【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于对装置中的激光束的位置进行校准的方法，该装置包括用于生成激光束的至少一个光学单元，至少一个光学单元包括多个光学元件。非限制性地，该装置可以是用于粉末床熔融(例如，选择性激光烧结和/或选择性激光熔化)的装置。
技术介绍
1、粉末床熔融是一种增材分层工艺，通过该工艺，可以将粉状原料(特别是金属和/或陶瓷原料)加工成具有复杂形状的三维工件。为此，在载体上施加原料粉末层，原料粉末层根据待生产的工件的期望几何形状以点位可选择的方式受到辐射(例如，激光或粒子辐射)。穿透粉末层的辐射引发加热，并因此使原料粉末颗粒熔化或烧结。然后，在载体上已受到辐射处理的层上连续地施加另外的原料粉末层，直到工件具有期望的形状和尺寸。粉末床熔融可用于基于cad数据来生产原型、工具、替换部件、高价值部件或医疗假体，例如牙科或矫形假体。粉末床熔融技术的示例包括选择性激光熔化和选择性激光烧结。
2、已知：存在根据上述技术来生产一个或多个工件的装置。例如，ep 2 961 549a1和ep 2 878 402 a1分别描述了一种根据选择性激光熔化技术来生产三维工件的装置。这些文献中描述的一般原理还可适用于本公开的技术。
3、当通过涉及至少一个激光束的粉末床熔融技术来生成工件时，可能期望根据预期使用情况，使用装置的一个特定光学单元来产生具有不同激光光斑尺寸的激光光斑。例如，较大的激光光斑尺寸可实现工件的较大区域的快速照射和固化。与之相反，较小的激光光斑尺寸可实现工件的关键部分、特别是工件的轮廓(还称为外壳)的更精细的固化。因此
4、为了上述提供不同的激光光斑尺寸的目的，还已知：简单地使激光束散焦(即，沿着与位于x-y平面中的粉末床垂直的z方向移动焦斑，使得焦点位置不再对应于粉末床的z位置)。与精确聚焦的光斑位置处的光斑尺寸(对应于束腰)相比，这还导致光斑尺寸变宽。
5、然而，本公开针对的是激光光斑的焦点位置处的焦斑尺寸的真实差异。如下文进一步详细解释的，可通过采用变焦光学器件来调节该焦斑尺寸，这涉及移动光学单元的至少两个光学元件(例如，至少两个透镜)。因此，当本公开提及“焦斑尺寸”时，其意思是指激光束在其焦点位置处的光斑尺寸(还称为束腰)。
6、在投射平面(例如，测量平面)中投射的束斑尺寸可取决于激光束的焦斑尺寸和散焦(即，沿着相对于投射平面的z方向的焦点位置)。当焦斑尺寸改变，同时散焦改变时，这甚至可导致在投射平面中投射的束斑尺寸大小相同。因此，投射的束斑尺寸不提供关于焦斑尺寸的任何信息。
7、当生成具有不同的焦斑尺寸的激光光斑时，可能发生：光学元件的不同的光学配置导致激光光斑所指向的平面(例如，位于粉末床中或平行于粉末床的x-y平面)内的横向焦斑位置不同。
8、然而，该横向偏移(即，x-y平面内的偏移)可导致使用第一焦斑尺寸照射的部分和使用第二焦斑尺寸照射的部分发生偏移。特别是在上文讨论的外壳-芯部方法中，这可导致在待生成的工件的层的外壳和芯部之间发生偏移。在该偏移太大的情况下，工件可能出故障且无法使用。
9、本领域技术人员将理解：上述激光光斑的不同的横向位置的问题还可能在与用于粉末床熔融的装置不同的激光加工装置中引起问题。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的旨在提供一种用于对装置中的激光束的位置进行校准的方法，该装置包括用于生成激光束的至少一个光学单元，至少一个光学单元包括多个光学元件，其中，该方法避免或减少了至少一个上述问题或相关问题。特别是期望避免由同一个光学单元生成的、具有不同的焦斑尺寸的激光光斑的焦点位置的横向偏移。
2、该目的通过根据权利要求1所述的方法以及根据权利要求15所述的计算机程序产品来实现。
3、根据第一方面，提供一种用于对装置中的激光束的位置进行校准的方法，该装置包括用于引导激光束的至少一个光学单元。至少一个光学单元包括多个光学元件。该方法包括：对至少一个光学单元的多个光学元件设置第一光学配置，从而以第一焦斑尺寸将激光束引导到测量平面上；测量使用第一光学配置生成的激光束在测量平面内的第一位置；对至少一个光学单元的多个光学元件设置第二光学配置，从而以第二焦斑尺寸将激光束引导到测量平面上，第二焦斑尺寸不同于第一焦斑尺寸；测量使用第二光学配置生成的激光束在测量平面内的第二位置；以及基于所测量的第一位置和所测量的第二位置，确定至少一个校正值。
4、该装置可以是用于根据粉末熔融技术来生成三维工件的装置。更确切地说，该装置可以是用于通过选择性激光烧结和/或选择性激光熔化来生成三维工件的装置。在这种情况下，用于对激光束的位置进行校准的方法之后可跟随着粉末床熔融技术的常见步骤，例如选择性激光熔化或选择性激光烧结。具体地，该方法可涉及将原料粉末的第一层沉积到装置的载体上。第一层(以及后续层)可具有预定的层厚度，其中，根据所使用的粉末沉积技术的类型，层厚度可逐层调节或者可以固定。粉末层可通过任何合适的技术来沉积，其中，在本领域中已知有数种用于生成原料粉末层的方法和装置。在沉积原料粉末的第一层之后，根据待生产的工件和/或支撑结构的cad数据，通过激光束照射粉末的预定区域。按照这种方式，待生成的工件的第一层可受到照射，并因此直接固化在载体上或固化在结合到载体的支撑结构上。在后续步骤中，沉积原料粉末的第二层，且对所述层的预定区域进行照射和固化。按照这种方式，逐层地生成工件。
