CN109937101A - 定位在增材制造期间收集的传感器数据 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种监测增材制造过程的方法，在该增材制造过程中通过使用扫描仪(157a，157b)的至少一个可移动引导元件(150a，150b)引导激光束(118a，118b)以固化材料床的选定区域来以逐层方式构建物体(103)。该方法包括：记录由测量至少一个可移动引导元件(150a，150b)的位置的换能器(153，154)产生的位置值(θn，)；记录由用于检测辐射的传感器(161a，161b)产生的传感器值(Sn)，该辐射从该材料床发射并通过该扫描仪(157a，157b)的可移动引导元件(150a，150b)传输到传感器(161a，161b)；并且将每个传感器值(Sn)与位置值(θn，)中的对应一个位置值相关联。

Description

定位在增材制造期间收集的传感器数据
技术领域
本发明涉及用于将通过增材制造设备(比如粉末床熔融设备)的光学扫描仪的光学***收集的传感器数据定位到该增材制造设备中和/或使用该增材制造设备制造的物体中的位置的设备和方法。
背景技术
用于生产部件的增材制造或快速成型方法包括可流动材料的逐层固化。存在多种不同的增材制造方法，包括材料床***，比如选择性激光熔化(SLM)、选择性激光烧结(SLS)和立体光刻***。
在选择性激光熔化中，在构建室中的粉末床上沉积粉末层，并且使激光束扫描跨越粉末层的与正在构造的物体的截面(剖切面)相对应的部分。激光束将粉末熔化或烧结以便形成固化的层。在对层进行选择性固化之后，粉末床减低了新固化的层的厚度，并且根据需要将另外一层粉末在表面上摊开并固化。在单个构建中，可以构建多于一个物体，这些部件在粉末床中间隔开。
通常使用包括一对倾斜镜的光学扫描仪，使激光束在粉末床上扫描，每个倾斜镜在检流计的控制下旋转。换能器被布置用于测量倾斜镜/检流计的位置以控制倾斜镜位置。以此方式，可以实现需求位置。
WO 2007/147221 A1披露了一种选择性激光熔化设备，该设备包括用于跨越粉末表面使激光束扫描的扫描仪、和用于捕获由熔化区发射并通过扫描仪的光学***传输的辐射的空间分辨检测器(例如CCD或CMOS相机)或集成检测器(例如具有较大的有效区域的光电二极管)。
US 2013/0168902 A1披露了一种借助于激光熔化工艺来生产三维部件的方法，其中将使用WO 2007/147221 A1中披露的装置所捕获的传感器值与将传感器值定位在部件中的坐标值一起存储、并且借助于可视化单元以二维和/或多维表示来显示关于部件中的传感器值的检测位置。
可以使用构建坐标值(所谓的“需求数据”-构建过程的基础信息)来将所述传感器值定位到坐标值。然而，由于传输需求信号时的延迟、倾斜镜的惯性、***中的噪声干扰需求信号等，在捕获传感器值时扫描仪的倾斜镜的需求位置与倾斜镜的实际位置之间可能存在差异，这可能导致传感器数据的定位不准确。
替代地，可以使用粉末床的区域捕获来将传感器值定位到坐标值。然而，具有足够分辨率和帧速率以获得熔化区的所需位置精度的相机极其昂贵，或者对于大床而言，用现有技术无法实现。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种监测增材制造过程的方法，在该增材制造过程中通过使用扫描仪的至少一个可移动引导元件引导激光束以固化材料床的选定区域来以逐层方式构建物体，该方法包括：记录由测量该至少一个可移动引导元件的位置的换能器产生的位置值；记录由用于检测辐射的传感器产生的传感器值，所述辐射从该材料床发射并通过该扫描仪的可移动引导元件传输到传感器；并且将每个传感器值与该位置值中的对应一个位置值相关联。
以此方式，可以基于该可移动引导元件的测量位置来将传感器值定位在该物体和/或该材料床中。这可以避免传感器定位时的不准确性，在使用需求位置或该材料床的区域捕获以定位传感器值时可能出现该不准确性。此外，通常提供用于测量该扫描仪的可移动引导元件的位置的换能器，以用于控制该可移动引导元件的定位，从而消除了需要额外装置(比如高分辨率、快帧速率相机)来确定该传感器值的捕获位置。测量材料床的温度、熔池、熔池大小、形状或其他尺寸、熔池温度等可能不足以验证增材制造过程。此外，为了验证增材构建的物体，重要的是准确地知道是否已经在期望的位置形成熔化区域/固化区域。本发明使得能够根据由测量该至少一个可移动引导元件的位置的换能器产生的位置值来确定这样的位置。该至少一个可移动引导元件可以包括：第一可移动引导元件，该第一可移动引导元件用于以将该激光束引导到第一维度；以及第二可移动引导元件，该第二可移动引导元件用于将该激光束引导到基本上垂直于该第一维度的第二维度，该方法包括：记录由测量该第一可移动引导元件的位置的第一换能器产生的第一位置值；记录由测量该第二可移动引导元件的位置的第二换能器产生的第二位置值；并且将每个传感器值与该第一位置值和该第二位置值中的对应一个位置值相关联。
