工件的增材制造的监控和过程控制
阅读说明：本技术 工件的增材制造的监控和过程控制 (Monitoring and process control of additive manufacturing of workpieces ) 是由 T·恩格尔 M·戈尔达默 A·格雷琴 C·奥特 A·雷丁格 于 2020-02-13 设计创作，主要内容包括：为了能够实现在增材制造期间实时监控写入过程,说明用于增材制造工件的设备。扫描单元(2)设立用于将熔化射束(3)引导到写入点(4)上。所述设备此外具有空间分辨光学检测器(5)、控制单元(6)和成像单元(7)。所述成像单元(7)设立用于将写入面(1)的子区域(8)成像到检测器(5)上。控制单元(6)设立用于操控所述设备,以便在制造期间改变所述子区域(8)的位置。(In order to enable real-time monitoring of a writing process during additive manufacturing, an apparatus for additive manufacturing a workpiece is described. The scanning unit (2) is designed to guide the melting beam (3) to the writing point (4). The device furthermore has a spatially resolved optical detector (5), a control unit (6) and an imaging unit (7). The imaging unit (7) is designed to image a sub-region (8) of the writing surface (1) onto the detector (5). The control unit (6) is designed to control the device in order to change the position of the sub-region (8) during production.)
技术领域
本发明涉及一种用于增材制造工件的设备，该设备具有扫描单元，该扫描单元被设立为将熔化射束（也称为写入射束）引导到写入面上的写入点上，以及具有光学检测器、控制单元以及成像单元。此外，本发明涉及一种用于监控工件的增材制造的方法以及一种用于工件的增材制造的过程控制的方法和相应的计算机程序。
背景技术
文件US 2016/0184893 A1描述了尤其在局部激光熔化的情况下借助高温计或光电二极管监控增材制造的过程。
在用于监控增材制造方法的已知方法的情况下，经常困难的或不可能的是，识别已经损害写入过程的缺陷或损伤位置。
发明内容
在此背景下，本发明的任务是说明一种用于工件的增材制造的改进的方案，其能够实现对写入过程的实时监控，以便能够已经在写入过程期间识别缺陷或缺陷处。
根据本发明，该任务通过根据独立专利权利要求的设备、用于监控和过程控制的方法以及计算机程序来实现。有利的改进方案和实施方式是从属权利要求的主题。
改进的方案基于如下构思：提供用于监控写入面的空间分辨检测器，并且在制造期间动态地改变写入面的借助检测器所观测的子区域的位置。
根据改进的方案的第一独立方面，说明一种用于增材制造工件的设备。该设备具有扫描单元，所述扫描单元设立用于将熔化射束引导到写入面上的写入点上。此外，该设备具有光学检测器、控制单元和成像单元。检测器构成为空间分辨检测器并且成像单元设立和布置用于借助检测器至少二维地成像写入面的子区域。控制单元设立用于操控所述设备、尤其成像单元或扫描单元，以在制造期间改变子区域的位置。
熔化射束例如可以是光束、尤其激光束、电子束或适合于增材制造、尤其适合于选择性增材制造的其他能量束。
写入面例如可以是粉末床的表面或该表面的一部分，从该粉末床制造工件。写入面可以包含粉末床表面的一部分和工件表面的一部分。写入面也可以是工件表面或工件表面的一部分，例如在没有粉末床的制造方法的情况下，其中例如材料被直接涂覆到工件表面上并熔化。
增材制造可以是增材制造方法，尤其选择性增材制造方法，例如电子束熔化、局部激光熔化（英语：“selective laser melting（选择性激光熔化）”，SLM）或局部激光烧结（英语：“selective laser sintering（选择性激光烧结）”，SLS）。
检测器例如可以是相机、相机检测器或相机传感器，或者相机可以包含检测器。
检测器构成为空间分辨检测器可以意味着：检测器具有多个像素，尤其像素阵列。例如，检测器可以包含数千个像素，尤其具有在100000个像素到10000000个像素的范围内的像素数量的阵列。
通过使用这种空间分辨检测器可以快速地、高分辨地并且以高质量对子区域进行成像。
子区域在检测器上的成像例如在可见光和/或红外范围内进行。相应地，检测器在可见光和/或红外范围内是灵敏的。
这里和在下文中，术语“光”可以被理解，使得其中包括可见光范围内、红外范围内和/或紫外线范围内的电磁波。与此相应地，术语“光学”可以被理解，使得其涉及按照这种理解的光。
也可以称为扫描单元或偏转单元的扫描单元尤其用于以受控方式偏转熔化射束，并因此控制写入面上的写入点，以便根据所定义的工作定单、尤其根据所定义的工作程序执行工件的选择性制造。
子区域的二维成像可以是二维成像。尤其，子区域的表面不一定是平的或平坦的，这可能会导致：在子区域中存在例如粉末床的不同的高度、即形貌。
子区域的至少二维的成像也可以在如下意义上理解为二维半成像：除了位于写入面或粉末床的基平面中的坐标之外，通过成像到检测器上来检测相关的形貌信息、即高度信息。在此，术语“二维半”可以被理解，使得第三维作为属性或函数可用于二维平面坐标。对于每对笛卡尔平面坐标，在二维半模型中恰好存在一个高度坐标。因此，例如利用二维成像不能检测将需要完整 3D成像的垂直壁或悬垂部或空腔。
子区域的至少二维的成像也可以是三维成像。
根据至少一种实施方式，子区域不覆盖整个写入表面或整个粉末床。因此，子区域小于整个工作区域。由此进一步提高可实现的空间分辨率和相应的成像质量和图像质量。
子区域的位置可以以通过控制单元操控的方式来改变，其方式是：用于子区域的成像的成像射束或成像光的偏转通过扫描单元与熔化射束同步地偏转。例如在成像射束或成像光被耦合输入到熔化射束的光路中的实施方式中情况如此。
替代地或附加地，例如在相机包含自己的用于改变其图像区域的动态系统的实施方式中，子区域的位置的改变可以以通过成像单元操控、尤其通过控制单元操控的方式来进行。
根据不同的实施方式，在改变子区域的位置之后重复所述方法的所描述的步骤。由此，能够实现直接在制造时刻、即实时地监控写入面、尤其在写入点周围的区域（也称为“在线”监控）。
