Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung einer auf optischer Wechselwirkung basierender Fertigungsanlage, insbesondere einer Fertigungsanlage zum selektiven Laserschmelzen („Selective Laser Melting“, SLM), in welcher mittels Konversionsmaterial, ein bearbeitender Lichtstrahl der Fertigungsanlage absorbiert und in ein detektierbares und vorzugsweise sichtbares Kalibrierungslicht umgewandelt werden kann. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche durch selektives Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahls entlang des Konversionsmaterials und Detektion des so generierten Kalibrierungslichts, eine Kalibrierung der Fertigungsanlage ermöglicht.

Hintergrund der Erfindung

Aufgrund zunehmend komplexer werdender Arbeitsprozesse und der daraus entstehenden Anforderung möglichst präzise, automatisiert und großflächig fertigen zu können, hat sich die Produktion und Bearbeitung von Werkstücken auf Basis von optischen Wechselwirkungsprozessen etabliert.

Gattungsgemäß aus dem Stand der Technik bekannte und auf optischer Wechselwirkung basierende Fertigungsanlagen (optische Fertigungsanlagen), wie zum Beispiel Laser-induzierte und/oder auf additiven Fertigungsschritten basierende Fertigungsanlagen, wie etwa dem selektiven Laserschmelzen, umfassen hierbei zumeist ein oder mehrere im Infrarotbereich arbeitende Hoch- Intensitätslichtquellen, welche mit einer Mehrzahl von feinjustierten und über ein Computersystem automatisiert ansteuerbaren, optischen Elementen (Linsen, Spiegel, Filter etc.) gekoppelt werden und es somit erlauben, durch Erzeugen eines verdichteten und auf einen bestimmten Fertigungspunkt fokussierten Bearbeitungslichtstrahls, plastisch auf ein Werkstück oder einen Werkstoff einzuwirken. Beispielhaft besitzt eine Fertigungsanlage nach dem selektiven Laserschmelzverfahren zumindest eine Laserlichtquelle, welche mittels Softwaregestützter Optik, einen gebündelten Laserstrahl auf pulverförmige Schichten von zu verarbeitenden Werkstoffen fokussieren und so, durch lokale, schichtweise miteinander verbindbare Verschmelzungen, einen äußerst effektiven, dreidimensionalen Fertigungsprozess erzeugen kann.

Trotz stetiger Weiterentwicklung solcher Fertigungsanlagen, tritt jedoch in den meisten solcher Systeme weiterhin das Problem auf, dass aufgrund von unterschiedlichen äußeren und inneren Einflüssen, wie etwa Wärmeausdehnungen oder mechanischen Verschiebungen einzelner in der Fertigungsanlage enthaltener Fertigungskomponenten, der Lichtweg des bearbeitenden Lichtstrahls insbesondere unabhängig von etwaigen Einstellungen der optischen Elemente verändert werden kann, wodurch sich zum Teil merkliche Abweichungen zwischen der anzusteuernden Soll-Position des bearbeitenden Lichtstrahls und einer tatsächlich vorliegenden Ist-Position ergeben können. Entsprechend ist es für bestehende optische Fertigungsanlagen kritisch eine möglichst präzise Analyse existierender Lichtwegabweichungen und gegebenenfalls eine Korrektur der oben genannten Positionsdiskrepanzen zu erzeugen, welche sowohl in der Lage ist, etwaige Veränderungen des bearbeitenden Lichtstrahls zu identifizieren als auch die sich so ergebenen Fehlstellung des Lichtweges zu beheben.

Als Referenz für ein solches Kalibrierungsverfahren ist beispielsweise in der US 2021 016394 Al der Einsatz einer sogenannten Scanfeld platte beschrieben, auf welcher zur Bestimmung etwaiger Lichtstrahlverfehlungen, ein vordefiniertes geometrisches Muster eingeschmolzen und mittels einer externen Messmaschine analysiert wird. Darüber hinaus sieht das oben genannte Verfahren vor, zusätzlich zu der Mustergenerierung, eine Reihe von Messkoordinaten auf die Scanfeld platte aufzubringen und besagte Positionierungen der Messkoordinaten gemeinsam mit den Analyseergebnissen des zuvor beschriebenen Schmelzmusters in ein zur Rejustierung von optischen Elementen genutzten Kalibrierungsdatensatz miteinzubeziehen. Obgleich sich dabei die bisher genutzten Verfahren aus dem Stand der Technik, aufgrund von hinreichenden Genauigkeiten zur Rekalibrierung der zuvor beschriebenen Elemente, bewehren konnten, zeichnete sich der Gebrauch dieser Verfahren, insbesondere der Gebrauch von Scanfeldplatten, jedoch seit jeher auch durch eine Reihe von nicht zu unterschätzenden Nachteilen aus: So bedingen beispielsweise die meist zur Kalibrierung benötigten plastischen Verformungen des jeweiligen Kalibrierungselements, einen stetigen Austausch von zu verwendenden Kalibrierungsmaterialien, sodass die Verfahren nach dem Stand der Technik für gewöhnlich mit hohen Materialkosten verbunden sind. Darüber hinaus erzwingt das Lokalisieren des zumeist im Mikrometerbereich liegenden Auftreffpunktes des bearbeitenden Lichtstrahls einen in der Regel lang andauernden Analyseprozess, welcher lediglich von speziell hierfür vorgesehenen, extern gelagerten Einrichtungen durchgeführt werden kann und somit gleichermaßen einen automatisierten und speziell innerhalb der Fertigungsmaschine durchführbaren Justierungsmechanismus verhindert.

Insofern ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Kalibrierungsverfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung und Justierung etwaiger Lichtwegfehlstellungen bereitzustellen, welche die zuvor beschriebenen Verfehlungen des Stands der Technik überwinden können und vornehmlich eine materialsparendere und somit kostengünstigere Anpassung der auf optischer Wechselwirkung basierenden Fertigungsanlage ermöglichen. Darüber hinaus ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ebensolche Identifizierung- und Justierungsschritte gleichermaßen automatisiert und insbesondere innerhalb der entsprechend zu kalibrierenden Fertigungsanlage vorzunehmen, sodass eine weitaus effizientere, genauere und unter anderem beschleunigte Korrektur letzterer ermöglicht werden kann. Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe werden die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Das beanspruchte Verfahren und die beanspruchte Vorrichtung zur Kalibrierung der optischen Fertigungsanlage können dabei zumindest, in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, das Verwenden und Bereitstellen eines lichtwandelnden Mediums, im Folgenden als „Konversionskörper“ genannt, umfassen, welcher vorzugsweise, zur Kalibrierung eines in einer optischen Fertigungsanlage genutzten bearbeitenden Lichtstrahls, in eine jeweilige Fertigungsanlage eingebracht und eingerichtet sein kann, das Licht des bearbeitenden Lichtstrahls (insbesondere eines gebündelten Lichtstrahls mit infraroter Wellenlänge und somit eines unsichtbaren Lasers), durch Auftreffen an bestimmten Stellen des Konversionskörpers zu absorbieren und für darauffolgende Identifizierungs- und Justierungsprozesse in ein detektierbares und vorzugsweise sichtbares Licht umzuwandeln bzw. zu emittieren. Entgegen des Stands der Technik bildet die Grundlage der vorliegenden Erfindung somit ein bevorzugt auf der Umwandlung des bearbeitenden Lichtstrahls in ein detektierbares Lichtsignal basierender Kalibrierungsprozess, wodurch zur Analyse etwaiger Lichtwegabweichungen innerhalb einer zu korrigierenden Fertigungsanlage, weder plastische Verformungen/Zerstörungen an einem Kalibrierungsmaterial noch etwaige extern gelagerten Messmaschinen benötigt werden. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung insbesondere dazu verwendet werden, das Kalibrieren des entsprechenden Lichtwegs innerhalb der Fertigungsanlage ohne erforderlichen Austausch von Kalibrierungselementen zu vollziehen, sodass sowohl Material kosten gespart, als auch ein ausschließlich innerhalb der Fertigungsanlage durchzuführender (d.h. in situ kompetenter) und automatisierbarer Kalibrierungsprozess ermöglicht werden kann. Erfindungsgemäß kann somit durch die Verwendung von geeigneten Sensoren innerhalb der Fertigungsmaschine in Kombination mit einem, in einem vorbestimmten Muster auf einem Trägermaterial oder Substrat angeordneten, Konversionsmaterial, die Position des Laserstrahls (Lichtstrahls) direkt erfasst und ausgewertet werden, sobald sich der Strahl über das Konversionsmedium bewegt. Diese Art der Positionserfassung gilt vorteilhaft auch für Strahlen, die unter einem Neigungswinkel auftreffen.

Zu diesem Zweck kann ein Kalibrierungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest einen der folgenden Schritte umfassen:

1) Positionieren des Konversionskörpers an einer Kalibrierungsposition innerhalb einer auf optische Wechselwirkungen basierenden Fertigungsanlage;

2) Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahls auf dem Konversionskörper;

3) Erfassen eines durch den Konversionskörper emittierten detektierbaren Kalibrierungslichtsignals;

4) Ermitteln einer derzeitigen Position (Ist-Position) des bearbeitenden Lichtstrahls durch Analyse des erfassten Kalibrierungslichtsignals;

5) Vergleichen der ermittelten Ist-Position mit einer innerhalb der Fertigungsanlage vordefinierten Referenzposition (Soll-Position) des bearbeitenden Lichtstrahls; und

6) Kalibrieren der optischen Fertigungsanlage basierend auf den ermittelten Unterschieden zwischen der verglichenen Ist-Position und der Soll-Position.

Wie bereits genannt ist das oben beschriebene Kalibrierungsverfahren dabei vorzugsweise darauf ausgelegt, vollständig innerhalb der zu justierenden Fertigungsanlage durchgeführt zu werden, sodass etwaige durch das Umtauschen oder Verlagern von Kalibrierungsmaterialien entstehende Wartezeiten effektiv vermieden werden können. Dabei ist das beanspruchte Verfahren generell nicht auf eine bestimmte Art von Fertigungsanlage beschränkt, sondern kann vorzugsweise für jede Art von auf optischen Wechselwirkungen basierenden Fertigungssystemen angewandt werden. Insofern kann das hierin beanspruchte Verfahren zunächst bevorzugt für jegliche Fertigungsanlagen Anwendung finden, welches zumindest in der Lage ist, mittels Fokussierens eines innerhalb der entsprechenden Fertigungsanlage generierten Lichtstrahls plastisch auf ein vordefiniertes Werkstück oder einen zur Generierung des Werkstückes benötigten Werkstoff einzuwirken und so einen zumindest zweidimensionalen Körper zu kreieren.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die auf das Verfahren anwendbare optische Fertigungsanlage zudem zu diesem Zweck zumindest eine zur Erzeugung des Lichtstrahls eingerichtete Strahlungsquelle, wie etwa einen Laser oder hoch-energetische Dioden, umfassen, welche zur Fokussierung des generierten Lichtstrahls auf den entsprechenden Werkstoff, optisch mit einer Reihe von selektiv justierbaren optischen Elementen, wie beispielsweise (Sammel- oder Streu-)linsen, Spiegeln oder Filtern, gekoppelt sein kann und der Fertigungsanlage somit ermöglicht, das erzeugte Licht gezielt und fokussiert zumindest entlang einer vordefinierten, innerhalb der Fertigungsanlage befindlichen Arbeitsebene zu verfahren. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann letztgenannte Arbeitsebene dabei bevorzugt zudem innerhalb eines von dem Standort der optischen Elementen entkoppelten, vorzugsweise für die Herstellung des jeweiligen Werkstücks eingerichteten Bauraums, etwa einer in der Fertigungsanlage angeordneten Prozesskammer, positioniert sein, sodass die optischen Elemente selbst während des Herstellungsverfahrens effektiv vor etwaigen Emissionen (z.B. Schmauch, Staub, Funken etc.) geschützt werden können. Insofern ist hervorzuheben, dass vorzugsweise sogar Fertigungsanlagen zur additiven Fertigung, wie zum Beispiel auf optischen Wechselwirkungen basierende 3D- Drucker oder SLM-Anlagen effektiv durch das oben genannte Verfahren kalibriert werden können. Das beanspruchte Verfahren selbst kann dabei vorzugsweise mit einer anfänglichen Initiationsphase begonnen werden, in welcher, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, insbesondere benötigte Systemeinstellungen und/oder Kalibrierungselemente in die zu justierende Fertigungsanlage adjustiert und somit die darauffolgende Kalibration möglichst effizient vorbereitet werden kann.

