CN110605388A - 具有光学过程监测的增材制造 - Google Patents

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Abstract

具有光学过程监测的增材制造。一种用于有监测地进行物体的增材制造的***(1)，包括：制造单元(20)，其用于在制造体(21)中基于含金属的制造材料进行物体的增材制造，借助于以下处理建造物体：以规定的量重复逐层提供制造材料，并且至少部分地、精确定位地对所提供的制造材料进行成形。***还包括具有投影器和摄像头的光学检查单元(10)以及控制及处理单元。制造体(21)包括透光区域，投影器和摄像头设置在制造体(21)外部，被对准以使各光轴(12a、12b)穿过各透光区域；投影器在制造区(23)上生成投影，摄像头至少拍摄制造区(23)中可以覆盖投影的公共部分。至少摄像头(15a、15b)与制造体(21)热分离。

Description

具有光学过程监测的增材制造
技术领域
本发明涉及用于检查借助于增材制造来生产物体的方法和相应装置。
背景技术
在许多应用技术领域中，存在以高精度或关于成分来测量物体的要求。这尤其适用于制造工业，对于制造工业，工件表面的测量和检查具有很重要，尤其是还为了质量控制。
例如，能够精确测量物体表面的几何形状的坐标测量机(通常在微米精度)被用于这种应用。例如，待测量的物体可以是发动机机体、变速器和工具。已知的坐标测量机通过建立机械接触并扫描表面来测量表面。其示例是例如在DE 43 25 337或DE 43 25 347中描述的龙门式测量机。另一种***是基于铰接臂的使用，该***的测量传感器被设置在多部件臂的末端，该测量传感器可以沿着表面移动。例如，在US 5,402,582或EP 1 474 650中描述的通用铰接臂。
坐标表面测量使得能够建立工件上相对于相应的目标值的几何偏差。因此，可以关于此制定针对制造精度的高精度规范。因此可以确定生产的零件的形状和尺寸是否位于指定的公差范围内，并且确定该部件是废弃的或良好的零件。
尤其是，物体表面的几何考虑自然地并且通常不考虑物体主体内部的状况。仍然无法获取关于可能的材料缺陷或材料破裂的信息。
然而，物体属性不再仅仅涉及工件的几何形状，由于特定制造方法的改进，其正在获得进一步的重要性。除了诸如铣削，研磨，抛光，焊接或钎焊的传统制造方法，尤其是在此将要提及的增材制造或3D打印。到目前为止，关于材料去除的公差作为切削材料加工所考虑的变量一直处于重要地位，但是在增材制造的情况下的相关参数通常是不同的。
增材制造(经常也称为3D打印)与已知的传统切削技术的不同之处在于，主要不是连续地去除制造材料，而是逐层建造待成形的物体。例如，将材料层涂布在材料层上，并且例如通过局部熔融或烧结使各个层部分地固化，并转化成最终材料状态。为此目的，可以以松散粉末或粘性形式提供起始材料。
为了监测这种生产过程，Bin Zhang等人在“In situ surface topography oflaser powder bed fusion using fringe projection”，Additive Manufacturing，12(2016)，第100-107页中提出，将投影器和摄像头一起以以下方式与制造腔室联接起来：可以生成关于生产区域的三角测量数据，并且因此可以计量地拍摄各个烧结的金属层。
William S.Land II等人在“In-Situ Metrology System for Laser Powder BedFusion Additive Process”Procedia Manufacturing，卷1，2015，第393-403页中采用了类似的方案。
由于在增材制造中逐层建造工件，除了传统的几何制造公差保持之外，还会产生其它关键的制造属性。为此目的，内部的物体属性逐渐地进入重要地位。换句话说，这意味着对于增材制造，必须确保尤其是主体内部的材料条件与目标规范对应，即，根据相应的制造方法，还根据期望在内部进行固化。此外，在成品中要避免不期望的材料张力、裂缝或空气夹杂。
另外，利用上述制造方法，已经经常期望制造过程的实时监测(在过程中)以在制造期间已经建立可能的偏差。
当前的标准测量装置(例如坐标测量机)没有足够广泛地被配备或被设计成适合于这种效果的检测。由此可以检测到诸如裂缝或变形的浅表偏差，然而，在主体内部可能的缺陷通常是不可测量的。此外，在制造期间，即通常在尚未达到最终材料状态的材料上，不能可靠地进行测量。
发明内容
因此，本发明的目的是提出方法和相应的装置，其提供对要借助于增材制造来制造的物体的改进的物体检查。
尤其是，本发明的目的是使增材制造的物体在关于结构完整性方面可检查。
通过实现独立权利要求的表征特性来实现这些目的。从从属权利要求中可以得出出以可替代或有利的方式改进本发明的特征。
根据本发明，提出了光学监测装置与用于物体的增材制造的单元(尤其是与3D打印机)的组合。在这种情况下，提出了光学监测装置，尤其是作为根据三角测量的测量原理工作的扫描器。为此目的，这种扫描器具有两个摄像头，这两个摄像头具有相对于投影单元(也提供了该投影单元)固定且已知的位置关系。
在这种情况下，将针对制造体的内部生成测量信息。可以使用扫描器生成的信息特别是包括对于待制造的物体和/或对于待制造物体的原材料的参考。为此目的，优选地将光学监测装置在制造体外部。如果制造体被设计成封闭的腔室，则例如可以在壳体设置观察窗口用于光束透射，即，例如，用于将测量辐射投影到腔室内部以及用于借助于摄像头捕获来自腔室的光。
特别地扫描器被配置和设置成：使得由此可以生成的测量信息可以关于制造单元的制造区而生成。如果使用3D打印机，其被配置成从粉末层生产物体，则能够产生关于粉末层的测量信息。其对于监测生产的这个目的是有意义的，例如，粉末层具有哪种状态，即，例如，粉末层是否足够平坦或粉末颗粒的尺寸是否与所需要求对应。
一方面，可以在物体建造期间使用监测设置以监测或调整过程，并且，另一方面，存储的和分析的数据可以在完成物体之后被用于质量控制。
在物体建造期间，尤其是所涂布的材料的平均层厚度及其在应用区域上的变化作为反馈对于器件是有意义的，例如，用于调节写激光的功率。可以将层厚度确定为两次测量的3D表面的差异，尤其是考虑到在两个材料涂布之间的写区域的下沉。使用根据本发明的光学检查***可以测量层厚度。
