CN117693677A - 用于监测制造设备的防护玻璃的状态的分析装置和用于增材制造过程的制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造设备(1)，该制造设备可以是自动化的并且是基于光学相互作用的，特别是涉及一种用于选择性激光熔化(SLM)的制造设备(1)，其中，制造厂具有可以被集成的分析装置D，以及其中，通过光学地检测和分析分配给制造设备的物体平面，确定在制造设备(1)中实施的一个或更多个防护玻璃(10)的状态，更确切地是污染状态、损坏状态和/或健康状态。本发明还涉及一种制造系统，制造系统用于通过照明有待加工的材料(18)来自动制造工件(26)，借助于上述制造设备(1)与集成在其中的分析装置D之间的信号交换，该系统使得有可能连续地评估被实施用于保护敏感光学单元的防护玻璃(10)的状态和使用寿命。

Description

用于监测制造设备的防护玻璃的状态的分析装置和用于增材 制造过程的制造设备

技术领域

本发明涉及一种基于光学相互作用的可自动化的制造设备，特别是一种用于选择性激光熔化过程(“选择性激光熔化”，SLM)的制造设备，以及一种可集成分析装置，该可集成分析装置通过对在制造设备中分配的物体平面的光学检测和分析被配置成确定集成在制造设备中的一个或更多个防护玻璃的恶化、老化和/或污染状态。此外，本发明涉及一种用于基于光学原料照明来自动制造工件的制造系统，其中，制造系统借助于制造系统与集成分析装置之间的信号交换而能够评估相应的防护玻璃的状态和/或剩余寿命。

背景技术

由于当前工作过程的增加的复杂性以及所产生的生产设备生产尽可能精确、自动化以及广泛的需求，已经建立了基于光学相互作用过程的工件的制造和加工。

在本文中，基于光学相互作用的现有技术的制造设备例如激光诱导制造设备和/或基于增材制造步骤的设备(例如，选择性激光熔化)通常包括一个或更多个高强度光源，一个或更多个高强度光源与多个精细调谐并且可自动控制的光学元件(透镜、反射镜、滤光器等)耦接，并且因此使得制造设备能够通过生成针对给定生产点的会聚和聚焦光线来使给定工件或相应原材料塑性变形。作为示例，使用选择性激光熔化过程的制造设备可以包括至少激光光源，至少激光光源借助于软件支持的光学器件被配置成将成束的激光束聚焦在有待加工的原材料的粉末层上，并且因此产生非常有效的三维生产工艺，三维生产工艺能够在上述材料内产生局部基于逐层的熔合。

然而，尽管此类生产系统持续进一步改进，但在大多数此类系统中仍出现以下问题：由于在制造过程中出现的污染物或加工残留物，用于递送前述光学加工光束所需的部件可能被污染或甚至损坏，从而导致照明精度的降低并且因此导致所产生的工件的质量的降低。在此基础上，为了保护这样的部件，所述生产系统通常包括至少额外的(例如，半透明的)防护玻璃，防护玻璃通常定位在导光光学器件或相应的光源与用于生产相应工件的操作位置之间，并且因此也不可避免地与上述工艺排放物接触。在本文中，对防护玻璃的污染或损坏还同样引入多种问题：一方面，可能发生防护玻璃的混浊，这可能不利地影响前述制造光路径，使得例如加工光束的强度可能降低。此外，还可能的是，在污染或损坏区域处发生的单独的光散射事件可能导致光束轮廓的偏移，使得不仅生产线内的质量波动可以变得明显，而且以这种方式偏转或吸收的光源的能量可能对防护玻璃产生进一步的损坏(例如，熔融、断裂或裂纹)。因此，对于基于光学相互作用的制造设备来说，开发用于识别任何异常状况(诸如污染和损坏状况等)的准确分析机制是至关重要的，准确分析机制能够提供对在制造设备中实施的防护玻璃的污染水平或恶化水平的评估，以及将此类评估可能性尽可能非侵入性地且高效地集成到制造设备中。

在本文中，作为示例，DE 102014203798的内容涉及一种用于监测附接至机器人的激光处理头的防护玻璃上的污染和/或损坏状态的方法，其中，机器人被配置成将所述激光处理头移动至静止放置的摄像机设备的视场中。