Hierbei kann, wie oben beschrieben, ein erster Schritt der genannten Initiationsphase vorzugsweise zunächst ein Positionieren des zentral für den Kalibrierungsvorgang benötigten Konversionskörpers an eine vordefinierte Kalibrierungsposition innerhalb der jeweilig zu justierenden Fertigungsanlage vorsehen, wobei als Kalibrierungsposition bevorzugt jene Position definiert werden kann, an welcher letztgenannter Konversionskörper auch von dem bearbeitenden Lichtstrahl der Fertigungsanlage beleuchtet und somit für das weitere Verfahren analysiert und zur Justierung der Fertigungsanlage genutzt werden soll. Dabei kann, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, entsprechende Kalibrierungsposition insbesondere zumindest in der zuvor genannten Arbeitsebene, in weiteren Ausführungsbeispielen jedoch zumindest an einem von dem bearbeitenden Lichtstrahl durch Ansteuerung der optischen Elemente der Fertigungsanlage zu erreichender Punkt innerhalb des genutzten Bauraums angeordnet sein, sodass es vorzugsweise ermöglicht wird, besagten Konversionskörper ohne Zusatz weiterer Hilfsmittel (und somit potentiell zusätzlich einzubeziehender Fehlerquellen) ausleuchten zu können.

Zu diesem Zweck kann der besagte Konversionskörper beispielhaft bevorzugt, in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in eine zur lösbaren Fixierung des Konversionskörpers eingerichtete und innerhalb des Bauraums, vorzugsweise in der Arbeitsebene der Fertigungsanlage stationierte Arretierungsvorrichtung, eingebracht werden, sodass eine Bestrahlung des Konversionskörpers für den darauffolgenden Kalibrierungsprozess vorzugsweise durch den im Vergleich zum herkömmlichen Fertigungsprozess gleichen, in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch zumindest teilweise koaxial zum für den Fertigungsprozess genutzten verlaufenden Lichtweg erfolgen kann. Eine derartige Positionierung des Körpers bietet entsprechend insbesondere nicht nur den bereits oben genannten Vorteil der Redundanz weiterer benötigter Kalibrierungsmaterialien, sondern kann gleichermaßen dazu genutzt werden, aufgrund der durch den Fokuspunkt erzeugten Minimalbreite des bearbeitenden Lichtstrahls, eine möglichst hohe Präzision in der darauffolgenden Kalibrierungsphase zu erzeugen.

Weitere Varianten des oben genannten ersten Ausführungsbeispiels können sich zudem im Speziellen auch aus der Umnutzung bereits existierender Elemente der Fertigungsanlage ergeben: So kann es beispielsweise gleichermaßen möglich sein, dass bereits für die Fertigung genutzte Einrichtungen der optischen Fertigungsanlage als Arretierungsvorrichtung, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, jedoch sogar als der eigentliche an der Arbeitsebene zu positionierende Konversionskörper selbst ausgebildet sein können, wodurch die Anbringung weiterer Mechaniken innerhalb der Fertigungsanlage vermieden und somit die Effizienz des beanspruchten Kalibrierungsverfahren weiter gesteigert werden kann. Insofern kann, in einer weiteren Darstellung der oben genannten Ausführungsform, die zur Fixierung des Konversionskörpers eingerichtete Arretierungsvorrichtung beispielsweise bevorzugt auch als ein bereits innerhalb des Bauraums bestehender und für gewöhnlich zur Positionierung und Fixierung von jeweiligen Werkstücken/Werkstoffen konfigurierter Haltemechanismus, etwa einer konventionell in additiven Fertigungsanlagen vorkommenden Grundplatte, ausgebildet sein, sodass besagter Haltemechanismus in der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Doppelrolle einnehmen und somit sowohl zur Arretierung etwaiger Werkstücke als auch des zur Kalibrierung genutzten Konversionskörpers verwendet werden kann. In einer weiteren Form des Ausführungsbeispiels kann es hingegen jedoch auch möglich sein, dass besagter Haltemechanismus auch selbst als Konversionskörper ausgebildet sein kann, wodurch insbesondere der Vorteil generiert wird, dass das beanspruchte Kalibrierungsverfahren vollständig von einer Einfuhr von externen Kalibrierungsmaterialen absehen und somit vollends in situ ausgestaltet werden kann. Um darüber hinaus selbst im Falle von nicht-existenten oder potentiell inkompatiblen Haltevorrichtungen eine effiziente Positionierung bzw. Bereitstellung des Konversionskörpers innerhalb des Bauraums erlauben zu können, kann der Konversionskörper zudem vorzugsweise, alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften, auch insbesondere beweglich ausgestaltet sein, wodurch es dem Konversionskörper bevorzugt ermöglicht werden kann, zur genauen Platzierung an die jeweilige Kalibrierungsposition, entlang eines vordefinierten Transportweges zu verfahren. Insofern kann, in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das Positionieren des Konversionskörpers innerhalb eines jeweiligen Bauraums auch zumindest den zusätzlichen Schritt des Verfahrens des Konversionskörpers entlang zumindest einer Achse und zumindest von einer ersten Position (fortan „erste Verfahrposition genannt) zu einer zweiten (Verfahr-) position und zurück umfassen, wobei die zweite Verfahrposition in einem bevorzugten Fall als die gewünschte Kalibrierungsposition der Fertigungsanlage identifiziert werden kann.

Zur Realisierung des letztgenannten Verfahrensschrittes können zu diesem Zweck zudem beispielhaft eigens für den Transport der Arretierungsvorrichtung und/oder des Konversionskörpers konfigurierte, ansteuerbare und gleichermaßen innerhalb des Bauraums integrierte Transportvorrichtungen, beispielsweise ein entlang zumindest einer Achse bewegbares Schienensystem oder eine Hubarbeitsbühne, vorgesehen sein, sodass es der Fertigungsanlage insbesondere ermöglicht wird, den oben beschriebenen Verfahrensschritt nicht nur vorzugsweise voll-automatisch auszuführen, sondern den genutzten Konversionskörper, beispielsweise zur Ermöglichung eines zwischenzeitig durchzuführenden Fertigungsschritts, auch selektiv aus oder in eine potentielle Bearbeitungszone zu bewegen. Insofern wird ersichtlich, dass mit dem oben genannten Ausführungsbeispiel selbst eine etwaige Entnahme des Konversionskörpers aus der Fertigungsanlage, insbesondere zum Schutz vor potentiellen während des Fertigungsprozesses auftretenden Emissionen, nicht mehr nötig wird, sodass der Konversionskörper in diesem Fall sogar vorzugsweise fest in dem jeweiligen Bauraum an bringbar ausgestaltet sein kann. Alternativ zur zuvor beschriebenen Ausführung der zur Bewegung des Konversionskörpers eingerichteten Transportvorrichtung, kann letztere darüber hinaus, in einem besonders bevorzugten Beispiel, auch, ähnlich zur ersten genannten Ausführungsform, insbesondere erneut als eine bereits in der Fertigungsanlage bestehende oder zumindest einen Teil einer bereits in der Fertigungsanlage bestehenden Einrichtung ausgestaltet sein, wodurch der entsprechende Bauraum gleichermaßen effektiv genutzt werden kann. So kann, beispielsweise im Falle einer auf additiver Fertigung basierender Fertigungsanlage, die Arretierungsvorrichtung (und somit der jeweilige Konversionskörper) beispielhaft zur Positionierung des Konversionskörpers, bevorzugt an beweglichen und für die Anreicherung von Werkstoff genutzten Fertigungselementen, wie etwa für Pulverschmelzverfahren genutzten Beschichtern oder Materialdüsen, der Fertigungsanlage angebracht sein, sodass durch entsprechendes Bewegen des Fertigungselements, eine gleichermaßen einfache wie auch effiziente Positionsanpassung und damit ein dynamisches Einführen des Konversionskörpers in den Lichtweg des bearbeitenden Lichtstrahls erzielt werden kann. In einer weiteren Variante kann es zudem erneut möglich sein, dass auch diese beweglichen Fertigungselemente, wie etwa der oben genannte Beschichter, selbst als Konversionskörper genutzt werden können, wodurch nicht nur etwaig zusätzlich durchzuführende Anbringungsprozesse vermieden, sondern gleichermaßen die zu Kalibrierung benötigten Materialien weiter minimiert werden können.

Entsprechend ist festzuhalten, dass bereits der oben genannte Verfahrensschritt zur Positionierung des Konversionskörpers in eine jeweilig zu justierende Fertigungsanlage eine Mehrzahl von den Kalibrierungsprozess verbessernden bzw. vereinfachenden Prozessschritten umfassen kann, sodass eine im Vergleich zum Stand der Technik äußerst effektive Kalibrierung ermöglicht wird.

Als zweiten innerhalb der Initiationsphase bestehenden Verfahrensschritt, kann die vorliegende Erfindung zudem, insbesondere nach der oben genannten Einführung des Konversionskörpers in die entsprechende Fertigungsanlage, gleichermaßen das Einstellen etwaiger in der Fertigungsanlage bestehender Fertigungseinrichtungen zum Einleiten des darauffolgenden

Kalibrierungsprozesses vorsehen.

Insofern kann, in einem zweiten bevorzugten Prozessschritt, zumindest das bearbeitende Licht der innerhalb der optischen Fertigungsanlage integrierten Strahlungsquelle für ebensolchen Kalibrierungsprozess angepasst werden.

So verfügen für gewöhnlich insbesondere für optische Fertigungsprozesse eingerichtete Strahlungsquellen (und somit die von diesen ausgehenden Lichtstrahlen) im Normalfall über eine äußerst hohe Leistungsdichte, welche bei Bestrahlung des Konversionskörpers während des zu beschreibenden Kalibrierungsprozesses, zur Zerstörung wichtiger auf dem Konversionskörper bestehender Materialien führen und somit den Kalibrierungsgenauigkeit sichtlich mindern können. Entsprechend kann ein äußerst bevorzugter Verfahrensschritt zumindest das Vermindern der von der Strahlungsquelle pro Zeiteinheit ausgehenden Leistung umfassen, wodurch der besagte Konversionskörper während des gesamten Kalibrierungsprozesses effektiv geschützt werden kann.