除了材料涂布(粉末)的层厚度，还可以测量被写物体的几何形状增长，以在行为期间进行反馈，以在必要时在此处进行校正。
可以通过熔融材料相对于具有空气夹杂的周围粉末的较大程度的下沉来识别物体区域。还可以预期，物体区域的反射属性与粉末区域不同。物体表面的粗糙度相对于粉末的粗糙度也不同，并且因此也能够识别物体区域。也就是说，可以从3D数据以及摄像头图像的强度值，即在相移或单独的亮度记录的情况下每个像素的最大强度值，来确定与物体相关联的图像区域。
如果在该方法期间出现所测量的物体几何形状的位置偏差，那么如果识别出超过了规定的公差，则实施校正写入位置或者终止该过程。
因此，本发明涉及用于物体的可以被监测的增材制造的***，该***具有制造单元，该制造单元被设计成在制造体基于含金属的制造材料，尤其是粉末的、粒状的和/或线状制造材料进行物体的增材制造，特别是3D打印机。
在制造循环中可以借助于以下步骤来建造物体：以规定的量重复地逐层提供含金属的制造材料，并且至少部分地、精确定位地所提供的制造材料进行成形，尤其是通过制造材料的部分熔融。
在这种情况下，材料的逐层提供通常应理解成为目前生产的物体的(单个)层或层提供制造材料。因此，可以保持制造材料准备和/或被引导，例如，以沿着与层相关的物体轮廓的材料线的形式。尤其是但非排它性地，逐层提供可以被理解成以平坦层或平的(具有规定厚度)(例如，粉末层)形式提供材料。
该***还包括光学检查单元，其具有至少一个投影器和一个第一摄像头。此外，提供了控制及处理单元，其至少被设计成控制所述制造单元。
制造体优选地被设计成隔热的并且包括至少一个透光区域(例如，观察窗)。透光区域被以这种方式设计：使得可以使用投影器生成的光穿过透光区域，并且使得在制造体中由于投影生成的光和/或反射可以透射通过这种区域。换句话说，透光区域对于具有投影波长和检测波长的光具有透过性。
将投影器和摄像头设置在制造体外部。这具有的优点是，可以避免由于在生产过程期间产生的蒸汽或颗粒弄脏检查单元。此外，检查单元可以因此保持不受其它与生产相关的影响(例如，温度)的影响。
将投影器和第一摄像头以以下方式对准：由摄像头和投影器限定的各个光轴各自延伸通过至少一个透光窗口中的一个，借助于投影器可以在制造体内的制造区生成投影，并且借助于摄像头可以拍摄能够投影的制造区的至少一部分。因此，该设置使得能够在制造区的方向上进行光投影或图案投影，并且因此能够同时生成投影的图像的拍摄。因此，例如，根据三角测量原理，可以生成关于内部制造区的制造信息，其中，光源以及检查单元的检测器被设置在体积外部。测量信息尤其是由一个或多个三维位置测量点(例如3D点云)实现。
可以基于投影的拍摄生成关于制造区和/或关于所提供和/或成形的制造材料的制造信息。制造信息可以表示，例如，物体的层厚度或表面粗糙度，并且可以借助于对针对多个独立层的测量数据进行比较或基于强度分析来生成。此外，制造信息能够被传递到控制及处理单元。
控制及处理单元被设计成接收和处理制造信息并在制造循环期间或在两个制造循环之间基于制造信息来调整制造单元的控制。因此，检查单元可以提供测量数据或得出的制造信息作为反馈，并且可以基于该输入调整和/或调节制造。因此，例如，可以补偿由于例如外部影响(例如，由于热影响或机械冲击造成的材料层的偏移)在生产期间可能发生的偏差。
在一个实施方式中，光学检查单元可以包括第二摄像头，其中，第二摄像头也被设置在制造体外部并且以以下方式对准：由第一摄像头和第二摄像头以及投影器规定的各光轴各自延伸通过透光区域中的一个，并且在各个情况下借助于第一摄像头和第二摄像头可以拍摄制造区中能够覆盖投影的公共部分。换句话说，可以为各个光轴提供相关的、独立的透光区域。
可以相对于彼此固定地定位两个摄像头。可以借助于与制造区相邻或在制造区中的摄影测量标记来确定摄像头相对于腔室的相对位置(在6DOF中)。或者，可以在没有固定的、已知位置关系的情况下定位两个摄像头。然后可以通过摄影测量确定各个独立的摄像头的精确位置，例如，基于标记，其中，针对各个测量可以该方式补偿与生产有关的影响。这使得在显着温度变化的情况下能够显着较灵活地使用摄像头。
可以以下方式设置和/或配置摄像头中的至少一个(尤其是关于制造区的描绘)：使得这样满足沙姆(Scheimpflug)条件。也可以以这种方式设置和配置投影器：使得其满足沙姆条件，例如，关于在制造区上的投影。
沙姆条件通常表明在光学描绘中，像平面、物平面和焦平面相交于共同的直线。然后可以以最大清晰度描绘需要的物平面。因此，如果摄像头的物平面或像平面倾斜，则被称为焦平面的清晰成像的物体平面可以是倾斜平面。
摄像头的图像传感器以及投影器中的掩模都可以是相对于测量平面(制造区)处于沙姆设置，以允许掩模的均匀清晰投影以及在图像传感器上其平面的描绘。尤其是对于投影物镜，因此能够实现具有大的光强和NA的孔径(低F数)开口。摄像头物镜可以具有较小的孔径，但是可以通过沙姆设置实现需要的分辨率。
此外，两个摄像头(或者也仅一个摄像头)可以被设置成与制造体基本上热分离。因此，可能在制造单元的一部分上发生的可能的热效应对检查单元的功能、测量精度或可靠性没有影响或只有可忽略不计的影响。因此，在多个测量过程期间，检查单元的校准可以保持有效。在生产期间，在制造体内部可能出现约500℃的温度。
为了进一步的热防护，可以在摄像头和投影器的透光窗口下方的制造腔室内部设置机械孔(快门)，这些孔仅在记录时间期间打开，另外，在关闭的状态下，防止来自测量***的热红外辐射传入。因此可以有效地减少来自制造体的不需要的热量。此外，在写入过程期间(借助于写入激光来对材料进行成形的增材制造)，可以阻挡写入激光在测量***部件的方向上的在物体平面外的可能反射。
换句话说，该***可以包括可用作快门的至少一个孔，该孔与摄像头或投影器的光轴中的一个以以下方式相交：使得分别阻挡电磁辐射传入摄像头或者投影器中，尤其是红外辐射，尤其是其中孔被设置在制造体中。
在一个实施方式中，投影器还可以设置成与制造体基本上热分离。
根据一个实施方式，控制及处理单元可以包括测量功能，在执行该测量功能时，至少使用第一摄像头第一次拍摄第一图像，使用第二摄像头第二次拍摄第二图像，并且基于拍摄的第一图像和拍摄的第二图像，尤其是基于在制造区的图像中拍摄的能够覆盖投影的公共部分，并且考虑到已知的位置关系，得出制造信息。
