Устройство и способ для калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия - RU2747975C1

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к устройству для калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия в соответствии с пунктом 1 формулы и к способу калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия в соответствии с пунктом 13 формулы. Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть найдены в зависимых пунктах формулы.

В аддитивных методах производства для изготовления трехмерных изделий, в частности, в способах плавки порошкового слоя, порошок исходного материала помещают на стол носителя слоями и облучают лазерным лучом или пучком частиц или тому подобным селективным образом в требуемых положениях в зависимости от требуемой геометрии изделия. Излучение, вводимое в порошковый слой, вызывает селективное повышение температуры, приводящее к расплавлению порошка исходного материала и/или к спеканию частиц порошка. Изделие изготавливают послойно, при этом осуществляют селективное облучение для каждого слоя порошка. Исходный материал может представлять собой, например, металлический порошок, керамический порошок или смесь материалов, которые могут дополнительно содержать добавки. Аддитивное производство может быть использовано для изготовления прототипов, оснастки, запасных частей, медицинских протезов, в частности зубных и ортопедических протезов, а также для ремонтных компонентов, основанных на данных САПР.

Пример установки для изготовления трехмерных изделий с использованием плавления в порошковом слое описан, например, в патенте ЕР 1793979 В1.

Кроме того, в существующем уровне техники в целом известны устройства с более чем одним блоком облучения, что обеспечивает более высокую скорость изготовления и/или облучение большей площади. Обычно в случае использования двух блоков облучения имеется область в плоскости облучения соответствующего производственного устройства, в которой зоны обработки двух блоков облучения перекрываются, т.е. они доступны обоим блокам облучения. В этом случае необходимо правильно калибровать процедуры позиционирования двух блоков облучения для того, чтобы гарантировать, что изготавливаемое изделие может быть изготовлено с высокой точностью.

Из патента DE 10 2013 213 547 А1 известно калибровочное устройство, которое помещают в технологическую камеру производственного устройства, содержащего два лазерных блока облучения, каждый из которых излучает лазерный луч для воздействия на поверхность порошка. Устройство калибровки содержит два детектора для детектирования одного из лазерных лучей, причем эти детекторы расположены за одной точечной диафрагмой, так что лазерный луч может достигать соответствующего детектора только в случае правильной настройки.

В свете существующего уровня техники задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить надлежащую калибровку системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия предпочтительным образом.

Эта задача решена посредством устройства для калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия в соответствии с пунктом 1 формулы, а также посредством способа калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия в соответствии с пунктом 13 формулы.

Настоящее изобретение относится к устройству калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерных изделий. Система облучения содержит первый блок облучения для селективного излучения первого луча облучения вдоль первой рабочей оси на плоскость облучения и второй блок облучения для селективного излучения второго луча облучения вдоль второй рабочей оси на плоскость облучения. Устройство содержит блок управления, выполненный с возможностью управления первым блоком облучения для излучения первого луча облучения на плоскость облучения в соответствии со схемой облучения, и управления вторым блоком облучения для перемещения второй рабочей оси относительно плоскости облучения таким образом, что вторая рабочая ось пересекает схему облучения, создаваемую первым блоком облучения на плоскости облучения. Кроме того, устройство содержит блок детектирования, выполненный с возможностью детектирования технологического излучения, испускаемого из области точки падения на плоскости облучения, в которой вторая рабочая ось второго блока облучения проходит через плоскость облучения, и выдачи сигналов, указывающих на детектированное технологическое излучение, блоку управления. Блок управления дополнительно выполнен с возможностью определять положение схемы облучения, создаваемой первым блоком облучения на плоскости облучения и определять положение по меньшей мере одной точки пересечения между схемой облучения, создаваемой первым блоком облучения, и второй рабочей осью второго блока облучения на основе сигналов, выдаваемых блоком детектирования. Кроме того, блок управления выполнен с возможностью калибровки системы облучения на основе определенного ранее положения схемы облучения, создаваемой первым блоком облучения, и определенного положения по меньшей мере одной точки пересечения.

Устройство позволяет осуществлять калибровку системы облучения более точным и/или более простым образом. Может быть выполнена надежная калибровка в течение короткого промежутка времени. Кроме того, может существовать возможность выполнения калибровки без необходимости открытия технологической камеры и/или манипулирования дополнительным оборудованием. Для калибровки могут использоваться существующие компоненты, что устраняет необходимость в специализированных калибровочных устройствах. Кроме того, калибровка может быть выполнена не только во время ввода в эксплуатацию, но и перед началом конкретного производственного процесса. В дополнение к этому, процедура калибровки может быть полностью автоматизирована. Кроме того, могут быть эффективно скомпенсированы термические дрейфы и/или наведенные электрические дрейфы.

Устройство для изготовления трехмерного изделия может представлять собой установку для изготовления изделия из порошкового слоя, например, путем селективного плавления, селективного спекания и т.п.Установка для изготовления трехмерного изделия может содержать технологическую камеру, которая может быть заполнена или иметь возможность заполнения инертным газом и/или выполнена с возможностью по меньшей мере частичного вакуумирования. Технологическая камера может содержать по меньшей мере одно окно или входное отверстие или тому подобное для введения по меньшей мере одного луча облучения, возможно, одно окно или входное отверстие для каждого луча и/или окно или входное отверстие, используемое для введения двух или более лучей. Устройство для калибровки системы облучения может быть частью установки. В частности, блок управления может быть блоком управления установки. Также не исключается, что устройство является устройством и/или модулем, устанавливаемом при модернизации. Устройство может быть выполнено с возможностью временной установки и/или отсоединения от установки.