然而，常见的方法和设备分别具有以下问题：由于仅仅被动的测量技术(通常，相应的方法测量从污染物发出的影响，而不是污染物本身)，不能直接预测防护玻璃的污染程度，而仅预测玻璃相应的光学特性，这些光学特性同样受到玻璃材料的其他来源(例如，弯曲、老化过程)的影响。此外，已知装置既不能局部地识别给定防护玻璃上的污染物累积(因为所测量的散射光可能潜在地来自暴露区域的任何区域)，也不能正常地构建成集成到现有制造设备中，因为散射光测量通常需要专门设计的系统几何结构以允许一致和精确的输出。

本发明的目的是提供一种用于增材制造加工的优化的制造设备，通过优化的制造设备可以实现改进的生产质量。此外，本发明的目的是提供一种可整合的分析装置，通过可整合的分析装置可以有效地监测制造设备的状态并且提供一种用于借助于增材制造来优化工件生产的制造过程。此外，本发明的另一个目的是消除现有技术的上述问题，具体地，提供一种用于检测基于光学相互作用的制造设备的一个或更多个防护玻璃上的状态(特别是污染、恶化和/或老化状态)的分析装置，光学相互作用甚至可以检测玻璃状态的局部变化，诸如单独的污染和/或损坏结构等，并且因此使得污染、恶化或老化水平的评估甚至更精确和有效。此外，本发明的目的是提供一种分析装置，分析装置能够容易地集成到现有制造设备的工艺流程中，并且能够将通过上述状态定位获得的附加信息用于确定预定评估参数以及用于监测和预测相应防护玻璃的可能的清洁和/或更换时间。

发明内容

为了解决上述问题，提出了独立权利要求的特征。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。

本发明的分析装置在本文中可以优选地包括至少一个光学传感器装置以及照明装置，至少一个光学传感器装置用于检测与制造设备的一个或更多个防护玻璃相关联的物体平面(即，其可以直接位于防护玻璃上)，照明装置用于照明优选地由传感器装置检测的相应物体平面，其中，光学传感器装置和照明装置可以优选地被配置成借助于照明装置检测现有的防护玻璃状况，特别是通过照明在防护玻璃上存在的结构，例如污染、恶化或老化结构(例如，污染物：工艺副产物，诸如污点颗粒、熔化物以及不适当清洁的残余物，诸如条纹、纤维和/或(灰尘)颗粒等；恶化：划痕、缺口、烧伤或损坏的涂层和老化迹象，诸如防护玻璃中的褪色等)，并且随后借助于光学传感器装置定位所述结构。因此，本分析装置可以优选地形成至少一个两部分装置系统，借助于第一装置(光学传感器装置)，至少两部分装置系统能够直接地和空间上地识别存在于一个或更多个防护玻璃上的异常状况，诸如杂质和恶化等，而第二装置(照明装置)可以确保根据光学传感器装置的要求调整的上述结构的精确且均匀的照明。因此，本发明使得有可能提供一种分析装置，分析装置不是通过仅仅光学(并且因此是可被影响的)次级效应，而特别是通过直接识别在防护玻璃上发现的单独物体和/或异常来确定一个或更多个防护玻璃的状况，因此实现更精确的且防错的检测机制。

进一步地，本发明的可能的可替代实施例具体地还可以包括对上述分析装置的进一步简化。例如，除了前述照明装置之外或代替前述照明装置，外部照明源(例如集成在相应制造设备的组装空间内的光源)也可以用于检测所述防护玻璃的异常，由此提供甚至更紧凑且更容易的可集成分析装置。相反地，在不同的但同样优选的实施例中，分析装置还可以至少以一种方式被设计成使得，例如，它仅包括上述传感器装置(即，不包括照明装置)，同时仍然能够基于外部照明或者另外仅通过传感器装置本身分析相应防护玻璃的状态。

光学传感器装置可以进一步优选地包括至少一个光学传感器元件，诸如光电二极管、CCD传感器、CMOS传感器或连接到光学传感器的传感器系统等，为了检测上述物体平面，至少一个光学传感器元件可以耦接到相应可控的光学器件，诸如聚焦或散射透镜、反射镜或光学滤波器等，并且因此能够根据上述元件的光学特性聚焦于相应生产系统内的至少任意三维点上。因此，在优选的情况下，前述物体平面的检测还可以至少被理解为信号检测过程，其中，从光学传感器装置的焦平面发出的信号可以被馈送至相应的传感器元件(图像平面)并且因此可以为后续过程步骤准备和评估。

