CN117773330A - 具有同轴的施加材料供给和测距装置的激光熔覆焊接装置 - Google Patents

Abstract

用于激光熔覆焊接的装置(10)，包括：激光加工头(16)，用于使激光束(14)入射；测距装置(34)，用于借助测量射束(36)测距；扫描装置(50)，用于使测量射束(36)偏转；耦合装置(56)，用于将测量射束(36)的光路耦合到激光束(14)的光路中；供给装置(20)，用于同轴地供给施加材料；第一反射体(26)和第二反射体(28)，它们具有共同中轴并在耦合装置(56)与供给装置(20)之间设置在激光束(14)和测量射束(36)的共同光路中；第一反射体(26)将激光束(14)和测量射束(36)与中轴成角度地向外反射到第二反射体(28)；第二反射体(28)将激光束(14)朝加工区域的方向反射。

Description

具有同轴的施加材料供给和测距装置的激光熔覆焊接装置

技术领域

本公开涉及一种包括测距装置的激光熔覆焊接装置，其中施加材料与激光束同轴地供给。

背景技术

激光熔覆焊接是一种增材制造方法，其中施加材料借助于激光束熔化并且与至少一个工件连接。

WO 2018/178387 A1描述了一种增材制造装置，其包括激光装置、用于供给材料的供给装置和干涉仪，以便借助光学测量射束测量与工件的距离。

US2022/0134440 A1描述了一种用于激光增材制造装置，其包括用于接收和反射激光束的第一反射光学设备和用于接收由第一反射光学设备反射的激光的第二反射光学设备。第二反射光学设备将接收的激光的一部分与供给的线材或粉末原料同轴地以圆柱形配置对准原材料。

发明内容

本发明的一个任务在于，提供一种具有紧凑结构的装置，其使得用于测距的光学测量光束能够与方向无关地运动到加工区域中或周围，其中减少或消除阴影的影响，尤其对测量结果的影响。尤其值得期望的是，使光学测量光束在先、在后和/或在加工区域中运动(用于过程中观测)。

此外，本发明的一个任务在于，提供一种具有用于增材制造方法的同轴材料供给和测距的激光熔覆焊接装置，其使得激光束(尤其在焦点位置中)能够被均匀地引导到供给的材料且均匀地熔化以及使得能够在多个测量位置上进行测距。

这些任务中的一个或多个通过按照优选实施方案的激光熔覆焊接装置解决。优选实施方式是可选实施方案的主题。

本公开涉及一种用于激光熔覆焊接的装置，包括：供给装置，用于同轴供给施加材料；测距装置，用于借助于测量射束测量距离；以及扫描装置，用于偏转测量射束。供给装置可以设立为，将施加材料在供给位置与中轴同轴地或者与激光束同轴地输出，和/或从供给位置同轴地供应给加工区域。第一反射体和第二反射体在这两个反射体的共同的中轴上设置在激光束与测量射束的共同的光路中，以便使得激光束和/或测量射束环绕供给装置引导。尤其，尽管施加材料是以同轴方式供给的，激光束和测量射束也能基本上无阴影地被入射，因为激光束和测量射束通过第一反射体和第二反射体围绕所述供给位置偏转。即使该供给自身在某一位置上可能引起阴影，然而该阴影通过在准直后的工作射束中的定位显得非常小且可以被忽略。同轴输出的施加材料因此是在共同的中轴上的障碍物，其由通过第一反射体和第二反射体的射束走向被绕开，从而输出的施加材料不会对激光束或测量射束造成阴影。

本发明基于以下：将激光束由设置在共同的中轴上的第二反射体朝加工区域的方向反射，以便引起施加材料的均匀熔化，而测量射束能够通过扫描装置与方向无关地且基本上无阴影地运动到加工区域中和/或周围。在此，通过第一反射体和第二反射体以及通过用于同轴供给施加材料的供给装置实现激光加工头的紧凑结构。尤其，激光束可以在焦点位置中均匀地引导到供给的施加材料。

按照本发明的第一方面，用于激光熔覆焊接的装置包括：激光加工头，用于激光束的入射；测距装置，用于借助于测量射束测量距离；扫描装置，用于偏转测量射束；耦合装置，用于将测量射束的光路耦合到激光束的光路中；供给装置，用于同轴供给施加材料；以及第一反射体和第二反射体，其中第一反射体设立为，将激光束和测量射束与中轴成角度地向外反射到第二反射体上；并且第二反射体设立为，朝加工区域的方向反射激光束。第一反射体和第二反射体具有共同的中轴，和/或设置在共同的中轴上，和/或设置在激光束和测量射束的共同的光路中。换言之，第一反射体和第二反射体具有共同的中轴，亦即第一反射体和第二反射体如此设置在共同的光路中，使得第一反射体和第二反射体具有共同的中轴。第一反射体和第二反射体可以在耦合装置与供给装置之间或者沿激光束的射束传播方向设置在供给装置之前。

特别有利的是，用于偏转测量射束的扫描装置结合第一反射体和第二反射体能实现：即使在激光加工头的加工方向或进给速度变化的情况下也能在至少一个限定的测量位置上测量与工件的距离或所施加的层厚度，例如在先、在后和/或在加工区域中或者在加工位置上。因此尤其通过借助于扫描装置对测量射束的有目的的偏转能实现测量，该测量关于加工方向和/或加工轨迹限定(例如在先)。尤其，使用带有可偏转激光束的反射处理头的二维扫描干涉测量方法的应用成为可能。

按照本发明的另一方面，用于激光熔覆焊接的装置包括：激光加工头，用于激光束的入射；供给装置，用于同轴供给施加材料；以及第一反射体和第二反射体，它们具有共同的中轴，其中第一反射体设立为，将激光束与中轴成角度地向外反射到第二反射体上，并且第二反射体设立为，朝加工区域的方向反射激光束。第一反射体和第二反射体设置在共同的中轴上和/或同轴地设置。换言之，第一反射体和第二反射体如此设置在激光束的光路中，使得它们具有共同的中轴。第一反射体和第二反射体可以沿激光束的射束传播方向设置在供给装置之前。

按照该方面的装置可以包括如下特征中的一个或多个：

加工区域可以称为如下区域，其包括加工位置(亦即激光束入射到其上的位置)和/或加工位置的周围环境。尤其，加工区域可以称为如下区域，其包括加工位置、在先的位置或区域(亦即要加工的位置或其周围环境)、和/或在后的位置或区域(亦即已经加工的位置或其周围环境)。

第一反射体和第二反射体的设置可以设立为用于近似旋转对称的激光射束偏转和/或测量射束偏转。

所述装置可以是激光金属沉积装置，也称为LMD装置或LMD设备。所述装置尤其可以是施加材料在中间以同轴方式供给的激光熔覆焊接装置。所述装置尤其可以是用于激光熔覆焊接工件的装置。加工区域可以是在工件上的加工区域。所述装置尤其可以是具有同轴材料供给和旋转对称或几乎旋转对称的射束引导的LMD设备，包括具有可变的测量位置的测距装置。所述装置可以设立为，沿着第一方向或轴(所谓的竖直方向或轴)在具有各自预定的层厚的多个层中施加材料。即，层厚可以沿竖直方向或轴限定。竖直方向或轴可以垂直于工件表面。

距离可以是例如关于参考平面的高度或竖直距离或层厚。例如，距离可以是垂直于(未加工的)工件表面的距离。测距装置可以设立为，由与测量位置或在工件表面上的位置的光学路径长度、尤其由在测量位置或在工件表面上的位置于测距装置之间的光学路径长度确定高度或距离。

扫描装置可以是2D扫描仪和/或Galvo扫描仪，其具有至少一个、尤其具有两个反射偏转元件，例如反射镜。

所述装置此外可以包括用于控制和/或调节所述装置或所述装置的组件、尤其用于驱控扫描装置和/或供给装置和/或激光源的控制装置。

所述控制装置可以设立为使得测量射束借助于扫描装置、例如在预定和/或可自由选择的轨迹上偏转或运动。尤其，所述控制装置可以设立为，根据进给速度或根据进给速度的变化和/或根据加工位置或者加工位置的变化驱控扫描装置，以便偏转或运动测量射束。尤其，所述控制装置可以设立为使得测量位置匹配于用于制造最终产品的预定加工轨迹的轨道坐标(Bahnkoordinaten)。例如，所述控制装置可以根据所述装置的进给运动和/或根据激光功率和/或根据材料供给量和/或根据材料供给速度控制或调节测量射束位置和/或测量射束运动。