为此目的，可以联合处理可以使用第一摄像头和第二摄像头生成的图像信息，以形成测量信息。为此目的，可以借助于图像处理来处理各图像对，并且可以根据三角测量原理由此得出位置信息。为此目的，图像对可以包括使用第一摄像头拍摄的图像和使用第二摄像头拍摄的图像，其中，例如，这些图像被彼此分配或以同步的方式拍摄。
因此，可以借助于图像处理来得出制造信息。
在拍摄第一图像和第二图像的期间，可以优选地执行将投影光投影到制造区上。可以通过对在制造区上拍摄的投影图案的基于图像的分析得出针对拍摄区域的三维位置信息。在这种情况下，可以考虑外部和/或内部摄像头参数。由此可以生成针对物体的多个测量点和关于制造过程或制造质量的信息。
外部参数涉及，例如，摄像头相对于另一物体的方向。可以使用标记(使用摄像头拍摄的)的已知3D信息来确定和校正摄像头与3D打印之间的相对取向的改变。
内部参数涉及，例如，在摄像头内部的光学几何形状及其校准。如果内部参数在打印过程期间发生变化，则可以根据捕捉的标记通过迭代算法确定和校正更新的内部参数并且执行新的校准，而不必中断打印过程。
尤其是，可以基于拍摄的第一图像和拍摄的第二图像得出制造区(因此也针对产生或位于其上的物体)的三维表示作为制造信息，尤其是其中三维表示是3D点云。
制造体尤其可以被设计成隔热的，其中，透光区域被设计成透光窗口。为此目的，通常围绕制造体设置壳体，该壳体包括隔热功能并因此提供壳体内部相对于周围环境的屏蔽。可以在这种壳体中提供相应的观察窗，其允许用于使用检查单元进行测量的辐射通道。
为了使可能的温度变化对测量***的影响尽可能小和/或可忽略不计，在一个实施方式中，能够借助于控制及处理单元主动调节摄像头中的至少一个的温度，其中，将通风、水冷和/或帕尔帖(Peltier)元件设置在至少一个摄像头的部分上，并且借助于控制及处理单元可控制。
为了使测量***几乎不受制造腔室中的温度的影响，可以主动地对摄像头和/或框架进行温度调节。首先，可以使用风扇对摄像头和/或框架进行通风，以使它们与周围环境比与制造腔室的热接触更多。借助温度传感器和帕尔帖元件可以进一步稳定温度。尤其是，在物镜与摄像头之间的机械接口的主动温度调节是有利的，因为这减少或阻挡了朝向摄像头的热传播，并且因此重要的光学部件(例如，物镜、接口、图像传感器)是热稳定的。
使用空心框架(例如，CFRP管或空心金属型材)，可以对框架进行内部通风或使用冷却液进行热稳定。然后可以将框架外部绝缘。由于框架的温度稳定，那么铝也被考虑作为制造材料。
尤其是，摄像头和投影器可以被设置在框架上，并且可以借助于控制及处理单元主动调节框架的温度。在这种情况下，框架尤其可以被实现为空心框架，并且可以提供通风元件(例如，风扇)用于框架的内部通风。
可以在摄像头和/或投影器中的至少一个和/或框架上提供温度传感器以生成控制输入。
根据一个实施方式，光轴中的至少一个可以与透光区域或窗口中的至少一个垂直地对准。
制造体可以包括尤其是三个透光窗口，其中，光轴中的一个被分配给透光窗口中的各个并且在各个情况下垂直地延伸通过所分配的透光窗口。
由于光轴的垂直对准，可以避免像差或者不需要的光反射。或者，如果使用高物镜F数(小孔径)和薄平板，因为由透射窗引起的像差变得可以忽略不计，则光轴可以保持对角线对准。
因此，制造单元的壳体可以包括，例如，三个观察窗。测量辐射可以通过窗口中的一个投影到制造体的内部。可以使用两个摄像头中的相应摄像头拍摄可以因此生成的投影，其中，各个摄像头经由对应的不同窗口实现拍摄。此外，通过分配给不同的观察窗，可以实现关于***件(摄像头和投影器)的设置的高度灵活性。
本发明还涉及针对物体的增材制造过程的测量方法。监测方法包括在制造体中借助于重复执行制造循环或步骤，使用含金属的制造材料，尤其是粉末、粒状和/或线状制造材料，进行至少一次物体增材制造，尤其是3D打印。
利用以下步骤来执行制造循环：以规定的量和位置提供含金属的制造材料并且至少部分地、精确定位地对所提供的制造材料进行成形，尤其是通过制造材料的部分熔融。结果，通过重复执行这种循环，可以生产三维物体。
在该方法的范围内，还在增材制造的至少一部分期间生成制造相关的制造信息。
通过在制造体外部产生投影光并且发射投影光来生成制造信息。此外，经由制造体的至少一个透光区域(例如，观察窗口)，将投影光投影到制造体中的制造区上，在制造体外使用投影光的投影的至少一部分进行第一次拍摄第一图像，以及在制造体外使用投影光的投影的至少一部分进行第二次拍摄第二图像。
在这种情况下，在第一图像和在第二图像中拍摄投影的公共部分，并且使用固定且已知的相对位置投影关系进行投影、第一次拍摄和第二次拍摄。
此外，基于拍摄的第一图像和拍摄的第二图像并且考虑已知的位置关系来得出制造信息。
尤其是，可以基于拍摄的第一图像和拍摄的第二图像得出制造区的三维表示作为制造信息，尤其是，其中，三维表示是3D点云。
可以通过以下步骤生成三维表示：识别在第一图像和第二图像中的制造体的特征，确定在第一图像和第二图像中的对应相同特征以及在第一图像和第二图像中的特征的对应图像位置(基于图像处理)，并且基于图像位置得出针对特征的三维位置(例如，尤其是借助于基于图像位置的三角测量和摄像头的已知位置关系)。例如，可以通过投影器的一部分上的投影(例如，光图案)来生成特征，或者可以是由于制造(例如，待生产的物体的轮廓)而提供的结构特征。
为了提供合适的测量条件，投影光可以作为结构化照明生成，尤其是可以作为一系列不同图案生成，并且可以基于结构化照明得出三维表示。因此，可以在该区域上投影一个图案或一系列图案，并且基于摄像头观察和拍摄。通过投影不同图案的或移动图案，可以生成具有改进的精度(例如，通过平均)和改进的可靠性(例如，针具具有困难的照明条件的区域)的3D点数据。
在一个实施方式中，可以在第一图像和/或第二图像中捕捉以与制造区已知位置关系的方式设置的标记，并且可以在得出过程信息期间处理所捕捉的标记在第一图像和/或第二图像中的位置。因此，可以基于在图像中的至少一个中标记的图像位置以及与先前或存储的基准位置的比较来推断制造单元的状态，尤其是在制造体中的温度。例如，由于较高的温度，可以造成制造区的(径向)膨胀。
尤其是，可以基于已知位置关系与所捕捉的标记在第一图像和/或在第二图像中的图像位置的比较来得出制造体的温度信息。为了定量地得出信息，可以优选地使用先前校准，例如，将标记的位置偏差的范围分配给温度差。
或者，可以基于标记执行对外部和内部摄像头参数的监测和校正。如果在长期打印过程期间，摄像头的位置和内部几何形状发生变化，这尤其是有利的。