该增材制造过程可以包括使用另外的可移动引导元件来引导激光束，该另外的可移动引导元件将激光束引导到与该至少一个可移动引导元件相同的维度，该方法包括：记录由测量该另外的可移动引导元件的位置的另外的换能器产生的另外的位置值；并且将每个传感器值与这些另外的位置值中的对应一个位置值相关联。例如，该另外的可移动引导元件可以用于将该激光束引导到该第一维度或该第二维度。该另外的可移动引导元件可以提供比该至少一个可移动引导元件更快的动态响应、但更小的激光束移动范围。例如，扫描仪可以是如WO 2016/156824中所述的扫描仪，该文件通过援引并入本文。
该至少一个可移动引导元件可以是一个或更多个可倾斜镜子。该或每个可倾斜镜子可以在致动器(比如，检流计)的控制下移动。该换能器可以测量该或每个可倾斜镜子的角位置。
替代性地或另外，该可移动引导元件可以是光学元件、比如至少一个镜子，该光学元件被安装成可在台架***上移动，以使得该光学元件能够将该激光束引导到材料床的不同区域。该换能器可以测量光学元件在台架上的位置。
该另外的引导元件可以是一个或更多个另外的可倾斜镜子。每个另外的可倾斜镜子可以在致动器(比如，压电致动器)的控制下移动。该另外的换能器可以测量该另外的可倾斜镜子的角位置。
将每个传感器值与位置值中的对应一个位置值相关联可以包括将该传感器值和位置值中的对应一个位置值与共用标识符相关联。该共用标识符可以是时间、比如与指导该扫描仪从而将该激光束移动到该材料床上的位置的需求信号相关联的时间、和/或源自时钟信号的时间。
将每个传感器值与位置值中的对应一个位置值相关联可以包括将该传感器值和该位置中的对应一个位置打包在单个数据包中。
该方法可以包括基于该可移动引导元件的测得位置来将该传感器值定位在该物体中和/或该增材制造设备中。将传感器值定位在该物体中可以包括将传感器值定位在该物体的坐标参考系中。将传感器值定位在该增材制造设备中可以包括将传感器值定位在该材料床的坐标参考系中。(材料床通常随着增材制造设备中的构建平台的移动而移动。因此，材料床的坐标参考系相对于设备的其他元件、比如扫描仪可能不固定)。将传感器值定位在增材制造设备中可以包括将传感器值定位在扫描仪的坐标参考系中、比如可倾斜镜子的极坐标参考系或台架的笛卡尔坐标参考系中。在扫描仪包括可在台架***中移动的多个可倾斜镜子的组合的情况下，该方法可以包括将传感器值定位在相对于该(多个)可倾斜镜子的(多个)旋转轴线固定的坐标参考系中。
该方法可以包括：关于该传感器值在该物体和/或该材料床中的定位位置，以多维表示来显示传感器值。该多维表示可以包括物体和/或材料床中的传感器数据的二维、三维和/或四维表示。
该方法可以包括：屏蔽来自该换能器的信号免受外部噪声和/或该扫描仪的需求信号的影响。该换能器可以产生模拟信号，并且该方法可以包括屏蔽该模拟信号免受外部噪声和/或该需求信号的影响，直到该模拟信号被转换成数字信号。
该换能器可以产生模拟信号，并且该方法可以包括在该模拟信号被转换成数字信号之前对该模拟信号进行滤波以滤除噪声。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于增材制造设备的扫描仪，在该增材制造设备中以逐层方式来构建物体，该扫描仪包括：至少一个引导元件，该至少一个引导元件用于引导激光束以固化材料床的选定区域；换能器，该换能器用于测量该至少一个可移动引导元件的位置；光路，该光路具有用于将光引向传感器的输出端，该传感器用于检测从该材料床发射并通过该可移动引导元件传输到该输出端的辐射；以及接口，该接口用于从该扫描仪输出由该换能器产生的位置信号。
以此方式，该可移动引导元件的实际位置可以从扫描仪读出并且例如用于将传感器值定位在物体和/或材料床中。
