TWI783672B - 層疊造形裝置及其校正方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的層疊造形裝置的校正方法包括：照射痕形成步驟、攝像步驟、確定步驟以及修正步驟。所述照射痕形成步驟是由多個掃描裝置的各個對設置於造形區域的校正板的多個目標位置掃描鐳射，並針對所述多個掃描裝置的每一個形成不同形狀的多個照射痕的步驟。所述攝像步驟是同時拍攝針對同一目標位置形成的所述照射痕的步驟。所述確定步驟是確定由所述多個掃描裝置的各個掃描的所述鐳射的多個照射位置的步驟。所述修正步驟是生成確定了所述多個掃描裝置各自的鐳射坐標系的任意地點處的偏移量的修正資料的步驟。

Description

層疊造形裝置及其校正方法
本發明涉及一種層疊造形裝置及其校正方法（lamination molding apparatus and calibration method thereof）。
層疊造形有各種方式，例如已知一種利用流電掃描器（galvano scanner）等掃描裝置掃描鐳射（laser）的層疊造形方法。具體而言，實施粉末床熔融結合（powder bed fusion）的層疊造形裝置在規定的造形區域形成材料層，掃描鐳射並向材料層的規定的照射區域照射鐳射而形成固化層。然後，重複進行材料層的形成與固化層（solidified layer）的形成，並層疊規定數量的固化層來形成所期望的三維造形物（three-dimensional molded object）。
在控制裝置上識別的鐳射的控制位置與實際上被鐳射照射的實際位置之間可能會產生不可避免的偏移。因此，如美國專利申請公開US5,832,415A所公開那樣，理想的是在造形所期望的三維造形物之前測定偏移量，來對照射鐳射的位置進行修正。例如，進行鐳射坐標系的校正的層疊造形裝置對配置於造形區域的校正板（calibration plate）上所設定的目標位置（target position）照射鐳射而形成照射痕（irradiation trace），測定作為實際上形成有照射痕的位置的照射位置，計算照射痕的目標位置與照射位置的偏移量，並基於偏移量進行修正。
此處，如美國專利申請公開US2019/0151945A1所示，已知一種包括多個掃描裝置的層疊造形裝置。在包括多個掃描裝置的層疊造形裝置中，需要對各掃描裝置的鐳射坐標系分別進行校正。
[發明所要解決的問題] 在包括多個掃描裝置的層疊造形裝置中，在降低掃描裝置間的相互誤差方面，理想的是各個掃描裝置的照射痕的目標位置一致。另外，以往，依次進行基於多個掃描裝置的鐳射坐標系的校正。即，首先將校正板設置於造形區域，使用多個掃描裝置中的一個在校正板形成照射痕，拍攝照射痕來計算偏移量。然後，更換校正板，使用其他掃描裝置在校正板形成照射痕，拍攝照射痕來計算偏移量。
如此，在現有的校正方法中，針對每個掃描裝置實施校正板的設置、照射痕的形成、照射痕的拍攝、偏移量的計算。在所述方法中，對於一次照射痕的形成及照射位置的測定，只能進行一個掃描裝置的鐳射坐標系的修正，因此在搭載有多個掃描裝置的層疊造形裝置中效率差。
鑒於所述情況，在本發明中提供一種可降低掃描裝置間的相互誤差（mutual error）、更有效地進行鐳射坐標系的校正的層疊造形裝置及其校正方法。 [解決問題的技術手段]
根據本發明，提供一種層疊造形裝置的校正方法，所述層疊造形裝置重複進行在形成所期望的三維造形物的區域即造形區域形成材料層的材料層形成步驟（material layer forming step）、與將由多個掃描裝置分別掃描的鐳射照射至所述材料層而形成固化層的固化步驟（solidifying step），來形成所述三維造形物，且所述層疊造形裝置的校正方法包括：照射痕形成步驟（irradiation trace forming step），由所述多個掃描裝置的各個對設置於所述造形區域的校正板的多個目標位置掃描所述鐳射，並針對所述多個掃描裝置的每一個形成不同形狀的多個照射痕；攝像步驟，利用包括攝像元件的攝像裝置，同時拍攝針對所述多個目標位置中的同一目標位置形成的所述多個照射痕；確定步驟（specifying step），基於在所述攝像步驟中所拍攝的所述多個照射痕，來確定由所述多個掃描裝置的各個掃描的所述鐳射的多個照射位置；以及修正步驟（correction step），基於在所述確定步驟中所確定的所述多個照射位置，生成確定了所述多個掃描裝置各自的鐳射坐標系（laser coordinate system）的任意地點處的偏移量的修正資料。