在增材制造的范围内，制造区的位置变化，尤其是下沉，可以在执行制造循环之后发生，其中，在得出过程信息期间对位置变化的测量范围进行处理或者基于关于位置变化程度得出的过程信息来调整位置变化。
换句话说，可以经由具有编码器的机械驱动精确地执行和监测打印区域的逐层下沉。该运动可以用作测量***的附加监测功能，从而可以在测量***中消除在线温度效应(关于生产的)。
如果印版(制造区)的驱动不准确(例如，由于温度影响)，则可以使用测量***来观察和校正运动(闭环使用)。因此，可以通过运动监测来控制制造区的实际下沉。
根据一个实施方式，可以(还)在增材制造的范围内建造规定的监测结构，并且可以参照该监测结构生成过程信息。因此，例如，也可以在打印周边区域的期间打印列，经由该列可以直接检查激光写入过程，即，可以在写入区域中或多或少地打印标记。然后可以基于该结构对关于并行建造的物体的增材制造的精度进行说明。为此目的，监测结构的目标形状和目标尺寸已知。尤其是，存储针对结构的模板。因此，可以通过将监测结构的测量值与已知目标参数进行比较来得出关于制造质量的信息。
此外，可以执行对各打印物体层的分析(例如，与用于物体的设计数据比较)。用于写入激光和/或针对激光的偏转单元(镜式检流计)的校正参数可以从分析中在线得出。
显然，该方法的各实施方式可以与***的各实施方式组合。
附图说明
在下文中，基于附图中示意性例示的具体示例性实施方式，通过仅示例的方式更详细地描述了根据本发明的方法和根据本发明的装置，其中，还将讨论本发明的其它优点。在具体图中：
图1在侧视图中示意性地示出了根据本发明的检查***的结构；
图2在主视图中示意性地示出了根据本发明的检查***的结构；
图3示出了检查***的另一实施方式；以及
图4示意性地示出了根据本发明的检查***的各视场的设置。
具体实施方式
图1在侧视图中示出了根据本发明的用于有监测地进行物体的增材制造的***1的实施方式。该***由制造单元20(即，这里的3D打印机)和光学检查单元10构成。在所示出的视图中，投影单元11被例示为检查单元10的一部分。两个相关联的摄像头如在图2中所例示的。
投影单元11规定光轴12和视场13，在该视场内，光投影可以通过观察窗22定向到制造体21的内部。因此，可以借助于投影单元11发射光并且将光定向在制造单元20的制造区23的方向上。因此，可以在制造区23上生成规定的投影。
投影单元11被设置成与制造单元20热分离。为此目的，可以由稳定的框架彼此连接摄像头和投影单元11二者。该框架可以优选地至少部分地由热惰性材料(例如，因瓦合金(Invar)，碳)构成。另选地或附加地，框架可以被实现为使用绝缘材料与结构腔室隔热。因此可以减小对设置的热相关影响。因此，测量***可以被设计成和设置成尽可能热分离，以便即使在高温下***的校准也保持有效。在3D打印腔室(制造体21)中，由于制造工艺，可以达到200℃至500℃或更高的温度。因此可以产生对***的结构相对大的影响。
所示的3D打印机是能够从粉末层建造三维结构的打印机。为此目的，将含金属的粉末(或颗粒)以规定的层厚度涂布到制造区23。粉末在区域23上平滑地散布，例如，借助于刮片。为此目的，首先可以将粉末引入制造体21中，然后使用刮刀将粉末拉过或推过区域23。随后，通过使用定向激光辐射相应地部分熔融粉末来进行粉末的部分固化。由此可以产生待生产物体的薄层(层)。
材料固化的控制通常基于待生产物体的数字模型(例如，CAD模型)。为此目的，物体可以表示为单层的堆叠，并且在各个情况下，可以根据待以点生产的当前层或者根据该层的物体轮廓来执行固化。换句话说，激光束基于待产生的对应层以受控的方式偏折。
在相关层的固化之后，粉末层下沉，尤其是根据先前固化的层的厚度。金属粉末原料的新层被涂布、散布和固化作为下一层。以这种方式产生该物体的第二固体层，其通过熔融过程结合到第一层。通过重复执行这些步骤，可以在制造区23内逐层建造几乎任意形状的物体。
这里设置检查单元10用于监测和检查制造过程。如图2所示，除了投影器11外，检查单元10(正视图)包括至少两个摄像头15a和15b。
投影器11可以在两个摄像头15a、15b之间中心地设置，并且还横向偏移，从而处理腔室21的上部观察窗保持自由。此外，投影器11可以优选地相对于上部观察窗以有利的小角度对准，以避免被例如气体入口掩盖。
在所提出的检查单元10中，摄像头15a、15b可以被设计成尤其是50兆像素的摄像头，以在整个视场(例如，具有200mm的场对角线)内实现60μm以下的期望横向分辨率。这里优选根据制造原料的粉末颗粒的平均尺寸和/或所涂布的层厚度来选择需要的分辨率。为此目的，两个摄像头15a、15b相对于中心观察窗的光轴的对应三角测量角α可以选择为相对较大，例如45°。
投影器11优选地被设计成使得具有0.4mm的条带间隔的正弦条带图案(关于强度分布)可以以高对比度投影。这使得能够以低噪声捕获信号。在这种情况下，投影器11的孔径可以选择得尽可能大，以在粗糙表面(Ra<0.1μm)上仅允许小的散斑对比度。
在这种情况下，不是使用投影器-摄像头对，而是提出了一种真实的摄像头-摄像头对(具有投影器)作为测量仪器与通过投影器的结构化照明相结合。在这种情况下，投影器的通常明确的热应变不会影响测量精度。因此显着提高了整个***的热稳定性。
除了结构化照明(具有相移)外，还可以利用摄影测量记录和分析来操作或补充测量方法。在这种情况下，(仅)使用投影器进行均匀照明。基于物体空间中的可识别的特征，可以使用束均衡计算或借助于针对立体摄像头设置的立体匹配来确定这些特征的三维位置以及坐标。
具有随机强度分布的图案的投影作为人工纹理也是针对测量的变型。在这种情况下，可实现的横向分辨率可以较低，但是可以使用两个立体摄像头的单个同步记录来生成3D点云。
摄像头15a、15b和投影器11可以相对于测量平面处于沙姆设置(满足沙姆条件)。尤其是，摄像头15a、15b的图像传感器以及在投影器11中的投影掩模都相对于测量平面处于沙姆设置。图像传感器被相对于光轴倾斜设置。因此可以产生掩模的均匀清晰投影以及其相对于图像传感器上的检查平面的描绘。尤其是对于投影物镜，因此能够实现具有大的光强和NA的孔径(低F数)开口。摄像头物镜可以包括较小的孔径。沙姆设置对满足相当高的分辨率要求做出了决定性贡献。
投影单元11可以被实现为具有精细结构的掩模(幻灯片)的模拟投影器(与数字投影器相对)，其能够在几百毫米的大投影场上实现超高深度分辨率(大约1μm)。仅利用数字投影器，通常可能根本无法实现或者很难实现这样可以实现的位置带宽产品(待解析的点的数量)。