该至少一个可移动引导元件可以包括：第一可移动引导元件，该第一可移动引导元件用于将该激光束引导至第一维度；第二可移动引导元件，该第二可移动引导元件用于将该激光束引导至基本上垂直于该第一维度的第二维度，并且该接口用于输出由第一换能器产生的第一位置信号和由第二换能器产生的第二位置信号。
该扫描仪可以包括使用另外的可移动引导元件来引导激光束，该另外的可移动引导元件将激光束引导到与该至少一个可移动引导元件相同的维度，并且该接口用于输出由该另外的换能器产生的另外的位置信号。该另外的可移动引导元件可以用于将该激光束引导到该第一维度或该第二维度。该另外的可移动引导元件可以提供比该至少一个可移动引导元件更快的动态响应、但更小的激光束移动范围。例如，扫描仪可以是如WO 2016/156824中所述的扫描仪，该文件通过援引并入本文。
该至少一个可移动引导元件可以是一个或更多个可倾斜镜子。该或每个可倾斜镜子可以在致动器(比如，检流计)的控制下移动。该换能器可以测量该或每个可倾斜镜子的角位置。该换能器可以符合在US 5844673中描述的位置检测器。替代性地，该换能器可以直接测量而不是通过轴位置来测量可倾斜镜子的位置。例如，该换能器可包括将激光束引导到可倾斜镜子的前面或后面的激光器、和用于测量所反射的激光束的检测器。激光束在可倾斜镜子上的强度可以随镜子的位置而变化。以此方式测量镜子位置可以消除与轴扭转相关联的隐藏模式。
替代性地或另外，该可移动引导元件可以是光学元件、比如至少一个镜子，该光学元件被安装成可在台架***上移动，以使得该光学元件能够将该激光束引导到材料床的不同区域。该换能器可以测量光学元件在台架上的位置。
该另外的引导元件可以是一个或更多个另外的可倾斜镜子。每个另外的可倾斜镜子可以在致动器(比如，压电致动器)的控制下移动。该另外的换能器可以测量该另外的可倾斜镜子的角位置。换能器可以如上文关于该一个或更多个可倾斜镜子所描述的。
包括该至少一个可移动引导元件的光路可以被容纳在不透光壳体内。
该接口可以屏蔽该位置信号的输出免受具有电磁干扰的外部源和/或由需求信号产生的电磁干扰的影响。
该接口可以进一步为需求信号提供输入以用于控制该可移动引导元件的位置。该接口可以包括用于该位置信号的输出线路和用于该需求信号的输入线路、以及用于屏蔽该输入线路和该输出线路中的每一个免受输入电路和输出电路中的另一个产生的电磁干扰的影响的屏蔽部。该输入线路和该输出线路可以被提供为印刷电路板的不同层，其中，该输入线路和该输出线路由接地平面隔开，以屏蔽该输入线路和该输出线路中的每一个免受该输入线路和该输出线路中的另一个中的信号所产生的电磁干扰的影响。
该扫描仪可以进一步包括用于处理位置信号的处理电路。该换能器可以产生模拟位置信号，并且该处理电路包括用于将模拟位置信号转换成数字位置信号的模数转换器。数字位置信号比模拟信号更能抵抗干扰。该处理电路可以进一步包括用于从位置信号中滤除噪声的滤波器。该处理电路可以被容纳在用于屏蔽该处理电路免受外部电磁干扰的影响的壳体内。
由于用于定位传感器值的位置值所需的精确度和由增材制造设备产生的显著电磁噪声，因此在输出具有所需精确度的位置信号时，屏蔽位置信号免受干扰的影响可能是重要的。
根据本发明的第三方面，提供了一种在其中以逐层方式构建物体的增材制造设备，该增材制造设备包括根据本发明的第二方面的扫描仪。
该增材制造设备可以被布置用于执行本发明的第一方面的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种在增材制造过程期间标识由传感器捕获的区域在物体或增材制造设备中的位置的方法，在该增材制造过程中通过使用扫描仪的至少一个可移动引导元件引导激光束以固化材料床的选定区域来以逐层方式构建物体，该传感器被布置用于检测从该材料床发射并通过该可移动引导元件传输到该传感器的辐射，该方法包括：接收由该传感器产生的传感器值；接收由测量该至少一个可移动引导元件的位置的换能器产生的位置值，每个传感器值与位置值中的对应一个位置值相关联；并且对于每个传感器值，确定在该增材制造过程期间从其中产生该传感器值的区域在该物体和/或该增材制造设备中的定位位置。
该方法可以包括关于传感器值在物体和/或材料床中的定位位置，以多维表示来显示传感器值。该多维表示可以包括物体和/或材料床中的传感器数据的二维、三维和/或四维表示。
根据本发明的第五方面，提供一种包括处理器的设备，该处理器被布置用于执行本发明的第四方面的方法。