所述装置此外还可以包括用于分析处理数据的分析处理装置。分析处理装置可以是所述装置的控制和分析处理装置的一部分，所述控制和分析处理装置例如包括上述控制装置。测距装置可以包括用于由测量数据确定距离的分析处理单元。但是分析处理单元也可以集成在分析处理装置中。

在激光熔覆焊接中，可以由施加材料构成结构。例如，该结构可以构成在工件上，或者该结构可以形成工件。所述构成可以沿着加工轨迹层式地实现。例如，壁(壁形结构)可以通过沿着加工轮廓反复或重复的施加构成，各自沿该结构的高度方向错开。

该装置可以设立为或者可用于沿着加工轨迹进行激光熔覆焊接。于是，焊接或施加方向或加工方向各自沿着加工轨迹延伸。加工轨迹也可以称为加工路径。术语加工方向或加工轨迹表示激光束相对于工件的加工方向(尤其焊接方向)或加工轨迹。加工轨迹尤其可以限定加工方向。加工轨迹可以包括角或曲线。加工轨迹可以通过工件的几何形状限定，或者通过要在相应的层或平面中形成的最终产品的几何形状限定。

所述装置可以设立为将加工区域相对于工件定位。所述装置可以包括定位装置，以便将加工区域相对于工件定位。定位装置例如可以包括机器人臂或龙门架和/或轴***，以便定位或运动激光加工头和/或工件。定位装置可以设立为使得激光加工头与工件相互间相对定位和/或运动和/或定向。定位装置可以设立为使得所述装置或激光加工头相对于工件运动和/或定向。定位装置可以设立为使得所述装置或激光加工头连同设置在其上和/或携带的测距装置、扫描装置、耦合装置、第一反射体和第二反射体相对于工件运动和/或定向。定位装置可以包括机器人臂或龙门架，激光加工头紧固在所述机器人臂或龙门架上。定位装置可以包括用于工件定位的轴***。定位装置可以设立为使激光束沿着加工轨迹运动。

激光加工头可以尤其包括壳体，激光束的光路引导通过所述壳体。激光束也可以称为加工激光束。激光加工头可以设立为用于使由激光束源或激光引导纤维的端部发出的激光束入射。激光加工头可以设立为用于使激光束入射到工件上。射束引导光学设备可以集成到激光加工头中。

测距装置可以是飞行时间传感器(ToF传感器)。测量射束是光学测量射束。测距装置可以是干涉测距装置、例如光学相干层析成像(英语：optical coherence tomography，简称：“OCT”)测距装置。干涉测距装置可以包括用于测量射束的光源、用于与参考臂的光叠加的测量射束和/或参考臂的探测器。换言之，距离的测量可以基于光学相干层析成像。这种方式的测距基于如下原理：借助于干涉仪利用已经走过光学路径长度的光的相干。为此，将光学测量射束入射到加工区域或工件上。光学测量射束的一部分入射到测距装置的参考臂中。光学测量射束的由加工区域或工件反射的部分与参考臂的光叠加并且发生干涉。通过叠加的光的分析处理可以获得关于测量臂与参考臂的光学路径长度的差的信息。由此可以获得关于与工件的距离或者关于工件的表面特性的信息。与工件的距离相应于工件在相关测量位置上例如关于参考平面的高度。因此可以通过叠加的光的分析处理获得关于工件的已经存在的高度或关于工件的表面特性的信息，例如关于工件在如下位置上已经存在的高度的信息，在该位置上应施加熔覆或施加材料和/或在该位置上已经施加熔覆或施加材料。优选地，测距装置是频域OCT测距装置。在这种频域OCT测距装置中，可以基于叠加的光的光谱成分测量距离。因此，参考臂可以具有恒定的长度(光学路径长度)。测距装置可以相对于激光加工头静止。换言之，扫描装置可以设立为使得测量射束相对于激光束偏转。

测距装置可以设立为用于基于测量射束的在加工区域中和/或由工件反射的部分检测距离测量值。测距装置可以设立为：检测使激光束入射的激光加工头与工件之间的距离、尤其与工件上的测量位置的距离(亦即与工件在测量位置上的距离)的至少一个距离测量值；和/或基于测量射束在加工区域中和/或由工件反射的部分沿着测量位置或测量射束的扫描图检测至少一个距离测量值；和/或检测工件表面的表面特性数据、尤其沿着测量位置或测量射束的扫描图的表面特性数据。由所述至少一个距离测量值可以确定距离。扫描图也可以称为扫描图案、采样图、采样路径或测量位置在工件上的运动轨迹。一个或多个测量位置或扫描图可以相对于加工位置并且关于加工方向和/或加工轨迹确定。

扫描装置可以是扫描仪光学设备或扫描光学设备。扫描装置可以设立为用于将测量射束偏转到扫描区域上或在扫描区域中、例如在工件上偏转。扫描装置可以包括用于测量射束的至少一个可动的偏转件，尤其至少一个可动镜(扫描镜)。偏转件或扫描镜可以围绕至少一个轴旋转。扫描装置可以包括用于偏转测量射束的一个可动镜或两个可动镜(扫描镜)。第一可动镜可以绕第一旋转轴旋转，且第二可动镜可以绕第二旋转轴旋转，其中第一旋转轴与第二旋转轴相互间成角度、例如在45°与135°之间的角、尤其大约75°或90°的角度。替换地，扫描装置可以具有可动镜，其绕至少两个轴可旋转或可摆动。为了使所述镜或第一和第二镜运动，扫描装置可以相应地包括至少一个检流计驱动器。相应地，所述镜或第一和第二镜可以构成为检流计镜，简称Galvo镜。相应地，扫描装置可以构成为检流计或Galvo扫描仪，尤其X-Y-Galvo扫描***。替换地，扫描装置可以具有基于MEMS的、压电式的和/或感应式的驱动器。扫描装置也可以构成为棱镜扫描仪或透镜扫描仪。扫描镜也可以称为采样镜(Abtastspiegel)。

扫描装置可以设置在测距装置与由第一和第二反射体组成的组件之间、尤其在测距装置与耦合装置之间。耦合装置可以在测量射束的光路中设置在扫描装置之后，亦即扫描装置可以设置在测距装置与耦合装置之间。扫描装置可以在干涉测距装置的情况下设置在测量臂中。扫描装置可以在测量射束的光路中设置在用于测量射束的光源与耦合装置之间。扫描装置可以是2D扫描装置。扫描装置可以设立为，沿第一方向偏转测量射束以及沿横向于第一方向的第二方向偏转测量射束。第一和第二方向可以相互正交。扫描装置可以设立为，将测量射束从零位置偏转。零位置可以表示测量射束的未偏转的定向，在该未偏转的定向中，测量射束与激光束光路的光轴同轴地延伸。

扫描装置可以设立为使测量射束与激光束无关地偏转。扫描装置允许使测量射束偏转，使测量射束在测量位置上或者沿着扫描图入射到加工区域或工件上。扫描装置可以尤其设立为使得测量射束在测量射束的光路中在测量射束耦合到激光束的光路中之前偏转至加工区域。因此，测量射束可以相对于在工件上的加工位置定位且可以尤其在扫描装置的扫描区域内自由定位在工件上。扫描区域也可以称为偏转区域或采样区域。

扫描装置可以设立为，将测量射束的由耦合装置输出的、由加工区域或由工件反射的光引导回测距装置。尤其，(在每个时刻或者在扫描装置的给定的工作位置或偏转位置上)测量射束在两个方向上、亦即入射的测量射束的方向和返回至测距装置的测量射束通过扫描装置的光程可以相等。

测距装置和扫描装置可以共同形成具有可变的测量位置的测距装置，尤其具有可变的测量位置的OCT测距装置。

测距装置和/或扫描装置可以设立为用于调设测量射束的焦点位置，优选地与激光束的焦点位置无关。尤其，测距装置和/或扫描装置可以设立为，将测量射束聚焦到工件上、尤其工件表面上。

