JP2010536624A

Automatic geometric calibration using laser scanning reflectometry

Abstract

Systems and methods for calibrating the solid imaging system (10) are disclosed. A calibration plate (110) with a non-scattering surface (140) along with a periodic array (150) of multiple light scattering reference marks (156) is placed within the solid imaging system. A chemical beam (26) is scanned over the reference mark and scattered light (26S) is detected by a detector (130) at the top of the calibration plate. The computer control system (30) controls the guidance of the light beam, measures the actual center position (xA, yA) of the reference mark, and the angular position of the mirror and the (x, y) position of the construction plane (23). It is configured to perform interpolation that establishes a calibrated relationship with. The calibrated relationship is then used to guide the laser beam in forming the 3D object (50).

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40 claims: 8 independent, 32 dependent

  1. 1
    化学線波長を有する光ビームを使用するソリッド・イメージングシステムを校正するための校正プレートであって:前記光ビームを実質的に散乱しないように構成された第1表面を有する剛性の第1基板;および 前記第1表面に関連して配設され、前記光ビームを散乱するように構成された複数の基準マークを備えることを特徴とする校正プレート。
  2. 2
    前記第1表面が光吸収層を含み、 前記基準マークが前記光吸収層の内部にまたは接して形成されることを特徴とする請求項1に記載の校正プレート。
  3. 3
    前記第1表面が陽極酸化されていることを特徴とする請求項1に記載の校正プレート。
  4. 4
    前記第1表面が光陽極酸化され、前記基準マークがハロゲン化銀を含むことを特徴とする請求項3に記載の校正プレート。
  5. 5
    前記第1基板が、アルミニウムから形成され、かつ、厚みが約0.5インチ(約12.5mm)から約2インチ(約50mm)の範囲であり、前記第1表面の表面粗さが、各20インチ(50cm)スパンで測定されたときに0.005(約0.125mm)以下であることを特徴とする請求項4に記載の校正プレート。
  6. 6
    前記基準マークが、円形ドット、方形ドット、および、六角形ドットの何れか1つであり、ドットの直径が約0.030(約0.75mm)であり、中心間距離が約0.25インチ(約6.25mm)であることを特徴とする請求項1に記載の校正プレート。
  7. 7
    前記第1基板が約0.5インチ(約12.5mm)と約2インチ(約50mm)の間の範囲の厚みを有し、前記第1表面の表面粗さが各20インチ(約50cm)スパンで0.005インチ(約0.125mm)以下であり、 更に、第2表面を有し、前記第1表面上に配置され、前記第1表面の表面粗さに実質的に適合するような厚みを有する第2基板を備えており、 前記第2表面が実質的に非散乱性であり、前記基準マークが該実質的に非散乱性の第2表面上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の校正プレート。
  8. 8
    前記第2基板が約0.0015インチ(約0.0375mm)から約0.004インチ(約0.1mm)までの範囲の厚みを有することを特徴とする請求項7に記載の校正プレート。
  9. 9
    前記第2基板が実質的に光吸収性であることを特徴とする請求項7に記載の校正プレート。
  10. 10
    前記第2表面が陽極酸化されることを特徴とする請求項9に記載の校正プレート。
  11. 11
    前記第2表面が光陽極酸化され、前記基準マークがハロゲン化銀を含むことを特徴とする請求項10に記載の校正プレート。
  12. 12