另外，根據本發明，提供一種層疊造形裝置，包括：材料層形成裝置，在形成所期望的三維造形物的區域即造形區域形成材料層；照射裝置，包括輸出鐳射的至少一個鐳射光源、以及分別掃描所述鐳射並照射至所述材料層而形成固化層的多個掃描裝置；攝像裝置，包括攝像元件，且構成為能夠拍攝所述造形區域；以及控制裝置，對所述材料層形成裝置、所述照射裝置及所述攝像裝置進行控制，所述控制裝置對所述照射裝置進行控制，由所述多個掃描裝置的各個對設置於所述造形區域的校正板的多個目標位置掃描所述鐳射，並針對所述多個掃描裝置的每一個形成不同形狀的多個照射痕，所述控制裝置對所述攝像裝置進行控制，同時拍攝針對所述多個目標位置中的同一目標位置形成的所述多個照射痕，所述控制裝置基於由所述攝像裝置拍攝的所述多個照射痕，來確定由所述多個掃描裝置的每一個的各個掃描中的所述鐳射的多個照射位置，所述控制裝置基於所確定的所述照射位置，生成確定了所述多個掃描裝置各自的鐳射坐標系的任意地點處的偏移量的修正資料。 [發明的效果]
根據本發明，由多個掃描裝置的各個對多個目標位置掃描鐳射，而形成照射痕。在各目標位置重疊形成多個照射痕，照射痕針對每個掃描裝置具有不同的形狀。然後，同時拍攝針對同一目標位置形成的多個照射痕，計算照射位置。由此，即便在包括多個掃描裝置的層疊造形裝置中，也可降低掃描裝置間的相互誤差，並且可比較高速地獲取目標位置與照射位置的偏移量，可高效地進行鐳射坐標系的校正。
以下，使用附圖對本發明的實施方式進行說明。以下所示的實施方式中所示的各種特徵事項能夠相互組合。再者，以下說明的校正方法是在層疊造形裝置1中實施，所述層疊造形裝置1重複進行在形成所期望的三維造形物的區域即造形區域R形成材料層93的材料層形成步驟、與將由多個掃描裝置的各個掃描的鐳射L1、鐳射L2照射至材料層93而形成固化層95的固化步驟，來形成三維造形物。
如圖1及圖2所示，本實施方式的層疊造形裝置1包括：腔室11、造形平臺2、材料層形成裝置4、照射裝置5、加工裝置6以及攝像裝置7。
腔室11構成為實質上密閉，並覆蓋作為形成所期望的三維造形物的區域的造形區域R。在造形中，在腔室11內充滿了規定濃度的惰性氣體。另外，包含在固化層95的形成時產生的煙塵的惰性氣體從腔室11內排出。理想的是從腔室11排出的惰性氣體在去除煙塵（fume）之後被返送至腔室11內。
造形平臺2設置於造形區域R中，且構成為能夠通過造形平臺驅動裝置3沿鉛直方向移動。在形成三維造形物時，可在造形平臺2上載置基底板91。即，可在基底板91上形成第一層的材料層93。另外，在進行層疊造形裝置1的鐳射坐標系的校正時，在造形平臺2上載置校正板T。再者，作為造形平臺驅動裝置3，可採用包括可使造形平臺2沿著鉛直方向往復移動的任意的致動器的裝置。
材料層形成裝置4設置於腔室11內。材料層形成裝置4在造形區域R上、即造形平臺2上形成規定厚度的材料層93。材料層形成裝置4可為形成材料層93的任意裝置，但本實施方式的材料層形成裝置4包括：基底台41，具有造形區域R；塗覆機頭（recoater head）42，配置於基底台41上且構成為能夠沿水平單軸（horizontal uniaxial direction）方向移動；以及塗覆機頭驅動裝置43，為驅動塗覆機頭42的任意的致動器。在塗覆機頭42的兩側面分別設置葉片。塗覆機頭42從未圖示的材料供給裝置供給材料粉體，將收容於內部的材料粉體從底面排出同時沿水平單軸方向往復移動。此時，葉片將所排出的材料粉體平坦化而形成材料層93。
