CN115078370A - 增材制造过程监测 - Google Patents

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B·鲍彻
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Abstract

本发明涉及用于增材制造机器的附加套件，附加套件构造成在感兴趣区域上扫描构建束并且借此在位于感兴趣区域中的移动构建点处将材料添加到工件，附加套件包括：基板，其构造用于安装至增材制造机器；安装至基板的光学组件，光学组件包括壳体和位于壳体内的分束器，其中壳体包括多个出口孔，分束器构造成将进入光学组件的电磁辐射分成多个束，光学组件构造成将多个束中的每个束引导到多个出口孔中的相应出口孔；可移动反射器，其构造成将来自视场内的电磁辐射反射到光学组件，使得每个束包括来自视场的电磁辐射；和控制器，其配置为移动可移动反射器以保持移动构建点与视场之间的预定关系。本发明还涉及用于监测增材制造过程的系统和方法。

Description

增材制造过程监测
技术领域
本公开总体上涉及增材制造，更具体但非排他地涉及用于监测增材制造过程的系统和方法。
背景技术
金属增材制造(AM)现在构成了数十亿美元的市场规模。值得注意的是，AM已被用于生产高价值的航空航天、国防和医疗部件。然而，仍然存在关于高质量、无缺陷部件的可重复生产的问题。为此，原位感测已被提议作为测量过程物理和相关构建质量的手段。
不幸的是，在原位过程监测和表征AM部件质量的度量标准开发方面仍存在重大障碍。监测过程物理可能需要在整个构建过程中在层间、层内和熔池层级/水平/高度处进行原位感测。在这三个尺度上实现保真度需要高分辨率、大视场(FOV)和高数据速率。这些规格在很大程度上是现成的原位传感器无法实现的。光电二极管或高温计等单点检测器能够快速记录高分辨率数据，但是它们的FOV受到限制。大FOV可以通过可见光或红外摄像系统实现，然而，大量的数据限制了数据可被记录的速度。因此，监测整个构建过程的方案要么是使用以不同分辨率和帧速率工作的多个传感器，要么是使用高保真、高速传感器。
虽然高保真实验室规模的传感器如高速可见光(VIS)、红外(IR)或X射线成像最近已适用于阐明AM过程物理，但其高成本、有限的视场和极高的数据速率抑制了其与市售硬件和软件系统的连用，并限制了其在实验室环境中的简化实验中的使用。例如，虽然同步X射线成像已经广泛用于捕获AM过程的过程动态，但是实验局限于理想化的环境(例如，测量两个玻璃碳窗之间的单个粉末层)。可用于评估熔池表面几何形状和绘制复杂的过程相互作用的高速VIS和IR成像也由于与商业上可用的分辨率、捕获速率和数据传输要求相关联的限制而限于熔池的小视场。简言之，这些方法难以应用于最简单的实验(例如，单轨迹)，并且既不可扩展也不适合验证AM部件的质量。
然而，用多个传感器监测AM过程带来了其自身的一系列复杂性。也就是说，多个传感器的引入意味着传感器间视角和FOV的变化。这些变化通常需要对每个传感器进行仔细校准，并且增加了交叉配准、关联和验证由同时原位感测收集的数据的复杂性，因为被测量的信号通常是构建平面上的感测位置及其视角的联合函数。
类似的限制适用于表征AM过程物理。就算法和边界条件而言，对层间、层内和熔池行为的物理建模彼此根本不同。此外，粉末再涂覆是一个统计过程，激光-材料相互作用的物理学是复杂的，并且高温热物理数据可能缺乏保真度。因此，许多模拟AM过程物理的方法使用多尺度、多物理方法，包括在每个时间步的一系列解决方案。
最终，用过程物理学校准传感器数据以表征AM部件质量可能需要多尺度方法。因此，一个根本问题是空间分辨率、时间分辨率和保真度的不匹配。因此，需要方法的集成和应用来促进多尺度原位过程监测传感器和AM部件质量之间的可重复校准。尤其由于这些原因，在这一技术领域仍然需要进一步的改进。
发明内容
示例性方法总体上包括通过可移动反射器将电磁辐射从增材制造机器的感兴趣区域中的视场反射至光学组件；通过光学组件的分束器将电磁辐射分成多个束；将所述多个束引导至多个光学传感器，使得所述多个光学传感器中的每个光学传感器接收所述多个束中的各自相应的束；由所述多个光学传感器产生多个输出，每个输出包括与各自相应的束相关的信息；以及通过控制器控制可移动反射器来移动视场，以保持视场和感兴趣区域内的移动构建点之间的预定关系。从这里提供的描述和附图中，本申请的进一步实施例、形式、特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1是根据某些实施例的包括监测组件的增材制造系统的示意图。
图2为监测组件的透视图。
图3为监测组件的示意图。
图4为监测组件的示意框图。
图5为构建路径的简化图，构建束可在工件制造过程中沿该路径行进。
图6-9为根据某些实施例的方法/过程的示意流程图。
图10为可结合特定实施例使用的计算装置的示意框图。
具体实施方式
虽然本发明的概念可进行各种修改和具有各种替代形式，但特定实施例已在附图中以示例方式显示，并将在本文中详细描述。然而，应该理解的是，并没有意图将本公开的概念限制于所公开的特定形式，而是相反，意图是覆盖与本公开和所附权利要求一致的所有修改、等同物和替代物。
描述中提及的“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等。表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以包括或者可以不必须包括该特定的特征、结构或特性。此外，这些短语不一定指同一实施例。还应该理解的是，尽管对“优选”部件或特征的引用可以指示特定部件或特征对于实施例而言是更理想的，但是本公开对于其他实施例并不如此限制，其他实施例可以省掉这样的部件或特征。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其他实施例实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内，而无论是否被明确地描述。
此外，应理解，以“A、B和C中的至少一者”的形式包含在列表中的项可指代(A)；(B)；(C)；(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。类似地，以“A、B或C中的至少一者”的形式列出的项可以指代(A)；(B)；(C)；(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。以“A、B和/或C”的形式列出的项也可以指代(A)；(B)；(C)；(A和B)；(B和C)；(A和C)；或(A、B和C)。此外，除非有相反的具体说明，否则关于权利要求，诸如“一个”、“一种”、“至少一个”和/或“至少一部分”的词语和短语的使用不应被解释为限于仅有一个这样的元件，并且诸如“至少一部分”和/或“一部分”的短语的使用应被解释为涵盖仅包括这样的元件的一部分的实施例和包括这样的元件的整体的实施例，除非是有相反的具体说明。
在附图中，某些结构或方法特征可能以特定的布置和/或顺序显示。然而，应该理解，这种特定的布置和/或顺序可能不是必需的。相反，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序布置，除非是有相反的指示。此外，在特定附图中包括结构或方法特征并不意味着暗示这种特征在所有实施例中都是必需的，并且在一些实施例中，这些结构或方法特征可以被省掉或者可以与其他特征组合。
在某些情况下，公开的实施例可通过硬件、固件、软件、或其组合实现。所公开的实施例还可以被实现为由一个或多个暂时或非暂时机器可读(例如，计算机可读)存储介质携带或存储在其上的指令，这些指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读存储介质可以被实现为用于以机器可读的形式存储或传输信息的任何存储装置、机制或其他物理结构(例如，易失性或非易失性存储器、媒体盘或其他媒体设备)。
参考图1，其中所示为根据某些实施例的增材制造系统90。根据某些实施例，一般地，系统90包括传统的增材制造(AM)机器100和模块化附加监测组件200。如本文所述，AM机器100构造成通过在包括一层或多层粉末材料102的构建平面104上扫描能量束151来以逐层方式制造工件80，并且监测组件200配置成经由两个或更多个光学传感器260来监测所述扫描。