该设备可以包括用于以多维表示显示传感器值的显示器。
根据本发明的第六方面，提供了一种其上存储有指令的数据载体，当该指令被处理器执行时，致使该处理器执行根据本发明的第四方面的方法。
数据载体可以是用于向机器提供指令的合适介质，诸如非暂态数据载体，例如软盘、CD ROM、DVD ROM/RAM(包括-R/-RW和+R/+RW)、HD DVD、Blu Ray(TM)光盘、存储器(诸如Memory Stick(TM)、SD卡、紧凑型闪存卡等)、磁盘驱动器(诸如硬盘驱动器)、磁带、任何磁性/光学存储器；或暂态数据载体，诸如在导线或光纤上的信号或无线信号，例如在有线或无线网络上发送(诸如互联网下载、FTP传输等)的信号。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的增材制造设备的示意图；
图2是从另一侧看的图1所示的增材制造设备的示意图；并且
图3是根据本发明实施例的扫描仪的电子部件的示意图；
图4是增材制造设备的***架构的示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的构建文件的示意图；
图6是由增材制造设备的控制器生成子命令的示意图；
图7是将传感器数据包报告给控制器的示意图；并且
图8是根据本发明的输出数据包的示意图。
具体实施方式
参考图1至图3，根据本发明实施例的增材制造设备包括构建室101，该构建室中具有隔板115、117，这些隔板限定了构建套筒/圆筒116以及可以在其上沉积粉末的表面。提供了构建平台102以用于支撑由选择性激光熔化粉末104构建的工件103。随着工件103的连续层被形成，在马达119的控制下可以在构建套筒116内使平台102降低。可用的构建容积由构建平台102可以被降低到构建套筒116中的程度来限定。
当通过降低平台102并使用擦拭器109将从分配设备108分配的粉末摊开来构建工件103时，形成粉末层。例如，分配设备109可以是如在WO 2010/007396中所描述的设备。这产生粉末床104。
多个激光模块(在此实施例中为两个激光模块105a、105b)产生用于熔化粉末104的激光118a、118b，该激光118a、118b根据对应扫描仪(在此实施例中为光学模块106a、106b)的需要而被引导。激光束118a、118b通过窗口107进入室101中。
在此实施例中，激光模块105a、105b包括光纤激光器，比如Nd YAG光纤激光器。激光束从上方进入光学模块并被朝向可移动的引导镜子反射。
每个光学模块106a、106b包括一对可移动的引导元件、呈可倾斜镜子150(针对每个光学模块106a、106b仅示出其中一个)的形式。镜子150a、150b中的一个镜子是可倾斜的以使激光束在X方向上转向，而可倾斜镜子150a、150b中的另一个镜子是可倾斜的以使激光束在垂直于X方向的Y方向上转向。每个可倾斜镜子150a、150b的移动由检流计151、152来驱动。每个检流计的位置由换能器153、154测得。在此实施例中，该换能器符合US 5844673中描述的换能器。每个光学模块106a、106b进一步包括用于调节对应激光束的焦距的可移动聚焦光学件155a、155b。
分束器156a、156b引导从输入端到可倾斜镜子150a、150b的激光波长的光，并将从粉末床104发射的其他波长的光传输到过程中监测模块160a、160b。过程中监测模块160a中、160b包括用于检测所传输光的整体强度和/或空间强度的至少一个检测器161a、161b。
该扫描仪的光学元件被容纳在不透光壳体157a、157b中。
参考图3和3b，用于驱动每个检流计151、152的高电压需求信号Dx、Dy从光学模块控制器180被发送到检流计151、152。来自换能器153、154的低电压模拟位置信号Px、Py和来自检测器161的传感器信号Sn被发送到光学模块控制器180。
光学模块控制器180包括用于基于从主控制器140接收的控制信号SC来生成需求信号Dx、Dy的电路(下面更详细地描述)、和用于处理来自过程中监测模块160的传感器信号Sn以及来自换能器153、154的位置信号Px、Py的传感器处理电路。该处理电路包括用于对模拟位置信号Px、Py进行滤波的滤波器182、和用于将模拟位置信号转换为数字信号θn、的模数转换器183。该电路被容纳在防尘罩181内。
