本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)相繼地在與物體的相應(yīng)的橫剖面對(duì)應(yīng)的位置處固化能借助于輻射固化的構(gòu)建材料的層來(lái)制造三維物體的裝置，所述裝置具有：構(gòu)建室，在該構(gòu)建室中布置有用于支承物體的、具有高度可調(diào)的支架的支承裝置；用于在與物體的相應(yīng)的橫剖面對(duì)應(yīng)的位置處對(duì)構(gòu)建材料的層進(jìn)行輻射的輻射裝置；以及用于拍攝對(duì)構(gòu)建室進(jìn)行描摹的至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組的圖像拍攝裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)提到上述的圖像拍攝裝置時(shí)，還包括使用c-mos或ccd技術(shù)的裝置，也就是說(shuō)其中由單個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生圖像的裝置。因此，應(yīng)該如此理解概念“圖像拍攝裝置”，即也包括這種電子裝置。

已知一種成型方法，其中在預(yù)設(shè)的位置處層狀地固化材料，以便如此形成三維物體。在此，原則上可以固化像立體光刻工藝中的液體，或者激光燒結(jié)(sls)或者激光熔融(lsm)工藝中的粉末。在此，層狀地降低已經(jīng)完成的層并涂抹新的層，以便把構(gòu)建材料固化在期望的位置處。

在層狀地涂抹時(shí)，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤涂抹。此外，對(duì)構(gòu)建材料的不同的加熱也是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橛纱藭?huì)損害完成的三維物體的強(qiáng)度。

因此還已知，使用用于監(jiān)控構(gòu)建空間或構(gòu)建室的攝像機(jī)。ep2032345b1教導(dǎo)了用于選擇性激光粉末加工的裝置，其中相對(duì)于用于固化粉末的激光束，追蹤了攝像機(jī)或光電二極管裝置或者ccd裝置。

在此還已知，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)修正激光的輸入能量或者停留時(shí)間，從而控制每面積部段的能量輸入。由此可以避免同一個(gè)面積區(qū)域的多次熔融。

在此，盡管進(jìn)行了所有的改進(jìn)仍然還存在問(wèn)題，即根據(jù)攝像機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)或者由此導(dǎo)出的數(shù)據(jù)不具有所需的精度，在導(dǎo)出的數(shù)據(jù)——像熔池的溫度、即熔融的和仍未再次固化的構(gòu)建材料的溫度——的預(yù)測(cè)中具有過(guò)大的公差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種前述類型的裝置，其中提高了拍攝的圖像數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量。

為了完成該任務(wù)，建議了具有根據(jù)權(quán)利要求1所述特征的裝置。由從屬權(quán)利要求得到有利的改進(jìn)方案。

本發(fā)明的核心在于，能借助于構(gòu)建室中一個(gè)或多個(gè)位置標(biāo)記校準(zhǔn)圖像拍攝裝置。即已經(jīng)證明的是，在圖像拍攝設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)的進(jìn)一步使用中，不精確性和位置相關(guān)且進(jìn)而在圖像中存在信息和位置之間的相關(guān)性。相應(yīng)地，圖像拍攝設(shè)備的這種和位置相關(guān)的測(cè)量不精確性通過(guò)校準(zhǔn)來(lái)補(bǔ)償。

在本申請(qǐng)中，校準(zhǔn)也就如下地涉及信息獲取，即在構(gòu)建過(guò)程期間拍攝的圖像數(shù)據(jù)組中能夠補(bǔ)償測(cè)量不精確性。這些測(cè)量不精確性取決于結(jié)構(gòu)且不能通過(guò)圖像拍攝設(shè)備的重新定位來(lái)消除。

相應(yīng)地，位置標(biāo)記不被設(shè)想用于，在構(gòu)建室中標(biāo)記特定的位置，而是標(biāo)記特定的圖像位置。通過(guò)分析對(duì)位置標(biāo)記進(jìn)行描摹的圖像區(qū)域可以得到用于補(bǔ)償測(cè)量不精確性的數(shù)據(jù)。

在校準(zhǔn)時(shí)需要考慮任意一個(gè)值作為標(biāo)準(zhǔn)值。與該標(biāo)準(zhǔn)值的偏差被用于得到一個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或者多個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)值可以是通過(guò)攝像機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)組的圖像中心中的強(qiáng)度值?？蛇x地，可以涉及在整個(gè)圖像中或者在可預(yù)定的圖像區(qū)域中最明亮或最暗淡的強(qiáng)度值。下面將進(jìn)一步說(shuō)明其他設(shè)計(jì)方案。