Zu diesem Zweck kann, in einem ersten Ausführungsbeispiel, die Strahlungsquelle vorzugsweise mit einem Justierungsmechanismus ausgestattet sein, welcher es ersterem erlaubt, beispielhaft durch Erhalten eines Initiationssignals durch die Fertigungsanlage, die Leistung der Strahlungsquelle zu Beginn des Kalibrierungsprozesses auf einen vordefinierten, für die Bestrahlung des Konversionskörpers zu nutzenden Wert zu minimieren. Alternativ zu diesem Prozess kann es zudem auch möglich sein, insbesondere in Fällen, in welchen die Strahlungsquelle nicht dazu geeignet sein kann ihre Leistung von selbst zu justieren (beispielsweise im Falle einer Laserquelle), dass ein speziell für den Lichtstrahl der Strahlungsquelle vorgesehener opto-mechanischer Leistungsfilter, etwa ein auf die Wellenlänge des bearbeitenden Lichtstrahls ausgelegter Absorptionsfilter, in den Strahlengang der Strahlungsquelle eingeführt werden kann und somit die auf den Konversionskörper gelangende Leistungsdichte extern modifiziert. In einem äußerst bevorzugten Ausführungsbeispiel kann darüber hinaus, speziell im Fall einer genutzten Laserlichtquelle, beispielsweise einem CW-Laser, die Fertigungsanlage auch eingerichtet sein, einen vorzugsweise für den Kalibrierungsprozess eingerichteten und bevorzugt justierbaren Pulsbetrieb des Laserlichtquelle zu aktivieren, wodurch die ausgehende Leistung, insbesondere mittels Einstellung der die Lichtstrahlung definierenden Pulslängen, selbst ohne zusätzlich einzuführender Elemente effektiv und vorzugsweise kontinuierlich angepasst werden kann. Letzteres kann dabei vorzugsweise durch Verwendung bevorzugter Laserlichtmodulationen, wie etwa einer Gütemodulation (Q-switch) oder verschiedenen Modenkopplungsverfahren, zum Beispiel auf akustooptischen (AOM) oder elektrooptischen Modulatoren (EOM) basierenden Modulationsverfahren, erfolgen und so, abhängig von der genutzten Laserlichtquelle, eine möglichst präzise Einstellung des zu nutzenden Laserlichts ermöglichen.

Sind ferner zumindest der Konversionskörper in der vorgesehenen Kalibrierungsposition angeordnet und vorzugsweise alle weiteren zur Initiierung des Kalibrierungsprozesses benötigten Vorbereitungen getroffen, so kann die vorliegende Erfindung, in einem nächsten Schritt, bevorzugt eine zur Identifizierung von optischen Verschiebungen und entsprechende Justierung des bearbeitenden Lichtstrahls bestimmte Kalibrierungsphase einleiten.

Wie bereits beschrieben kann das hierzu vorgesehene Kalibrierungsverfahren vorzugsweise zumindest die Eigenschaften des in der Fertigungsanlage vorliegenden Konversionskörpers nutzen, welches eingerichtet ist, das Licht des bearbeitenden Lichtstrahls der Fertigungsanlage während der Bestrahlung an vordefinieren Stellen des Konversionskörpers zu absorbieren und vorzugsweise in ein detektierbares, bevorzugt sichtbares Kalibrierungslicht umzuwandeln und zu emittieren.

Zu diesem Zweck kann der Konversionskörper selbst, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, vorzugsweise zunächst als mit einem bevorzugt aus inertem Material, beispielsweise Glas oder eloxiertem Aluminium, bestehenden Substrat versehen und als beliebiger dreidimensionaler Körper ausgebildet sein, welcher zur Erzeugung der oben genannten optischen Wandlungseigenschaften, eine aus zumindest einem mit dem bearbeitenden Lichtstrahl wechselwirkenden Konversionsmaterial bestehende Auftragung umfassen kann. Der Lichtstrahl, welcher bevorzugt ein Laserstrahl ist, wird durch das Konversionsmaterial von seiner für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarot-Wellenlänge in ein sichtbares Licht umgewandelt, um eine direkte Positionserfassung vornehmen zu können. Genauer kann das besagte Konversionsmaterial dabei zum Beispiel bevorzugt als Polymer aus optisch aktiven Materialien, etwa Lithiumniobat (LiNb03), Kaliumdihydrogenphosphat (KH2P04), Bariumborat (BA(BO2)2), YAG (Y3AI5012), einer Mischung seltener Erden wie zum Beispiel Neodym (Nd) oder Yttrium (Y), oder weiteren die obere Eigenschaft erfüllenden Elementen bestehen, welche explizit dafür eingerichtet sein können, den zuvor beschriebenen Wandlungsprozess bei Belichtung mit dem bearbeitenden Lichtstrahl auszuführen und somit das für die Kalibrierung benötigte Kalibrierungslicht, vorzugsweise durch rein quantenoptische Effekte zu erzeugen.

Insofern kann, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, das auf der Konversionsplatte aufgetragene Konversionsmaterial auch insbesondere derart eingerichtet sein, dass das zuvor genannte Kalibrierungslicht beispielsweise mittels bevorzugter Frequenzverdopplung des absorbierten Lichtstrahls der genutzten Strahlungsquelle erzeugt werden kann, sodass eine genaue und insbesondere von dem bearbeitenden Licht abhängige Definierung des Kalibrierungslichts ermöglicht wird. Darüber hinaus kann durch die beschriebene dreidimensionale Form des Konversionsmaterials der Vorteil generiert werden, dass eine Umwandlung des bearbeitenden Lichts durch alleiniges Auftreffen des bearbeitenden Lichtstrahls auf dem Konversionsmaterial erfolgen und der vorliegende Kalibrierungsprozess somit insbesondere unabhängig von etwaigen Einstrahlungswinkeln oder Orientierungen letztgenannten Lichtstrahls durchgeführt werden kann, was den

Kalibrierungsprozess weiter vereinfacht. Bevorzugt kann der Konversionskörper als flache, vorzugsweise tellerförmig ausgebildete Platte, etwa in einer Größe und/oder Form eines ursprünglich in der jeweiligen Fertigungsanlage zu bearbeitenden Werkstücks ausgebildet sein, sodass sich der Konversionskörper effektiv in das Fertigungssystem der jeweilig zu justierenden Fertigungsanlage integrieren lässt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann eine bereits bestehende Fertigungseinrichtung (oder ein Element) der Fertigungsanlage, etwa eine zur Fixierung eines Werkstücks eingerichtete Grundplatte oder ein verfahrbarer Beschichter, die Funktion eines Konversionskörpers einnehmen, was beispielsweise durch Auftragung des zuvor beschriebenen Konversionsmaterials auf einer vordefinierten Oberfläche der jeweiligen Fertigungseinrichtung erzeugt wird. Letzteres erwirkt dabei insbesondere ein äußerst effektives Kalibrierungsverfahren.

Auf dieser Grundlage beruhend kann das beanspruchte Kalibrierungsverfahren zunächst, in einem ersten Schritt des Kalibrierungsverfahrens, die Identifizierung einer Fehlstellung des zu justierenden bearbeitenden Lichtstrahls der optischen Fertigungsanlage vorsehen, indem der bearbeitende Lichtstrahl, vorzugsweise mittels Ansteuerung der optischen Elemente, entlang einer mit dem Konversionsmaterial benetzten Oberfläche des Konversionskörpers verfahren und, basierend auf diesen Vorgang, ein expliziter Unterschied zwischen einer von der optischen Fertigungsanlage ursprünglich angedachten Auftreffposition (Soll- Position) und einer durch die Fehlstellung erzeugten und von der Soll-Position abweichenden, tatsächlichen Auftreffposition (Ist-Position) des bearbeitenden Lichtstrahls auf dem Konversionskörper ermittelt werden kann.

Zu diesem Zweck kann, in einem ersten Schritt des letztgenannten Identifizierungsprozesses, vorzugsweise zunächst eine für die Bewegung des bearbeitenden Lichtstrahls zuständige Kalibrierungstrajektorie erstellt oder zumindest, bevorzugt mittels vorgegebener Datenbank innerhalb der optischen Fertigungsanlage, aus einer Mehrzahl von möglichen Kalibrierungstrajektorien ausgewählt werden, sodass das Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahl auf der Oberfläche des Konversionskörpers zumindest entlang besagter vordefinierter Kalibrierungstrajektorie erfolgen kann. Letzterer Prozessschritt besitzt dabei nicht nur den Vorteil, dass das jeweilige Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahls, aufgrund des vordefinierten Verfahrweges vollständigfestgelegt und somit selbst in iterativen Prozessen gleichbleibend wiederholt werden kann, sondern das Erstellen einer Kalibrierungstrajektorie gleichermaßen auch zur Definierung einer Mehrzahl von zu vergleichenden „Soll-Positionen“ genutzt werden kann.

So kann, in einem besonders bevorzugten Beispiel, beispielsweise ein jeder Punkt P der ausgewählten Kalibrierungstrajektorie (zum Beispiel mit T benannt), zumindest durch eine zeitliche Komponente t und eine räumliche Komponente x bzw. eine zeitliche t und eine geschwindigkeitsangebende Komponente v definiert sein, wodurch der von dem bearbeitenden Lichtstrahl durchzuführende Verfahrweg T(P(x,t)) bzw. T(P(v,t)) zu jedem Zeitpunkt vollständig definiert wird. Insofern ist es möglich, durch Erstellen der oben genannten Kalibrierungstrajektorie und darauffolgendes Auslesen der so entstehenden räumlich-zeitlichen Verfahr- Koordinaten der Trajektorie, eine genaue Aussage über die zu jedem Zeitpunkt bestehende, angedachte Position (Soll-Position) des sich bewegenden Lichtstrahls der Fertigungsanlage zu erhalten, sodass, nach gleichwertiger Identifizierung etwaiger Ist-Positionen, eine einfache Analyse bestehender Fehlstellungen ermöglicht werden kann.

Letztgenannte Identifizierung zu nutzender Ist-Positionen kann dabei ferner vorzugsweise mittels der bereits oben genannten Umwandlung des bearbeitenden Lichts durch den Konversionskörper erfolgen. Genauer kann zu diesem Zweck vorzugsweise die Umwandlung des bearbeitenden Lichtstrahls in ein detektierbares Licht in einer insbesondere räumlich-abhängigen Weise vollzogen werden, sodass, beispielsweise durch Bestrahlung von nur an vordefinierten Positionen zur Umwandlung fähigen Arealen des Konversionskörpers und darauffolgender Detektion des durch die Umwandlung erzeugten Kalibrierungslichts, zumindest eine tatsächlich auftretende Auftreffposition (Ist-Position) des bearbeitenden Lichtstrahls auf dem Konversionskörper verifiziert werden kann. So kann hierfür, in einem besonders bevorzugten Beispiel und zu Erfüllung der oben genannten Eigenschaften, der Konversionskörper beispielsweise derart ausgebildet sein, dass, während der Bestrahlung des Konversionskörpers durch den bearbeitenden Lichtstrahl, eine Umwandlung des bearbeitenden in das detektierbare Licht nur an bestimmten, vordefinierten Positionen des Konversionskörpers erfolgen kann.