    化学線波長を有する光ビームを案内するように角度位置の調整が可能な鏡を主要素として含む光学システムと、物体を生成するために前記光ビームに選択的に露光される構築平面とを備えるソリッド・イメージング装置を校正する校正装置であって:前記光ビームを実質的に散乱しない非散乱性表面と、前記構築平面に近接して作動的に配設され、前記光ビームを実質的に散乱するように構成された基準マークとを有する校正プレート;前記基準マークからの散乱光を検出し、該散乱光に応じた検出信号を生成するように、前記校正プレートの上部に配設された光検出器;および 前記光ビームの案内を制御し、前記基準マークの中心位置を測定しかつ前記鏡の角度位置と前記構築平面上の(x、y)位置との関係を確立するための補間を実行するように前記検出信号を処理する制御システムを備えることを特徴とする校正装置。
  13. 13
    前記校正プレートが:厚みが約0.5インチ(約12.5mm)から約2インチ(約50mm)の範囲にあり、各20インチ(約50cm)スパンで測定したときの表面粗さFLが約0.005インチ(約0.125mm)以下である第1表面を有する第1基板;および 第2表面を有し、前記第1表面の上に配置され、前記第1表面の表面粗さに適合するような厚みを有し、前記第2表面が実質的に非散乱性であり、前記基準マークが該実質的に非散乱性の第2表面上に形成された第2基板を備えることを特徴とする請求項12に記載の校正装置。
  14. 14
    校正装置を備え、3次元物体を形成するためのソリッド・イメージング装置であって:化学線波長の光ビームを生成する光ビーム発生器;前記光ビームを受光するように配置され、該光ビームを案内するための角度調節が可能な鏡;関連する構築平面を有する構築プラットフォームを移動可能に支持する昇降機;前記光ビームを散乱するように構成された複数の基準マークが形成される非散乱面を有し、前記構築平面上に配置された校正プレート;前記光ビームが前記基準マーク上を通過する際に、前記基準マークからの前記散乱された光ビームを検出して検出信号を生成するように、前記校正プレートの上部に前記光学システムに対応して配置された光検出器;および 前記基準マークの中心位置を測定すると共に、前記鏡の角度位置と前記構築平面の(x、y)位置との間に校正された関係を確立する補間を実行し、かつ該校正された関係を用いて前記光ビームを案内するように前記検出信号を処理する制御システムを備えることを特徴とするソリッド・イメージング装置。
  15. 15
    前記校正プレートが光吸収面を備えることを特徴とする請求項14に記載のソリッド・イメージングシステム。
  16. 16
    前記校正プレートが、ハロゲン化銀の基準マークが表面に形成された光陽極酸化面を有することを特徴とする請求項14に記載のソリッド・イメージング装置。
  17. 17
    前記校正プレートが:約0.5インチ(約12.5mm)と約2インチ(約50mm)の間の範囲の厚みを有し、かつ、各20インチ(約50cm)スパンの表面粗さが0.005(約0.125mm)以下の第1基板面を有するアルミニウムの第1基板;および 前記第1基板面の上に配設され、前記第1基板面の表面粗さに実質的に適合するような厚みを有し、前記光非散乱面を形成する第2基板であって、前記基準マークが該第2基板の表面の内部にまたはこれに接して形成される第2基板を備えることを特徴とする請求項14に記載のソリッド・イメージングシステム。
  18. 18
    前記第2基板が約0.0015インチ(約0.0375mm)から約0.004インチ(約0.1mm)の範囲の厚みを有することを特徴とする請求項17に記載のソリッド・イメージングシステム。
  19. 19
    前記基準マークは、円形ドット、方形ドット、または、六角形ドット何れかとして形成され、ドットの直径が約0.030(約0.75mm)、ドットの中心間距離が約0.25インチ(約6.25mm)であることを特徴とする請求項14に記載のソリッド・イメージングシステム。
  20. 20
    前記校正プレートは、1フィート(約30cm)≦Wp≦3フィート(約90cm)の範囲の幅Wpと、1フィート(約30cm)≦Lp≦4フィート(約120cm)の範囲の長さLpを有することを特徴とする請求項14に記載のソリッド・イメージング装置。
  21. 21
    走査用光ビームを用いて3次元物体を形成するソリッド・イメージング装置を使用する方法であって、 a)物体が形成されるシステムに、実質的に非散乱性の背景上に形成され化学線を散乱させる基準マークを有する校正プレートを作動的に配設するステップ、 b)基準マークの対応する中心位置を測定するために、前記基準マーク上で前記光ビームを走査し、該走査された基準マークからの散乱光を検出するステップ、および c)前記測定された中心位置に基づいて光ビームを案内することにより、物体を形成するステップを有することを特徴とする方法。
  22. 22
    前記基準マーク上で光ビームを走査するステップに先立って、相互に直交する第1列および第2列の基準マーク上で初期光ビーム走査を行って、該基準マークからの散乱光を検出して、第1座標システムを確立するステップを有することを特徴とする請求項21に記載の方法。
  23. 23
    前記物体を形成するステップに先立って、前記測定された中心位置および前記鏡の角度位置を補間して、前記鏡の角度位置と前記物体が形成される(x、y)位置との間に校正された関係を確立するステップを有し、次いで、該校正された関係を用いて物体を形成することを特徴とする請求項22に記載の方法。
  24. 24
    前記光ビームが調整可能なスポット・サイズを有することを特徴とする請求項22に記載の方法。
  25. 25