在圖像拍攝設(shè)備和構(gòu)建室之間可以布置具有至少一個(gè)鏡子的鏡裝置。該鏡裝置用于偏轉(zhuǎn)通過(guò)激光設(shè)備發(fā)出的用于固化構(gòu)建材料的激光束。然而，通過(guò)該鏡裝置也可以拍攝至少部分地描摹構(gòu)建室的圖像數(shù)據(jù)。

有利地，至少一個(gè)位置標(biāo)記可以布置在構(gòu)建室的底部上或者構(gòu)建室的底部處的底板上。和位置相關(guān)的測(cè)量不精確性涉及由構(gòu)建材料制成的層，所述層位于所謂的構(gòu)建平面中且利用激光束被輻射或者應(yīng)該利用激光束被輻射。構(gòu)建平面是與所述底部和與所述底板平行的平面。因此，借助于分布在底部上的位置標(biāo)記可以實(shí)現(xiàn)最佳的校準(zhǔn)。

優(yōu)選可以在位置標(biāo)記上方布置有透光的熱保護(hù)裝置、尤其是由玻璃陶瓷制成的熱保護(hù)裝置。如果位置標(biāo)記是熱敏的，則其通過(guò)玻璃陶瓷層保護(hù)，因?yàn)樵摬Ａ沾蓪訛槲恢脴?biāo)記屏蔽了由激光束輸入的且通過(guò)構(gòu)建材料繼續(xù)傳導(dǎo)的熱量。

優(yōu)選規(guī)定了，位置標(biāo)記至少部分地或以和支撐位置相關(guān)的方式模擬在構(gòu)建室中使用的構(gòu)建材料的均勻反射性。這如此完成，就像構(gòu)建材料具有預(yù)定的在整個(gè)構(gòu)建平面中恒定的熱輻射。在此輸出的電磁輻射通過(guò)位置標(biāo)記模擬。在極端情況下，位置標(biāo)記是對(duì)底部或者底板整體或者部分地進(jìn)行加載的照明設(shè)備。

為了能價(jià)廉地實(shí)現(xiàn)位置標(biāo)記，該位置標(biāo)記設(shè)計(jì)為led燈。其優(yōu)選發(fā)射700nm至1100nm的可見(jiàn)的和紅外線的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，尤其是發(fā)射800nm和900nm之間的波長(zhǎng)的光。在此，涉及一種波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍，這種波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍也由被加熱的構(gòu)建材料輸出。通過(guò)在理想條件下，尤其是鑒于視為恒定的溫度時(shí)模擬構(gòu)建材料的輻射可以實(shí)現(xiàn)，在示出一個(gè)或多個(gè)位置標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)組的圖像區(qū)域的圖示中與另一個(gè)圖像區(qū)域的偏差僅僅會(huì)歸因于圖像拍攝設(shè)備的和位置相關(guān)的測(cè)量不精確性，由此可對(duì)其進(jìn)行修正。

基本上不重要的是，是利用唯一的位置標(biāo)記還是利用多個(gè)位置標(biāo)記實(shí)現(xiàn)在底部或底板的區(qū)域上均勻的光輸出。然而優(yōu)選設(shè)置多個(gè)位置標(biāo)記。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，在位置標(biāo)記失效時(shí)，仍然始終能夠校準(zhǔn)圖像拍攝設(shè)備。則優(yōu)選位置標(biāo)記分別具有尤其是平行的、預(yù)定的光發(fā)射角。圖像拍攝設(shè)備描摹平行的光輻射，由此可以特別簡(jiǎn)單地確定和修正和位置相關(guān)的測(cè)量不精確性。

在使用多個(gè)位置標(biāo)記時(shí)，位置標(biāo)記形成了支撐位置?？梢詫?duì)位于其間的區(qū)域進(jìn)行插值處理。

也就是說(shuō)使用了描摹至少一個(gè)位置標(biāo)記的圖像數(shù)據(jù)組，以便獲得至少一個(gè)校準(zhǔn)信息或者校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。這在構(gòu)建過(guò)程之前發(fā)生。借助于校準(zhǔn)數(shù)據(jù)則在構(gòu)建過(guò)程期間對(duì)描摹構(gòu)建室中的構(gòu)建平面的圖像數(shù)據(jù)組進(jìn)行修正，從而清除由此導(dǎo)出的數(shù)據(jù)、如溫度數(shù)據(jù)中的和位置相關(guān)的測(cè)量不精確性。