基于这些特性，光学传感器装置可以相应地被配置成基于上述信号来生成分别检测的物体平面的至少一维映射。在特别优选的情况下，光学传感器装置的光学传感器元件还可以特别地被设计为成像传感器，例如通过实施单像素或多像素传感器和/或耦接且可扫描的透镜系统，使得由光学传感器装置检测的物体平面的每个点可以被识别为空间分辨的、至少一维的、但在特别优选的情况下主要是二维图像的元件。因此，借助于光学传感器装置，取决于所实施的光学器件的所选择的定向，同样可以聚焦在连接至一个或更多个防护玻璃的优选任意的平面(物体平面)上，并且因此在本发明内将所述物体平面再现为一维或二维、信号依赖和空间分辨的图像。

进一步，为了确保对在对应的防护玻璃上发现的现有结构(诸如上述污染、恶化和/或老化结构等)的准确标识，由传感器装置检测到的前述物体平面还可以优选地平行于被污染的光学表面并且在甚至更优选的情况下被定位在被污染的光学表面的相同(高度)水平处(特别是在防护玻璃的面向制造区域的外表面处)，这可以导致关于前述颗粒标识的优化的成像锐度。可替代地，然而，还可以例如在防护玻璃的不同高度或不同截面轴上限定若干物体平面，然后可以通过自动操纵位于传感器装置中的光学元件(优选地一个接一个地)来优选地接近这些物体平面，并且这些物体平面用于附加测量数据生成。

因此，除了位于防护玻璃上的污染、恶化和/或老化结构的上述二维图像之外，在本发明中还可以优选地有可能生成前述元件的三维图示，三维图示是基于大量检测到的物体平面的，从而导致以下效果：另外的信息(诸如积聚在防护玻璃上的结构的形状或高度等)也可以用于进一步分析。类似地，光学传感器装置还可以优选地被配置，特别是为了允许单独检测到的图像内的最大分辨率，以仅捕获给定平面内的单独局部区域，从而使得例如在基于像素传感器的传感器装置中，可以可选地增加相应的像素至图像速率。为此目的，传感器装置还可以优选地配备有进一步的图像增强机构，诸如自动对焦、二向色滤波器、带通滤波器或甚至预定义的基于软件的图像处理装置等，图像增强机构可以在检测过程期间和/或之后自动地调节锐度(以及因此所记录的图像的信息内容)并且因此实现对防护玻璃污染状态的最佳检测。

如以上已经提到的，有待由光学传感器装置检测的信号可以进一步优选地通过借助于在分析装置中同样实施的照明装置或由外部照明源来照明至少一个物体平面来生成。具体地，在优选的实施例中，照明装置可以优选地将单色或多色光束以预定义入射角发送到防护玻璃上或发送到与防护玻璃相关联的物体平面上，使得通过所照明的光与粘附到防护玻璃上的污染、恶化和/或老化结构的相互作用，可以产生依赖于上述结构的相应信号映射。

因此，在第一优选实施例中，照明装置可以进一步优选地被布置成尤其相对于先前描述的传感器装置定向的入射光源。因此，在这种情况下，照明装置可以被配置成从防护玻璃的面向光学传感器装置的一侧输出并所产生光作用于对至少一个防护玻璃进行照明，从而使得在防护玻璃的表面是完全清洁的或没有缺陷的情况下，从照明装置发出的相应照明光束可以完全穿过防护玻璃(即，基本上不具有反射相互作用)并且因此可能不被重定向至光学传感器装置。因此，基于该设置，通过将由各个结构产生的散射光用作传感器信号，可以有效地定位和识别给定防护玻璃内的现有污染、恶化和/或老化结构，因为可以有效地保持从照明装置发出的任何光(自然地)远离光学传感器装置。因此，该第一实施例的分析装置的优选检测过程可以优选地包括以下过程步骤：至少首先产生将由光学传感器装置捕获的物体平面(或相应的至少一个防护玻璃)的均匀照明，同时随后，粘附在防护玻璃上的污染、恶化和/或老化结构可以通过使用系统中如此出现的光散射图案作为用于结构定位的空间分辨信号来检测。

