a predetermined position which is fixed relative to the surface of the working medium which the reaction means can collide with and thereby solidify.

【0134】レーザービームは周期的にセンサー方向に
向けられ、センサー位置出力手段は、センサーの見かけ
の位置の読出しを供給する。センサーの現在の見かけの
位置は、記憶装置に記憶されている過去の見かけのセン
サー位置と比較され、その差異は経時的位置ずれ修正の
必要性を示すものである。
The laser beam is periodically directed at the sensor, and the sensor position output means provides a readout of the apparent position of the sensor. The current apparent position of the sensor is compared to past apparent sensor positions stored in the storage device, and the difference indicates the need to correct for misregistration over time.

【0135】例えば、1つのセンサー1が使用され、こ
のセンサー1が、X=20、Y=20の過去の見かけの
位置とX=22、Y=22の現在の見かけの位置を有し
ていれば、+2Xと+2Yの経時的位置ずれが発生して
いることになり、ミラー位置決めシステムは、ビームを
所望の位置に指向させるための適当な修正率を適用しう
る。他の例として、このセンサー1の外にセンサー2が
使用され、該センサー2が、X=64000、Y=64
000であることを較正時において読み、X=6400
4、Y=64004を現在の見かけの位置として得たと
する。この場合、システム全体(対角線上に配置されて
いる2個のセンサー)にわたる+2X、−2Xの線形移
動に加えて、センサー1とセンサー2との間の規格化距
離に関し、+2X、+1Yの伸張がある。当該伸張後の
センサー1とセンサー2の間の距離の、規格化距離に対
する割合を、「ゲイン値」と呼ぶ。そしてわれわれは、
センサー1に対する異なる相対位置に対しては、上記に
比例した異なる割合の伸張を予想し修正する。修正にあ
たって、ミラー位置決めシステムが経時的位置ずれによ
る伸張を補正するのを支援するために、直線補間を使用
することができる。
For example, one sensor 1 is used, and this sensor 1 has a past apparent position of X = 20, Y = 20 and a current apparent position of X = 22, Y = 22. If, for example, a + 2X and + 2Y displacement has occurred over time, the mirror positioning system can apply an appropriate correction factor to direct the beam to the desired position. As another example, a sensor 2 is used in addition to the sensor 1, and the sensor 2 has X = 64000 and Y = 64.
000 at the time of calibration, and X = 6400
4. Assume that Y = 64004 has been obtained as the current apparent position. In this case, in addition to the + 2X, -2X linear movement over the entire system (two sensors arranged diagonally), the + 2X, + 1Y extension for the normalized distance between sensor 1 and sensor 2 is: is there. The ratio of the distance between the sensor 1 and the sensor 2 after the expansion to the normalized distance is referred to as a “gain value”. And we
For different relative positions with respect to the sensor 1, different proportions of expansion proportional to the above are expected and corrected. In making the correction, linear interpolation can be used to help the mirror positioning system correct for stretching due to misalignment over time.

【0136】立体造形を利用してより正確な部品製作を
達成するため、特殊なコンピュータ・ソフト・アルゴリ
ズムが開発された。このアルゴリズムは、“経時的位置
ずれ修正アルゴリズム”として知られており、二つの部
分を有するものと考えられる。
Special computer software algorithms have been developed to achieve more accurate part fabrication using 3D modeling. This algorithm is known as the "temporal misregistration correction algorithm" and is considered to have two parts.

【0137】第1の部分は、経時的位置ずれ修正に使用
する変数の値を決定するコードである。第2の部分は、
経時的位置ずれ修正のこれらの変数の利用のためのコー
ドである。
The first part is a code for determining the value of a variable to be used for correcting a temporal displacement. The second part is
Here is the code for the use of these variables in the correction of displacement over time.

【0138】経時的位置ずれ修正変数は次の通りであ
る。
The time-dependent displacement correction variables are as follows.

【0139】* X軸ゲイン値は、われわれの例では、
DriftGain Xと呼ぶ。
* The X-axis gain value is, in our example,
Call it DriftGain X.

【0140】* 第1のセンサーのX軸オフセット値
DriftOffset X * Y軸ゲイン値 DriftGain Y * 第1のセンサーのY軸オフセット値 DriftOffset
Y これらの変数は、レーザーのミラーが向けられる各X、
Y座標位置に適用される修正率を計算するのに使用され
る。この修正は、個別に各々の軸方向に適用され、ゲイ
ン(乗数)値とオフセット(加算)値を各軸に対しても
っている。当該修正は、次の式により表される。
* X-axis offset value of the first sensor
DriftOffset X * Y-axis gain value DriftGain Y * Y-axis offset value of first sensor DriftOffset
Y These variables are the values of each X,
Used to calculate the correction rate applied to the Y coordinate position. This correction is applied individually to each axis and has a gain (multiplier) value and an offset (addition) value for each axis. The correction is represented by the following equation.