照射裝置5設置於腔室11的上方，並通過視窗12向材料層93照射鐳射L1及鐳射L2，而使材料層93燒結（sinter）或熔融（melt）來形成固化層95。在進行層疊造形裝置1的鐳射坐標系的校正時，鐳射L1及鐳射L2照射至校正板T。
如圖3所示，照射裝置5包括：鐳射光源511、聚焦控制單元512以及掃描裝置513，並通過它們來照射鐳射L1。另外，照射裝置5包括：鐳射光源521、聚焦控制單元522以及掃描裝置523，並通過它們來照射鐳射L2。
鐳射光源511輸出鐳射L1。鐳射L1能夠燒結或熔融材料層93，且例如為CO 2雷射器、光纖雷射器或釔鋁石榴石（Yttrium Aluminum Garnet，YAG）雷射器。從鐳射光源511輸出的鐳射L1通過未圖示的準直器被轉換為平行光。聚焦控制單元512包括：可動透鏡512a、透鏡致動器512b以及聚光透鏡512c。可動透鏡512a能夠通過透鏡致動器512b沿鐳射L1的光軸方向移動，且隨著移動而調整鐳射L1的焦點位置。聚光透鏡512c對通過了可動透鏡512a的鐳射L1進行聚光。利用可動透鏡512a及聚光透鏡512c將由準直器轉換為平行光的鐳射L1調整為規定的光斑直徑。在本實施方式中，可動透鏡512a為擴散透鏡，但也可為聚光透鏡。在本實施方式中，掃描裝置513為流電掃描器。掃描裝置513包括：X軸電流鏡（galvano mirror）513a、使X軸電流鏡513a旋轉的X軸反射鏡致動器513b、Y軸電流鏡513c、以及使Y軸電流鏡513c旋轉的Y軸反射鏡致動器513d。掃描裝置513掃描鐳射L1並向材料層93的規定的照射區域照射鐳射L1而形成固化層95。具體而言，通過對X軸電流鏡513a的旋轉角度進行控制來對鐳射L1在X軸方向上的掃描進行控制，通過對Y軸電流鏡513c的旋轉角度進行控制來對鐳射L1在Y軸方向上的掃描進行控制。
鐳射光源521輸出鐳射L2。鐳射L2能夠燒結或熔融材料層93，且例如為CO 2雷射器、光纖雷射器或YAG雷射器。從鐳射光源521輸出的鐳射L2通過未圖示的準直器轉換為平行光。聚焦控制單元522包括：可動透鏡522a、透鏡致動器522b以及聚光透鏡522c。可動透鏡522a能夠通過透鏡致動器522b沿鐳射L2的光軸方向移動，且隨著移動而調整鐳射L2的焦點位置。聚光透鏡522c對通過了可動透鏡522a的鐳射L2進行聚光。利用可動透鏡522a及聚光透鏡522c將由準直器（collimator）轉換為平行光的鐳射L2調整為規定的光斑直徑（spot diameter）。在本實施方式中，可動透鏡522a為擴散透鏡，但也可為聚光透鏡。在本實施方式中，掃描裝置523為流電掃描器。掃描裝置523包括：X軸電流鏡523a、使X軸電流鏡523a旋轉的X軸反射鏡致動器523b、Y軸電流鏡523c、以及使Y軸電流鏡523c旋轉的Y軸反射鏡致動器523d。掃描裝置523掃描鐳射L2並向材料層93的規定的照射區域照射鐳射L2而形成固化層95。具體而言，通過對X軸電流鏡523a的旋轉角度進行控制來對鐳射L2在X軸方向上的掃描進行控制，通過對Y軸電流鏡523c的旋轉角度進行控制來對鐳射L2在Y軸方向上的掃描進行控制。
再者，在本實施方式中，針對每個掃描裝置513、掃描裝置523分別設置了鐳射光源511及鐳射光源521，但也可構成為通過光束分離器等使從一個光源輸出的鐳射分光。換言之，照射裝置只要包括至少一個鐳射光源及多個掃描裝置即可。另外，照射裝置可包括三個以上的掃描裝置，也可構成為能夠同時掃描三個以上的鐳射。再者，照射裝置5不僅用於固化層95的形成，還用於在校正板T形成規定的照射痕。
加工裝置6對固化層95的表面或不需要的部分進行切削。加工裝置6包括：加工頭61、加工頭驅動裝置63以及切削工具69。加工頭驅動裝置63只要包括任意的驅動器即可，並使加工頭61移動至腔室11內的造形區域R上的任意位置。例如，加工頭驅動裝置63包括：X軸驅動裝置，使加工頭61沿規定的水平方向即X軸方向移動；Y軸驅動裝置，使加工頭61沿與X軸正交的水平方向即Y軸方向移動；以及Z軸驅動裝置，使加工頭61沿規定的鉛直方向即Z軸方向移動。