用于制造三維物體的裝置優(yōu)選是激光熔融或者激光燒結(jié)裝置。

圖像拍攝裝置優(yōu)選設(shè)計(jì)為照相機(jī)或攝像機(jī)。即它們可以拍攝單個(gè)的圖像或圖像數(shù)據(jù)組或者連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)組。圖像拍攝裝置優(yōu)選設(shè)計(jì)用于在可見(jiàn)光的范圍內(nèi)或者在紅外線范圍內(nèi)進(jìn)行拍攝。

此外，本發(fā)明還涉及一種用于通過(guò)生長(zhǎng)式構(gòu)建方法制造三維構(gòu)件的方法，其中通過(guò)由輻射源向可固化的構(gòu)建材料施加影響來(lái)相繼地固化單個(gè)層的固定的區(qū)域從而完成構(gòu)件，其中所述區(qū)域在彼此間隔開(kāi)的單個(gè)部段中固化，以及其中圖像拍攝裝置設(shè)置用于拍攝容納了構(gòu)建材料的構(gòu)建室的至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組。該方法的特征在于，借助于發(fā)射光的至少一個(gè)位置標(biāo)記利用圖像拍攝設(shè)備拍攝至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組作為參考圖像數(shù)據(jù)組，根據(jù)至少一個(gè)參考圖像數(shù)據(jù)組進(jìn)行對(duì)在構(gòu)建過(guò)程期間拍攝的圖像數(shù)據(jù)組的修正。

附圖說(shuō)明

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例得到本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、特征和細(xì)節(jié)。其中：

圖1示出用于制造三維物體的裝置；

圖2以剖面圖示出構(gòu)建室的底部區(qū)域中的結(jié)構(gòu)；

圖3示出第一設(shè)計(jì)方案的位置標(biāo)記；

圖4示出第二設(shè)計(jì)方案的位置標(biāo)記；

圖5示出第三設(shè)計(jì)方案的位置標(biāo)記；

圖6示出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組；以及

圖7示出用于執(zhí)行校準(zhǔn)的流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出用于通過(guò)相繼地固化可固化的粉末狀構(gòu)建材料的層來(lái)制造三維物體的裝置1。在此，所有對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)不重要的元件，例如像用于輸入惰性氣體的、始終應(yīng)該設(shè)置的氣體輸入裝置在附圖中未具體示出。示出具有計(jì)量室3、構(gòu)建室4以及溢出室5的構(gòu)建模塊2。通過(guò)計(jì)量室3和構(gòu)建室4可移動(dòng)施加裝置6以用于把構(gòu)建材料7從計(jì)量室3輸送至構(gòu)建室4。構(gòu)建材料涉及金屬或者塑料制的粉末狀可固化的材料。

支承裝置8位于構(gòu)建室4中。借助于支承裝置8可在高度上調(diào)節(jié)三維物體9。構(gòu)建室4中的相應(yīng)最上層構(gòu)建材料7形成構(gòu)建平面10。構(gòu)建平面10中的構(gòu)建材料7借助于激光束在相應(yīng)的位置處固化。一旦具有構(gòu)建材料7的層在構(gòu)建室4中固化在期望的位置處，則降低支承裝置8，并利用施加裝置6把構(gòu)建材料7的新的層從計(jì)量室3輸送至構(gòu)建室4。為了在計(jì)量室3中提升構(gòu)建材料7，該計(jì)量室同樣具有支承裝置11。

在構(gòu)建模塊上方存在鏡裝置12，利用該鏡裝置可偏轉(zhuǎn)由激光束裝置13輸出的激光束14，從而對(duì)構(gòu)建平面10的相應(yīng)期望的區(qū)域進(jìn)行輻射。在激光束14的光路中還存在透鏡裝置15以及分光鏡16。利用透鏡裝置15聚焦激光束14，而分光鏡16一方面可被激光束14穿透，且另一方面把光朝向作為圖像拍攝設(shè)備的攝像機(jī)17偏轉(zhuǎn)。因此攝像機(jī)17可以拍攝構(gòu)建平面10。