根据不同的实施方式，写入点位于子区域之内，尤其在增材制造期间写入点总是位于子区域中，这意味着：子区域被改变，使得子区域跟随写入点的运动，或反之亦然。
通过空间分辨地观测和成像与整个写入面相比受限的子区域并且通过动态地改变子区域的位置，实时地或几乎实时在制造期间记录和提供写入面上的相关区域、尤其在写入点周围的区域的质量上高级的记录。这些记录可以被用于评估或监控制造进展、制造质量或其他制造参数，尤其视觉和/或热评估。评估例如可以由人或以计算机辅助的方式或全自动地进行。
通过使用像素的扩展的阵列，与例如在点状检测器的情况下情况将如此相比相关区域的更快和更有效的成像是可能的，这最终才能够实现实时观测或近似实时观测。
增材制造的评估例如可以包括：尤其直接在写入点之前的缺陷或可能的缺陷或缺陷处的观测或辨认。评估或观测也可以包含识别写入面上的突起、缺陷、飞溅物、碎屑等等，其中这些例如可能在制造过程或随后的覆层过程中形成。尤其，它们可能是在当前写入点的环境中的相邻结构的先前的写入过程中形成的。根据改进的方案，可以适当地弄清（eingegangen）这种干扰和缺陷处并对这种干扰和缺陷处作出反应。
尤其，可以借助根据改进的方案的设备如下使用对制造过程的评估或观测：在跟随制造或由该制造包含的覆层过程中考虑突起和其他瑕疵或损伤位置。
根据所述设备的至少一种实施方式，所述扫描单元具有分束器，所述分束器在所述扫描单元的输入侧上布置在所述熔化射束的光路中。
在此，扫描单元具有输入侧和尤其输出侧，其中输入侧朝向熔化射束的源、即尤其热源、写入源、射束源、电子源或激光源，而输出侧朝向写入面或粉末床和工件。这种实施方式尤其适合于如下方法，在这些方法中熔化射束是激光束，例如适合于SLS或SLM方法。
尤其，分束器被布置，使得从写入面经由偏转单元射到分束器上的成像光至少部分地从熔化射束的光路中耦合输出并且朝检测器的方向被引导。
有利地，扫描单元以与其作用于熔化射束的方式类似的方式也作用于成像光或成像射束。因此，所观测的子区域总是耦合到熔化射束、尤其写入点。
在不同实施方式中，写入点尤其处于子区域的中心或近似地处于子区域的中心。由于熔化射束和成像射束的同步偏转，子区域与熔化射束和写入点的耦合与熔化射束的当前方向或偏转或扫描单元的相应偏转状态无关。
这尤其具有如下优点：在子区域或子区域的位置改变时自动地确保：所观测的子区域是相关的，尤其处于写入点的直接环境中，使得尤其在制造过程中跟随当前写入点、尤其直接跟随当前写入点的点已经位于所观测的子区域中。由此可以动态地和非常快速地、尤其几乎实时地对相应的干扰或缺陷处作出反应。
此外，在检测器的阵列的中心附近的成像质量可能是最高的。这在这种实施方案的情况下相应地被利用。
根据至少一种实施方式，该设备包括滤光器、尤其二向色滤光器，其布置在分束器处和/或在分束器与检测器之间。
由此，可以最小化或排除熔化射束对检测器图像的反作用。
代替二向色滤光器或除了二向色滤光器之外，也可以使用窄带的、尤其适配于熔化射束的激光波长的带阻滤光器（Sperrfilter）。
如果熔化射束是偏振激光束，也可以使用偏振滤光器作为分束器。
根据至少一种实施方式，该设备包含热源，即尤其激光源或电子束源。
根据至少一种实施方式，扫描单元包含一个或多个偏转镜，其通过控制单元用于引导和偏转熔化射束，并且在相应的实施方式中同样用于引导和偏转成像射束，并因此用于改变子区域的位置。
根据至少一种实施方式，成像单元具有一个或多个致动器，其设立用于尤其以通过控制单元操控的方式对应于熔化射束通过扫描单元的偏转跟踪检测器和/或成像单元的镜头，以用于子区域的成像。
通过在子区域成像到检测器上期间熔化射束的运动，由于射束偏转例如可能发生图像内容的模糊或运动不清晰，其也可以称为“运动模糊（Motion Blurring）”。这可以通过跟踪检测器或镜头至少部分地被补偿。
根据至少一种实施方式，该设备、尤其控制单元设立用于将子区域的成像与熔化射束通过扫描单元的偏转在时间上耦合，使得在子区域的成像期间熔化射束的运动被阻止或避免。
这是用于避免运动不清晰的替代或附加可能性。
根据至少一种实施方式，该设备具有光场相机或全光相机或多孔径相机，其包括检测器。
在所述设备的不同的实施方式中，光场相机可以包含主透镜和布置在主透镜和检测器之间的微透镜阵列。
微透镜阵列可以将相应的成像光路划分为子孔径。对于这些子孔径中的每一个，由于微透镜的空间偏移，于是例如在检测器上产生具有略微不同的视角的分开的图像。然后可以借助三角测量方法从略微不同的子图像计算子区域的空间结构，并产生二维半或三维图像。
根据至少一个实施方案，微透镜阵列的不同微透镜具有不同的焦距。尤其，具有不同焦距的两种或三种透镜类型可以被用于微透镜。由此可以进一步改进深度测量。
与传统的三角测量或光截面方法、如条带投影（Streifenprojektion）或激光三角测量不同，光场相机提供如下优点：不存在边的不对称的预先成形，其例如由于因硬件的结构引起的预给定的三角测量方向。
根据至少一种实施方式，光场相机具有带有主透镜的镜头，其中该镜头具有聚焦设备。
根据不同的实施方式，聚焦设备被实施为自动聚焦设备。
根据不同的实施方式，光场相机的镜头被实施为变焦镜头，例如以便能够在光场相机的子区域中设定放大率或分辨率。
通过使用光场相机，尤其在具有不同焦距的微透镜的实施方式中，可以实现更大的景深范围。由此可以部分或完全补偿不清晰度，该不清晰度例如沿着成像射束的入射平面的方向变化。
根据至少一种实施方式，评估单元设立用于基于至少一个检测器信号确定子区域的至少一个形貌信息。
在此，形貌信息尤其可以从借助于光场相机检测的深度信息或二维半或三维信息中确定。
根据至少一种实施方式，评估单元设立用于基于至少一个检测器信号确定熔化射束的偏转位置、尤其实际当前偏转位置。
根据至少一种实施方式，该设备具有聚焦单元，该聚焦单元尤其包含F-θ透镜。聚焦单元布置在扫描单元与写入面或粉末床之间，并且用于将熔化射束聚焦到写入点上。
由于熔化射束通过借助扫描单元的扫描和偏转在不同点处以不同的射束倾斜度穿过聚焦单元、尤其F-θ透镜，因此可能发生几何像差，所述像差尤其经由透镜设计不能被补偿或不能完全被补偿。
因此，所述设备的如下实施方式是特别有利的，借助所述实施方式能够确定熔化射束的实际偏转位置。由此，可以至少部分地补偿像差。
一般而言，熔化射束不一定垂直于写入面的平面。通过使用光场相机可以进行子区域的二维半或三维记录，所述记录又允许推断出熔化射束的偏转角度，尤其通过与没有偏转的垂直射束相比评估子区域的或子区域的图像的失真。
在不同的实施方式中，该设备具有分光镜和/或光谱仪，其设立和布置用于检测从写入面发出的光并且基于此产生光谱仪信号，该光谱仪信号包含关于光的光谱测定或光谱信息。
根据不同的实施方式，该设备可以包括一个或多个声音传感器、尤其结构声传感器或麦克风。声音传感器在此与工件耦合，即例如直接布置在工件上或者布置在支架上，粉末床或工件处于该支架上。
借助于声音传感器，例如可以产生声音信号，所述声音信号包含关于在制造期间在工件中出现的裂纹、飞溅物等的信息。
根据不同的实施方式，该设备也可以包含其他传感器，例如用于测量工件中的机械应力的传感器。
根据至少一种实施方式，该设备具有照明装置，其设立用于至少部分地照射子区域。
照明装置可以设立用于照射整个写入面或整个粉末床。替代地或附加地，照明装置可以设立为动态可变地、例如与子区域的运动或改变耦合地照射包含或部分地包含子区域的照明区域。
根据至少一种实施方式，照明装置尤其以通过控制单元操控的方式设立用于改变照明区域，尤其根据子区域的位置或改变来改变照明区域。
术语“照明”例如可以理解为用光、尤其可见光的照明。例如，使照明光或用于照明的光的波长或波长范围与检测器的灵敏度或灵敏度谱匹配。
通过照明可以改进对于子区域在检测器上的成像可用的光和因此成像的图像质量。
根据至少一种实施方式，照明装置可以接通和关断照明。
尤其，照明装置和/或控制单元可以被设立，使得在子区域的热成像或热成像检查或检测期间关断照明。
因此可以保证热成像检测不因照明装置的光而掺假。
根据至少一种实施方式，用于照明的光、即照明光和/或照明射束可以耦合输入到熔化射束的光路中。由此，照明区域的位置可以与子区域耦合，使得照明区域的位置的改变可以与子区域的位置的改变同步地进行。
根据至少一种实施方式，该装置包含用于射束成形的光学系统，其布置在照明装置和扫描单元之间或者在照明装置和写入面或粉末床之间。
根据至少一种实施方式，照明装置的光源被布置和设立，使得其可以将用于照明的光在扫描单元的输入侧上耦合输入到熔化射束的光路中。
光源例如可以包含一个或多个激光源和/或一个或多个发光二极管。
光源例如可以直接耦合输入到熔化射束的光路中，即布置在光路的直接环境中或光路的边缘处。
替代地或附加地，该设备可以包含另外的分束器，所述分束器布置在检测器和用于耦合输出成像光或成像射束的分束器之间。该另外的分束器尤其被布置，使得照明装置的光源可以经由该另外的分束器和所述分束器将照明光或照明射束耦合输入到熔化射束的光路中。
根据至少一种实施方式，照明装置的至少一个另外的光源布置在扫描单元和写入面或粉末床之间。
另外的光源尤其可以布置在F-θ透镜和写入面或粉末床之间和/或在F-θ透镜或聚焦单元周围。
至少一个另外的光源例如可以布置在工作空间之外，尤其在该设备的封闭或可封闭的工作空间之外，写入面和工件处于该工作空间之内。尤其，至少一个另外的光源可以布置在扫描单元和工作空间的覆盖物或覆盖窗之间。
根据这种实施方式，整个工作空间或工作空间的大的部分或大部分可以被照明。
工作空间之外的布置可以保护另外的光源免受污物等的影响。
根据至少一种实施方式，检测器设立用于基于子区域的图像产生至少一个检测器信号。该设备具有用于评估和/或处理至少一个检测器信号的评估单元。
检测器信号的评估和/或处理例如可以包含例如在显示装置上表示子区域的图像。
评估和/或处理也可以包含存储检测器信号或基于检测器信号所确定的信息或数据。
检测器信号的评估和/或处理也可以包含评估图像的图像数据，尤其用于识别缺陷处或用于热成像评价或评定。
根据至少一种实施方式，评估单元设立用于基于至少一个检测器信号确定子区域的尤其用于热成像检测或评估的至少一个热特征参数。
至少一个热特征参数例如可以包含子区域中的写入面或粉末床的温度或子区域中的温度的温度分布或温度变化。
至少一个热特征参数可以替代地或附加地包含子区域中的冷却特性或冷却参数或冷却时间。热特征参数也可以包含在写入点处或在写入点周围的温度或温度分布。
基于至少一个检测器信号确定热特征参数例如基于检测器信号之一或至少一个检测器信号中的多个进行。
通过熔融射束引入到粉末床或工件中的能量、尤其引入到子区域中的能量可能导致子区域中的粉末床或工件或写入面的温度升高。相应地，子区域可以以热辐射的形式和/或以可见光的形式辐射能量。尤其，子区域可以辐射可见光和/或红外范围内、尤其近红外范围内的电磁辐射。所辐射的电磁辐射的强度允许推断出温度或温度分布或至少一个热特征参数。
尤其，该子区域可以作为朗伯辐射体或黑辐射体或近似地作为朗伯辐射体或黑辐射体显现。
子区域的温度的值例如可以与由子区域热发射的电磁辐射的光谱的最大波长成比例。尤其，维恩位移定律可以适用或近似地适用。
通过子区域的这种热成像监控和观测可以观测和监控材料的熔化行为。相应地，例如可以借助熔化射束的能量控制来进行温度控制，以便实时地将子区域的温度控制到期望的温度上，例如控制到恒定的额定温度上。与此相应地，可以实现更均匀的材料特性，并且尤其可以避免由于局部过高的温度或太低的温度而导致的缺陷处，这例如可能导致材料的不足的熔化。
根据至少一种实施方式，检测器具有基于硅的传感器，其具有至少在可见光范围中和在近红外范围中、例如在300nm至1100nm的范围中的灵敏度。
灵敏度在此情况下可以例如理解为足够高的灵敏度，以便能够实现以对于相应目的而言足够的质量进行成像。
根据至少一种实施方式，检测器具有基于化合物半导体、例如锑化铟镓或硒化锌的传感器。这种传感器例如在红外范围内特别灵敏。
根据不同的实施方式，相机可以构成为用于近红外和/或远红外范围的热电相机。
根据至少一种实施方式，相机包含偏振滤光器和/或检测器构成为对偏振敏感的检测器。
在这种实施方式中，评估单元例如可以设立用于基于至少一个检测器信号，尤其基于从至少一个检测器信号导出的或确定的偏振信息，确定粉末床或工件的材料的材料信息。评估单元例如设立用于基于或根据材料信息确定至少一个热特征参数。
不同的材料或材料类别可能对由材料反射的光的偏振有不同的影响。相应地，可以根据偏振信息或材料信息来区分材料。与此相应地，评估单元例如可以设立用于提供不同的与材料有关的热校准并且在确定和测定热特征参数时应用相应的热校准。
根据改进的方案的另一独立方面，说明一种用于增材制造工件的设备。该设备具有扫描单元，所述扫描单元设立用于将熔化射束引导到写入面上的写入点上。该设备此外具有控制单元、成像单元和带有空间分辨光学检测器的光场相机。成像单元设立和布置用于在检测器上成像写入面、粉末床或写入面的子区域。
这种实施方式尤其具有光场相机的上面所阐述的优点。
根据改进的方案的另一独立方面，说明一种用于监控工件的增材制造的方法，其中，为了制造，将熔化射束引导到写入面上的写入点上。该方法包含：记录写入面的子区域的至少二维的空间分辨图像，其中子区域的位置在制造期间被改变。基于图像产生至少一个检测器信号。基于至少一个检测器信号监控工件的制造。
监控可以例如包含对图像和/或检测器信号的观测、评估和/或处理。
根据改进的方案的另一独立方面，说明一种用于工件的增材制造的过程控制的方法。为此，根据按照改进的方案的用于监控增材制造的方法来监控工件的制造。基于至少一个检测器信号确定子区域的至少一个热特征参数。根据至少一个热特征参数，规定或改变用于制造的至少一个过程参数。
规定或改变至少一个过程参数可以例如包含计算优化的或更新的写入数据以用于控制扫描设备。
规定或改变至少一个过程参数还可以包含产生和/或输出关于在制造期间潜在的故障或与额定参数的偏差的信息、尤其状态信息。
规定或改变至少一个过程参数例如还可以包含尤其在查明公差超出、污染或辨认出裂纹或其他故障时中断写入过程。
规定或改变至少一个过程参数还可以包含规定或改变覆层参数、例如用于工件的覆层的层厚度，规定或改变熔化射束参数、例如偏转速度、或熔化射束的能量。
规定或改变至少一个过程参数还可以包含规定或改变例如聚焦单元、尤其F-θ透镜的聚焦参数。
根据按照改进的方案的用于过程控制的方法因此能够实现在线或实时过程管理、尤其热过程管理。相应地，可以避免故障的影响，所述故障例如可能导致工件的可用性的限制或导致工件在以后的运行中的故障风险，或可以避免在增材制造中可能由于热不均匀性而出现的其他问题。因此可以以此创建和可再现地进行热学上特别稳定的过程。
根据至少一种实施方式，声音信号由与工件耦合的声音传感器检测并且根据声音信号执行至少一个过程参数的规定或改变。
从声音信号例如可以确定关于工件中可能的裂纹形成或关于制造期间的材料飞溅物的信息。
根据至少一种实施方式，声音信号被滤波，尤其被高通滤波，并且至少一个过程参数根据滤波后的声音信号来规定或改变。
通过高通滤波可以向下限制检测到的频率范围，例如以便在很大程度上抑制来自设备的周围环境或驱动器的声学干扰。
替代于或附加于声音信号的滤波，可以使用针对高频范围设计和适配的麦克风作为声音传感器。
麦克风例如可以构成为压电麦克风、光学麦克风或具有动圈的麦克风。
麦克风也可以构成为微机电系统MEMS，尤其光学MEMS。
根据至少一种实施方式，基于从粉末床或子区域或写入面或工件发出的光产生光谱信号，并且至少一个过程参数的规定或改变根据光谱信号来执行。
根据改进的方案的另一独立方面，说明一种计算机程序，其具有指令，在通过计算机系统执行计算机程序期间，所述指令促使根据改进的方案的设备执行根据改进的方案的用于监控增材制造的方法或用于增材制造的过程控制的方法。
计算机系统尤其可以由所述设备包括。计算机系统例如可以包含控制单元、评估单元和/或用于执行所需的计算步骤的另外的处理器单元。
根据改进的方案的另一独立方面，说明一种计算机可读存储介质，根据改进的方案的计算机程序存储在该计算机可读存储介质上。
根据改进的方案的用于监控增材制造的方法的其他实施方式直接从按照改进的方案的设备的不同的实施方案和设计形式中得出，并且反之亦然。
根据改进的方案的用于过程控制的方法的其他实施方式直接从根据改进的方案的设备的不同的设计形式和实施方案中得出，并且反之亦然。
尤其，根据改进的方案的设备可以构成、尤其编程用于执行根据改进的方案的方法。
附图说明
在下文中根据具体的实施例和相关的示意性附图更详细地解释本发明。在图中，相同或功能相同的元件配备有相同的附图标记。相同或功能相同的元件的描述可能不一定在不同的图中重复。
在所述图中：
图1示出根据改进的方案的设备的一种示例性实施方式；
图2示出根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式；
图3示出根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式；
图4示出根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式；
图5示出根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式；
图6示出根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式；
图7示出根据改进的方案的用于过程控制的方法的一种示例性实施方式的流程图；
图8示出根据改进的方案的用于过程控制的方法的另一示例性实施方式的流程图；和
图9示出根据改进的方案的用于过程控制的方法的另一示例性实施方式的流程图。
具体实施方式
所述设备和所述方法的关于所述图所描述的所有实施方式都可以应用于从粉末床进行制造的方法。类似地，所有实施方案都可以应用于没有粉末床的方法。于是写入面相应地代替粉末床。
在图1中示意性地示出了根据改进的方案的设备的一种示例性实施方式。
该设备用于增材制造工件，例如从粉末床1增材制造工件。粉末床1可以布置在工作空间中，该工作空间例如完全或部分地由壳体（未示出）包围。
热源14设立用于产生熔化射束3、尤其激光束或电子束。
该设备包括扫描单元2（也称为Scaneinheit（扫描单元）），该扫描单元可以在朝向热源14的输入侧上接收熔化射束3。用于熔化射束3的射束成形的光学系统15可以可选地布置在扫描单元2和热源14之间。
该设备此外包含聚焦单元16，该聚焦单元例如构成为F-θ透镜或包含这种透镜，并且相对于扫描单元2布置在输出侧，即尤其在扫描单元2和粉末床1之间。借助聚焦单元16，熔化射束3可以被聚焦并被定向到粉末床1或工件的表面上的写入点4上。为了制造工件，例如可以通过该设备的控制单元6操控扫描单元2，以便如工件的根据定单的制造所需要的那样偏转熔化射束3。
此外，该设备具有成像单元7，借助该成像单元，粉末床1的子区域8、在图1的所示出的示例中在写入点4周围的子区域8可以被成像到该设备的检测器5上。
检测器5被设计为具有由光敏传感器构成的阵列的空间分辨检测器并且例如可以是相机的一部分。成像单元例如可以包含布置在热源14和扫描单元2之间的分束器9。通过分束器9可以将从子区域8出发经由成像单元2射到分束器9上的光耦合输出并定向到检测器5上。
可选地，成像单元7包含镜头10，用于耦合输出的光的射束成形和/或耦合输出的光在检测器5上的聚焦。
此外可选地，成像单元可以具有滤光器17，该滤光器优选地允许检测器5对其敏感的光通过并且优选地阻挡或减弱对应于熔化射束3的波长或波长范围的光。
可选地，该设备还可以具有照明单元11，该照明单元尤其具有光源13和可选的射束成形光学系统18。照明单元11被布置和设立，使得该照明单元可以将照明光12耦合输入到熔化射束3的光路中并且由此可以照射粉末床1上的照明区域，该照明区域至少部分地包含子区域8。
在图1的所示出的示例中，成像单元7或照明单元11为此具有另外的分束器26，其可以首先将照明光12耦合输入到用于将子区域8成像到检测器5上的光的光路中并且然后例如经由分束器9耦合输入到熔化射束3的光路中。
因此，在所示出的示例中，不仅子区域而且照明区域都直接耦合到熔化射束3，使得在熔化射束3偏转时扫描单元2也同步地偏转照明光12和用于将子区域8成像到检测器5上的成像光。
在图2中示出了该设备的另一示例性实施方式的示意图。
图2的实施方式与图1中的实施方式的不同至少在于，照明装置11具有另外的光源19、19'，其可以将照明光12直接耦合输入到熔化射束3的光路中。为此，光源19、19'例如布置在熔化射束3的光路周围，例如在分束器9处。
在这种实施方式中，例如可以省去另外的分束器26。
在图3中示出了该设备的另一示例性实施方式的示意图。
图3的实施方式与图2的实施方式的不同尤其在于，另外的光源19、19'布置在扫描单元2和粉末床1之间，尤其布置在工作空间外壳27之外，在所述工作空间壳体之内布置有粉末床1。另外的光源19、19'例如可以将照明光12通过工作空间壳体27的覆盖窗28直接定向到粉末床1上。照明区域24因此可以覆盖大部分或整个粉末床1和工件。
如对于本领域技术人员而言直接得出的那样，各个特征、尤其按照所述图、即图1至图3的照明单元11的不同实施例可以以任意的方式组合。
如在图1至图3中或在图4至图6中所示出的设备尤其可以被用于根据按照改进的方案的相应方法监控增材制造和/或对增材制造的过程控制。
尤其，可以通过按照改进的方案的设备实时地或几乎实时地、尤其在线地执行过程监控和过程控制。
根据按照图1至图6的设备，尤其包含成像光学系统的成像单元11被用于将子区域8、尤其在写入点4周围的子区域8成像到空间分辨检测器5上。根据所使用的光学系统的尤其通过可用的数值孔径给定的分辨能力，能够实现如下像素大小，所述像素大小被选择为至少按照瑞利（Rayleigh）或Sparrow标准确定的分辨率极限的一半。在以例如10µm的分辨率扫描时，在检测器的传感器大小为10兆像素并且平均边长为约3000像素的情况下得出超过30 mm边长、即大概10cm2面积的检测区域。在用于从粉末床进行增材制造的方法的情况下，用于制造的粉末、尤其金属粉末的粒度例如位于约10μm的范围内。例如，其他参数化是可能的，以便在其他具体应用情况中获得最优成像条件。
如在图1至图6中所示出的，用于在检测器上成像的光可以通过分束器9从熔化射束3的光路中分支出。通过将分束器9布置在热源14之间和扫描单元2之间，光学系统总是保持相对于熔化射束3居中，尤其与扫描单元2的偏转镜在相应写入过程中的偏转状态无关。熔化射束3的位置可以有利地布置在检测器图像的中心区域中，因为这里然后进行写入过程并且例如在SLM的情况下构成熔化区域（英语：“Meltpool（熔池）”）。
可选的照明系统允许记录特别高级的图像。在此，照明波长可以适配于检测器5的灵敏度范围。
照明单元有利地构成为可接通和可关断，使得一方面在接通状态下例如可以利用基本照明照亮整个视野。因为粉末床1中或工件上的写入区域和围绕该写入区域的区域由于相应提高的温度也可以在红外范围内或在可见光谱范围内辐射，因此这些区域在图像中可能显得更亮。另一方面，在照明单元11的关断状态下，除了可能的环境光之外，于是只能看到写入区域及其环境的自发光。该区域然后例如可以以热成像的方式来检测并且在其温度方面被评估。
因此子区域8由于利用熔化射束3引入的能量而点亮，因为被加热的材料再次部分地热辐射能量。因此，对象在检测器5中的图像中显现的亮度与该对象、例如子区域8的温度相关。亮度与记录参数、如曝光时间或放大率或与成像光学系统的设定、诸如孔径或光阑、或材料参数、如材料、粒度、粉末或相应熔融的材料的发射率的该分配可以利用测温校准来检测，并且然后被用于测量、尤其测温测量。
利用测温测量，尤其变得可能的是，将图像中的亮度分布直接换算为工件的温度分布，使得可以利用根据改进的方案的设备在熔化射束3周围的区域中、尤其在子区域8中识别和测量工件的热分布。
如果粉末的发射率不同于烧结或熔化材料的发射率，则可能有利的和适宜的是，在应用测温校准之前首先利用图像处理分析图像，以便确定哪些图像区域被粉末覆盖并且哪些图像区域被烧结或熔化材料覆盖。之后，例如可以进行与当前的材料类型有关的相应的热校准。
由于所述处理，例如在SLM方法的情况下，例如如果能量或温度对于完全熔融而言不是足够的并且材料只是初始熔化（angeschmolzen）并且因此相邻的粉末颗粒被烧结，则烧结材料可能出现在写入路径的边缘处。通常，对于意味深长的测温校准来说可能有利的是，对应于在相机图像中、即在检测器5上的图像上可区分的材料配置来区分多种材料类型，并且然后为多种材料类型提供特定的单独的热校准。如果不能以这种方式直接区分材料类型，则也可能有利的是，例如经由与写入路径的横向距离进行材料分配，因为可能会先验地、例如从实验室或写入尝试中已知，如何在距写入路径的距离处得出不同的材料复合物。
为了在光学上区分材料，可能有利的是，利用具有已知偏振状态的非偏振光、偏振光或部分偏振光照射检测器5的视见区域并利用偏振敏感相机记录图像。这里，偏振敏感相机可以理解为具有偏振敏感相机芯片的相机，该偏振敏感相机芯片具有相应结构。替代地，可以设置有如下相机，在所述相机中偏振滤光器17布置在常规相机芯片之前，优选地布置在分束器9和相机芯片、即检测器5之间的射束路径上，所述偏振滤光器或者被引入到了光路中或者在其通过方向上可以是可变的，使得利用偏振滤光器17的不同设定，可以测量来自对象区域的光的偏振状态。
代替经由反射光中的偏振状态与入射的照明光12相比的变化来区分材料特性，也可以使用子区域8的反射特性。如果例如具有例如包含两个网格图案的结构化照明，所述网格图案例如相对于彼此旋转固定角度、例如45°并且网格图案之一被清晰地投影到粉末床1或工件的表面上，而另一个图案被漫射辐射，则可以经由反射质量借助偏转测量法或条带投影以及相应的反射程度或对比度来辨认材料类型、例如粉末状的或熔融的。
子区域8在检测器5上的成像例如可以利用包含检测器5的相机来进行。
有利地，图像利用相机的记录与熔化射束3或成像单元2耦合，以便尽可能仅利用闪光来记录图像，以便不因由于成像单元2中的射束偏转而引起的熔化射束3和因此观测光路的运动而发生图像内容的模糊、或运动不清晰或运动模糊。
原则上，可以经由已知的运动去模糊方法来补偿运动模糊。为此，必须已知子区域8和相机之间的相对运动，使得因此至少可以更好地识别并且可以更好地以对比的方式表示较大的结构。
替代地或附加地，检测器5和/或镜头10可以配备一个或多个致动器（未示出），使得镜头10和/或检测器5或相机的跟踪可以根据写入射束3的运动进行。为此，例如成像单元2或成像单元2的偏转镜的当前位置或写入点4的位置可以是已知的，使得可以从相应的位置信号确定运动信息。
在一种实施方式中，检测器5例如可以构成为相机传感器，其可以在检测器平面之内相对于镜头10在一个方向上移动。垂直于检测器平面的可移动性同样可以是有利的，例如以便例如在视野的边缘处补偿由于扫描系统2或聚焦单元16的F-θ引起的散焦。利用垂直于检测器平面的检测器5的跟踪，于是可以以尽可能好的方式跟踪焦点。
除了检测器5的可移动性之外，检测器例如可以配备有在检测器5的中间具有有效旋转点的万向悬架。这可能是有利的，因为这样还可以补偿子区域5相对于设备的工作区域之上的光轴的倾斜。如果特别有利地将旋转点与检测器表面的距离选择为匹配聚焦单元16的放大比或通过扫描单元2的偏转或通过成像光学系统的放大，则利用用于检测器5的仅仅三个驱动器完全校正位移、倾斜和焦点是可能的。
替代于或附加于检测器5的所提到的运动，其他补偿元件也是可以设想的。因此，例如图像的倾斜也可以通过成像光学系统中的至少一个透镜或透镜组的离心来实现，或为此目的可以设置用于可能的像差、例如像散或球面像差的位移和校正的特殊校正元件。这些元件例如可以利用在分束器9和检测器5之间的成像光学系统中的尤其平面平行的板构成，所述板可以围绕两个轴倾斜或者可以例如围绕光轴转动并且可以垂直于该光轴倾斜。在几何形状的适当的设计的情况下，可倾斜的板可以至少在最大程度上校正焦点位置和由于熔化射束3相对于写入位置4的可能倾斜的光路引起的像差。
在具有转动和倾斜的实施方案的情况下，代替可倾斜的板也可以设置两个反向布置的楔形板，所述楔形板例如可以围绕平行于楔形板的顶轴（Scheitelachse）的轴线彼此倾斜。因此，也可以实现熔化射束3的可设定的射束偏转，该射束偏转可以补偿成像射束相对于子区域8或粉末床1的倾斜并且允许在整个面上（vollflächig）清晰地设定检测器5上的图像。
在诸如SLM或SLS的增材制造方法的情况下，进行材料的高度加热，使得子区域8的热辐射已经可以在近红外或在可见光谱范围内利用相机进行。替代地，也可以使用具有红外范围内的灵敏度的相机或用于近红外和/或远红外的热电相机。
为了最小化或排除熔化射束3对检测器5上的图像的反作用，滤光器17可以包含二向色滤光器或窄带的、尤其适配于熔化射束3的波长范围的、用于熔化射束3的波长的带阻滤光器。替代地或附加地，可以在分束器9中布置相应的滤光器。如果熔化射束3包含偏振光，则偏振也可以被用于有效滤光。
借助根据图1至图6的设备，如所描述的那样也可以在与当前写入点4相邻的区域中，尤其从先前所写入的路径或者在粉末床中进行识别。利用关于工件中的温度的知识，当前的写入过程于是也可以在其参数方面进行适配，使得例如在写入时实现尽可能均匀的温度分布。因此，例如在制造过程中可能经由工件中的局部加热而出现的热应力可以被最小化。
按照根据图1至图6的改进的方案的设备允许对在写入点4周围的子区域8的平面成像。尤其直接在写入点4之前并且也在重叠区域中的损伤位置、如缺陷、缺陷处、多余材料、飞溅物等等可以被识别。
此外，可以产生热二维图像，在该热二维图像中子区域8中的温度分布变得可测量。相应地，可以针对在写入点4处和在子区域8中的尽可能均匀的温度控制实现熔化射束功率的适配的控制。子区域8的形貌也可以利用三维方法、如条带投影或偏转测量法（Deflekto- metrie）来识别。
替代于图1至图6中所示出的实施方式，在所述实施方式中从熔化射束3的光路耦合输出了用于子区域8在检测器5上的成像的光，具有检测器5的相机也可以直接被定向到工作空间中并且例如以自己的运动学跟随熔化射束3或写入点4。尤其，在这种情况下，可以经由基于图像处理的行动跟随熔化射束3。在此，在相应操控的情况下也可以避免运动模糊。
图4示意性地示出根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式。该设备的基本结构对应于在图1中所示出的结构。
根据图4的设备包含光场相机20，也称为全光或多孔径相机。光场相机20包含检测器5、镜头10以及可选的滤光器17。
此外，光场相机20例如包含微透镜21的阵列，其布置在镜头10和检测器5之间。借助微透镜21，相应的成像光路被划分为子孔径。对于这些子孔径中的每一个，由于微透镜21的空间偏移，于是在检测器5上产生单独的图像，所述图像分别具有略微不同的视角。可以从略微不同的子图像借助三角测量方法计算子区域8的空间结构并且产生二维半或三维图像。为了进一步改进深度测量，针对微透镜21的不同透镜可以使用不同焦距。为此，可以使用具有两个、三个或更多个不同焦距的透镜。
与传统的三角测量或光截面方法、如条带投影或激光三角测量不同，可以借助光场相机20在边缘处避免通过预给定的三角测量方向和硬件的结构引起的不对称的预先成形（Vorprägung）。
在有些实施方式中，光场相机20可以在一次记录中监控整个粉末床1和工件。有利地，光场相机20的设定于是可以在制造期间有利地保持固定或恒定。
在其他实施方式中，光场相机20可以有针对性地被定向到粉末床1的区域上，尤其被定向到子区域8上，并且可以以相应更高的分辨率检查这些区域。
尤其，可以为此至少部分地与熔化射束3同轴地引导用于光场相机20的成像射束并且与熔化射束3同轴地射到粉末床1上。在图4的示例性实施方式中情况如此。
如果在改变子区域8的位置时使用枢转运动，则成像光学系统的光轴与枢转运动相对应地倾斜，并且因此光学系统的清晰成像的物平面也倾斜，所述物面例如垂直于光轴。因此，成像的图像清晰度沿着成像射束的入射平面的方向变化。但是，因为尤其在具有不同焦距的微透镜21的版本中的光场相机20可以清晰地成像大得多的景深范围，所以可以完全或部分地补偿这种不清晰。
到光场相机20的检测器5上的成像可以数字地重新聚焦，这导致，视光轴相对于工件表面或粉末床1的表面的当前倾斜位置而定，针对相对于光轴倾斜的像平面可以计算清晰的图像，所述像平面经由光学系统与倾斜的物平面共轭。替代地或附加地，可以确定由光场相机20的测量数据构成的三维点云，该三维点云然后可以表示倾斜的物平面，尤其连同子区域8中的各个特征的形貌，诸如突起或凹陷，例如粉末床1上的材料飞溅物或粉末床1中的孔。对于三维点云中的数据的倾斜也可能有利的是，从数据集中计算出纯粹地通过视向造成的倾斜。因此，数据的表示可以在参考坐标系、优选地工件坐标系或机器坐标系中进行。
对于将三维图像或由子图像构成的三维点云的测量数据联合为以不同的倾斜位置记录的多个子图像的连贯的图像，在图像记录时倾斜角度的补偿例如以所描述的方式之一也是有利的。
光场相机20的图像例如可以针对成像镜头对于焦点位置和变焦的固定设定进行度量校准。利用度量校准的图像，可以更好地执行拼接，因为可以最小化来自相机图像的失真。
代替测量不同的校准图像，还可以通过模拟确定光学系统对射束的不同倾斜角和与此相联系的有效射束轴线的作用，并且然后例如在评估中予以考虑。测量和模拟的组合也是可能的，例如以便利用模拟的时间优势并且另一方面尽管如此尽可能完整地检测与具体系统的比较。
光场相机20例如可以构建为彩色相机或黑白相机，其具有例如在紫外线、可见、红外、近红外、中红外和/或远红外光谱范围中的灵敏度范围。对于在SLM或SLS方法中的应用，具有硅检测器的版本可能是有利的，尤其具有大约400至1100nm的灵敏度范围。
根据按照图4的设备，尤其可以进行子区域8的与方向有关的三维或二维半检测。例如，景深可以被增大，以便能够对成像射束的倾斜进行数字补偿。
例如，从写入头到工件表面或到粉末床1的距离控制可以近似实时地进行。
具有或没有热校准的组件的三维热检测同样是可能的。关于热检测和校准，参考关于图1至图3的解释。
在图5中示出了根据改进的方案的设备的另一示例性实施方式的示意图。该设备的基本结构对应于根据图1至图4的设备的结构。
该设备包含相机25，其例如可以对应于光场相机20和/或可以包含根据图1至图3的检测器5。此外示出了与相机25耦合的评估单元23。评估单元23例如可以检测由相机25或检测器5产生的检测器信号并且基于此控制用于增材制造的制造过程。
可选地，该设备也包含分光镜或光谱仪22，其可以检测从子区域8发出的光并且可以基于该光产生光谱信号并且例如提供给评估单元23。
图6示出根据改进的方案的设备的一种示例性实施方式的另一示意图。图6的设备很大程度上对应于图5中的设备。
在图5中设置有分束器9，以便从熔化射束3的光路耦合输出光并将光引导到另一分束器26上，该另一分束器一方面将光传导到相机25并且另一方面将光传导到分光镜或光谱仪22，而在图6中两个分束器9和26一个接一个地布置在熔化射束3的光路中并且彼此独立地为相机25或分光镜或光谱仪22从熔化射束3的光路耦合输出光。
根据图5或图6的设备尤其可以被用于执行根据改进的方案的用于过程控制的方法，尤其如在下文中关于图7至图9所解释的。
在图7中示出了用于根据改进的方案的用于过程控制的方法的示意图的流程图。在步骤601中，来自检测器5的检测器信号（尤其包含关于子区域8的二维、二维半或三维信息）被检测并且例如被传送到评估单元23。
在步骤602中，评估单元23例如确定写入位置4或子区域8的形貌。
来自601的信息在步骤603中可能被使用，以便例如借助评估单元23，创建写入位置5或子区域8的热分布。
可选地，在步骤604中，来自分光镜或光谱仪22的光谱信号可以被传送到评估单元23。光谱信号例如可以在确定热分布时予以考虑。
在可选步骤605中，评估单元23根据光谱信号确定关于子区域8中的可能的污染的信息。
在可选的步骤606中，来自设备的与工件耦合的声音传感器的声音信号或声学信号、尤其结构声信号被传送到评估单元23。
在可选的步骤607中，评估单元23可以基于声音数据确定关于工件中裂纹、应力或弛豫的出现的信息。
可选地，在步骤608中，另外的传感器或测量装置可以检测另外的测量变量并且转交给评估单元23。在可选的步骤609中，评估单元23可以产生基于另外的测量变量例如导出的过程信息。
在步骤602、603、605、607或609中产生的信息、分布、形貌等等可以例如在步骤610中被用于过程控制，尤其用于控制用于由该设备制造工件的写入过程。尤其，评估单元23可以基于这样检测的信息和数据来计算具有当前过程信息的优化的写入数据。写入路径或写入点4与额定值的偏差可以基于优化的写入数据被最小化或补偿。
尤其，评估单元23可以为了控制写入过程而操控热源14和/或扫描单元。
同样在步骤610中，评估单元例如可以确定关于潜在的偏差或故障的信息或状态信息并且例如经由用户界面或显示设备例如输出给该设备的用户。
在某些严重故障的情况下，诸如在公差超出、严重污染或裂纹出现在工件中时，在步骤610中，评估单元23也可以例如中断写入过程。尤其，评估单元23为此可以停用热源14。
为了计算写入数据、尤其优化的写入数据以进行关于610所描述的其他步骤，评估单元23例如在步骤611中也可以检测用于制造工件的额定数据或层数据或例如CAD数据并在所需的计算中考虑这些数据。
在步骤612中，评估单元23可以直接或间接地操控该设备的不同的系统部件，以便控制所述过程，例如，评估单元23可以操控覆层单元，以便例如在工件的实际增材制造之后确定或设定覆层的层厚度。
附加地或替代地，评估单元23例如可以操控热源14，使得改变熔化射束3的能量。替代地或附加地，评估单元23可以操控扫描单元2，以便相应地补偿或最小化偏差。替代地或附加地，评估单元23也可以操控聚焦单元16、即尤其F-θ透镜，以便校正焦点。
在图8中示出了根据改进的方案的用于过程控制的方法的另一示例性实施方式的流程图。在步骤701中，例如熔化区域或写入位置或子区域8的热图像被传送到评估单元23。可选地，在步骤702中，粉末床1或子区域8的表面图像、尤其二维和/或二维半和/或三维表面图像可以被传送到评估单元23。
在步骤703中，评估单元23例如可以基于热图像确定温度分布或等温线。
基于表面图像，在步骤704中，评估单元23例如可以确定子区域8的形貌信息并且例如识别孔、飞溅物、其他结构或粉末残留物。
在步骤705中，评估单元23例如可以例如从温度分布或从子区域8的表面图像确定熔化射束3的需要或要适配的能量。替代地或附加地，评估和23也可以确定热源14的运行模式，例如用于在写入之前或者与位置有关地与写入交替地优化温度分布。
在步骤706中，评估单元23例如可以操控热源14和/或扫描单元2和/或聚焦单元16，例如用于适配制造过程。尤其，在步骤706中，评估单元可以在该设备的不同运行模式之间、例如在加热模式和写入模式之间切换。
步骤705也可以在这里例如可选地通过来自步骤704的CAD数据或层数据或额定数据来支持。
在图9中示出了根据改进的方案的用于过程控制的方法的另一示例性实施方式的流程图。步骤801对应于图8中的步骤701。步骤802对应于图8中的步骤702。在步骤803中，例如其他数据、如传感器数据、其他测量变量、声音信号和/或光谱信号可以被传送到评估单元23。步骤804对应于图8中的步骤704。
在步骤805中，评估单元23可以执行用于热过程管理的步骤、尤其计算步骤。尤其，评估单元23可以确定一个或多个过程参数的动态确定。评估单元23例如可以激活该设备的多个运行模式之一、例如写入模式、写入和加热模式或加热模式。
在步骤806中，然后可以执行工件的制造。在步骤807中，可以进行工件的质量检查。例如，在步骤808中，可以确定工件的实际值与额定值的偏差和/或确定工件的缺陷。
在可选的步骤809中，例如可以提供来自伴随制造的测量的数据。在可选的步骤810中，可以提供制造参数。
在步骤811中，评估单元例如可以基于在步骤808中确定的偏差或缺陷并且可选地根据来自809的数据和来自810的参数执行用于过程参数的动态确定的模型的优化。尤其，可以确定结构元件和/或形态。模型的适配尤其可以组件特定地或区域特定地进行。
在反馈步骤812中，优化的适配的模型例如可以在热过程管理中针对另外的工件的未来制造被考虑。
在根据改进的方案的用于过程控制的方法中可以规定，在过程控制的意义上，另外的至今未提及的传感器的信号或者控制或定位信号或信息进入相应测量数据的处理中。
根据改进的方案的过程控制使用这些关于写入过程或工件本身的信息，以便控制写入过程，使得最小化工件的决定性公差以及此外例如也使组件中的热负荷和/或温度梯度最小化或保持尽可能稳定和受控。由此可以有利地最小化工件中的应力。
利用其他传感器的测量例如也用于根据影响工件的质量的其他参数和变量更完整地检测写入过程。例如，这里描述了声音测量。
根据改进的方案的过程控制允许更精确地使用当前信息，以便改进制造结果。过程控制例如可以采用来自子区域8的成像的几何信息，以便例如监控和控制过程中的焦点位置或高度定位。经由高度控制也可以间接地例如影响写入过程的深度效应。因此，例如可以以更高的精度制造在典型工件中可能出现的更复杂的结构、如悬垂或底切。
下一分层或层的层厚度可以被设定，使得例如可以可靠地填充当前分层的缺陷处或突出部分不与覆层过程冲突或对覆层过程产生干扰影响。典型地，在发生过程中的干扰之前，这种干扰可能在多个分层上形成。这样的干扰于是可以利用早期校正或对策被拦截，使得避免过程干扰。