一般地，AM机器100包括外壳110、位于外壳110中的构建台120、可操作以在构建台120上分配粉末102以限定构建平面104的粉末分配器130、向粉末分配器130提供粉末102的储器140、可操作以产生能量束151的能量束发生器150、可操作以将能量束151重定向到构建平面104上从而产生照射点的镜式检流计160、和控制AM机器100的操作的控制系统170。
外壳110限定腔室111，构建台120位于腔室111中，并且，该腔室包括第一窗口112和第二窗口115。构建平面104经由第一窗口112可见，并且如本文所述，监测组件200的一部分位于第一窗口112附近，使得电磁(EM)辐射(例如，可见光、IR射线、紫外线和/或X射线)能够经由第一窗口112进入监测组件200。构建平面104还通过第二窗口115可见，并且镜式检流计160将能量束151引导到构建平面104上以产生照射点159。
构建台120支撑工件80和周围粉末102，并且与致动器122可操作地联接，致动器122可操作以竖直地移动构建台120。致动器122可以在控制系统170的控制下移动构建台120，并且可以例如包括马达或液压缸。如本文所述，在粉末102的特定层已经被能量束151扫描之后，构建台120降低每个粉末层的厚度，以容纳将由粉末分配器130分配的后续层。
粉末分配器130构造成在构建台120已经下降了适当的竖直位移之后将粉末102分配到顶层。粉末分配器130从储器140接收粉末102，并沿着构建平面104移动以分配粉末102，从而产生新的粉末层。粉末分配器130可以例如在控制系统170的控制下。在某些实施例中，粉末分配器130可包括一个或多个整平器132，例如叶片或辊子，其可有助于确保粉末102均匀地分布在构建平面104上。
储器140保持待由粉末分配器130分配的粉末102，并在适当时填充粉末分配器130。在图示的实施例中，粉末102包括金属粉末。附加地或替代地，粉末102可以包括另一种形式的粉末，例如陶瓷粉末。
能量束发生器150构造成产生能量束151，其功率足以熔化照射点159及其周围的粉末102，从而形成熔池106，熔池106随后硬化以形成工件80的一部分。照射点159因此可以可替代地被称为构建点159。在所示的形式中，能量束发生器150以激光发生器的形式提供，能量束151以激光束的形式提供。还可以设想，束151可以被提供为另一种形式的能量束(例如，电子束)，并且能量束发生器150可构造成产生这种其他形式的能量束。
镜式检流计160包括反射镜162，并配置为在控制系统170的控制下移动反射镜162，以将能量束151引导到构建平面104上。更特别地，控制系统170控制镜式检流计160基于工件80的模型引导能量束151，以根据该模型构建工件80。
控制系统170控制工件80构建的各个方面，例如构建台120的移动、粉末分配器130对粉末102的分配以及镜式检流计160对能量束151的引导。下面参照图10提供可能与控制系统170相关联的某些示例性特征。
在图示形式中，AM机器100以激光粉末床熔合增材制造机的形式提供。然而，应当理解，这里描述的监测组件200可以与其他形式的增材制造机器结合使用，包括但不限于立体平版印刷AM机器、材料喷射AM机器、粘合剂喷射AM机器、定向能量沉积AM机器和线进料(wire-fed)AM机器。
作为一个示例，AM机器100可采用立体平版印刷AM机器的形式提供，其中工件80的层通过能量束(例如，紫外线束)扫描可光固化树脂而反复地生成。在这种形式中，束151可以是紫外线束，并且构建点159可以是紫外线束撞击可光固化树脂的点。
作为另一个示例，AM机器100可以替代地以材料喷射AM机器的形式提供，其中通过在用于构建工件的感兴趣区域喷射构建材料的束或射流而反复地生成工件的层。在这种形式中，可以认为构建材料的射流用于提供构建束151，并且构建点159可以是构建束151与用于构建工件80的感兴趣区域相交的点。类似地，AM机器可以以粘合剂喷射AM机器的形式提供，其中通过在构建平面上扫描粘合剂的束或射流来粘合先前沉积的材料，从而反复地生成工件的层，从而构建工件。在这种形式中，粘合剂射流可以被认为用于提供构建束151，构建点159可以是粘合剂射流撞击沉积的材料以构建工件80的点。
从上文可以明显看出，构建束151可以多种不同形式提供，包括但不限于能量束(例如，激光束、电子束或紫外线束)或构建材料的或粘合剂的射流的形式。因此，移动构建点159的实施例不限于照射点，而是还可以包括构建材料或粘合剂沉积在工件80上的点。此外，感兴趣区域的实施例不限于构建平面104，而是还可以包含三维感兴趣区域(例如，在其中AM机器以材料沉积AM机器的形式提供的实施例中)。
另外参考图2和图3，监测组件200在第一窗口112附近安装至外壳110，并且一般地该监测组件包括底板210、安装至底板210的多个透镜座220、安装至底板210的光学组件230、构造成将视场(FOV)202内的电磁辐射反射至光学组件230的可移动反射器240、配置为移动可移动反射器240以保持照射点159和FOV 202之间的预定关系的控制器250；以及多个光学传感器260，每个光学传感器260可以联接到对应的一个透镜座220。如本文所述，光学组件230包括分束器232，分束器232将从可移动反射器240接收的电磁(EM)辐射204分成多个束206，每个束沿着对应的透镜座220被引导到对应的光学传感器260。
在某些形式中，监测组件200的一个或多个部件可在销售AM机器100时随AM机器100一起提供。在这种形式中，可以不必须包括控制器250，并且其功能可以由控制系统170来执行。在某些实施例中，监测组件200的一个或多个部件可以在现有AM机器100的附加套件200′中提供。这里提供了关于这些形式中的每一种的进一步细节。
底板210构造用于在第一窗口112附近的位置安装至AM机器100的外壳110，并且可包括有利于这种安装的特征结构。例如，基板210可以包括一个或多个孔211，这些孔211与形成在外壳110中的相应安装特征结构对准，以便于例如通过一个或多个螺纹紧固件将基板210安装到外壳110上。在某些实施例中，例如在制造机器100时将监测组件200设置到AM机器100上的那些实施例中，基板210可以构成外壳110的一部分。在所示的形式中，基板210还构造成有助于将监测组件200的一个或多个其他部件可拆卸地安装到底板210上。例如，孔211可以为透镜座220和/或传感器260提供安装位置。
所述多个透镜座220至少包括第一透镜座220a和第二透镜座220b。每个透镜座220构造成将相应的束206从光学组件230引导到相应的光学传感器260，并且还可构造成以一种或多种方式调节束206。例如，一个或多个透镜座220可以包括一个或多个透镜222和/或一个或多个滤光器224，透镜222可操作用于聚焦相应的束206，滤光器224用于从相应的束206中去除或减少一个或多个频率的电磁辐射。在某些实施例中，一个或多个透镜座220可以具有不透明层，该不透明层遮蔽透镜座220的内部以免受外部光的影响。
每个透镜座220具有邻近光学组件230的近侧端部228和邻近相应光学传感器260的相对远侧端部229。在图示的形式中，每个近侧端部228与光学组件230的壳体231可拆卸地联接，每个远侧端部229与相应光学传感器260的壳体261可拆卸地联接。在某些实施例中，近侧端部228和/或远侧端部229可以包括有助于透镜座220与相应部件可拆卸地联接的特征结构。在所示形式中，近侧端部228和光学组件壳体231协作以限定近侧配装结构208，远侧端部229和光学传感器壳体261协作以限定远侧配装结构209。例如，近侧端部228和远侧端部229中的每一者都可以带有螺纹，以有助于与壳体231、261螺纹联接。还可以设想，端部228、229中的一者或两者可以不必包括联接特征结构，或者可以包括另一种形式的快速联接特征结构(例如，卡口联接特征结构、压配合联接特征结构或其他联接特征结构)。
光学组件230包括分束器232，并且在图示形式中，还包括壳体231和一对反射镜234。壳体231安装在基板210上，并且保护光学组件230的内部部件免受外部光的干扰。壳体231包括入口孔233，电磁辐射204通过入口孔233进入光学组件230，并且该壳体231还包括多个出口孔237，束206通过出口孔237离开壳体231。在某些实施例中，入口孔233和/或一个或多个出口孔237可以设置有透镜。在所示的形式中，每个出口孔237通过如上所述的快速连接配装结构208与相应的透镜座220连接。