需求信号Dx、Dy被传输到不透光壳体157中的检流计，并且位置信号Px、Py通过接口170从不透光壳体传输。接口170提供屏蔽以防止位置信号Px、Py和需求信号Dx、Dy之间的显著干扰，这可能导致不准确的位置测量和/或镜子150的不正确定位。在此实施例中，接口包括具有第一层171和第二层172的PCB，该第一层具有用于传输需求信号的需求信号轨道，该第二层具有用于传输位置信号的位置信号轨道。这两个层171、172被另一层隔开，该另一层在需求信号轨道与位置信号轨道之间具有接地平面173，以屏蔽每个信号形成干扰免受另一信号的影响。PCB延伸到不透光壳体157中并进入防尘罩181中，以将检流计电连接至控制器180的电路。
控制器180将由换能器153、154产生的位置信号和由检测器161产生的传感器信号Sn推导出的数字位置值θn、打包成要发送到主控制器140的数据包。如下面更详细描述的，该数据包包括标识符T，该标识符与控制器180当前正在执行的命令中包含的标识符相同。每个数据包包括单组数字位置值θn、但可以包括传感器值Sn。
所述设备进一步包括用于在构建表面(粉末床的表面)上产生气流的气体喷嘴120和排气装置121。气流由气体再循环回路122的泵111产生。过滤器组件124从再循环气体中过滤变成夹带在气流中的颗粒。
所述设备进一步包括用于生成指示构建环境的信号的传感器190。例如，传感器可以是如在WO 2015/040433和/或WO 2016/0198885中所述的传感器、热力相机、可见光相机或用于增材制造的其他适合的传感器。
主控制器140与增材制造设备的以下模块通信：即激光模块105a、105b、光学模块106a、106b、构建平台102、分配设备108、擦拭器109、泵111以及(多个)传感器150。在此实施例中，模块和控制器140的网络被示出为星形网络，但是可以使用其他构型，诸如环形网络。控制器140基于构建文件中的命令来控制模块。
如图5所示，构建文件包括待由增材制造设备的控制器140执行的多个命令C1至Cn。在图5中，每个命令C1至Cn分别包括光学模块106a、激光器105a、光学模块106b、激光器105b、擦拭器109、分配设备108、构建平台102和泵11的所需状态OA、LA、OB、LB、W、H、S、P。由控制器140执行命令C1至Cn来致使控制器140生成信号，所述信号致使模块假设在每个命令中所限定的所需状态。例如，所述信号可以致使光学模块106a、106b、擦拭器108和/或构建平台102移动到所需位置、致使分配设备投配粉末、致使激光器105a、105b打开或关闭或者改变激光功率和/或致使泵111打开或关闭或改变速度。
每个命令与标识符T相关联，所述标识符标识要执行命令C的时间。在此实施例中，时间是从构建开始(执行第一命令的时间)算起的时间。控制器140包括时钟141并且使用来自时钟141的时钟信号来确定自构建开始以来的时间。控制器140根据由相关联的标识符T1至Tn标识的时间来执行每个命令C1至Cn。
实施确定性控制的时间分辨率和位置将取决于增材制造设备的安排和确定性控制的要求。模块105a、105b、106a、106b、102、108、111可以具有它们自身的本地处理器(未示出)，以用于解译来自控制器140的信号并且适当地控制模块105a、105b、106a、106b、102、108、111。由控制器140发送至模块的信号可以包括待由模块105a、105b、106a、106b、102、108、111处的多个装置实施和/或分多个步骤实施的一般指令。例如，控制器140向光学模块106a、106b发送指令，以使用由限定的点距离分开的一系列点曝光来将限定的线(矢量)曝露于激光束，每次曝光被执行设定的曝光时间。光学模块的本地处理器可以通过致使控制用于引导激光束118的可转向镜的检流计适当移动来执行此指令。这可以包括生成多个时间间隔的信号，以由光学模块105的本地处理器致使检流计移动来实现期望的点间距和曝光时间。然而，与由控制器140执行的命令不同，由光学模块105从控制器140接收的信号和由检流计从本地处理器接收的那些信号都不与标识应由装置(光学模块或检流计)执行命令的时间的标识符相关联。所述指令在被装置收到时执行。
在替代实施例中，在模块处而不是由中央控制器140执行命令的确定性执行。模块中的每个或至少一些模块可以包括本地处理器和本地时钟。在构建开始时，中央控制器140可以使本地时钟与控制器140的主时钟141同步。控制器140随后将命令发送至模块，每个命令与标识由模块执行命令的本地时间(如使用本地时钟确定)的标识符相关联。所述命令随后可以在模块处排队并在所标识的时间执行。