加工頭61包括主軸65。主軸65握持立銑刀等切削工具69，且構成為可通過主軸馬達67旋轉。通過由主軸65旋轉的切削工具69，對固化層95的表面或不需要的部分進行切削加工。
再者，層疊造形裝置1也可不包括切削裝置，切削裝置也可為其他結構。例如，切削裝置也可包括：加工頭，設置有握持車刀等切削工具並且使切削工具沿著鉛直方向的旋轉軸轉動的回轉機構；以及加工頭驅動裝置，用於水平驅動加工頭。此時，加工頭驅動裝置例如包括：一對第一水平移動機構、設置於一對第一水平移動機構的台架（gantry）、以及安裝於台架且固定有加工頭的第二水平移動機構。
攝像裝置7構成為能夠拍攝造形區域R的至少一部分，且在後述的鐳射坐標系的校正時，拍攝照射痕，而獲取照射痕的位置資訊。照射痕為通過鐳射L1、鐳射L2的照射而形成於校正板T的能夠由攝像裝置7識別的刻印（marks）。攝像裝置7只要包括能夠拍攝照射痕的任意的攝像元件即可，例如為電荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）照相機。
在本實施方式中，攝像裝置7設置於加工裝置6的加工頭61，且通過利用加工頭驅動裝置63使加工頭61移動，而移動至腔室11內的任意位置。若如此，則不需要為了使攝像裝置7移動而另外設置驅動裝置，因此優選。但是，也可另外設置使攝像裝置7移動的驅動裝置。另外，若能夠由攝像裝置7拍攝的區域包含所有的照射痕，則攝像裝置7也可固定於腔室11內的規定位置。
此處，對層疊造形裝置1的控制裝置8進行說明。如圖4所示，本實施方式的控制裝置8包括：主控制裝置81、照射控制裝置83、攝像控制裝置85、以及驅動器870、驅動器871、驅動器872、驅動器873、驅動器874、驅動器875、驅動器876、驅動器877、驅動器878、驅動器879。主控制裝置81、照射控制裝置83及攝像控制裝置85也可分別任意組合硬體與軟體而構成。例如，主控制裝置81、照射控制裝置83及攝像控制裝置85分別包括：中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read Only Memory，ROM）、輔助存儲裝置、輸入輸出介面。另外，在本實施方式中，主控制裝置81、照射控制裝置83及攝像控制裝置85分別獨立地構成，但主控制裝置81、照射控制裝置83及攝像控制裝置85中的至少兩個以上也可構成為一體。
主控制裝置81按照未圖示的電腦輔助製造（Computer Aided Manufacturing，CAM）裝置所製作的專案檔案，經由驅動器870、驅動器871、驅動器872、驅動器873，對塗覆機頭42、造形平臺2、加工頭61及主軸65進行控制。另外，主控制裝置81將專案檔案（project file）中的包含與鐳射L1、鐳射L2的掃描等相關的指令的造形程式發送至照射控制裝置83。
進而，在鐳射坐標系的校正時，主控制裝置81驅動加工頭61而使攝像裝置7移動至能夠拍攝照射痕的位置，並且向照射控制裝置83發送照射痕的形成的鐳射L1、鐳射L2的照射指令，並向攝像控制裝置85發送照射痕的攝像指令。再者，主控制裝置81的所述控制也可由照射控制裝置83或攝像控制裝置85進行。
照射控制裝置83基於從主控制裝置81發送的造形程式及鐳射坐標系的修正資料，對照射裝置5進行控制。具體而言，照射控制裝置83經由驅動器874、驅動器875對X軸電流鏡513a及Y軸電流鏡513c的旋轉角度進行控制，來對鐳射L1的位置進行控制。另外，照射控制裝置83經由驅動器876對可動透鏡512a的位置進行控制，來調節鐳射L1的焦點位置。另外，照射控制裝置83對鐳射光源511進行控制，來進行鐳射L1的強度的調節或接通/斷開的切換。照射控制裝置83經由驅動器877、驅動器878對X軸電流鏡523a及Y軸電流鏡523c的旋轉角度進行控制，來對鐳射L2的位置進行控制。另外，照射控制裝置83經由驅動器879對可動透鏡522a的位置進行控制，來調節鐳射L2的焦點位置。另外，照射控制裝置83對鐳射光源521進行控制，來進行鐳射L2的強度的調節或接通/斷開的切換。
