[发明专利]包括两个窗口、光学元件和XY-偏转装置的偏转单元

说明书

本发明涉及偏转单元(10)，其包括光学元件(20)，光学元件(20)至少部分地反射第一波长且至少部分地透射不同的第二波长。偏转单元限定操作光束(14)经由光学元件(20)处的反射从第一窗口(12)到第二窗口(24)所经过的操作光束路径。偏转单元包括XY偏转装置(22)和聚焦装置(16)，其中XY偏转装置(22)布置在操作光束路径中以扫描已经出现的操作光束；聚焦装置(16)用于聚焦操作光束(14)，其中，聚焦装置具有可变焦距，并且布置在第一窗口(12)和光学元件(20)之间的操作光束路径中。

技术领域

本发明属于激光制造和激光加工技术领域，并涉及一种偏转单元。

背景技术

偏转单元在工业制造和加工过程中广泛使用，以在空间和时间方面操纵激光束的路径，以便及将激光束扫描在工作区域内的工作表面上。

偏转单元的示例性应用领域是基于激光的增材制造。增材制造在部件设计中提供了高水平的设计自由度，并特别适用于快速模型构建，快速模型构建也称为“快速原型”。

除了用于快速原型外，增材制造也越来越多地用于具有更多单元数量的工业生产，使得增材制造的应用领域正在从快速原型扩展，以包括工业大规模生产或所谓的“快速制造”。在这种情况下，工业生产中的增材精整加工越来越重要，例如在金属加工以及航空和医疗技术领域。另外，它具有取代许多传统的诸如铸造的工业制造工艺的潜力。

基于激光的增材制造包括以下工艺：“直接粉末熔融”，即，通过激光束，例如高能激光束，局部地和选择性地熔化粉末床的工艺；“光聚合”，即，通过激光选择性地和局部地暴露诸如树脂的材料的熔池并因此硬化的工艺；“直接能量沉积”，即，沿着与激光辐射方向平行或相同的方向引入粉末以沉积材料的方法。这些工艺是基于表面的组装工艺，其中逐层生成体积。在这些工艺中，由偏转单元转向的激光束在诸如，塑料熔池或桶(光聚合)或粉末床(直接能量沉积)的表面的平面工作表面上扫描，以便在表面层的选定区域产生激光诱导的塑料聚合或粉末颗粒的熔融或烧结。这将生成与底下的部件层材料性地结合的新的部件层或部件平面。这是逐层重复的，其中先前完成的部件层相对于偏转单元降低，新的松散材料层，例如，非聚合塑料或粉末，沉积在最新生产的层上。然后，根据要生产的部件的形状将激光扫描过程施加到新层。

这种基于激光并基于表面的增材组装过程可以在一定水平，例如，高达4m/s内相对快速地进行，但是由于生产部件所需的大量层，它们可能花费数天，其中该过程是全天候进行的。在这种情况下，精度要求可以在10-20μm或更小的范围内，非常高。

即使最小的过程偏差也会导致在整个部件体积中不能保持所需的精度。这会导致可能需要时间密集的后处理。如果这例如由于部件内的缺陷而不容易实现，则可能还需要重新制造整个部件。另外，可能仍未检测到过程偏差。

为避免这种情况，并且为了能够在发生过程误差时立即采取纠正措施，有必要在生产期间观察并监测该过程。这种在线质量控制与开环和/或闭环过程控制相结合，使得能够立即解决或完全避免与过程相关的部件缺陷。这样可以显著提高工艺效率、工艺可靠性和产量，并且可以替换传统的诸如铸造的基于体积的制造工艺。

例如，DE 10 2013 017 795 B3公开了一种激光扫描仪焊接装置，其包括用于扫描激光束的偏转单元和用于在线质量控制的内部相机。在该装置中，借助于分色镜，操作光束路径与相机的视场叠加，使得当使用扫描镜扫描时，相机的视场与操作激光束同步地在工件上移动。在分色镜和扫描镜之间，可移动聚焦透镜设置在操作光束路径和成像光束路径中，以调节激光束的焦点。

发明内容

本发明的目的是提供一种偏转单元，其允许具体在基于激光的增材制造工艺中的改进的激光加工过程和改进的过程观察、过程监测、过程监督和过程控制。

该目的通过权利要求1的主题来实现。有利的实施方式和扩展在从属权利要求中指定。