使用检查***10可观察到的物体结构在某些点处可能具有高反射率，例如，由于原料的熔融和冷却。并且为了可靠地拍摄这些区域，可以为摄像头设置HDR模式(高动态范围)。另选地或附加地，与标准次记录相比，可以使用不同的曝光时间生成多个记录以实现较高的图像动态范围。
除了两个摄像头15a、15b相对于彼此的校准之外，还可以提供各个摄像头15a、15b与投影器11之间的校准，以使尽管在摄像头的图像中的一个的高光(过载)区域的情况下能够进行分析。这里能仅使用一个摄像头-投影器对进行三角测量分析。因此可以实现***的较大的鲁棒性。此外，这样执行HDR拍摄而无需复杂的多次曝光(测量时间增益)。
图3示出了根据本发明的***的另一实施方式。3D打印机和投影器以及检查单元10的两个摄像头的结构与图1和2的那些的结构相当。相同的元件由相同的附图标记标识。
除了制造区23外，在制造体21中还设置标记元件25。除了圆形打印区域的分析外，标记25还可以被用于通过评估温度变化与标记位置变化之间的相关性来消除对测量***的可能的温度影响。换句话说，可以为标记25存储基准位置，其指定***的正常状态。该位置可以借助于一个或两个摄像头以基于图像的方式(借助于图像处理)来验证或确立。
一方面，监测标记位置使得能够定量确定对打印机的热影响，另一方面，可以基于标记25已知的位移行为来进行关于***的热状态的定性说明。因此，可以执行直接基于图像的温度确定。为此目的，尤其设置校准，即各标记位置与各温度状态相关联。
借助于确定标记25的位置，可以识别出打印区域(制造区23)周围的标记位置的尤其是径向对称的位移(缩放)。这也可以追溯到腔室21内的温度升高。可以基于这样的确定得出在制造腔室21中待生产的物体的伴随位置变化，并且可以相应地调整增材制造过程。
此外，借助于标记25的拍摄能监测和校正所应用的摄像头参数(内部和外部)，该标记25可以相对于制造腔室具有特定位置。因此，例如，可以补偿例如由于温度影响导致的摄像头的位移或内部结构的变化。
在示出的实施方式中，两个摄像头15a、15b可以通过观察窗22a、22b拍摄腔室21内部的投影，该观察窗22a、22b相对于摄像头15a、15b被对准从而：光学摄像头15a、15b对应的轴线与对应的观察窗口22a、22b垂直地对准。因此，腔室的观察窗22a、22b被垂直于物镜的光轴设置。这样，可以减小像差，尤其是在窗口厚度较大和/或物镜孔径较大的情况下。此外，观察窗22a、22b可以由具有非常好的导热性和低热膨胀系数的材料(例如，蓝宝石)制造。因此可以减小由于加热引起的变形。在另选的实施方式中，窗口22a、22b可以(附加地或另选地)被主动冷却。另选地或附加地，窗口可以设置有介电涂层，用于相对于热辐射绝缘。
图4示出了使用根据本发明的检查单元用于拍摄测量数据而产生的有效视场30。通过检查单元的摄像头和投影器的设置以及通过其光学部件的设计以以下方式来产生视场30：使得制造单元的制造区23、特别是制造区域、完全由所形成的扫描器(检查单元)的有效视场覆盖或包含。根据特定实施方式，根据本发明还可以想到以下解决方案，其中，通过扫描器拍摄制造区的仅一部分。此外，可以想到同时设置多个这种扫描结构以完整地(且冗余地)拍摄制造区。
可以使用两个摄像头部分地拍摄能够使用投影器覆盖的投影视场13。因此，摄像头的拍摄视场13a和13b的大小和形状与可用的投影视场13一起规定了有效扫描区域30的边界。因此，扫描区域30对应于在区域内可以关于制造区23生产测量数据具体地3D坐标的区域。
得出本专利申请的项目已获得欧盟根据第690689号赠款协议进行的研究和创新“Horizon 2020”计划的资助。
显然，这些例示的附图仅示意性地例示了可能的示例性实施方式。根据本发明，各种方法还可以相互组合，以及与现有技术的增材制造或光学物体测量方法相结合。

Claims (15)

1.一种用于有监测地进行物体的增材制造的***，该***(1)包括：
制造单元(20)，具体地为3D打印机，所述制造单元(20)被设计成在制造体(21)中基于含金属的制造材料进行所述物体的增材制造，具体地该制造材料为粉末、粒状和/或线形制造材料，其中，能够通过重复以下处理在制造循环中建造所述物体：
□以规定的量逐层提供所述含金属的制造材料，并且
□至少部分地、精确定位地对所提供的制造材料进行成形，具体地通过部分熔融所述制造材料，
●光学检查单元(10)，该光学检查单元(10)至少包括：
□一个投影器(11)，和
□第一摄像头(15a)，以及
●控制及处理单元，该控制及处理单元被设计成至少控制所述制造单元(20)，
所述***(1)的特征在于
●所述制造体(21)包括至少一个透光区域(22、22a、22b)，
●所述投影器(11)和所述第一摄像头(15a)被设置在所述制造体(21)外部，并被对准从而：
□由所述第一摄像头(15a)和所述投影器(11)限定的各个光轴(12、12a、12b)各自延伸通过至少一个透光区域(22、22a、22b)，
□借助于投影器(11)能够在所述制造体(21)内的制造区(23)上生成投影，以及
□能够借助于所述第一摄像头(15a)拍摄所述制造区(23)中能够覆盖所述投影的至少一部分，以及
□能够基于所述投影的拍摄生成关于所述制造区和/或关于所提供的和/或所成形的制造材料的制造信息，
●所述制造信息能够被传递到所述控制及处理单元，以及
●所述控制及处理单元被设计成接收和处理所述制造信息并且基于所述制造信息在制造循环期间或在两个制造循环之间调整所述制造单元(20)的控制。
2.根据权利要求1所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
●所述光学检查单元(10)包括第二摄像头(15b)，并且
●所述第二摄像头(15b)被设置在所述制造体(21)外部并且被对准从而：
□由所述第一摄像头(15a)和所述第二摄像头(15b)以及所述投影器(11)限定的各个光轴(12、12a、12b)各自延伸通过透光区域(22、22a、22b)，以及
□在各个情况下，能够通过所述第一摄像头(15a)和所述第二摄像头(15b)至少拍摄所述制造区(23)中能够覆盖所述投影的公共部分。
3.根据权利要求2所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
至少所述第一摄像头(15a)和/或所述第二摄像头(15b)、特别地所述投影器(11)被配置成
●与所述制造体(21)基本上热分离，和/或
●与所述制造体(21)的位置关系固定，和/或
●对于使用所述摄像头(15a、15b)对所述制造区(23)进行的拍摄，或使用所述投影器(11)在所述制造区(23)上进行的投影，分别满足沙姆条件。
4.根据权利要求2或3所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
所述控制及处理单元包括测量功能，在执行所述测量功能时，至少执行以下操作：
●使用所述第一摄像头(15a)第一次拍摄第一图像，
●使用所述第二摄像头(15b)第二次拍摄第二图像，以及
●基于拍摄的第一图像和拍摄的第二图像，具体地基于在所述制造区(23)的图像中拍摄到的能够覆盖所述投影的公共部分，并且考虑到所述已知的位置关系，得出制造信息，
具体地，其中
●借助于图像处理得出所述制造信息，和/或
●在拍摄所述第一图像和所述第二图像的期间，将投影光投影到所述制造区(23)上，和/或
●基于拍摄的所述第一图像和拍摄的所述第二图像，得出关于所述制造区(23)和/或关于提供的和/或成形的制造材料的三维表示作为所述制造信息，具体地，其中，三维表示是3D点云。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
所述制造信息表示关于以下各项的信息：
●提供的和/或成形的制造材料的一个或更多个独立层的平均层厚度，或者
●在所述制造区(23)的区域内的层厚度变化，或者
●由于应用特定数量的独立层而导致的所述物体的几何增长，或者
●所述物体的表面粗糙度，
具体地，其中，能够通过比较两个或更多个连续施加的层的光学测量数据来得出所述制造信息，具体地，其中，考虑所述制造区的下降。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
所述制造体(21)被设计成隔热的，并且所述透光区域被设计成透光窗口(22、22a、22b)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
●借助于所述控制及处理单元能够主动调节所述摄像头(15a、15b)中的至少一个的温度，其中，设置通风和/或帕尔帖元件并且能够借助于所述控制及处理单元控制该通风和/或帕尔帖元件，
和/或
●所述第一摄像头(15a)和所述第二摄像头(15b)以及所述投影器(11)被设置在框架上，并且能够借助于所述控制及处理单元主动调节所述框架的温度，具体地，其中，所述框架被设计成中空框架并且设置了通风元件进行所述框架的内部通风。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的***(1)，
所述***(1)的特征在于
●所述光轴(12、12a、12b)中的至少一个与所述至少一个透光区域垂直地对准，
和/或
●所述制造体(21)包括三个透光窗口(22、22a、22b)，并且所述光轴(12、12a、12b)分别被分配给所述透光窗口(22、22a、22b)中的一个，具体地，其中，所述光轴(12、12a、12b)分别垂直地延伸通过所分配的透光窗口(22、22a、22b)，
和/或
●所述***包括能够用作快门的至少一个孔，该孔与所述摄像头或所述投影器的光轴(12、12a、12b)中的一个相互作用，从而能够分别阻挡电磁辐射传入所述摄像头或所述投影器，具体地所述电磁辐射为红外辐射，具体地，其中，所述孔被设置在所述制造体中。
9.一种用于和使用物体的增材制造过程的测量方法，所述测量方法包括：
●借助于重复执行制造循环，在制造体(21)中使用含金属的制造材料，具体地粉末、粒状和/或线状制造材料，进行所述物体的增材制造，具体地进行3D打印，所述增材制造包括以下处理：
□以规定的量和位置提供所述含金属的制造材料，以及
□至少部分地、精确定位地对提所供的制造材料进行成形，具体地通过所述制造材料的部分熔融，
●在所述增材制造的至少部分期间，生成与制造相关的制造信息，
所述测量方法的特征在于
通过以下步骤生成所述制造信息：
●在所述制造体(21)外部产生并且发射投影光，
●经由所述制造体(21)的至少一个透光区域(22、22a、22b)
□将投影光投影到所述制造体(21)中的制造区(23)上
□在所述制造体(21)外部，使用投影光的投影的至少一部分来第一次拍摄第一图像，以及
□基于所拍摄的第一图像得出所述制造信息，
其中，基于所述制造信息在制造循环期间或两个制造循环之间执行对所述物体的增材制造的调整。
10.根据权利要求9所述的测量方法，
所述测量方法的特征在于
使用投影光的投影的至少一部分，在所述制造体(21)外部第二次拍摄第二图像来生成与制造相关的制造信息，其中，
●在所述第一图像和所述第二图像中拍摄投影的公共部分，
●使用已知的位置关系进行所述投影、所述第一次拍摄和所述第二次拍摄，以及
●考虑到已知的位置关系，基于所拍摄的第一图像和所拍摄的第二图像来得出所述制造信息。
11.根据权利要求9或10所述的测量方法，
所述测量方法的特征在于
基于所拍摄的第一图像和所拍摄的第二图像，得出关于所述制造区(23)的三维表示作为所述制造信息，具体地，其中，所述三维表示是3D点云，具体地，其中，所述三维表示包括待制造的物体的至少一部分，
具体地，其中，通过以下步骤生成所述三维表示：
●识别所述第一图像和所述第二图像中所述制造体(21)中的特征，
●确定所述第一图像和所述第二图像中的各相同特征以及该特征在所述第一图像和所述第二图像中的各图像位置，以及
●根据所述图像位置得出所述特征的三维位置。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的测量方法，
所述测量方法的特征在于
将所述投影光生成为结构化照明，具体地作为一系列不同图案，并且基于所述结构化照明得出所述三维表示。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的测量方法，
所述测量方法的特征在于
●在得出所述制造信息时，在所述第一图像和/或所述第二图像中捕捉以与所述制造区(23)的已知位置关系设置的标记(25)并且处理所捕捉的标记(25)在所述第一图像和/或所述第二图像中的图像位置，