Первый луч облучения и/или второй луч облучения могут представлять собой пучки частиц, лазерные лучи или лучи электромагнитного излучения других типов. Предпочтительно первый луч облучения и второй луч облучения являются лучами одного типа. Однако принципиально возможно использование различных типов лучей. Кроме того, могут быть использованы более двух блоков облучения. Кроме того, по меньшей мере один блок облучения может быть приспособлен для облучения более чем одного луча облучения.

Предпочтительно, система облучения определяет область облучения в плоскости облучения, причем область облучения является областью, доступной по меньшей мере для одного из лучей облучения. Например, центральная часть области облучения может быть доступна как первому лучу облучения, так и второму лучу облучения, в то время как по меньшей мере одна краевая часть области облучения может быть доступна только нескольким или только одному лучу облучения. Предпочтительно первый блок облучения и/или второй блок облучения выполнен с возможностью перемещения и/или наклона и/или поворота его соответствующей рабочей оси с перемещением соответствующего луча облучения и/или его точки падения в плоскости облучения. Таким образом, область облучения может содержать все доступные точки падения, которые могут быть достигнуты по меньшей мере одним из блоков облучения.

В некоторых вариантах осуществления первый блок облучения и/или второй блок облучения могут быть выполнены с возможностью перемещения своей соответствующей рабочей оси в то время, когда соответствующий луч не активирован, т.е. не излучается. Предпочтительно, блок детектирования содержит по меньшей мере один детектор, который совмещен с первой рабочей осью или со второй рабочей осью, в частности, таким образом, что ось детектирования детектора перемещается вместе с соответствующей рабочей осью. В предпочтительном варианте осуществления каждый блок облучения содержит по меньшей мере один детектор, совмещенный с соответствующей рабочей осью, причем, в частности, все детекторы являются частью блока детектирования. В частности, в этом случае детектор второго блока облучения может использоваться для детектирования формирования схемы облучения первым блоком облучения и/или наоборот. Далее по тексту, при упоминании формирования схемы облучения первым блоком облучения и, возможно, детектирования схемы облучения вторым блоком облучения, следует понимать, что обратный вариант также возможен и также входит в объем изобретения.

Схема облучения может быть и/или содержать схему любого вида, например, по меньшей мере одну единственную точку, по меньшей мере одну линию, которая может быть прямой, изогнутой, прямолинейной на своем участке, изогнутой на своем участке, расположенной под углом и так далее, по меньшей мере одной сеткой, по меньшей мере одной геометрической формой, например, кругом, квадратом, многоугольником и так далее, и тому подобные. Схема облучения может быть сформирована в порошковом слое и/или на нем. Схема облучения также может быть сформирована в носителе и/или на нем, например, на столе, контейнере или тому подобном, выполненном с возможностью приема порошка исходного материала. Носитель может быть подвижным по меньшей мере в вертикальном направлении, в частности, параллельно направлению гравитации, и возможно также в боковом направлении. Дополнительно или в качестве альтернативы, система облучения может быть выполнена с возможностью перемещения по направлению к носителю и/или от него. Предпочтительно формировать схему облучения в той же плоскости облучения, которая используется для изготовления трехмерного изделия, например, после калибровки. Схема облучения может присутствовать только тогда, когда первый блок облучения излучает первый луч облучения. Однако также возможно, что схема облучения остается после выключения первого луча облучения, например, поскольку облучаемый материал все еще имеет повышенную температуру, возбужден или иным образом активирован в соответствии со схемой облучения. Кроме того, схема облучения может представлять собой временную схему, например, схему нагрева, или постоянную структуру, например схему плавления и/или спекания, и/или выжигания материала.

Технологическое излучение, испускаемое схемой облучения, может содержать тепловое излучение и/или электромагнитные волны, в частности рентгеновское излучение, ультрафиолетовое излучение, видимый свет, свет в инфракрасном, дальнем или ближнем инфракрасном диапазоне, или микроволны. Предпочтительно, чтобы технологическое излучение являлось побочным эффектом (предшествующего и/или осуществляемого в настоящее время) облучения по схеме облучения первым блоком облучения. В качестве альтернативы или дополнительно возможно, что технологическое излучение, по меньшей мере частично, генерируется вторым блоком облучения и/или блоком детектирования, например, посредством зондирующего луча или тому подобного. Технологическое излучение может, кроме того, представлять собой прямое излучение и/или вторичное излучение.

Положение схемы облучения включает в себя по меньшей мере одну точку, например, начало схемы, и предпочтительно все точки схемы облучения. Кроме того, может быть множество точек пересечения, например, в случае, когда схема облучения и/или схема, образованная второй рабочей осью при определении положения точки пересечения, представляет собой сетку или подобное. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления схема облучения и схема, образованная второй рабочей осью, являются прямыми линиями, причем эти прямые линии пересекают друг друга в единственной точке пересечения.