進而，在鐳射坐標系的校正時，照射控制裝置83基於從主控制裝置81發送的照射指令對照射裝置5進行控制，以在校正板T的所期望的位置形成照射痕。此時，對於校正板T的多個相同的目標位置，通過由掃描裝置513、掃描裝置523的各個掃描的鐳射L1、鐳射L2分別形成不同形狀的照射痕。另外，照射控制裝置83將照射痕的目標位置的座標資料與從攝像控制裝置85獲取的照射痕的實際照射位置的座標資料進行比較，生成確定了鐳射坐標系的各地點處的偏移量的修正資料。再者，照射控制裝置83的所述控制也可由主控制裝置81或攝像控制裝置85進行。
在鐳射坐標系的校正時，攝像控制裝置85基於從主控制裝置81發送的攝像指令拍攝照射痕，而獲取照射痕的位置資訊。此時，攝像控制裝置85對攝像裝置7進行控制，以同時拍攝針對同一目標位置形成的多個照射痕。攝像控制裝置85對所獲取的位置資訊進行分析，將其數值化為座標資料並發送至主控制裝置81及照射控制裝置83。再者，攝像控制裝置85的所述控制也可由主控制裝置81或照射控制裝置83進行。
作為校正板T，只要可形成照射痕，則能夠使用任意的校正板，但理想的是表面平坦且比較難以受到溫度或濕度等的影響的校正板。校正板T也可包括照射目標與安裝照射目標的基板而構成。照射目標為能夠通過鐳射L1、鐳射L2的照射而形成照射痕的片狀的構件，且例如是黑紙或熱敏紙。基板為具有所期望的平面度的板狀構件，且例如為玻璃板。校正板T載置於造形平臺2上，以使多個目標位置位於校正板T上。
接著，對在進行層疊造形裝置1的鐳射坐標系的校正時，成為照射鐳射L1及鐳射L2的目標的目標位置進行說明。目標位置為設定於造形區域R上的多個座標，每個目標位置是在控制裝置8上識別的造形區域R上的一個座標，對各目標位置照射鐳射L1及鐳射L2，從而形成照射痕。換言之，在照射痕的形成時，以使具有規定形狀的照射痕中的能夠由攝像裝置檢測的規定的一點的座標與目標位置的座標一致的方式被鐳射L1及鐳射L2照射。目標位置的數量及位置無特別限定，但理想的是均等地分佈於造形區域R上。在本實施方式中，如圖5所示，縱向5個、橫向5個、共計25個目標位置t1-t25以規定的間隔呈格子狀配置於造形區域R上、即校正板T上。
接著，對形成於校正板T的照射痕進行說明。照射痕具有能夠確定照射痕內的規定的至少一點的形狀。以下，只要無特別說明，則照射痕的照射位置是指其能夠確定的一點。對照射裝置5進行控制，以使照射痕的照射位置與目標位置一致，從而在校正板T形成照射痕。但是，實際上，照射位置與目標位置可能會產生偏移。如圖6A至圖6E例示性所示，鐳射L1與鐳射L2分別形成的照射痕從十字形、X字形、圓形、正三角形、倒正三角形等多個形狀圖案中選擇任意的形狀圖案。十字形與X字形的照射痕由交叉的兩條線段構成。由交叉的兩條線段構成的照射痕形成為其交點與目標位置一致。另外，圓形、正三角形、倒正三角形等無法取得線段的交點的形狀的照射痕形成為例如其重心與目標位置一致。再者，此處所示的照射痕的形狀為一例，且可使用矩形、菱形、梯形、等腰三角形等各種形狀的照射痕。
另外，在規定的目標位置處，由鐳射L1形成的照射痕與由鐳射L2形成的照射痕具有不同的形狀。因此，如圖7A至圖7D例示性地所示，由鐳射L1與鐳射L2此兩者形成的照射痕為十字形與X字形重疊的形狀、十字形與圓形重疊的形狀、十字形與正三角形重疊的形狀等。再者，由鐳射L1及鐳射L2分別形成的照射痕的形狀不需要在所有的目標位置處相同。另外，即便在層疊造形裝置構成為能夠同時掃描三個以上的鐳射的情況下，在規定的目標位置處，由各鐳射形成的照射痕也分別具有不同的形狀。在構成為能夠同時掃描四個鐳射的情況下，照射痕也可如圖7E例示性地所示為十字形、X字形、圓形、正三角形重疊的形狀。當然，照射痕也可為其他形狀重疊的形狀。
