JP2023160849A - 機器と装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】積層造形技術を使用して製造されるワークピースの品質を改善するための装置及びシステムを提供する。【解決手段】３次元ワークピースを製造する装置の照射システムを較正する機器を備え、照射面に照射ビームを照射する照射ユニットを備え、機器は、照射面に照射ビームを照射する照射システムと、光検出ユニットとを制御する制御ユニットを備え、光検出ユニットは、光検出器と、対物レンズとを備え、光検出ユニットは、照射ビームのスポットの位置を検出し、光検出ユニットは、光検出ユニットの焦点距離に基づいて、複数の焦点面での照射ビームのスポットの位置を検出し、光検出ユニットは、光検出ユニットが照射面上の照射ビームのスポットの位置を検出することに応答して、制御ユニットに信号を出力し、制御ユニットは、光検出ユニットから制御ユニットに出力された信号に基づいて照射システムを制御するように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に３次元ワークピースを製造するための装置の照射システムを較正するための機器と、積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するための装置及びシステムに関する。
積層造形方法では、固化され相互接続された一連のワークピース層を生成することにより、層ごとにワークピースを製造する。このようなプロセスは、原料の種類及び／又はワークピースを製造するためにこの原料を固化する方法によって区別される場合がある。
例えば、粉末床溶融とは、粉砕物、特に金属原料及び／又はセラミック原料を複雑な形状の３次元ワークピースに加工することができる一種の積層造形プロセスである。その目的を達成するために、原料粉末層が担体上に塗布され、製造されるワークピースの所望の形状に応じて、例えば、部位選択的にレーザ放射線が照射される。粉末層に浸透するレーザ放射線は、加熱を引き起こし、その結果、原料粉末粒子の溶融又は焼結を引き起こす。次に、ワークピースが所望の形状及び大きさになるまで、すでにレーザ処理済みの担体上の層に、さらに原料粉末層を連続的に塗布する。選択的レーザ溶融又はレーザ焼結を、ＣＡＤデータに基づいて、特に、プロトタイプ、工具、交換部品、あるいは歯科用補綴又は整形外科用補綴などの医療用補綴の製造に使用することができる。
一方、熱溶解積層法又は材料噴射は、異なるタイプの積層造形プロセスを表す。この場合、固化されていない原料は、一種の印刷ヘッドに供給され、印刷ヘッドは、この原料を担体上に堆積し、次に固化する。
積層造形方法の重要なパラメータには、製造されたワークピースの品質が挙げられる。品質は、さまざまなパラメータの影響を受ける可能性があるため、既知の解決策が必ずしも望ましい品質を達成するとは限らない。
このため、本発明の目的は、特に、積層造形技術を使用して製造されるワークピースの品質を改善することである。これにより、照射面の画像取得、照射ユニットの較正及び、特に、製造プロセス中の３次元ワークピースの品質の検査を考慮に入れる場合がある。
本発明は、独立請求項に記載されている。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に概説されている。
本開示による第１の態様では、３次元ワークピースを製造するための装置の照射システムを較正するための機器が提供され、照射システムは、照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニットを備え、機器は、照射面に照射ビームを照射するように照射システムを制御するように構成された制御ユニットと、制御ユニットに結合された光検出ユニットとを備え、光検出ユニットは、光検出器と、照射面の（少なくとも）一部を光学的に検出するための対物レンズとを備え、光検出ユニットは、照射面上の照射ビームのスポットを検出するように構成され、対物レンズは、照射ビームの照射ビーム経路に関して、光検出器と照射面の少なくとも一部を横切って（across）検出ユニットの視野を偏向させるための偏向器ユニットとの間に、配置されるように適合され、光検出ユニットは、調整可能な光検出ユニットの焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて照射ビームのスポットを検出可能であり（検出するように構成される）、光検出ユニットは、光検出ユニットが照射面上の照射ビームのスポットを検出することに応答して、制御ユニットに信号を出力する、ように構成され、制御ユニットは、光検出ユニットから制御ユニットに出力された信号に基づいて照射システムを制御するように構成される。
いくつかの例では、照射面は、照射ビームの可能性のある照射点が広がるプロセスチャンバ内の場として理解されてもよい。このような照射点は、通常平面内にあるため、照射面という用語が選択された。しかしながら、照射ビームの照射範囲内にあり、平面内にない点、例えば、照射範囲内の塗布器の表面上の点もまた、この用途の意図の範囲内で照射面内にあると理解されてもよい。
照射面上の照射ビームのスポットの検出を、照射面上の照射ビームのスポットの特徴又は特性、即ち、スポットの形状及び／又は位置及び／又は強度分布及び／又はスペクトルのような幾何学的特徴又は特性の検出として理解してもよい。特に、照射面上の照射ビームのスポットの位置、それぞれ、光検出ユニットの視野内の照射ビームのスポットの位置及び／又は別のスポット又は機能に対するスポットの相対位置は、本開示を通して説明するような例示的な実施による方法の観点から有利であるように思われる。このため、照射ビームのスポットの位置は、例えば、装置内に配置された別のスポット又は別の機能に関連して、光検出ユニットの視野内の位置であり得るため、スポットの位置は、必ずしもスポットの絶対位置に関連付ける必要はない。後に述べるときはいつでも、照射面上の照射ビームの位置は、単なる例示であり、特に上記で概説したように、照射面上の照射ビームのスポットの任意の特徴又は特性として理解され得ることに留意されたい。
本開示を通して、照射ビームのスポットに関する任意の言及が、例えば、単一の円形又は他の形状のマーク、あるいは照射ビームのパターン又は他の空間配置に関連する場合がある。いくつかの例では、そのようなパターン又は空間配置は、照射面を横切って照射ビームを適切に走査することによって生成される場合がある。
照射ビームの照射ビーム経路に対して、光検出器と偏向器ユニット（例えば、照射ビームスキャナ）との間に対物レンズを配置することは、これが特に光検出ユニットの焦点距離を調整するためのコンパクトな実装を可能にするため、特に有利である。さらに、逆に、偏向器ユニットと照射面との間にレンズを用いると、不都合なことに、比較的大きなレンズを利用しなければならないことにつながる可能性があり、このレンズは、光検出ユニットの焦点距離を調整するために使用されない可能性があるが、焦点追跡にのみ使用される可能性がある。
品質管理のための層の照射の前及び／又は後の個々の層が、光検出器及び対物レンズが与えられたとすると、高解像度を考慮して達成される場合がある。レンズは、テレセントリックであっても、エンドセントリックであってもよい。充分な倍率で、照射ビームのスポット（例えば、照射ビームのスポット直径）のオンライン監視、あるいは照射面のレベルに対する個々の照射ビームの焦点位置の監視を達成してもよい。
いくつかの例では、光検出ユニットは、照射面から散乱する照射ビームと、照射面から反射される照射ビームと、照射面に衝突する照射ビームによって誘導される熱誘導熱放射と、特に、照射面に衝突する照射ビームによって誘導される溶融プールから生じる、放出されたプロセス光とのうちの１つ又は複数に基づいて、照射面上の照射ビームのスポット（例えば、その位置）を検出するように構成される。
いくつかの例では、機器は、光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整ユニットをさらに備える。これにより、照射面の画像の解像度を向上させてもよい。
本開示を通して、「画像」などに関する任意の言及を、追加的又は代替的に、１つ又は複数の画像系列及び／又は１つ又は複数の動画に適用可能であり得ることに留意されたい。
機器のいくつかの例では、対物レンズの焦点が調整可能である。光検出ユニットの焦点距離は、対物レンズの焦点を調整することにより、調整されてもよい。
いくつかの例では、機器は、調整可能な焦点距離を有する第２のレンズをさらに備える。光検出ユニットの焦点距離は、第２のレンズの焦点距離を調整することにより、調整されてもよい。
いくつかの例では、機器は、照射面の表面全体の画像を取得するために、光検出ユニットによって撮影された照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える。照射面の一部の複数の画像を撮影し、その後このような複数の画像をつなぎ合わせると、照射面の表面全体の単一の画像を撮影する場合と比較して、解像度が向上する可能性がある。これに加えて、あるいはこれとは別に、特にいわゆる超解像度撮像のために、１つ又は複数の解像度向上ソフトウェアアルゴリズムを使用してもよい。
いくつかの例では、機器は、上記照射システムをさらに備え、ここで、光検出ユニットは、照射ビームに対して軸外に配置される。これにより、光検出ユニットは、照射面から散乱する照射ビームに基づいて照射ビームスポットを検出するように構成されてもよい。
いくつかの例では、偏向器ユニットは、照射面を横切って照射ビームを走査するための照射ビームスキャナを備える。
さらに、積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するための装置について説明すると、この装置は、少なくとも１つの照射ビームスキャナを備える照射ユニットであって、照射ユニットは、少なくとも１つの照射ビームを照射面に選択的に照射するように構成される、照射ユニットと、照射面上の少なくとも１つの照射ビームのスポットを光学的に検出するように構成された光検出ユニットと、を備え、光検出ユニットは、光検出器、特にカメラと、光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整器、特に対物レンズであって、焦点距離調整器は、少なくとも１つ（又は複数）の照射ビームのうちの１つの照射ビーム経路に関して、光検出器と少なくとも１つ（又は複数）の照射ビームスキャナのうちの１つとの間に配置される、焦点距離調整器と、を備え、光検出ユニットは、調整可能な光検出ユニットの焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて少なくとも１つの照射ビームのスポットを検出可能である。
照射システムを較正するための機器の構成要素の一部又は全部を、３次元ワークピースを製造するための機器に組み込んでもよい。特に、機器の光検出ユニットは、照射面の一部を光学的に検出するための光検出器及び対物レンズを備えてもよい。
いくつかの例では、光検出ユニットは、照射面から散乱する少なくとも１つの照射ビームから生じる光を検出するために、照射ユニットから照射面までの少なくとも１つの照射ビームの照射ビーム経路に対して軸外に配置される。複数の照射ビームが照射面全体にわたって走査される場合、光検出ユニットは、照射ユニット（又は照射ビームの生成に使用される対応照射ユニット）から照射面への照射ビームのうちの１つ（又は複数）の照射ビーム経路に対して軸外に配置されてもよいが、一方で１つ又は複数の他の照射ビーム経路／スキャナに対して軸上に配置されてもよい。これに加えて、あるいはこれとは別に、光検出ユニットは、照射面から反射される照射ビームと、照射面に衝突する照射ビームによって誘導される熱誘導熱放射と、特に、照射面に衝突する照射ビームによって誘導される溶融プールから生じる、放出されたプロセス光と、のうちの１つ又は複数に基づいて、照射面上の照射ビームのスポット（例えば、その位置）を検出するようにさらに構成される。
いくつかの例では、装置は、光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整ユニットを備えてもよい。これに加えて、あるいはこれとは別に、対物レンズの焦点は、調整可能である。これに加えて、あるいはこれとは別に、機器は、調整可能な焦点距離を有する（光検出ユニットの）第２のレンズを備える。これに加えて、あるいはこれとは別に、機器は、照射面の表面全体の画像を取得するために、光検出ユニットによって撮影された照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットを備える。