扫描装置可以设立为用于调设和/或修改测量射束的传播方向和/或传播。传播的这种调整使得测量射束能够如此布置在第一和第二反射体上，使得该测量射束从正确的方向指向相互作用区域且与之具有正确的偏转。尤其，扫描装置可以设立为用于调设和/或修改测量射束与扫描装置的光轴的偏转、测量射束与光轴的倾斜和/或测量射束的射束直径。为此，扫描装置可以包括所述至少一个镜以及如果可能另外的光学元件。扫描装置可以包括例如用于准直测量射束的准直光学设备(例如至少一个准直透镜)和/或聚焦光学设备。测量射束与光轴的偏转和/或倾斜使得可以观察环绕焦点的某些位置(亦即应实施测距的位置)。通过射束传播的更强的特征和测量射束位置和/或测量射束运动与进给方向和/或进给速度(加工方向和/或加工速度)的唯一明确的对应可以有助于该测距的测量结果的唯一明确性。扫描装置和/或用于驱控扫描装置的控制装置可以设立为，将测量射束在第一和/或第二反射体上放置在具有各自唯一明确的反射方向的位置上。由此可以防止干扰峰值，所述干扰峰值会导致不唯一明确的测量。尤其，扫描装置和/或用于驱控扫描装置的控制装置可以设立为，排除第一反射体的中央点(例如反射体尖端)作为测量射束的位置。

耦合装置在测量射束的光路中设置在扫描装置之后。亦即，耦合装置在测量射束的光路中朝加工区域的方向设置在扫描装置之后。换言之，扫描装置设置在测距装置与耦合装置之间。因此，耦合装置设立为，使得(例如由测量射束的光源发出的)测量射束在通过扫描装置之后朝加工区域的方向耦合输入到激光束的光路中。测量射束的光路到激光束的光路中的耦合输入可以包括测量射束朝工件的方向到激光束的光路中的耦合输入和/或测量射束的(由工件)反射的光从激光束的沿相反方向经过的光路的耦合输出。耦合装置可以包括分束器、例如二色镜。耦合装置可以称为耦合器或射束耦合器。耦合装置可以设立为，将测量射束(或其光轴)的光路平行于激光束的光路的光轴耦合输入。因此，测量射束或其光轴可以平行于激光束引导，尤其通过第一反射体和/或第二反射体。

供给装置设立为用于同轴地、亦即与中轴(第一反射体和第二反射体的共同的中轴)同轴地或者与激光束的光路同轴地(在反射体之前)供给施加材料。供给装置可以设立为用于同轴地和/或在中央、亦即相对于中轴或激光束光路在中央供给施加材料。供给装置可以设立为，将施加材料在供给位置与中轴(第一反射体和第二反射体的共同的中轴)同轴地或者与激光束的光路同轴地输出(亦即沿与中轴或激光束光路同轴的方向)。供给装置可以设立为，将施加材料由供给位置与中轴同轴地供应给加工区域。供给装置可以在供给位置具有用于施加材料的输出开口。

加工区域可以在第一和第二反射体的中轴上在激光束的光路中位于第一反射体之后和/或第二反射体之后。

第一反射体和第二反射体如此设置，使得它们具有共同的中轴。由第一和第二反射体组成的组件可以设置在耦合装置和供给装置之间。激光束和测量射束的共同光路可以在耦合装置与供给装置之间限定或延伸。

通过设置在共同中轴上的第一和第二反射体可以实现用于激光束的射束形成的紧凑结构，在该紧凑结构中，激光束可以从多侧、尤其环形地引导到施加材料。第一反射体和第二反射体各自是光学偏转件。第一反射体可以设立为用于将激光束朝外(亦即关于中轴或激光束光路的轴向外)反射。第一反射体防止测量射束沿着或平行于激光束的光轴入射到加工区域或工件上。第一反射体和第二反射体的共同中轴可以与激光束光路或入射到第一反射体上的激光束的轴同轴。第一反射体可以设立为用于将激光束从沿着光轴和/或平行于光轴的路径向外反射。第一反射体可以设立为使得激光束和测量射束与中轴倾斜地向外反射到第二反射体上。

第二反射体可以与第一反射体同心地设置。换言之，第一反射体的中轴与第二反射体的中轴同轴延伸且称为共同的中轴。第二反射体可以设立为用于将激光束朝加工区域的方向旋转对称地或者与激光束的中轴或光轴同心地反射，例如以圆柱形或圆柱套形的射束配置或者锥形会聚的或圆锥套形的射束配置。第二反射体可以设立为用于将激光束从多个圆周方向同心地朝加工区域的方向或者同心地朝由供给装置供给和/或输出的施加材料的方向反射。

第一反射体设立为用于将激光束和测量射束与中轴成角度地向外反射到第二反射体上。“中轴”在此尤其可以表示第一反射体和/或第二反射体的中轴。中轴可以与激光束的光路同轴地、尤其与激光束光路同轴地沿射束传播方向在第一反射体和/或第二反射体之前延伸。相对于中轴的角度可以例如大于90°，从而向外的反射沿反方向实现。第二反射体可以关于激光束至加工区域的光路设置在第一反射体之上和/或设置在与第一反射体相同的高度上。由此能实现特别紧凑的结构。第一反射体可以相应地设立为使得激光束和测量射束与入射方向相反地反射。

第二反射体可以设立为用于将激光束与中轴平行地错开或者与中轴成角度地朝加工区域的方向反射。第二反射体可以设立为用于将激光束同心地和/或从多侧朝加工区域的方向反射。由此可以将激光束在焦点位置特别均匀地引导到供给的施加材料。通过激光束均匀引导到施加材料、尤其在激光束的焦点位置，可以实现施加材料的特别均匀的熔化。

由第一反射体和第二反射体组成的组件可以设立为用于将激光束相对于入射到第一反射体上的激光束的轴旋转对称地偏转或转向。转向的激光束可以具有环形的横截面、亦即如下横截面，在其中点上激光束具有大约零的强度。转向的测量射束可以具有圆形或椭圆形的横截面、亦即如下这样的圆形或椭圆形的横截面，在其中点上测量射束具有强度最大值和/或在其内测量射束连续地具有大于零的强度。第一反射体和/或第二反射体可以具有至少一个反射表面，尤其至少一个反射的金属表面。第一反射体和第二反射体可以共同形成射束成形光学设备，其设立为用于产生激光束的环形的射束轮廓(或环形的射束配置)。例如，施加材料的供给位置和/或施加材料的输出开口可以由激光束的环形射束轮廓包围。激光束的射束轮廓可以在第二反射体之后例如圆柱形和/或锥形地会聚。

激光束和测量射束可以在共同的光路中平行延伸。激光束和测量射束可以至少在测量射束的零位置上在共同的光路中平行和/或同轴延伸。尤其耦合装置可以设立为用于将测量射束与激光束平行和/或同轴地耦合到激光束的光路中。

加工区域也可以称为相互作用区域。在加工区域中可以发生工件、施加材料与激光束之间的相互作用。施加材料可以施加或施加到工件上，其中实现施加材料与工件的焊接。通过激光束的能量可以熔化施加材料和/或工件材料。第一和第二反射体可以设立为用于将激光束在焦点位置均匀引导到供给的施加材料。

激光加工头可以设立为用于将由激光源或激光引导纤维的端部发出的激光束入射到加工区域或工件上。激光加工头可以设立为用于将激光束供应给耦合装置或第一反射体，该激光束具有圆形或椭圆形的射束横截面和/或(横向的)射束轮廓，其中主强度区域包括(激光束的)光轴。例如，在光轴上会存在射束强度的最大值或高值(Plateau)。例如，激光加工头可以设立为用于将具有高斯射束轮廓的激光束……。

所述装置还可以具有用于准直激光束的准直装置。用于激光束的准直装置可以沿激光束的射束传播方向设置在耦合装置之前。用于激光束或其中的一部分的准直装置可以沿着准直装置的光轴和/或沿着激光束的射束传播方向调节，以便调设激光束的焦点位置。

所述装置此外可以包括用于产生激光束的激光源或者设立为用于将激光束由用于产生激光束的激光源例如通过纤维耦合器耦合到激光加工头中。激光源也可以简称为激光器。激光器可以构成为单模式激光器、多模式激光器、固体激光器和/或纤维激光器。所述装置可以包括用于将激光束由激光源引导到激光加工头的光导纤维。所述装置此外还可以包括用于传送数据给外部***的接口。