【0141】ある軸方向の修正後の座標値=(ゲイン値
×第1のセンサーからのその軸に沿った所望距離)+第
1のセンサーのオフセット値 ここで、変数であるゲイン値およびオフセット値は、測
定値に基づいて、各軸方向の理想の所望位置を、実際の
修正された座標位置に対応させる。
Coordinate value after correction in a certain axis direction = (gain value × desired distance from the first sensor along the axis) + offset value of first sensor Here, gain value and offset value as variables Makes the ideal desired position in each axis direction correspond to the actual corrected coordinate position based on the measured values.

【0142】経時的位置ずれ修正変数は、ビーム・プロ
グラム中のアルゴリズムと極めて類似しているビームプ
ロファイル測定用アルゴリズムの使用によって、各層の
形成開始時に決まる。樹脂容器の対角部に配置された2
台のビームプロファイル測定用センサーの位置は、測定
・計算され、そして、ディスク内のデータファイルに記
憶された理想の位置と比較される。これら2台のプロフ
ァイル測定用センサーの測定位置と理想の位置の間にお
ける差異は、経時的位置ずれ修正変数の値を決める。走
査領域の対角部に2台のプロファイル測定用センサーを
配置することは、ゲイン値の変化測定の基準となるXお
よびY軸に沿った各ベースラインを最適なものとする。
The displacement correction variable over time is determined at the beginning of each layer formation by using an algorithm for measuring the beam profile which is very similar to the algorithm in the beam program. 2 placed at the diagonal part of the resin container
The position of the beam profile measurement sensor is measured and calculated and compared with the ideal position stored in a data file on the disk. The difference between the measurement position of these two profile measurement sensors and the ideal position determines the value of the temporal displacement correction variable. Arranging two sensors for profile measurement at the diagonal of the scanning area optimizes each of the baselines along the X and Y axes, which are the basis for measuring the change in gain value.

【0143】以下のPascalファンクションは、経時的位
置ずれ修正変数の値を計算するための見本である。´R
ef´変数は、ディスク内のデータファイルから読まれ
た2台のビームプロファイル測定用センサーの基準位置
である。´Now´変数は、2台のプロファイル測定用
センサーの最新位置である。レーザー走査システムの物
理的特性の動的変化のため、´Now´変数に保持され
た位置は、理想の基準位置と僅かに異なる。直後のミラ
ー方向を調整するためにこれらの位置相差を利用するこ
とが、このファンクションの目的である。
The following Pascal function is a sample for calculating the value of the temporal displacement correction variable. 'R
The ef ′ variable is the reference position of the two beam profile measurement sensors read from the data file in the disk. The 'now' variable is the latest position of the two profile measurement sensors. Due to dynamic changes in the physical properties of the laser scanning system, the position held in the 'Now' variable is slightly different from the ideal reference position. It is the purpose of this function to utilize these positional differences to adjust the mirror direction immediately after.

【0144】 { CorrectForDrift…compute value of drift correctionvariables } procedure CorrectForDrift; Var quotient:Float Type; begin DriftGain X:=(Sensor2 NowX−Sensor1 NowX)/(Sensor 2Ref X−Sensor1 RefX;) DriftOffset X:=Sensor1 NowX; DriftGain Y:=(Sensor2 NowY−Sensor1 NowY)/(Sensor 2Ref Y−Sensor1 RefY;) DriftOffset Y:=Sensor1 NowY; end; 以下のPascal手順は、経時的位置ずれ修正変数の決定
後、如何にして一対の座標に対して経時的位置ずれ修正
を施すことができるかを示す。各軸に対する修正が互い
に独立になっていることに注意されたい。
For CorrectForDrift ... compute value of drift correctionvariables} procedure CorrectForDrift; Var quotient: Float Type; begin DriftGain X: = (Sensor2 NowX-Sensor1 NowX) / (Sensor 2Ref X-Sensor1 RefX;) DriftOffset X: = Sensor1 NowX; DriftGain Y: = (Sensor2 NowY-Sensor1 NowY) / (Sensor 2Ref Y-Sensor1 RefY;) DriftOffset Y: = Sensor1 NowY; end; The following Pascal procedure shows how the temporal displacement correction can be applied to a pair of coordinates after determining the temporal displacement correction variable. Note that the corrections for each axis are independent of each other.