尤其熔化射束3的加热功率或能量输入或激光功率可以被控制，使得写入点4具有期望的横向伸展。例如，因此可以在工件中并且在具有不同大小的写入点4的分层之内以受控的方式工作，以便优化制造结果。
熔化射束3的几何引导例如可以被监控，使得制造过程中的几何失真可以在线地被校正。描述了用于经由子区域8的二维或三维检测的几何熔化射束引导的可能性。
此外，结构或相邻写入路径的位置和尺寸也可以被确定并被考虑用于过程控制。
过程控制例如也动用热或光谱信息和信号，例如以便在写入区域中实现尽可能均匀或稳定的温度，最小化热梯度和/或创建用于局部热引入和其导出的深度分布。此外，可以识别材料改变，例如来自早期过热的氧化。最后，也可以检测异物。
例如可以考虑其他传感器信息、例如声音信号，以便检测裂纹形成或检测飞溅物和/或确定与制造相关的或与过程相关的其他参数。
过程控制使用所提到的信息和可能来自机器的其他信息和/或例如来自CAD数据的材料特定的预给定或几何信息，以便利用确定性和/或所学习的评估和/或模型化实现优化的过程管理。
根据所提出的过程控制，可以详细分析从用于整个工件或工件的子区域的制造流程中收集的信息，例如以便例如在新的或可比较的工件的情况下针对其他类似的部分或者针对模块化的或重复出现的结构元件，进一步优化过程管理。
除了对纯几何偏差的分析之外，可以使用例如关于裂纹形成或材料改变或其他质量标准或材料污染的分析，以便一旦例如可以预期到或识别出：所制造的工件不再能够满足现有的质量标准，就停止或中断正在进行的制造定单。
如果写入过程被停止了，则也可以根据过程控制例如进行单级或多级加热过程，其中借助熔化射束3例如仅以升高的功率连续地加热工件，直至达到了对于稳定的写入过程而言有利的温度分布和相应的冷却特性。
当使用混合制造方法时，例如当另外的部分应利用增材制造方法扩建到现有部分或半成品上或制造在稳定的材料复合体中时，也可以优选地使用该方法。这种场景可能出现在维修和维护中，在那里区域因磨损而被损坏了或在维修过程中被去除了并且这些区域应被再制造（nachgefertigt）。
同样，可以典型地将利用各种不同表现形式的传统制造方法、如铸造、锻造、车削、铣削、压制的简单半成品与连续增材方法相组合。
利用根据改进的方案的过程控制，尤其借助受控的和受控制的预热，尤其可以将更精细和更独特的子区域添加到预制半成品上。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于工件的增材制造的设备，所述设备具有：
- 扫描单元（2），所述扫描单元设立用于将熔化射束（3）引导到写入面（1）上的写入点（4）上；
- 光场相机（20），所述光场相机具有空间分辨光学检测器（5）；
- 成像单元（7），所述成像单元设立和布置用于借助所述检测器（5）至少二维地对所述写入面（1）的子区域（8）进行成像，所述检测器（5）设立用于基于所述子区域（8）的图像产生至少一个检测器信号；
- 控制单元（6），所述控制单元设立用于操控所述设备，以便在制造期间改变所述子区域（8）的位置；和
- 用于评估和/或处理所述至少一个检测器信号的评估单元（23）。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述成像单元（2）具有分束器（9），所述分束器在所述扫描单元（2）的输入侧上布置在所述熔化射束（3）的光路中。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的设备，其中所述成像单元（2）包含致动器，所述致动器设立用于对应于所述熔化射束（3）通过所述扫描单元（2）的偏转跟踪所述检测器（5）和/或所述成像单元（7）的镜头（10），以便对所述子区域（8）进行成像。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，此外具有照明装置（11），所述照明装置设立用于至少部分地照射所述子区域（8）。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述照明装置（11）的至少一个光源（13）布置和设立为将所述扫描单元（2）的输入侧上的用于照明的光耦合输入到所述熔化射束（3）的光路中。
6.根据权利要求4或5中任一项所述的设备，其中所述照明装置（11）的至少一个另外的光源（19，19'）布置在所述扫描单元（2）和所述写入面（1）之间。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中所述评估单元（23）设立用于基于所述至少一个检测器信号确定所述子区域(8)的至少一个热特征参数。
8.根据权利要求1至7之一所述的设备，其中所述评估单元（23）设立用于基于所述至少一个检测器信号确定所述子区域(8)的形貌信息。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备， 其中所述评估单元（2）设立用于基于所述至少一个检测器信号确定所述熔化射束（3）的偏转位置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备， 所述设备
- 具有分光镜和/或光谱仪（22），其设立和布置用于检测从所述写入面（1）发出的光并基于此产生光谱仪信号，所述光谱仪信号包含关于光的光谱测定或光谱信息；和/或
- 包含一个或多个声音传感器，其中所述声音传感器能够与工件耦合。
11.一种用于工件的增材制造的方法，其中为了制造，将熔化射束（3）引导到写入面（1）上的写入点（4）上，
所述方法具有以下步骤：
- 借助光场相机（20）的空间分辨检测器（5）记录所述写入面（1）的子区域（8）的至少二维的空间分辨图像，其中所述子区域（8）的位置在制造期间被改变；
- 借助所述检测器（5）基于所述图像产生至少一个检测器信号；和
- 基于所述至少一个检测器信号监控制造；以及
- 评估和/或处理所述至少一个检测器信号。
12.根据权利要求11所述的用于工件的增材制造的方法，此外具有以下步骤：
- 基于所述至少一个检测器信号确定所述子区域（8）的至少一个热特征参数；和
- 根据所述至少一种热特征参数规定或改变用于所述制造的至少一个过程参数。
13.根据权利要求12所述的方法，其中
- 声音信号由与所述工件耦合的声音传感器检测，并且根据所述声音信号执行所述至少一个过程参数的规定或改变；和/或
- 基于从所述写入面（1）发出的光产生光谱仪信号并且根据所述光谱仪信号执行所述至少一个过程参数的规定或改变。
14.一种计算机程序，其具有指令，所述指令在通过计算机系统执行计算机程序期间促使根据权利要求1至10中任一项所述的设备执行根据权利要求11至13中任一项所述的方法。
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