为了进一步改进前述工艺，除了照明光源(诸如LED等)、发光二极管系统或防护玻璃照明所需的激光之外，照明装置还可以包括额外的元件，诸如适用于光束均匀化的额外的偏振、强度或滤色器、聚焦或散射透镜或甚至聚光器，(例如，蜂窝状聚光器)等，其可以优选地耦接至照明光源并且以自动或手动方式控制。此外，在优选的实施例中，本发明的光学传感器装置和照明装置的光学元件还可以被配置成以协调方式起作用并且可以被定向成使得取决于应用于相应装置(例如，照明装置)之一的所选设置，另一个装置(例如，光学传感器装置)的元件可以相应地调整。作为示例，照明装置可以被配置成改变由照明光源产生的光强度，例如，取决于外部参数或通过引入存在于照明装置中的额外的滤波器来调整其光谱带宽，而光学传感器装置同样作为响应，可以自动地从光学传感器装置添加或移除滤波器或其他光学元件，以便进一步改进分析条件。

此外，为了进一步提高上述检测过程期间的照明质量，照明装置还可以被配置成连续地或者以脉冲状的方式执行相应物体平面的照明。同样地，照明装置可以优选地被配置成至少通过机械地重新定向对应的照明装置来有效地调节用于照明的光的相应的入射角。类似地，还可以提供若干照明光源或耦接到照明光源或光学元件上的光学元件，或者相当于光学传感器装置，照明装置可以仅照明所检测到的物体平面的预先限定的部分区域，这尤其允许高照明强度。

除此之外，照明装置的进一步的实施例还可以优选地包括使用其他照明类型。例如，在第二优选实施例中，与上述第一实施例的入射光过程相反，照明装置还可以被配置成提供用于检测防护玻璃上的污染、恶化和/或老化结构的透射光照明过程。为此目的，在特别优选的情况下，照明装置可以至少安装在至少一个防护玻璃的背离光学传感器装置的一侧(并且优选地，与防护玻璃相距预定距离)，使得在防护玻璃的无缺陷或无污染状态的情况下，照明装置所生成的照明光束可以优选地既到达相应的防护玻璃又以非反射方式透过防护玻璃照明，以及到达位于所述防护玻璃后面的传感器装置中的每一个单独像素。

因此，在该实施例中，同样可以检测一个或更多个防护玻璃上的单个污染、恶化和/或老化结构，其中，在这种情况下，通过检测由所述散射事件引起的光强度损失，单个结构定位可以不基于从每个上述元件发出的散射光，而是反之亦然。因此，除了定位照明装置本身之外，照明装置的先前描述的实施例也可以不同，特别是在于光传感器装置在图像中随后捕捉的污染、恶化和/或老化结构在第一实施例中可以表现为与所捕捉的图像背景强度相比包含更高强度值的图案，而在第二实施例中检测到的图像背景通常可以示出大的强度值(由于另外检测到的透射光)而在上述结构的所谓位置处还示出显著的强度信号减少。因此，上述两个实施例可以实现用于识别防护玻璃条件的条件的有效和精确的方法，同时，可以考虑使用元件的优选安装位置以及不同照明类型。

此外，上述曝光装置的其他实施例优选地还可以包括前述类型的照明的组合，例如通过引入位于相应防护玻璃前方和后方的相对于光学传感器装置位置的预定空间中的光源、将照明装置直接附接到光学传感器装置或甚至通过省略照明装置并且仅借助于外部照明源(诸如相关制造设备内存在的安装灯等)照明防护玻璃。此外，在又一另外的实施例中，为了被识别为第三实施例，照明装置还可以优选地被侧向地安装到相应的防护玻璃的玻璃表面(特别是如侧向地布置在相应的防护玻璃的窄侧上或布置成环形形状的LED)，使得与先前提及的情况相比，同样可以实现径向照明，即，从防护玻璃的外侧到其中心的照明。因此，后一种照明类型可以特别地产生等同地产生相应寻求的污染、恶化和/或老化结构的侧向照明图像的优点，这可导致关于后续结构分析的进一步有利效果。

因而，清楚的是，通过本分析装置产生的检测机构，可以实现对存在于至少一个防护玻璃上的条件的有效且同时精确的分析。此外，应当注意的是，仅由一个或两个装置元件(光学传感器装置和(可选地)照明装置)组成的本分析装置的上述简单设计允许更加灵活地适配在不同的生产线内发生的相应条件。

例如，由于通过传感器装置对至少一个防护玻璃的直接(并且因此独立于引入到制造设备中的任何元件)分析，在优选的情况下，本发明的分析装置还可以被设计成可以集成到已经存在的制造设备中的分析单元，这尤其进一步增加了添加到本发明的技术价值。