分束器232构造成对由可移动反射器240反射的电磁辐射204进行分流，使得从FOV202发射的电磁辐射204被分成多个束206，所述多个束至少包括第一束206a和第二束206b。部分光学组件230(例如，分束器232)可构造成准直电磁辐射，使得所述多个束206是经准直的束。在某些实施例中，分束器232可以例如呈双棱镜分束器或半镀银镜的形式。在某些实施例中，分束器232可以包括涂层，通过该涂层基于电磁辐射的波长选择性地反射电磁辐射。例如，分束器232可以反射特定波长以上的辐射以形成第一束206a，同时允许低于特定波长的辐射穿过分束器232以形成第二束206b。
在某些形式中，分束器232可构造成将电磁辐射204分成多个束206，而不考虑被分割的电磁辐射204的频率/波长，使得每个束206基本相同。然而，在所示形式中，分束器232构造成基于电磁辐射204的频率/波长来分割电磁辐射204，使得第一束206a和第二束206b包括不同波长/频率的电磁辐射。更特别地，所示的分束器232构造成将电磁辐射204分成第一束206a和第二束206b，第一束206a主要包括波长在0.75微米至15微米范围内的红外光谱(IR)中的电磁辐射，第二束206b主要包括波长在380nm至750nm范围内的可见光谱(VIS)中的电磁辐射。
在某些实施例中，IR光束206a可主要包括波长在0.75μm至1.4μm范围内的近红外线(NIR)。在某些实施例中，IR光束206a可主要包括波长在1.4μm至3μm范围内的短波红外线(SWIR)。在某些实施例中，IR光束206a可主要包括波长在3μm至8μm范围内的中波红外线(MWIR)。在某些实施例中，IR束206a可主要包括波长在8μm至15μm范围内的长波红外线(LWIR)。在某些实施例中，IR束206a可包括包含NIR辐射、SWIR辐射、MWIR辐射和/或LWIR辐射中的一种或多种的组合。
虽然所示分束器232构造成将电磁辐射204分成红外光束206a和可见光束206b，但应理解，分束器232可以替代地构造成将电磁辐射204分成不同的束组合。例如，分束器232可构造成将电磁辐射204分成两个或更多个束，其中一个或多个束206主要包括紫外辐射、VIS辐射、NIR辐射、SWIR辐射、MWIR辐射和/或LWIR辐射，而这些束中的另一个束主要包括频率范围不同于第一束的电磁辐射。附加地或替代地，光学组件230和/或一个或多个透镜座可以包括光学器件(例如，滤光器)，该光学器件导致当一个或多个束206进入相应的光学传感器260时，该一个或多个束主要包括紫外辐射、VIS辐射、NIR辐射、SWIR辐射、MWIR辐射和/或LWIR辐射。
如上所述，图示的光学组件230包括多个反射镜234，其有助于将束206引导成沿着相应的透镜座220。虽然图示的光学组件230包括两个反射镜234，但应当理解，光学组件230可以包括更多或更少的反射镜234。在某些实施例中，光学组件230没有反射镜234，束206直接从分束器232传播到相应的透镜座220。在某些实施例中，光学组件230可包括辅助调节穿过其中的电磁辐射的附加或替代装置，例如透镜和/或滤光器。在某些实施例中，例如其中一个或多个透镜座220包括一个或多个透镜222和/或一个或多个滤光器224的那些实施例中，这样的透镜座220可以被认为包括光学组件230的一部分。
一般地，可移动反射器240包括反射镜242和致动器244，如扫描马达，其构造成在控制器250的控制下移动反射镜242。反射镜242将来自FOV 202的电磁辐射204反射到光学组件230的入口，在光学组件230处，电磁辐射204被分成多个束206。如上所述，每个束206沿着相应的透镜座220传播到相应的光学检测器260。结果，每个光学检测器260被提供有来自相同FOV 202的电磁辐射。尽管可以想到其他形式，但是在所示实施例中，可移动反射器240以镜式检流计的形式提供。
另外参考图4，控制器250与可移动反射器240通信并且控制器250可操作以控制可移动反射器240，以便针对于光学检测器260而使移动照射点159与FOV 202保持预定关系。在某些实施例中，控制器250还可与一个或多个光学检测器260通信，使得控制器250接收由与控制器250通信的光学检测器260生成的信息。下面参照图8提供关于控制器250对可移动反射器240的控制的进一步细节。
光学传感器260设置在透镜座220的远侧端部229处，使得每个光学传感器260定位成接收沿相应透镜座220引导的束206。在所示的形式中，所述多个光学传感器260包括位于第一透镜座220a的远侧端部229并可操作来接收第一束206a的第一光学传感器260a，以及位于第二透镜座220b的远侧端部229并可操作来接收第二束206b的第二光学传感器260b。在所示形式中，每个光学传感器260包括壳体261和安装在壳体261内的感测区域262。每个壳体261构造用于直接或通过一个或多个适配器与相应的透镜座220联接。例如，第一光学传感器260a的壳体261可以包括螺纹区域，壳体261可以通过该螺纹区域与第一透镜座220a的远侧端部229螺纹联接。第二光学传感器260b的壳体261同样可以包括螺纹区域，壳体261可以通过该螺纹区域与第二透镜座220b的远侧端部229螺纹联接。
感应区域262构造成接收相应的束206，每个光学传感器260配置为基于照射感应区域262的束206的一个或多个特性生成信息。在某些实施例中，感测区域262可以是多像素感测区域，例如在光学传感器260以摄像头的形式提供的实施例中。在这种形式中，光学传感器260可以响应于射到感测区域262的束206生成FOV 202的数字图像。在某些实施例中，感测区域262不一定是像素化的，例如在光学传感器260以高温计的形式提供的实施例中。在这种形式中，光学传感器260可以响应于射到感测区域262的束206而生成值信息(例如，估计的温度信息)。
在某些实施例中，例如在以不同的波长带向光学传感器260提供束206a、206b的实施例中，光学传感器260可特别配置成生成与此类波长带相关的信息。例如，在第一束206a被第一传感器260a接收时主要包括VIS辐射的实施例中，第一传感器260a可以以可见光摄像头的形式提供。作为另一个例子，在第二束206b被第二传感器260b接收时主要包括MWIR辐射的实施例中，第二传感器260b可以以MWIR摄像头的形式提供。在某些形式中，一个或多个光学传感器260可以从包括摄像头291、高温计292、光电二极管293、光电晶体管294和光敏电阻295的组中选择。在某些实施例中，一个或多个光学传感器260可以具有高空间分辨率。例如，摄像头291可以具有1兆像素或更高，或者1千万像素或更高的分辨率。
可以理解的是，光学传感器260感测到的FOV 202的面积取决于多种因素，例如反射镜242的尺寸、由光学组件230(包括透镜座220中设置的任何透镜222)提供的放大程度以及其他因素。为了提供高空间分辨率的FOV 202，可能是有利的，如由光学传感器260感测到的那样，以相对小的FOV 202来提供FOV 202。例如，FOV 202可以具有200mm2或更小的面积。在某些实施例中，FOV 202可以以每边约12毫米(例如，12毫米+/-10％)的正方形形状提供。然而，应该理解，FOV 202的其他面积和几何形状也是可以想到的。
另外参考图5，图中所示为构建路径190的简化示例，构建点159在构建工件80时的第一时间段内沿该路径行进。图5中还示出了包括Y轴和X轴的坐标系。
图示的构建路径190包括构建点159沿其行进的多个轨迹，包括纵向或X方向轨迹192和横向或Y方向轨迹194。横向或Y方向轨迹194包括在正Y方向延伸的Y+轨迹196和在负Y方向延伸的Y-轨迹198。所示的构建路径190呈大致矩形的光栅扫描构建路径，其中每对相邻的横向轨迹194由相应的纵向轨迹192连接。当沿着构建路径190行进时，移动构建点159沿着第一Y+轨迹196行进到第一纵向轨迹192，然后沿着第一Y-轨迹行进到第二纵向轨迹192。该过程可在第一时间段内重复，直到构建路径190已经完成。