В частности, схему облучения формируют путем перемещения первой рабочей оси в соответствии с геометрией схемы, при активированном первом луче облучения. Кроме того, схема, образованная второй рабочей осью, может представлять собой схему, вдоль которой перемещается вторая рабочая ось, предпочтительно при выключенном втором луче облучения, в частности, в случае, когда блок детектирования содержит по меньшей мере один детектор, совмещенный со второй рабочей осью.

В предпочтительном варианте осуществления систему облучения калибруют таким образом, что после калибровки первая рабочая ось и вторая рабочая ось перемещаются в одно и то же положение в плоскости облучения в случае передачи блоком управления одного определенного целевого положения первому блоку облучения и второму блоку облучения. Кроме того, предпочтительной является общая и идентичная система координат для позиционирования первой рабочей оси и второй рабочей оси после калибровки.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления, блок управления выполнен с возможностью калибровки второго блока облучения относительно первого блока облучения и/или калибровки первого и второго блоков облучения относительно плоскости облучения. Это может быть выполнено, в частности, в том случае, когда детектор блока детектирования совмещен с соответствующей рабочей осью. В результате после успешной калибровки могут быть легко обеспечена селективность целевой области и/или положения.

Может быть обеспечен универсальный подход калибровки, в частности, если блок управления, для калибровки второго блока облучения относительно первого блока облучения, дополнительно выполнен с возможностью сравнения первой позиционной системы координат первого блока облучения, в соответствии с которой осуществляется управление первым блоком облучения для перемещения первого луча излучения по плоскости облучения, со второй позиционной системой координат второго блока облучения, в соответствии с которой осуществляется управление вторым блоком облучения для перемещения второго луча излучения по плоскости облучения. Блок управления может быть выполнен с возможностью сравнения первой системы координат и второй системы координат в отношении положений их начала координат и/или единиц длины их осей и/или относительной ориентации их осей.

Может быть достигнута высокая точность калибровки, в частности, если блок управления дополнительно выполнен с возможностью сравнивать первую ось первой позиционной системы координат первого блока облучения с первой осью второй позиционной системы координат второго блока облучения; и дополнительно сравнивать вторую ось первой позиционной системы координат первого блока облучения со второй осью второй позиционной системы координат второго блока облучения. В частности, первая и вторая оси первой и второй позиционных систем координат, соответственно, перпендикулярны друг другу. Однако возможны также и другие системы координат, такие как криволинейные системы координат, косоугольные системы координат, полярные системы координат или тому подобное. Предпочтительно, первые оси и/или вторые оси сравнивают в отношении их единиц длины, их относительной ориентации, в частности их параллельности, их криволинейности и т.п.

В другом варианте осуществления изобретения блок управления дополнительно выполнен с возможностью корректирования первой позиционной системы координат первого блока облучения и второй позиционной системы координат второго блока облучения по отношению друг к другу. Кроме того, предполагается, что блок управления, для настройки системы облучения, выполнен с возможностью изменения, в частности, корректирования положения перемещением и/или вращением и/или масштабирования по меньшей мере одной координатной оси первой позиционной системы координат первого блока облучения и/или по меньшей мере одной координатной оси второй позиционной системы координат второго блока облучения. Блок управления может быть приспособлен для корректирования систем координат посредством любого подходящего преобразования координат, включая, например, растяжение осей, сжатие осей, поворот осей, смещение осей и тому подобное. В результате может быть определена общая система координат, которая обеспечивает согласованную обработку изделия после успешной калибровки.

Высокая степень надежности калибровки может быть достигнута, в частности, если блок управления дополнительно выполнен с возможностью регулировки системы облучения на основе определенного отклонения между определенным положением и опорным положением по меньшей мере одной точки пересечения таким образом, что устраняется отклонение между определенным положением и опорным положением по меньшей мере одной точки пересечения. Блок управления может быть приспособлен для устранения отклонения посредством любого подходящего преобразования координат, как описано выше.

Дополнительно или в качестве альтернативы допустимо, чтобы блок управления был выполнен с возможностью сравнения определенного положения по меньшей мере одной точки пересечения с по меньшей мере одним опорным положением для определения отклонения между по меньшей мере одним определенным положением и по меньшей мере одним опорным положением. Кроме того, блок управления может быть выполнен с возможностью калибровки системы облучения на основе определенного ранее отклонения между положением схемы облучения и опорным положением по меньшей мере одной точки пересечения. Аналогично вышеописанному, допустимо, чтобы опорная система координат была связана с опорным положением, причем в этом случае первая позиционная система координат и/или вторая позиционная система координат положения могут быть скорректированы до опорной системы координат. Предпочтительно, опорное положение является предварительно заданным положением в плоскости облучения и, в частности, в центральной части области облучения. Опорное положение может представлять собой перманентно помеченную точку носителя в области облучения, например выступ, углубление, вкладку из материала, отличающегося от остальной части носителя и т.п.Оба блока облучения могут быть откалиброваны относительно опорной точки, в частности, в дополнение к калибровке относительно друг друга. В результате может быть обеспечен дополнительный или альтернативный режим калибровки, который позволяет достигать высокой точности калибровки.