【0145】 { DriftCorfect…correct coordinate pair for drift } procedure DriftCorrect(oldX,oldY:FloatType:Var newX,newY:Flo atType); begin newX:=(oldX−Sensor1 RefX)* DriftGain X+DriftOffsetX; newY:=(oldY−Sensor1 RefY)* DriftGain Y+DriftOffsetY: end: DriftCorreet手順は、描画ベクトルが、3Dシステムズ
社のソフトウェア内で使用されるレーザー描画の高度に
最適化された形態である“フィーチャー”に変換される
のに先立って、各描画ベクトルの始点座標と終点座標を
修正するために使用される。2台のビームプロファイル
測定用センサーの最新位置が特定されてから、CorrectF
orDrift が一層につきただ一回だけ使用される。
Rif DriftCorfect ... correct coordinate pair for drift} procedure DriftCorrect (oldX, oldY: FloatType: Var newX, newY: FloatType); begin newX: = (oldX-Sensor1 RefX) * DriftGain X + DriftOffsetX; newY: = (oldY-Sensor1) RefY) * DriftGain Y + DriftOffsetY: end: The DriftCorreet procedure converts the drawing vector into a "feature" which is a highly optimized form of laser drawing used within 3D Systems software. It is used to modify the start and end coordinates of each drawing vector. After the latest position of the two beam profile measurement sensors is determined, CorrectF
orDrift is used only once per layer.

【0146】実際上、これらのルーチンは、異なる立体
造形応用プログラムによって使用され得る特殊記憶常駐
ドライバー(STEREOとして知られている)内に配
置される。この応用プログラムは、プロファイル測定用
センサーの位置の検出を担っており、またこの位置情報
を特殊装置ドライバーに伝送する。
In practice, these routines are located in a special memory resident driver (known as STERIO) that can be used by different stereolithography application programs. This application program is responsible for detecting the position of the profile measurement sensor and transmits this position information to the special device driver.

【0147】 BUILD STEREO 部品形成に使用される応用 経時的位置ずれ修正を含む プログラム;各層について → 複数のタスクに関連する種 のプロファイル測定用セン 々の立体造形を実行するた サーの位置情報を伝送する。 めの記憶常駐ドライバー。BUILD STERREO Application used for part formation Program including correction of positional deviation over time; For each layer → Sending the position information of the server for performing three-dimensional modeling of various types of profile measurement sensors related to multiple tasks I do. Memory resident driver.

【0148】経時的位置ずれ修正と同等の手順が、SL
Aの較正中の全較正時点において実施される。好ましい
実施形態においては、予め固定された位置を有する各行
の走査の終点において経時的位置ずれが決定され、修正
は、その行の直線補間を通して適用される。このような
修正ルーチンの実際上のソフトウェア実現の方法は、当
業者の能力の範囲内であり、従ってここでこれ以上説明
しない。
The procedure equivalent to the temporal displacement correction is SL
Performed at all calibration points during calibration of A. In a preferred embodiment, the displacement over time is determined at the end of the scan for each row having a pre-fixed position, and the correction is applied through linear interpolation of that row. The actual software implementation of such a modification routine is within the capabilities of those skilled in the art and will not be described further here.

【0149】本発明の特定の形態を図示・説明してきた
が、本発明の精神および範囲を逸脱することなく多くの
変更例が可能であることは、以上の記載から明らかであ
る。従って、添付した特許請求の範囲以外によっては、
本発明は限定されるものではない。
While a particular form of the invention has been illustrated and described, it will be apparent from the foregoing description that many modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, other than by the appended claims,
The present invention is not limited.

