[發明專利]照射裝置和具有該照射裝置的加工機

在審

• 申請號: 201780072514.X
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN109996639A
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: F·沙爾;M·阿倫貝里-拉貝;F·P·維斯特
• 申請（專利權）人: 通快激光與系統工程有限公司
• 主分類號: B23K26/03
• 分類號: B23K26/03;G01J5/00;G01J5/20;G01J5/60;B22F3/105
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 侯鳴慧

本發明涉及一種用于為執行焊接過程而借助加工射束、尤其借助激光射束(3)照射加工區(8)的照射裝置(1)，具有：掃描裝置(4)，用于將所述加工射束對準在所述加工區(8)中的加工位置(XP,YP)。照射裝置(1)具有成像裝置(9)，用于將所述加工區(8)的子區域成像到具有至少兩個高溫計部段的高溫計(17)上，其中，成像裝置(9)將從在加工區(8)中的加工位置(X_P,Y_P)出發的熱輻射(19)成像到第一高溫計部段(20)上，成像裝置(9)將從在加工區(8)中沿著加工射束在加工區(8)的進給方向(v_R)位于加工位置(X_P,Y_P)前面或后面的位置出發的熱輻射(19)成像到至少一個第二高溫計部段上。本發明還涉及一種具有這樣的照射裝置的加工機(10)。

技術領域

本發明涉及一種用于為執行焊接過程而借助加工射束、尤其借助激光射束照射加工區的照射裝置，包括：掃描裝置，用于將加工射束定向到加工區中的加工位置上。本發明還涉及一種對應的加工機，用于通過借助加工射束、尤其借助激光射束照射粉末層來制造三維構件，其中，加工機具有如上面所說明的照射裝置，以便在加工區中照射粉末層。

背景技術

對于用于通過照射(金屬)粉末層——該粉末層借助加工射束，例如借助激光射束逐層熔化(“激光金屬熔合”，LMF)——制造三維構件的過程的質量監控和調節，需要監控熔化或者焊接過程、尤其監控在LMF過程中形成的熔池。對此最重要的特征量是在熔化物熔化和凝固時的溫度和溫度梯度，因為所述溫度和溫度梯度決定重要的構件特性。在本申請中，不對焊接和燒結過程進行區分；而是焊接過程也理解為燒結過程。

借助用于溫度監控的、呈高溫計形式或呈攝像機形式的常規傳感器僅可對這些特征量進行不充分地感測。高溫計是接收熱輻射的光學溫度測量器，根據熱輻射可以確定溫度。為此，通過光學成像，將熱輻射從觀察平面、在該情況中加工平面成像到傳感器元件、更確切地說到高溫計的傳感器表面上。通常使用二極管作為傳感器元件或者說高溫計，該二極管僅感測在加工平面中的僅一個測量點或者說僅一個位置并且具有高靈敏度、測量動態性和測量速率。在這種高溫計的情況下，例如可以將加工平面的一部分或具有1mm直徑的測量光斑成像到二極管上，其中，在這種情況下，空間分辨率和測量光斑明顯大于焦斑(50至100μm)。為了進行面式探測，使用通常構成笛卡爾傳感器陣列的攝像機。所述攝像機具有高空間分辨率，但僅具有低的測量速率、測量動態性和靈敏度。

對于LMF過程的過程監控，由于在若干米/秒范圍內的高進給速度，需要在100kHz范圍內的測量速率。所需的測量動態性由構件溫度(～200℃)和液態熔化物溫度(～2000℃)之間的差產生。低溫由于低輻射強度比高溫更難借助高溫計探測。因此，借助攝像機不能或僅能不充分地探測焊接過程在加工位置周圍的整個溫度走勢。因此，現有方法的焦點放在熔池溫度和熔池幾何形狀——其由于高溫而與在熔池外的區域相比能夠更簡單地感測，但這對于有意義的過程調節通常是不夠的。對于具有低進給速度的過程(例如激光焊接)已知基于攝像機的傳感器，然而，該傳感器不能轉用到用于LMF過程的高測量速率。

由WO 2013/021173 A1已知一種用于選擇性地組合顆粒狀材料的方法和設備，其中，輻射被用于燒結一個層材料的子區域并且以這種方式產生三維體。在一個實施例中，傳感器被用于確定燒結的子區域的溫度。傳感器可以是紅外攝像機、單個的高溫計或高溫計陣列。多個輻射源可以用于提供輻射。也可以提供一個或多個濾波器，用于對由這多個輻射源中的至少一些輻射源產生的輻射進行濾波。

在EP 3023757 A1中已知一種使用在用于制造三維工件的設備中的高溫探測裝置，其中，該探測裝置構造為用于接收熱輻射。高溫探測裝置可以具有第一光學傳感器和第二光學傳感器，其中，所述第一和第二光學傳感器配置為用于發出電信號，該電信號取決于在一個特定波長范圍中的熱輻射的強度。光學濾波器和/或與波長相關的分束器可以被用于將在所希望的波長范圍內的入射熱輻射引導到相應的探測器。可以通過考慮第一光學傳感器的電信號和第二光學傳感器的電信號之間的關系來計算表明輻射部位上的溫度的值。