Высоконадежная перекрестная калибровка может быть эффективно выполнена, в частности, если блок управления, при управлении вторым блоком облучения для перемещения второй рабочей оси относительно плоскости облучения, дополнительно выполнен с возможностью излучения второго луча излучения на плоскость облучения в соответствии с дополнительной схемой облучения таким образом, что дополнительная схема облучения, создаваемая вторым блоком облучения, и схема облучения, создаваемая первым блоком облучения, пересекаются друг с другом на плоскости облучения. Блок детектирования может быть выполнен с возможностью детектирования соответствующего технологического излучения от дополнительной схемы облучения. В частности, обе схемы облучения могут быть детектированы по меньшей мере одним детектором, совмещенным с одной из рабочих осей. Кроме того, блок управления может быть выполнен с возможностью сбора информации о положении и/или системе координат, относящейся к схеме облучения, посредством детектора, совмещенного со второй рабочей осью, и, кроме того, блок управления может быть выполнен с возможностью сбора информации о положении и/или системе координат, относящейся к дополнительной схеме облучения, посредством детектора, совмещенного с первой рабочей осью. В частности, калибровка второго блока облучения может выполняться с использованием в качестве опорной системы первого калибровочного устройства, и/или калибровка первого блока облучения может выполняться с использованием в качестве опорной системы второго калибровочного устройства.

В предпочтительном варианте осуществления блок управления выполнен с возможностью управления первым блоком облучения и вторым блоком облучения таким образом, что по меньшей мере одна точка пересечения между схемой облучения, созданной первым блоком облучения, и второй рабочей осью второго блока облучения и, в частности, по меньшей мере одна точка пересечения между схемой облучения, созданной первым блоком облучения, и дополнительной схемой облучения, созданной вторым блоком облучения, расположена в области перекрытия плоскости облучения, причем область перекрытия назначена первому и второму блокам облучения для селективного облучения плоскости облучения. Предпочтительно областью перекрытия является центральная часть области облучения или по меньшей мере часть области облучения.

Перекрестная калибровка может быть дополнительно оптимизирована, в частности, если блок детектирования выполнен с возможностью детектирования технологического излучения, испускаемого из плоскости облучения в направлении первой рабочей оси первого блока облучения и/или второй рабочей оси второго блока облучения. Как раскрыто выше, упомянутое детектирование может выполняться по меньшей мере одним детектором блока детектирования, который совмещен по меньшей мере с одной из рабочих осей.

Создаваемая для целей калибровки схема облучения может быть надежно детектирована, в частности, если блок детектирования выполнен с возможностью приема и предпочтительно детектирования теплового излучения и/или электромагнитного излучения, испускаемого из плоскости облучения, в частности, параллельно первой рабочей оси и/или параллельно второй рабочей оси. Блок детектирования может быть выполнен с возможностью детектирования тепловых излучений и/или электромагнитных волн, в частности рентгеновского излучения, ультрафиолетового излучения, видимого света, света в инфракрасном, дальнем или ближнем инфракрасном диапазоне, или микроволн, и тому подобного. Для этой цели блок детектирования может содержать по меньшей мере один подходящий детектор, например, пирометрический датчик, фотодетектор, детектор электронов, детектор, содержащий сцинтиллятор, фотоумножитель или детектор любого другого подходящего типа. Кроме того, допустимо, чтобы блок управления был выполнен с возможностью обработки сигнала, выдаваемого блоком детектирования, несущего информацию об обнаруженном технологическом излучении в отношении формы сигналов, в частности, в зависимости от режима детектирования. Например, детектирование и обработка соответствующего сигнала могут выполняться на основе обнаружения пиков и/или детектирования минимумов и/или увеличения отклонений и/или определенной формы импульса или тому подобного, в частности, в случае, когда второй луч облучения используется для стимулирования технологического излучения после и/или во время формирования схемы облучения первым лучом облучения.

Изобретение также относится к способу калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерных изделий. Способ содержит этапы управления первым блоком облучения для излучения первого луча облучения на плоскость облучения в соответствии со схемой облучения; и управление вторым блоком облучения для перемещения второй рабочей оси относительно плоскости облучения таким образом, что вторая рабочая ось пересекает схему облучения, создаваемую первым блоком облучения на плоскости облучения. Кроме того, способ содержит детектирование технологического излучения, испускаемого из области точки падения на плоскости облучения, в которой вторая рабочая ось второго блока облучения проходит через плоскость облучения. Способ дополнительно содержит этапы определения положения схемы облучения, создаваемой первым блоком облучения на плоскости облучения; и определение положения по меньшей мере одной точки пересечения между схемой облучения, создаваемой первым блоком облучения, и второй рабочей осью второго блока облучения на основе детектированного технологического излучения. Кроме того, способ содержит этап калибровки системы облучения на основе определенного ранее положения схемы облучения, создаваемой первым блоком облучения, и определенного положения по меньшей мере одной точки пересечения.

Способ позволяет осуществлять калибровку системы облучения более точным и/или более простым образом. Может быть выполнена надежная калибровка в течение короткого промежутка времени. Кроме того, может существовать возможность выполнения калибровки без необходимости открытия технологической камеры и/или манипулирования дополнительным оборудованием. Для калибровки могут использоваться существующие компоненты, что устраняет необходимость в специализированных калибровочных устройствах. Кроме того, калибровка может быть выполнена не только во время ввода в эксплуатацию, но и перед началом конкретного производственного процесса. В дополнение к этому, процедура калибровки может быть полностью автоматизирована.