用于激光熔覆焊接的装置可以设立为用于将激光束聚焦到加工区域中、例如聚焦到焦面中，例如焦点或环形焦点中。相应地，所述装置可以包括用于聚焦激光束和/或测量射束的聚焦光学设备。聚焦光学设备可以是或者包括透镜、聚焦透镜、会聚透镜、透镜组、远心物镜或f-Theta物镜、尤其远心f-Theta物镜。f-Theta物镜优选地设计为不仅用于测量射束的波长而且用于激光束的波长。聚焦光学设备可以在激光束的光路中设置在第二反射体之后。聚焦光学设备可以包括两个或更多透镜，其距离至少部分地相互间可变，以便调设或改变焦点位置。

聚焦光学设备可以设置在所述共同的中轴上，以便聚焦激光束和/或测量射束。第二反射体可以设立为使得激光束和/或测量射束通过聚焦光学设备与中轴成角度地反射到加工区域上。相应地，聚焦光学设备可以设立为使得由第二反射体反射到聚焦光学设备上的激光束与中轴成角度地指向加工区域。聚焦光学设备可以尤其包括或是聚焦透镜。例如第二反射体可以设立为用于将激光束反射为平行的射束。

第二反射体可以设立为用于将激光束直接或通过至少另一光学元件与中轴成角度地指向加工区域。所述至少另一光学元件可以是聚焦光学设备。

第二反射体可以设立为用于聚焦激光束和/或测量射束、尤其关于加工点聚焦和/或聚焦到加工区域中。第二反射体可以是例如(抛物面)聚焦镜。第二反射体可以是例如抛物面镜的环形部段或者具有以旋转抛物面的部分的形式的反射表面。

用于驱控扫描装置的控制装置可以设立为用于基于加工方向和/或加工轨迹(尤其基于所述装置或激光加工头的加工方向和/或加工轨迹)驱控扫描装置用于测量射束的定位或运动。因此可以基于加工方向和/或加工轨迹匹配和/或定向测量位置和/或扫描图。控制装置可以设立为用于沿着加工轨迹没有或者具有扫描图或振荡运动的叠加地驱控扫描装置用于测量射束的定位或运动。因此可以在先或在后实现测量射束的定位，例如匹配于当前的加工方向或加工轨迹。如果例如沿X方向进行加工，那么可以沿X方向在先或在后进行测量射束的定位；然后如果加工方向变化且现在沿Y方向进行，那么可以通过驱控扫描装置立刻沿Y方向在先或在后进行测量射束的定位。尤其，控制装置可以设立为用于基于加工方向和/或加工轨迹以及当前加工位置驱控扫描装置用于测量射束的定位或运动。控制装置例如可以设立为用于在加工轨迹上定位测量射束，其中包括相对于当前的加工位置、相应于预定的时间偏移(尤其按照沿着加工轨迹的加工速度)的偏差或者包括相对于当前的加工位置、相应于沿着加工轨迹的预定路段长度的偏差。该偏差例如可以为0毫米至10毫米，尤其1毫米至5毫米、0毫米至2毫米，或2毫米至5毫米。

测距装置可以设立为，在在先的测量位置中、在加工区域中(或者在加工点)和/或在在后的测量位置中、尤其基于加工方向和/或加工轨迹测量距离。控制装置可以设立为用于基于加工方向和/或加工轨迹定位测量射束(尤其运动)。控制装置可以设立为，在先、在加工区域中(或者在加工点)和/或在后(相对于当前加工位置)、尤其基于加工方向和/或加工轨迹定位测量射束(尤其运动)。例如，如果在测量位置与当前加工位置之间的加工轨迹包括转弯或角，那么距离的测量可以在先或在后在加工轨迹上实现。相应的定位可以通过扫描图或振荡运动叠加。扫描图可以包括振荡运动。用于使测量射束运动的驱控可以包括用于可变地定位测量射束的驱控。测量射束的运动可以沿着或在扫描路径上实现。所述扫描路径可以尤其包括扫描图。

控制装置可以设立为用于驱控扫描装置以使测量射束按照预定的扫描图或振荡运动运动。扫描图可以包括振荡运动。控制装置可以设立为用于基于(激光加工头的)加工方向和/或加工轨迹定位和/或定向扫描图。控制装置可以设立为用于基于加工方向和/或加工轨迹、在设定的测量位置上定位扫描图和/或在测量位置上定向扫描图。扫描图可以相应地定位在加工轨迹上，其中定位可以根据加工方向和/或在加工位置的上游或下游实现。所述定位关于加工位置实现。例如，扫描图可以在某一位置上且以某一定向根据加工轨迹定位。扫描图例如可以构成为线条或弧，尤其横向于加工轨迹或与加工轨迹成角度的线条或弧。扫描图可以与加工轨迹相交、尤其直角相交。

控制装置可以设立为用于驱控扫描装置以调设和/或修改测量射束与加工位置的偏差、测量射束与装置或聚焦光学设备的光轴的倾斜和/或测量射束的射束直径。测量射束因此例如可以被错开和/或倾斜地偏转。扫描装置的光轴是在扫描装置的如下侧上测量射束的光路的光轴，在该侧上测量射束由测距装置进入扫描装置中。扫描装置的光轴可以相应于在耦合装置上激光束的光路的光轴和/或相应于测量射束的偏移的零位置。测量射束可以在某一时刻与零位置不同，尤其在一侧上不同。

所述装置可以包括用于校准数据的存储器，尤其用于如下校准数据，该校准数据考虑测量射束通过第一反射体和/或第二反射体和/或至少一个光学元件的光路的光学畸变和/或参考高度数据，尤其这些或其他校准数据根据测量射束的位置、测量射束通过扫描装置的偏转和/或射束偏转的定向和/或耦合装置的定向和/或扫描装置的定向或设置。校准数据可以包括参考高度数据和/或XY校准的数据。换言之，XY校准或XY平面校准或参考平面校准的校准数据可以确保正确反映工件上的位置、亦即可以正确调设测量位置。附加地可以补充具有参考高度数据的该坐标***(沿Z方向)。控制装置可以设立为用于基于存储在存储器中的校准数据驱控扫描装置以使测量射束定位或运动。通过在工作平面上或工件表面上位置的光学畸变的校正可以确保：在正确的位置上进行测量。这是因为，为了调节材料供给需要关于参考平面正确的高度值，亦即在正确的位置上的测量值。控制装置可以设立为，基于在存储器中存储的校准数据、尤其XY校准数据和/或基于加工方向(焊接方向)和/或加工轨迹或扫描图驱控扫描装置以使测量射束定位或运动。尤其，在测量射束的位置或射束偏转(扫描仪和其他元件)的定向之间的关系可以与焊接方向相关，亦即测量射束的位置或通过扫描装置射束偏转的定向可以根据加工方向控制。参考高度数据例如可以根据测量射束通过扫描装置的偏转、尤其根据测量射束的偏转的偏离量和/或方向变化(亦即包括不同的值)。亦即，参考高度数据可以包括或是关于参考平面至相应的测量位置的光学路径长度，从而可以考虑基于扫描位置或测量位置的路径长度变化。于是，基于参考高度数据的分析处理能实现：在测量射束的变化的位置的情况下考虑测量射束的光学路径长度的变化。如果例如测量射束的偏转的变化已经导致通过第一和第二反射体的测量射束的另一路径，其具有另一光学路径长度，那么通过参考高度数据可以实现相应调整的测距。因此尤其可以按照测量位置和/或测量射束在测量位置上的预定扫描图定位或运动测量射束，其中可以调整测量射束的光学畸变和/或光路的变化的光学路径长度。尤其，在测量射束的每个在本公开中描述的定位或运动的情况下，控制装置可以设立为用于基于在存储器中存储的校准数据驱控扫描装置以使测量射束定位或运动。

施加材料可以是线材、粉末填充线材或粉末形式的施加材料。施加材料可以包括至少一种金属。施加材料也可以称为供给材料。供给装置可以包括线材引导件。施加材料可以包括合金和/或用于形成合金的材料、尤其在施加材料的激光熔覆焊接时用于形成合金的材料。

激光加工头可以是施加材料施加头，尤其粉末施加头和/或线材施加头。所述激光加工头可以包括所述供给装置。所述激光加工头可以包括所述第一反射体和所述第二反射体。

所述装置例如可以用于如下应用：激光熔覆焊接可以包括：施加材料的层施加、形成工件的均匀的连接、以粉末填充线材或线材合金形式的施加材料的施加、涡轮叶片的涂层、制造部件(工件)。例如，工件可以是或包括涡轮叶片，且激光熔覆焊接可以包括：用施加材料给涡轮叶片涂层、例如用合金进行涂层。合金例如可以通过以粉末填充线材或线材合金形式的施加材料的施加产生。粉末填充线材例如可以包括作为线材的第一材料和作为粉末填充线材的第二材料，从而在激光熔覆焊接时可以形成由第一材料和第二材料组成的合金。