    更に、前記ビームのスポット・サイズが、前記基準マークの中心位置を測定するために前記基準マーク上で光ビームを走査するときに比べて、前記初期光ビーム走査のときの方が大きくなるように、前記スポット・サイズを調節するステップを有することを特徴とする請求項24に記載の方法。
  26. 26
    前記基準マークの1つをラスタ走査して、走査コントラスト・レベルを確立するステップを更に有することを特徴とする請求項21に記載の方法。
  27. 27
    前記システム内に校正プレートを作動的に配設するステップに先立って、光陽極酸化プロセスを用いて前記校正プレートを形成するステップを更に有することを特徴とする請求項21に記載の方法。
  28. 28
    前記走査された基準マークの対応する中心位置の測定が、前記走査された基準マークからの検出された散乱光に対して行う放物線による第1近似および重心近似の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項21に記載の方法。
  29. 29
    化学線波長を有する光ビームを案内するように角度位置の調整が可能である鏡を主要素として含む光学システムと、対応する構築平面を有する構築プラットフォームを移動可能に支持する昇降システムとを備え、3次元物体を形成するソリッド・イメージング装置を校正する方法であって:(a)実質的に非散乱性の背景に形成され化学線を実質的に散乱するように構成された基準マークを有する校正プレートを構築プラットフォーム上に作動的に配置するステップ;(b)前記基準マークの相互に直交する第1列および第2列上で第1光ビーム走査を実行し、前記基準マークからの散乱光を検出して第1座標系を確立するステップ;(c)前記第1座標系を用い、前記基準マークの配列の少なくとも一部の上で第2の光ビーム走査を実行し、前記基準マークからの散乱光を検出し、前記基準マークの対応する中心位置を測定するステップ;および (d)前記測定された中心位置および前記鏡の角角度位置を補間して、前記鏡の角度位置と前記構築平面上の(x、y)位置との校正された関係を確立するステップを有することを特徴とする方法。
  30. 30
    (e)物体を形成する際に、前記測定された中心位置と前記鏡の角度位置との補間された関係と、前記構築平面上の(x、y)位置とを用いレーザ・ビームを案内するステップを更に有することを特徴とする請求項29に記載の方法。
  31. 31
    前記測定された基準マークの中心位置が、直交方向に基準マークをラスタ走査することによって決定されることを特徴とする請求項29に記載の方法。
  32. 32
    前記走査された基準マークの対応する中心位置の測定が、走査された基準マークからの検出された散乱光に、放物線による第1近似および重心近似の少なくとも1つを適用することを含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
  33. 33
    前記第1座標系の確立が、回転、倍率、および、オフセットの少なくとも1つの測定値を含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
  34. 34
    前記物体を形成するステップに先立って:校正プレートを除去するステップ;構築プラットフォーム上に感光性材料を配置するステップ;前記測定された中心位置と前記鏡の角度位置との補間された関係と、前記構築平面上の(x、y)位置とを用いて、前記レーザ・ビームを案内するステップ;および 前記感光性材料に形成されたパターンを測定して前記校正の質を評価するステップを更に有することを特徴とする請求項29に記載の方法。
  35. 35
    前記感光性材料がマイラーを含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。
  36. 36
    前記第1座標系を確立するステップが、 前記第1光ビーム走査における走査された基準マークの理論的な中心位置を計算するステップ;および 補間を用い、前記第1光ビーム走査で走査されなかった基準マークの理論中心を計算するステップを含むことを特徴とする請求項請求項39に記載の方法。
  37. 37
    前記基準マークを、円形ドット、方形ドット、または、六角形ドットの何れかに形成するステップを含み、 前記ドットの直径が約0.030(約0.75mm)であり、中心間距離が約0.25インチ(約6.25mm)であることを特徴とする請求項29に記載の方法。
  38. 38
    前記光ビームが関連するスポット・サイズを有し、前記第2光ビーム走査が、前記第1光ビーム走査で使用されたスポット・サイズよりも小さいスポット・サイズで実行されることを特徴とする請求項29に記載の方法。
  39. 39
    前記校正プレートを回転させ、相互に直交する第1および第2の列の前記基準マークへの第1光ビーム走査を繰り返し、前記基準マークからの散乱光を検出して、第3座標系を確立するステップ;および 第1座標系と第3座標系とを比較し、それらの間に1つ以上の校正プレート誤差を示す差異が存在するか否かを判定するステップを更に有することを特徴とする請求項29に記載の方法。
  40. 40
    前記第1レーザ・ビーム走査に先立って、前記基準マークの1つをラスタ走査して、走査コントラスト・レベルを確立するステップを更に有することを特徴とする請求項29に記載の方法。
Independent claims40