装置のいくつかの例では、照射ユニットは、第１の上記照射ビーム及び第２の上記照射ビームを照射面に照射するように構成され、ここで、光検出ユニットは、照射面上の第１の照射ビームの第１の上記スポット及び第２の照射ビームの第２の上記スポットを光学的に検出するように構成され、ここで、装置は、光検出ユニット及び照射ユニットに結合された較正ユニットをさらに備え、ここで、較正ユニットは、照射面上の第１のスポット及び第２のスポットの光検出ユニットによる光検出に基づいて、第１の照射ビームと第２の照射ビームを相互に制御するために、照射ユニットを較正するように構成される。これは、高解像度光検出ユニットが与えられた場合に、第２の照射ユニット／ビームに対して第１の照射ユニット／ビームを正確に較正することを可能にすることがある。
いくつかの例では、装置は、第１の照射ビームパターンに基づいて照射面全体にわたって第１の照射ビームを走査するための第１の上記照射ビームスキャナと、第２の照射ビームパターンに基づいて照射面全体にわたって第２の照射ビームを走査するための第２の上記照射ビームスキャナとをさらに備え、ここで、光検出ユニットは、第１の照射ビームパターン及び第２の照射ビームパターンを検出し、第１の照射ビームパターンを第２の照射ビームパターンと比較し、上記比較に基づく比較信号を出力する、ように構成され、ここで、装置は、第１の照射ビーム及び第２の照射ビームを制御するために比較信号に基づいて照射ユニットを較正するように構成される。第１及び第２の照射パターンは、いくつかの例では、同心円、線、交互の線、ノニウスパターンであってもよい。
いくつかの例では、第１の照射ビームパターンと第２の照射ビームパターンとの比較は、１つ又は複数の解像度向上ソフトウェアアルゴリズムを使用して実施される。
装置のいくつかの例では、第１の照射ビームパターンと第２の照射ビームパターンとの比較は、（ｉ）第１及び第２の照射ビームの照射強度加重平均値の軌道及び／又は（ｉｉ）第１及び第２の照射ビームのピーク強度の判定を含む。これにより、第２の照射ユニット／ビームに対する第１の照射ユニット／ビームの較正を正確に実施してもよい。
装置のいくつかの例では、光検出ユニットは、光検出ユニットの同じ視線方向に対して、複数の焦点面において照射面上の照射ビームのスポットを検出するように構成される。これにより、光検出ユニットの同じ視線方向について、複数の焦点面の解像度を改善してもよい。
装置のいくつかの例では、光検出ユニットは、複数の焦点面のそれぞれでの照射面の画像の集束エリアを判定するように構成され、ここで、装置は、複数の焦点面のそれぞれの判定された集束エリアに基づいて照射面の表面に関する３次元情報を判定するように構成される。これにより、３次元ワークピースの品質を正確に判定することが可能であってもよい。装置のいくつかの例では、光検出ユニットは、照射面の過焦点画像を生成するように構成される。
いくつかの例では、装置は、照射面の表面全体の画像を取得するために、光検出ユニットによって撮影された照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える。複数の画像は、異なる視界／角度に基づいて撮影されたり、及び／又は異なる時間に撮影されたりしてもよい。これにより、照射面の表面全体（及び／又はこれより小さな部分）の高解像度画像を取得してもよい。このプロセスは、このほか、事前定義された閾値を下回る解像度を有する低解像度カメラを用いて実施されてもよい。
装置のいくつかの例では、照射ユニットは、照射スポット及び／又はパターンを照射面に照射するように構成され、ここで、画像処理ユニットは、上記画像のそれぞれでの照射スポット及び／又はパターンの位置合わせに基づいて、照射スポット及び／又はパターンが見える（即ち、画像で観察可能である）画像を位置合わせするように構成される。これにより、照射面の表面全体の画像を改善可能にする。
いくつかの例では、照射ビームスキャナは、照射ビーム及び／又は照射スポット及び／又はパターンを照射面上で走査するように構成され、ここで、装置は、三角測量を使用した照射面に対するスキャナの位置に基づいて、照射面の少なくとも一部の３次元表面を判定するように構成される。例えば、照射面のレベル、即ち、光検出ユニット及び／又は照射ユニットと照射面との間の距離を制御するために、追加の機器を必要としない場合がある。ソフトウェアベースの調整が可能である限り、機械的変更なしに、特に照射ユニットに対して調整を実施してもよい。
いくつかの例では、装置は、複数の照射ビームスキャナを備え、ここで、装置は、三角測量を使用した照射面に対する照射ビームスキャナのそれぞれの位置に基づいて、照射面の少なくとも一部の３次元表面を判定するように構成される。いくつかの例では、装置は、スキャナのそれぞれの位置と、三角測量を使用して各スキャナによって照射面全体にわたって走査される照射ビームの交点とに基づいて、照射面の高さを判定するように構成される。
装置のいくつかの例では、照射ユニットは、（特に、低減された電力を用いて、及び／又は光点検出のために）照射面に細長いパターン及び／又は縞模様のパターンを照射するように構成され、ここで、光検出ユニットは、照射面上の細長いパターン及び／又は縞模様のパターンの位置を検出するように構成される。これにより、照射面及び／又は基板表面を正確に測定してもよい。
いくつかの例では、機器又は装置は、既知の位置を有する１つ又は複数のマーキングを含む基準面を備え、ここで、機器又は装置は、スキャナによって上記マーキング上に第１の方向とは異なる（例えば、直交するか、実質的に直交する）第２の方向に特に一般に投影されたパターンに対する上記マーキングの特に第１の方向の位置を判定し、判定された位置に基づいて上記照射ビームスキャナを較正するように構成される。いくつかの例では、パターンは、基準面全体にわたってスキャナによって走査される照射ビームから生じる１つ又は複数の線を含む。
さらに、積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するためのシステムについて説明すると、このシステムは、複数の偏向ユニットであって、偏向ユニットの少なくとも１つは、光路を、システムの表面、特に試験サンプルの表面、及び／又は積層造形技術を使用するシステムによって固化され、及び／又は固化されることになる材料、に向かって方向転換するように構成される、複数の偏向ユニットと、偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料を検出するように構成されたセンサと、表面及び／又は材料に投影するために、１つ又は複数の照射スポット及び／又はパターンを生成するように構成された１つ又は複数の照射機器であって、照射スポット及び／又はパターンのうちの第１の照射スポット及び／又はパターンは、偏向ユニットのうちの第２の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料の上に偏向可能であり、及び／又は、照射スポット及び／又はパターンのうちの第２の照射スポット及び／又はパターンは、偏向ユニットのうちの第３の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料の上に偏向可能である、１つ又は複数の照射機器と、を備え、及び／又はシステムは、偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料を検出するセンサの検出範囲内に少なくとも１つの較正マークを備える、1つまたは複数の照射機器と、を備え、システムは、偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料を検出するセンサを介して、第１の特徴を第１の照射スポット及び／又はパターンの表面及び／又は材料上で検出し、及び／又は偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料を検出するセンサを介して、第２の照射スポット及び／又はパターンの第２の特徴を検出し、及び／又は偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料を検出するセンサを介して、較正マークの第３の特徴を検出するように構成され、システムは、第１の特徴と第２の特徴及び／又は第３の特徴との相関、特に、第１の照射スポット及び／又はパターンと第２の照射スポット及び／又はパターンとの間、及び／又は第１の照射スポット及び／又はパターンと較正マークとの間の相対距離を判定し、表面及び／又は材料上の第１の特徴と第２の特徴との判定された相関に基づいて、偏向ユニットのうちの第２の偏向ユニット及び／又は偏向ユニットのうちの第３の偏向ユニットを、特に互いに対して、較正し、及び／又は表面及び／又は材料上の第１の特徴と第３の特徴との判定された相関に基づいて、偏向ユニットのうちの第２の偏向ユニットを較正するようにさらに構成される。
表面は、特に、システムの内面、例えば、試験サンプルの試験サンプル表面及び／又は積層造形技術を使用して材料が固化される担体及び／又は固化する材料の層を準備するための塗布器の表面であってもよい。
いくつかの例では、材料は、粉末材料である。
いくつかの例では、センサは、カメラである。
いくつかの例では、システムは、偏向機器のうちの少なくとも１つを介して偏向された少なくとも１つのセンサの視野内の照射面上又はその近くに配置された１つ又は複数の較正マークをさらに備えてもよい。
偏向ユニット及びスキャナという用語は、本開示全体を通して交換可能に使用され得ることに留意されたい。
いくつかの例では、パターンを、上記偏向ユニットを使用して、表面及び／又は材料を横切ってスポット／照射ビームを走査することによって形成する。
センサを介して観察される表面の焦点が、第１の偏向ユニットを介して偏向され得る照射ビームとは無関係に独立して調整され得るため、較正プロセスに第１の偏向ユニットを含めないことが特に有利であってもよい。
いくつかの例では、システムは、照射機器のうちの対応する各照射機器及び／又は偏向ユニットのうちの対応する各変更ユニットに固有であるスポット及び／又はパターンの形状及び／又は寸法及び／又は強度及び／又は強度分布と、照射ビームが生成される期間と、上記スポット及び／又は上記パターンが予測される、表面及び／又は材料のエリア又は一部の位置と、のうちの１つ又は複数に基づいて、上記スポット及び／又はパターンを上記照射機器から生じる照射ビームと相関させるように構成される。これにより、スポット及び／又はパターンを照射ビームと容易に相関させることが可能になる場合がある。
いくつかの例では、システムは、表面及び／又は材料上の上記スポット及び／又はパターンの基準位置を使用して複数の偏向ユニットを較正するように構成され、ここで、基準位置は、偏向ユニットの所定の１つによって偏向される上記スポット及び／又はパターンの所定の１つであって、システムは、上記較正のために、基準位置と上記スポット及び／又はパターンの別の１つの上記位置との間の実際の距離と目標距離とを比較するように構成される、所定の１つと、目標平均相対距離から他のスポット及び／又はパターンの他の位置までの最小の第１の偏差である第１のスポット及び／又はパターンの第１の上記位置と、表面及び／又は材料上の目標位置からの最小の第２の偏差を有する第２の上記位置と、のうちの１つ又は複数に基づくものである。これにより、較正を特に正確に実施することがある。
いくつかの例では、照射機器のうちの１つが、偏向ユニットの第１の偏向ユニットを介して表面及び／又は材料に投影するための第３の上記照射スポット及び／又はパターンを生成するように構成され、ここで、センサによって表面及び／又は材料を観察するための観察経路と、上記第３の照射スポット及び／又はパターンの照射ビーム経路とが、その間に角度を形成し、角度は、ゼロとは異なる。これにより、観測が照射ビームのスポット又はパターンに集中しないようにすることが可能になることがあり、その結果、観測は、センサに放出されるビーム又はパターンによって悪影響を受けない可能性がある。
ここで、本発明のこれまでに挙げた態様をはじめとする態様を、一例としてのみ、添付の図を参照してさらに説明する。
本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるシステムの概略図。 本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるパターンの概略図。 本明細書に記載するいくつかの例示的な実装による照射（レーザ）ビーム及び照射面の概略図。 本明細書に記載するいくつかの例示的な実装による配置の概略図。 本明細書に記載するいくつかの例示的な実装による機器の概略ブロック図。 本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるシステムの概略図。 本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるシステムの概略図。