Предпочтительно, устройство выполнено с возможностью выполнения по меньшей мере одного этапа и, в частности, всех этапов способа. Способ может выполняться по меньшей мере частично устройством и/или по меньшей мере частично с использованием устройства.

В соответствии с дополнительным вариантом осуществления второй блок облучения калибруют относительно первого блока облучения и/или первый и второй блоки облучения калибруют относительно плоскости облучения. Кроме того, первый блок облучения может быть откалиброван по второму блоку облучения. Также возможно, что калибровку повторяют по меньшей мере два раза или несколько раз, причем, в частности, блоки облучения могут быть откалиброваны один относительно другого по очереди и/или относительно опорной точки.

Также предполагается, что для калибровки второго блока облучения относительно первого блока облучения, способ дополнительно содержит этап сравнения первой позиционной системы координат первого блока облучения, в соответствии с которой осуществляется управление первым блоком облучения для перемещения первого луча облучения по плоскости облучения, со второй позиционной системой координат второго блока облучения, в соответствии с которой осуществляется управление вторым блоком облучения для перемещения второго луча облучения по плоскости облучения. Как описано выше, сравниваться могут оси систем координат.Системы координат могут быть дополнительно откорректированы по отношению друг к другу, как описано выше.

Изобретение дополнительно охватывает установку для изготовления трехмерного изделия, причем установка содержит устройство и систему облучения. Предпочтительно установка выполнена с возможностью выполнения раскрытого способа.

Далее настоящее изобретение раскрыто в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи. Чертежи, описание и формула изобретения содержат сочетание нескольких признаков. Специалисту в области техники следует рассматривать эти признаки по отдельности, где это уместно, и комбинировать их в новые сочетания в пределах объема формулы изобретения. В частности, признаки описанных примерных вариантов осуществления могут быть перенесены в другие варианты осуществления или опущены, где это необходимо.

На чертежах показано:

На фиг.1 представлен схематический вид сбоку устройства калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерных изделий;

На фиг.2 представлен вид сверху области облучения установки; и

На фиг.3 представлена блок-схема алгоритма способа калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерных изделий.

На фиг.1 представлен схематический вид сбоку устройства 10 калибровки системы 12 облучения установки 14 для изготовления трехмерных изделий. Установка 14 представляет собой, например, установку селективного плавления или установку селективного спекания. Установка 14 содержит технологическую камеру, которая не показана в явном виде. Технологическая камера может быть заполнена инертным газом. Кроме того, технологическая камера содержит по меньшей мере одно вводное окно, которое также не показано.

В технологической камере установлен носитель 44 с возможностью перемещения. Носитель 44 выполнен с возможностью перемещения в направлении вверх и вниз параллельно направлению гравитации. В другом варианте осуществления носитель 44 может быть неподвижным, и система 12 облучения может быть выполнена с возможностью перемещения по направлению к носителю 44 и/или от носителя 44.

Носитель 44 выполнен с возможностью приема слоев порошка 46 исходного материала и перемещения порошка 46 исходного материала в плоскость 22 облучения. Система 12 облучения, в свою очередь, выполнена с возможностью избирательного облучения порошка 46 исходного материала в плоскости 22 облучения, так что осуществляется селективное плавление и/или спекание порошка 46 исходного материала и/или порошок активируется иным образом для формирования трехмерного изделия.

Система 12 облучения содержит первый блок 16 облучения для селективного излучения первого луча 18 облучения вдоль первой рабочей оси 20 на плоскость 22 облучения. Первый блок 16 облучения выполнен с возможностью перемещения первой рабочей оси 20 по плоскости 22 облучения, в рассматриваемом случае, посредством наклона первой рабочей оси 20. Кроме того, блок 16 облучения содержит второй блок 24 облучения для селективного излучения второго луча 26 облучения вдоль второй рабочей оси

на плоскость 22 облучения. Второй блок 24 облучения выполнен с возможностью перемещения второй рабочей оси 28 по плоскости 22 облучения, в рассматриваемом случае, посредством наклона второй рабочей оси 28.

Первый луч 18 облучения и второй луч 26 облучения представляют собой лазерные лучи. Однако, как упоминалось выше, также допустимо использование пучков частиц или других типов излучений, а также комбинации типов излучений.

Устройство 10 содержит блок 30 управления, выполненный с возможностью управления первым блоком 16 облучения для излучения первого луча 18 облучения на плоскость 22 облучения в соответствии со схемой облучения, и управления вторым блоком 24 облучения для перемещения второй рабочей оси 28 относительно плоскости 22 облучения таким образом, что вторая рабочая ось 28 пересекает схему 32 облучения, создаваемую первым блоком 16 облучения на плоскости 22 облучения.

В рассматриваемом случае блок 30 управления является блоком управления установки 14. Таким образом, блок 30 управления может быть выполнен с возможностью управления работой установки 14 для изготовления трехмерного изделия.

На фиг.2 представлен схематический вид сверху области 44а облучения установки 14 на плоскости 22 облучения. Область 44а облучения охватывает область 42 перекрытия, которой является центральная часть области 44а облучения. Кроме того, область 44а облучения включает в себя первую краевую часть

и вторую краевую часть 48. Первая краевая часть доступна только первому блоку 16 облучения . Вторая краевая часть 48 доступна только второму блоку 24 облучения . Область 42 перекрытия доступна для обоих блоков 16, 24 облучения. Область 44а облучения является общей областью, доступной блокам 16, 24 облучения. При изготовлении изделия или части изделия в области 42 перекрытия оба блока 16, 24 облучения могут использоваться одновременно и/или поочередно.