控制裝置8的攝像控制裝置85根據多個重疊的照射痕確定各個照射位置。在照射痕由兩條線段形成的情況下，攝像控制裝置85可將線段的交點確定為照射位置。再者，由鐳射L1、鐳射L2形成的線段具有規定的寬度，因此也可在交點的計算時，計算線段的中心線，並將各中心線的交點作為線段的交點。另外，在照射痕為圓形、正三角形、倒正三角形等無法取得線段的交點的形狀的情況下，控制裝置8的攝像控制裝置85也可將照射痕的重心確定為照射位置。
此處，以圖7B所示的十字形的照射痕與圓形的照射痕重疊的燒結痕為例，對照射位置的確定方法進行說明。如圖8A所示，攝像控制裝置85根據攝像裝置7所拍攝的照射痕來確定線段的中心線與圓形的輪廓。然後，如圖8B所示，攝像控制裝置85著眼於線段的中心線，並將中心線的交點確定為十字形的照射痕的照射位置。另外，如圖8C所示，攝像控制裝置85著眼於圓的輪廓，並將圓的重心確定為圓形的照射痕的照射位置。
如圖9A至圖9D所示，校正前的鐳射坐標系有時變形，因此照射痕也有可能產生變形。通過將圓形或正三角形等照射痕的重心確定為照射位置，照射痕為正常的圓形的情況自不必說，在變形而成為橢圓形的照射痕的情況下，也可適宜地確定照射位置。同樣地，無論照射痕是正常的正三角形的情況，還是變形而成為並非正三角形的三角形的照射痕的情況，均可適宜地確定照射位置。
在通過以上說明的層疊造形裝置1形成所期望的三維造形物時，事先進行鐳射坐標系的校正。鐳射坐標系的校正只要在機械調整後或造形開始前等任意的時機進行即可。優選為鐳射坐標系的校正是在每次造形開始時實施。此處，參照圖10對層疊造形裝置1的鐳射坐標系的校正時的動作流程進行說明。
首先，在腔室11內的造形區域R、即造形平臺2上設置校正板T。優選為調整造形平臺2的位置，以使校正板T的上表面位置與之後的層疊造形時的材料層93的上表面位置一致。另外，為了使腔室11內接近之後的層疊造形時的環境，理想的是在腔室11內充滿與之後的層疊造形時相同種類的惰性氣體。
接著，實施照射痕形成步驟。照射裝置5將鐳射L1照射至校正板T的目標位置t1而形成照射痕（A101），並且將鐳射L2照射至校正板T的目標位置t1而形成照射痕（A102）。此時，在目標位置t1處由鐳射L1形成的照射痕的形狀與在目標位置t1處由鐳射L2形成的照射痕的形狀不同。重複進行同樣的處理，直至對所有的目標位置照射鐳射L1及鐳射L2而形成照射痕為止。
優選為在照射痕形成步驟中，由照射裝置5的掃描裝置的各個掃描的鐳射L1及鐳射L2同時照射至校正板T。換言之，基於鐳射L1的照射痕形成步驟與基於鐳射L2的照射痕形成步驟並行地進行。再者，鐳射L1與鐳射L2可同時照射至相同的目標位置，也可同時照射至不同的目標位置。通過並行地進行基於鐳射L1的照射痕的形成與基於鐳射L2的照射痕的形成，可縮短照射痕的形成所花費的時間。
繼而，實施攝像步驟。通過移動加工頭61，攝像裝置7移動至目標位置t1的正上方（A103）。然後，利用攝像裝置7拍攝校正板T的目標位置t1處所形成的照射痕，來獲得圖像資料（A104）。此時，在目標位置t1的附近重疊存在由鐳射L1及鐳射L2形成的照射痕，因此攝像裝置7同時拍攝針對同一目標位置形成的多個照射痕。
然後，實施確定步驟。攝像控制裝置85對圖像資料進行分析，來確定照射痕的實際照射位置（A105）。如此，基於在攝像步驟中所拍攝的照射痕，來確定由照射裝置5的掃描裝置的各個掃描的鐳射L1與鐳射L2的照射位置。
攝像步驟及確定步驟重複進行，直至確定所有的照射痕的照射位置為止。再者，確定步驟也可在結束了所有的照射痕的攝像步驟之後實施。另外，也可在鐳射L1、鐳射L2不與加工頭61等干涉的範圍內，並行地進行照射痕形成步驟與攝像步驟。
接著，實施修正步驟。照射控制裝置83將由鐳射L1形成的照射痕的目標位置的座標與由鐳射L1形成的照射痕的實際的照射位置的座標進行比較，來求出目標位置與實際的照射位置的偏移量。另外，照射控制載置83還基於照射痕的偏移量來推定並求出形成了照射痕的座標以外的偏移量。如此，照射控制裝置83生成確定了掃描裝置513的鐳射坐標系的各地點處的偏移量的修正資料（A106）。按照同樣的順序，照射控制裝置83生成確定了掃描裝置523的鐳射坐標系的各地點處的偏移量的修正資料（A107）。這些修正資料是在之後的層疊造形中利用。