第一反射体可以基本上是锥形的和/或金字塔形的；和/或第一反射体可以具有至少一个反射表面，该反射表面具有关于共同的中轴连续或离散的旋转对称。第一反射体可以相应地设立为，关于中轴旋转对称地反射激光束。旋转对称可以在此包括连续旋转对称(亦即对于每个角旋转对称)或不连续旋转对称(亦即用于确定的均匀分布的角区域的平面的面、例如具有等边的底面的金字塔)。不连续旋转对称可以是至少三倍的不连续旋转对称。第一反射体可以设立为，将激光束旋转对称或者基本上旋转对称或者几乎旋转对称地偏转。第一反射体可以设立为，将入射的激光束以环形的射束配置(以环形的射束轮廓)反射，尤其以环形扩大的射束配置反射。换言之，激光束在第一反射体上反射之后具有环形的射束配置(环形的射束轮廓)。第一反射体可以尤其设立为，通过激光束的反射产生激光束的环形的射束轮廓。第一反射体可以具有锥形或规则金字塔的形状。环形的射束配置或环形的射束轮廓可以是连续旋转对称的或者不连续旋转对称的。相应地，环形的射束配置或环形的射束轮廓可以是连续环形的或者具有多个分离和/或距离的部分——尤其至少三部分——的环形的。第一反射体可以具有反射的锥形侧面。如果例如第一反射体不具有圆锥形的形状、而是金字塔锥形的(金字塔)形状，那么射束轮廓可以呈分段环形。第一反射体可以设立为，将激光束均匀地沿相对于中轴或光路光轴径向的方向分开。第一反射体可以设置在第二反射体的中间。

第二反射体可以具有至少一个反射表面，该反射表面具有关于共同的中轴连续或离散的旋转对称。由此可以将激光束在焦点位置上特别均匀地引导到供给的施加材料。第二反射体可以设立为，将由第一反射体反射的激光束以环形的射束配置(或者以环形的射束轮廓)反射。第二反射体可以设立为，将由第一反射体反射的激光束关于中轴旋转对称地反射。旋转对称可以在此包括连续旋转对称(亦即对于每个角旋转对称)或不连续旋转对称(亦即用于确定的均匀分布的角区域的平面的面、例如具有等边的底面的金字塔、或者用于确定的旋转角——尤其360°的除数——的旋转对称)。不连续旋转对称可以是至少三倍的不连续旋转对称。第二反射体可以设立为，将激光束旋转对称或者基本上旋转对称或者几乎旋转对称地偏转。环形的射束配置或环形的射束轮廓可以是连续环形的或者具有多个分离和/或距离的部分——尤其至少三部分——的环形的。

第二反射体可以是环形的，和/或具有与中轴同心的、圆形的空缺，该空缺环绕反射表面；和/或第二反射体可以是抛物面镜的环形部段。由此可以将激光束在焦点位置上特别均匀地引导到供给的施加材料。第二反射体可以具有以旋转抛物面的环形部段形式的反射表面。第二反射体可以具有以旋转抛物面的部分形式的反射表面。第二反射体可以与第一反射体同心地和/或径向地在第一反射体之外设置。第二反射体可以形成环或者具有多个分离的部分或者部件。第二反射体可以在径向的横截面中(关于中轴径向地)是直线的或者具有弯曲部、尤其凹形的弯曲部。

第一反射体和/或第二反射体可以设立为，将激光束旋转对称或者基本上旋转对称或者几乎旋转对称地偏转。由此可以将激光束在焦点位置上特别均匀地引导到供给的施加材料。

第一反射体和/或第二反射体可以具有金属表面。尤其第一反射体和/或第二反射体可以由金属制成。

激光束可以在从激光加工头出来之后是环形的，和/或测量射束可以在从激光加工头出来之后是环形的或在圆形的扫描路径上运动。尤其激光束可以在从激光加工头出来之后具有环形的射束轮廓。

所述装置可以包括分析处理装置，用于由通过测距装置测量的距离、例如高度值确定表面几何形状。表面几何形状尤其可以是沿着扫描图或扫描路径的表面几何形状。尤其可以确定之前的材料施加部的表面几何形状。表面几何形状可以包括高度轮廓、尤其沿着扫描图或扫描路径的高度轮廓和/或在加工轨迹上在测量位置上的工件的高度或深度和/或在加工轨迹上在测量位置上施加的施加材料的高度或深度。分析处理装置可以设立为用于在先、在加工区域中和/或在后确定表面几何形状。例如，测距可以在熔体中实现、例如接近中轴或加工点。表面几何形状可以由点测量确定和/或由沿着扫描图或扫描路径的测距确定。

分析处理装置可以设立为用于基于表面几何形状确定高度。例如可以将焊道特性(焊道的高度轮廓)的平均值确定为高度，或者可以将焊道特性的高度值确定为高度。分析处理装置可以设立为用于识别(之前施加的施加材料的)施加棱边。根据在先或在后的表面几何形状可以识别：之前的材料施加是否太高或太低。例如可以监控施加棱边。可以监控要生成的产品(工件)。

所述装置可以包括施加控制装置，用于控制和/或调节通过供给装置进行的材料供给。施加控制装置可以集成到控制装置中或者控制和分析处理装置中。施加控制装置可以设立为，根据激光束的激光功率和/或通过测距装置测量的距离和/或确定的表面几何形状控制或调节材料供给或材料施加，尤其根据通过测距装置测量的距离和/或在表面位置或测量位置——其相应于当前加工区域——上的表面几何形状，和/或尤其根据在测量位置上在先、在加工区域中和/或在后通过测距装置测量的距离测量值和/或基于由分析处理机构确定的表面几何形状。距离、距离测量值或各距离可以尤其在测量位置——其相应于当前加工区域或加工点——上在先、在加工区域中和/或在后测量的距离、距离测量值或各距离。调节理解为具有反馈的控制，例如在加工区域中或者在相同的加工过程的上游测距时或者在加工区域中或者在之前的加工过程的下游测距时。

施加控制装置可以设立为，根据由分析处理装置确定的表面几何形状控制和/或调节通过供给装置进行材料供给。施加控制装置例如可以设立为，调整表面几何形状与在加工轨迹上额定高度(亦即要施加的层厚度)的可能的偏差。根据存在的高度或深度的在先测量可以直接实现在当前加工点上材料供给的调节，其中没有或者具有时间偏移。施加控制装置可以尤其包括PI(比例-积分)调节器，尤其具有时间偏移的PI调节器。在激光熔覆焊接中，尤其角点或胀点(Schwellpunkte)对于太多材料施加或者对于太少材料施加或者太大的高度或太小的高度是易受影响的。例如可以在下一加工过程中在加工轨迹的相应的位置上调整施加的材料结构的生成的突起或其他不平坦性。为此，测距可以在当前加工过程的上游或者在之前加工过程的下游实现。错误、例如与额定高度的偏差可以由此被校正，例如焊道的不均匀性和/或通过毛细力生成的与额定高度的偏差。在逐层对施加材料进行施加的情况下，因此可以实现施加高度的特别高的均匀性，和/或可以避免错误的积累。

材料供给的控制和/或调节可以包括供给加工区域的施加材料量、施加材料流和/或在加工区域中施加的材料结构的高度的控制和/或调节。

施加控制装置可以设立为，控制入射的激光束的功率(亦即激光功率)。施加控制装置可以设立为，根据材料供给或与材料供给一起控制入射的激光束的功率。施加控制装置因此可以设立为，控制激光束的功率和/或控制材料供给和/或驱控用于控制和/或调节材料供给的供给装置，尤其以便控制和/或调节供给加工区域的施加材料量、施加材料流和/或在加工区域中施加的材料结构的高度。