Далее снова рассматривается фиг.1. Устройство 10 дополнительно содержит блок

детектирования, выполненный с возможностью детектирования технологического излучения, испускаемого из области точки 36 падения на плоскости 22 облучения, в которой вторая рабочая ось 28 второго блока 24 облучения проходит через плоскость 22 облучения, и выдачи сигналов, указывающих на детектированное технологическое излучение, блоку 30 управления. В рассматриваемом случае блок детектирования также выполнен с возможностью детектирования технологического излучения, испускаемого из области точки 50 падения на плоскости 22 облучения, в которой вторая рабочая ось 28 второго блока 24 облучения проходит через плоскость 22 облучения, и выдачи сигналов, указывающих на детектированное технологическое излучение, блоку 30 управления.

Блок 34 детектирования содержит первый детектор 52. Первый детектор 52 совмещен с первой рабочей осью

. Первый детектор 52 является частью первого блока 16 облучения.

Блок 34 детектирования содержит второй детектор 54. Второй детектор 54 совмещен со второй рабочей осью 28. Второй детектор 54 является частью второго блока

облучения.

Блок 34 детектирования выполнен с возможностью детектирования теплового излучения. В рассматриваемом случае первый детектор 52 и второй детектор 54 являются пирометрическими детекторами. Схемы 32, 40 облучения представляют собой схемы нагрева, которые могут быть детектированы в течение определенного времени после их создания, так как температура материала остается повышенной в точках, связанных с соответствующими схемами 32, 40 облучения. Поэтому одна из схем 32, 40 облучения или обе схемы 32, 40 облучения могут быть получены до детектирования детектором 52, 54 соответствующего другого блока 16, 24 облучения.

В соответствии с другими вариантами осуществления схема облучения может быть схемой перманентно измененных свойств материала, например, схемой плавления и/или спекания порошка 46 исходного материала. В других вариантах осуществления возможны другие типы детекторов, например, для детектирования электромагнитного излучения. Кроме того, один из лучей 18, 26 облучения может быть дополнительно использован во время детектирования. Например, после создания схемы 32 облучения может быть осуществлена развертка второго луча 26 облучения по схеме 32 облучения, и отклонения и/или другие виды изменения второго луча 26 облучения из-за его взаимодействия со схемой 32 облучения могут быть детектированы блоком 34 детектирования, в частности, вторым детектором 54. То же самое возможно в обратном порядке для дополнительной схемы 40 облучения.

Как видно из фиг.2, первая схема 32 облучения показана в качестве примера в виде прямой линии, проходящей от (x₁, y₁) до (x₂, y₂). Первая схема 32 облучения формируется путем перемещения первого луча 18 облучения между этими точками. В показанном случае порошок 46 исходного материала нагревают в соответствии с первой схемой 32 облучения.

Кроме того, в показанном случае с использованием второго блока 24 облучения формируют дополнительную схему 40 облучения. Дополнительная схема облучения 40 в качестве примера показана в виде прямой линии, проходящей от (x'₁, y'₁) до (x'₂, y'₂).

Как раскрыто выше, схема 32 облучения и/или дополнительная схема 40 облучения могут быть схемами любого вида, или содержать схемы любого вида, например, сетки, геометрические формы, несколько линий и так далее. Соответственно, могут существовать несколько точек пересечения.

Однако, здесь и далее следует понимать, что может быть использована только одна схема 32, 40 облучения, в то время как соответственно другую рабочую ось 20, 28 используют в соответствии с другой схемой 32, 40 облучения, но при выключенном соответствующем луче 18, 26 облучения. Например, как описано выше, схема 32 облучения может быть получена с использованием первого блока 16 облучения, но вторая рабочая ось 28 может быть перемещена от (x'₂, y'₂) к (x'₂, y'₂) при выключенном втором луче 26 облучения, таким образом, детектирование осуществляется только вторым детектором 54.

Кроме того, в рассматриваемом случае схему 32 облучения детектируют с использованием второго детектора 54, и дополнительная схему 40 облучения детектируют с использованием первого детектора 52. Детектирование может выполняться одновременно с излучением первого и/или второго луча 18, 26 облучения или до или после излучения первого и/или второго луча 18, 26 облучения, в частности до или после создания схемы 32 облучения и/или дополнительной схемы 40 облучения.

Блок 30 управления дополнительно выполнен с возможностью определения положения (x'_s1, y'_s1) схемы 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения на плоскости 22 облучения. Кроме того, блок 30 управления выполнен с возможностью определения положения (x'_s1, y'_s1) по меньшей мере одной точки 38 пересечения между схемой 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения, и второй рабочей осью 28 второго блока 24 облучения на основе сигналов, выдаваемых блоком 34 детектирования. В показанном для примера случае имеется только одна точка 38 пересечения. Однако в случае, если используются другая схема 32 облучения или другие схемы 32, 40 облучения, точек 38 пересечения может быть несколько, или могут существовать даже линии пересечения и тому подобное. Кроме того, в показанном случае точка 38 пересечения является точкой пересечения схем 32, 40 облучения. Однако она также может быть точкой 38 пересечения одной из схем 32, 40 облучения и соответствующей схемы развертки/детектирования соответствующего другого блока 16, 24 облучения.