然後，當結束修正步驟後，層疊造形裝置1結束鐳射坐標系的校正處理。再者，此處說明的各步驟的處理順序為一例，也能夠按照其他順序進行處理。
如此，在本實施方式的校正方法中，使用多個掃描裝置513、523，在校正板T的相同目標位置形成形狀分別不同的照射痕，並同時拍攝這些照射痕。由此，在包括多個掃描裝置513、523的層疊造形裝置1中，也可並行地進行各掃描裝置513、掃描裝置523的鐳射坐標系的校正。進而，可降低掃描裝置513、掃描裝置523間的相互誤差，並且可比較高速地獲取目標位置與照射位置的偏移量。另外，在使用加工頭驅動裝置63等驅動裝置拍攝照射痕時，在使攝像裝置7移動至目標位置的正上方的情況下，可同時拍攝通過一次的移動重疊的照射痕，因此也可降低加工頭驅動裝置63等驅動裝置引起的機械誤差。
通過如以上那樣校正的層疊造形裝置1，實施用於獲得所期望的三維造形物的層疊造形。
首先，在造形平臺2設置基底板91，在腔室11充滿規定濃度的惰性氣體。
繼而，進行在造形區域R形成材料層93的材料層形成步驟。造形平臺2被調整至可形成規定厚度的材料層93的適當的高度，塗覆機頭42在造形區域R上沿水平方向移動。從塗覆機頭42散佈的材料被葉片整平，從而形成材料層93。
然後，進行通過照射裝置5將鐳射L1、鐳射L2照射至材料層93的規定的照射區域而形成固化層95的固化步驟。此時，造形程式中所規定的鐳射L1、鐳射L2的掃描的指令是通過鐳射坐標系的修正資料修正。
重複進行如以上那樣的材料層形成步驟與固化步驟，層疊多個固化層95來製造所期望的三維造形物。
再者，也可在每次形成規定數量的固化層95時，實施對固化層95的表面進行切削的切削步驟。通過實施切削步驟，可獲得更高精度的三維造形物。
如已經具體地示出了若干例子那樣，本發明不限定於附圖中所示的實施方式的結構，能夠在不脫離本發明的技術思想的範圍內進行各種變形或應用。
1:層疊造形裝置 2:造形平臺 3:造形平臺驅動裝置 4:材料層形成裝置 5:照射裝置 6:加工裝置 7:攝像裝置 8:控制裝置 11:腔室 12:窗口 41:基底台 42:塗覆機頭 43:塗覆機頭驅動裝置 61:加工頭 63:加工頭驅動裝置 65:主軸 67:主軸馬達 69:切削工具 81:主控制裝置 83:照射控制裝置 85:攝像控制裝置 91:基底板 93:材料層 95:固化層 511、521:鐳射光源 512、522:聚焦控制單元 512a、522a:可動透鏡 512b、522b:透鏡致動器 512c、522c:聚光透鏡 513、523:掃描裝置 513a、523a:X軸電流鏡 513b、523b:X軸反射鏡致動器 513c、523c:Y軸電流鏡 513d、523d:Y軸反射鏡致動器 870、871、872、873、874、875、876、877、878、879:驅動器 A101、A102、A103、A104、A105、A106、A107:步驟 L1、L2:鐳射 R:造形區域 T:校正板 t1-t25:目標位置
圖1是本發明的實施方式的層疊造形裝置的概略結構圖，且表示校正中的狀態。 圖2是本發明的實施方式的層疊造形裝置的概略結構圖，且表示造形中的狀態。 圖3是照射裝置的概略結構圖。 圖4是控制裝置的框圖。 圖5表示目標位置的配置例。 圖6A表示十字形的照射痕。 圖6B表示X字形的照射痕。 圖6C表示圓形的照射痕。 圖6D表示正三角形的照射痕。 圖6E表示倒正三角形的照射痕。 圖7A表示十字形的照射痕與X字形的照射痕重疊的狀態。 圖7B表示十字形的照射痕與圓形的照射痕重疊的狀態。 圖7C表示X字形的照射痕與圓形的照射痕重疊的狀態。 圖7D表示十字形的照射痕與正三角形的照射痕重疊的狀態。 圖7E表示十字形的照射痕、X字形的照射痕、圓形的照射痕、正三角形的照射痕重疊的狀態。 圖8A是十字形的照射痕與圓形的照射痕各自的照射位置的確定方法的說明圖。 圖8B是十字形的照射痕與圓形的照射痕各自的照射位置的確定方法的說明圖。 圖8C是十字形的照射痕與圓形的照射痕各自的照射位置的確定方法的說明圖。 圖9A表示圓形的照射痕的重心。 圖9B表示變形的圓形的照射痕的重心。 圖9C表示正三角形的照射痕的重心。 圖9D表示變形的三角形的照射痕的重心。 圖10是展示層疊造形裝置的動作的流程的活動圖。