5、光学单元可包括多个光学元件，例如至少一个反射镜、至少一个透镜、至少一个光栅等。光学单元可包括激光源，或者激光源可设置在外部，且激光辐射可通过至少一根光纤或者通过空气或真空而引导到光学元件。就这一点而言，在严格意义上说，光学单元不一定可“生成”激光束(在光学单元包括相应的激光源的意义上)，而是“引导”激光束。引导激光束可包括将激光束引导到测量平面上的预定位置。为此，光学单元可包括扫描仪单元，扫描仪单元包括例如一对可移动(特别是：可倾斜)的反射镜，例如检流计反射镜。扫描仪单元的反射镜可以是平坦的，或者可具有聚焦特性(即，正屈光力)。另外或替代地，可使用用于将激光束扫描到期望位置的其它技术，例如至少一个声-光偏转器、至少一个压电致动反射镜等。
6、光学单元还可包括用于将激光束聚焦到沿着z轴的期望位置的光学元件。z轴根据笛卡尔坐标系来定义，其中，测量平面平行于x-y平面，且z轴垂直于所述x-y平面延伸。
7、光学单元还可包括变焦光学器件，变焦光学器件使得能够改变焦斑尺寸(即，焦点位置处的束腰)。这些功能(即，改变焦点位置和改变焦点尺寸)可至少部分地由同一个光学部件(例如，一个或多个可移动的透镜(更确切地说：可沿着光轴移动的透镜)使用。
8、本文所使用的表述“光学配置”包括光学单元内的光学元件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于对装置(10)中的激光束(2)的位置进行校准的方法，所述装置包括用于引导所述激光束(2)的至少一个光学单元(20)，所述至少一个光学单元(20)包括多个光学元件(34，36)，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述至少一个光学单元(20)的所述多个光学元件(34，36)设置(52)第一光学配置和/或所述对所述至少一个光学单元(20)的所述多个光学元件(34，36)设置(56)第二光学配置包括：将所述激光束(2)聚焦到所述测量平面(42)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述对所述至少一个光学单元(20)的所述多个光学元件(34，36)设置第二光学配置包括：改变至少两个光学元件(34，36)的位置，特别是改变至少两个透镜(34，36)的位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：
8.
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一照射图案和所述第二照射图案投射到或燃烧到定位在所述测量平面(42)中的箔或板或粉末层上。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，所述第一照射图案包括第一圆，以及所述第二照射图案包括与所述第一圆同心的第二圆。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述装置(10)包括多个光学单元，并且其中，对于所述光学单元中的每个光学单元，照射一组同心圆。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，所述第二焦斑尺寸(46)比所述第一焦斑尺寸(44)大至少1.5倍、至少2倍、至少3倍、至少4倍、至少5倍、至少6倍、至少7倍或者至少8倍。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述装置(10)是用于通过选择性激光烧结和/或选择性激光熔化而生成三维工件(8)的装置，并且其中，所述方法还包括：
15.一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品由装置(10)的处理器执行时，所述计算机程序产品指示所述装置(10)执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中，所述装置包括用于生成激光束(2)的至少一个光学单元(20)，所述至少一个光学单元(20)包括多个光学元件(34，36)。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于对装置(10)中的激光束(2)的位置进行校准的方法，所述装置包括用于引导所述激光束(2)的至少一个光学单元(20)，所述至少一个光学单元(20)包括多个光学元件(34，36)，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述至少一个光学单元(20)的所述多个光学元件(34，36)设置(52)第一光学配置和/或所述对所述至少一个光学单元(20)的所述多个光学元件(34，36)设置(56)第二光学配置包括：将所述激光束(2)聚焦到所述测量平面(42)上。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述对所述至少一个光学单元(20)的所述多个光学元件(34，36)设置第二光学配置包括：改变至少两个光学元件(34，36)的位置，特别是改变至少两个透镜(34，36)的位置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，还包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一照射图案和所述第二照射图案照射到定位在所述测量平面(42)中的至少一个传感器上。
9.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：简·卢卡斯·马缇斯克，简·帕维丽塔，卡斯顿·纽曼，
申请(专利权)人：尼康SLM方案股份公司，
类型：发明
国别省市：
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