Insofern kann zu diesem Zweck, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die Auftragung des Konversionsmaterials auf dem Konversionskörper vorzugsweise nur räumlich beschränkt vorliegen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann diese räumliche Beschränkung zudem auch derart ausgebildet sein, dass der Konversionskörper lediglich einzelne, nur an spezifischen, d.h. vordefinierten Positionen vorliegende und aus Konversionsmaterial bestehende Auftragungsstrukturen (im weiteren auch „Konversionsstrukturen“ genannt) vorsehen kann, wodurch insbesondere der Effekt generiert wird, dass das oben genannte Kalibrierungslicht ausschließlich beim Auftreffen des bearbeiten Lichtstrahls an den durch die Konversionsstrukturen definierten Positionen generiert und somit als effektives und positionsspezifisches Detektionssignal genutzt werden kann.

Auf diesen Grundlagen basierend kann eine entsprechende Kalibrierungsphase der vorliegenden Erfindung vorzugsweise derart ausgestaltet sein, dass zunächst der bearbeitende Lichtstrahl, bevorzugt durch Verwendung der zuvor genannten Kalibrierungstrajektorie, entlang eines vordefinierten Verfahrweges auf dem Konversionskörper verfahren werden kann. Trifft der bearbeitende Lichtstrahl daraufhin entlang seines Verfahrweges auf zumindest einen Teil einer auf dem Konversionskörper positionierten Konversionsstruktur, so kann das bearbeitende Licht von den innerhalb der Konversionsstruktur befindlichen Konversionsmaterialien daraufhin absorbiert und in das detektierbare Kalibrierungslicht umgewandelt werden. Da die Konversionsstruktur hierbei ferner nur an vordefinierten Positionen auf dem Konversionskörper platziert ist, kann entsprechend, in einem nächsten Schritt, durch Detektion des von der Konversionsstruktur ausgehenden Kalibrierungslichts, verifiziert werden, dass sich die momentane Ist-Position des bearbeitenden Lichtstrahls an einer der entsprechenden, vordefinierten Positionen der Konversionsstruktur befinden muss, sodass sich, vorzugsweise durch Erfassen einer Mehrzahl von Kalibrierungslichtemissionen, der eigentliche Verfahrweg des bearbeitende Lichtstrahls und somit die auf diesem Verfahrweg tatsächlich auftretenden Ist- Positionen des bearbeitenden Lichtstrahls effektiv rekonstruieren lassen.

Entsprechend ist ersichtlich, dass durch die oben genannte einfache Strukturierung des Konversionskörpers mittels einzelner positionsspezifische Konversionsstrukturen, ein äußerst effizientes Detektionssystem erzeugt werden kann, welches, basierend auf den rein optisch zu nutzenden Umwandlungs- und Erfassungs Prozessen, ein im Vergleich zum Stand der Technik zugleich materialsparenderes als auch beschleunigtes Kalibrierungsverfahren erlaubt.

Dabei kann die eigentliche Detektion des von dem Konversionsmaterial ausgehenden Kalibrierungslichts ferner vorzugsweise durch einen Sensor und insbesondere eine Photodiode oder ein Photodiodenarray erreicht werden. Ferner kann eine in die Fertigungsanlage integrierte optische Sensorvorrichtung vorliegen, etwa einen ein- oder zweidimensionalen CCD-Sensor, einen cMOS-Sensor, sodass das Kalibrierungsverfahren im Weiteren auch vollständig in situ, das heißt ausschließlich innerhalb der Fertigungsanlage und insbesondere autonom durchgeführt werden kann.

Zur finalen Identifizierung etwaiger Fehlstellungen des bearbeitenden Lichtstrahls können darüber hinaus, wie bereits zuvor beschrieben, die durch den obigen Detektionsprozess ermittelten Ist-Positionen des Lichtstrahls in einem nächsten Schritt vorzugsweise mit der innerhalb der optischen Fertigungsanlage vorgesehenen Soll-Positionen verglichen werden. Genauer können beispielhaft zu diesem Zweck, infolge der mittels Signaldetektion ermöglichten Rekonstruktion des eigentlichen Verfahrweges des bearbeitenden Lichtstrahls, ausgewählte Positionen aus dem rekonstruierten Verfahrweg entnommen, als Ist-Positionen definiert und mit den innerhalb der genutzten Kalibrierungstrajektorie gespeicherten und zum Zeitpunkt einer jeweiligen Ist-Position eigentlich vorgesehenen Soll-Positionen kontrastiert werden, sodass durch den vorliegenden Identifikationsprozess, ein expliziter räumlicher Unterschied zwischen der besagten Ist- und Soll-Positionen des bearbeitenden Lichtstrahls ermittelt und vorzugsweise für eine darauffolgende Justierung der optischen Fertigungsanlage weiterverwendet werden kann.

Entsprechend kann das vorliegend beanspruchte Verfahren, in einem folgenden Schritt, ebenfalls ein Rekalibrieren der jeweiligen optischen Fertigungsanlage, vorzugsweise auf der Basis der zuvor identifizierten Unterschiede zwischen der ermittelten Ist- und Soll-Position, vorsehen.

Zu diesem Zweck können, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, beispielweise die oben genannten identifizierten Unterschiede zwischen der Ist- und Soll-Positionen des bearbeitenden Lichtstrahls als entsprechende Differenzdaten in eine speziell zur Justierung der Fertigungsanlage eingerichtete und ebenfalls in der Fertigungsanlage integrierten Justierungsvorrichtung eingespeist werden, welche, vorzugsweise basierend auf aus diesen Unterschieden erhaltenen Informationen (zum Beispiel: Distanz zwischen den Positionen, relative Verschiebungskoordinaten, Position im Koordinatensystem der Fertigungsanlage) eine Änderung in den zur Ansteuerung des bearbeitenden Lichtstrahls genutzten Steuerungsparametern der optischen Fertigungsanlage durchführen kann. Insofern kann es beispielsweise durch die oben genannte Justierungsvorrichtung möglich sein, die Ansteuerung zumindest einer der optischen Elemente der Fertigungsanlage derart zu modifizieren, dass eine Annäherung der Ist-Positionen an die entsprechende Soll- Positionen erfolgen und somit die Fertigungsanlage an etwaige ungewollten Modifikationen des bearbeitenden Lichtstrahls angepasst werden kann.

Welche Steuerungsparameter dabei, abhängig von den erhaltenen Informationen, von der Justiervorrichtung geändert bzw. allgemein welche Konsequenzen durch die erhaltenen Informationen gezogen werden können, kann dabei vorzugsweise mittels Auslesen von in der Justiervorrichtunggespeicherten, parameterabhängigen Prozessentscheidungen definiert werden. So kann beispielsweise, in einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, die Justiervorrichtung eine interne Datenbibliothek bezüglich möglicher Lösungsansätze von bei bestimmten Lichtstrahlmodifikationen auftretenden Positionsdiskrepanzen enthalten, welche die Justierungsvorrichtung zum Aufsuchen potentiell sinnvoller Parameteränderungen überprüfen und gegebenenfalls als Grundlage für die Anpassung der oben genannten Steuerungsparameter nutzen kann. In einem zweiten überaus bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es zudem auch möglich sein, dass eine entsprechende Modifikation bestehender Steuerungsparameter vorzugsweise automatisiert und durch ein von der Justierungsvorrichtung genutztes und bevorzugt auf einer künstlichen Intelligenz bzw. maschinelles Lernen basierendes Kalibrierungsprogramm durchgeführt werden kann, wodurch, insbesondere im Falle von komplexen Kalibrierungsproblemen, eine überaus individuelle und entsprechend effiziente Parameteranpassung ermöglicht werden kann. Hierzu kann das genannte Kalibrierungsprogramm beispielsweisebevorzugt eingerichtet sein, die zuvor genannten, auf dem identifizierten Unterschied zwischen Ist- und Sollposition des bearbeitenden Lichtstrahls basierenden Informationen zu entnehmen und eine potentielle Parameteränderung entsprechend auf Grundlage der entnommenen Informationen und einem vorhergehenden Anlernen der enthaltenen künstlichen Intelligenz, beispielsweise bezüglich durch verschiedene Parameteränderung entstehenden optischen Effekte durchzuführen.

Insofern wird ersichtlich, dass das beanspruchte Kalibrierungsverfahren, speziell aufgrund der überaus materialschonenden und präzisen Prozessschritte, einen im Vergleich zum Stand der Technik weitaus effizienteren Verfahrensansatz bietet, welcher, neben weiteren Vorteilen, wie etwa einer vollständig möglichen in situ Prozession, dynamisch durchführbaren Analyseschritten oder einem rein optischen Detektionsvorgang, auf eine große Anzahl von verschiedenen, auf optischen Wechselwirkungen basierenden Fertigungsanlagen angewandt werden kann. Darüber hinaus bietet das beanspruchte Kalibrierungsverfahren, aufgrund der individuell anpassbaren Prozessschritte, verschiedenste auf ein jeweiliges System anzuwendende Adaptionsmöglichkeiten.

So kann das beanspruchte Kalibrierungsverfahren insbesondere vollständig automatisierbar ausgestaltet sein. Zu diesem Zweck kann die optische Fertigungsanlage bevorzugt beispielsweise zusätzlich zumindest eine zentrale Steuerungsvorrichtung umfassen, welche vorzugsweise mit einzelnen Fertigungseinrichtungen oder -elementen, wie etwa den optischen Elementen, der Strahlungsquelle oder einer dem Konversionskörper positionsgebenden Vorrichtung (beispielsweise der Arretierungsvorrichtung), signaltechnisch verbunden sein kann und entsprechend eingerichtet ist, das oben genannte Verfahren mittels Signalaustausch zwischen den oben genannten Fertigungseinrichtungen und der Steuerungsvorrichtung zentral und automatisiert zu regulieren. Genauer kann die zentrale Steuerungsvorrichtung hierzu vorzugsweise eingerichtet sein, den Prozessstatus eines jeweiligen Verfahrensschritts durch Anfrage und Erhalt eines von einer zuständigen Fertigungseinrichtung auszusendenden Statussignales zu überprüfen und, basierend auf den so erhaltenen Signalen, einen darauffolgenden Verfahrensschritt mittels Ansteuerung weiterer Fertigungseinrichtungen zu initiieren oder bestehende Verfahrensschritte fortzuführen. Diesem Umstand entsprechend lässt sich somit ein vollkommen automatisierbarer Kalibrierungsprozess generieren, da ein jeder Verfahrensschritt des beanspruchten Verfahrens vorzugsweise lediglich innerhalb der Fertigungsanlage und somit im Kontrollbereich der oben genannten Steuerungsvorrichtung durchgeführt werden kann.