控制器140还接收来自(多个)传感器的传感器数据，并且将在如由时钟141确定的特定时间处接收的传感器数据与时间戳相关联。传感器数据随后可以与命令相关，该命令和对应时间的标识符相关联，使得可以确定在生成传感器数据的时间正由增材制造设备实施的动作。
构建文件在远程计算机130处生成并通过合适的通信链路发送至控制器140。
用于设计构建的软件确定在以WO 2014/207454中所述的方式固结材料时激光束118a、118b要遵循的扫描路径。一旦已经确定了扫描路径，就例如使用在WO2014/199134中所述的方法来确定激光束118a、118b对扫描路径的扫描的分配。在附图中，层的扫描是与使用擦拭器108a摊开粉末和构建平台102的降低同步实施，如在WO 2015/140547中所述。因此，由激光束118a、118b执行扫描的时序将取决于擦拭器108的位置以及扫描的设定速度。根据激光束118a、118b对扫描路径的分配和设定扫描速度(初始扫描参数)，可以确定适当的扫描参数，诸如点距离和曝光时间、激光功率和点大小。可以使用热/能量模型来确定适当的扫描参数，所述热/能量模型考虑向相邻区域输入的能量以及在相邻区域的固结之间进行冷却的量来确定待输入到区域中以实现期望的固结(熔化)的能量的量。
然后根据扫描参数和扫描路径生成命令，软件确定在构建期间由增材制造设备执行每个命令以实现期望扫描的时间，并且在与命令相关联的标识符中标识所确定的时间，如图4所示。
随后当使用者想要执行构建时由计算机130确定的指令可以上传至控制器140。
参考图6至图8，在一个实施例中，在指定时间执行命令时，控制器140生成用于子***106、106、108、109、102的子命令SC。子命令SC包括待由子***执行的(多个)命令，以及致使生成子命令的命令C的标识符T。对于子***，子命令SC包括对存在于子***中的一个或更多个传感器进行传感器读取的命令。例如，激光器105或光学模块106包括用于测量激光束功率的传感器，并且光学模块(还)包括用于测量检流计的位置的换能器152、153和用于捕获关于被形成来固结材料的熔化池的图像和/或其他数据的传感器。粉末分配器108包括：用于测量螺旋钻或可移动板的位置的传感器，其控制粉末从料斗的分配；和/或用于测量料斗中的粉末量的传感器。擦拭器109包括用于测量擦拭器109的位置的位置编码器和/或用于测量从粉末床伸出的固化材料的z高度的度量传感器(阵列)。z轴包括用于测量构建平台102的位置的位置编码器。所述设备可以包括其他传感器，诸如用于记录由增材构建过程产生的声音/压力波的声传感器和/或用于测量构建室101中的氧含量的氧传感器。
在接收到子命令时，子***立即执行所述子命令，对于包括进行传感器读取的命令的子命令，这涉及记录传感器值S1至Sn。子***形成传感器数据包，该传感器数据包包括传感器值S1至Sn以及致使传感器值被捕获的子命令中所含有的标识符T1至Tn。如图6所示，传感器数据包发送至主控制器140。
参考图7，传感器值S1至Sn与来自其他传感器的其他传感器值z、θ、以及用相同标识符T标记的命令C封装在一起而成为输出数据包201至204。根据相关传感器值z、θ、或命令C中所含有的需求位置，可以确定在捕获传感器值S时固结的工作平面、构建容积中和/或部件上的位置。
所述位置根据来自位置编码器的输出θ、和构建平台102的测得位置z而确定，所述位置编码器用于测量用来使激光束转向到工作平面上的转向镜的位置。通过使用所测量的位置，考虑到需求位置与实际位置之间的差异，可以确定在捕获传感器值时的固结位置。
数据包201至204被输出至可视化设备诸如计算机130，并且关于物体上的捕获位置，传感器数据S以二维或三维表示来显示。可视化的传感器数据可以是与在固结期间形成的熔化池相关的传感器数据(例如，如根据由光学模块106或至少一个声传感器收集的辐射所确定)，或可以是可能会影响物体品质的其他传感器数据，诸如在物体的每个区域被固结时构建室101中的氧含量。这通过在构建期间发生事件的已知时序是可能实现的。