Кроме того, блок 30 управления выполнен с возможностью калибровки системы 12 облучения на основе определенного положения (x'_s1, y'_s1) схемы 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения, и определенного положения (x'_s1, y'_s1) по меньшей мере одной точки пересечения.

Символ штриха ('), используемый для обозначения некоторых координат, указывает на то, что эти координаты указаны с точки зрения второго блока 24 облучения. В соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления координаты без штриха определяются первым блоком 16 облучения. После калибровки координаты со штрихом и без штриха предпочтительно совпадают.

Блок 30 управления выполнен с возможностью калибровки второго блока 24 облучения относительно первого блока 16 облучения. В рассматриваемом случае блок 30 управления дополнительно выполнен с возможностью калибровки первого блока 16 облучения относительно второго блока 24 облучения. Может быть обеспечена взаимная калибровка. Однако следует понимать, что проиллюстрированное устройство, а также проиллюстрированный способ могут быть основаны на блоке 34 детектирования с единственным детектором 52, 54 и/или могут быть основаны на калибровке только одного из блоков 16, 24 облучения относительно другого.

Блок 30 управления, для калибровки второго блока 24 облучения относительно первого блока 16 облучения, дополнительно выполнен с возможностью сравнения первой позиционной системы координат первого блока 16 облучения, в соответствии с которой осуществляется управление первым блоком 16 облучения для перемещения первого луча 18 облучения по плоскости 22 облучения, со второй позиционной системой координат второго блока 24 облучения, в соответствии с которой осуществляется управление вторым блоком 24 облучения для перемещения второго луча 26 облучения по плоскости 22 облучения. Эти системы координат соответствуют упомянутым координатам со штрихом и без штриха.

Блок 30 управления дополнительно выполнен с возможностью сравнивать первую ось первой позиционной системы координат первого блока 16 облучения с первой осью второй позиционной системы координат второго блока 24 облучения. Например, это могут быть оси х. Кроме того, блок 30 управления дополнительно выполнен с возможностью сравнения второй оси первой позиционной системы координат первого блока 16 облучения со второй осью второй позиционной системы координат второго блока 24 облучения. Например, это могут быть оси у. В рассматриваемом случае первая и вторая оси первой и второй позиционных систем координат, соответственно, перпендикулярны друг другу. Однако в случае использования других систем координат, например, косоугольных координат, полярных координат и так далее, возможны и непараллельные оси.

Блок 30 управления дополнительно выполнен с возможностью корректирования первой позиционной системы координат первого блока 16 облучения и второй позиционной системы координат второго блока 24 облучения по отношению друг к другу. В конечном счете, оба блока 16, 24 облучения работают в соответствии с одной и той же системой координат в результате успешной калибровки.

Блок 30 управления, для настройки системы 12 облучения, выполнен с возможностью изменения, в частности, корректирования положения перемещением и/или вращением и/или масштабирования по меньшей мере одной координатной оси первой позиционной системы координат первого блока 16 облучения и/или по меньшей мере одной координатной оси второй позиционной системы координат второго блока 24 облучения. Допустимо любое подходящее преобразование координат. Блок 30 управления выполнен с возможностью выбора и выполнения одного или нескольких подходящих преобразований координат для корректирования систем координат.

Блок 30 управления выполнен с возможностью управления первым блоком 16 облучения и вторым блоком 24 облучения таким образом, что по меньшей мере одна точка 38 пересечения между схемой 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения, и второй рабочей осью 28 второго блока 24 облучения и, в частности, по меньшей мере одна точка 38 пересечения между схемой 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения, и дополнительной схемой 40 облучения, созданной вторым блоком 24 облучения, расположена в области 42 перекрытия плоскости 22 облучения.

Согласно одному из вариантов осуществления, блок 30 управления дополнительно, или в качестве альтернативы, выполнен с возможностью калибровки первого и второго блоков 16, 24 облучения относительно плоскости 22 облучения. Как показано на фиг.2, калибровка может выполняться относительно по меньшей мере одной опорной точки 56 в опорном положении (x_R1, y_R1). Возможно использование множества опорных положений, причем может быть использована опорная схема. Например, опорная схема может представлять собой постоянную схему на носителе 4644. В показанном варианте осуществления опорная схема представляет собой единственную отмеченную опорную точку 56, расположенную в области 42 перекрытия.

Согласно этому варианту осуществления блок 30 управления выполнен с возможностью сравнения определенного положения (x'_s1, y'_s1) по меньшей мере одной точки 38 пересечения с опорным положением (x_R1, y_R1) для определения отклонения (Δx_1…n, Δy_1…n) между по меньшей мере одним определенным положением (x'_s1, y'_s1) и по меньшей мере одним опорным положением (x_R1, y_R1), и калибровки системы 12 облучения на основе определенного отклонения (Δx_1…n, Δy_1…n) между определенным положением (x'_s1, y'_s1) и опорным положением (x_R1, y_R1) по меньшей мере одной точки 38 пересечения.