附图说明

在下文中根据附图详细描述本发明。

图1：示出按照本发明的实施方式的激光熔覆焊接装置的示意图；

图2：示出按照本发明的实施方式的激光熔覆焊接装置的示意图；

图3：示出测量射束在第一反射体上的位置的示意图；

图4：示出在测量射束的扫描图的不同时刻测量射束的示意图；

图5：示意地示出在在先的测量位置上测量射束的扫描图及高度轮廓；

图6：示意地示出在在后的测量位置上测量射束的扫描图及高度轮廓；

图7：示意地示出在加工点中的测量位置上测量射束的扫描图及高度轮廓；以及

图8、9和10：各自示出按照本发明的实施方式的相应激光熔覆焊接装置的示意图。

具体实施方式

在下文中，如果没有另外说明，对于相同和相同作用的元素应用相同的附图标记。

图1示出按照本公开的实施方式的激光熔覆焊接装置10的示意图。该装置10可以耦合到用于产生激光束14——也称为加工激光束——的激光源12上，以便将激光束14耦合到装置10的激光加工头16中。所述装置10包括激光加工头16，用于将激光束14入射和定向到工件18的加工区域上。

此外，装置10还包括用于施加材料的供给装置20，该供给装置设立为用于将施加材料与激光束14同轴地供应给加工区域。

所述装置10可以设立为，将供给的施加材料通过激光熔覆焊接施加到工件18上或者由供给的施加材料通过激光熔覆焊接形成至少一个工件18。施加材料可以是例如线材、金属粉末或填充有粉末的线材。在多个加工过程中例如可以在工件18上形成由施加材料组成的结构。在图1中示意地示出该结构、例如壁的构造，其高度在工件18的已加工区域中相比于要加工的区域突出。

激光束14通过光导纤维15从激光源12传输至激光加工头16且从光导纤维15的一端例如借助于纤维耦合器耦合到激光加工头16中。此外，激光加工头16可以具有用于准直从光导纤维15的端部发散射出的激光束14的准直光学设备22。借助于准直光学设备22可以调设或校正激光束14的焦点位置。焦点位置例如可以沿着激光加工头16的光轴调节。该轴可以称为z轴。激光加工头16还包括聚焦装置23，该聚焦装置包括聚焦光学设备24，用于将激光束14聚焦到加工区域上。聚焦光学设备24例如可以包括透镜。

激光加工头16还包括第一反射体26和第二反射体28，它们同心地设置在共同的中轴上，该中轴相应于激光加工头16的光轴O。第一反射体26是由金属制成的锥形的反射体，其反射表面具有关于所述共同的中轴的连续旋转对称。同心地到达第一反射体26上的激光束14被该第一反射体26与中轴成角度地向外反射到第二反射体28上。因此，第一反射体26将激光束14分开并且产生激光束14的环形的射束轮廓(Strahlprofil)。

第二反射体28例如是环形的且将激光束14沿平行于中轴错开的方向反射。被第二反射体28反射的激光束14可以具有环形的、例如圆柱形的射束轮廓。由第二反射体28反射的激光束14随后由聚焦光学设备24聚焦到加工区域中。因此，第二反射体28将激光束14通过聚焦光学设备24朝加工区域的方向反射。因此，第二反射体28设立为用于将激光束14通过聚焦光学设备24与中轴成角度地反射到加工区域上。第二反射体例如具有反射表面，其包括关于共同的中轴连续的旋转对称。第二反射体28是环形的且具有与中轴同心的圆形空缺29。反射表面包围所述圆形空缺29。第二反射体例如由金属制成。在通过聚焦装置23之后自由指向加工区域的激光束14由聚焦光学设备24环形地且会聚地指向加工区域中和/或同轴供给的施加材料的周边上。因此，自由指向到加工区域上的激光束14具有环形的射束轮廓，其直径朝加工区域的方向变小。施加材料借助于激光束14熔化且施加到工件18上。

为了沿着加工轨迹施加熔覆或施加材料以及沿着加工轨迹照射激光束，所述装置10还包括定位装置30，该定位装置可以使激光加工头16相对于工件18沿x方向、y方向以及附加地沿z方向运动。当前的加工方向A在图1中示意示出且相应于激光加工头16的(当前)进给方向。

所述装置10还包括用于借助于光学测量射束36进行干涉仪测距或光学测距的测距装置34。测距装置34例如设立为用于测量激光加工头16与工件18之间的距离。

按照实施方式，测距装置34包括光学相干层析成像或可以构成为光学相干层析成像。换言之，测距可以基于光学相干层析成像(OCT)。测距装置34包括分析处理单元38，该分析处理单元包括宽带光源39、例如超辐射发光二极管。光源39将测量光耦合到光导纤维40中。在分束器42——其优选地构成为纤维耦合器——中将测量光分为参考臂44和测量臂46。测量臂46的测量光作为光学测量射束36通过光导纤维传输至扫描装置50，以使所述测量射束36偏转。

扫描装置50是2D扫描装置，用于将光学测量射束36相对于激光束14或相对于激光加工头16的光轴O偏转或偏移。扫描装置50设立为用于使光学测量射束36关于工件18沿着两个方向运动和偏转。这两个方向可以相应于x方向和y方向。测量射束36a和36b示意地表示测量射束36在两个不同位置或者在两个不同时刻的定向。借助于扫描装置50可以在相对于加工位置的位置扫描工件18的表面。

按照实施方式，扫描装置50包括两个可动镜54a、54b，它们可以在不同的旋转轴上旋转。镜54a、54b可以构成为检流计镜。在该情况下，扫描装置50可以称为检流计扫描仪或Galvo扫描仪。

扫描装置50还包括射束成形光学设备52，该射束成形光学设备包括至少一个光学透镜52a、52b、52c，用于使测量射束36的射束扩张和/或准直和/或聚焦。尤其，射束成形光学设备52可以包括用于测量射束36的准直的第一透镜52a、用于测量射束36聚焦在扫描装置50上的第二透镜52b以及用于测量射束36的再准直或射束扩张的第三透镜52c。

激光加工头16还包括耦合装置56，用于将光学测量射束36耦合到激光加工头16中。耦合装置56设立为用于使光学测量射束36与激光束14叠加。耦合装置56例如包括分束器，该分束器可以实施为二色镜或可以包括二色镜。分束器可以反射光学测量射束36的光并且使加工激光束14的光通过。按照实施方式，(未偏转的)光学测量射束36和激光束14可以至少区段地相互平行和/或同轴地延伸。光学测量射束36通过耦合装置56到激光加工头16中的耦合沿测量射束36的射束传播方向在扫描装置50之后进行并且在测量射束36和激光束14的紧接着的共同的射束传播定向中在第一反射体26和第二反射体28之前进行。尤其，测量射束36和激光束14在共同的光路中通过第一反射体26和第二反射体28并且通过第一反射体26共同反射且通过第二反射体28共同地朝加工区域的方向反射且通过聚焦光学设备24指向加工区域。

因为耦合装置56在测量射束的光路中设置在扫描装置50之后，所以光学测量射束36通过扫描装置50相对于激光束14偏转。

这里描述的用于测距的原理基于光学相干层析成像原理，其借助于干涉仪利用光的相干特性。为了测距，将光学测量射束36入射到工件18的表面上。光学测量射束36的由表面反射的部分映射到测量臂46的光导纤维的端部上、在分束器42中与来自参考臂44的测量光的反射部分叠加并且干涉。叠加的光包含关于在参考臂44与测量臂46之间的路径长度差的信息。该信息通过分析处理单元38分析处理。由此可以获得关于与工件18的距离或工件18与激光加工头16之间的距离的信息。

按照实施方式，参考臂44可以构成为动态参考臂。由此可以扩展测量装置44的测量范围。

所述装置10还包括控制和分析处理装置60。控制和分析处理装置60承担控制装置的功能，该控制装置用于驱控扫描装置50以使测量射束36按照扫描路径、尤其按照预定的扫描图运动或用于按照扫描路径、尤其按照预定的扫描图驱控扫描装置50以使测量射束36运动。扫描图例如限定扫描路径沿x方向和y方向的时间走向。扫描图可以限定扫描路径相对于加工方向的时间走向。

所述控制和分析处理装置60包括用于校准数据的存储器62。该校准数据考虑测量射束36通过第一反射体26和第二反射体28的光路的光学畸变和光学路径长度(或参考高度)。所述控制和分析处理装置60可以基于存储的校准数据驱控所述扫描装置50，用于使测量射束36定位或运动。

所述控制和分析处理装置60还承担分析处理装置的功能，该分析处理装置用于根据存储的参考高度数据并且由通过测距装置34测得的距离确定工件18的表面几何形状。对于按照扫描装置50的相应的驱控的测量射束36的当前测量位置，控制和分析处理装置60由分析处理单元38获得确定的距离原始数据、例如距离。控制和分析处理装置60例如可以由通过分析处理单元38确定的距离原始数据基于参考高度数据确定在相应的测量位置处与工件18的实际距离或工件18的高度。控制和分析处理装置60可以由相应测量的距离基于存储的参考高度数据确定表面几何形状、例如产生沿着扫描路径或扫描图的高度轮廓。