Darüber hinaus kann, zur weiteren Verbesserung der Kalibrierungspräzision, das vorliegende Verfahren auch vorzugsweise iterativ durchgeführt werden, sodass, nach einer jeweiligen Änderung der Steuerungsparameter durch die Justierungsvorrichtung, ein erneuter Start des Kalibrierungsverfahren initiiert werden kann, falls die durch die Anpassung erfolgenden Lichtstrahlmodifikationen beispielsweise nicht die gewünschte Ausbesserung des bearbeitenden Lichtstrahls erzielen kann. Entsprechend kann das beanspruchte Verfahren vorzugsweise auch vorsehen, den Kalibrierungsprozess bevorzugt derart oft zu wiederholen, bis zumindest der ermittelte, räumliche Unterschied zwischen zumindest einer identifizierten Ist-Position und der entsprechenden Soll-Position einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet oder zumindesteine vordefinierte Anzahl an Prozessiterationen ausgeführt wurden. Insofern ist es möglich, durch das oben genannte Verfahren, die Genauigkeit des bearbeitenden Lichtstrahls potentiell unbegrenzt zu verbessern, da durch eine jede Iteration des Kalibrierungsprozesses eine verbesserte Annäherung an die gewünschte Präzision der optischen Fertigungsanlage erreicht werden kann.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es zudem auch möglich sein, dass der durch die optische Sensorvorrichtung durchgeführte und zur Detektion des Kalibrierungslicht benötigte Detektionsprozess insbesondere kontinuierlich während des Verfahrens des bearbeitenden Lichtstrahls durchgeführt werden kann, sodass eine Kalibrierung der Fertigungsanlage vorzugsweise in Realzeit und mit einer gesteigerten Anzahl an Kalibrierungsinformationen ermöglicht wird. So kann die optische Sensorvorrichtung in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorzugsweise eingerichtet sein, das durch die Umwandlung des bearbeitenden Lichts generierte Kalibrierungslicht zunächst als ein vorzugsweise von der Stärke bzw. von der Menge des detektierten Kalibrierungslicht abhängiges Kalibrierungslichtsignal zu erfassen, wodurch, mittels der oben genannten kontinuierlichen Ermittlungsart, ein während des Verfahrens des bearbeitenden Lichtstrahl erzeugter, zeitlicher Verlauf der detektierten Kalibrierungslichtmenge/des Kalibrierungslichtsignals generiert werden kann. Entsprechend ergibt sich durch den oben genannten Prozessschritt der Vorteil, dass mittels des konstanten Erfassens des durch die Konversionsstrukturen emittierten Kalibrierungslichts, eine zeitliche abhängige Signalstruktur erzeugt werden kann, welche sowohl zusätzliche Informationen zur Identifikation etwaiger Ist-/Soll- Positionen erzeugen als auch die Präzision der Detektion etwaiger Kalibrierungslichtemission weiter steigern kann. So kann die Sensorvorrichtung beispielsweise eingerichtet sein, mittels des zuvor beschriebenen generierten Signalverlaufs, einen zusätzlichen Prozessschritt zur Verifizierung bestehender Kalibrierungslichtemissionen zu erzeugen, indem der genannte Signalverlauf durch die Sensorvorrichtung, vorzugsweise in Echtzeit, nach etwaigen auf eine Kalibrierungslichtemission hindeutenden Signalmustern abgesucht wird. Entsprechend kann dieser Prozessschritt dabei vorzugsweise vorsehen, insbesondere solche Signalintervalle als tatsächlich aufgetretene Emissionsevents zu identifizieren, welche ein vergleichsweise starke oder vorzugsweise über einen festgelegten Signalgrenzwert hinausgehende Kalibrierungslichtsignalwerte aufzeigen können, sodass, durch einen expliziten Vergleich bestehender Signalwerte, etwaige durch äußere Einflüsse entstehenden und somit zu fehlerhaften Justierungen führenden Signaldetektion effektiv ausgeschlossen werden können.

Ein weiterer Vorteil des generierten Signalverlaufs kann zudem darin gesehen werden, insbesondere durch die ermöglichte Analyse eines genauen Zeitpunkts einer jeweils detektierten Kalibrierungslichtemission, die Identifizierung der genauen Auftreffpositionen des bearbeitenden Lichtstrahls auf der jeweiligen Konversionsstruktur weiter zu verbessern. Insofern kann es beispielsweise möglich sein, dass aufgrund der vordefinierten Strahlbreite des auf dem Konversionskörper verfahrenden Lichtstrahls, ein Auftreffen des besagten Lichts an mehreren Stellen einer Konversionsstruktur erfolgen kann (beispielsweise bei einem Hindurchfahren durch eine Konversionsstruktur), sodass für mehrere angedachte Positionen des Lichtstrahls eine Emission des zu detektierenden Kalibrierungslichts erzeugt und somit eine genaue Positionsbestimmung des bearbeitenden Lichts erschwert wird.

Um dies hingegen zu umgehen, kann die optische Sensorvorrichtung insbesondere bevorzugt eingerichtet sein, den entsprechend durch die letztgenannte Kalibrierungslichtemission erzeugten Signalverlauf vorzugsweise nach einem Signalmaximum abzusuchen und eine für die Identifizierung der Ist-Positionen zu nutzende Auftreffpositionen an der Konversionsstruktur bevorzugt zumindest für den Zeitpunkt dieses Signalmaximums zu bestimmen. Dabei beruht dieser Prozessschritt insbesondere darauf, dass durch das Verfahren eines endlich breiten Lichtstrahls auf einer vordefinierten Konversionsstruktur, ein Signalmaximum an einer Stelle der größten Strukturbelichtungsfläche erzeugt wird, sodass durch Bestimmen des Signalmaximums vorzugsweise der Mittelpunkt der belichteten Konversionsstruktur bzw. zumindest die Position, in welcher der bearbeitende Lichtstrahl die größte Fläche der Konversionsstruktur belichtet, identifiziert werden kann.

Die bereits zuvor genannte Rekonstruktion des eigentlichen Verfahrweges des bearbeitenden Lichtstrahls mittels der Mehrzahl von detektierten Kalibrierungslichtsignalen kann darüber hinaus vorzugsweise mittels Verwendung verschiedenster geometrischer Analysemechanismen, etwa dynamischen Regressionsalgorithmen und/oder auf Fitfunktionen-basierenden Ausgleichsrechnungen ermöglicht werden, welche vorzugsweise eingerichtet sein können, bei Erhalt der Mehrzahl an Kalibrierungslichtsignalen und Vergleich letzterer mit den vordefinierten Positionen der Konversionsstrukturen, die tatsächliche Bewegung des bearbeitenden Lichtstrahls nachzubilden. Genauer können zu diesem Zweck beispielsweise die durch die optische Sensorvorrichtung kontinuierlich während des Verfahrens des bearbeitenden Lichtstrahls ermittelten Kalibrierungslichtsignale gesammelt und nach Beenden des Verfahrweges an die oben genannten Analysemechanismen übergeben werden, sodass aufgrund der so generierten, großen Anzahl an vorhandenen Datenmengen/Informationen, eine überaus präzise Identifizierung des eigentlichen Verfahrwegs des bearbeitenden Lichtstrahls ermöglicht werden kann.

Entsprechend kann durch die oben genannten Prozessschritte die Detektion der zu identifizierenden Ist- und Soll-Positionen noch weiter verbessert werden, indem die Ermittlung der jeweiligen Auftreffpositionen des bearbeiten Lichtstrahls auf den Konversionsstrukturen und der darauf beruhende Rekonstruktionsmechanismus durch ein zeitabhängiges und von dynamischen Signalstrukturen abhängiges Analyseverfahren unterstützt wird. Zur weiteren Verbesserung des oben genannten Prozesses kann es zudem gleichermaßen möglich sein, die auf dem Konversionskörper aufgetragenen Konversionsstrukturen speziell an das zuvor beschriebene Kalibrierungsverfahren anzupassen. So kann, in einem äußerst bevorzugten Ausführungsbeispiel, die zumindest eine auf dem Konversionskörper befindliche Konversionsstruktur beispielsweise insbesondere mit einem vordefinierten, geometrischen Muster versehen sein, wodurch insbesondere die zuvor genannte Rekonstruktion des eigentlichen Verfahrweges des bearbeitenden Strahls weiter präzisiert werden kann.

Diesen Grundlagen entsprechend kann das Muster der zumindest einen Konversionsstruktur beispielhaft eine Mehrzahl von mit dem Konversionsmaterial ausgefüllten und als Linienstruktur ausgebildete Geometrien umfassen, sodass sich die potentiell zu berücksichtigen Auftreffpositionen auf der Konversionsstruktur (und somit die zur Rekonstruktion miteinzubeziehenden Ungenauigkeiten), insbesondere aufgrund der so vorzugsweise geringen Strukturfläche verringern lassen. Darüber hinaus können die genannten Linienstrukturen, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel, beispielhaft auch lediglich in parallel und/oder orthogonal zueinander ausgerichteten Orientierungen vorliegen, sodass, bei der Detektion eines entsprechend auf diese Linienstruktur zutreffendes Kalibrierungslichtsignals, die potentiellen Auftreffpositionen auf lediglich eindimensionale Koordinaten beschränkt werden können. In einem weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es jedoch zudem auch möglich sein, dass eine jede Linienstruktur der zumindest einen Konversionsstruktur auch unterschiedlich breit oder mit einer anderen vordefinierten geometrischen Figur, wie etwa einer Kreisform, einer Dreiecksform, einer Trapezform usw., ausgebildet sein kann, sodass durch das Durchfahren des bearbeitenden Lichtstrahls an einer jeden Linienstruktur, eine an der optischen Sensorvorrichtung erzeugte, Linienstrukturspezifische Signalstrukturen generiert und diese somit gleichermaßen zur verbesserten Identifikation etwaiger Ist-/Soll-Positionen genutzt werden kann. Darüber hinaus können auch auf der technischen Seite der vorliegenden Erfindungen etwaige zusätzlich in der optischen Fertigungsanlage anzubringenden Vorrichtungseigenschaften möglich sein.

So kann beispielweise der Konversionskörper bzw. die den Konversionskörper fixierende Arretierungsvorrichtung innerhalb der optischen Fertigungsanlage gleichermaßen eingerichtet sein, zumindest vertikal, in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch zumindest senkrecht zur Fokusebene des bearbeitenden Lichtstrahls, verfahrbar ausgestaltet zu sein, sodass die Kalibrierungsposition gleichermaßen oberhalb und/oder unterhalb der entsprechenden Arbeitsebene der optischen Fertigungsanlage definiert werden kann. Entsprechend kann durch die oben genannte Eigenschaft der Vorteil generiert werden, dass das zuvor beschriebene Kalibrierungsverfahren mittels Nutzung eines fokussierten Lichtstrahls (Kalibrierungsposition in der Fokusebene/Arbeitsebene), jedoch in gewünschten Fällen auch mit einer defokussierten Optik (Kalibrierungsposition unterhalb/oberhalb der Fokusebene/Arbeitsebene) betrieben werden kann, sodass zusätzliche Effekte, wie etwa eine gleichermaßen von der z-Position des bearbeitenden Lichtstrahls abhängige Fehleranalyse ermöglicht werden können.