A101、A102、A103、A104、A105、A106、A107:步驟

Claims (8)

  1. 一種層疊造形裝置的校正方法，所述層疊造形裝置重複進行材料層形成步驟與固化步驟來形成三維造形物，所述材料層形成步驟在形成所期望的三維造形物的區域即造形區域形成材料層，所述固化步驟將由多個掃描裝置分別掃描的鐳射照射至所述材料層而形成固化層，且所述層疊造形裝置的校正方法包括：照射痕形成步驟，由所述多個掃描裝置的各個對設置於所述造形區域的校正板的多個目標位置掃描所述鐳射，並針對各個所述多個目標位置，所述多個掃描裝置的每一個形成不同形狀的具有互相重疊的多個照射痕；攝像步驟，利用包括攝像元件的攝像裝置，同時拍攝針對所述多個目標位置中的同一目標位置形成的所述多個照射痕；確定步驟，基於在所述攝像步驟中所拍攝的所述多個照射痕，來確定由所述多個掃描裝置的各個掃描的所述鐳射的多個照射位置；以及修正步驟，基於在所述確定步驟中所確定的所述多個照射位置，生成確定了所述多個掃描裝置各自的鐳射坐標系的任意地點處的偏移量的修正資料。
  2. 如請求項1所述的層疊造形裝置的校正方法，其中，在所述照射痕形成步驟中，由所述多個掃描裝置的各個掃描的所述鐳射同時照射至所述校正板。
  3. 如請求項1所述的層疊造形裝置的校正方法，其中，在所述攝像步驟中，所述攝像裝置移動至多個目標位置的每一個的正上方。
  4. 如請求項1所述的層疊造形裝置的校正方法，其中，所述層疊造形裝置包括對所述固化層進行切削的加工裝置，所述加工裝置包括：切削工具；加工頭，握持所述切削工具；以及加工頭驅動裝置，具有致動器，且使所述加工頭移動至所述造形區域上方的任意位置，所述攝像裝置設置於所述加工頭。
  5. 如請求項1所述的層疊造形裝置的校正方法，其中，在所述確定步驟中，將通過由所述多個掃描裝置中的至少一個掃描裝置掃描的至少一個所述鐳射形成的所述多個照射痕的每一個的重心確定為所述多個照射位置中的一個。
  6. 如請求項1所述的層疊造形裝置的校正方法，其中，通過由所述多個掃描裝置中的至少一個掃描裝置掃描的至少一個所述鐳射形成的所述多個照射痕的每一個為交叉的兩條線段，在所述確定步驟中，將所述線段的交點確定為所述照射位置。
  7. 如請求項1所述的層疊造形裝置的校正方法，其中，所述多個目標位置以規定的間隔呈格子狀配置於所述造形區域上。
  8. 一種層疊造形裝置，包括：材料層形成裝置，在形成所期望的三維造形物的區域即造形區 域形成材料層；照射裝置，包括輸出鐳射的至少一個鐳射光源、以及分別掃描所述鐳射並照射至所述材料層而形成固化層的多個掃描裝置；攝像裝置，包括攝像元件，且構成為能夠拍攝所述造形區域；以及控制裝置，對所述材料層形成裝置、所述照射裝置及所述攝像裝置進行控制，所述控制裝置對所述照射裝置進行控制，由所述多個掃描裝置的各個對設置於所述造形區域的校正板的多個目標位置掃描所述鐳射，並針對各個所述多個目標位置，所述多個掃描裝置的每一個形成不同形狀的具有互相重疊的多個照射痕，所述控制裝置對所述攝像裝置進行控制，同時拍攝針對所述多個目標位置中的同一目標位置形成的多個所述照射痕，所述控制裝置基於由所述攝像裝置拍攝的所述多個照射痕，來確定由所述多個掃描裝置的各個掃描的所述鐳射的多個照射位置，所述控制裝置基於所確定的所述多個照射位置，生成確定了所述多個掃描裝置各自的鐳射坐標系的任意地點處的偏移量的修正資料。
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