具体地，其中，
□基于所述已知位置关系与所捕捉的标记(25)在所述第一图像和/或所述第二图像中的位置之间的比较得出所述制造体的温度信息，和/或
□基于所述已知位置关系与所捕捉的标记(25)在所述第一图像和/或所述第二图像中的图像位置之间的比较，得出或更新用于拍摄所述第一图像和/或所述第二图像的摄像头的内部和/或外部摄像头参数，具体地摄像头位置，
和/或
●在所述增材制造的范围内，建造规定的监测结构，并参照该监测结构生成所述制造信息。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的测量方法，
所述测量方法的特征在于
在执行制造循环之后，所述制造区(23)的位置发生变化，具体地下降，其中
●在得出所述制造信息时对测量到的位置变化程度进行处理
●基于关于所述位置变化程度得出的制造信息来调整所述位置变化。
15.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被存储在机器可读载体上或由电磁波实现，用于控制和/或执行至少以下步骤：
●生成制造信息，以及
●具体地当在根据权利要求1至8中任一项所述的***的控制及处理单元上执行所述计算机程序产品时，具体地进行根据权利要求9至14中任一项所述的测量方法的物体增材制造。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189543A (zh) * 2020-01-15 2020-05-22 大连理工大学 一种增材制造中红外热像仪发射率在线标定方法
CN113837225A (zh) * 2021-08-25 2021-12-24 佛山科学技术学院 一种基于深度学习的缺陷检测3d打印装置及方法
CN114261088A (zh) * 2021-12-09 2022-04-01 上海联泰科技股份有限公司 能量辐射装置的幅面亮度检测方法、***及标定方法
CN114378309A (zh) * 2021-12-29 2022-04-22 天翼物联科技有限公司 一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9186849B2 (en) * 2009-12-10 2015-11-17 Michael Spellman Composite part manufacturing compensation system and method
WO2020121784A1 (ja) * 2018-12-11 2020-06-18 本田技研工業株式会社 ワーク検査装置及びワーク検査方法
US20200221055A1 (en) * 2019-01-03 2020-07-09 United Technologies Corporation Systems and methods for compression and recovery of data in additive manufacturing applications
DE102019126419A1 (de) * 2019-05-08 2020-11-12 Docter Optics Se Vorrichtung zum optischen Abbilden von Merkmalen einer Hand
JP2022544339A (ja) 2019-07-26 2022-10-17 ヴェロ３ディー，インコーポレーテッド 三次元オブジェクトの形成における品質保証
US11886759B2 (en) * 2019-10-01 2024-01-30 Xerox Corporation Method and system for operating a metal drop ejecting three-dimensional (3D) object printer to compensate for drop size variations
CN111121972B (zh) * 2019-12-20 2021-03-16 东南大学 一种局部干法增材温度及高度在线监控的装置
US20210262787A1 (en) * 2020-02-21 2021-08-26 Hamamatsu Photonics K.K. Three-dimensional measurement device
AT17186U1 (de) * 2020-03-11 2021-08-15 Progress Maschinen & Automation Ag 3D-Druckvorrichtung, insbesondere für die Bauindustrie
US11680909B2 (en) * 2020-05-14 2023-06-20 The Boeing Company Automated inspection of foreign materials, cracks and other surface anomalies
DE102021104440A1 (de) 2021-02-24 2022-08-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein Messsystem für ein Fertigungssystem zur in-situ Erfassung einer Eigenschaft und Verfahren
EP4217136A1 (en) 2021-10-07 2023-08-02 Additive Monitoring Systems, LLC Structured light part quality monitoring for additive manufacturing and methods of use
CN114393218B (zh) * 2022-03-24 2022-07-15 西安空天机电智能制造有限公司 一种用于金属3d激光打印在线监控设备
WO2023235497A1 (en) * 2022-06-03 2023-12-07 Velo3D, Inc. Optical system adjustment

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012011217A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen
CN104471475A (zh) * 2012-07-02 2015-03-25 安格瑞卡姆有限公司 照相机外罩、照相机模块以及监测***
CN105499567A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 天津清研智束科技有限公司 粉床式电子束增材制造中热应力的控制装置及方法
CN105745060A (zh) * 2013-09-23 2016-07-06 瑞尼斯豪公司 增材制造设备和方法
CN107053663A (zh) * 2017-06-27 2017-08-18 上海联泰三维科技有限公司 光学***、照射控制方法及所适用的3d打印设备
CN107727011A (zh) * 2017-09-14 2018-02-23 华中科技大学 选择性激光熔化制造过程中平面度和轮廓度在线测量方法
CN107810102A (zh) * 2015-06-23 2018-03-16 通快激光与***工程有限公司 用于逐层制造三维物体的机器的构造缸组件

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1257066B (it) 1992-07-31 1996-01-05 Dea Spa Unita' di supporto e guida per un organo mobile di una macchina, particolarmente una macchina di misura.
IT1257067B (it) 1992-07-31 1996-01-05 Dea Spa Macchina di misura.
US5402582A (en) 1993-02-23 1995-04-04 Faro Technologies Inc. Three dimensional coordinate measuring apparatus
US6904691B2 (en) 2002-02-14 2005-06-14 Faro Technologies, Inc. Portable coordinate measurement machine with improved counter balance
US10183329B2 (en) * 2013-07-19 2019-01-22 The Boeing Company Quality control of additive manufactured parts
CN108349005B (zh) * 2015-11-16 2021-08-31 瑞尼斯豪公司 用于增材制造过程和设备的机器控制
CN111758013A (zh) * 2017-10-27 2020-10-09 精密自动化股份有限公司 用于采集物体表面特性的数据和信息的***和方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012011217A1 (de) * 2012-06-06 2013-12-12 Cl Schutzrechtsverwaltungs Gmbh Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen Bauteilen
CN104471475A (zh) * 2012-07-02 2015-03-25 安格瑞卡姆有限公司 照相机外罩、照相机模块以及监测***
CN105745060A (zh) * 2013-09-23 2016-07-06 瑞尼斯豪公司 增材制造设备和方法
CN107810102A (zh) * 2015-06-23 2018-03-16 通快激光与***工程有限公司 用于逐层制造三维物体的机器的构造缸组件
CN105499567A (zh) * 2015-12-15 2016-04-20 天津清研智束科技有限公司 粉床式电子束增材制造中热应力的控制装置及方法
CN107053663A (zh) * 2017-06-27 2017-08-18 上海联泰三维科技有限公司 光学***、照射控制方法及所适用的3d打印设备
CN107727011A (zh) * 2017-09-14 2018-02-23 华中科技大学 选择性激光熔化制造过程中平面度和轮廓度在线测量方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WILLIAM S. LAND ET AL: "In-Situ Metrology System for Laser Powder Bed Fusion Additive Process", 《PROCEDIA MANUFACTURING》 *
李文方: "《摄影与创意》", 30 June 2015, 辽宁美术出版社 *
王永信，邱志惠: "《逆向工程及检测技术与应用》", 31 May 2014, 西安交通大学出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111189543A (zh) * 2020-01-15 2020-05-22 大连理工大学 一种增材制造中红外热像仪发射率在线标定方法
CN111189543B (zh) * 2020-01-15 2021-06-08 大连理工大学 一种增材制造中红外热像仪发射率在线标定方法
CN113837225A (zh) * 2021-08-25 2021-12-24 佛山科学技术学院 一种基于深度学习的缺陷检测3d打印装置及方法
CN114261088A (zh) * 2021-12-09 2022-04-01 上海联泰科技股份有限公司 能量辐射装置的幅面亮度检测方法、***及标定方法
CN114261088B (zh) * 2021-12-09 2024-01-16 上海联泰科技股份有限公司 能量辐射装置的幅面亮度检测方法、***及标定方法
CN114378309A (zh) * 2021-12-29 2022-04-22 天翼物联科技有限公司 一种复杂构件柔性制造***及复杂构件柔性制造方法

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