【0150】 付録A 34.166-34.169 '88.4.13現在の3Dシステムズ社以外のソフトウェア状況 スライス・コンピュータ(NEC386) TM 386/ix オペレーションシステム UNIX(登録商標); システムVリリース1.0.4 80386 TDCP イーサネット(登録商標)サポート、MICOM バージョン INTERACTIVE システムズ・コーポレーション (INTERACTIVE Systems Corporation, 2401 Colorado Avenue, 3rd Floor Santa Monica, Calivornia 90404) プロセスコンピュータ(WYSE 286) MS-DOS 3.21 ワイズ・テクノロジー社 (Wyse Technology, 3571 N. First Street, San Jose, CA 95134) Q-DOS IIバージョン2.00 ガゼル・システムズ社 (Gazelle Systems, 42 North University Avenue, Suite 10 Provo, Utah 84601) FTP ソフトウェアPC/TCPファイル転送プログラムバージョン1.16 FTP ソフトウェアPC/TCPテルネットバージョン1.16 MICOM-インターラン社 (MICOM-Interlan, Inc., 155 Swanson Rd., Boxborough, MA 01719) 1988年 4月13日 SLA-1 主要部品一覧 レーザ: 1)リンコニクス社 (Linconix, 1390 Borregas Abenue, Sunnyvale, CA 94089) A) 4240H型He-Cd マルチモードレーザ B) 4240PS 型電源装置 2)オムニクローム社 (Omnichrome, 13620 Fifth Street, Chinno, CA 91710) A) 356XM型He-Cdレーザ B) 100型電源装置 走査ミラー: 1)ジェネラル・スキャニング社 (General Scanning, Inc., 500 Arsonal Street, Watertown, MA 02172) A) P/N E00-Z2173 XY0507走査ミラー B) P/N E00-DX2005 XY0507走査ミラーコントローラ Z軸(垂直)昇降機: 1)ディードル社 (Daedal, P.O.Box G, Harrison City, PA 15838) (代理店を介して購入) パシフィック・テクニカリル・プロダクツ社 (Pacific Technical Products, 15901 Foothill Blvd., Sylmer, CA 91342) A) P/N 008-0324-3 14インチ・5ピッチリニアテーブル B) P/N MC5000-20 モータ駆動制御 SLA-1 プロセスコンピュータ: 1)ワイズ・テクノロジー社 (Wyse Technology, 3571 N. First Street, San Jose, CA 95134) (代理店を介して購入) ペリフェラル・システムズ社 (Peripheral Systems, Inc., 8107 Orion Avenue, Van Nuys, CA 91406) A) Wyse 286, モデル2200(以下を含む) 1.40MBハードディスク 2.PC AT キーボード 3.モニタ 4.グラフィックカード 5.数学コープロセッサ 2)ターンズ・テクノロジー社 (Tarnz Technologies, 8025 Sepulveda Blvd., Van Nuys, CA 91406) A) I/Oボード SLA-1 スライスコンピュータ: 1)NEC インフォメーション・システムズ社 (NEC INformation Sysems, Inc., 1414 Massachusetts Avenue, Boxborough, MA 01719) (代理店を介して購入) ペリフェラル・システムズ社 (Peripheral Systems, Inc., 8107 Orion Avenue, Van Nuys, CA 91406) A) NEC パワーメート 386コンピュータ ビームエキスパンダ: 1)オプトミオ・デザイン社 (Optomeo Design Co., 901 18th St. Suite 203, Los Alamos, NM 67544) A) No. D10493(4X)型ビームエキスパンダAppendix A 34.166-34.169 '88 .4.13 Software status other than 3D Systems Corporation Slice Computer (NEC386) TM 386 / ix Operation System UNIX (registered trademark); System V Release 1.0.4 80386 TDCP Ethernet (registered) Trademark) support, MICOM version INTERACTIVE Systems Corporation, 2401 Colorado Avenue, 3rd Floor Santa Monica, Calivornia 90404 Process computer (WYSE 286) MS-DOS 3.21 Wyse Technology, 3571 N. First Street , San Jose, CA 95134) Q-DOS II version 2.00 Gazelle Systems, 42 North University Avenue, Suite 10 Provo, Utah 84601 FTP software PC / TCP file transfer program version 1.16 FTP software PC / TCP telnet Version 1.16 MICOM-Interlan, Inc., 155 Swanson Rd., Boxborough, MA 01719) April 13, 1988 SLA-1 Main parts list Laser: 1) Linconix, 1390 Borregas Abenue, Sunnyvale, CA 94089 A) 4240H He-Cd multimode laser B) 4240PS power supply 2) Omnichrome, 13620 Fifth Street, Chinno, CA 91710 A) 356XM He-Cd laser B) 100 power supply Scanning mirror: 1) General Scanning, Inc., 500 Arsonal Street, Watertown, MA 02172) A) P / N E00-Z2173 XY0507 scanning mirror B) P / N E00-DX2005 XY0507 scanning mirror controller Z-axis (vertical) elevator: 1) Dedal (Daedal, PO Box G, Harrison City, PA 15838) (Purchased through an agency) Pacific Technical Products, Inc. (Pacific Technical Products, 15901 Foothill Blvd., Sylmer, CA 91342) A) P / N 008-0324-3 14 inches・ 5 pitch linear table B) P / N MC5000-20 Motor drive control SLA-1 process Computers: 1) Wyse Technology, 3571 N. First Street, San Jose, CA 95134 (purchased through distributor) Peripheral Systems, Inc., 8107 Orion Avenue, Van Nuys, CA 91406) A) Wyse 286, Model 2200 (including the following) 1.40MB hard disk 2.PC AT keyboard 3.Monitor 4.Graphic card 5.Mathematical coprocessor 2) Tarnz Technologies, 8025 Sepulveda Blvd., Van Nuys, CA 91406) A) I / O board SLA-1 Slice computer: 1) NEC Information Systems, Inc., 1414 Massachusetts Avenue, Boxborough, MA 01719 (purchased through an agency) Peripheral Systems, Inc., 8107 Orion Avenue, Van Nuys, CA 91406 A) NEC PowerMate 386 Computer Beam Expander: 1) Optomio Design Optomeo Design Co., 901 18th St. Suite 203, Los Alamos, NM 67544) A) No. D10493 (4X) type beam expander