攝像機(jī)17與控制設(shè)備18連接。在此，該控制設(shè)備可以涉及配屬于攝像機(jī)17的控制設(shè)備18，其也可以涉及裝置1的控制設(shè)備18，該控制設(shè)備執(zhí)行多個(gè)控制任務(wù)，例如控制激光束裝置13和/或鏡裝置12。

鏡裝置12和透鏡裝置15可以分別包括一個(gè)或多個(gè)反射鏡或透鏡。

在形成構(gòu)建室4的底部的構(gòu)建室4支承裝置8上存在底板19。在底板19中存在凹部，在凹部中布置有l(wèi)ed燈20作為位置標(biāo)記。在底板19上還有玻璃陶瓷板21作為用于led燈20的熱保護(hù)件。在構(gòu)建第一層時(shí)，通過(guò)激光束14把大量的熱量朝著led燈20輸出。通過(guò)玻璃陶瓷板21使led燈20免受熱傷害。

圖2示出構(gòu)建室2的底部上的結(jié)構(gòu)的橫剖面。在該橫剖面中示出了支承裝置8的支架22、具有在其中布置的led燈20的底板19以及玻璃陶瓷板21。未示出led燈20的電連接件。該電連接件例如可以延伸經(jīng)過(guò)支架22。

同樣未示出支承裝置8的絲杠傳動(dòng)裝置，該絲杠傳動(dòng)裝置使支架22提升和降低。

圖3以俯視圖示出底板19，以用于說(shuō)明led燈20的可能的分布。這種分布和在圖4和5中示出的分布不僅適用于led燈20，而且還適用于所有類型的位置標(biāo)記。

圖3示出led燈20的柵格結(jié)構(gòu)。在示出的實(shí)施方案中，led燈20(其中為了清晰僅示例性為其中三個(gè)設(shè)置了附圖標(biāo)記)的中點(diǎn)分別具有相同的間距，此外柵格的連接線是直角的。然而可選地，也可以使用其它柵格結(jié)構(gòu)、例如菱形圖案。

圖4示出led燈20的另外可選的裝置。其在此布置在同心的圓23上。該圓23以虛線示出且僅設(shè)想用于定向。led燈20(同樣僅示例性為其中若干個(gè)設(shè)置了附圖標(biāo)記)通過(guò)具有封閉的線的圓表示。

圓的間距在此還根據(jù)led燈的大小、每面積單位待達(dá)到的數(shù)量、led燈20之間的底板19的所需的壁強(qiáng)度等確定。

led燈20可以像示出的那樣像在輪輻上排列的那樣設(shè)置，其中輪輻的數(shù)量隨著圓直徑的增大同樣增大。然而led燈20也可以相對(duì)地任意地布置在圓23上。

在校準(zhǔn)中，如上所述，可以考慮一任意值作為標(biāo)準(zhǔn)值。在此可以涉及通過(guò)攝像機(jī)17拍攝的圖像數(shù)據(jù)組的圖像中心中l(wèi)ed燈20的強(qiáng)度值?？蛇x地，可以涉及在整個(gè)圖像中或者可預(yù)定的圖像區(qū)域中普遍的位置標(biāo)記的或者led燈20的最明亮的或最暗淡的強(qiáng)度值。標(biāo)準(zhǔn)值的選擇取決于框架條件，且可以與建議的設(shè)計(jì)方案不同。

圖5示出位置標(biāo)記作為平面的照明裝置24的另一個(gè)設(shè)計(jì)方案。照明裝置24的光輸出優(yōu)選在整個(gè)面上是均勻的，然而最終如果已知光輸出的分布就足夠了。在校準(zhǔn)攝像機(jī)17時(shí)也應(yīng)該考慮這一點(diǎn)。

照明裝置24例如可以由此得到，在像圖3中的結(jié)構(gòu)中在led燈20上方存在分光板。該分光板優(yōu)選用在玻璃陶瓷板21下方。

led燈20或照明裝置24的光輸出在構(gòu)建開(kāi)始之前以及通過(guò)攝像機(jī)17在至少一個(gè)圖像數(shù)據(jù)組中檢測(cè)。從該圖像數(shù)據(jù)組出發(fā)且與位置標(biāo)記的設(shè)計(jì)方案無(wú)關(guān)地獲得至少一個(gè)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，其中此處數(shù)據(jù)理解為“數(shù)據(jù)”的單數(shù)，即尤其是形式為號(hào)碼或數(shù)字的信息。