Кроме того, в соответствии с данным вариантом осуществления блок 30 управления выполнен с возможностью настройки системы 12 облучения на основе определенного отклонения ((Δx_1…n, Δy_1…n между определенным положением (x'_S1…Sn, y'_S1…Sn) и опорным положением (x_R1…Rn, y_R1…Rn) по меньшей мере одной точки 38 пересечения таким образом, чтобы устранить отклонение ((Δx_1…n, Δy_1…n) между определенным положением и опорным положением 56 по меньшей мере одной точки 38 пересечения.

Калибровка с использованием опорного положения 56 может выполняться в дополнение к калибровке блоков 16, 24 облучения относительно друг друга.

На фиг.3 показана блок-схема алгоритма способа калибровки системы 12 облучения. Способ осуществляется с использованием устройства 10. В показанном случае устройство 10 выполнено с возможностью автоматического выполнения способа.

Способ включает в себя этап S1 управления первым блоком 16 облучения для излучения первого луча 18 облучения на плоскость 22 облучения в соответствии со схемой 32 облучения.

Способ включает в себя этап S2 управления вторым блоком 24 облучения для перемещения второй рабочей оси 28 относительно плоскости 22 облучения таким образом, что вторая рабочая ось 28 пересекает схему 22 облучения, создаваемую первым блоком 16 облучения на плоскости 22 облучения.

Кроме того, способ содержит этап S3 детектирования технологического излучения, испускаемого из области точки 36 падения на плоскости 22 облучения, в которой вторая рабочая ось 28 второго блока 24 облучения проходит через плоскость 22 облучения.

Кроме того, способ включает в себя этап S4 определения положения (x_1…n, y_1…n) схемы 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения на плоскости 22 облучения.

Способ дополнительно включает в себя этап S5 определения положения (x'_S1…Sn, y'_S1…Sn) по меньшей мере одной точки 38 пересечения между схемой 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения, и второй рабочей осью 28 второго блока 24 облучения на основе детектированного технологического излучения.

Способ дополнительно содержит этап S6 калибровки системы 12 облучения на основе определенного положения (x_1…n, y_1…n) схемы 32 облучения, созданной первым блоком 16 облучения, и определенного положения (x'_S1…Sn, y'_S1…Sn) по меньшей мере одной точки 38 пересечения.

Как показано в контексте устройства 10, калибровка может быть выполнена посредством калибровки второго блока 24 облучения относительно первого блока 16 облучения с использованием второго детектора 54 для детектирования по меньшей мере части схемы 32 облучения, в частности, точки 38 пересечения. Аналогично, первый блок 16 облучения может быть откалиброван относительно второго блока 24 облучения с использованием дополнительной схемы 40 облучения и первого детектора 52

В соответствии с другим вариантом осуществления установка может содержать более двух блоков облучения. В таком случае рекомендуется выполнять раскрытую выше калибровку последовательно для различных областей перекрытия в случае, когда нет общей области перекрытия, в которой перекрываются все блоки облучения. В случае, когда несколько блоков облучения перекрываются в одной общей области перекрытия, калибровка нескольких блоков облучения может быть выполнена по отношению к одному определенному блоку облучения.

Реферат

Изобретение относится к устройству для калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерных изделий и способу калибровки системы облучения для изготовления трехмерных изделий. Устройство (10) для калибровки системы (12) облучения установки (14) для изготовления трехмерных изделий, в котором система (12) облучения содержит первый блок (16) облучения для селективного излучения первого луча (18) облучения вдоль первой рабочей оси (20) на плоскость (22) облучения и второй блок (24) облучения для селективного излучения второго луча (26) облучения вдоль второй рабочей оси (28) на плоскость (22) облучения. При этом устройство (10) содержит блок (30) управления, выполненный с возможностью управления первым блоком (16) облучения для излучения первого луча (18) облучения на плоскость (22) облучения в соответствии со схемой облучения и управления вторым блоком (24) облучения для перемещения второй рабочей оси (28) относительно плоскости (22) облучения таким образом, что вторая рабочая ось (28) пересекает схему (32) облучения, создаваемую первым блоком (16) облучения на плоскости (22) облучения, и блок (34) детектирования, выполненный с возможностью детектирования технологического излучения, испускаемого из области точки (36) падения на плоскости (22) облучения, в которой вторая рабочая ось (28) второго блока (24) облучения проходит через плоскость (22) облучения, и выдачи сигналов, указывающих на детектированное технологическое излучение, блоку (30) управления, причем блок (30) управления дополнительно выполнен с возможностью определения положения (x1…n, y1…n) схемы (32) облучения, созданной первым блоком (16) облучения на плоскости (22) облучения, определения положения (x's1, y's1) по меньшей мере одной точки (38) пересечения между схемой (22) облучения, созданной первым блоком (16) облучения, и второй рабочей осью (28) второго блока (24) облучения на основе сигналов, выдаваемых блоком (34) детектирования, и калибровки системы 12 облучения на основе определенного положения (x1…n, y1…n) схемы (32) облучения, созданной первым блоком (16) облучения, и определенного положения (x's1, y's1) по меньшей мере одной точки пересечения. А также в изобретении описан способ калибровки системы облучения. Технический результат - повышение надежности калибровки системы облучения установки для изготовления трехмерного изделия. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула