CN107922989B - 利用能量束热处理含铁材料的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于物体的热处理的方法和设备，比如用于硬化具有复杂形状的物体，比如曲轴。该方法包括步骤：将能量束(1)、比如激光束投射到物体(1000)的表面上；操作扫描器(2)以便重复地扫描所述束(1)，以使原光斑(11)根据第一扫描图案移位，以便在物体的表面上建立有效光斑(12)；以及使所述有效光斑(12)相对于物体(1000)的表面移位。所述束遵循在扫描器(2)和物体(11)的表面之间的光路径，并且在光路径中布置束偏转装置(3、3A)，用以重定向所述束。束偏转装置可以靠近物体的表面布置。

Description

利用能量束热处理含铁材料的方法和设备

技术领域

本发明涉及利用能量束处理物体，例如，用于硬化物体的一个或多个表面部分的目的。

背景技术

本领域众所周知的是利用能量束(比如激光束)执行物体的热处理，例如，用以通过将含铁材料加热到低于其熔化温度的高温，随后将其淬火，即将其足够快速地冷却以形成硬马氏体，从而硬化含铁材料，比如中碳钢。利用能量束的热处理也已知用于其它目的，例如，用于软化之前硬化的物体(比如金属片材物体)的一个或多个选择部分。

例如，表面硬化可用于增加材料的耐磨性，并且有时也可以用于增加由残余压缩应力引起的疲劳强度。对于硬化在使用时将经受相当大磨损的表面，例如支承表面，比如曲轴的轴颈表面，表面硬化可能是有用的。

使用能量束(比如激光束)用于工件的热处理，比如表面硬化，涉及到几个优点：激光束基本上独立于工件，容易控制，不要求真空，并且不产生燃烧产物。另外，因为激光束通常仅局部地加热金属产品或工件，所以工件的其余部分可以作为热沉，确保快速冷却，这也称为自淬火：工件的冷的内部可以构成足够大的热沉，从而通过以允许在表面处形成马氏体的足够高速率向内部热传导，而使热表面淬火。因而，可以消除对外部冷却介质(比如冷却流体)的需要。

在例如金属硬化工艺中利用能量束作为热源涉及的一个问题是，加热区域的宽度受在工件表面上投射的光斑的大小限制。已知的是，使用光学器件调整光斑的形状，例如，以提供具有差不多均匀的能量分布的大体上矩形的光斑。作为替代，可以使用扫描装置(比如与驱动装置相关联的扫描镜)以使光斑在轨迹上重复移动，使得热源可以被认为是矩形源，由此例如通过使诸如曲轴的工件旋转，例如产生在工件和束源之间的相对移动，该矩形源可以沿着轨迹移动。

尽管其具有优点，但通常不使用激光硬化，这是因为好像存在这样的看法，即对于该技术的许多实际应用来说，生产率不够高，并且因为很难实现将待加热的所有部件都加热到期望的程度。例如，在表面硬化的情形中，对于确保以必要的深度实现硬化和回火且不因过热造成损伤，正确的加热是至关重要的。

例如，曲轴(发动机中用以将往复的线性活塞运动转变为旋转的部件)是通常被认为很难通过激光来硬化的复杂产品。图1显示了曲轴的示例。曲轴1000是锻造的或铸造的钢产品，具有两个或更多个对中定位的同轴的圆柱形的轴颈1001(也称为“主轴颈”)和一个或多个偏离的圆柱形的曲柄销轴颈1002(也称为“连杆轴颈”)，这些曲柄销轴颈1002通过配重和腹板分离开，所述配重和腹板形成大体垂直于轴颈的表面延伸的壁1005。产品的复杂形状可能使得很难利用激光束正确地“扫描”表面；要硬化的轨迹或区域可能具有不同的宽度，和/或是非对称的，和/或布置在不同的平面中(壁1005和轴颈1001、1002的表面是这样的情形)。而且，关于圆角1004，即轴颈和壁1005之间的过渡，需要特别小心。另外，还必须考虑到油润滑孔1003的存在。

因而现在，对于曲轴的硬化，经常使用高频感应加热，之后进行基于聚合物的水淬火工艺。然而，虽然该工艺被证明对实现期望的硬化是有用的，但是具有一些缺陷。例如，通过感应产生加热的感应器必须根据曲轴的具体构造来设计，这降低了灵活性：使感应机器适应于新型曲轴可能是耗时的且成本高的。而且，就将曲轴加热到期望的程度所需的能量而言，通过感应加热是成本高的。另外，从环境观点来看，冷却工艺是复杂的、成本高的且有挑战的，这是由于要使用到所需的大量冷却流体。此外，诸如冷却流体温度和流量的参数必须被仔细地控制，以确保正确的硬化工艺。

因而，就灵活性、环保、能量消耗和成本而言，使用激光作为热源进行硬化是有吸引力的替代方案。

已经尝试使热处理适应待热处理的物体的特殊性。例如，DE-3905551-A1教导了激光束内的能量分布可以调整以适应被加热的表面的几何形状。该激光束被应用于圆角处的凹形表面。

在本领域中众所周知的是，使用布置在合适位置处的镜以将激光束以合适的入射角引导到待处理的表面上，参考例如，WO-2014/201788-A1、US-2014/0261283-A1、DE-102009034472-A1、WO-2006/114445-A1和JP-59-076816-A2。

在具有复杂表面的产品(比如，凸轮轴或曲轴)的激光表面处理的情形中，必须注意到达及待硬化表面的不同部分的问题。例如，DE-102010048645-A1参考曲轴的硬化工艺论述了达及某些部分的问题，比如朝向轴颈的端部的部分、圆角或靠近圆角的配重的壁。为了实现激光束与待加热的区域中的材料的合适耦合，例如期望在束和表面之间形成合适的角度，例如可能期望激光束与待处理的表面接近垂直或正交。当角度不合适时，激光束可能很大程度上反射出表面，使得能量不被吸收。DE-102010048645-A1论述了这些问题，并且教导了基于使用扫描镜的解决方案，该扫描镜对激光重定向，并且能够被转动以使投影到待处理的表面上的激光光斑相对于该表面移位。

JPS627821A教导了对曲轴的圆角的激光处理，即将激光束分开，以便将圆角的不同部分加热到均匀的温度以用于均匀淬火，并且使用反射镜朝向圆角引导激光束。JPS61227132A也教导了对曲轴的、包括圆角的轴颈的淬火，在此情形中，使用镜来沿着轴颈扫描激光束。

基于能量束来热处理(比如硬化)工件(比如曲轴)的许多现有技术措施基本上是基于将束投射到待处理的表面上，在该表面上产生光斑，从而根据该光斑进行表面的加热，然后使光斑沿着待硬化的表面区域和/或横跨待硬化的表面区域移位，例如沿着所述表面区域上的曲折的轨迹移位，直到整个表面区域已经被加热。

WO-2014/037281-A2的内容通过引用并入本文，其教导了基于对光斑的二维能量分布的动态调整的不同方法，所述光斑例如是通过原光斑的快速且重复的二维扫描而产生的虚拟或有效的光斑。例如，在WO-2014/037281-A2公开的一个实施例中，用于工件表面的激光硬化的方法包括：

将来自激光源的激光束投射到曲轴的轴颈上，以便在所述区域上产生激光光斑；

例如通过旋转曲轴，在工件表面和激光源之间产生相对运动，从而允许由此将激光光斑投射到所述表面区域中的不同部分上；

在所述相对运动期间，横跨轴颈的相应部分在两个维度上重复扫描激光束，以便在轴颈上产生二维等价的有效激光光斑，所述有效激光光斑具有能量分布；

其中该能量分布被调整，使得其在较热敏的子区域、比如在靠近油润滑孔的区域中与在不太热敏的子区域中相比是不同的，以便防止较热敏的子区域的过热。在两个维度上的扫描可以高速进行，使得用以产生有效光斑的扫描图案以超过10Hz、50Hz、100Hz或更大的频率重复。一些特征，诸如扫描图案、原光斑沿扫描图案(例如，沿着扫描图案的不同节段)的速度和/或激光束的功率，可以被动态地调整，以优化进行加热的方式，以便避免例如靠近油润滑孔的区域的过热。扫描器，诸如二维扫描器或三维扫描器，有利地被布置在距轴颈一定距离处，该距离是轴颈的长度的几倍。由此，原激光光斑可以沿着轴颈的表面和横跨轴颈的表面快速移位，而对扫描器的元件(比如扫描镜)的速度没有极高要求。而且，以此方式，激光束到曲轴轴颈上的入射角从轴颈的一端到轴颈的另一端沿着整个轴颈是大体相同的。

图2A-2C显示了当应用WO-2014/037281-A2的教导时，可以如何调整有效激光光斑12的二维能量分布(即，沿着物体的表面和横跨物体的表面的能量分布，即在投射到物体的表面上时沿着有效光斑和横跨有效光斑的能量分布)，以适应油润滑孔。油润滑孔1003定位在曲轴的轴颈的表面中，并且所述表面在平行于曲轴的旋转轴线的第一方向上以及在第二圆周方向W上延伸。在图2A中，使用了大体上矩形的等价有效激光光斑12，该有效激光光斑12具有功率密度较高的前导部分12A和功率密度较低的尾部部分12B。然而，如图2B所示，当油润滑孔1003由于曲轴的表面和激光源之间的(例如，由于曲轴围绕其纵向轴线的旋转而引起的)相对运动而接近有效激光光斑12时，通过朝向前导部分12A的中心降低功率或能量密度，而大体上调整能量分布，以避免靠近油润滑孔1003的区域的过热。此处，有效激光光斑为大体上U形的。随后，一旦油润滑孔1003已经穿过前导部分12A，则恢复在前导部分处的初始能量分布，而通过朝向尾部部分的中心降低能量或功率密度来调整尾部部分12B处的能量分布，以适应油润滑孔1003。此处，有效激光光斑12大体上采用倒U形。也就是说，当油润滑孔穿过有效激光光斑时，能量分布被调整，以便与施加到远离所述油润滑孔的待硬化的表面的能量相比，将较少的能量施加到靠近油润滑孔的较热敏的区域。油润滑孔周围的区域能被硬化，而不会损害到靠近油润滑孔的较热敏的子区域；U形的有效激光光斑的侧向部分用于硬化油润滑孔的侧面处的区域。例如，可以通过调整扫描图案，和/或通过调整束功率沿扫描图案的分布方式(例如，通过调整在扫描图案的不同节段期间启动和关断激光束的方式)，和/或通过调整与扫描图案的不同节段相对应的扫描速度等，来获得图2A-2C示出的能量分布的变化。

图3示意性地示出分别在沿着相应的轴颈的主要部分延伸的区域1001A和1002A中，曲轴的两个轴颈的表面如何被硬化。在硬化的区域1001A的情形中，其从靠近一个圆角1004到靠近另一个圆角1004延伸过主轴颈1001的大部分。所述圆角为底切类型；这种类型的底切通常提供用于通过辊压来处理圆角。

发明内容

有时，可能期望也硬化圆角以及甚至超出圆角的、壁的一部分；该壁通常大体垂直于轴颈的表面。例如，图4示意性地示出沿着曲轴的轴颈的纵向轴线的横截面，其中不仅在圆角之间而且也在圆角处和它们之外进行硬化。如图4中显示的，硬化的区域包括：沿着一个壁1005的部分，在圆角以上延伸的部分1005A；在圆角处的部分1004A；在圆角之间的与轴颈1001的表面相对应的部分1001A；在另一个圆角处的部分1004A；和与相对的壁1005对应的，在该圆角以上的部分1005A。

当尝试使用WO-2014/037281-A2中公开的方法获得这种硬化时的问题是，尽管激光束大体上垂直于轴颈1001的表面，但是其没有大体上垂直于壁1005。这在图5中示意性地示出，图5显示了从示意性示出的扫描器2投射的激光束1，该激光束跟踪在所示的曲轴的一个轴颈上的扫描图案。尽管激光束1将全部沿着轴颈1002而大体垂直于曲轴的表面，但是入射角将由于圆角的曲率而在圆角处不同，并且激光束将实际上大体上平行于壁1005。这在观察图5时可以理解，图5示意性示出了扫描器(例如，二维扫描器2)可如何用于将激光束聚焦到曲轴的轴颈1002上，并且使原激光光斑11跟随扫描图案(在图5中，作为一组平行线示意性地示出)快速移位，以便建立更大的虚拟或有效激光光斑12。只要该有效光斑12被限于圆角1004之间的轴颈的表面，并且只要该有效光斑12被限于在轴颈的圆周方向上的轴颈的相当受限的部分，束1将在整个的有效光斑12内大体上垂直于轴颈的表面。然而，如果有效光斑延伸为覆盖圆角和在圆角以上的壁1005的一部分，将不是这种情况。此处，入射角将不同；实际上，如图5中可以看到的，激光束大体上平行于壁1005。

基于DE-102010048645-A1的教导，该问题的一个可能解决方案将是在壁1005之间将扫描器靠近轴颈1002定位。从而，投射到壁上的激光束将不再大体上平行于壁。然而，该方法将具有其它缺陷。

这些缺陷之一是激光束和轴颈的表面之间的入射角将随着所述束平行于轴颈的纵向轴线沿着轴颈扫过而明显变化。另一且可能较大的缺陷在于这样的事实，即扫描器将需要执行激光束的较大角度扫过。当扫描器比较远离轴颈的表面时，将所述束从轴颈的一端扫到相对的一端可能仅需要相应的一个或多个扫描镜等等的位置的小的变化，比如几度或更小。如果扫描器布置成较靠近表面，则对于给定的扫描图案，镜的角运动必须增大。

而且，对于原光斑沿着扫描图案或沿着扫描图案的节段的给定速度，如果扫描器布置成较靠近表面，则部件(诸如，扫描器的一个或多个镜)的运动速度必须被相应地增加。这可能是有问题的，尤其是如果期望原光斑的高速度(这是通常情况)，因为扫描图案的高重复速率是通常期望的，用以最小化在原光斑沿着扫描图案的相继的扫过之间的温度波动，如在WO-2014/037281-A2中解释的。

本发明的第一方面涉及用于物体的热处理的方法，例如，用于硬化、软化等的目的。在本发明的一些实施例中，该物体是含铁材料，比如钢，诸如中碳钢。在本发明的一些实施例中，该物体是曲轴或凸轮轴。在本发明的一些实施例中，该物体是金属片材物体。

该方法包括加热物体的至少一个选择部分的如下步骤：

将能量束比如激光束投射到物体的表面上，以便在物体的表面上产生原光斑，

操作扫描器以便重复地扫描该束，以使原光斑根据第一扫描图案移位，从而在物体的表面上建立有效光斑，所述有效光斑具有二维能量分布，以及

例如通过使物体的表面相对于扫描器移动或使扫描器相对于物体的表面移动，或者通过以上两种移动，使所述有效光斑相对于物体的表面移位，以逐渐地加热物体的所述至少一个选择部分。也就是说，有效光斑可以被移位，直到已经加热了物体的整个选择部分。

根据本发明，所述束遵循在扫描器和原光斑之间的光路径，并且在光路径中布置束偏转装置，用以将所述束重定向到物体的表面上。

因而，且尽管扫描器本身被布置在与所述束投射到的表面相距一定距离处或明显的距离处(例如，以允许原光斑沿着第一扫描图案的相对快速运动，而扫描器的一个或多个镜或扫描器的其它束偏转装置的运动相对较慢，和/或允许第一扫描图案在至少一个方向上的相对较大延伸范围，而不需要扫描器的相应的一个或多个镜或其它偏转装置的角运动的非常大幅度)，束偏转装置可以布置成更靠近物体的表面，比如相对靠近表面，例如在曲轴的情形中，甚至在配重之间。例如，在本发明的一些实施例中，扫描器可以被布置在距原光斑被投射到的表面100-1000mm处或更大距离处，而束偏转装置可以被布置在距该表面10至100mm的距离处。在本发明的许多实施例中，束偏转装置一般相当小并且其构造是简单的，并且其功能主要是将束朝向待加热的选择部分的不同子部分重定向。例如，当物体为曲轴时，在一个时刻，束偏转装置可以将束朝向曲轴的轴颈重定向，而在另一个时刻，朝向在轴颈的一个端部处的圆角和/或壁重定向，并且在另一个时刻，朝向在轴颈的另一端部处的圆角和/或壁重定向。这些不同的时刻可以对应于来自扫描器的束所遵循的扫描图案的不同部分，也就是说，束扫描图案的不同部分。因而，在束沿着其扫描图案的一个扫过期间，束可以相继地被重定向到轴颈、重定向到在轴颈的一个端部处的圆角和/或壁，以及重定向到在轴颈的另一个端部处的圆角和/或壁。

从而，布置在与曲轴的轴颈相距一定距离处或明显距离处的扫描器可以与激光束和曲线的轴颈、其圆角和相邻的壁部分之间的合适角度组合。例如，在当物体为汽车或卡车的曲轴时的实施例中，扫描器可以典型地布置在距待加热的轴颈100mm至1000mm处或更大距离处，而束偏转装置可以被布置成更靠近轴颈，例如，距轴颈的表面在10mm至100mm的距离处。通常期望的是，束偏转装置的有效表面和轴颈之间的距离不明显大于轴颈的宽度，比如不大于轴颈的宽度的1倍、1.5倍或2倍，以便允许束和待加热的表面的不同子部分之间的合适的入射角。

也就是说，由于束偏转装置的使用，第一扫描图案可以延伸过物体的不同部分，比如延伸过轴颈和圆角以及另外地靠近圆角的壁，而束和相应的表面之间的角度将始终远大于0，例如，始终大于30度、45度、60度或更大。因而，克服了以上关于图5所述的缺陷。束偏转装置因而可以用于在束的扫描期间重定向束。

在本发明的一些实施例中，物体是凸轮轴或曲轴，并且待热处理的选择部分可以包括轴颈，以及在轴颈的端部处的圆角，和/或靠近圆角的壁的部分。

尽管已经参考了例如对物体(比如，曲轴和凸轮轴)进行激光硬化的热处理，但是这些仅是示例。本方法可以适用于不同种类的热处理，并适用于不同种类的物体，其中热处理利用能量束和扫描器来执行。本方法在具有复杂形状的物体的热处理的情形中可以是尤其有利的，例如，当要用扫描器对在空间上具有不同定向的表面部分进行热处理时。

在本发明的许多实施例中，能量束是电磁辐射束，例如激光束。有效光斑可以利用例如WO-2014/037281-A2中描述的任何技术产生和调整，该文献通过引用并入本文。

根据描述的本发明，在给定时刻，由原光斑的扫描产生的有效光斑加热所述选择部分的部分，并且有效光斑在物体的表面上移位，直到选择部分已经根据需要被加热。有效光斑相对于表面的移位可以根据第二扫描图案来执行。也就是说，真实光斑/原光斑，即在任何给定时刻由束产生的光斑，根据第一扫描图案进行扫描以产生有效光斑，并且该有效光斑可以根据第二扫描图案移位。因而，两种类型的移动被组合或叠加：原光斑根据第一扫描图案的移动，和有效光斑根据第二扫描图案的移动，其在本发明的一些实施例中可以是简单的直线。例如，当待热处理的物体是曲轴时，有效光斑可以通过曲轴的旋转而相对于包括圆角和靠近圆角的壁部分的轴颈的表面移位，使得有效光斑在轴颈的圆周方向上移位。

术语“二维能量分布”指的是由能量束施加的能量例如在原光斑沿着第一扫描图案的一个扫过期间在有效光斑上分布的方式。当有效光斑被投射到非平面部分或区域(比如，弯曲部分或区域，例如具有弯曲特征的部分或区域)上时，术语“二维能量分布”指的是能量如何沿着物体的表面以及横跨物体的表面分布，即，指在投射到物体的表面上时，沿着有效光斑和横跨有效光斑的能量分布。

第一扫描图案通常至少由扫描器扫描束所根据的束扫描图案和重定向束的束偏转装置来确定。因而，扫描器和束偏转装置两者组合地确定第一扫描图案，即，原光斑在物体的表面上所遵循的扫描图案。

本发明允许较快速地加热物体的表面的相当大区域，这是由于有效光斑可以具有相当大的尺寸，比如，例如是原光斑的大小(面积)的4、10、15、20或25倍大。因而，与通过在整个区域上简单地移位原光斑、例如遵循正弦图案或蜿蜒图案或遵循直线来执行加热相比，就温度和持续时间而言，将物体的某些范围区域加热到期望的程度可以更快速地实现。使用具有较大面积的有效光斑允许高的生产率，同时仍允许对表面的一个或多个相关部分加热比较大量的时间，从而例如允许不太侵犯性的加热，又不损害生产率。

原光斑的面积可以比有效光斑的面积小得多。例如，在本发明的一些实施例中，至少在工艺的一部分期间，原光斑的大小小于4mm²，比如小于3mm²。在工艺期间可以更改原光斑的大小，以便就质量和生产率而言，优化对物体的每一具体部分进行热处理的方式。

另一方面，使用通过将原光斑在两个维度上根据第一扫描图案重复扫描所产生的有效光斑，使得能够建立具有选择的二维能量分布的有效光斑，该有效光斑大体上独立于使用的具体的光学器件(透镜、反射镜等)，并且该有效光斑可以被定制和调整以从不同的视角(包括热处理的完成速度(例如，就每分钟cm²或每小时的终止单元)和质量)允许增强和优化对物体的加热。例如，热可以被分布成使得有效光斑的前导部分的能量密度高于尾部部分，从而提高达到表面的期望温度的速度，而尾部部分可以用于维持加热足够的时间，以达到期望的深度和/或质量，从而优化有效光斑相对于物体表面的移位的速度，而不放弃热处理的质量。而且，二维能量分布可以例如根据物体的特性来调整，以便在靠近物体的边缘或物体的开口(比如，曲轴中的油润滑孔)的区域中施加较少的热，此处由于热传递引起的冷却是较慢的。而且，有效光斑可以根据物体的三维形状来调整，例如，以使加热适应物体的被加热的区域中的曲率、宽度等，并且使加热适应物体的被加热的部分的构造。有效光斑的形状和/或二维能量分布可以在任何需要时来调整，由此在任一给定时刻使工艺适应于物体的要加热的具体部分。在本发明的一些实施例中，可以例如考虑到周围区域的排热能力，使二维能量分布根据物体上的相应的辐射部位而变化。在本发明的一些实施例中，二维能量分布可以考虑到在产品的不同区域中对产品的期望特性而变化，比如对于硬度、刚性、软度、韧性等等的不同需求。

另外，从例如系统对待生产的不同物体的适应性而言，使用通过原光斑的扫描产生的有效光斑增加了灵活性。例如，可以减少或避免对于更换或调整涉及的光学器件的需求。可以至少部分地通过仅对控制原光斑的扫描且由此控制有效光斑的二维能量分布的软件进行调整，而更频繁地进行调整。

表述“第一扫描图案”不意味在产生有效光斑时，原光斑必须始终遵循同一扫描图案，而是仅旨在将用于产生有效光斑的、原光斑的扫描图案与有效光斑相对于要经受热处理的物体移位或扫描所沿着的扫描图案或轨迹区别开；有效光斑所遵循的扫描图案有时称为第二扫描图案。

在本发明的许多实施例中，原光斑根据第一扫描图案移位的速度或时均速度或平均速度明显高于有效光斑相对于物体的表面的移位的速度。原光斑沿着第一扫描图案的高的速度降低了在原光斑沿着第一扫描图案的每一扫过期间，在有效光斑内的温度波动。

在利用能量束热处理的大部分现有技术系统中，在每一个时刻加热的区域大体上对应于由束投射到表面上的原光斑。也就是说，在大部分现有技术布置中，在每一个时刻加热的区域的大小大体上对应于原光斑的大小，且被加热的轨迹的宽度大体上对应于原光斑在与原光斑的移位的方向垂直的方向上的宽度，这进而由束的源(比如，激光器)和束成形机构(比如，所用的光学器件)来确定。

当然，本发明不排除执行以常规方式利用原光斑操作的热处理的部分的可能性。例如，原光斑可以移位以与待加热的区域的外形或轮廓相对应地执行加热，或者对被加热的物体的某些细部执行加热，而上述的有效光斑可以用于对表面的其它部分或区域、比如待加热的区域的主要部分执行加热。技术人员将根据一些事项，诸如生产率和对仔细定制待加热的区域的外形或正经受热处理的物体的一些部分的需要，而选择将使用有效光斑而非原光斑来执行加热的范围。例如，可以使用原光斑勾勒出待加热的区域的外形，而使用有效光斑对勾勒出的区域内的表面进行加热。在本发明的一些实施例中，在工艺期间，第一扫描图案可以被修改以减小有效光斑的大小，直到其最终对应于原光斑，以及反之。

也就是说，不需要使用有效光斑来执行在物体的热处理期间必须发生的所有加热。然而，热处理的至少一部分利用上述的有效光斑来执行。例如，可以优选的是，在束被施加到物体期间的时间的至少50％、70％、80％或90％期间，施加束以建立上述的有效光斑，即通过根据第一扫描图案重复地扫描原光斑来建立有效光斑。

在本发明的一些实施例中，有效光斑的二维能量分布在有效光斑相对于物体表面的移位期间被动态地调整。从而，例如在曲轴的情形中，能够实现有效光斑对于当前正加热的物体的范围或区的适应性，以便防止靠近油润滑孔的区域的过热。表述“动态调整”用以表示调整可以在有效光斑的移位期间动态地进行。可以使用不同的机构来实现这种动态调整，其中一些机构在下面提到。例如，在本发明的一些实施例中，扫描器可以被操作以实现动态调整(例如，通过调整电镜或其它扫描机构的操作，以便更改第一扫描图案，和/或更改原光斑沿着扫描图案或沿其一个或多个节段或部分的速度)，和/或可以调整原光斑的束功率和/或大小。可以使用开环控制或闭环控制来控制动态调整。动态调整可以影响有效光斑的给定区域中的能量分布方式，和/或有效光斑的实际形状，且因此，影响在给定时刻被加热的区域的形状(不考虑原光斑移动的事实，且仅考虑有效光斑)。例如，有效光斑的长度和/或宽度可以在工艺期间被动态地调整。

在本发明的一些实施例中，通过调整束的功率(比如，选择性地启动和关断束)，来执行有效光斑的二维能量分布的调整。这包括在束源处中断束及其它方案，诸如通过例如利用开闭器干扰束的路径来中断束，以及它们的组合。例如，当使用诸如纤维激光器的激光器时，激光束可以非常快速地启动和关断，因而使得能够通过激光束在遵循扫描图案的同时启动和关断而获得期望的能量分布。因而，可以通过在扫描图案的某些线或线的部分期间启动激光束来实现加热。例如，可以采用像素化方法，根据该方法，通过激光器在第一扫描图案的不同部分或节段期间的启动/关断状态，来确定二维能量分布。

在本发明的一些实施例中，通过调整第一扫描图案来进行有效光斑的二维能量分布的调整。

在本发明的一些实施例中，通过调整原光斑沿着第一扫描图案的至少一部分的移动的速率，来进行有效光斑的二维能量分布的调整。

也就是说，可以通过例如调整束的功率(例如，通过在不同的功率状态之间切换，比如在开启和关断之间切换)，和/或通过调整扫描图案(例如，添加节段或省掉节段，或者更改节段的定向，或者用另一图案完全改变图案)，和/或通过调节束沿着扫描图案、比如沿着扫描图案的一个或多个节段的移动的速率，来调整二维能量分布。在用于调整二维能量分布的不同机构之间的选择可以基于一些情况来进行，诸如装备在束的功率状态之间快速改变的能力，基于扫描器更改要遵循的图案的能力，和/或原光斑沿着扫描图案移动的速度。

在本发明的一些实施例中，在原光斑沿着第一扫描图案的移位期间，和/或在有效光斑相对于正生产的物体的移位期间，动态地调整束的焦点。例如，当使用激光束时，沿着光轴的激光焦点可以在工艺期间被动态地更改，例如用以在原激光光斑沿着第一扫描图案移位的同时，和/或在有效激光光斑相对于物体表面移位的同时，改变或维持原激光光斑的大小。例如，光焦点可以被调整，以在原光斑在物体的表面上移动的同时保持原光斑的大小恒定(例如，用以补偿激光源或扫描器与原激光光斑在物体表面上的位置之间的距离的变化)。

在本发明的一些实施例中，在原光斑沿着第一扫描图案移位期间，和/或在有效光斑相对于物体表面的移位期间，动态地调整原光斑的大小，以便更改有效光斑的二维能量分布和/或大小。

在本发明的一些实施例中，在本方法中的至少一个阶段期间，有效光斑包括的前导部分的能量密度高于有效光斑的尾部部分(当期望快速达到一定温度，并且随后提供足够的能量输入以例如将材料保持在所需的温度下一定量的时间时，这种布置会是优选的)，或者有效光斑包括的前导部分的能量密度低于有效光斑的尾部部分(在期望使材料达到一定温度之前，首先将材料预热一定时间时，该布置会是优选的)。在本发明的一些实施例中，有效光斑包括中间部分，并且该中间部分的能量密度高于有效光斑的前导部分和尾部部分。在本发明的一些实施例中，有效光斑的特征在于大体上均匀的能量分布，其中在整个有效光斑内具有大体上恒定的能量密度。

如上面指示的，二维能量分布可以在执行该方法的同时被动态地调整，例如，使得其相对于物体表面的不同部分是不同的。

在本发明的一些实施例中，原光斑沿着第一扫描图案的时均速度或平均速度大体上高于有效光斑相对于物体表面的移位的时均速度或平均速度。例如，原光斑沿着第一扫描图案的平均速度可以优选地是有效光斑相对于物体移位的平均速度的至少十倍、更优选地至少100倍高。原光斑的高速度降低了在原光斑沿着第一扫描图案的一个扫过期间在有效光斑内的温度波动。

在本发明的一些实施例中，束根据所述第一扫描图案进行扫描，使得所述第一扫描图案被束以大于10、25、50、75、100、150、200或300Hz的频率重复(即，扫描图案的每秒重复率)。高的重复速率对于降低或防止在每一个扫描循环之间(即，在束沿着第一扫描图案的每一个扫过之间)在被有效光斑加热的区域中不期望的温度波动可能是合适的。在本发明的一些实施例中，第一扫描图案保持恒定，且在本发明的其它实施例中，第一扫描图案在束沿着第一扫描图案的一些扫过或所有扫过之间被更改。

在本发明的一些实施例中，有效光斑的大小(即，面积)，比如有效光斑在工艺期间的平均尺寸，或者比如有效光斑在工艺中的至少一个时刻时的大小，比如有效光斑在工艺期间的最大尺寸，是原光斑的尺寸的4、10、15、20或25倍大。例如，在本发明的一些实施例中，具有约3mm²的尺寸的原光斑可以用于产生具有大于10mm²的尺寸的有效光斑，比如大于50mm²或100mm²或更大的尺寸的有效光斑。有效光斑的大小可以在工艺期间被动态地更改，但是大的平均尺寸对于提高生产率通常可以是优选的，并且大的最大尺寸对在工艺的至少一部分期间提高生产率可以是有用的。

本方法可以在电子控制机构(比如，计算机)的控制下执行。

如上面指示的，第一扫描图案至少部分地通过扫描器扫描束的方式(即，束扫描图案)来确定。第一扫描图案还被束偏转装置影响。在本发明的一些实施例中，第一扫描图案和/或束扫描图案是包括多条线的多边形扫描图案。例如，(第一和/或束)扫描图案可以是多边形，比如三角形、正方形或矩形、五边形、六边形、七边形、八边形等。多边形不需要是正多边形，例如，在一些实施例中，构成多边形的线可以是或多或少弯曲的，并且这些线相遇处的、多边形的边缘可以被倒圆，等等。

在本发明的一些实施例中，第一扫描图案和/或束扫描图案包括多条线，比如多条直线或曲线，在本发明的一些实施例中，该多条线布置成大体上彼此平行。在本发明的一些实施例中，存在两条、三条、四条或更多条的这些线。

在本发明的一些实施例中，第一扫描图案和/或束扫描图案包括至少三个节段，并且能量束的所述扫描被执行，使得所述束和/或原光斑遵循所述节段中的至少一个比遵循所述节段中的至少另一个更频繁。该布置是有利的，因为其提高可以使用扫描图案以提供足够的且(在期望时)对称的或大体上对称的能量分布的方式和灵活性。例如，一个所述节段可以用作当束在两个其它节段之间移动时所遵循的路径或桥接部，使得由束投射的光斑在扫描图案的不同部分(比如末端和开始)之间的转移可以利用扫描图案的节段(比如中间节段)用于该转移来执行，由此通常可以在没有关断束的情况下且在没有扭曲二维能量分布的对称(当期望这样的对称时)的情况下进行转移。

在本发明的一些实施例中，扫描图案包括在第一方向上相继分布的至少三条大体上平行的直线或曲线，所述线通常在第二方向上延伸，其中所述至少三条线包括在所述第一方向上相继布置的第一线、至少一条中间线和最后的线，其中束的扫描被执行，使得束和/或原光斑与所述束遵循所述第一线和/或所述最后的线相比更频繁地遵循所述中间线。也就是说，例如，束可以平均来说遵循所述中间线两倍于其遵循所述第一线和所述最后的线，例如，每次束从第一线朝向最后的线移动以及从最后的线朝向第一线移动时，束都会沿中间线行进。也就是说，当束和/或投射的光斑在第一线和最后的线之间移动时，一条或多条中间线可以作为被束和/或投射的光斑遵循的一种桥接部。

该布置已经被发现是可行的并且易于实施，并且已经发现，通常可以通过调整扫描速度，且基本上不调整束的功率，来实现足够的能量分布。还可以在扫描期间更改束的功率以便定制能量分布，但是功率的快速切换不总是可能的或期望的，并且使束(比如激光束)在扫描循环的相当大部分期间在低的功率水平下或被关断可能意味着装备的容量的次优使用，这在装备(比如激光器装备)用于物体的热处理时是严重的缺陷。因而，通常期望完全在接通状态下使用束操作，以充分利用可用的功率。

通常期望的是，使用以此方式布置的三条或更多条线，即，在不同于(例如，垂直于)线延伸的方向的方向上相继布置的三条或更多条线，以便不仅在沿着线的方向上，而且也在其它方向上，实现有效光斑的相当大延伸范围，以便使有效光斑足够用于将足够宽的区域加热到足够高的温度，并且在足够的时间期间将温度维持在一个或多个期望水平下，同时允许有效光斑以相对较高的速度行进，从而允许高的生产率。因而，有效光斑在二维上的相当大的延伸范围通常是有利的。

在本发明的一些实施例中，第一扫描图案或束扫描图案包括在第一方向(比如，有效光斑在工艺期间行进所沿的方向)上相继布置的至少三个大体上平行的线或节段，所述线在第二方向(比如垂直于第一方向的方向)上延伸。在本发明的一些实施例中，所述至少三条线包括在所述第一方向上相继布置的第一线、至少一条中间线和最后的线，并且束的扫描被执行，使得束和/或投射的光斑根据一种序列沿着所述线扫描，根据该序列，束和/或光斑在沿着所述第一线前进之后，依序遵循所述中间线、所述最后的线、所述中间线和所述第一线前进。

上述定义不意味着扫描必须以第一线开始，而仅是示出束和/或光斑跟踪或遵循扫描图案的上述线的序列。而且，不排除在遵循上述的一些线或所有线之间(比如在之前或之后)，束和/或光斑可以遵循其它线(比如将第一线、最后的线和中间线相互连接的线)和/或另外的中间线。

也就是说，在这些实施例中，在沿着第一线移动之后，束和/或光斑在再次沿第一线移动之前总是跟随所述中间线两次。尽管更直接向前的方法可能已经用于执行扫描，使得在所述最后的线之后，束和其投射的光斑直接地返回到所述第一线，但是已经发现，根据本发明的这些实施例遵循的序列对于实现围绕在所述第一方向延伸的对称轴线的对称能量分布是合适的。

在本发明的一些实施例中，扫描图案包括多条所述中间线。可以根据例如由束投射的原光斑的大小和有效光斑例如在第一方向上的期望延伸范围，由操作者或工艺设计者或装备设计者来选择线的数量。例如，在一些实施例中，最小数量的线可以是三条线，但是在许多实际实施中，当对第一线、最后的线和中间线进行计数时，可以使用更大数量的线，比如四条、五条、六条、十条或更多条。在本发明的一些实施例中，在有效光斑沿着将进行加热的表面部分行进的同时，线的数量被更改以更改能量分布。

在本发明的一些实施例中，束和/或原光斑沿着所述至少一条中间线比沿着所述第一线和所述最后的线以更高的速度移位。这通常是优选的，以便至少在工艺的一部分或相当大部分期间，在所述第一方向上实现足够的能量分布。当沿中间线移动时，或至少当沿中间线中的一条或一些移动时，束的更高速度补偿以下事实：束沿所述中间线移动两倍于束沿着第一线和沿着最后的线移动。例如，在本发明的一些实施例中，束和/或原光斑沿中间线移动的速度可以是束/光斑沿第一线和/或最后的线的速率的约两倍。对于不同的中间线，速度可以是不同的。每一条线的速度可以根据在第一方向上期望的能量分布来选择。现在，在有效光斑沿将进行加热的区域行进的同时，有效光斑沿扫描图案的不同的线或节段移位的速度可以被动态地更改，例如，以调整能量分布来优化工艺进行的方式，例如，以便提高例如硬化和/或回火的产品的质量。

在本发明的一些实施例中，扫描图案还包括在第一线的末端、最后的线的末端和中间线的末端之间在所述第一方向上延伸的线，由此束和/或原光斑当在所述第一线、所述中间线和所述最后的线之间移动时，遵循在所述第一方向上延伸的所述线前进。在本发明的一些实施例中，至少在工艺的一部分期间，束/光斑沿在第一方向上延伸的所述线比沿所述第一线和所述最后的线以更高的速度移位。

在本发明的一些实施例中，在不启动和关断束和/或在维持束的功率大体上恒定的同时，束沿着扫描图案移位。这使得能够在高的速度下执行扫描，而不考虑装备(比如激光器装备)的容量，以在不同的功率水平之间(比如在接通和关断之间)切换，并且其使得能够使用可能不允许在功率水平之间非常快速的切换的装备。而且，其允许有效地使用可用的输出功率，即就功率而言有效地使用装备的容量。

在本发明的一些实施例中，第一扫描图案可以根据WO-2014/037281-A2的教导来实施，例如，根据关于其图9-11的教导。

在本发明的一些实施例中，光路径包括在扫描器(例如，扫描器的最后扫描镜或聚焦透镜)和束偏转装置之间延伸的第一部分和在束偏转装置和原光斑之间延伸的第二部分，所述第二部分小于所述第一部分。也就是说，基本上，束偏转装置与靠近扫描器相比更靠近原光斑布置。如上面指示的，通常期望的是，使扫描器在距原光斑被投射到的表面相当大距离处，以允许广泛的第一扫描图案和/或原光斑沿扫描图案的高的速度，而不需要扫描器的束偏转部件(比如扫描器的一个或多个镜)的宽的且快速的角运动。相反，通常期望的是，使束偏转装置较靠近待热处理的表面部分，例如，在曲轴的情形中，可以优选的是，使束偏转装置布置成使得在曲轴的旋转期间，其将被布置在靠近轴颈的配重或壁之间，使得束可以在尽可能接近90度、优选地大于30度且甚至更优选地大于45度的角度下从束偏转装置重定向，并被重定向到曲轴的壁、圆角上，且也被重定向到曲轴的轴颈上。在机动车比如汽车和卡车的曲轴的情形中，第一部分有时可以优选地是在200-1000mm或更大的范围中，而第二部分优选地是在10-100mm的范围中，包括范围的端点。在其中物体是曲轴的、本发明的一些实施例中，束偏转装置的有效表面(即，反射束的表面，例如)优选地被布置在距待加热的轴颈的表面一定距离处，该距离不超过轴颈的宽度(即，轴颈沿其纵向轴线的长度)的1倍、1.5倍或2倍。

在本发明的一些实施例中，束偏转装置是镜。镜是例如用于重定向光束(比如，激光束)的合适的束偏转装置。

在本发明的一些实施例中，束偏转装置包括多个区域，并且操作扫描器的步骤包括将束引导到所述多个区域中的至少两个不同的区域，所述多个区域中的每一个对应于所述第一扫描图案的至少一个部分。例如，所述区域可以包括弯曲镜的不同区域，或者相对于扫描器以不同的角度定向的、镜的不同的平坦或大体上平坦的区域或节段。因而，在束使原光斑遵循第一扫描图案的扫描期间，束可以被束偏转装置朝向物体的不同部分偏转，例如，在第一扫描图案的一个部分期间，束可以朝向曲轴的轴颈和/或圆角偏转，并且在第一扫描图案的其它部分期间，束可以被引导向圆角和/或靠近圆角的壁。

在本发明的一些实施例中，镜包括具有不同的空间定向(即，相对于扫描器以不同的角度定向)的至少三个不同的大体上平坦的表面部分，使得这些表面部分中的每一个可以布置成将束朝向物体的选择部分或区域重定向。从而，在利用扫描器扫描激光束期间，束可以相继地首先被一个所述部分偏转，然后被所述部分中的另一个偏转，并且然后被所述部分中的第三部分偏转，因而被朝向待热处理的物体的不同部分重定向。平坦的镜部分的使用有时可以是优选的，用以降低原光斑的形状的变形。在其中物体是曲轴的、本发明的一些实施例中，三个不同的大体上平坦的表面部分包括第一表面部分、第二表面部分和第三表面部分，并且所述方法包括使用第一表面部分朝向曲轴的轴颈引导束，使用第二表面部分朝向在轴颈的第一端部处的圆角和/或壁引导束，以及使用第三表面部分朝向在轴颈的第二端部处的圆角1004和/或壁引导束。已经发现，以此方式，利用以合适的角度被引导向相应的表面部分的束，尤其是远非平行于这些表面部分的束来加热轴颈以及壁以及圆角变得可能，从而克服了关于图5解释的问题。例如，在束偏转装置靠近轴颈布置(比如，距轴颈的距离类似于轴颈的宽度)的情况下，角度可以保持在30度以上，优选地45度以上。

在本发明的一些实施例中，第二表面部分和第三表面部分以大于100度且小于170度的角度面向彼此布置。从而，这些部分中的每一个可以用于将束引导向最远离它的圆角，即这些表面部分中的左侧表面部分可以将束朝向右侧重定向，并且这些表面部分中的右侧表面部分可以将束朝向左侧重定向，从而有利于束在尽可能接近垂直的角度下、优选地大于45度的角度下到达圆角和/或壁。

在本发明的一些实施例中，镜包括用于偏转束的至少一个弯曲部分。具有曲率的镜，比如具有包括圆形节段形状的横截面的镜，比如大体上U形或抛物面镜，可以具有某些优点，比如束的重定向可以在没有突然跳变的情况下发生，所述跳变比如是由于在彼此成角度布置的两个平坦部分之间的边界处的不连续性，而在束从上述实施例的平坦部分中的一个朝向平坦部分中的另一个移位时发生的跳变。然而，弯曲镜的缺点是其可能扭曲原光斑的形状。这可能通常是不期望的。

在本发明的一些实施例中，物体是曲轴1000，并且束偏转装置被布置成使得：当执行所述方法时，至少在某些时刻，束偏转装置被布置在曲轴的两个壁或配重之间。扫描器和束偏转装置的上述组合的优点是，在一些实施例中，束偏转装置可以被布置成非常靠近待热处理的曲轴的轴颈。例如，束偏转装置可以具有相对较小的尺寸，和非常简单的构造，比如具有彼此成角度布置的两个或更多个反射表面的镜的形式，或者具有仅一个弯曲表面的镜。

在本发明的一些实施例中，束偏转装置和扫描器彼此同步地移位。例如，束偏转装置可以直接地或间接地附接到或联结到扫描器，使得其与扫描器一起移动，或者束偏转装置可以通过单独的驱动机构移位，例如通过与扫描器的那些驱动机构同步的驱动机构。束偏转装置和扫描器可以作为一个单元操作，并且可以相对于物体作为一个单元移位，例如，在开始对物体的一部分的热处理之前，例如，将扫描器和束偏转装置定位在沿着物体的合适的纵向位置中，比如对应于曲轴的选择的轴颈；和/或在所述热处理期间，例如，以便在曲轴围绕主轴颈的轴线旋转期间维持距连杆轴颈的表面的距离。

在本发明的一些实施例中，束偏转装置相对于扫描器静止。这意味着束偏转装置不主动地用于移位原光斑。而是，原光斑的移位由扫描器控制。束偏转装置仅用于偏转从扫描器接收的束。束偏转装置可以包括用于将束朝向物体的不同部分或子部分重定向的多个区域。因而，对于给定的束偏转装置，第一扫描图案基本上由扫描器扫描束的方式来确定。在本发明的其它实施例中，束偏转装置可以是可移动的，例如与扫描器执行的扫描同步移动，以便有助于原光斑沿第一扫描图案的移位。

在本发明的一些实施例中，扫描器被操作用于在二个维度上扫描束，以便提供具有在第一方向的宽度和在第二方向的长度的有效光斑。由此，所述宽度和所述长度两者可以明显大于原光斑的最大直径。这种方法的优点已经在上面解释。

在本发明的一些实施例中，有效光斑通过物体的旋转而相对于表面移位。例如，当物体为曲轴时，曲轴可以沿其纵向轴线旋转，使得有效光斑在轴颈的圆周方向上沿轴颈移动，并且可选地也沿圆角和壁的相邻部分移动。因而，例如在一些实施例中，轴颈(包括圆角和壁的部分)的硬化可以通过有效光斑在圆周方向上围绕轴颈扫过一次来实现。

在本发明的一些实施例中，二维能量分布在所述有效光斑的移位期间被动态地调整，以便避免较热敏的子区域(比如靠近曲轴的油润滑孔的区域)的过热。

本发明的另一方面涉及用于物体(例如，曲轴)的热处理的设备。该设备包括：

-用于支撑物体的机构；

-用于产生能量束的机构；

-扫描器，其用于将能量束引导到物体的表面上，以便在所述表面上产生原光斑，扫描器被布置成使束在两个维度上重复地扫描，以使原光斑根据第一扫描图案移位，从而在物体的表面上建立具有二维能量分布的有效光斑，

-用于使有效光斑相对于物体的表面移位(例如，通过使物体的表面相对于扫描器移动，或者使扫描器相对于物体的表面移动，或者通过以上两种移动；例如，在曲轴的情形中，曲轴可以被旋转以便将轴颈的圆周的不同部分暴露给扫描器)的机构，以逐渐地加热物体的至少一个选择部分(即，有效光斑可以被移位，直到物体的选择部分已经被加热)，

-以及束偏转装置，其布置成用于接收来自扫描器的束，并且朝向物体重定向束。

该布置涉及的优点从我们以上的方法描述中是清楚的。束偏转装置有利地被布置为，使得在从扫描器(比如，从扫描器的最后的扫描镜或聚焦透镜)到原光斑被投射到的表面(比如曲轴的轴颈)上的位置的光路径中，第一部分对应于从扫描器到束偏转装置的部分，并且第二部分对应于从束偏转装置到物体的表面的部分，即原光斑。第一部分优选地比第二部分长，比如两倍长、三倍长或更多倍长。例如，在通常涉及曲轴和涉及特别是用于汽车或卡车的曲轴的许多实际应用中，第一部分等于或大于200mm，比如200mm至1000mm或更大，第二部分等于或大于10mm，但不超过100mm。

附图说明

为了完成说明书并且为了提供本发明的更好理解，提供了一组附图。所述附图形成说明书的整体部分并且示出本发明的实施例，这些实施例不应被解释为限制本发明的范围，而是仅仅作为如何实现本发明的示例。附图包括以下图：

图1是本领域已知的曲轴的示意性透视图。

图2A-2C示意性地示出根据WO-2014/037281-A2已知的现有技术方法，在硬化油润滑孔周围的区域时，有效激光光斑的能量分布被如何调整。

图3是在激光硬化轴颈的在圆角之间的表面之后，沿着曲轴的两个轴颈的纵向轴线的横截面的示意图。

图4是在激光硬化从一个圆角上方的部位、沿着轴颈延伸到另一个圆角上方的部位的表面之后，沿着曲轴的两个轴颈的纵向轴线的横截面的示意图。

图5是曲轴的示意性透视图，激光束根据WO-2014/037281-A2的教导投射到该曲线上，从而通过使原光斑沿着扫描图案扫描而产生有效激光光斑。

图6是根据本发明的一个可能实施例的系统或设备的示意性透视图。

图7是根据本发明的第一实施例的束偏转装置的透视图。

图8是显示了图7的束偏转装置可以如何布置成使束朝向工件重定向的侧视图。

图9A-9D示意性地示出图7的束偏转装置如何在原激光光斑沿着第一扫描图案扫过期间将束偏转到曲轴的不同部分上。

图10是根据本发明的另一个实施例的束偏转装置的透视图。

图11A和图11B是根据本发明的另一个实施例的设备的部分的示意性透视图。

图12A和图12B是在原光斑沿着第一扫描图案的扫描的两个不阶段期间，根据本发明的该实施例的设备的部分的示意性侧视图。

图13A和图13B分别是在图12A和图12B显示的阶段期间，设备的细节的示意性透视图。

图14示意性地示出通过包括多个平行线的扫描图案产生的有效激光光斑。

图15A和图15B示出包括多个平行线的一种可能的束扫描图案。

图16A和图16B示出根据本发明的实施例的用于产生有效激光光斑的束扫描图案。

图17A和图17B示出根据本发明的另一个实施例的用于产生有效激光光斑的束扫描图案。

图18示意性地示出根据本发明的一种可能实施例的束扫描图案和第一扫描图案之间的关系。

具体实施方式

图6示出根据本发明的一种可能实施例的设备。该设备包括容纳激光源(以100示意性地示出)的框架结构，该激光源经由光导24将激光提供到安装在扫描器滑架101上的扫描器2，扫描器滑架101能够通过第一扫描器滑架驱动机构102，例如通过伺服马达或任何其它合适的驱动机构，在竖直方向上平行于设备的竖直Z轴线移位。另一方面，扫描器2还可以水平地、平行于设备的水平X轴线、沿着水平轨道104被驱动，被第二扫描器滑架驱动机构103、比如另一伺服马达或其它合适的驱动机构驱动。

另一方面，设备包括两个工件滑架200，每一个工件滑架能够并行地容纳两个工件1000(在该实施例中，工件是曲轴)，并且包括用于沿着中心轴线(在该实施例中，中心轴线对应于穿过曲轴的主轴颈的中心的纵向轴线)旋转每一个工件的驱动机构(未显示)，所述轴线平行于设备的X轴线。另一方面，每一个工件滑架200与工件滑架驱动机构201(比如，伺服马达或任何其它合适的驱动机构)相关联，该工件滑架驱动机构201布置成用于水平地、平行于设备的Y轴线、垂直于X轴线移位工件滑架。

对水平方向和竖直方向的引用仅用于简化解释，并且轴线的任何其它定向是明显可能的，且在本发明的范围内。

在本案中，激光源100和扫描器2首先用于硬化在工件滑架200中的第一个工件滑架中的一个工件1000的表面的相关部分，然后它们用于硬化在工件滑架200中的所述第一个工件滑架中的另一个工件1000的表面的相关部分，并且然后扫描器沿着轨道104移动以面向工件滑架200中的第二个工件滑架，以用于硬化布置在其中的工件1000的表面。当扫描器2在工件滑架中的第二个工件滑架中的工件上操作时，在工件滑架中的第一个工件滑架中的工件可以被卸载，并且由待被扫描器处理的新工件替换。

明显地，存在许多可替代的可能性。例如，可能每一个工件滑架有仅一个工件，或者可能每一个工件滑架有多于两个工件。可能每一个工件滑架有一个扫描器(即，可以对轨道104添加具有其相应的扫描器的第二扫描器滑架)。而且，如图6中布置的几个布置或其变型可以并行布置。而且，每一个扫描器滑架101可以设有多于一个扫描器2，使得在工件滑架中的几个工件可以同时经受激光硬化处理。扫描器的数量、工件滑架的数量和工件的数量之间的关系可以选择，以优化系统中的更昂贵部件的使用，以及优化生产率，例如通过允许在不停止系统的操作的情况下加载和卸载工件来实现。在本发明的一些实施例中，可以使用多个扫描器同时地将激光束引导到同一曲轴，例如，以同时作用于曲轴的不同轴颈或曲轴的相同轴颈。

在本发明的一些实施例中，在连杆轴颈1002的热处理期间，连杆轴颈1002的中心轴线从主轴颈的中心轴线径向地移位，在工件滑架200中的相应的曲轴工件1000的旋转期间，扫描器2平行于Z轴线竖直地移动，并且工件滑架200平行于Y轴线水平地移动，以便保持扫描器和激光束被投射到的表面之间的恒定距离。在本发明的其它实施例中，曲轴可以平行于Z轴线和Y轴线移动。另外地或者替代地，扫描器可以布置成平行于Z轴线和Y轴线移动。

第一激光器滑架驱动机构102和第二激光器滑架驱动机构103的操作，以及工件滑架驱动机构201和用于旋转工件滑架200中的工件1000的驱动机构的操作，可以通过电子控制机构比如计算机、计算机系统或PLC(图6中未显示)来控制。

扫描器包括用于修改激光束的方向的元件。这样的扫描器在本领域是众所周知的，并且通常包括一个或多个扫描镜，该一个或多个扫描镜的角度可以根据扫描函数(比如，正弦函数、三角形函数，等等)在计算机的控制下来调整。单轴扫描器(例如，具有围绕一个轴线可枢转的扫描镜的扫描器，或类似扫描器)可以用于平行于X轴线扫描激光束，即，垂直于由于工件1000的旋转而使工件1000的表面相对于扫描器2运动的方向。因而，横跨表面的相关部分的快速扫描可以产生虚拟光斑，该虚拟光斑在X方向的延伸范围与比在没有扫描时光斑的延伸范围大很多：因而，初始光斑被转变为较宽的虚拟光斑或有效光斑(在X方向具有较大的延伸范围)，但是具有较小的功率密度，因为束的功率被分布在较大面积上。

在两轴扫描器的情况下(例如，在具有双轴镜或两个单轴镜的扫描器的情况下)，激光束可以在两个方向移动，例如，一方面平行于X轴线，且另一方面平行于Y轴线，以及其组合。因而，除垂直于表面相对于扫描器运动的方向扫描表面之外，即除在X轴线方向上“沿着”轴颈的表面扫描表面之外，激光束也可以在其运动的方向上、即平行于Y轴线扫描表面；从而，曲轴的轴颈的表面也可以在轴颈的圆周方向上被扫描。而且，激光束可以描绘组合了在X方向上的运动和Y方向上的运动的路径(即，在沿圆周方向投射到曲轴的圆形轴颈上时)。从而，束可以遵循具有复杂形状的路径，比如三角形、椭圆形、梯形等。因而，利用扫描器的能力，可以产生在X方向和在Y或圆周方向上具有期望的延伸范围和形状的虚拟或等价的有效激光光斑。在所谓的XYZ扫描器的情形中，除在X方向和Y方向上的运动的可能性之外，设置了聚焦透镜，该聚焦透镜可以通过某种驱动机构在Z方向上移位，从而允许激光光斑的大小的动态调整。从而，光斑的位置及光斑的大小两者都可以被控制和调整以优化硬化工艺。而且，作为替代或除聚焦透镜等等的移位之外，激光光斑的大小可以通过利用第一扫描器滑架驱动机构使扫描器平行于Z轴线移动来控制和调整。而且，系统可以包括用于改变激光光斑内的功率分布的机构，如从例如上面提到的DE-3905551-A1已知的。

在图6中，束偏转装置3已经示意性地示出为附接到扫描器。在本发明的其它实施例中，束偏转装置3与扫描器分开地设置，例如，设有其自己的驱动机构，以便例如与扫描器同步地定位。

图7示出根据本发明的一种可能实施例的束偏转装置3，其为具有三个不同的平坦或大体上平坦表面部分31、32、33的镜的形式，该三个不同的平坦或大体上平坦表面部分31、32、33以不同的空间定向布置，即相对于例如扫描器以不同的角度布置。镜还包括连接束偏转装置以接收冷却流体的连接件34。

图8是示意性地示出如同图7的镜的镜3如何可以布置在扫描器(未显示)下方以使束1朝向工件1000反射且从而重定向的侧视图。

图9A-9D显示了根据本发明的一个实施例，如何使用三个不同的表面部分来在原光斑沿着第一扫描图案的一个扫过期间，将束重定向到曲轴的、在待由束热处理的轴颈1001的区域中的不同部分。在图9A中，显示了扫描器(未显示)如何引导激光束以经由束偏转装置将原光斑投射到曲轴的表面上。此处，束照射到镜的上右表面部分33上，如由箭头表示的，其将束朝向轴颈的左圆角1004重定向并重定向到壁1005。在图9B中，可以看到束如何照射到镜的下表面部分31上，由此束被重定向到轴颈的表面上。在图9C中，原光斑继续其沿着第一扫描图案的移动，仍由镜的下表面部分31反射，并且因而仍被引导到轴颈的表面上。然而，在图9D中，束被镜的上左表面部分32反射，并且从而朝向右圆角1004和壁1005重定向。

从图9A-9D可以容易理解，在原光斑沿着第一扫描图案的一个单次扫过期间，通过扫描器的合适操作，束如何可以以较大的角度(比如约45度或更大)照射到轴颈1001的表面上、圆角1004上且还有壁1005的相邻部分上，该较大角度明显大于根据图5的束将照射到壁上的角度。明显地，图9A-9D的布置意味着在第一扫描图案中将存在跳变(例如，在图9A和图9B之间，从轴颈的左部分到右部分)，但是这对于许多其它扫描图案(包括从WO-2014/037281-A2已知的那些中的许多扫描图案)也是真实的。

如在WO-2014/037281-A2中，第一扫描图案可以在有效光斑沿着轴颈的圆周移位期间被动态地调整，使得二维能量分布在存在油润滑孔1003时与在被有效光斑加热的区域中不存在这样的油润滑孔时是不同的。

图10示意性地示出束偏转装置3A的另一个实施例，此处该束偏转装置3A具有伸长的镜表面35，该伸长的镜表面35具有对应于圆形或类似形状的节段的横截面。这种连续镜表面(即，没有在图7的镜3中在三个表面部分31、32和33之间存在的不连续性)的优点是，可以避免在束的方向上的突然的跳变或不连续性。然而，镜3A的弯曲表面趋于使原光斑的形状变形，这在某些情形中可能是不利的。

显然，束偏转装置可以以无限数量的方式配置，例如组合了平面表面部分和弯曲表面部分，和/或组合了具有不同曲率和/或可变曲率的表面部分。技术人员将能够考虑到例如待处理的物体的特性来选择束偏转装置的合适几何形状。

图11A和图11B示出本发明的可替代实施例，其中使用了与图7的束偏转装置相类似的束偏转装置3，但是其中较宽的表面部分31布置在两个较窄的表面部分32、33上方。在图11A中，显示了束偏转装置3如何借助于简单的L形附接装置附接到扫描器2。可以使用任何其它合适的附接装置，并且在本发明的其它实施例中，束偏转装置可以与扫描器分离，附接到系统的其它部分，例如附接到使束偏转装置与扫描器2同步地移位的单独的驱动机构。在图11A和图11B中，可以看到示意性地示出的激光源24如何提供激光束1，该激光束1在穿过准直透镜25之后穿过扫描器2，在扫描器2处，使用了两个扫描镜21和22(在图11B中显示)，以在二个维度上扫描激光束1。激光束从扫描镜被引导穿过聚焦透镜23，被引导到束偏转装置3上，该束偏转装置3具有三个反射表面部分31、32和33。束偏转装置将束1反射到曲轴的表面部分上，以便加热所述部分以进行硬化。在此情形中，该部分对应于连杆轴颈1002。

激光束根据束扫描图案来扫描，并且通过束偏转装置被反射，使得投射的原光斑在工件表面上遵循合适的第一扫描图案。在图12A和图13A中，可以看到在束的扫描期间，在工艺的一个阶段上，束如何被引导到束偏转装置的表面部分31上，束从该表面部分被反射到轴颈的表面上，使得原光斑11沿着和/或横跨轴颈1002的表面移动。在图12B和图13B中，束1已到达表面部分32，使得其朝向圆角1004和侧壁部分1005重定向，从而加热这些部分。因而，在束沿着束扫描图案的一次扫过期间，原光斑11沿着第一扫描图案移动，从而加热轴颈1002的一部分以及在轴颈的两个端部处的圆角1004和壁1005的一部分。

从该描述和从例如图11A-13B容易理解，利用合适地布置的束偏转装置3，束将以例如在45度和90度之间的角度始终到达相应的表面部分(轴颈、圆角、壁)。例如，可以优选的是，镜布置在距轴颈一定距离处，该距离约为轴颈的宽度，优选地不大于所述宽度，或者不大于所述宽度的1.5倍，或不大于所述宽度的两倍。

在图12A中，已经表示了光路径的第一部分X1(在一方面的扫描器的最后一个镜22或扫描器的聚焦透镜23和另一方面的束偏转装置的表面之间)和光路径的第二部分X2(在束偏转装置3的表面和投射到待处理的物体的表面上的原光斑之间)。典型地，第一部分X1明显大于第二部分X2，比如大于X2的两倍。例如，在硬化用于车辆(比如汽车)的曲轴的情形中，X1可以典型地优选地在200mm至1000mm或更大的范围中选择，而X2典型地在10mm至100mm的范围中选择。

从上述还清楚的是，第一扫描图案，即原光斑11在物体的表面上遵循的扫描图案，可以明显不同于束在束偏转装置之前遵循的扫描图案。

如上面解释的，对于给定的原光斑大小，有效光斑在行进方向上的较大延伸范围可以通过提供这样的扫描图案来实现，即该扫描图案包括在行进方向上彼此相继布置的多于两条线，比如在图14中示意性地示出的，其中有效激光光斑12通过多条平行线产生，该多条平行线在与有效激光光斑和处理的表面之间的第一相对运动方向垂直的第二方向上延伸(例如，在上述的实施例中，第一方向可以是曲轴的轴颈的表面的圆周方向W)。

这样的扫描图案可以通过如下方式实现：使原光斑在垂直于第一方向(有效光斑的行进方向)的第二方向重复地扫描，在每一个扫描步骤之间使束在第一方向上移位小的距离，以便跟踪多条平行线。一旦原光斑已经完成扫描图案，其将返回到其初始位置，并且再次执行扫描图案。这发生的频率优选地是高的，以便避免有效光斑12内的不期望的温度波动。

根据束偏转装置的设计，例如，根据束偏转装置的表面的形状和在所述表面中是否存在不连续性，在束偏转装置之前由束遵循的束扫描图案可以或多或少地不同于原光斑在物体的表面上遵循的第一扫描图案。

在激光束朝向待遵循的新的线移位时，和/或在完成扫描图案的最后的线与返回到扫描图案的第一线之间，可以关断激光束。然而，启动和关断激光束需要时间，并且可使扫描频率变慢。而且，就激光用于加热的有效使用而言，激光束被关断期间的时间是损失的时间。

图15A和图15B示出一种可能的束扫描图案，其包括扫描图案的三个主线a-c(作为连续线示出)，虚线示出激光光斑或束在所述线之间遵循的路径。在图15B中，箭头示意性地示出实际的激光光斑/束在待硬化的表面上行进同时遵循扫描图案的方式。

现在，该扫描图案涉及的问题在于，如果原光斑遵循该扫描图案，则热分布将不对称。如果在图案的结尾处，当完成最后的线c时(即，从图15B中的线c的箭头的头部)，激光束竖直地返回到线a，则存在同样的问题。

关于W轴线更对称的能量分布可以利用根据图16A和图16B之一的扫描图案来获得，该扫描图案同样包括通过线d相互连接的三个平行线a-c，实际的激光光斑当在这些平行线之间移动时遵循线d。如在图16B中示出的，激光束从第一线a开始行进如下：a-d1-b-d2-c-d3-b-d4。

也就是说，光斑沿着中间线b行进两倍于光斑行进穿过第一线和最后的线：对于每次光斑沿着第一线a和最后的线c行进，光斑沿着中间线b行进两次。从而，可以获得相对于W轴线、即例如相对于曲轴的轴颈的圆周方向的完全对称的扫描图案。

沿着W轴线的能量分布可以通过调节例如线a-c之间的距离和激光束或光斑沿着线行进的速度来设定。在不启动和关断激光束或者实质上不调整激光束的功率的情况下，通过调节速度和/或扫描图案，可动态调整能量分布。因而，能量分布的定制可以通过调整线(比如，第一线、最后的线和中间线a-c)的分布，以及通过调整沿着扫描图案的不同节段a-d(包括d1-d4)的束的速度来实现。节段的分布和节段的速度可以在有效激光光斑沿着待硬化的表面区域(比如围绕曲轴的轴颈)行进的同时被动态地修改，以便调整能量分布以避免较热敏的子区域的过热，比如靠近油润滑孔的子区域，或有效激光光斑围绕待硬化的表面区域(比如曲轴的轴颈的表面)的圆周在其行进结束之前接近的先前硬化的区域。而且，可以通过在有效激光光斑沿着待硬化的表面的行进期间添加或删除节段来调整扫描图案。

相同的原理可以适用于其它扫描图案，比如图17A和图17B的扫描图案，其包括另外的中间线b。此处，实际的激光光斑s遵循的路径为a-d1-b-d2-b-d3-c-d4-b-d5-b-d6。