Darüber hinaus kann zur Nutzung eines besonders effizienten Kalibrierungsverfahrens, auch die Positionierung der optischen Sensorvorrichtung vorzugsweise an die jeweils zu justierende optische Fertigungsanlage angepasst sein. Hierzu kann, in einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, die optische Sensorvorrichtung beispielsweise in einem freien, d.h. von dem Lichtweg der Strahlungsquelle unabhängigen, Areal des Bauraums positioniert sein, sodass das durch den Konversionskörper emittierte Kalibrierungslicht vorzugsweise direkt auf den integrierten Sensor der optischen Sensorvorrichtung auftreffen und somit ein besonders starkes Kalibrierungslichtsignal erzeugen kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann es zudem auch möglich sein, dass die optische Sensorvorrichtung vorzugsweise an einer zum Lichtweg des bearbeitenden Lichtstrahls angrenzenden Position angebracht sein kann, wodurch es insbesondere ermöglicht wird, dass die optische Sensorvorrichtung des Kalibrierungslichts zumindest einen Teil der in der optischen Fertigungsanlage integrierten optischen Elemente zur eigenen Detektion des Kalibrierungslicht nutzen und somit der Lichtweg des Kalibrierungslichts zumindest teilweise koaxial zum Lichtweg des bearbeitenden Lichtstrahls ausgerichtet sein kann. Insofern kann mittels des letzten Ausführungsbeispiels insbesondere ein äußerst effizientes und platzsparendes Integrieren der optischen Sensorvorrichtung in die zu justierende Fertigungsanlage erzeugt werden.

Um zudem gleichermaßen das von der optischen Sensorvorrichtung zu detektierende Kalibrierungslichtsignal noch präziser erfassen zu können, kann die vorliegende Erfindung zudem gleichermaßen das Einbringen zumindest einer optischen Filtervorrichtung, vorzugsweise in den Lichtweg der optischen Sensorvorrichtung, umfassen. Dabei kann die optische Filtervorrichtung vorzugsweise zumindest ein optisches Filterelement, wie etwa einen Langpassfilter, einen Kurpassfilter oder einen Bandpassfilter vorsehen und somit zumindest eingerichtet sein, Licht innerhalb eines vordefinierten Wellenlängenbereichs, vorzugsweise im Wellenlängenbereich des emittierten Kalibrierungslicht, durchzulassen und Licht außerhalb dieses Wellenlängenbereichs zu absorbieren, wodurch etwaige, beispielsweise durch externe Lichtquellen entstehende Störsignale für die optische Sensorvorrichtung effektiv minimiert werden können. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es zudem auch möglich sein, dass besagte Filtervorrichtung bevorzugt erneut in einer bereits innerhalb der jeweiligen Fertigungsanlage bestehenden Fertigungseinrichtung integriert ausgestaltet sein kann, sodass auch in diesem Fall eine möglichst platzsparende und kosteneffiziente Ausführung ermöglicht wird. In bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die genannte Filtervorrichtung entsprechend beispielsweise als mit einem optischen Filterglas benetztes optisches Element der optischen Fertigungsanlage, in weiteren Beispielen jedoch auch beispielsweise als ein in dem Lichtweg des bearbeitenden Lichtstrahls positioniertes und mit einem der oben genannten Filterelemente versehenes Schutzglas des Bauraumes oder als ein bereits in der Fertigungsanlage bestehender Filterrevolver ausgebildet sein. Kurzbeschreibung der Figuren

Figur 1: zeigt eine Ausführungsform einer zur Nutzung des beanspruchten Kalibrierungsverfahren eingerichteten optischen Fertigungsanlage mit einer optischen Sensorvorrichtung integriert in dem Scankopf der Fertigungsanlage;

Figur 2A: zeigt eine schematische Darstellung des beanspruchten Kalibrierungsverfahrens;

Figur 2B: zeigt eine beispielhafte Draufsicht eines Anteils einer mit einer aufgetragenen Konversionsstruktur behafteten Konversionsplatte;

Figur 2C: zeigt einen beispielhaften Verlauf des durch die Sensorvorrichtung der beanspruchten Erfindung detektierten Kalibrierungslichtsignals;

Figur 3: zeigt eine weitere Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten optischen Fertigungsanlage mit der optischen Sensorvorrichtung integriert in dem Bauraum der Fertigungsanlage;

Figur 4: zeigt ein beispielhaftes von der Fertigungsanlage der Ausführungsformen der Figuren 1 und 3 ausgeführtes Kalibrierungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand beispielhafter Figuren detailliert beschrieben. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind im Ganzen oder teilweise kombinierbar und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Figur 1 zeigt eine schematische Ausführungsform einer auf optischen Wechselwirkungen basierenden Fertigungsanlage 1, speziell eine Fertigungsanlage zum selektiven Laserschmelzen der vorliegenden Erfindung, in welcher ein zu verarbeitender Werkstoff schichtweise auf einer verfahrbare Grundplatte 16 aufgebracht und mittels fokussierter Laserbestrahlung lokal so umgeschmolzen wird, dass durch kontinuierliches Aufträgen, Belichten und Verschmelzen weiterer Werkstoffschichten 24 ein dreidimensionales Werkstück 26 generiert werden kann (additive Fertigung).

Die Fertigungsanlage 1 sieht zu diesem Zweck zumindest eine (Laser-)Lichtquelle 4 vor, welche über ein an die Fertigungsanlage 1 gekoppeltes Steuerungssystem 6 einen zur Wechselwirkung mit den Werkstoffschichten 24 modifizierten Lichtstrahl LS erzeugt, und dieser Lichtstrahl LS mithilfe von verschiedenen, in einem Scankopf 2 integrierten optischen Elementen L _e , wie etwa Fokus- oder Streulinsen LI, L2, L3, Spiegeln 13A, optischen Filtern etc., über einen Lichtweg auf die zu bearbeitende Werkstoffschicht 24 fokussiert wird. Insbesondere werden Galvanometerscanner als Umlenkspiegel verwendet. Der Scankopf 2 selbst liegt in diesem Fall als eigenständiges, starrausgebildetes Gehäuse vor, in welchem letztgenannte optische Elemente L _e gleichermaßen manuell und/oder automatisiert ansteuerbar ausgerichtet sind und somit, abhängig von ihrer derzeitigen Orientierung und den ihnen zugesprochenen optischen Eigenschaften (z.B. Fokuslängen oder Filterfrequenzen) einen dreidimensional positionierbaren und zur Bearbeitung der Werkstoffschichten 24 eingerichteten Lichtstrahl erzeugen. Um zudem einen geeigneten Schutz oben beschriebener optischer Elemente L _e vor etwaigen Prozessemissionen zu gewährleisten, ist der Scankopf 2 in der vorliegenden Ausführungsform zunächst als abgeschlossenes bzw. abschließbares System ausgebildet, in welchem der den Werkstoff bearbeitende Lichtstrahl lediglich durch ein mit einem Scankopfglas 3 versehenen Austrittsloch aus dem Scankopf 2 herausgeführt werden kann. In weiteren Ausführungsformen kann es jedoch auch möglich sein, die optischen Elemente L _e als freistehendes Vorrichtungssystem auszubilden oder letztere zumindest teilweise in anderen Einheiten der Fertigungsanlage 1, wie etwa der Lichtquelle 4, zu integrieren. Auch die Darstellung der Lichtquelle 4 dient in diesem Fall lediglich visuellen Zwecken, sodass letztere gleichermaßen in den Scankopf 2 oder anderen Elementen der Fertigungsanlage 1 integriert ausgebildet sein kann.

Bedingt durch die oben genannten Arbeitsabstände der in dem Scankopf 2 implementierten optischen Elemente L _e , führt der zur Fertigung des Werkstücks 26 genutzte Lichtweg ferner durch das Scankopfglas 3 in eine von dem Scankopf 2 durch einen Freiraum 5 beabstandete Prozesskammer 12, die in diesem Fall als zu nutzender Bauraum dient und in welcher die verschiedenen zu bearbeitenden Werkstoffschichten 24 auf einer verfahrbaren Grundplatte 16 aufgetragen und zur Herstellung des Werkstücks 26 durch den fertigenden Lichtstrahl an einer Arbeitsebene AE fokussiert werden. Der genaue Fertigungsprozess sieht dabei, wie oben beschrieben, einen iterativen Besch ichtungs- und Belichtungsprozess vor: Zur Herstellung eines beliebigen, dreidimensionalen Werkstücks 26 wird das zu bearbeitende Material zunächst in Pulverform in einer dünnen Schicht 24 auf eine Grundplatte 16 aufgebracht und durch zumindest vertikales Verfahren der Grundplatte 16 mittels ansteuerbarer Hebevorrichtungen 20 (z.B. pneumatische, elektrische oder mechanische Zylinder- oder Scherenhubvorrichtungen) auf eine dem Lichtweg entsprechenden Bearbeitungshöhe positioniert. Um hierbei eine möglichst gleichmäßig und insbesondere dichte Werkstoffschicht 24 zu garantieren, wird zudem der entsprechende pulverförmige Werkstoff 18 in diesem Ausführungsbeispiel vorhergehend mit zumindest einer parallel zur bearbeitenden Werkstoffschicht 24 verfahrbarenden Rolle oder alternativ mit weiteren Vorrichtungen wie etwa integrierten Silikonlippen verdichtet, auf eine vordefinierte Schichthöhe gebracht und überschüssiger Werkstoff von der Grundplatte 16 entfernt, sodass insbesondere gleichbleibende Werkstoffbedingungen innerhalb eines jeden Iterationsprozesses gewährleistet werden können.

Die bearbeitete pulverförmige Werkstoffschicht 24 wird daraufhin lokal mittels des oben genannten und durch den Lichtweg fokussierten Lichtstrahls umgeschmolzen und bildet nach der Erstarrung eine feste Materialschicht. Anschließend wird die Grundplatte 16 um eine vordefinierte Schichtdicke der Werkstoffschicht 24 abgesenkt und eine erneute Werkstoffschicht 24 auf die Grundplatte 16 aufgetragen, sodass, durch wiederholendes Bearbeiten und Hinzufügen neuer Werkstoffschichten 24 eine zusammengeschmolzene, dreidimensionale Werkstoffform (das Werkstück) 26 gebildet werden kann.

Um die für den oben genannten SLM-Fertigungsprozess geeigneten atmosphärischen Bedingungen zu ermöglichen, ist die Prozesskammer 12 der Fertigungsanlage 1 ferner als vollständig verschließbares und mit etwaigen Regulationselementen, wie etwa Druckregulatoren oder zur Ein- oder Ausfuhr von benötigten Bearbeitungschemikalien (z.B. Argon, Neon etc.) eingerichteten Ventilen, ausgestattetes Bearbeitungsgehäuse ausgestaltet, das insbesondere die oben genannte Grundplatte 16, durch Integration in die Prozesskammerstruktur 11 (d.h. zumindest die Prozesskammeraußenwand), vollständig einschließt und somit einen von äußeren Einflüssen abgeschotteten Bauraum bereitstellen kann. Um zudem gleichermaßen den Kontakt des Lichtwegs mit den verschiedenen Werkstoffschichten 24 zu ermöglichen, ist darüber hinaus ein Schutzglas 10 in das Prozesskammergehäuse 11 eingebracht, welches, aufgrund seiner optischen Eigenschaften, zumindest eingerichtet ist, sowohl den von der Lichtquelle 4 ausgehenden bzw. durch den Scankopf 2 gesteuerten Lichtstrahl in die Prozesskammer 12 hineinzulassen als auch die in dem Scankopf 2 oder anderweitig angebrachten Elemente der Fertigungsanalage 1 vor etwaigen während der Fertigung anfallenden Prozessemissionen 28 (Pulverrückstände, Schmauch, Funken etc.) abzuschirmen.