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】立体造形方法を実施する場合に用いる基本概念
を図解したフロー・チャート
FIG. 1 is a flow chart illustrating a basic concept used when implementing a three-dimensional printing method.

【図2】立体造形方法を実施する場合に用いる基本概念
を図解したフロー・チャート
FIG. 2 is a flow chart illustrating a basic concept used when implementing a three-dimensional printing method.

【図3】立体造形方法を実施する場合に用いる基本概念
を図解したフロー・チャート
FIG. 3 is a flow chart illustrating a basic concept used when implementing a three-dimensional printing method.

【図4】ブロック図と立体造形システムの垂直断面略図
を組み合わせた図
FIG. 4 is a diagram combining a block diagram and a schematic vertical sectional view of a three-dimensional printing system.

【図5】立体造形システムのブロック図FIG. 5 is a block diagram of a three-dimensional printing system.

【図6】立体造形システム内の主要構成要素群の分解・
透視図
FIG. 6 is an exploded view of main components in the three-dimensional printing system.
Perspective view

【図7】立体造形システム内の主要構成要素群の分解・
透視図
FIG. 7: Disassembly / disassembly of the main components in the 3D modeling system
Perspective view

【図8】この発明の好ましい実施形態を使用した立体造
形システムのレーザーと光学システムの透視図
FIG. 8 is a perspective view of a laser and optical system of a stereolithography system using a preferred embodiment of the present invention.

【図9】この発明の好ましい実施形態のビームプロファ
イル測定用センサーの断面略図
FIG. 9 is a schematic sectional view of a sensor for measuring a beam profile according to a preferred embodiment of the present invention.

【図10】この発明の好ましい実施形態のビームプロフ
ァイル測定用センサーのピンホール板の上部平面図
FIG. 10 is a top plan view of a pinhole plate of the beam profile measurement sensor according to the preferred embodiment of the present invention.

【図11】この発明の好ましい実施形態の装置を示すブ
ロック図
FIG. 11 is a block diagram showing an apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図12】この発明による、ビームの強度プロファィル
導出方法の好ましい実施形態の機能ブロック図
FIG. 12 is a functional block diagram of a preferred embodiment of a beam intensity profile deriving method according to the present invention;

【図13】図12により説明した方法を実施する場合の
ビームを動かす方法の機能ブロック図
FIG. 13 is a functional block diagram of a method of moving a beam when performing the method described with reference to FIG. 12;

【図14】図12により説明した方法を実施する場合の
ビームの一部の強度を読み取る方法の機能ブロック図
14 is a functional block diagram of a method of reading the intensity of a part of a beam when the method described with reference to FIG. 12 is performed.

【図15】図12により説明した方法と組合わせること
のできる処理および分析を示した機能ブロック図
FIG. 15 is a functional block diagram showing processing and analysis that can be combined with the method described with reference to FIG.

【図16】この発明の好ましい実施形態によって導出さ
れるビームの強度プロファイルの見本を示した図表
FIG. 16 is a chart showing a sample of a beam intensity profile derived according to a preferred embodiment of the present invention.

【図17】この発明の好ましい実施形態によるビームプ
ロファイル情報から導出される二つの軸に沿った予想硬
化深さのプロファイルを示す図
FIG. 17 shows a profile of expected cure depth along two axes derived from beam profile information according to a preferred embodiment of the present invention.

【図18】ビームへの露出により硬化した光重合性液体
の硬化痕の断面を描いた図
FIG. 18 is a diagram illustrating a cross section of a cured mark of a photopolymerizable liquid cured by exposure to a beam.