如上面指示的，束扫描图案和第一扫描图案可以不同，因为第一扫描图案不仅通过束扫描图案而且也通过束偏转装置来确定。第一扫描图案可以设计成用于优化能量分布，且第一扫描图案有时通过使用的装备的容量、例如扫描器的容量来确定。如上面解释的，有时能够有利地利用允许在整个操作期间将束保持在“启动”状态的扫描图案来操作，以便有效地利用例如所用的激光器装备的容量。对于能够考虑到多个方面，诸如就第一扫描图案而言的期望结果、扫描器的容量、使用的激光器装备的容量等，来设计合适的束偏转装置和/或束扫描图案的本领域技术人员来说，本发明呈现了有用的工具。

图18示意性地示出了利用在图7中显示的束偏转装置3的实施例中，束扫描图案和第一扫描图案之间的关系。在图18的实施例中，束在二个维度上扫描，以不仅同样地加热轴颈1002的表面，而且也加热与圆角1004及刚好在圆角上方的壁1005相对应的表面。这通过由在束偏转装置3上的节段A、B、C、D-E和F-G示出的束扫描图案实现。首先的三个节段是在镜3的表面部分31上投射的三条平行线A、B和C，而节段D-E被投射在表面部分33上，并且节段F-G被投射在表面部分32上。束被反射到曲轴上，由此原光斑在曲轴上遵循一扫描图案，该扫描图案包括五条线，即平行于轴颈的纵向轴线、同样沿着轴颈的表面延伸的节段A’、B’和C’，及垂直于首先的三个节段延伸并且基本上遵循轴颈的圆周方向且与相应的圆角1004和壁1005相对应的两个节段D’-E’和F’-G’。

这仅是示例，并且本领域技术人员可以显而易见地使用由本公开提供的教导，并且选择最佳地对应于待实现的具体目的的扫描图案和束偏转装置。而且，在本发明的某些实施例中，例如，技术人员可以组合束偏转装置的使用与直接辐射。例如，束可以被扫描使得第一扫描图案的一部分对应于表面的直接辐射，即没有利用束偏转装置来偏转束，并且使得第一扫描图案的另一部分对应于偏转的束。例如，在本发明的优选实施例中，曲轴的轴颈可以通过将束直接地引导到轴颈上而被加热，而靠近圆角的壁部分和/或圆角可以在第一扫描图案的另一部分期间被加热，其中束被引导到束偏转装置上并且被束偏转装置重定向。

尽管本发明已经参考具体产品(即曲轴)进行了描述，但是这仅是示例，本发明明显不限于该具体用途。然而，在具有复杂表面的特征的产品的背景下，其中所述复杂表面具有相对于扫描器的位置以明显不同的角度定向的部分，本发明可以是尤其有用的。

在本文中，术语“包括”及其衍生语(比如“包含”等)不应理解为排除的意义，即这些术语不应被解释为排除所描述的和定义的内容可以包括另外的元素、步骤等的可能性。

本发明明显不限于本文描述的具体实施例，而是在权利要求限定的本发明的一般范围内，也包含可以由本领域技术人员考虑到的任何变型(例如，关于材料选择、尺寸、部件、构造等)。

Claims (27)

1.用于物体的热处理的方法，所述方法包括通过如下方式对物体(1000)的至少一个选择部分加热的步骤：

将能量束(1)投射到物体(1000)的表面上，以便在所述物体的表面上产生原光斑(11)，

操作扫描器(2)以便重复地扫描所述束(1)，使所述原光斑(11)根据第一扫描图案移位，以便在所述物体的表面上建立有效光斑(12)，所述有效光斑具有二维能量分布，以及

使所述有效光斑(12)相对于所述物体(1000)的表面移位，以逐渐地加热物体的所述至少一个选择部分，

其中所述束遵循在所述扫描器(2)和所述原光斑(11)之间的光路径，并且

其中在所述光路径中布置束偏转装置(3、3A)，用以将所述束(1)重定向到所述物体的表面上；

其中所述束偏转装置(3、3A)是镜；

其中所述镜包括至少三个不同的大体上平坦的表面部分(31、32、33)，这些表面部分具有不同的空间定向；

其中所述物体是曲轴(1000)，其中所述至少三个不同的大体上平坦的表面部分包括第一表面部分(31)、第二表面部分(32)和第三表面部分(33)，所述方法包括：使用所述第一表面部分将所述束引导向所述曲轴的轴颈(1001、1002)；使用所述第二表面部分将所述束引导向在所述轴颈的第一端部处的圆角(1004)和/或壁(1005)；以及使用所述第三表面部分将所述束引导向在所述轴颈的第二端部处的圆角(1004)和/或壁(1005)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述光路径包括在所述扫描器和所述束偏转装置之间延伸的第一部分(X1)以及在所述束偏转装置和所述原光斑之间延伸的第二部分(X2)，所述第二部分(X2)小于所述第一部分(X1)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中操作所述扫描器的步骤包括将所述束引导到所述至少三个不同的大体上平坦的表面部分中的至少两个不同的大体上平坦的表面部分，所述至少三个不同的大体上平坦的表面部分中的每一个对应于所述第一扫描图案中的至少一个部分。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二表面部分(32)和所述第三表面部分(33)面向彼此以大于100度且小于170度的角度布置。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述镜(3A)包括用于偏转所述束的至少一个弯曲部分。

6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述束偏转装置被布置成使得：当执行所述方法时，至少在一些时刻，所述束偏转装置被布置在所述曲轴的两个壁或配重之间。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述束偏转装置(3、3A)和所述扫描器(2)彼此同步地移位。

8.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述束偏转装置(3、3A)相对于所述扫描器(2)静止。

9.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述扫描器(2)被操作用于在两个维度上扫描所述束，以便提供具有在第一方向的宽度和在第二方向的长度的有效光斑(12)。

10.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中通过旋转所述物体而使所述有效光斑相对于所述表面移位。

11.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述二维能量分布在所述有效光斑的移位期间被动态地调整，以便避免较热敏的子区域的过热。

12.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述物体是含铁材料。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述含铁材料是钢。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述含铁材料是中碳钢。

15.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述能量束是激光束。

16.用于物体的热处理的设备，包括：

-用于支撑物体(1000)的机构(200)；

-用于产生能量束(1)的机构(24)；

-扫描器(2)，所述扫描器(2)用于将所述能量束引导到所述物体(1000)的表面上，以便在所述表面上产生原光斑(11)，所述扫描器被布置用于在两个维度上重复地扫描所述束(1)，以使所述原光斑(11)根据第一扫描图案移位，从而在所述物体的表面上建立有效光斑(12)，所述有效光斑具有二维能量分布，

-用于使所述有效光斑(12)相对于所述物体(1000)的表面移位的机构，用以逐渐地加热所述物体的至少一个选择部分，

-以及束偏转装置(3、3A)，所述束偏转装置(3、3A)布置成用于接收来自所述扫描器(2)的束，并且将所述束朝向所述物体(1000)重定向；

其中所述束偏转装置(3、3A)是镜；

其中所述镜包括至少三个不同的大体上平坦的表面部分(31、32、33)，这些表面部分具有不同的空间定向；

其中所述设备被布置用于曲轴(1000)的热处理，其中所述至少三个不同的大体上平坦的表面部分包括第一表面部分(31)、第二表面部分(32)和第三表面部分(33)，所述设备被布置用于：使用所述第一表面部分将所述束引导向所述曲轴的轴颈(1001、1002)；使用所述第二表面部分将所述束引导向在所述轴颈的第一端部处的圆角(1004)和/或壁(1005)；以及使用所述第三表面部分将所述束引导向在所述轴颈的第二端部处的圆角(1004)和/或壁(1005)。

17.根据权利要求16所述的设备，其中所述束偏转装置(3、3A)放置在所述扫描器和所述物体之间的光路径中，其中所述光路径包括第一部分(X1)和第二部分(X2)，所述第一部分(X1)在所述扫描器和所述束偏转装置之间延伸，所述第二部分(X2)在所述束偏转装置和所述物体上要产生原光斑的位置之间延伸，所述第二部分(X2)小于所述第一部分(X1)。

18.根据权利要求16所述的设备，其中所述扫描器被布置用于将所述束引导到所述至少三个不同的大体上平坦的表面部分中的至少两个不同的大体上平坦的表面部分，所述至少三个不同的大体上平坦的表面部分中的每一个对应于所述第一扫描图案中的至少一个部分。

19.根据权利要求16所述的设备，其中所述第二表面部分(32)和所述第三表面部分(33)面向彼此以大于100度且小于170度的角度布置。

20.根据权利要求16所述的设备，其中所述镜(3A)包括用于偏转所述束的至少一个弯曲部分。

21.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，其中所述束偏转装置被布置成使得：当所述设备执行所述热处理时，至少在一些时刻，所述束偏转装置被布置在所述曲轴的两个壁或配重之间。

22.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，其中所述束偏转装置(3、3A)和所述扫描器(2)布置为彼此同步地移位。

23.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，其中所述束偏转装置(3、3A)相对于所述扫描器(2)静止。

24.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，其中所述扫描器(2)被布置用于在两个维度上扫描所述束，以便提供具有在第一方向的宽度和在第二方向的长度的有效光斑(12)。

25.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，所述设备被布置用于通过旋转所述物体而使所述有效光斑相对于所述表面移位。

26.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，所述设备被布置用于在所述有效光斑的移位期间动态地调整所述二维能量分布，以便避免较热敏的子区域的过热。

27.根据权利要求16-17中任一项所述的设备，其中所述用于产生能量束(1)的机构(24)是用于产生激光束的机构。

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