在一个实施例中，确定要被包括在命令C中的标识符考虑了设备中的延迟，诸如通信延迟和子***的动力学。增材制造设备可以(定期地)经历校准例程，在该校准例程中确定设备中的延迟。例如，确定以下项之间的时间差：在将命令发送至激光器105与使激光功率斜升至由光电二极管检测到的所需功率之间；在发送命令来移动转向镜或聚焦光学件与测量到转向镜和/或聚焦光学件移动至如根据来自位置编码器的输出确定的需求位置之间；和/或发送命令来将平台102驱动至某一位置与测量到构建平台102移动至需求位置之间。根据这些时间差，生成校准映射或函数并且将其用于确定主控制器140应向子***发送子命令的时间(如由命令中的标识符所确定)，以便此动作在期望的时间完成(在发送命令与执行动作的期望时间之间存在时间偏移)。构建准备软件(或将扫描指令转换成命令的其他软件)使用校准映射或函数来生成用于命令的标识符。
如果需求数据用于确定与传感器值相关的位置，则校准映射或函数可以用于确定在捕获传感器值时子***的位置。例如，校准映射或函数可以指示输出包201至204中具有先前标识符的命令C对应于在捕获传感器值时的子***的需求位置。如果位置是测量位置，则在由不同电子传感器生成的传感器值之间不太可能有任何明显的时间差。
应理解的是，在不背离如权利要求所限定的本发明的情况下可以对上述实施例进行多项修改和改变。不是从共同构建开始时间限定执行命令的时间，而是可以相对于不同的开始(零点)时间来设置不同命令的时间。例如，可以相对于特定层形成的开始时间来设置用于该层的扫描命令。控制方法可以与其他类型的增材制造设备一起使用，例如，其他粉末或树脂床增材制造设备，比如立体光刻。

Claims (25)

1.一种监测增材制造过程的方法，在所述增材制造过程中通过使用扫描仪的至少一个可移动引导元件引导激光束以固化材料床的选定区域来以逐层方式构建物体，所述方法包括：记录由测量所述至少一个可移动引导元件的位置的换能器产生的位置值；记录由用于检测辐射的传感器产生的传感器值，所述辐射从所述材料床发射并通过所述扫描仪的可移动引导元件传输到传感器；并且将每个传感器值与所述位置值中的对应一个位置值相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个可移动引导元件可以包括：第一可移动引导元件，所述第一可移动引导元件用于将所述激光束引导到第一维度；以及第二可移动引导元件，所述第二可移动引导元件用于将所述激光束引导到基本上垂直于所述第一维度的第二维度，所述方法包括：记录由测量所述第一可移动引导元件的位置的第一换能器产生的第一位置值；记录由测量所述第二可移动引导元件的位置的第二换能器产生的第二位置值；并且将每个传感器值与所述第一位置值和所述第二位置值中的对应一个位置值相关联。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个可移动引导元件是一个或多个可倾斜镜子，并且所述换能器测量所述或每个可倾斜镜子的角位置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将每个传感器值与所述位置值中的对应一个位置值相关联包括将所述传感器值和所述位置值中的对应一个位置值与共用标识符相关联。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述共用标识符是时间。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述共用标识符是与指导所述扫描仪从而将所述激光束移动到所述材料床上的位置的需求信号相关联的时间、和/或源自时钟信号的时间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将每个传感器值与所述位置值中的对应一个位置值相关联包括将所述传感器值和所述位置中的对应一个位置打包在单个数据包中。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：基于所述可移动引导元件的测得位置来将所述传感器值定位在所述物体中和/或所述增材制造设备中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述传感器值定位在所述物体中包括将所述传感器值定位在所述物体的坐标参考系中。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述传感器值定位在所述增材制造设备中包括将所述传感器值定位在所述材料床的坐标参考系中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括：屏蔽来自所述换能器的信号免受所述扫描仪的需求信号的影响。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述换能器产生模拟信号，并且所述方法包括屏蔽所述模拟信号免受外部噪声和/或所述需求信号的影响，直到所述模拟信号被转换成数字信号。