【図19】較正板の斜視図FIG. 19 is a perspective view of a calibration plate.

【図20】較正板の断面図FIG. 20 is a sectional view of a calibration plate.

【図21】立体造形工程の主要な段階を図解した図FIG. 21 illustrates the main steps of the three-dimensional modeling process.

【図22】立体造形システムのソフトウェア図FIG. 22 is a software diagram of a three-dimensional printing system.

【図23】制御パネルのスイッチ類と表示器類を図示し
た図
FIG. 23 is a diagram illustrating switches and indicators on a control panel.

【図24】部品記録の見本FIG. 24: Sample of component record

【図25】作用曲線の見本FIG. 25: Sample of action curve

【図26】推奨する光学系を示した図FIG. 26 is a diagram showing a recommended optical system.

【図27】図26に示した光学系の各要素の清掃方法を
示した図
FIG. 27 is a diagram showing a method of cleaning each element of the optical system shown in FIG. 26;

【図28】空気フィルターの交換を図示した図FIG. 28 illustrates replacement of an air filter.

【図29】SLICEコンピュータの構成部品を示した
FIG. 29 is a view showing components of a SLICE computer.

【図30】電子キャビネットの構成部品を示した図FIG. 30 is a diagram showing components of an electronic cabinet.

【図31】電子キャビネットの構成部品を示した図FIG. 31 is a diagram showing components of an electronic cabinet.

【図32】光学系構成部品を示した図FIG. 32 is a view showing optical system components.

【図33】光学系構成部品を示した図FIG. 33 is a diagram showing components of an optical system.

【図34】光学系構成部品を示した図FIG. 34 is a diagram showing optical system components.

【図35】チャンバーの構成部品を示した図FIG. 35 shows the components of the chamber.

【図36】レーザー共振器の配置を示した図FIG. 36 is a diagram showing an arrangement of laser resonators;

【図37】光学系のアラインメントを示した図FIG. 37 shows an alignment of the optical system.

【図38】チャンバー内のアラインメントを示した図FIG. 38 is a view showing an alignment in a chamber.

【図39】SLA−1型立体造形システムを図示した図FIG. 39 is a diagram illustrating an SLA-1 type three-dimensional printing system;

【図40】電子キャビネットのアセンブリを示した図FIG. 40 shows an assembly of an electronic cabinet.

【図41】光学機器のアセンブリを示した図FIG. 41 is a view showing an assembly of an optical apparatus.

【図42】チャンバーのアセンブリを示した図FIG. 42 shows the assembly of the chamber.

【図43】SLA−1型の配線図FIG. 43 is an SLA-1 type wiring diagram

【図44】SLICEに入力され得る、自動車の幾何学
的モデル
FIG. 44: Geometric model of a car that can be input to SLICE

【図45】幾何学的モデルに含まれるすべての三角形
が、平面三角形、平面に近い三角形、または走査三角形
の、三つの型の一つに属することを示した図
FIG. 45 shows that all triangles included in the geometric model belong to one of three types: a plane triangle, a near-plane triangle, or a scanning triangle.

【図46】形式と高さによってSLICEが三角形を順
位付ける方法を示した図
FIG. 46 shows how SLICE ranks triangles by type and height.

【図47】最も小さい角によって走査三角形をSLIC
Eが順位付ける方法を示した図
FIG. 47: SLIC scans triangle with smallest angle
Diagram showing how E ranks

【図48】SLICEがモデルを表現するために個々の
薄層をどのように積み重ねるかということと、平面に近
い三角形、および平面三角形をどのように「スキンフィ
ル(外皮充填)」するかを図解した図
FIG. 48 illustrates how SLICE stacks individual thin layers to represent a model and how to “skin-fill” triangles that are close to plane and plane triangles. Figure

【図49】境界間の領域をスキンフィルまたはハッチ走
査することによって個々の薄層がどのようにして形成さ
れるかを示した図
FIG. 49 illustrates how individual thin layers are formed by skin-filling or hatching a region between boundaries.

【図50】平面に近い三角形に対してSLICEがどの
ようにして台形を作るかを示した図
FIG. 50 shows how SLICE creates a trapezoid for a triangle that is close to a plane.

【図51】SLICEが平面三角形に対してどうして台
形が作らないかを示した図
FIG. 51 is a diagram showing why SLICE does not form a trapezoid for a plane triangle.