本開示は、とりわけ、大きな（例えば、５０ｃｍ×５０ｃｍ×５０ｃｍ）画像フィールド全体にわたる高解像度で柔軟な画像取り込みに関する。
さらに大きな照射面又はハイブリッド構造などのさらに要求の厳しいタスクにこれまで使用されてきた品質管理システムのカメラシステムには、解像度と較正の点で限界を有する。この問題は、高解像度レンズと、画像処理ソフトウェアを使用して完全な画像に組み合わせ（つなぎ合わせ）得る（異なる時点及び／又は異なる場所及び／又は異なる視野角で撮影された）部分的な画像の取得によって回避される可能性がある。
本明細書に記載の機器及び装置の例では、品質管理のための照射（例えば、レーザ）処理の前後の積層造形プロセスで使用される個々の層の高解像度制御を提供する。
充分な倍率で、スポット直径のオンライン監視及び／又は照射面／レベルに対する個々の照射ユニット（例えば、レーザ）の焦点位置の監視が達成される。
本明細書に記載の機器及び装置の例では、照射面上のレーザスポット位置の高精度検出を可能にする。これは、２つの照射ユニット（例えば、レーザ）を互いに位置合わせするために使用されてもよい。
造形プラットフォーム上の構成要素の位置の測定を、本明細書に記載する機器及び装置の例を使用して実施してもよい。
照射面上のレーザスポット位置の検出と造形プラットフォーム上の構成要素の位置の測定により、例えば、ハイブリッド構造にて、既存の構成要素に対するレーザの正確な位置決めが可能になる。
修理及び／又はハイブリッド構築中に、既存の構成要素を基板プレートに取り付けてもよく、その時さらにその上に、積層造形プロセスを使用して追加の層を構築してもよい。このプロセスでは、塗布される層は、このような既存の構成要素の形状及び／又は位置及び／又は位置合わせに正確に一致する必要がある場合がある。この目的のために、機器／装置及び／又はスキャナ座標系に対する既存の構成要素の正確な位置は、機器／装置に設置した後に判定する必要がある場合があり、構築作業用のモデル（例えば、ＣＡＤモデル）は、それに応じて個別に適応させる必要がある場合がある。このプロセスは、この方法で判定された座標が、いくつかの例では、制御ユニット／スキャナの較正を調整するために使用されないが（それだけでなく）、基板プレートに取り付けられた構成要素の正確な位置及び／又は位置合わせを判定し、位置及び／又は位置合わせを使用して、次に、造形作業用のモデルを修正し得る（こともある）という点でのみ、較正構造を獲得することと同じである可能性がある。
本開示による例は、基準面上の１つ又は複数のマーキングの位置を判定するために使用する可能性もある。対応して製造された基準面（例えば、Ｎｅｘｔｒｅｍａ（登録商標）又はＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）などの熱膨張の少ない平坦なガラスセラミック）が挿入され、その上に、対応するマーキング（例えば、穴及び／又は窪み及び／又は隆起の格子）が適用された場合、このようなマーキングの正確な測定値を、各スキャナの画像フィールド補正ファイルを計算するために使用することができ、サンプルを焼いて評価する必要はない。
本明細書に記載の機器及び装置の例では、光検出ユニット（例えば、カメラ）によって撮影された複数の画像から照射面の全体の画像を取得することが可能になり、それにより、複数の画像のそれぞれは、照射面全体のうちの各一部のみを含む。
本明細書に記載の機器及び装置の例には、照射面の一部の高解像度撮像のためのレンズを備えたカメラが含まれてもよい。レンズは、テレセントリックであっても、エンドセントリックであってもよい。
機器／装置は、焦点距離調整機器／ユニット、例えば、調整可能な焦点を有する対物レンズ及び／又は調整可能な焦点距離を有する追加のレンズをさらに備えてもよい。
機器／装置は、機器／システムのコンピュータ制御された位置合わせのための機器又はユニットをさらに備えてもよい。いくつかの例では、位置合わせ機器／ユニットは、そのレンズを備えた光検出ユニット（例えば、カメラ）のための旋回システム（左右旋回／上下旋回）及び／又は２つの角度によって電気的に調整可能なミラー及び／又は少なくとも２つのミラー（例えば、ｘ／ｙ検流計スキャナ）のシステムを備える。
機器／装置は、光検出ユニット（例えば、カメラ）／レンズ／位置合わせを制御するためのシステム又はユニットをさらに備えてもよい。
画像の取得及び処理を、光検出ユニットによって実施してもよい。これにより、機器及び／又は装置の光学システムを位置合わせしてもよい。必要に応じて、光学システムの位置合わせを、以前に記録された補正又は較正データを使用して修正してもよい。
焦点は、集合でもよく、システムの同じ視線方向で複数の焦点面の画像（焦点合成）を取得してもよい。
造形プラットフォーム全体の画像を形成するために、個々の画像を組み合わせてもよい。これとは別に、あるいはこれに加えて、個々の画像を、同じ画像位置及び異なる焦点スポット位置に対して組み合わせてもよい（時間の組み合わせ）。
単一の光検出ユニットを介しては含めることができない可能性がある拡大されたエリア／表面を含めるために、複数の光検出ユニット（例えば、複数のカメラ）を使用してもよい。
焦点設定及び個々の画像の組み合わせは、奥行き情報の計算及び／又は過焦点画像の生成を可能にするために、（各画像区域に対して最も鮮明な画像を選択することによって）組み合わされてもよい。
さらに、構成要素の位置及び誤差を検出するために、光検出ユニット（例えば、カメラ）／レンズ／位置合わせを制御するためのシステム又はユニットを使用してもよい。
視線方向の位置合わせは、例えば、充分な精度を備えた１つ又は複数の検流計スキャナを介して実現されてもよい。
光学カメラの遠近感の歪みの補正を、構築フィールド平面全体にわたって、即ち、このほか個々の選択されたエリア（即ち、事前に定義された位置の部分画像）に対して、及び任意の点に対する適切な補間による、両方の適切な較正プレートの支援を受けて、実施してもよい。
例えば、構造／コントラストが欠落しているなどの理由で単一画像同士のつなぎ合わせが不可能な場合、例えば、新たに塗布された層では、照射ユニット（例えばＩＲレーザ）を（低電力で）使用するか、ガイドビームを使用して、既存のスキャナを介してスポット又はパターンを投影してもよい。この光パターンは、融合される２つの画像に表示されている場合は、隣接するエリアの画像を位置合わせするために使用することができる。光パターンがある場合とない場合で、視野角ごとに１枚の写真を撮ることで、結果として、光パターンを乱すことなく画像をつなぎ合わせることができる。
焦点位置の情報が既知になる前に１つ又は複数のレンズの異なる焦点距離の画像を取得し、鮮明な画像エリアを認識する画像処理を実施することにより、３次元情報の計算が可能になる。これは、プラットフォーム上の構成要素の正確な位置と高さがわからない場合に、ハイブリッド構造に対して有用になることができる。
図１は、本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるシステム１００の概略図を示す。
この例では、ミラー偏向を備える変形例を示す。
システム１００は、機器１０１を備え、機器１０１は、この例では、カメラ１０２と、調整可能な焦点を備えた対物レンズ１０４とを備える。
システム１００は、ｘ／ｙ検流計スキャナなどの可動偏向ユニット１０６をさらに備える。
取り込まれた画像エリアよりも大きい基板プレート１０８又は照射エリアの画像を、カメラ１０２、対物レンズ１０４及び可動偏向ユニット１０６を用いて撮影することができる。
概略図は、つなぎ合わせのための２つの少なくとも部分的に重なり合う画像エリア１１０と、現在撮像されているエリア１１２とをさらに示す。いくつかの例では、エリア１１０は、互いに重なり合わなくてもよいが、互いに直接接していてもよい。
このシステムは、画像フィールド全体の単一の画像を撮影し得る（解像度及び／又はチップサイズなどが同じであるかほぼ同じ光学パラメータを有する）レンズ制御システムカメラと比較して、画像フィールド全体にわたって空間解像度を高くすることを可能にする。
光学システムは、スキャナの光学システム内にあるか背後にあるインラインカメラと比較して単純であり、それにより、インラインカメラは、例えば、追加のビーム分割器を必要とする場合がある。
さらに、既存のレーザスキャナから投影された光のパターンにより、このようなスキャナを相互に位置合わせするか、プラットフォーム上の構成要素と位置合わせすることが可能になる。
さらに、焦点位置情報により、プレート全体の過焦点画像のほか、奥行き情報（３次元情報）の抽出が可能になる。
複数のスキャナユニットを備えた選択的レーザ溶融又は焼結システムでは、造形作業中に（３つの空間方向の１つ又は複数にて）ドリフトが発生することがあり、その結果、個々のスキャナ光学機器の当初位置合わせされた構築フィールドが、処理面のオフセット（ｘ／ｙ）を表示する。これにより、２つの光学機器の遷移エリアにて構成要素がオフセットする可能性がある。これまでのところ、進行中の構築プロセス中に照射面全体にわたるこのようなドリフトを検査して補正することは困難であった。本明細書に記載の機器及び装置の例では、重複エリアでのｘ／ｙ較正されたスキャナ光学機器の相対オフセットを制御し、補正することが可能になる可能性がある。これは、多数の光学機器、例えば４つ以上の光学機器（いくつかの例では、２つの光学機器が使用される）と、例えば０．５ｍ×０．５ｍの大きな構築エリアとを備えたシステムで特に有利な場合がある。
高解像度カメラシステムを使用して、粉末レベルでのプロセスにてレーザを互いに直接位置合わせしてもよい。比較的低解像度のカメラシステムを使用してもよく、それにより、予測の精度が低下する可能性があったり、及び／又は小さめの画像エリアに対してのみ正確な情報が得られる可能性があったりする。
カメラは、調整対象の２つの光学機器の共通エリア内にあり、この対象フィールドに焦点を合わせている、構築／照射面のごく一部のみを撮像してもよい。位置合わせを、旋回軸及び／又は上流の可動ミラー及び／又はｘ／ｙ偏向ユニット（スキャナ）を使用して実施してもよい。可動レンズ、電子的に調整可能な焦点距離を有するレンズ又はオートフォーカスレンズを使用して焦点を合わせてもよい。スキャナ及び／又は焦点調節光学機器は、レーザスキャナ（インラインカメラ）であってもよい。いくつかの例では、インラインカメラを、他の２つのスキャナを相互に対して較正するのに役立つスキャナに関連付けてもよい。
スキャナの相互に対する位置合わせは、この例では、適切なパターンの光を粉末平面に同時に、順次に、あるいは交互に投射する２つのスキャナによって制御される。
投影には、パルス列として変調されたと思われる、低出力に設定された照射ユニット（例えば、ファイバレーザ）のビーム、あるいはそのガイドビームのいずれかを使用してもよい。強度が非常に低いため、関連する溶融プロセスが粉末床で発生しない可能性がある。
カメラは、このパターンを動画又は一連の個々の画像として記録してもよい。適合された画像処理ソフトウェアによって、各レーザの（動画又は一連の個々の画像との間で続く、対応する各投影された光点からそれぞれ生じる）線分は、全体的なパターンに組み合わされ、１つ又は複数の解像度向上ソフトウェアアルゴリズムを使用して評価されてもよい。重心の正確な軌道（即ち、強度加重平均値）又はレーザビームのピーク強度を評価してもよい。
このプロセスでは、画像の読み出し速度及び／又は画像の露光時間は、レーザの移動速度と組み合わされてもよい。
造形作業の開始時にこの手順を適用することにより、実行プロセス中の連続制御と、それに対応するオフセットの調整によって一定に保つことができる初期値を提供してもよい。
チェックは、全スキャナ光学機器に対して二つ一組で実施されてもよい。重複に応じて、スキャナ光学機器は、いずれも、単一のスキャナ光学機器、少数のスキャナ光学機器に言及しても、あるいは各隣接するスキャナ光学機器のみに言及してもよい。
図２ａ～図２ｄは、本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるパターンの概略図を示す。
図２ａでは、同心円又は同心円の各中心点を評価した多角形又は多角形を示す。
図２ｂでは、重なり合う直線（光学機器１と２で次々に記録されたもの）を示す。図２ｂの上部には完全な重複が見られるが、図２ｂの下部の線の間には不良重複が発生している。
図２ｃでは、交差点でのオフセットを評価した空間的に交互のパターンを示す。
図２ｄでは、バーニア（ノニウス）を形成する、対向するか、重なり合う平行線で、既知のバーニアスケールと同じように最適な適合ペアに関して評価が実施される。この例では、図２ｄの上から３列目に最適な重複を確認することができる。
上記の内容からわかるように、図２ａ～図２ｄに示すもの以外のパターンを使用してもよい。
機器／装置は、粉末床に直接照射される照射ビーム（例えばレーザ）スポット位置のカメラ及び画像分析支援評価のための方法を可能にする。
作業面全体をマッピングするカメラが、空間解像度と被写界深度が不充分なため、必要な測定精度を提供しないことがあり得る。スキャナシステムの軸上カメラが適切ではない可能性があり、軸上カメラが較正対象の２つのスキャナのうちの１つに属している場合は、すくなくとも適切ではない可能性がある。焦点を合わせるための別のレンズが必要になる場合がある。カメラがレーザスポットのうちの１つと共に移動する場合、スポットが静止しているように見える可能性があるため、その時上記の提案されたパターンによる評価ができない場合がある。このほか、これにより、露光時間の問題が発生する可能性もあり、静止スポットのピクセルは、他のスキャナのピクセルよりも多くの光を蓄積する可能性がある。
この方法は、このほか、以前使用されていた、バーンオフフォイルによる画像フィールド補正の制御と比較して、いかなる追加の補助もなく、３次元ワークピースを製造するプロセスにて使用することもできる。
焦点調節可能なレンズと高解像度の小さな画像フィールドとを備えた別のカメラを使用することにより、必要な光学的解像度と柔軟性が提供され、光学フィルタ（バンドパス、偏光など）と画像処理の使用を通して最適化するための多くの可能性が提案される。
スキャナの画像フィールド補正は、特定のｚ平面にて実施されてもよく、これは、例えば、使用する画像フィールド補正プレートの位置又はレーザによって取り除かれた層によって判定される。画像フィールド補正データを記録した後、塗布器を設定するたびに、処理する粉末表面がこの（仮想）平面にできるだけ正確に位置することを後の段階で確実なものにする必要がある場合がある。この平面の位置は、最終的には、造形プラットフォームではなく、光学ユニットの位置によって判定されてもよい。特に大きな構築エリアでは、造形プラットフォームの周囲で塗布器を調整するための充分に正確な基準点を見つけることが難しい場合がある。構築作業の開始時に、いかなる追加の測定装置又は補助装置も使用せずにシステムを設定するか検査することが望ましい場合がある。光学機器に対して、塗布プロセスによって作成された粉末表面のみが重要である場合があることに留意されたい。基板プレートの位置は、３次元ワークピースの第１の層にのみ関連する場合がある。
この配置は、この例では、重複するエリアを有するか、直接隣接するエリアを処理することができる少なくとも２つの走査光学機器と、充分な解像度を備えたカメラシステムとを備えてもよい。
この手順により、画像フィールド補正が実施された平面に対する基板プレート及び／又は粉末表面の高さを検査することが可能になる場合がある。
さらに、現在の粉末レベルの較正レベルに対するｚ位置又は傾斜の偏差をソフトウェアで補正することができる場合がある。誤差をソフトウェアによって補償する場合は、機械的な調整作業は、必要ない場合がある。
光学機器の座標系に対する較正プレート又は粉末表面の位置は、画像フィールド補正に関連している。新たな構築作業の前に機械を設定するときは、光学機器の較正が依然として正しいと想定される場合がある。開始前に温度ドリフトなどを排除することができる。
スキャナ光学機器自体は、補正／調整の目的で位置を検査するために使用されてもよい。
補正プレート又は粉末表面の高さは、２つの光学機器のビーム経路と、平面上のその交点とを三角測量することによって判定されてもよい。現在の平面上のレーザビームの位置は、カメラシステムによって観察されてもよい。
カメラは、２つの光学機器の共通エリア内にあり、この対象フィールドに焦点を合わせている作業平面のごく一部のみを撮像してもよい。位置合わせを、ピボット又は上流の可動ミラー又はｘ／ｙ偏向ユニット（スキャナ）を使用して実施することができる。可動レンズ、電子的に調整可能な焦点距離を有するレンズ、あるいはオートフォーカスレンズを使用して焦点を合わせてもよい。
図３は、本明細書に記載するいくつかの例示的な実施によるレーザビーム及び照射面の概略図を示す。画像フィールドの較正中に、少なくとも２つのスキャナを、そのビームが露光面上のある点で交わるように設定してもよい。この目的のために、スポット自体又は適切なパターンを測定し、それぞれの光学機器を通して投影してもよい。
この目的のために、（低出力の）処理照射ユニット（レーザ）自体又はガイドビームを使用してもよい。
画像フィールドを較正する場合、この画像の正確なスキャナ角度／位置を保存してもよい。
続いて、２つのビームのそれぞれの位置及び／又は走査角度を測定して、ｚ高さを逸脱させることが可能であり、その位置及び／又は走査角度を保存してもよい。
カメラは、スポット及び／又はパターンの場所を動画及び／又は一連の個々の画像として記録してもよい。適合された画像処理ソフトウェアによって、各レーザの投影された線分は、全体的なパターン及び重心の正確な軌道（即ち、強度加重平均値）に組み合わされてもよく、あるいは照射（レーザ）ビームのピークは、評価されてもよい。
一般に、特に重心の軌道又は照射ビームのピークが評価される任意の例示的な実装では、方法を、精度を高めるために使用してもよい（例えば、適合及び／又はピーク検出及び／又は平均化及び／又は位相シフト及び／又はピクセルシフト）。
構築作業を開始する前に、保存された値を使用して、同じｚ位置に再び正確に移動し、それに応じて塗布器を設定することができる。
これとは別に、あるいはこれに加えて、構築の開始時に、塗布器の現在の設定で粉末の層を塗布してもよく、較正面に対する粉末表面の相対位置を、照射（レーザ）三角測量及びさまざまな異なるｚ高さの較正中に判定された値の支援を受けて判定してもよい。この場合、偏差が定義された許容範囲内にとどまる場合は、塗布器の再調整を省略することができる。
使用し得るパターンが、図２ａ～図２ｄに示すパターンに対応する。
この方法では、既存のスキャナを直接使用して、三角測量の原理に従って高さを判定する。関連する測定変数（スキャナ座標系に対する粉末表面の位置）のみが測定チェーンに残るため、他のあらゆる誤差の原因を除外してもよい。
手順は、自動化することができ、機械の操作を簡素化し、操作者による設定中の主観的な影響を排除する。
照射面は、レーザライン投影又は構造化光投影を介して３次元的に調査されてもよい。進行中の構築プロセス中の品質保証に対して、粉体塗布構成要素に欠陥が発生した場合に塗布器を保護するために、粉体又は基板表面の３次元測定を使用することができる。
粉末による均一な塗布が保証されてもよい。
突出部分に対する現在の層の制御（例えば、熱応力によるサポートの分離）を達成してもよい。
ｚにて充分な解像度を用いて、粉末表面の高さプロファイルに照射（例えばレーザ）の輪郭を作成してもよく、これによって凝縮した表面は可視化され、検証可能になる。
上記でさらに概説したように、機器／装置及び／又はスキャナ座標系に対する既存の構成要素の正確な位置は、機器／装置に設置した後に判定される必要がある場合があり、構築作業のためのモデル（例えば、ＣＡＤモデル）は、それに応じて個別に適応させる必要がある場合がある。このプロセスは、この方法で判定された座標が、いくつかの例では、制御ユニット／スキャナの較正を調整するために使用されないが（あるいは使用されないだけでなく）、基板プレートに取り付けられた構成要素の正確な位置及び／又は位置合わせを判定し、次に、構成要素を使用して構築作業のためのモデルを補正するためにこれらを使用し得る（補正するためにこれらを使用し得ることもある）という点でのみ、較正構造を見つけることと同じである場合がある。
図４は、基準面へのレーザライン投影を特徴検出に使用し得る方法を示す。この例では、基準面には、正確に知られた位置に円の格子がある。円は、基準面のドリルを表す場合がある。概略図の左上の円は、較正対象のスキャナによって投影された一連の水平線と重ね合わされている。画像解析アルゴリズムを使用して、ラインパターンに対する穴の垂直位置を判定することができる。解像度を向上させるために、垂直位置を移した一連のパターンを使用してもよい。
右上の円は、円に対するパターンの水平位置を判定するために使用される垂直線パターンについても同じことを示す。
この手順では、位置は、レーザスポットの動きに直交して判定されるため、カメラシステムの高い時間解像度は、必要ない。スポット位置のリアルタイム情報は、必要ない。
一般に、複数のスキャナを使用する場合、測定の精度が、カメラ光学機器の品質に過度の要求をすることなく、光学機器に対する基板プレート（又は粉末）の位置を判定するのに充分な可能性がある。上記で概説したように、基板プレート又は粉末表面の高さは、２つの光学機器のビーム経路と、その面上の交点とを三角測量することによって判定されてもよい。
この例では、システムは、検出器として機能するカメラ（例えば、レンズ制御システムカメラ）を備える。これは、スキャナと共に、三角測量に使用することができる角度を形成する。光源として、照射ユニット（例えば、ファイバレーザ）は、低出力で使用することができ、ガイドレーザ、あるいはその両方を連続して使用することができる。さらに、追加の帯状光投射器の使用も考えられる場合がある。
スキャナを使用して任意のパターンを投影してもよい。
カメラの露光時間中、この時間中に走査されたパターンの一部のみが取り込まれ、その結果、取り込まれたパターンが結合される画像処理から表面の縞模様画像全体が生成される。マルチレーザ加工機では、いくつかのスキャナを用いて同時に投影を実施するか、連続して投影を実施する場合があり、これにより、カメラと、対象と、各スキャナとの間の角度が異なると、解像度がさらに向上する可能性がある。パターンは、いくつかの例では、単一の画像に取り込まれ、次に単一の画像同士をつなぎ合わせてもよく、あるいは画像にて対象とされる距離が長くなれば、露光時間が長くなってもよい。
塗布前及び／又は塗布後の層の単一画像と比較して、このプロセスは、改善された空間解像度を提供する。構造化された照明により、表面の輪郭の測定に表面のコントラストは、必要ない場合がある。
図５は、本明細書に記載するいくつかの例示的な実装による装置５００の概略ブロック図を示す。
この例では、装置５００は、照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニット５０２を備える。いくつかの例では、装置は、複数の照射ユニット５０２を備える。
装置５００は、光検出ユニット５０４をさらに備え、この光検出ユニットは、光検出器５０６と、光検出ユニット５０４の焦点距離を調整するための焦点距離調整器（例えば、対物レンズ）５０８とを備え、ここで、光検出ユニット５０４は、照射面の一部を光学的に検出するように構成される。
装置５００は、照射ビームを照射面に照射するために、照射システム／照射ユニット５０２を制御するように構成された制御ユニット５１０をさらに備える。
装置５００は、光検出ユニット５０４の焦点距離を調整するための焦点距離調整ユニット５１２をさらに備える。焦点距離調整ユニット５１２は、光検出ユニット５０４と一体であってもよい。
装置５００は、調整可能な焦点距離を有する対物レンズ５１４をさらに備える。対物レンズ５１４は、光検出ユニット５０４と一体であってもよい。
装置５００は、照射面の表面全体の画像を取得するために、例えば、光検出ユニット５０４によって撮影された照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニット５１６をさらに備える。いくつかの例では、画像処理ユニット５１６は、異なる時間に撮影されたり、及び／又は異なる場所で撮影されたり、及び／又は異なる視界から撮影されたりした画像をつなぎ合わせてもよい。
装置５００は、光検出ユニット５０４による照射面上の各照射スポットの光検出に基づいて、例えば、２つの照射ビームを相互に制御するために、照射ユニット５０２を較正するように構成された較正ユニット５１８をさらに備える。各照射ビームを制御するために、装置５００は、第１のスキャナ５２０及び第２のスキャナ５２２をさらに備える。いくつかの例では、第１のスキャナ５２０及び／又は第２のスキャナ５２２は、照射ユニット５０２の一部であってもよい。
図６は、本明細書に記載するいくつかの例示的な実装によるシステムの概略図を示す。
この例では、システム、特に、選択的レーザ溶融システムには、Ｎ個の偏向ユニット（わかりやすくするために３つだけを示す）（及びエネルギービーム源であって、これにより、一部又は全部の偏向ユニットが同じエネルギービーム源を使用することも可能である）と、Ｍ（＜＝Ｎ）個のセンサ（特に空間解像センサ、特にカメラ）（わかりやすくするために２つだけを示す）であって、それらの観察範囲を偏向ユニットの一部から表面（特に粉末床）に拡大する、センサとが装備される。観察経路及び処理経路（即ち、粉末であり得る材料を照射するために使用される照射ビームの照射ビーム経路）の光軸は、図７に示すように、同じであっても、互いに０ではない角度であってもよい。システムは、以下のステップを含む方法によって、表面上の相互の衝突点の位置を判定する。
カメラＣ1の観察ビームを、粉末床、固化された材料又は試験サンプル（例えば、プレート又は塗布器の表面）上の表面Ａに偏向させるために偏向ユニットＤ1を使用する。衝突面は、造形面に対応することがあるが、対応する必要があるわけではない。
レーザ源Ｓ2～ＳN（簡略化のためにＮ個のレーザ源Ｓ1～ＳNのうちの２つのレーザ源のみを示す）からのエネルギーは、偏向ユニットＤ2～ＤNを介して、エリアＡ内の位置Ｐ2及びＰNに偏向される。最も単純な場合では、単純な点としてではあるが、（例えば、ビーム成形又は高速スキャナ移動によって）パターンを作成することもできる。いくつかの例では、偏向ユニットＤ1自体は、このほか、ビームを放出することができ、これは、露光面上に点又はパターンのいずれかを作成する。
材料は、Ｓ2～ＳN（又はＳ1）レーザ源のエネルギービームによって同時に照射されるか、連続して照射され、照射中及び／又は照射後に１つ又は複数の画像が撮影される。検出された放射は、反射レーザ放射、熱誘導熱放射又は放出されたプロセス光、あるいはその任意の組み合わせのいずれかである。照射を受けた材料は、プロセス中に溶融する可能性があるが、溶融する必要があるわけではない。
表面Ａ内及び／又は表面Ａ上に、較正マークが提供される（いくつかの例では、複数の較正マークが提供される）。較正マークの特徴を、センサ（例えば、カメラＣ1）を介して検出してもよい。そのような特徴は、例えば、１つ又は複数の幾何学的特徴又は特性（形状など）及び較正マークの位置を含んでもよい。較正マークは、粉末床内、基板プレート上、基準面上又は粉末床の隣、あるいはその任意の組み合わせに配置又は生成されてもよい。特に好ましくは、基準マークは、粉末床（又はその表面上に粉末が拡散していない場合は基板プレート）とプロセスチャンバ床との間の間隙内及び／又は間隙上にて粉末床に隣接して配置されてもよい。システム内に複数の較正マークを配置し得ることは、明らかである。
相対位置Ｐ2～ＰNは、記録されたデータ、即ち、感知されたデータから判定される。この目的のために、必要に応じて、単一の画像同士を互いに重ね合わせることができる。異なる位置Ｐは、ビームごとの異なるパターンの使用、露光時間との相関（対応する単一の画像）、あるいは相互の空間配置、即ち、位置が予想されるエリアによる割り当てによって、ビームに割り当てられる。いくつかの例では、他の位置に加えてＰ1を判定することもできる。判定にＰ1を含まないことの利点には、観察エリアの焦点を、放出されたビーム、即ち、偏向ユニットＤ1を介して偏向されたビームとは無関係に調整することができることが挙げられる場合がある。それにもかかわらず、ビームをＤ1を介して放出してもよいが、そのときビームは、好ましくは、観察エリアが位置決めされたことを操作者に示すためにのみ使用され、即ち、補正機能に関する情報としてのみ機能する。上記のように、処理／照射ビーム及び観察経路の光軸は、光軸同士の間にゼロとは異なる角度を有することができ、その角度は、このほか、処理点Ｐ1が観察範囲外にあるように大きく選択することができる。観察が、例えば、溶融プール、あるいは一般に、固化される材料に照射ビームが衝突する場所に焦点を合わせることも、その全体を覆うこともないように、経路に角度が付くように調整するか配置することが特に有利である可能性がある。
相対位置に基づいて、少なくとも偏向ユニットＤ2～ＤNに対して画像補正を実施する。ここで、観察エリアへの具体的な位置及び／又は点／パターンの相互に対する距離を（好ましくは、絶対位置を判定しなくても）判定することができる。
明確にするためだけに、Ｓ2～ＳN及びＤ2～ＤNは、それぞれ、エネルギービーム及び偏向ユニットの任意のサブセットを表し得ることに留意されたい。
点／パターンの相互に対する距離を（絶対位置を判定せずに）判定する目的で、画像評価アルゴリズムを使用して個々のビームを識別し、粉末床上又は観測エリア内の絶対位置を判定せずに距離を判定してもよい。このため、位置は、予想される位置と比較されるのではなく、予想されるオフセットのみと比較される場合がある。これには、観測範囲自体の位置が考慮されていないため、偏向された観測範囲全体にわたって光学機器のビーム経路でセンサを細かく較正する必要がないという利点がある。センサの大まかな較正は、検出されるあらゆるポイントが観測範囲内にあることが保証されるだけで、充分な場合がある。このため、好ましくは、座標系（ｘ、ｙ）の向きを判定することができるように、少なくとも１つの次元に拡張を有する、投影されるパターンが選択される。このようにして、正しいオフセットを検出する場合があるだけでなく、（例えば、スキャナ２のｘがスキャナ３のｘと平行でない場合）各スキャナ座標系の任意の角度偏差も検出する場合がある。特に適切なパターンを、例えば、図２ｃに示す。
さらに、基準機構の位置、特に上記較正マークは、撮像エリア内及び／又は位置Ｐ2～ＰNまでのその距離を判定することができる。これは、試験対象／サンプルに投影する場合に特に有用であるが、基準機構が、追加又は代替として、照射面（例えば、粉末床）に投影された特定の較正位置を有する格子である場合がある。
基準機構が記録されておらず、ビーム位置又は偏向ユニットが相互に対してのみ較正することができる場合、例えば、偏向ユニットのビーム位置を基準として定義し、判定された距離を公称距離と比較することができる。これとは別に、あるいはこれに加えて、全位置が最初に互いに比較され、次に他のビームの他の位置への目標距離の最小偏差の位置が基準として定義される。追加の代替として、あるいはこれに加えて、観察エリア内の予想される位置から最もずれが小さい位置を基準として選択することもできる。絶対基準が取得された場合、全位置をこの基準と直接比較することができるか、最初に基準位置と比較してから、基準機構と比較する。基準位置の選択は、後に絶対機構と比較されるため、無関係である。
記載した手順を追加の表面で繰り返すことができ、即ち、観察エリアとビーム位置を別の場所に移動する。
追加のＭ個のカメラが、追加のスキャナによって偏向され、Ｎ個の偏向ユニットの他のサブセットについても、上記の手順を繰り返してもよい。特に、次に、他のビーム位置に対する位置Ｐ1を判定することができる。システムが複数のセンサ（例えば、複数のカメラ）を備える場合、手順は、このほか、Ｎ個の偏向ユニットの異なるサブセットに対して同時に実施されてもよい。
以下の実施例も本開示に含まれ、全体的又は部分的に実施形態に組み込まれてもよい。
１．３次元ワークピースを製造する装置の照射システムを較正するための機器であって、照射システムは、照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニットを備え、
機器は、
照射面に照射ビームを照射するように照射システムを制御するように構成された制御ユニットと、
制御ユニットに結合された光検出ユニットであって、光検出ユニットは、光検出器と、照射面の一部を光学的に検出するための対物レンズとを備え、光検出ユニットは、照射面から散乱する照射ビームに基づいて、照射面上の照射ビームのスポットの位置を検出するように構成される、光検出ユニットと、を備え、
光検出ユニットは、光検出ユニットが照射面上の照射ビームのスポットの位置を検出することに応答して、制御ユニットに信号を出力する、ように構成され、
制御ユニットは、光検出ユニットから制御ユニットに出力された信号に基づいて照射システムを制御するように構成される、機器。
２．光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整ユニットをさらに備える、実施例１に記載の機器。
３．対物レンズの焦点が調整可能である、実施例１又は２に記載の機器。
４．機器は、調整可能な焦点距離を有する第２のレンズをさらに備える、実施例１～３のいずれかに記載の機器。
５．照射面の表面全体の画像を取得するために、光検出ユニットによって撮影された照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える、実施例１～４のいずれかに記載の機器。
６．光検出ユニットは、照射ビームに対して軸外に配置される、上記照射システムをさらに備える、実施例１～５のいずれかに記載の機器。
７．積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するための装置であって、
装置は、
照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニットと、
照射面上の照射ビームのスポットの位置を光学的に検出するように構成された光検出ユニットであって、光検出ユニットは、照射面から散乱する照射ビームから生じる光を検出するために、照射ユニットから照射面までの照射ビームの照射ビーム経路に対して軸外に配置される、光検出ユニットと、を備える、装置。
８．照射ユニットは、第１の上記照射ビーム及び第２の上記照射ビームを照射面に照射するように構成され、
光検出ユニットは、照射面上の第１の照射ビームの第１の上記スポットの第１の上記位置と、照射面上の第２の照射ビームの第２の上記スポットの第２の上記位置とを光学的に検出するように構成され、
装置は、光検出ユニット及び照射ユニットに結合された較正ユニットをさらに備え、較正ユニットは、光検出ユニットによる、照射面上の第１のスポット及び第２のスポットの光検出に基づいて第１の照射ビームと第２の照射ビームを相互に制御するための照射ユニットを較正するように構成される、実施例７に記載の装置。
９．第１の照射ビームパターンに基づいて照射面全体にわたって第１の照射ビームを走査するための第１のスキャナと、
第２の照射ビームパターンに基づいて照射面全体にわたって第２の照射ビームを走査するための第２のスキャナと、をさらに備え、
光検出ユニットは、
第１の照射ビームパターン及び第２の照射ビームパターンを検出し、
第１の照射ビームパターンを第２の照射ビームパターンと比較し、
上記比較に基づいて比較信号を出力する、ように構成され、
装置は、第１の照射ビーム及び第２の照射ビームを制御するための比較信号に基づいて照射ユニットを較正するように構成される、実施例７に記載の装置。
１０．第１の照射ビームパターンと第２の照射ビームパターンとの比較は、１つ又は複数の解像度向上ソフトウェアアルゴリズムを使用して実施される、実施例９に記載の装置。
１１．第１の照射ビームパターンと第２の照射ビームパターンとの比較は、（ｉ）第１及び第２の照射ビームの照射強度加重平均値の軌道及び／又は（ｉｉ）第１及び第２の照射ビームのピーク強度の判定を含む、実施例９又は１０に記載の装置。
１２．光検出ユニットの焦点距離が調整可能であり、光検出ユニットは、光検出ユニットの同じ視線方向に対して複数の焦点面での照射面上の照射ビームのスポットを検出するように構成される、実施例７～１１のいずれか１つに記載の装置。
１３．光検出ユニットは、複数の焦点面のそれぞれでの照射面の画像の集束エリアを判定するように構成され、装置は、複数の焦点面のそれぞれの判定された集束エリアに基づいて、照射面の表面に関連する３次元情報を判定するように構成される、実施例１２に記載の装置。
１４．光検出ユニットは、照射面の過焦点画像を生成するように構成される、実施例１２又は１３に記載の装置。
１５．照射面の表面全体の画像を取得するために、光検出ユニットによって撮影された照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える、実施例７～１４のいずれか１つに記載の装置。
１６．照射ユニットは、照射スポット及び／又はパターンを照射面に照射するように構成され、画像処理ユニットは、照射スポット及び／又はパターンが見える画像を、上記各画像にて照射スポット及び／又はパターンを位置合わせするステップに基づいて、位置合わせするように構成される、実施例１５に記載の装置。
１７．照射ビーム及び／又は照射スポット及び／又はパターンを照射面上にて走査するためのスキャナを備え、三角測量を使用した照射ユニットに対するスキャナの位置に基づいて、照射面の３次元表面を判定するように構成される、実施例７～１６のいずれか１つに記載の装置。
１８．複数のスキャナを備える、装置は、三角測量を使用した照射ユニットに対するスキャナのそれぞれの位置に基づいて、照射面の３次元表面を判定するように構成される、実施例１７に記載の装置。
１９．装置は、スキャナのそれぞれの位置と、三角測量を使用して各スキャナによって照射面全体にわたって走査される照射ビームの交点とに基づいて、照射面の高さを判定するように構成される、実施例１８に記載の装置。
２０．照射ユニットは、細長いパターン及び／又は縞模様のパターンを照射面に照射するように構成され、光検出ユニットは、照射面上の細長いパターン及び／又は縞模様のパターンの位置を検出するように構成される、実施例７～１９のいずれか１つに記載の装置。
２１．既知の位置を有する１つ又は複数のマーキングを含む基準面をさらに備え、
上記マーキングの上にスキャナによって、上記マーキングの特に第１の方向の位置を、特に一般に第１の方向とは異なる第２の方向に投影されたパターンに関して判定し、
判定された位置に基づいて、上記スキャナを較正するように構成される、実施例１～６のいずれか１つに記載の機器又は実施例７～２０のいずれか１つに記載の装置。
２２．パターンは、基準面全体にわたってスキャナによって走査される照射ビームから生じる１つ又は複数の線を含む、実施例２１に記載の機器又は装置。
間違いなく、他の多くの効果的な代替案が当業者には想起されるであろう。本発明は、記載された実施形態及び例示的な実装例に限定されず、当業者に明らかであり、本明細書に添付された特許請求の範囲内にある修正を包含することが理解されよう。
本開示による第１の態様では、３次元ワークピースを製造するための装置の照射システムを較正するための機器が提供され、照射システムは、照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニットを備え、機器は、照射面に照射ビームを照射するように照射システムを制御するように構成された制御ユニットと、制御ユニットに結合された光検出ユニットとを備え、光検出ユニットは、光検出器と、照射面の（少なくとも）一部を光学的に検出するための対物レンズとを備え、光検出ユニットは、照射面上の照射ビームのスポットを検出するように構成され、対物レンズは、照射ビームの照射ビーム経路に関して、光検出器と照射面の少なくとも一部を横切って（across）検出ユニットの視野を偏向させるための偏向ユニットとの間に、配置されるように適合され、光検出ユニットは、調整可能な光検出ユニットの焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて照射ビームのスポットを検出可能であり（検出するように構成される）、光検出ユニットは、光検出ユニットが照射面上の照射ビームのスポットを検出することに応答して、制御ユニットに信号を出力する、ように構成され、制御ユニットは、光検出ユニットから制御ユニットに出力された信号に基づいて照射システムを制御するように構成される。
照射ビームの照射ビーム経路に対して、光検出器と偏向ユニット（例えば、照射ビームスキャナ）との間に対物レンズを配置することは、これが特に光検出ユニットの焦点距離を調整するためのコンパクトな実装を可能にするため、特に有利である。さらに、逆に、偏向ユニットと照射面との間にレンズを用いると、不都合なことに、比較的大きなレンズを利用しなければならないことにつながる可能性があり、このレンズは、光検出ユニットの焦点距離を調整するために使用されない可能性があるが、焦点追跡にのみ使用される可能性がある。
いくつかの例では、偏向ユニットは、照射面を横切って照射ビームを走査するための照射ビームスキャナを備える。
いくつかの例では、機器又は装置は、既知の位置を有する１つ又は複数のマーキングを含む基準板を備え、ここで、機器又は装置は、スキャナによって上記マーキング上に第１の方向とは異なる（例えば、直交するか、実質的に直交する）第２の方向に特に一般に投影されたパターンに対する上記マーキングの特に第１の方向の位置を判定し、判定された位置に基づいて上記照射ビームスキャナを較正するように構成される。いくつかの例では、パターンは、基準板全体にわたってスキャナによって走査される照射ビームから生じる１つ又は複数の線を含む。
本開示による例は、基準板上の１つ又は複数のマーキングの位置を判定するために使用する可能性もある。対応して製造された基準板（例えば、Ｎｅｘｔｒｅｍａ（登録商標）又はＺｅｒｏｄｕｒ（登録商標）などの熱膨張の少ない平坦なガラスセラミック）が挿入され、その上に、対応するマーキング（例えば、穴及び／又は窪み及び／又は隆起の格子）が適用された場合、このようなマーキングの正確な測定値を、各スキャナの画像フィールド補正ファイルを計算するために使用することができ、サンプルを焼いて評価する必要はない。
２１．既知の位置を有する１つ又は複数のマーキングを含む基準板をさらに備え、
上記マーキングの上にスキャナによって、上記マーキングの特に第１の方向の位置を、特に一般に第１の方向とは異なる第２の方向に投影されたパターンに関して判定し、
判定された位置に基づいて、上記スキャナを較正するように構成される、実施例１～６のいずれか１つに記載の機器又は実施例７～２０のいずれか１つに記載の装置。
２２．パターンは、基準板全体にわたってスキャナによって走査される照射ビームから生じる１つ又は複数の線を含む、実施例２１に記載の機器又は装置。
間違いなく、他の多くの効果的な代替案が当業者には想起されるであろう。本発明は、記載された実施形態及び例示的な実装例に限定されず、当業者に明らかであり、本明細書に添付された特許請求の範囲内にある修正を包含することが理解されよう。
〔構成１〕
３次元ワークピースを製造するための装置の照射システムを較正するための機器であって、
前記照射システムは、照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニットを備え、
前記機器は、
前記照射面に前記照射ビームを照射するように前記照射システムを制御するように構成された制御ユニットと、
前記制御ユニットに結合された光検出ユニットであって、前記光検出ユニットは、光検出器と、前記照射面の一部を光学的に検出するための対物レンズとを備え、前記光検出ユニットは、前記照射面上の前記照射ビームのスポットを検出するように構成され、前記対物レンズは、前記照射ビームの照射ビーム経路に関して、前記光検出器と前記照射面の少なくとも一部を横切って前記検出ユニットの視野を偏向させるための偏向器ユニットとの間に、に配置されるように適合され、前記光検出ユニットは、調整可能な前記光検出ユニットの焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて前記照射ビームの前記スポットを検出可能である、光検出ユニットと、を備え、
前記光検出ユニットは、前記光検出ユニットが前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出することに応答して、前記制御ユニットに信号を出力する、ように構成され、
前記制御ユニットは、前記光検出ユニットから前記制御ユニットに出力された前記信号に基づいて前記照射システムを制御するように構成される、機器。
〔構成２〕
前記光検出ユニットは、
前記照射面から散乱する前記照射ビームと、
前記照射面から反射される前記照射ビームと、
前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導される熱誘導熱放射と、
特に前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導された溶融プールから生じる、放出されたプロセス光と、のうちの１つ又は複数に基づいて、前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出するように構成される、構成１に記載の機器。
〔構成３〕
前記光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整ユニットをさらに備える、構成１又は２に記載の機器。
〔構成４〕
前記対物レンズの焦点は、調整可能である、構成１～３のいずれかに記載の機器。
〔構成５〕
前記機器は、調整可能な焦点距離を有する第２のレンズをさらに備える、構成１～４のいずれかに記載の機器。
〔構成６〕
前記照射面の表面全体の画像を取得するために、前記光検出ユニットによって撮影された前記照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える、構成１～５のいずれかに記載の機器。
〔構成７〕
前記照射システムをさらに備え、前記光検出ユニットは、前記照射ビームに対して軸外に配置される、構成１～６のいずれかに記載の機器。
〔構成８〕
前記偏向器ユニットは、前記照射面を横切って前記照射ビームを走査するための照射ビームスキャナを備える、構成１～７のいずれかに記載の機器。
〔構成９〕
積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するための装置であって、
少なくとも１つの照射ビームスキャナを備える照射ユニットであって、照射面に少なくとも１つの照射ビームを選択的に照射するように構成される、照射ユニットと、
前記照射面上の前記少なくとも１つの照射ビームのスポットを光学的に検出するように構成された光検出ユニットと、を備え、
前記光検出ユニットは、
光検出器、特にカメラと、
前記光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整器、特に対物レンズであって、前記焦点距離調整器は、前記少なくとも１つの照射ビームのうちの１つの照射ビーム経路に関して、前記光検出器と前記少なくとも１つの照射ビームスキャナのうちの１つとの間に配置される、焦点距離調整器と、を備え、
前記光検出ユニットは、調整可能な前記光検出ユニットの前記焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて前記少なくとも１つの照射ビームの前記スポットを検出可能である、装置。
〔構成１０〕
前記光検出ユニットは、前記照射面から散乱する前記少なくとも１つの照射ビームから生じる光を検出するために、前記照射ユニットから前記照射面までの前記少なくとも１つの照射ビームの前記照射ビーム経路に対して軸外に配置される、構成９に記載の装置。
〔構成１１〕
前記光検出ユニットは、
前記照射面から反射される前記照射ビームと、
前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導される熱誘導熱放射と、
特に前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導された溶融プールから生じる、放出されたプロセス光と、のうちの１つ又は複数に基づいて、前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出するようにさらに構成される、構成９又は１０に記載の装置。
〔構成１２〕
前記照射ユニットは、第１の前記照射ビーム及び第２の前記照射ビームを前記照射面に照射するように構成され、
前記光検出ユニットは、前記照射面上の前記第１の照射ビームの第１の前記スポットと、前記照射面上の前記第２の照射ビームの第２の前記スポットとを光学的に検出するように構成され、
前記装置は、前記光検出ユニット及び前記照射ユニットに結合された較正ユニットをさらに備え、前記較正ユニットは、前記光検出ユニットによる、前記照射面上の前記第１のスポット及び前記第２のスポットの前記光検出に基づいて前記第１の照射ビームと前記第２の照射ビームを相互に関連して制御するために前記照射ユニットを較正するように構成される、構成９～１１のいずれかに記載の装置。
〔構成１３〕
第１の照射ビームパターンに基づいて前記照射面全体にわたって前記第１の照射ビームを走査するための第１の前記照射ビームスキャナと、
第２の照射ビームパターンに基づいて前記照射面全体にわたって前記第２の照射ビームを走査するための第２の前記照射ビームスキャナと、をさらに備え、
前記光検出ユニットは、
前記第１の照射ビームパターン及び前記第２の照射ビームパターンを検出し、
前記第１の照射ビームパターンを前記第２の照射ビームパターンと比較し、
前記比較に基づいて比較信号を出力する、ように構成され、
前記装置は、前記第１の照射ビーム及び前記第２の照射ビームを制御するための前記比較信号に基づいて前記照射ユニットを較正するように構成される、構成９～１２のいずれかに記載の装置。
〔構成１４〕
前記第１の照射ビームパターンと前記第２の照射ビームパターンとの前記比較は、１つ又は複数の解像度向上ソフトウェアアルゴリズムを使用して実施される、構成１３に記載の装置。
〔構成１５〕
前記第１の照射ビームパターンと前記第２の照射ビームパターンとの前記比較は、（ｉ）前記第１及び第２の照射ビームの照射強度加重平均値の軌道及び／又は（ｉｉ）前記第１及び第２の照射ビームのピーク強度の判定を含む、構成１３又は１４に記載の装置。
〔構成１６〕
前記光検出ユニットは、前記光検出ユニットの同じ視線方向に対して、複数の焦点面において前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出するように構成される、構成９～１５のいずれかに記載の装置。
〔構成１７〕
前記光検出ユニットは、前記複数の焦点面のそれぞれでの前記照射面の画像の集束エリアを判定するように構成され、
前記装置は、前記複数の焦点面のそれぞれの前記判定された集束エリアに基づいて、前記照射面の表面に関連する３次元情報を判定するように構成される、構成１６に記載の装置。
〔構成１８〕
前記光検出ユニットは、前記照射面の過焦点画像を生成するように構成される、構成１６又は１７に記載の装置。
〔構成１９〕
前記照射面の表面全体の画像を取得するために、前記光検出ユニットによって撮影された前記照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える、構成９～１８のいずれかに記載の装置。
〔構成２０〕
前記照射ユニットは、照射スポット及び／又はパターンを前記照射面に照射するように構成され、前記画像処理ユニットは、前記画像の前記各照射スポット及び／又はパターンの位置合わせに基づいて、前記照射スポット及び／又はパターンが見える画像を、位置合わせするように構成される、構成１９に記載の装置。
〔構成２１〕
前記照射ビームスキャナは、前記照射ビーム及び／又は照射スポット及び／又はパターンを前記照射面上にて走査するように構成され、前記装置は、三角測量を使用した前記照射面に対する前記スキャナの位置に基づいて、前記照射面の少なくとも一部の３次元表面を判定するように構成される、構成９～２０のいずれかに記載の装置。
〔構成２２〕
複数の前記照射ビームスキャナを備え、前記装置は、三角測量を使用した前記照射ビームスキャナのそれぞれの前記照射面に対する前記位置に基づいて、前記照射面の少なくとも一部の前記３次元表面を判定するように構成される、構成２１に記載の装置。
〔構成２３〕
前記装置は、前記照射ビームスキャナのそれぞれの前記位置と、三角測量を使用して前記各照射ビームスキャナによって前記照射面全体にわたって走査される照射ビームの交点とに基づいて、前記照射面の高さを判定するように構成される、構成２２に記載の装置。
〔構成２４〕
前記照射ユニットは、細長いパターン及び／又は縞模様のパターンを前記照射面に照射するように構成され、前記光検出ユニットは、前記照射面上の前記細長いパターン及び／又は縞模様のパターンの位置を検出するように構成される、構成９～２３のいずれかに記載の装置。
〔構成２５〕
既知の位置を有する１つ又は複数のマーキングを含む基準板をさらに具備する、
前記機器又は装置は、
前記マーキングの上に前記照射ビームスキャナによって、前記マーキングの特に第１の方向の位置を、特に一般に前記第１の方向とは異なる第２の方向に投影されたパターンに関して判定し、
前記判定された位置に基づいて、前記照射ビームスキャナを較正するように構成される、構成１～８のいずれかに記載の機器又は構成９～２４のいずれかに記載の装置。
〔構成２６〕
前記パターンは、前記基準面全体にわたって前記照射ビームスキャナによって走査される照射ビームから生じる１つ又は複数の線を含む、構成２５に記載の機器又は装置。
〔構成２７〕
積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するためのシステムであって、前記システムは、
複数の偏向ユニットであって、前記偏向ユニットの少なくとも１つは、光路を、
前記システムの表面、特に試験サンプルの表面、及び／又は
前記積層造形技術を使用する前記システムによって固化され、及び／又は固化されることになる材料、に向かって方向転換するように構成される、複数の偏向ユニットと、
前記偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出するように構成されたセンサと、
前記表面及び／又は前記材料に投影するために、１つ又は複数の照射スポット及び／又はパターンを生成するように構成された１つ又は複数の照射機器であって、
前記照射スポット及び／又はパターンのうちの第１の照射スポット及び／又はパターンは、前記偏向ユニットのうちの第２の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料の上に偏向可能であり、及び／又は、前記照射スポット及び／又はパターンのうちの第２の照射スポット及び／又はパターンは、前記偏向ユニットのうちの第３の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料の上に偏向可能である、及び／又は
前記システムは、前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサの検出範囲内に少なくとも１つの較正マークを備える、１つ又は複数の照射機器と、を備え、
前記システムは、
前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサを介して、前記第１の照射スポット及び／又はパターンの第１の特徴を、前記表面及び／又は前記材料上で検出し、及び／又は
前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサを介して、前記第２の照射スポット及び／又はパターンの第２の特徴を検出し、及び／又は
前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサを介して、前記較正マークの第３の特徴を検出するように構成され、
前記システムは、
前記第１の特徴と前記第２の特徴及び／又は前記第３の特徴との相関、特に、前記第１の照射スポット及び／又はパターンと前記第２の照射スポット及び／又はパターンとの間、及び／又は前記第１の照射スポット及び／又はパターンと前記較正マークとの間の相対距離を判定し、
前記表面及び／又は前記材料上の前記第１の特徴と前記第２の特徴との前記判定された相関に基づいて、前記偏向ユニットのうちの前記第２の偏向ユニット及び／又は前記偏向ユニットのうちの前記第３の偏向ユニットを、特に互いに対して、較正し、
及び／又は
前記表面及び／又は前記材料上の前記第１の特徴と前記第３の特徴との前記判定された相関に基づいて、前記偏向ユニットのうちの前記第２の偏向ユニットを較正する、ようにさらに構成される、システム。
〔構成２８〕
前記システムは、
前記照射機器のうちの対応する各照射機器及び／又は前記偏向ユニットのうちの対応する各偏光ユニットに固有である前記スポット及び／又はパターンの形状及び／又は寸法及び／又は強度及び／又は強度分布と、
前記照射ビームが生成される期間と、
前記スポット及び／又は前記パターンが予想される、前記表面及び／又は前記材料のエリア又は一部の位置と、のうちの１つ又は複数に基づいて、前記スポット及び／又は前記パターンの特徴を、前記照射機器から生じる照射ビームと相関させるように構成される、構成２７に記載のシステム。
〔構成２９〕
前記システムは、前記表面及び／又は前記材料上の前記スポット及び／又はパターンの基準位置を使用して、前記複数の偏向ユニットを較正するように構成され、
前記基準位置は、
前記偏向ユニットのうちの所定の１つによって偏向される前記スポット及び／又はパターンのうちの所定の１つであって、前記システムは、前記較正のために、前記基準位置と前記スポット及び／又はパターンのうちの別の１つの前記位置との間の実際の距離と目標の距離とを比較するように構成される、所定の１つと、
他のスポット及び／又はパターンの他の位置までの目標平均相対距離からの最小の第１の偏差を有する第１のスポット及び／又はパターンの第１の前記位置と、
前記表面及び／又は前記材料上の目標位置からの最小の第２の偏差を有する第２の前記位置と、のうちの１つ又は複数に基づくものである、構成２７又は２８に記載のシステム。
〔構成３０〕
前記照射機器のうちの１つは、前記偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料に投影するための第３の前記照射スポット及び／又はパターンを生成するように構成され、前記センサにより前記表面及び／又は前記材料を観察するための観察経路と、前記第３の照射スポット及び／又はパターンの照射ビーム経路との間で角度が形成され、前記角度は、ゼロとは異なる、構成２７～２９のいずれかに記載のシステム。

Claims (30)

  1. ３次元ワークピースを製造するための装置の照射システムを較正するための機器であって、
    前記照射システムは、照射面に照射ビームを選択的に照射するための照射ユニットを備え、
    前記機器は、
    前記照射面に前記照射ビームを照射するように前記照射システムを制御するように構成された制御ユニットと、
    前記制御ユニットに結合された光検出ユニットであって、前記光検出ユニットは、光検出器と、前記照射面の一部を光学的に検出するための対物レンズとを備え、前記光検出ユニットは、前記照射面上の前記照射ビームのスポットを検出するように構成され、前記対物レンズは、前記照射ビームの照射ビーム経路に関して、前記光検出器と前記照射面の少なくとも一部を横切って前記検出ユニットの視野を偏向させるための偏向器ユニットとの間に、に配置されるように適合され、前記光検出ユニットは、調整可能な前記光検出ユニットの焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて前記照射ビームの前記スポットを検出可能である、光検出ユニットと、を備え、
    前記光検出ユニットは、前記光検出ユニットが前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出することに応答して、前記制御ユニットに信号を出力する、ように構成され、
    前記制御ユニットは、前記光検出ユニットから前記制御ユニットに出力された前記信号に基づいて前記照射システムを制御するように構成される、機器。
  2. 前記光検出ユニットは、
    前記照射面から散乱する前記照射ビームと、
    前記照射面から反射される前記照射ビームと、
    前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導される熱誘導熱放射と、
    特に前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導された溶融プールから生じる、放出されたプロセス光と、のうちの１つ又は複数に基づいて、前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出するように構成される、請求項１に記載の機器。
  3. 前記光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整ユニットをさらに備える、請求項１又は２に記載の機器。
  4. 前記対物レンズの焦点は、調整可能である、請求項１～３のいずれか１項に記載の機器。
  5. 前記機器は、調整可能な焦点距離を有する第２のレンズをさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の機器。
  6. 前記照射面の表面全体の画像を取得するために、前記光検出ユニットによって撮影された前記照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の機器。
  7. 前記照射システムをさらに備え、前記光検出ユニットは、前記照射ビームに対して軸外に配置される、請求項１～６のいずれか１項に記載の機器。
  8. 前記偏向器ユニットは、前記照射面を横切って前記照射ビームを走査するための照射ビームスキャナを備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の機器。
  9. 積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するための装置であって、
    少なくとも１つの照射ビームスキャナを備える照射ユニットであって、照射面に少なくとも１つの照射ビームを選択的に照射するように構成される、照射ユニットと、
    前記照射面上の前記少なくとも１つの照射ビームのスポットを光学的に検出するように構成された光検出ユニットと、を備え、
    前記光検出ユニットは、
    光検出器、特にカメラと、
    前記光検出ユニットの焦点距離を調整するための焦点距離調整器、特に対物レンズであって、前記焦点距離調整器は、前記少なくとも１つの照射ビームのうちの１つの照射ビーム経路に関して、前記光検出器と前記少なくとも１つの照射ビームスキャナのうちの１つとの間に配置される、焦点距離調整器と、を備え、
    前記光検出ユニットは、調整可能な前記光検出ユニットの前記焦点距離に基づいて、複数の焦点面にて前記少なくとも１つの照射ビームの前記スポットを検出可能である、装置。
  10. 前記光検出ユニットは、前記照射面から散乱する前記少なくとも１つの照射ビームから生じる光を検出するために、前記照射ユニットから前記照射面までの前記少なくとも１つの照射ビームの前記照射ビーム経路に対して軸外に配置される、請求項９に記載の装置。
  11. 前記光検出ユニットは、
    前記照射面から反射される前記照射ビームと、
    前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導される熱誘導熱放射と、
    特に前記照射面に衝突する前記照射ビームによって誘導された溶融プールから生じる、放出されたプロセス光と、のうちの１つ又は複数に基づいて、前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出するようにさらに構成される、請求項９又は１０に記載の装置。
  12. 前記照射ユニットは、第１の前記照射ビーム及び第２の前記照射ビームを前記照射面に照射するように構成され、
    前記光検出ユニットは、前記照射面上の前記第１の照射ビームの第１の前記スポットと、前記照射面上の前記第２の照射ビームの第２の前記スポットとを光学的に検出するように構成され、
    前記装置は、前記光検出ユニット及び前記照射ユニットに結合された較正ユニットをさらに備え、前記較正ユニットは、前記光検出ユニットによる、前記照射面上の前記第１のスポット及び前記第２のスポットの前記光検出に基づいて前記第１の照射ビームと前記第２の照射ビームを相互に関連して制御するために前記照射ユニットを較正するように構成される、請求項９～１１のいずれか１項に記載の装置。
  13. 第１の照射ビームパターンに基づいて前記照射面全体にわたって前記第１の照射ビームを走査するための第１の前記照射ビームスキャナと、
    第２の照射ビームパターンに基づいて前記照射面全体にわたって前記第２の照射ビームを走査するための第２の前記照射ビームスキャナと、をさらに備え、
    前記光検出ユニットは、
    前記第１の照射ビームパターン及び前記第２の照射ビームパターンを検出し、
    前記第１の照射ビームパターンを前記第２の照射ビームパターンと比較し、
    前記比較に基づいて比較信号を出力する、ように構成され、
    前記装置は、前記第１の照射ビーム及び前記第２の照射ビームを制御するための前記比較信号に基づいて前記照射ユニットを較正するように構成される、請求項９～１２のいずれか１項に記載の装置。
  14. 前記第１の照射ビームパターンと前記第２の照射ビームパターンとの前記比較は、１つ又は複数の解像度向上ソフトウェアアルゴリズムを使用して実施される、請求項１３に記載の装置。
  15. 前記第１の照射ビームパターンと前記第２の照射ビームパターンとの前記比較は、（ｉ）前記第１及び第２の照射ビームの照射強度加重平均値の軌道及び／又は（ｉｉ）前記第１及び第２の照射ビームのピーク強度の判定を含む、請求項１３又は１４に記載の装置。
  16. 前記光検出ユニットは、前記光検出ユニットの同じ視線方向に対して、複数の焦点面において前記照射面上の前記照射ビームの前記スポットを検出するように構成される、請求項９～１５のいずれか１項に記載の装置。
  17. 前記光検出ユニットは、前記複数の焦点面のそれぞれでの前記照射面の画像の集束エリアを判定するように構成され、
    前記装置は、前記複数の焦点面のそれぞれの前記判定された集束エリアに基づいて、前記照射面の表面に関連する３次元情報を判定するように構成される、請求項１６に記載の装置。
  18. 前記光検出ユニットは、前記照射面の過焦点画像を生成するように構成される、請求項１６又は１７に記載の装置。
  19. 前記照射面の表面全体の画像を取得するために、前記光検出ユニットによって撮影された前記照射面の一部の複数の画像をつなぎ合わせるように構成された画像処理ユニットをさらに備える、請求項９～１８のいずれか１項に記載の装置。
  20. 前記照射ユニットは、照射スポット及び／又はパターンを前記照射面に照射するように構成され、前記画像処理ユニットは、前記画像の前記各照射スポット及び／又はパターンの位置合わせに基づいて、前記照射スポット及び／又はパターンが見える画像を、位置合わせするように構成される、請求項１９に記載の装置。
  21. 前記照射ビームスキャナは、前記照射ビーム及び／又は照射スポット及び／又はパターンを前記照射面上にて走査するように構成され、前記装置は、三角測量を使用した前記照射面に対する前記スキャナの位置に基づいて、前記照射面の少なくとも一部の３次元表面を判定するように構成される、請求項９～２０のいずれか１項に記載の装置。
  22. 複数の前記照射ビームスキャナを備え、前記装置は、三角測量を使用した前記照射ビームスキャナのそれぞれの前記照射面に対する前記位置に基づいて、前記照射面の少なくとも一部の前記３次元表面を判定するように構成される、請求項２１に記載の装置。
  23. 前記装置は、前記照射ビームスキャナのそれぞれの前記位置と、三角測量を使用して前記各照射ビームスキャナによって前記照射面全体にわたって走査される照射ビームの交点とに基づいて、前記照射面の高さを判定するように構成される、請求項２２に記載の装置。
  24. 前記照射ユニットは、細長いパターン及び／又は縞模様のパターンを前記照射面に照射するように構成され、前記光検出ユニットは、前記照射面上の前記細長いパターン及び／又は縞模様のパターンの位置を検出するように構成される、請求項９～２３のいずれか１項に記載の装置。
  25. 既知の位置を有する１つ又は複数のマーキングを含む基準板をさらに具備する、
    前記機器又は装置は、
    前記マーキングの上に前記照射ビームスキャナによって、前記マーキングの特に第１の方向の位置を、特に一般に前記第１の方向とは異なる第２の方向に投影されたパターンに関して判定し、
    前記判定された位置に基づいて、前記照射ビームスキャナを較正するように構成される、請求項１～８のいずれか１項に記載の機器又は請求項９～２４のいずれか１項に記載の装置。
  26. 前記パターンは、前記基準面全体にわたって前記照射ビームスキャナによって走査される照射ビームから生じる１つ又は複数の線を含む、請求項２５に記載の機器又は装置。
  27. 積層造形技術を使用して３次元ワークピースを製造するためのシステムであって、前記システムは、
    複数の偏向ユニットであって、前記偏向ユニットの少なくとも１つは、光路を、
    前記システムの表面、特に試験サンプルの表面、及び／又は
    前記積層造形技術を使用する前記システムによって固化され、及び／又は固化されることになる材料、に向かって方向転換するように構成される、複数の偏向ユニットと、
    前記偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出するように構成されたセンサと、
    前記表面及び／又は前記材料に投影するために、１つ又は複数の照射スポット及び／又はパターンを生成するように構成された１つ又は複数の照射機器であって、
    前記照射スポット及び／又はパターンのうちの第１の照射スポット及び／又はパターンは、前記偏向ユニットのうちの第２の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料の上に偏向可能であり、及び／又は、前記照射スポット及び／又はパターンのうちの第２の照射スポット及び／又はパターンは、前記偏向ユニットのうちの第３の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料の上に偏向可能である、及び／又は
    前記システムは、前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサの検出範囲内に少なくとも１つの較正マークを備える、１つ又は複数の照射機器と、を備え、
    前記システムは、
    前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサを介して、前記第１の照射スポット及び／又はパターンの第１の特徴を、前記表面及び／又は前記材料上で検出し、及び／又は
    前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサを介して、前記第２の照射スポット及び／又はパターンの第２の特徴を検出し、及び／又は
    前記偏向ユニットのうちの前記第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料を検出する前記センサを介して、前記較正マークの第３の特徴を検出するように構成され、
    前記システムは、
    前記第１の特徴と前記第２の特徴及び／又は前記第３の特徴との相関、特に、前記第１の照射スポット及び／又はパターンと前記第２の照射スポット及び／又はパターンとの間、及び／又は前記第１の照射スポット及び／又はパターンと前記較正マークとの間の相対距離を判定し、
    前記表面及び／又は前記材料上の前記第１の特徴と前記第２の特徴との前記判定された相関に基づいて、前記偏向ユニットのうちの前記第２の偏向ユニット及び／又は前記偏向ユニットのうちの前記第３の偏向ユニットを、特に互いに対して、較正し、
    及び／又は
    前記表面及び／又は前記材料上の前記第１の特徴と前記第３の特徴との前記判定された相関に基づいて、前記偏向ユニットのうちの前記第２の偏向ユニットを較正する、ようにさらに構成される、システム。
  28. 前記システムは、
    前記照射機器のうちの対応する各照射機器及び／又は前記偏向ユニットのうちの対応する各偏光ユニットに固有である前記スポット及び／又はパターンの形状及び／又は寸法及び／又は強度及び／又は強度分布と、
    前記照射ビームが生成される期間と、
    前記スポット及び／又は前記パターンが予想される、前記表面及び／又は前記材料のエリア又は一部の位置と、のうちの１つ又は複数に基づいて、前記スポット及び／又は前記パターンの特徴を、前記照射機器から生じる照射ビームと相関させるように構成される、請求項２７に記載のシステム。
  29. 前記システムは、前記表面及び／又は前記材料上の前記スポット及び／又はパターンの基準位置を使用して、前記複数の偏向ユニットを較正するように構成され、
    前記基準位置は、
    前記偏向ユニットのうちの所定の１つによって偏向される前記スポット及び／又はパターンのうちの所定の１つであって、前記システムは、前記較正のために、前記基準位置と前記スポット及び／又はパターンのうちの別の１つの前記位置との間の実際の距離と目標の距離とを比較するように構成される、所定の１つと、
    他のスポット及び／又はパターンの他の位置までの目標平均相対距離からの最小の第１の偏差を有する第１のスポット及び／又はパターンの第１の前記位置と、
    前記表面及び／又は前記材料上の目標位置からの最小の第２の偏差を有する第２の前記位置と、のうちの１つ又は複数に基づくものである、請求項２７又は２８に記載のシステム。
  30. 前記照射機器のうちの１つは、前記偏向ユニットのうちの第１の偏向ユニットを介して前記表面及び／又は前記材料に投影するための第３の前記照射スポット及び／又はパターンを生成するように構成され、前記センサにより前記表面及び／又は前記材料を観察するための観察経路と、前記第３の照射スポット及び／又はパターンの照射ビーム経路との間で角度が形成され、前記角度は、ゼロとは異なる、請求項２７～２９のいずれか１項に記載のシステム。
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