Dabei kann es jedoch, wie bereits beschrieben, in optischen Fertigungssystem wie der in Figur 1A gezeigten SLM-Anlage 1 für gewöhnlich zu dem Problem kommen, dass, aufgrund von äußeren Einflüssen, wie etwa innerhalb der Fertigungsanlage entstehenden thermischen Ausdehnungen, der optische Lichtweg des bearbeitenden Lichtstrahls unbeabsichtigter Weise modifiziert werden kann, sodass der Lichtweg des tatsächlich auftretenden bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ und somit die hieraus entstehende auf der Werkstoffschicht 24 resultierende Auftreffposition (Ist-Position IP) von dem Lichtweg bzw. der Auftreffposition (Soll-Position SP) des ursprünglich vorgesehenen Lichtstrahls 14 abweichen und damit Ungenauigkeiten innerhalb des Fertigungsprozesses entstehen lassen kann. Insofern ist es von großer Wichtigkeit für bestehende optische Fertigungsanlagen ein Verfahren bzw. eine Möglichkeit zu besitzen, welche es ermöglicht, die oben genannte Fehlstellung des bearbeitenden Lichtstrahls zu identifizieren und in einem bevorzugten Fall gleichermaßen zu korrigieren.

Figur 2A zeigt hierzu eine erste schematische Darstellung der Wirkungsweise des beanspruchten Kalibrierungsverfahrens. Dabei wird in der vorliegenden Erfindung ein insbesondere äußerst präziser und non-invasiver Kalibrierungsprozess ermöglicht, indem eine Detektion der potentiellen Fehlstellung des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ lediglich durch einen rein optischen Identifikationsmechanismus generiert werden kann. Genauer sieht die vorliegende Erfindung zu diesem Zweck vor, einen sogenannten mit einem Konversionsmaterial beschichteten Konversionskörper 29 in den Bauraum der Fertigungsanlage 1 zu positionieren, welcher in der Lage ist, durch Belichtung des Konversionsmaterials mittels des für gewöhnlich im Infrarotbereich liegenden (und somit schwer zu identifizierenden) Bearbeitungslichts der Fertigungsanlage 1, das bearbeitende Licht in ein detektierbares, vorzugsweise sichtbares Kalibrierungslicht 32 umzuwandeln und so, durch Detektion des von dem Konversionsmaterial ausgehenden Kalibrierungslichts 32, eine Positionsbestimmung des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ zu ermöglichen.

Figur 2A zeigt hierzu das Grundprinzip des so zu generierenden Identifizierungs- und Kalibrierungsprozesses in einem schematischen Minimalsystem. So wird in der vorliegenden Erfindung, zur genauen Bestimmung der tatsächlichen Position des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘, der genutzte Konversionskörper 29, in diesem Fall als eine geradlinig ausgerichtete, tellerförmige Platte ausgestaltet, mit sogenannten Konversionsstrukturen versehen, welche lediglich an vordefinierten Positionen, hier dargestellt als ein Linienmuster aus senkrechten und waagerechten Linienstrukturen 34 & 34‘, auf das Substrat 33 des Konversionskörpers 29 aufgetragen werden und zur Erzielung des zuvor beschriebenen Umwandlungsprozesses, die oben genannten Konversionsmaterialien beinhalten. Verfährt nun ein bearbeitender Lichtstrahl 14‘, vorzugsweise fokussiert auf diesem Konversionskörper 29 entlang und belichtet dabei eine der vordefinierten Positionen der aufgetragenen Konversionsstrukturen, so kann an dieser Stelle das zuvor genannte Kalibrierungslicht 32 generiert werden, sodass ein optisches, noninvasives und insbesondere räumlich-abhängiges Detektionssignal geschaffen werden kann, wann immer der bearbeitende Lichtstrahl 14‘ über eine vordefinierte Position des Konversionskörpers 29 verfährt. Entsprechend ist es möglich, durch gezieltes Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ auf dem Konversionskörper 29 und zeitlich abgestimmten Detektieren des bei einem Auftreffen des Lichtstrahls 14‘ auf einer vorbestimmten Konversionsmuster generierten Kalibrierungslichts 32 durch eine Sensorvorrichtung S (hier dargestellt als eine Sensorvorrichtung S und ein das Kalibrierungslicht 32 sammelndes Linsensystem L _s ), ein durch das Erfassen des Kalibrierungslichts 32 definiertes Signalmuster zu erzeugen, welches charakteristisch für den jeweilig tatsächlichen Verfahrweg des bearbeitenden Lichtstrahls ist und somit zur Rekonstruktion dieses Verfahrwegs (und damit zur Identifikation etwaiger Ist-Positionen IP) genutzt werden kann.

Die Figuren 2B und 2C zeigen zu diesem Zweck einen beispielhaften Detektionsund Analyseschritt der zuvor genannten Sensorvorrichtung S zur Identifizierung etwaiger für das Kalibrierungsverfahren zu nutzender Ist-Positionen IP des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘. Figur 2B zeigt hierzu eine beispielhafte schematische Draufsicht eines Konversionskörpers, welcher mit einer als vertikale und horizontale Linienmuster 34 & 34‘ ausgebildeten Konversionsstruktur versehen ist und entlang welcher der bearbeitender Lichtstrahl 14‘ entlang eines tatsächlich erfolgenden Verfahrweges TV verfahren wird. Darüber hinaus wird mit KT der ursprünglich angedachte und durch eine Kalibrierungstrajektorie KT vorgegebene Verfahrweg des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ beschrieben.

Dabei dient insbesondere die hier gezeigte Form der Konversionsstruktur lediglich visuellen Zwecken und kann in anderen Ausführungsbeispielen auch in anderer Ausgestaltung, etwa mit unterschiedlichen Geometrien (z.B. räumlich definierte Kreis- oder Quaderformen), Größen oder Orientierungen vorliegen. Figur 2C zeigt indes einen beispielhaften, schematischen und zeitabhängigen Verlauf eines entsprechend an der Sensorvorrichtung S entstehenden Detektionssignals, auch Kalibrierungslichtsignal KS genannt, welches während des Verfahrens des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ entlang des Verfahrweges TV der Figur 2B an der Sensorvorrichtung S generiert wird.

Wie zu sehen, ist dabei der Verfahrweg TV derart ausgebildet, dass der bearbeitende Lichtstrahl 14‘ über eine Mehrzahl von mit Konversionsstrukturen behafteten Arealen, etwa an den Positionen M2, M4 und M5 dargestellt, und freien Arealen (siehe beispielsweise die Positionen Ml und M3) des Konversionskörpers 29 verfährt, sodass sich der zeitliche Signalverlauf der Sensorvorrichtung S als ein mit einer Mehrzahl von Signalpeaks behaftetes Signalmuster ausbildet. Genauer wird dabei zu jedem Zeitpunkt, an welcher der bearbeitende Lichtstrahl 14‘ über eine Linienstruktur 34 & 34‘ der Konversionsstruktur verfährt, aufgrund der oben genannten Umwandlung des bearbeitenden Lichts, ein Kalibrierungslicht 32 erzeugt, welches durch die Sensorvorrichtung S aufgenommen und so als charakteristisches erhöhtes Kalibrierungslichtsignal KS in den Signalverlauf eingefügt wird (siehe beispielsweise die mit Konversionsstrukturen behafteten Positionen M2, M4 und M5, welche als Signalpeaks in dem zeitlichen Verlauf der Sensorvorrichtung S wiederzufinden sind).

Dem oben genannten Umstand entsprechend, kann in der vorliegenden Erfindung nun eine äußerst effiziente Identifizierung bestehender Ist-Positionen des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ ermöglicht werden, indem durch Auswertung des in Figur 2C dargestellten charakteristischen Signalmusters mittels eines speziell hierzu vorgesehenen geometrischen Analysemechanismus“, der eigentliche von dem bearbeitenden Lichtstrahl 14‘ genutzte Verfahrweg TV rekonstruiert werden kann. Genauer kann der geometrische Analysemechanismus zu diesem Zweck vorsehen, die einzelnen Werte des zeitabhängigen Signalverlaufs, jedoch auch weiterer Informationen (z.B. verschiedene zwischen den einzelnen Signalpeaks bestehende Abstände, Breiten des entnommenen Signalmuster oder aber etwa die Orientierung der ursprünglichen Kalibrierungstrajektorie KT) zu untersuchen und durch Vergleich dieser Informationen mit den vordefinierten Positionen der einzelnen Konversionsstrukturen (beispielsweise mittels geometrischen Regressionsverfahren), eine genaue Nachbildung des durch den bearbeitenden Lichtstrahl 14‘ tatsächlich genutzten Verfahrweges TV zu erstellen.

Insofern ist es möglich, durch das oben genannte Verfahren den tatsächlich bestehenden Verfahrweg TV des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ allein durch optische Wechselwirkungs- und Detektionsmechanismen zu identifizieren, sodass dieser in einem darauffolgenden Schritt mit der ursprünglich vorgesehenen Kalibrierungstrajektorie KT verglichen und somit zur finalen Justierung der optischen Fertigungsanlage 1 weiterverwendet werden kann.

Figur 1 zeigt zu diesem Zweck ferner eine erste Ausgestaltung des oben genannten Verfahrens, wie es in der optischen Fertigungsanlage 1 und somit insbesondere in einer SLM-Anlage praktiziert werden kann.

Dabei ist der dargestellte Konversionskörper 29 erneut als plattenförmiges und mit der bereits in Figur 2B gezeigten Konversions-Linienstrukturen 34 versehenes Gebilde dargestellt, welches im vorliegenden Fall innerhalb der Prozesskammer 12 auf die verfahrbare Grundplatte 16 platziert wurde und, mittels Verfahrens der ansteuerbaren Hebevorrichtung 20 in zumindest vertikaler Richtung, an einer auf der Arbeits- bzw. Fokusebene AE der Fertigungsanlage 1 befindlichen Kalibrierungsposition KP vorliegt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann es jedoch auch möglich sein, dass mittels des Verfahrens der Grundplatte 16, die Scanfeld platte 29 unterhalb oder oberhalb der Fokusebene der optischen Fertigungsanlage 1 stationiert sein kann, sodass eine Kalibrierung auch bei nicht fokussiertem Licht realisiert werden kann. Gleichermaßen kann auch die generelle Form des Konversionskörpers 29 von der dargestellten Geometrie abweichen, sodass der Konversionskörper 29 nicht notwendigerweise als Platte, sondern in anderen Ausführungsformen auch als etwaige, mit den Konversionsstrukturen versehene dreidimensionale Form ausgebildet sein kann. Des Weiteren ist es auch möglich, dass selbst eines der dargestellten Elemente der Fertigungsanlage 1, wie etwa die Grundplatte 16, mit den Konversionsstrukturen versehen und somit als funktioneller Konversionskörper 29 genutzt werden können.