【図52】SLICEがどのようにして走査三角形に対
して境界のみを発生させるか(そのあとにこの境界内は
ハッチ走査される)を示した図
FIG. 52 illustrates how SLICE generates only a boundary for a scanning triangle (after which the boundary is hatched).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 268,837 (32)優先日 昭和63年11月8日(1988.11.8) (33)優先権主張国 米国(US) (72)発明者 スチュアート トーマス スペンス アメリカ合衆国カリフォルニア州、サウ ス、パサデナ、グランド、アベニュ、333 (72)発明者 ハリー ターノフ アメリカ合衆国カリフォルニア州、バン、 ニュイス、セパルベダ、ブールバード、 6025 (72)発明者 トーマス オルムキスト アメリカ合衆国カリフォルニア州、サン、 ガブリエル、デュアート、ロード、9035 Fターム(参考) 2F065 AA52 AA53 BB05 FF44 GG04 HH04 JJ01 JJ18 JJ24 JJ26 LL22 LL30 LL49 LL62 MM16 QQ03 2G065 AA04 AA11 AB05 AB09 BA09 BB22 BB26 BC13 BC35 CA08 DA05 DA20 4F213 AA44 WA25 WA97 WB01 WL02 WL13 WL44 WL67 WL92  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (31) Priority claim number 268,837 (32) Priority date November 8, 1988 (1988.11.8) (33) Priority claim country United States (US) (72) Inventor Stuart Thomas Spence California, United States, Sauss, Pasadena, Grand, Avenue, 333 (72) Inventor Harry Turnov California, United States, Van, Neuss, Sepulveda, Boulevard, 6025 (72) Inventor Thomas Olmquist, California, United States , San, Gabriel, Duart, Road, 9035 F-term (Reference) 2F065 AA52 AA53 BB05 FF44 GG04 HH04 JJ01 JJ18 JJ24 JJ26 LL22 LL30 LL49 LL62 MM16 QQ03 2G065 AA04 AA11 AB05 AB09 BA09 BB22 A08 BC09 WA25 WA97 WB01 WL02 WL13 WL44 WL67 WL92