優(yōu)選通過(guò)從圖像元素——也稱為像素——或者從圖像區(qū)域通過(guò)對(duì)多個(gè)圖像元素取平均值獲得標(biāo)準(zhǔn)值的方式，從對(duì)位置標(biāo)記的、尤其是led燈20的或者照明裝置24的光輸出進(jìn)行拍攝的圖像數(shù)據(jù)組中確定校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25。然后所有其它的圖像點(diǎn)除以該標(biāo)準(zhǔn)值，并由此取倒數(shù)。這以圖像元素方式或者以像素方式進(jìn)行。在圖6中示出校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25。

因?yàn)檫@些值被噪聲“污染”，所以能夠在校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25中找出區(qū)域26、27、28、29、30和31，所述區(qū)域僅通過(guò)噪聲區(qū)分。在這些區(qū)域26、27、28、29、30和31中分別可以形成一平均值，以便抑制或減小噪聲。

在形成校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25之后，將該校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組簡(jiǎn)單地以像素方式與在三維物體9的構(gòu)建期間拍攝的圖像數(shù)據(jù)組相乘，以便消除和位置相關(guān)的測(cè)量不精確性。

由圖6還得知，測(cè)量不精確性不一定圍繞圖像中心對(duì)稱地出現(xiàn)。利用所述裝置和所述方法還可以消除任意的測(cè)量不精確性。

圖7示出用于執(zhí)行對(duì)圖像拍攝裝置、即攝像機(jī)17的校準(zhǔn)的流程圖。

在步驟s1中，在構(gòu)建室4中在支架22上定位具有l(wèi)ed燈20的底板19以及建立至led燈的電連接。優(yōu)選在支架22上存在相應(yīng)的觸頭，因此簡(jiǎn)單的安置就足夠了。

在步驟s2中，支架8在高度上如此移動(dòng)，使得燈位于與隨后構(gòu)建平面10所處的高度相同的高度上且輸出光。

在隨后的步驟s3中，借助于攝像機(jī)17拍攝圖像數(shù)據(jù)組。在步驟s4中由該圖像數(shù)據(jù)組確定校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25。在此可以使用所有常用的和所述的過(guò)程步驟，像考慮led燈20或照明裝置24的光輸出的分布、平均值形成、標(biāo)準(zhǔn)值的選擇等。將控制設(shè)備18考慮用于計(jì)算。

隨后作為步驟s5，將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25存儲(chǔ)在未示出的存儲(chǔ)設(shè)備中。

校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組25的這種校準(zhǔn)和完成可以在每個(gè)構(gòu)建過(guò)程之前進(jìn)行。然而其也可以進(jìn)行一次以用于使攝像機(jī)17運(yùn)行。尤其可以使用具有不同的波長(zhǎng)輸出的led燈20，以便為構(gòu)建材料7分別產(chǎn)生所屬的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組。具有不同的波長(zhǎng)輸出的led燈也可以布置在底板19上且被分開(kāi)地操縱?？蛇x地，對(duì)每個(gè)預(yù)定的波長(zhǎng)或者每個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)說(shuō)，也可以設(shè)置自己的底板19或者自己的底部。在此，led燈20的分布以及校準(zhǔn)數(shù)據(jù)或校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組的產(chǎn)生可以彼此無(wú)關(guān)。

附圖標(biāo)記列表：

1裝置

2構(gòu)建模塊

3計(jì)量室

4構(gòu)建室

5溢出室

6施加裝置

7構(gòu)建材料

8支承裝置

9三維物體

10構(gòu)建平面

11支承裝置

12鏡裝置

13激光束裝置

14激光束

15透鏡裝置

16分光鏡

17攝像機(jī)

18控制設(shè)備

19底板

20led燈

21玻璃陶瓷板

22支架

23圓

24照明裝置

25校準(zhǔn)數(shù)據(jù)組

26區(qū)域

27區(qū)域

28區(qū)域

29區(qū)域

30區(qū)域

31區(qū)域