控制和分析处理装置60还承担施加控制装置的功能，该施加控制装置用于控制或调节通过供给装置20进行的材料供给。控制和分析处理装置60尤其设立为用于根据由测距装置34测得的距离或根据基于参考高度数据确定的实际距离控制材料供给。例如，材料供给可以基于工件18的测得的距离或测得的高度沿着加工方向在先通过具有时间偏移的比例积分调节器进行，以便在工件的相应的位置上(在该位置上测量距离)调节当前的材料施加。

除了测量射束36的上述通过扫描装置50进行的偏转之外，扫描装置50也可以设立为用于调设或修改测量射束36与光轴的倾斜和/或测量射束的射束直径。例如，在图1的示例中，射束成形光学设备的透镜52b、52c可以沿射束传播方向调节，以便修改射束直径。扫描装置50为此可以具有相应的用于透镜52b、52c的调节驱动器55b、55c，所述调节驱动器由控制和分析处理装置60驱控。

在下文中根据图2描述另外的实施方式，其与图1的实施方式的区别在于第二反射体28的不同构造。在其他方面，图2的装置10相应于图1的装置10的构造。

在图2中，第二反射体28设立为用于将激光束14与中轴成角度地直接朝加工区域的方向反射。此外，第二反射体28设立为用于将激光束关于加工点聚焦，尤其产生环形的焦点。第二反射体28例如是抛物面镜的环形部段且例如可以聚焦不仅激光束而且测量射束36a、36b。因此，激光束14和测量射束36a、36b的聚焦通过第二反射体28的反射表面的弯曲进行，而不是通过图1的至少一个透镜形成的聚焦光学设备24进行。第二反射体28将激光束14与中轴成角度地朝加工区域的方向反射。

在所述示例中，将供给材料与激光束14同轴地供应给加工区域，其中供给材料的供给通过如下区域——在该区域中激光束14径向环形地分开——通至激光束14的环形射束轮廓的内部中，如在图1和图2中示意示出的那样。由此，激光束14和测量射束36的阴影最小化。供给装置20可以在该区域中例如包括用于供给材料的金属保护套，其可以实施为能够反射。

在图1和2中，耦合装置56设立为用于反射光学测量射束36a、36b的光且可以让激光束14通过。然而，本公开不限于此。耦合装置56也可以设立为可以让光学测量射束36a、36b通过且反射激光束14的光。

图3和图4示例性地示意性示出测量射束36在该测量射束36的扫描图64的不同时刻的不同偏转。图3在此示意地以俯视图示出测量射束36沿激光束14的射束传播方向在第一反射体26上的相应的位置。扫描图64例如是圆形的并且限定测量射束36环绕光轴O的位置的圆形走向。在图3的左部分中，测量射束36位于光轴O的右侧。图4的左部分示意地示出测量射束36以及激光束14在耦合装置56与工件18之间的区域中相应的射束走向。图3的右部分示出在光轴O的左侧位置上的测量射束36。相应地，图4的右侧示出在耦合装置56与工件18之间的区域中光学测量射束36的走向以及激光束14的走向。在附图中，箭头指示测量射束36绕光轴O的旋转运动。

图5示例和示意地示出具有横向于加工轨迹的线条形的扫描图64的在先测距。沿着扫描图64例如获得工件18的高度的在图5右侧示意示出的轮廓曲线。在示例中，扫描图64横向于施加的壁结构设置，其高度可以由该高度轮廓确定。在当前加工过程中，将另一层沿着加工方向A施加到壁结构上。在示出的加工区域B中的材料供给可以在当前时刻基于对于工件的相同位置的之前测量的高度被控制，以便例如产生要施加的结构的额定高度的尽可能均匀的走向。

图6示意地示出在后的测量位置。在此，沿着扫描图64获得的高度轮廓——在图6中在右侧示出——例如可以暂存在控制和分析处理装置60的存储器中，直至在另一加工过程中重新达到在工件18上的相应位置。在此可以相应地控制供给材料的施加量，以便例如又获得施加材料沿着要施加的结构的尽可能均匀的总施加高度。

在图5和图6的示例中，控制和分析处理装置60基于加工方向A和/或基于加工轨迹定位扫描图64并且相应地定向扫描图64。在线条形的扫描图64的示出的示例中例如横向于加工轨迹进行定向。相应地，控制和分析处理装置60基于加工方向和/或加工轨迹驱控扫描装置50，以使测量射束36定位和运动。

图7示出圆形的扫描图64的示例，其环绕加工点或光轴O定位。该示例示出施加后的结构，其中加工路径(加工轨迹)包括不同方向的部分。图7的右侧部分示出在高度方向z上关于扫描图64的回转角(Umlaufwickel)α的沿着扫描图64获得的高度轮廓。在考虑加工路径的走向的情况下，可以沿着加工轨迹不仅在先而且在后测量距离。控制和分析处理装置60可以根据确定的高度或在加工轨迹上测量的距离(在先)调节通过供给装置20进行的材料供给，以便例如沿着加工轨迹实现均匀的材料施加高度。

除了供给装置20的上述驱控之外，用于控制材料施加高度的控制和分析处理装置例如也可以驱控激光源12，以便控制激光束的强度。

图5和6示出在先或在后在测量位置上的测距并且图7示出在与加工区域间隔开的测量位置上的测距，而控制和分析处理装置60也可以设立为用于在加工区域中、例如接近光轴O地在测量位置上进行测距并且例如用于调节材料供给。

在图1和2的实施方式中，代替所述锥形的第一反射体26例如也可以应用金字塔形的第一反射体26，其具有旋转对称布置的反射表面(棱面)，以便将激光束14分开且将其向外反射到第二反射体上。第二反射体28例如可以由环形设置的部段构成。尤其，第一反射体和/或第二反射体的反射表面可以具有离散的旋转对称性。

图8示出按照本发明的实施方式的激光熔覆焊接装置10的另一示例。在图8中示出的装置10与在图2中示出的装置的区别在于，激光束14由激光源12通过光导纤维15的纤维阵列供给激光加工头16。因此，激光束14包括多个(子)激光束，它们由第一反射体26偏转以使射束径向分开并且反射到第二反射体28上。激光束14例如已经可以在通过耦合装置56时以及在到达第一反射体26上时具有环形的射束轮廓。激光束14的环形的射束轮廓通过第一反射体26和第二反射体28扩张并且围绕同轴的材料供给装置引导。

在图9中示出装置10的另一实施方式。该实施方式与图1中的实施方式的不同之处仅仅在于，测量射束36仅仅被准直并且扫描装置50的射束成形光学设备52相应地包括仅仅一个用于准直的透镜52a。利用扫描装置50使准直后的测量射束36如此偏转，以至于该测量射束不完全平行于光轴O延伸。由此，测量射束36也可以与激光束14略微错开地到达工件。该实施方式具有紧凑和构造简单的优点。

在图10中示出装置10的另一实施方式。该实施方式与图2中的实施方式的不同之处仅仅在于，测量射束36类似于图9地被准直并且扫描装置50的射束成形光学设备52相应地包括仅仅一个用于准直的透镜52a。利用扫描装置50使准直后的测量射束36如此偏转，以至于该测量射束不完全平行于光轴O延伸。由此，测量射束36也可以与激光束14略微错开地到达工件。该实施方式同样具有紧凑和构造简单的优点。

在下文中描述本发明的一个优选方面及其特别的实施方式：

1.按照该方面的激光熔覆焊接装置包括：激光加工头，用于激光束的入射；供给装置，用于同轴地供给施加材料；以及第一反射体和第二反射体，它们具有共同的中轴，其中第一反射体设立为用于将激光束与中轴成角度地向外反射到第二反射体上，第二反射体设立为用于朝加工区域的方向反射激光束。