Erfolgt nun ein Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ auf dem optischen Konversionskörper 29, was in dem gezeigten Fall vorzugsweise, analog zu dem zuvor genannten Bearbeitungsverfahren, durch selektive Ansteuerung der optischen Elemente L _e erfolgt, so wird mittels Umwandlung des bearbeitenden Lichts an der Konversionsstruktur, das Kalibrierungslicht 32 erzeugt, welches für das bereits oben genannte Kalibrierungsverfahren in dem dargestellten Fall durch die SensorvorrichtungS erfasst wird. Die SensorvorrichtungS selbst ist dabei in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel innerhalb des Scankopfes 2, insbesondere hinter einer auch für den Fertigungsprozess genutzten und vorzugsweise auf das Kalibrierungslicht 32 abgestimmten, Wellenlängen-spezifischen Spiegelvorrichtung 13A, etwa einem Interferenzspiegel oder einem Wellenlängen-abhängigen Prisma, positioniert, welche insbesondere eingerichtet ist, Licht mit einer dem Kalibrierungslicht 32 entsprechenden Wellenlänge durchzulassen, jedoch Licht abseits dieser Wellenlänge zu reflektieren. Insofern kann durch die oben beschriebene Konstruktion eine äußerst effektive und platzsparende Integration der Sensorvorrichtung S bereitgestellt werden, welche nicht nur, aufgrund des zum bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ zum Teil koaxial genutzten Lichtwegs, bereits bestehende optische Elemente (z.B. L3) der Fertigungsanlage 1 für die Erfassung des Kalibrierungslichts 32 mitbenutzen kann, sondern gleichermaßen mittels der Filterfähigkeit der Spiegelvorrichtung 13A, etwaige potentiell an der Sensorvorrichtung S ankommenden Störsignale effektiv verhindert. Um zudem die oben genannte Signalpräzision noch weiter verbessern zu können, können im vorliegenden Fall auch weitere innerhalb des Lichtwegs der Fertigungsanlage 1 befindliche Elemente, wie etwa das Schutzglas 10 oder das Austrittsglas 3, mit einer Filterfunktion versehen sein (z.B. durch Anbringung einer wellenlängenspezifischen Filterbeschichtung), sodass insbesondere ein über eine Mehrzahl von Filterprozessen generierter Detektionsmechanismus generiert werden kann.

Die Figur 3 zeigt zudem eine weitere Ausführungsform der bereits in Figur 1 gezeigten Fertigungsanlage, wobei, im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, die Sensorvorrichtung S und vorzugsweise etwaige zur Erfassung des Kalibrierungslichts 32 erforderlichen optischen Einrichtungen LS in die Prozesskammer 12 bzw. den Bauraum der dargestellten Fertigungseinrichtung 1 eingebracht wurden. Entsprechend kann durch die in Figur 3 dargestellte Positionierung der Sensorvorrichtung S insbesondere eine von weiteren optischen Elementen unabhängige und somit insbesondere direkte Erfassung des Kalibrierungslichts 32 ermöglicht werden.

Figur 4 zeigt zudem einen als Flussdiagramm dargestellten beispielhaften Ablauf eines Ausführungsbeispiels des beanspruchten Kalibrierungsverfahrens, so wie es in einem der Fertigungsanlagen 1 der Figuren 1 oder 3 durchgeführt werden kann.

Hierbei kann das beanspruchte Verfahren insbesondere mit einer der eigentlichen Identifizierung von Fehlstellungen des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ und der Justierung der Fertigungsanlage 1 vorhergehenden Initiationsphase eingeleitet werden, in welcher das zu justierende System zunächst für die darauffolgende Kalibrierung eingerichtet werden kann. Insofern kann, in einem ersten Schritt Sl, der entsprechend für die Kalibrierung zu nutzende Konversionskörper 29 zunächst in den Bauraum, im dargestellten Fall auf die verfahrbare Grundplatte 16 der Fertigungsanlage 1, positioniert werden, sodass eine Belichtung ersteren durch den bearbeitenden Lichtstrahl 14‘ und somit die Initiierung des Kalibrierungsverfahrens ermöglicht wird.

Darauffolgend ist es möglich, in einem zweiten Schritt S2, die Höhe des in der Grundplatte 16 positionierten Konversionskörpers 29 zu adjustieren, wodurch der Konversionskörper 29 in einem bevorzugten Fall in die Fokusebene/Arbeitsebene AE des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ verfahren, in anderen Fällen jedoch auch unterhalb oder oberhalb dieser Ebene ausgerichtet werden kann.

Ferner sind in einem weiteren Schritt die in der Fertigungsanlage genutzten Einstellungen an das Kalibrierungsverfahren anzupassen. Entsprechend kann das Verfahren in einem dritten Schritt S3 zumindest vorsehen, den in der Fertigungsanlage genutzten Laser, als Strahlungsquelle 4, in einen einstellbaren Pulsbetrieb zu überführen und somit die Leistung des bearbeitenden Lichtstrahls zum Schutz der Konversionsplatte effektiv zu drosseln.

Sind darauf alle benötigten Einstellungen innerhalb der Initiationsphase vollzogen worden, so kann das beanspruchte Kalibrierungsverfahren daraufhin in die sogenannte Kalibrierungsphase übergehen, in welcher, vorzugsweise automatisiert und als in situ-Prozess koordiniert, eine Fehlstellung des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ identifiziert und hierauf basierend die entsprechende optische Fertigungsanlage 1 neu justiert wird. Eine Automatisierung des Kalibrierungsprozesses kann dabei insbesondere durch Verwendung einer zentral innerhalb der Fertigungsanlage 1 eingerichteten Steuerungsvorrichtung realisiert werden, welche vorzugsweise über Signalverbindungen zu den einzelnen in der optischen Fertigungsanlage 1 befindlichen Fertigungseinrichtungen (z.B. die optischen Elemente L _e oder LS, die verfahrbare Hebevorrichtung 20 oder die Strahlungsquelle 4) den Status des auszuführenden Kalibrierungsprozesses überprüfen und mittels selektiver Ansteuerung oben genannter Fertigungseinrichtungen anleiten kann. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung zu diesem Zweck kontinuierliche Informationen (z.B. in Form von Statussignalen) von den derzeitig während des Kalibrierungsverfahrens genutzten Fertigungseinrichtungen erhalten und als Erwiderung hierauf, mittels Erstellen und Senden von Steuerungssignalen (z.B. NC- basierten Signalen) an die jeweilig zu nutzenden Fertigungseinrichtungen, darauffolgende Verfahrensschritte einleiten. Die Verfahrensschritte selbst (z.B. die Definierung des zu Verfahrenden Kalibrierungstrajektorie KT, Einstellung der Strahlungsquelle 4 etc.) können dabei vorzugsweise als vordefinierte Prozessanweisungen in einem ebenfalls in der Fertigungsanlage integrierten Speicher vorliegen bzw. gespeichert sein und durch Verbindung des Speichers mit der Steuerungsvorrichtung, an letzteren weitergegeben werden.

In einem ersten Schritt der Kalibrierungsphase S4, wird daraufhin der bearbeitende Lichtstrahl 14‘, in diesem Fall als gepulster Laserstrahl ausgebildet, entlang einer vordefinierten Kalibrierungstrajektorie KT verfahren, wodurch bei dem Auftreffen des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ auf einer auf dem Konversionskörper 29 aufgetragenen Konversionsstruktur, das Licht der Strahlungsquelle 4 in ein detektierbares, vorzugsweise sichtbares Kalibrierungslicht umgewandelt wird.

Dieses umgewandelte Kalibrierungslicht kann folgend, in einem zweiten Schritt der Kalibrierungsphase S5, durch die in der Fertigungsanlage 1 integrierte Sensorvorrichtung erfasst und nach dem in Figur 2A bis 2C beschriebenen Verfahren dazu genutzt werden, um den tatsächlich von dem bearbeitenden Lichtstrahl 14‘ genutzten Verfahrweg zu identifizieren. Speziell wird hierzu, in einem dritten Schritt der Kalibrierungsphase S6, der tatsächliche Weg des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ durch Auswerten des in der optischen Sensorvorrichtung S erfassten charakteristischen Signalmusters rekonstruiert.

Auf diesem Prozess folgend lassen sich daraufhin, in einem vierten Schritt der Kalibrierungsphase S7, ein oder mehrere Ist-Positionen IP bestimmen, in dem eine vordefinierte Anzahl an Positionspunkten aus dem rekonstruierten Verfahrweg entnommen werden.

Um zudem hierauf basierend eine potentielle Fehlstellung des bearbeitenden Lichtstrahls zu identifizieren, kann das Kalibrierungsverfahren, in einem fünften Schritt des Kalibrierungsverfahrens S8, sodann vorsehen, die zuvor ermittelten Ist- Positionen IP des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ mit ursprünglich vorgesehenen Soll-Positionen SP zu vergleichen, wodurch explizite, räumliche Unterschiede zwischen den beiden Positionen generiert werden können. Die hierbei zu vergleichenden Soll-Positionen SP sind dabei vorzugsweise aus der Kalibrierungstrajektorie KT zu entnehmen und jeweils mit den für einen jeweils gleichen Zeitpunkt entsprechenden Ist-Positionen IP zu vergleichen.

In sechsten Schritt des Kalibrierungsverfahrens S9 kann darüber hinaus der ermittelte Unterschied zwischen der erfassten Ist-Position IP und der Soll-Position SP dazu genutzt werden, um die Fehlstellung des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ mittels Rekalibrierung der optischen Fertigungsanlage 1 zu korrigieren. Hierzu werden die ermittelten Unterschiede vorzugsweise als Differenzdaten in eine in der Fertigungsanlage 1 integrierte Justierungsvorrichtung eingespeist, welche mittels beinhaltenen Justierungsmechanismus, etwa der Verwendung von vordefinierten, auf verschiedenen Differenzdaten basierenden Entscheidungsprozessen oder der Verwendung einer künstlichen Intelligenz/eines auf maschinellen Lernen basierendes Programms, die zum Verfahren des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ genutzten Steuerungsparameter der Fertigungsanlage 1, zum Beispiel durch veränderte Ansteuerung der optischen Elemente L _e , anpasst und somit den Unterschied zwischen Ist- und Soll-Position IP und SP verringert.

In einem letzten Schritt des Kalibrierungsverfahrens S10 ist zudem ein finales Beurteilungsverfahren anzuwenden, in welcher die Genauigkeit des momentanen bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ in Hinblick auf die zuvor durchgeführte Kalibrierung evaluiert wird. Zu diesem Zweck kann dieser Schritt beispielsweise vorsehen, den Unterschied zwischen den ermittelten Ist- und Soll-Positionen IP und SP zu untersuchen und, abhängig von dem Ergebnis (beispielsweise einem Unterschied größer als ein vordefinierter Grenzwert), eine neue Iteration der zuvor beschriebenen Kalibrierungsphase zu erzwingen. Insofern kann durch diesen letzten Schritt ein kontinuierliches Annähern an die gewünschte Genauigkeit des Fertigungsanlage 1 ermöglicht und somit, potentiell, die zu findende Fehlstellung des bearbeitenden Lichtstrahls 14‘ vollständig korrigiert werden.