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ビームスポット(27)への露出に際し
硬化する作業媒体(22)を該作業媒体(22)の表面
(23)において連続して隣接した薄層(30a‐c)
状に硬化させることにより前記作業媒体(22)から三
次元物体(30)を造形する立体造形装置内における、
前記ビームスポット(27)の強度プロファイルを測定
するビームプロファイル測定装置であって、 前記表面(23)に対して相対的に固定された位置に配
置され、前記ビームスポット(27)内の予め選択され
た大きさを有する異なる複数の一部の領域が各々担う強
度を測定することにより、前記ビームスポット(27)
の前記強度プロファイルを測定する、少なくとも1個の
センサー手段(35;116,118)を備えたビーム
プロファイル測定装置。
1. A working medium (22), which hardens upon exposure to a beam spot (27), continuously adjoins thin layers (30a-c) on a surface (23) of the working medium (22).
In a three-dimensional modeling device for modeling a three-dimensional object (30) from the working medium (22) by curing the working medium (22).
A beam profile measuring device for measuring an intensity profile of said beam spot (27), wherein said beam profile measuring device is disposed at a position fixed relative to said surface (23), and is selected in advance in said beam spot (27). The beam spot (27) is measured by measuring the intensities of a plurality of different regions each having a different size.
A beam profile measuring device comprising at least one sensor means (35; 116, 118) for measuring said intensity profile.
【請求項2】 前記少なくとも1個のセンサー手段(3
5;116,118)上に前記ビームスポット(27)
を位置決めする走査手段(112,114)をさらに備
えた請求項1記載のビームプロファイル測定装置。
2. The at least one sensor means (3)
5; 116, 118) on the beam spot (27).
2. The beam profile measuring apparatus according to claim 1, further comprising scanning means for positioning said laser beam.
【請求項3】 ビームスポット(27)への露出に際し
硬化する作業媒体(22)を該作業媒体(22)の表面
(23)において連続して隣接した薄層(30a‐c)
状に硬化させることにより前記作業媒体(22)から三
次元物体(30)を造形する立体造形装置内において、
前記ビームスポット(27)の強度プロファイルを測定
するビームプロファイル測定方法であって、 前記表面(23)に対して相対的に固定された位置に配
置された少なくとも1個のセンサー手段(35;11
6,118)を使用して、前記ビームスポット(27)
内の予め選択された大きさを有する異なる複数の一部の
領域が各々担う強度を測定することにより、前記ビーム
スポット(27)の前記強度プロファイルを測定する工
程を含むビームプロファイル測定方法。
3. A working medium (22), which hardens upon exposure to a beam spot (27), continuously adjoins thin layers (30a-c) on a surface (23) of the working medium (22).
In a three-dimensional molding device for molding a three-dimensional object (30) from the working medium (22) by curing the working medium (22),
A beam profile measuring method for measuring an intensity profile of the beam spot (27), wherein the at least one sensor means (35; 11) is disposed at a position fixed relative to the surface (23).
6, 118) using the beam spot (27).
A beam profile measuring method, comprising: measuring the intensity profile of the beam spot (27) by measuring the intensity borne by each of a plurality of different partial regions having a preselected size within the region.
【請求項4】 請求項1記載のビームプロファイル測定
装置を使用して、前記ビームスポット(27)による前
記作業媒体(22)の硬化痕の硬化深さを決定する方
法。
4. A method for determining a curing depth of a curing mark of the working medium (22) by the beam spot (27) using the beam profile measuring device according to claim 1.
【請求項5】 請求項1記載のビームプロファイル測定
装置を使用して、前記作業媒体(22)の前記表面(2
3)上における前記ビームスポット(27)の集束度合
いを調べる方法。
5. The surface (2) of the working medium (22) using a beam profile measuring device according to claim 1.
3) A method of examining the degree of convergence of the beam spot (27) above.
【請求項6】 請求項1記載のビームプロファイル測定
装置を使用して、前記ビームスポット(27)のビーム
パワーを測定する方法。
6. A method for measuring the beam power of the beam spot (27) using the beam profile measuring device according to claim 1.
【請求項7】 ビームスポット(27)を検出し得る少
なくとも1個のセンサー手段(35;116,118)
を含むビームプロファイル測定手段を備えた、前記ビー
ムスポット(27)による作業媒体(22)の硬化痕の
硬化深さを決定する装置。
7. At least one sensor means (35; 116, 118) capable of detecting a beam spot (27).
An apparatus for determining a curing depth of a curing mark of the working medium (22) by the beam spot (27), comprising a beam profile measuring means including:
【請求項8】 ビームスポット(27)の強度プロファ
イルを取得する工程と、 前記強度プロファイルを基に、前記ビームスポット(2
7)による作業媒体(22)の硬化痕の硬化深さを計算
する工程を含む、前記硬化痕の前記硬化深さを決定する
方法。
8. A step of obtaining an intensity profile of the beam spot (27), and the step of obtaining the beam spot (2) based on the intensity profile.
7) A method for determining the cure depth of the cure trace, comprising calculating the cure depth of the cure trace of the working medium (22) according to 7).
【請求項9】 ビームスポット(27)を検出し得る少
なくとも1個のセンサー手段(35;116,118)
を含むビームプロファイル測定手段を備えた、作業媒体
(22)の表面(23)上における前記ビームスポット
(27)の集束度合いを調べる装置。
9. At least one sensor means (35; 116, 118) capable of detecting a beam spot (27).
An apparatus for examining the degree of convergence of the beam spot (27) on the surface (23) of the working medium (22), comprising a beam profile measuring means comprising:
【請求項10】 ビームスポット(27)の強度プロフ
ァイルを取得する工程と、 前記強度プロファイルを基に、作業媒体(22)の表面
(23)上における前記ビームスポット(27)の集束
度合いを計算する工程を含む、前記表面(23)におけ
る前記集束度合いを調べる方法。
10. Obtaining an intensity profile of the beam spot (27); and calculating a degree of convergence of the beam spot (27) on a surface (23) of the working medium (22) based on the intensity profile. Determining the degree of convergence at the surface (23), comprising:
【請求項11】 ビームスポット(27)を検出し得る
少なくとも1個のセンサー手段(35;116,11
8)を含むビームプロファイル測定手段を備えた、前記
ビームスポット(27)のビームパワーを測定する装
置。
11. At least one sensor means (35; 116, 11) capable of detecting a beam spot (27).
An apparatus for measuring the beam power of the beam spot (27), comprising a beam profile measuring means including (8).
【請求項12】 ビームスポット(27)の強度プロフ
ァイルを取得する工程と、 前記強度プロファイルを基に、前記ビームスポット(2
7)のビームパワーを計算する工程を含む、前記ビーム
パワーを測定する方法。
12. A step of obtaining an intensity profile of a beam spot (27), and the step of obtaining the beam spot (2) based on the intensity profile.
7) A method for measuring the beam power, comprising the step of calculating the beam power.
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