2.根据编号1的装置，其中，第一反射体和第二反射体沿激光束的射束传播方向设置在供给装置之前。

3.根据编号1或2的装置，其中，第二反射体设立为用于将激光束与中轴平行地错开或者与中轴成角度地朝加工区域的方向反射。

4.根据编号1、2或3的装置，其中，第二反射体设立为用于将激光束和/或测量射束关于加工点聚焦。

5.根据编号1、2、3或4的装置，还包括：施加控制装置，用于控制和/或调节材料供给和/或激光功率。

6.根据编号1至5中之一的装置，其中，施加材料是线材、填充有粉末的线材或粉末形式的施加材料。

7.根据编号1至6中之一的装置，其中，第一反射体基本上是锥形的和/或金字塔形的。

8.根据编号1至7中之一的装置，其中，第一反射体具有至少一个反射表面，该反射表面具有关于共同的中轴连续或离散的旋转对称性。

9.根据编号1至8中之一的装置，其中，第二反射体具有至少一个反射表面，该反射表面具有关于共同的中轴连续或离散的旋转对称性。

10.根据编号1至9中之一的装置，其中，第二反射体是环形的和/或具有与中轴同心的圆形空缺，该圆形空缺环绕反射表面。

11.根据编号1至10中之一的装置，其中，第二反射体是抛物面镜的环形部段。

12.根据编号1至11中之一的装置，其中，第一反射体和/或第二反射体由金属制成。

13.根据编号1至12中之一的装置，其中，激光束在从激光加工头出来之后是环形的。

14.根据编号1至13中之一的装置，还包括：测距装置，用于借助于测量射束测量距离；以及扫描装置，用于使测量射束偏转。

15.根据编号14的装置，还包括：耦合装置，用于将测量射束的光路耦合到激光束的光路中。

16.根据编号15的装置，其中，第一反射体和第二反射体设置在耦合装置与供给装置之间且位于激光束和测量射束的共同的光路中。

17.根据编号14、15或16的装置，还包括：用于驱控扫描装置的控制装置，其中控制装置设立为用于驱控扫描装置以使测量射束定位或运动。

18.根据编号14、15、16或17的装置，其中，该装置包括用于校准数据的存储器，其中该校准数据考虑测量射束的光路的光学畸变和/或光学路径长度、尤其测量射束通过第一反射体和/或通过第二反射体和/或通过另外的光学组件的光路的光学路径长度。

19.根据编号18的装置，其中，控制装置设立为，基于存储在存储器中的XY校准数据驱控扫描装置以使测量射束定位或运动。

20.根据编号18或19的装置，其中，测距装置设立为，基于存储在存储器中的参考高度数据和测量的距离确定相应测量位置上的相对高度。

21.根据编号14、15、16、17、18、19或20的装置，其中，测距装置设立为，在在先、在加工区域中和/或在后的测量位置上测量距离。

22.根据编号14、15、16、17、18、19、20或21的装置，其中，测距装置包括光学相干层析成像(OCT)装置或飞行时间(ToF)传感器。

23.根据编号14、15、16、17、18、19、20、21或22的装置，还包括：分析处理装置，用于由通过测距装置测量的距离确定表面几何形状。

23.根据编号1至22中之一的装置，还包括：聚焦光学设备，其设置在共同的中轴上，以便聚焦激光束。

24.根据编号23的装置，其中，第二反射体设立为，使激光束通过聚焦光学设备与中轴成角度地反射到加工区域上。

25.根据编号14、15、16、17、18、19、20、21或22的装置，还包括：聚焦光学设备，其设置在共同的中轴上，以便聚焦激光束和/或测量射束。

26.根据编号25的装置，其中，第二反射体设立为，使激光束和/或测量射束通过聚焦光学设备与中轴成角度地反射到加工区域上。

27.根据编号14、15、16、17、18、19、20、21、22、25或26的装置，还包括：施加控制装置，用于根据通过测距装置测量的距离和/或根据由通过测距装置测量的距离确定的表面几何形状控制和/或调节激光功率和/或供给装置的材料供给。

附图标记列表：

10用于激光熔覆焊接的装置

12激光源

14激光束

15光导纤维

16激光加工头

18工件

20供给装置

22准直光学设备

23聚焦装置

24聚焦光学设备

26第一反射体

28第二反射体

29空缺

30定位装置

34测距装置

36测量射束

38分析处理单元

39光源

40光导纤维

42分束器

44参考臂

46测量臂

50扫描装置

52射束成形光学设备

52a、52b、52c透镜

52c准直透镜

54a、54b镜

55b、55c调节驱动器

56耦合装置

60控制和分析处理装置

62存储器

64扫描图

70扫描装置

72a、72b扫描镜。

Claims (17)

1.一种用于激光熔覆焊接的装置(10)，包括：

激光加工头(16)，用于使激光束(14)入射；

测距装置(34)，用于借助于测量射束(36)测量距离；

扫描装置(50)，用于使所述测量射束(36)偏转；

耦合装置(56)，用于将所述测量射束(36)的光路耦合到所述激光束(14)的光路中；

供给装置(20)，用于同轴地供给施加材料；以及

第一反射体(26)和第二反射体(28)，所述第一反射体和第二反射体具有共同的中轴并且在所述耦合装置(56)与所述供给装置(20)之间设置在所述激光束(14)和所述测量射束(36)的共同的光路中；

其中所述第一反射体(26)设立为将所述激光束(14)和所述测量射束(36)与所述中轴成角度地向外反射到所述第二反射体(28)上；并且

其中所述第二反射体(28)设立为将所述激光束(14)朝加工区域的方向反射。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二反射体(28)设立为将所述激光束(14)平行于所述中轴错开或者与所述中轴成角度地朝加工区域的方向反射。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第二反射体(28)设立为将所述激光束(14)和/或所述测量射束(36)关于加工点聚焦。

4.根据上述权利要求之一所述的装置，还包括：

控制装置(60)，用于驱控所述扫描装置(50)，其中所述控制装置(60)设立为基于加工方向和/或加工轨迹驱控所述扫描装置(50)以使所述测量射束(36)定位或运动。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制装置(60)设立为驱控所述扫描装置(50)以使所述测量射束(36)按照预定的扫描图(64)运动，其中所述控制装置(60)设立为基于加工方向和/或加工轨迹定位和/或定向所述扫描图(64)。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，该装置(10)包括用于校准数据的存储器(62)，所述校准数据考虑所述测量射束(36)通过所述第一反射体(26)和/或通过所述第二反射体(28)和/或通过另外的光学组件的光路的光学畸变和/或光学路径长度，其中：

所述控制装置(60)设立为基于存储在所述存储器(62)中的参考高度数据驱控所述扫描装置(50)以使所述测量射束(36)定位或运动；和/或

所述测距装置(34)设立为基于存储在所述存储器(62)中的参考高度数据和测得的距离确定相应测量位置处的相对高度。

7.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述测距装置(34)设立为在在先的、在加工区域中的和/或在在后的测量位置处测量距离。

8.根据上述权利要求之一所述的装置，还包括：

分析处理装置(60)，用于由通过所述测距装置(34)测得的距离确定表面几何形状。

9.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述测距装置(34)包括光学相干层析成像(OCT)装置或飞行时间(ToF)传感器。

10.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述施加材料是线材、粉末填充线材或粉末形式的施加材料。

11.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述第一反射体(26)是基本上锥形和/或金字塔形的；和/或

所述第一反射体(26)具有至少一个反射表面，该反射表面具有关于共同的中轴连续或离散的旋转对称性。

12.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述第二反射体(28)具有至少一个反射表面，该反射表面具有关于共同的中轴连续或离散的旋转对称性。

13.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述第二反射体(28)是环形的，和/或具有与所述中轴同心的圆形空缺(29)，该圆形空缺环绕反射表面，和/或所述第二反射体(28)是抛物面镜的环形部段。

14.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述第一反射体(26)和/或所述第二反射体(28)由金属制成。

15.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，该装置还具有聚焦光学设备(24)，该聚焦光学设备设置在共同的中轴上，以便使所述激光束(14)和/或所述测量射束(36)聚焦，并且

其中所述第二反射体(28)设立为使得所述激光束(14)和/或所述测量射束(36)通过所述聚焦光学设备(24)与所述中轴成角度地反射到加工区域上。

16.根据上述权利要求之一所述的装置，其中，所述激光束(14)在从所述激光加工头(16)出来之后是环形的。

17.根据上述权利要求之一所述的装置，还包括：

施加控制装置(60)，用于根据通过所述测距装置(34)测得的距离和/或根据由通过所述测距装置(34)测得的距离确定的表面几何形状控制和/或调节通过所述供给装置(20)进行的材料供给和/或激光功率。