尽管出于说明目的，所示构建路径190作为简化的光栅扫描提供，但应理解，AM机器可利用更复杂的构建路径。例如，轨迹可以不必与轴线对齐(例如，可以倾斜于轴线)，和/或可以包括曲线部分，例如在AM机器100对所述构建的至少一部分使用向量/矢量扫描构建计划的情况下。
为了确保构建点159保持与FOV 202的预定关系，控制器250可控制可移动反射器240以FOV速度v202移动FOV 202所述第一时间段的至少一部分时间。在某些形式中，基于平均构建点速度v159来选择FOV速度v202。本领域技术人员将容易认识到，在第一时间段期间，横向轨迹的Y方向速度基本上彼此抵消，使得构建点159的平均速度v159是纵向或X方向速度。因此，在所示形式中，控制器250可以控制可移动反射器240以纵向FOV速度v202移动FOV 202。
如上所述，控制器250可配置为控制可移动反射器240以FOV速度v202移动FOV202，从而保持FOV 202和构建点159之间的预定关系。在某些实施例中，保持FOV 202和构建点159之间的预定关系包括将构建点159保持在FOV 202内。在某些实施例中，维持FOV 202和构建点159之间的关系包括维持构建点在FOV 202内或附近。在某些实施例中，维持FOV202和构建点159之间的关系包括维持构建点在FOV 202之外，例如将FOV 202聚焦在构建点159最近经过的轨迹上。在某些实施例中，基于平均构建点速度v159选择FOV速度v202包括将FOV速度v202选择为预定百分比的平均构建点速度v159。在某些实施例中，预定百分比是100％，使得FOV速度v202被选择为平均构建点速度v159。
为了保持FOV 202和构建点159之间的预定关系，控制器250有必要或希望跟踪构建点159。这里可想到可以跟踪构建点159的几种方法。在某些实施例中，控制器250可以被提供工件80的构建计划，并且可以基于构建计划控制可移动反射器240。这种构建计划可以将特定时间段与构建点159的特定平均速度相关联。例如，构建计划可以指示构建点159将在第一时间段期间以第一平均构建点速度v159从第一识别位置移动到第二识别位置。在这种形式中，控制器250可以在第一时间段的至少一部分期间控制可移动反射器240以基于第一平均构建点速度v159选择的第一FOV速度v202移动FOV 202，从而保持FOV 202和构建点159之间的预定关系。
在某些实施例中，控制器250可从一个或多个光学检测器260接收信息，并可基于从光学检测器260接收的信息控制可移动反射器240。例如，光学检测器260可以以摄像头的形式提供，并且控制器250可以处理由摄像头产生的信息，并且基于处理的信息以使得构建点159保持与FOV 202的预定关系的方式控制可移动反射器240。
在某些实施例中，可为控制器250提供AM机器制造工件80的模型(例如，计算机辅助设计或CAD模型)，并可基于模型控制可移动反射器240。例如，模型可以向控制器250指示构建点159将在特定时间处于特定位置，并且控制器250可以控制可移动反射器240以确保在该特定时间FOV 202和构建点159之间存在该预定关系。附加地或替代地，控制器250可以接收由光学传感器260产生的信息并将该信息记录到模型中。例如，控制器250可以将光学传感器260产生的信息与模型相关联，使得模型上的一个或多个点已知对应于光学传感器260产生的特定信息。
作为示例，模型上的点(X，Y，Z)可与光学传感器260在时间t产生的信息相关，模型上的点(X′，Y′，Z′)可与时间t′相关。如果稍后在工件80中的点(X，Y，Z)处发现缺陷，则可以评估由光学传感器在时间t和/或时间t附近产生的信息，以确定缺陷的来源。这种信息例如可以用于防止和/或检测未来的缺陷。作为一个例子，如果在时间t和/或时间t附近生成的信息表现出异常特征(例如，温度突增/骤降、一个或多个波带内电磁辐射的增加或减少等)，这种异常特征可以指示导致缺陷的制造异常。因此，如果在时间t′再次注意到异常特征，这种异常特征的存在可以指示工件80中的点(X′、Y′、Z′)处的缺陷。应当理解，这种信息不仅在评估特定工件80中是否存在缺陷时有用，而且在检测或预测其他工件中的缺陷和/或对AM过程的过程物理进行研究时也有用。
另外参考图6，示出了可使用AM机器100和监测系统200执行的示例性方法300。除非有明确相反的声明，否则本申请中针对方法示出的这些框被理解为仅是示例，并且框可以被组合或划分、添加或去除，以及整体或部分地重新排序。此外，尽管以相对串联的方式示出了这些框，但是应当理解，这些框中的两个或更多个可以同时或彼此并行地执行。此外，虽然方法300在本文中具体参照图1-4中所示的AM机器100、监测系统200和相关的套件200′进行描述，但是应当理解，方法300可以用具有附加的或替代的特征的AM机器、监测系统和/或套件来执行。
图示的方法300可从框310开始，其一般地涉及将监测组件安装到AM机器上。例如，框310可以包括将用于监测组件200的附加套件200′安装到AM机器100。以下参照图7提供了关于用于执行框310的示例方法400的进一步细节。
图示方法300包括框320，其一般地涉及通过安装在AM机器上的监测组件监测工件的构建。例如，框320可以包括通过安装在AM机器100上的监测组件200监测工件80的构建。以下参照图8提供了关于用于执行框320的示例方法500的进一步细节。
方法300可进一步包括框330，其一般地涉及修改监测组件。例如，框330可以包括通过替换监测组件200的一个或多个可互换部件来修改监测组件200。以下参照图9提供了关于用于执行框330的示例方法600的进一步细节。
另外参考图7，图示了可使用图示附加套件200′执行的示例性安装方法400。除非有明确相反的声明，否则本申请中针对方法示出的这些框被理解为仅是示例，并且框可以被组合或划分、添加或去除，以及整体或部分地重新排序。此外，尽管以相对串联的方式示出了这些框，但是应当理解，这些框中的两个或更多个可以同时或彼此并行地执行。此外，虽然方法300在本文中具体参照图1-4中所示的AM机器100、监测系统200和相关的套件200′进行描述，但是应当理解，方法300可以用具有附加的或替代的特征的AM机器、监测系统和/或套件来执行。
在某些实施例中，可结合上述方法300执行方法400，以完成框310的安装。在某些实施例中，可以执行方法400以在出售AM机器100之前将传感器组件200安装到AM机器100上，从而提供作为原始构造的系统90。还可以设想，方法400可以包括为现有的AM机器100购买附加的套件200′，并且将套件200′原位安装到机器上，以将系统90形成为改型系统。
在某些实施例中，方法400可包括框410，其一般地涉及将基板210在第一窗口112附近安装到AM机器100的外壳110上。在某些形式中，框410可以包括将基板210可释放地安装到外壳110，例如通过一个或多个螺纹紧固件将基板210可释放地安装到外壳110。在某些形式中，框410可以包括将基板210永久安装到外壳110，例如通过焊接将基板210永久安装到外壳110。在某些实施例中，例如系统90作为原始(非改型)系统提供的那些实施例中，框410可以省掉。
图示方法400包括框420，其一般地涉及安装透镜座220。例如，框420可以包括将透镜座220的近侧端部228固定到光学组件壳体231。如上所述，光学组件壳体231和/或透镜座220的近侧端部228可以包括一个或多个快速连接装配结构208，所述快速连接装配结构有助于透镜座220与光学组件壳体231的可拆卸联接。还可以设想，透镜座220可以永久地固定到光学组件壳体231上。然而，如本文所述，在某些实施例中，透镜座220可优选地是可被容易地拆卸的/移除的，例如以有利于修改/改装已安装的监测组件200。
图示方法400包括框430，其一般地涉及安装光学组件230。例如，框430可以包括在基板210安装到外壳110之前或之后，通过基板210将光学组件230安装到外壳110。还可以设想，框430可以包括将光学组件230在第一窗口112附近直接安装到外壳110上。依照框430安装的光学组件230一般地包括分束器232并且还可包括一个或多个反射镜234、一个或多个滤光器和/或容纳光学组件230的至少一部分的光学组件壳体231。
图示方法400包括框440，其一般地包括安装可移动反射器240。例如，框440可以包括将可移动反射器240安装到光学组件壳体231，使得可移动反射器240位于光学组件壳体231的入口孔233附近。当监测组件200完全安装到AM机器100上时，可移动反射器240也在第一窗口112附近，使得反射镜242可操作以将来自感兴趣区域(例如，在构建平面104上)中的FOV 202的电磁辐射204反射到入口孔233，以便通过分束器232被分流。
图示方法400包括框450，其一般地涉及安装控制器250。安装控制器250一般地涉及将控制器250放置成与致动器244通信，使得控制器250可操作来控制可移动反射器240，以调节由光学组件230(和因此由光学传感器260)所见的FOV 202。在某些实施例中，框450还可包括将控制器250与一个或多个光学传感器260通信，使得控制器250可操作来接收由光学传感器260产生的信息。在某些实施例中，例如系统90被提供为原始构造的那些实施例中，监测组件200可以不必须具有专用控制器250，而是可以替代地由AM机器100的控制系统170控制。替代地，专用控制器250可以被认为包括AM机器控制系统170的一部分。
图示方法400包括框460，其一般地包括安装光学传感器260。在所示的形式中，框460包括将每个光学传感器壳体261的带螺纹的部分与对应的透镜座220的带螺纹的远侧端部229螺纹接合。框460还可以包括例如通过基板210将光学传感器壳体261可释放地固定到AM机器外壳110。本领域技术人员将容易认识到，被配置用于实验室环境的光学传感器通常包括具有快速联接特征(例如，螺纹特征)的壳体，以有利于壳体261与透镜管的快速联接。在为透镜座220的远侧端部229提供相应的螺纹特征时，这里描述的系统和方法可以有利于光学传感器的安装。然而，应当理解，在某些实施例中，一个或多个光学传感器壳体261可以与相应的透镜座220永久地固定在一起。
方法400完成后，提供了包括AM机器100和传感器组件200的系统90。如上所述，系统90可以是在销售时包括AM机器100和传感器组件200的原始构造，或者系统90可以是改型系统，其中现有AM机器100已经用附加的套件200′进行了改型，以给AM机器100提供传感器组件200。此外，虽然安装方法400可以被用来执行上述方法300的框310，但是也可以设想的是安装方法400可以结合其他过程/方法来执行，或者可以作为独立的过程/方法来执行。
另外参考图8，示出了可使用系统90和/或监测组件200执行的示例性监测方法500。如上所述，除非有明确相反的声明，否则本申请中针对方法示出的这些框被理解为仅是示例，并且框可以被组合或划分、添加或去除，以及整体或部分地重新排序。此外，尽管以相对串联的方式示出了这些框，但是应当理解，这些框中的两个或更多个可以同时或彼此并行地执行。此外，虽然方法500在本文中具体参照图1-5中所示的系统90和监测组件200进行描述，但是应当理解，方法500可以用具有附加的或替代的特征的系统和/或监测组件来执行。
如本文所述，方法500一般地涉及监测与AM机器(如AM机器100)中感兴趣区域内的移动FOV 202相关的一个或多个参数。方法500可以例如在AM机器100以逐层方式制造工件80时执行。例如，AM机器100可以在感兴趣区域(例如，构建平面或构建区域)上扫描构建束151(例如，能量束、构建材料射流或粘合剂射流)，以在移动构建点159处将材料添加到工件80。从本文的描述中显而易见的是，方法500可用于监测与工件80的构建相关的一个或多个过程参数。
方法500包括框510，其一般地涉及将电磁辐射从增材制造机器的感兴趣区域中的视场反射到光学组件。框510可以例如由诸如可移动反射器240的可移动反射器来执行。在所示形式中，框510涉及将来自AM机器100的构建平面104上的FOV 202的电磁辐射204反射到光学组件230。
方法500还包括框520，其一般地涉及将电磁辐射分成多个束，其中每个束具有各自相应的波长范围。框520可以由光学组件的分束器例如图示的光学组件230的分束器232执行。例如，框520可以包括：分束器232将由可移动反射器240反射的电磁辐射204分成多个束206。在某些实施例中，在被分束器232分束后，这些束206中的两个或更多个束可以具有相同的波长范围。在某些实施例中，在被分束器232分束后，这些束206中的两个或更多个束可以具有不同的波长范围。
方法500还包括框530，其一般地涉及将所述多个束中的每个束导向多个光学传感器中的各自相应的光学传感器。例如，框530可以至少部分地由光学组件230和/或至少部分地由透镜座220来执行。例如，光学组件230的反射镜234可以引导每个束206穿过相应的透镜座220的近侧端部228，使得每个透镜座220将相应的束206引导至相应的光学传感器260。在将束206引导至光学传感器260的过程中，一个或多个透镜座220可以将相应的束206调节至更适合与相应的光学传感器260一起使用的状态。在这种形式中，透镜座220可以被认为包括光学组件230的一部分。作为一个示例，一个或多个透镜座220可以包括一个或多个透镜222，所述透镜有助于将相应的束206聚焦在相应的光学传感器260的感测区域262上。作为另一个例子，一个或多个透镜座220可以包括一个或多个滤光器224，滤光器224在对应的束206撞击对应的光学传感器260的感测区域262之前从该束206过滤一个或多个频率的电磁辐射。
方法500还包括框540，其一般地涉及生成多个输出，每个输出对应于各自相应的束。框540可以至少部分地由多个光学传感器260来执行。例如，第一光学传感器260a可以产生与第一束206a相关的输出信息，第二光学传感器260b可以产生与第二束206b相关的输出信息。虽然考虑了其他形式，但是在所示实施例中，多个光学传感器260同时产生多个输出。由于每个光学传感器260正在接收来自同一FOV 202的电磁辐射，输出信息的同时生成使得输出能够彼此配准，这可以便于光学传感器260输出的信息的比较。
在某些实施例中，每个输出均以信息流的形式提供。在某些实施例中，例如在其中一个或多个光学传感器260具有高采样率的实施例中，一个或多个信息流可以具有相应的高刷新率或时间分辨率。例如，一些高温计292具有每秒100,000个样本或更高的采样率。在某些实施例中，例如在其中一个或多个光学传感器260具有相对低的采样率的那些实施例中，一个或多个信息流可以具有相对低的刷新率或时间分辨率。例如，目前可用的高速摄像头291通常具有250帧每秒至10,000帧每秒的采样率。还预期甚至更低的采样率可以与信息流相关联，例如在为了图像质量或空间分辨率而牺牲采样率或时间分辨率的实施例中。
在某些实施例中，两个或更多个束206在被光学传感器260接收时可基本相同。例如，第一束206a和第二束206b中的每一者可能已经受到相同的调节(例如，聚焦和/或过滤)，使得每一个束206a、206b包括或主要包括相同波长范围内的EM辐射。在某些实施例中，当被光学传感器260接收时，两个或更多个束206可能显著不同(例如，不同波带的)。例如，第一束206a和第二束206b可能已经基于波长被分流和/或经受不同形式的调节(例如，聚焦和/或过滤)，使得第一束206a和第二束206b包括或主要包括不同波长范围内的EM辐射。
方法500还包括框550，其一般地涉及控制可移动反射器来移动视场，以保持视场和感兴趣区域内的移动构建点之间的预定关系。框550可以例如包括控制系统170和/或控制器250操作可移动反射器240的致动器244来移动反射镜242。例如，框550可以涉及控制系统170和/或控制器250控制可移动反射器240来移动FOV 202，以保持FOV 202和移动构建点159之间的预定关系，构建点159在感兴趣的区域(例如，构建平面104)内。在各种实施例中，保持FOV 202和移动构建点159之间的预定关系可以包括以下的一个或多个:将移动构建点159保持在FOV 202内；将移动构建点159保持在FOV 202内或附近；保持移动构建点159邻近FOV 202；将移动构建点159保持在FOV 202之外。上面参考图5提供了关于可以保持FOV 202和构建点159之间的预定关系的示例方法的进一步细节。
在某些实施例中，方法500可包括框560，其一般地涉及将多个输出中的至少一个输出的至少一个数据点配准至由移动构建点构建的工件模型。框560可以例如由控制系统170和/或控制器250执行。举例来说，控制系统170和/或控制器250可以被提供有(或者可以访问)通过其构建工件80的模型，并且可以将由一个或多个光学传感器260生成的输出与模型上的位置相关联，该位置对应于生成输出时构建点159所处的位置。以上参考图5提供了关于这种配准及其潜在益处的进一步细节。
在某些实施例中，方法500可包括框570，其一般地涉及基于由至少一个光学传感器生成的输出与由所述多个光学传感器中的至少一个其它光学传感器生成的输出的比较来校准所述多个光学传感器中的至少一个光学传感器。框570可以例如至少部分由控制系统170和/或控制器250执行。例如，如果怀疑第一光学传感器260a正在生成有偏差的或不正确的信息，则可以基于第一光学传感器260a的输出与第二光学传感器260b的输出的比较来校准第一光学传感器260a。如上所述，当在光学传感器260处被接收时，束206a、206b可以基本相同(例如，在不考虑波长的情况下对EM辐射204进行分束/分流并且使束206经受相同的调节的实施例中)。因此，在束206a、206b基本相同并且光学传感器260a、260b基本相同的实施例中，光学传感器260a、260b的输出应该基本相同。输出中的偏差可以指示光学传感器260a、260b中的一者或两者的不正确校准，这可以通过使用另一个其他光学传感器260校准错误的光学传感器260来纠正。
如上所述，监测方法500例如可用于执行方法300的框320。还可以设想，方法500可以结合其他过程/方法(例如，根据除安装方法400之外的方法安装监测组件200的那些过程/方法)来使用，或者可以作为独立的过程/方法来执行。
另外参考图9，图示了可使用监测组件200进行的示例性改造/修改方法600。如上所述，除非有明确相反的声明，否则本申请中针对方法示出的这些框被理解为仅是示例，并且框可以被组合或划分、添加或去除，以及整体或部分地重新排序。此外，尽管以相对串联的方式示出了这些框，但是应当理解，这些框中的两个或更多个可以同时或彼此并行地执行。此外，虽然方法600在本文中具体参照图1-4中所示的监测组件200进行描述，但是应当理解，方法600可以用具有附加的或替代的特征的监测组件来执行。
在某些情况下，可能需要将透镜座220中的一个或多个透镜座与另一个透镜座(例如不同配置的透镜座)互换。在这种形式中，方法600可以包括框610，该框一般地涉及用替代透镜座替换现有的透镜座220。在某些实施例中，替代透镜座可以具有至少一个不同于现有透镜座220的特征，例如透镜222的长度、存在和/或配置，和/或滤光器224的存在和/或配置。
在待更换的透镜座220可释放地固定在光学组件壳体231上的情况下，框610可包括以脱离联接的方式操纵近侧端部的配装结构208，以从壳体231上移除透镜座220。例如，在配装结构208包括接合螺纹的实施例中，框610可以包括旋转透镜座220以从光学组件壳体231旋下透镜座220。随着现有的透镜座220被移除，替代透镜座220的近侧端部228可以通过以联接的方式操纵近侧端部的配装结构208而与光学组件壳体231联接。
在待更换的透镜座220可释放地固定在相应的光学传感器壳体261上的情况下，框610可包括以脱离联接的方式操纵远侧端部的配装结构209，以从光学传感器壳体261上移除透镜座220。例如，在远侧端部的配装结构209包括接合螺纹的实施例中，框610可以包括引起透镜座220和光学传感器260的相对旋转，以从光学传感器壳体261拧下透镜座220。随着现有的透镜座220从光学传感器260移除，替代透镜座220的远侧端部229可以通过以联接的方式操纵远侧端部的配装结构209而与光学传感器壳体261联接。还可以设想，替代透镜座220可以联接到替代光学传感器260，例如在方法600包括框620的实施例中。
在某些情况下，可能需要将光学传感器260中一个或多个光学传感器与另一个光学传感器例如不同配置的光学传感器交换。在这样的形式中，过程600可以包括框620，其一般地涉及用替代光学传感器260替换现有的光学传感器260。在某些实施例中，替代光学传感器260可以具有至少一个不同于现有透镜座220的特征，例如光学传感器260的类型(例如，摄像头291、高温计292、光电二极管293、光电晶体管294、光敏电阻295)、被配置为由光学传感器260感测的波带、光学传感器260的采样率、和/或其他特征。
在待更换的光学传感器260可释放地固定在相应的透镜座220上的情况下，框620可包括以脱离联接的方式操纵远侧端部的配装结构209，以从透镜座220上移除光学传感器260。例如，在配装结构209包括接合螺纹的实施例中，框620可以包括引起透镜座220和光学传感器260的相对旋转，以从光学传感器壳体261拧下透镜座220。随着现有透镜座220被移除，现有透镜座220(或替代透镜座220)的远侧端部229可以通过以联接方式操纵远侧端部的配装结构209来与替代光学传感器260的壳体261联接。
从上文可知，本文所述系统和方法的某些实施例提供了非限制性传感器接口201，通过该接口可根据需要更换监测组件200的模块化部件。这种模块化和易于修改可以为用户提供一个或多个优点。例如，本文描述的系统和方法可以比传统的监测组件具有更大的灵活性。举例来说，某些高端摄像头的价格可能高达十万美元以上，但通常可以以该价格的一小部分租赁有限的时间。因此，资源有限的小组可能会发现租用摄像头进行有限的实验是有利的。在提供摄像头和适当配置的透镜座后，该小组将能够在有限的实验持续时间内容易地安装和移除租用的摄像头。
鉴于上述与特定形式的光学传感器260相关的成本，根据特定实施例的附加套件200′可能不一定包括传感器260。在某些形式中，套件200′可以包括基板210、光学组件230、可移动反射器240和控制器250作为模块化单元的形式提供。这种模块化单元可以被安装到AM机器100，并且光学传感器260和/或透镜座220可以被出租以与安装的单元一起使用。
应了解，本文所述的系统和方法可在原位过程监测传感器和基于物理的模型之间提供可重复的校准。这个目的可以至少部分地通过上述非限制性传感器接口(NRSI)201来实现，该接口是一种离轴光学设计，其可以集成商用现货供应的光学原位过程监测传感器。该NRSI 201可以允许两个或更多个可互换的传感器260观察在同一FOV 202处的感兴趣区域。NRSI201扫描仪系统跟踪构建点159，以保持FOV 202和构建点159之间的预定关系。可以提供的一个结果是这样的一种系统，其同步一对任意光学传感器260，使得它们使用公共视角观察构建点159周围的单个FOV 202。NRSI 201系统是通用的/不引人注目/不突兀/的，并且可能不需要对AM机器100的现有硬件进行修改。此外，不同于与构建束151成直线放置的传感器，NRSI 201系统可以避免影响构建束151(例如，通过热透镜)和/或避免与使用有损耗的反射镜相关的许多复杂性。
注意，由于成像FOV 202的大小可能是构建点159的约104倍，因此可移动反射器240所需的速度和灵活性远低于能量束151的检流计160所需的速度和灵活性。结果，原位数据可以一直在构建点159处及其周围收集，这简化了原位数据与构建平面轨迹向量的配准。
如上所述，反射的电磁辐射204将穿过分束器232，分束器232将产生电磁辐射(例如光)的多个束206。在某些实施例中，分束器232可以产生两个正交束206，一个用于在0.4μm至2μm波带(VIS和SWIR)中的成像，另一个用于在2μm至5μm波带(MWIR)中的成像。这两个束206都可以通过光学器件，该光学器件使得用于在构建平面上成像的艾里斑半径在MWIR、SWIR和VIS波带中分别为60μm、40μm和12μm。折叠式反射镜234可以使一个束206弯曲，并使其平行于另一个束206。这些光学元件包括尾部光学器件(aft optics)，其可以固定在罩壳或壳体231内。每个束的出口可以是联接有传感器260的透镜座220。
每个透镜座220可设置为标准的两英寸直径光管，其可阻挡杂散光，并可提供安装位置，在所述安装位置可插入额外的透镜，以根据所用特定光学传感器260的要求来聚焦束206。透镜座220可以在近侧端部228用螺栓固定到光学壳体231上，并在远侧端部229用螺纹拧到传感器壳体261上。
如上所述，可移动反射器240可包括扫描马达244和检测器246，扫描马达244的轴上安装有光学反射镜242，检测器246向控制器250提供反馈。在某些实施例中，控制器250可利用具有方波或正弦波输出的函数发生器来模拟输入信号，以启用可移动反射器240来穿过其范围。可编程电压源可用于模拟构建检流计160的移动，以追踪构建平面轨迹向量的序列。
应理解，包括可移动反射器240和光学组件231的NRSI 201为离轴原位感测提供了可重复使用的系统。现成的传感器260可以使用透镜座220联接到该系统，并且一个或多个传感器260可以根据需要更新或更换。该NRSI 201的实施例和修改可以与许多形式的现有AM机器100一起使用，并且因此可以对多方有益。
现参考图10，显示了计算装置700的至少一个实施例的简化框图。示例性计算装置700描绘了可结合图1-4中所示的控制系统170和/或控制器250使用的控制系统或控制器的至少一个实施例。
根据特定实施例，计算装置700可体现为服务器、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、笔记本、上网本、UltrabookTM、移动计算装置、蜂窝电话、智能手机、可穿戴计算装置、个人数字助理、物联网(IoT)装置、控制面板、处理系统、路由器、网关和/或能够执行本文所述功能的任何其他计算、处理和/或通信装置。
计算装置700包括：根据操作逻辑708执行算法和/或处理数据的处理装置702；使计算装置700和一个或多个外部装置710之间能够通信的输入/输出装置704；以及存储例如通过输入/输出装置704从外部装置710接收的数据的存储器706。
输入/输出装置704允许计算装置700与外部装置710进行通信。例如，输入/输出装置704可以包括收发器、网络适配器、网卡、接口、一个或多个通信端口(例如，USB端口、串行端口、并行端口、模拟端口、数字端口、VGA、DVI、HDMI、FireWire、CAT 5或任何其他类型的通信端口或接口)、和/或其他通信电路。通信电路可以被配置为使用任何一种或多种通信技术(例如，无线或有线通信)和相关协议(例如，以太网、
Figure BDA0003548020230000251
蓝牙低能量(BLE)、
Figure BDA0003548020230000252
WiMAX等)来根据特定的计算装置700实现这种通信。输入/输出装置704可以包括适用于执行这里描述的技术的硬件、软件和/或固件。
外部装置710可为允许数据输入计算装置700或从计算装置700输出的任何类型的装置。例如，在各种实施例中，外部装置710可以实施为构建台120、粉末分配器130、储器140、束发生器150、镜式检流计160、可移动反射器240和/或光学传感器260。此外，在一些实施例中，外部装置710可以实施为另一计算装置、开关、诊断工具、控制器、打印机、显示器、警报器、外围装置(例如，键盘、鼠标、触摸屏显示器等)和/或能够执行这里描述的功能的任何其他计算、处理和/或通信装置。此外，在一些实施例中，应当理解，外部装置710可以集成到计算装置700中。
处理装置702可实施为能够执行本文所述功能的任何类型的处理器。具体而言，处理装置702可以实施为一个或多个单核或多核处理器、微控制器或其他处理器或处理/控制电路。例如，在一些实施例中，处理装置702可以包括或实施为算术逻辑单元(ALU)、中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)和/或其他合适的处理器。处理装置702可以是可编程类型、专用硬连线状态机、或其组合。在各种实施例中，具有多个处理单元的处理装置702可以利用分布式、流水线式和/或并行处理。此外，处理装置702可以专用于仅执行本文描述的操作，或者可以在一个或多个附加应用中使用。在说明性实施例中，处理装置702是可编程类型的，其根据存储在存储器706中的编程指令(例如软件或固件)所定义的操作逻辑708来执行算法和/或处理数据。附加地或替代地，处理装置702的操作逻辑708可以至少部分地由硬连线逻辑或其他硬件来定义。此外，处理装置702可以包括适于处理从输入/输出装置704或从其他部件或装置接收的信号并提供期望的输出信号的任何类型的一个或多个部件。这些部件可以包括数字电路、模拟电路、或其组合。
存储器706可为一种或多种类型的非暂时性计算机可读介质，例如固态存储器、电磁存储器、光学存储器、或其组合。此外，存储器706可以是易失性的和/或非易失性的，并且在一些实施例中，存储器706中的一些或全部可以是便携式的，例如磁盘、磁带、记忆棒、盒式磁带和/或其他合适的便携式存储器。在操作中，存储器706可以存储在计算装置700的操作期间使用的各种数据和软件，例如操作系统、应用程序、程序、库和驱动程序。应当理解，存储器706可以存储由处理装置702的操作逻辑708操纵的数据，例如，作为存储定义操作逻辑708的编程指令的补充或替代，存储代表从输入/输出装置704接收的和/或发送到输入/输出装置704的信号的数据。如图所示，根据特定实施例，存储器706可以包括在处理装置702中和/或可以耦合到处理装置702。例如，在一些实施例中，处理装置702、存储器706和/或计算装置700的其他部件可以形成片上系统(SoC)的一部分，并且被合并在单个集成电路芯片上。
在一些实施例中，计算装置700的各种部件(例如，处理装置702和存储器706)可通过输入/输出子系统通信联接，输入/输出子系统可实施为有助于利用处理装置702、存储器706和计算装置700的其它部件的输入/输出操作的电路和/或部件。例如，输入/输出子系统可以实施为或者可以包括存储器控制器集线器、输入/输出控制器集线器、固件设备、通信链路(即，点对点链路、总线链路、电线、电缆、光导、印刷电路板迹线等)和/或有助于输入/输出操作的其他部件和子系统。
在其他实施例中，计算装置700可包括其他或附加部件，如典型计算装置中常见的那些(例如，各种输入/输出装置和/或其他部件)。还应该理解，这里描述的计算装置700的一个或多个部件可以分布在多个计算装置上。换句话说，这里描述的技术可以被包括一个或多个计算装置的计算系统采用。另外，尽管在图10中仅说明性地示出了单个处理装置702、I/O装置704和存储器706，但是应当理解，在其他实施例中，特定计算装置700可以包括多个处理装置702、I/O装置704和/或存储器706。此外，在一些实施例中，多于一个外部装置710可以与计算装置700通信。
虽然已在附图和前述说明中对本发明进行了详细说明和描述，但应将其视为说明性的，而非限制性的，应理解的是，仅显示和描述了优选实施例，属于本发明精神范围内的所有变更和修改都应受到保护。
应理解，虽然上述说明中使用的词语(如优选的、优选地、优选或更优选的)表明所述特征可能更为可取，但这可能不是必需的，缺少该特征的实施例可视为在本发明的范围内，该范围由所附权利要求限定。除非在权利要求中有相反的具体说明，否则在阅读权利要求时，意图是当使用诸如“一个”、“一”、“至少一个”或“至少一部分”的词语时，并不意图将权利要求限制到仅仅一个项。除非有相反的具体说明，否则当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该项可以包括一部分的和/或整个的项。

Claims (33)

1.一种用于增材制造机器的附加套件，该附加套件构造成在感兴趣区域上扫描构建束并且借此在位于所述感兴趣区域中的移动构建点处将材料添加到工件，该附加套件包括：
基板，其构造成用于安装至所述增材制造机器；
安装至所述基板的光学组件，该光学组件包括壳体和位于所述壳体内的分束器，其中所述壳体包括多个出口孔，其中所述分束器构造成将进入所述光学组件的电磁辐射分成多个束，其中所述光学组件构造成将所述多个束中的每个束引导到所述多个出口孔中的相应出口孔；
可移动反射器，其构造成将来自视场内的电磁辐射反射到所述光学组件，使得每个束包括来自所述视场的电磁辐射；和
控制器，其配置为使所述可移动反射器移动以保持所述移动构建点与所述视场之间的预定关系。
2.根据权利要求1所述的附加套件，其还包括多个透镜座，其中每个透镜座包括近侧端部和相对的远侧端部；
其中，每个透镜座的近侧端部在所述多个出口孔中的相应出口孔附近与所述壳体联接，使得每个透镜座能操作成接收所述多个束中的相应的束；和
其中，每个透镜座构造成将所述相应的束引导至所述透镜座的远侧端部。
3.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个透镜座中的至少一个透镜座被可移除地联接至所述壳体。
4.根据权利要求2所述的附加套件，其还包括多个光学传感器；
其中，每个光学传感器与所述多个透镜座中的相应透镜座的远侧端部联接；
其中，每个光学传感器配置成生成与沿着相应透镜座引导的束相关的信息。
5.根据权利要求4所述的附加套件，其中，所述多个光学传感器配置成同时生成与沿着相应透镜座引导的束相关的信息。
6.根据权利要求4所述的附加套件，其中，至少一个所述光学传感器包括摄像头。
7.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个束中的第一束在所述多个透镜座中的第一透镜座的远侧端部部分内主要包括第一波长范围内的电磁辐射；
其中，所述多个束中的第二束在所述多个透镜座中的第二透镜座的远侧端部部分内主要包括不同于所述第一波长范围的第二波长范围内的电磁辐射。
8.根据权利要求7所述的附加套件，其还包括：
第一光学传感器，其配置为生成与所述第一波长范围内的电磁辐射相关的信息，其中所述第一束被所述第一透镜座引导至所述第一光学传感器；和
第二光学传感器，其配置为生成与所述第二波长范围内的电磁辐射相关的信息，其中所述第二束被所述第二透镜座引导至所述第二光学传感器。
9.根据权利要求7所述的附加套件，其中，所述第一波长范围包括可见光；其中，所述第二波长范围包括红外辐射。
10.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个透镜座中的每个透镜座包括至少一个带螺纹的端部部分。
11.根据权利要求2所述的附加套件，其中，所述多个透镜座中的至少一个透镜座包括所述光学组件的一部分。
12.根据权利要求2所述的附加套件，其还包括光学传感器，所述光学传感器包括壳体和位于所述光学传感器的壳体内的感测区域；
其中，所述光学传感器的壳体与所述多个透镜座中的第一透镜座的远侧端部螺纹接合。
13.根据权利要求1所述的附加套件，其中，所述视场的面积为200mm2或更小。
14.根据权利要求1所述的附加套件，其中，保持所述移动构建点与所述视场之间的预定关系包括将所述移动构建点保持在所述视场内。
15.一种系统，其包括：
增材制造机器，其构造成在感兴趣区域上有选择地扫描构建束并且借此在位于所述感兴趣区域中的移动构建点处将材料添加到工件；和
第一光学传感器，其配置为生成与第一波长范围内的电磁辐射相关的信息；
第二光学传感器，其配置为生成与第二波长范围内的电磁辐射相关的信息；
光学组件，所述光学组件包括分束器，所述分束器构造成将进入所述光学组件的电磁辐射分成第一束和第二束、将所述第一束引导到所述第一光学传感器、和将所述第二束引导到所述第二光学传感器，其中所述第一束在到达所述第一光学传感器时包括所述第一波长范围内的电磁辐射，其中所述第二束在到达所述第二光学传感器时包括所述第二波长范围内的电磁辐射；
可移动反射器，其构造成将来自所述感兴趣区域的电磁辐射反射到所述光学组件，使得所述第一光学传感器和所述第二光学传感器中的每一者都具有在所述感兴趣区域中的视场；和
控制器，其配置为使所述可移动反射器移动以保持所述移动构建点与所述视场之间的预定关系。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一波长范围不同于所述第二波长范围。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一波长范围和所述第二波长范围中的每一者均包括X射线、紫外光、可见光和红外线中的至少一种。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，所述第一光学传感器包括红外摄像头；
其中，所述第二光学传感器包括可见光摄像头。
19.根据权利要求15所述的系统，其中，所述构建束沿着构建束路径从构建束源行进至所述构建点；
其中，所述可移动反射器和所述分束器都不位于所述构建束路径中。
20.根据权利要求15所述的系统，其还包括：
壳体，其中所述光学组件至少部分地位于所述壳体内；
具有第一近侧端部和第一远侧端部的第一透镜座，其中所述第一近侧端部可移除地联接至所述壳体，其中所述第一远侧端部可移除地联接至所述第一光学传感器；和
具有第二近侧端部和第二远侧端部的第二透镜座，其中所述第二近侧端部可移除地联接至所述壳体，其中所述第二远侧端部可移除地联接至所述第二光学传感器。
21.一种方法，其包括：
通过可移动反射器将来自在增材制造机器的感兴趣区域中的视场的电磁辐射反射到光学组件；
由所述光学组件的分束器将所述电磁辐射分成多个束；
将所述多个束引导至多个光学传感器，使得所述多个光学传感器中的每个光学传感器接收所述多个束中的各自相应的束；
由所述多个光学传感器生成多个输出，每个输出包括与各自相应的束相关的信息；和
通过控制器来控制所述可移动反射器以便移动所述视场，从而保持所述视场与所述感兴趣区域内的移动构建点之间的预定关系。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述移动构建点在第一时间段期间具有平均构建点速度；
其中，该方法进一步包括基于所述平均构建点速度选择视场速度；
其中，控制所述可移动反射器包括在所述第一时间段的至少一部分时间内以所述视场速度来移动所述视场。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，基于所述平均构建点速度选择视场速度包括将所述视场速度选择为等于所述平均构建点速度。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述光学组件的至少一部分位于壳体内；
其中，所述多个光学传感器中的第一光学传感器经由第一透镜座与所述壳体连接；
其中，该方法进一步包括用第二光学传感器替换所述第一光学传感器；
其中，用第二光学传感器替换所述第一光学传感器包括:
从所述第一透镜座的远侧端部旋拧拆下所述第一光学传感器；和
将所述第二光学传感器旋拧到所述第一透镜座的远侧端部上。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个输出中的每个输出包括各自相应的信息流。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个输出包括：
由所述多个光学传感器中的第一光学传感器生成的第一图像信息流，所述第一图像信息流包括基于第一波长范围生成的第一图像；和
由所述多个光学传感器中的第二光学传感器生成的第二图像信息流，所述第二图像信息流包括基于不同于所述第一波长范围的第二波长范围生成的第二图像。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个束中的第一束被所述多个光学传感器中的第一光学传感器接收，并且所述第一束在被所述第一光学传感器接收时主要包括第一波长范围内的电磁辐射；
其中，所述多个束中的第二束被所述多个光学传感器中的第二光学传感器接收，并且所述第二束在被所述第二光学传感器接收时主要包括第二波长范围内的电磁辐射；并且
其中所述第一波长范围不同于所述第二波长范围。
28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述多个输出是同时生成的。
29.根据权利要求21所述的方法，其中，保持所述视场与所述移动构建点之间的预定关系包括将所述移动构建点保持在所述视场内。
30.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括将所述多个输出中的至少一个输出的至少一个数据点配准到由所述移动构建点构建的工件的模型。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述配准包括将所述至少一个数据点与所述模型上的这样的位置相关联，即所述位置对应于在生成所述至少一个数据点时所述构建点所处的位置。
32.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括基于由所述多个光学传感器中的至少一个光学传感器生成的输出与由所述多个光学传感器中的至少一个其他光学传感器生成的输出的比较结果来校准所述至少一个光学传感器。
33.根据权利要求21所述的方法，其中，所述控制是基于正由所述移动构建点构建的工件的模型来执行的。
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