13.一种用于增材制造设备的扫描仪，在所述增材制造设备中以逐层方式来构建物体，所述扫描仪包括：至少一个引导元件，所述至少一个引导元件用于引导激光束以固化材料床的选定区域；换能器，所述换能器用于测量所述至少一个可移动引导元件的位置；光路，所述光路具有用于将光引向传感器的输出端，所述传感器用于检测从所述材料床发射并通过所述可移动引导元件传输到所述输出端的辐射；以及接口，所述接口用于从所述扫描仪输出由所述换能器产生的位置信号。
14.根据权利要求13所述的扫描仪，其中，所述至少一个可移动引导元件包括：第一可移动引导元件，所述第一可移动引导元件用于将所述激光束引导至第一维度；第二可移动引导元件，所述第二可移动引导元件用于将所述激光束引导至基本上垂直于所述第一维度的第二维度，并且所述接口用于输出由第一换能器产生的第一位置信号和由第二换能器产生的第二位置信号。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的扫描仪，其中，所述至少一个可移动引导元件是一个或多个可倾斜镜子，并且所述换能器测量所述或每个可倾斜镜子的角位置。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的扫描仪，其中，所述接口屏蔽所述位置信号免受由需求信号产生的电磁干扰的影响，所述需求信号用于控制所述可移动引导元件的位置。
17.根据权利要求16所述的扫描仪，其中，包括用于所述位置信号的输出线路和用于所述需求信号的输入线路、以及用于屏蔽所述输入线路和所述输出线路中的每一个免受输入电路和输出电路中的另一个产生的电磁干扰的影响的屏蔽部。
18.根据权利要求17所述的扫描仪，其中，所述输入线路和所述输出线路被提供为印刷电路板的不同层，其中，所述输入线路和所述输出线路由接地平面隔开，以屏蔽所述输入线路和所述输出线路中的每一个免受所述输入线路和所述输出线路中的另一个中的信号所产生的电磁干扰的影响。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的扫描仪，包括：用于处理所述位置信号的处理电路，其中，所述换能器产生模拟位置信号，并且所述处理电路包括用于将所述模拟位置信号转换成数字位置信号的模数转换器，所述处理电路被容纳在用于屏蔽所述处理电路免受外部电磁干扰的影响的壳体内。
20.一种在其中以逐层方式构建物体的增材制造设备，其包括根据权利要求13至19中任一项所述的扫描仪。
21.根据权利要求20所述的增材制造设备，其被布置用于执行根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
22.一种在增材制造过程期间标识由传感器捕获的区域在物体或增材制造设备中的位置的方法，在所述增材制造过程中通过使用扫描仪的至少一个可移动引导元件引导激光束以固化材料床的选定区域来以逐层方式构建物体，所述传感器被布置用于检测从所述材料床发射并通过所述可移动引导元件传输到所述传感器的辐射，所述方法包括：接收由所述传感器产生的传感器值；接收由测量所述至少一个可移动引导元件的位置的换能器产生的位置值，每个传感器值与所述位置值中的对应一个位置值相关联；并且对于每个传感器值，确定在所述增材制造过程期间从其中产生所述传感器值的区域在所述物体和/或所述增材制造设备中的定位位置。
23.根据权利要求22所述的方法，所述方法包括：关于所述传感器值在所述物体和/或所述材料床中的定位位置，以多维表示来显示所述传感器值。
24.一种包括处理器的设备，所述处理器被布置用于执行根据权利要求22或23所述的方法。
25.一种其上存储有指令的数据载体，当所述指令被处理器执行时，致使所述处理器执行根据权利要求22或23所述的方法。
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