因此，在本发明中，还可以优选地可以将分析装置的先前描述的装置元件(特别是无干扰的)结合到基于光学相互作用的相应制造设备的设置中。

为此目的，分析装置可以优选地被配置成至少沿着由制造设备的制造光源产生的光路被集成或定位，使得不仅可以在上述光学传感器装置和至少一个防护玻璃之间建立最短可能的检测距离，而且可以使在生产系统中存在的相应自由空间可用于集成相应装置元件。例如，由于限定光路的光学制造元件的光学特性以及所产生的工作距离，在制造系统中可能存在凹部，凹部通常保持用于制造光束的光束操纵目的(聚焦、散射、加宽等)，并且因此可能潜在地用于集成额外的装置。因此，在特别优选的情况下，本发明的分析装置可以被特别配置成利用制造设备内的所述自由空间并且将其现有的装置元件(又至少是光学传感器装置)结合到前述自由空间中，以便能够高效且无干扰地集成到相应的制造过程中。因此，所要求保护的分析装置的上述定位可以提供以下优点：相应的光学传感器装置不仅可以以特别节省空间的方式来布置，而且就剩余的制造过程而言，优选地可以独立的方式来布置。进一步地，该制造过程本身可以同样地被改进，因为该分析装置的集成可以提供针对潜在污染和/或损坏的额外的保护。因此，在特别优选的实施例中，本分析装置的光学传感器装置还可以被配置成用于将分析装置有效地集成到制造设备中，以便至少定位在光源与制造设备的防护玻璃之间，使得可以有效地利用沿着制造设备的光路存在的自由空间。

此外，在另外的优选实施例中，为此目的，光学传感器装置还可以优选地被配置成至少集成在制造设备的光源和光学制造元件之间，制造设备设置用于修改制造光束，使得特别地，可以有效地使用存在于光学制造元件之间的自由空间。类似地，在这种情况下，还可以优选地例如通过实施额外的镜轴将光学传感器装置集成到光学制造元件的光路中，使得制造设备的同样已经存在的部分可以有效地用于通过传感器装置检测防护玻璃和/或相关联的物体平面。

可替代地，在另外的优选实施例中，光学传感器装置还可以配置成特别地布置在前述光学制造元件和制造设备的至少一个防护玻璃之间。因此，为此目的，光学传感器装置可以被配置成定位在制造设备的用于将制造光束最终聚焦到制造材料上的自由空间中，导致以下效果：传感器装置可以能够直接地分析防护玻璃，即，无需借助于制造设备内存在的其他光学器件。在这方面，本实施例中的传感器装置可以具有通过直接测量一个或更多个防护玻璃来实现潜在防护玻璃状态的精确和独立检测的具体优点。

此外，如以上已经提到的，本分析装置的照明装置可以优选地被配置成布置在制造设备的先前描述的位置或自由空间中的一个中。优选地，照明装置可以特别是提供在自由空间中，在自由空间中同样存在传感器装置，使得相应的分析装置可以优选地作为整体(即，作为单个物理可识别的对象)集成到制造设备中。

同时，为了确保不同制造设备中的功能，本分析装置的相应装置元件的精确定位可以根据待装备的相应的制造设备的设置来适配，而所述定位可优选地至少借助于附接至装置元件的额外的机械构造(诸如可调节的弹簧、轨道或角机构等)来实现，导致装置元件在需要的情况下可选地移位和/或重新定向的额外的能力。此外，为了同等地确保最高可能的安全性和检测质量，先前描述的装置元件还可以优选地永久地和潜在地无位移地安装在制造设备中的额外的构造(诸如框架构造等)上，使得影响分析装置并且降低其过程质量的任何影响可以同样被减小到最小。

此外，在特别优选的实施例中，为此目的，分析装置可以包括至少一个独立的防护壳体，光学传感器装置和/或照明装置可以容纳在防护壳体中，并且防护壳体可以同样地被配置成保护光学传感器装置和/或照明装置免受发生在制造设备中的任何工艺排放放(诸如灰尘、烟雾或材料残余物)的影响。因此，上述防护壳体可以优选地被配置成至少侧向地，在特别优选的实施例中，还完全地(即，从所有侧面)包围先前描述的装置元件，使得可以产生优选地惰性空间。

同时，可以通过评估由光学传感器装置生成的信息(诸如检测到的并且与防护玻璃相关联的相应物体平面的前述图像的信号值或强度值等)来优选地促进有待由分析装置检查的防护玻璃或防护玻璃的相应状况的确定。

在此方面，分析装置可以优选地被配置成至少初始地将以上描述的信息作为数字信息文件传输至被提供并连接至传感器装置的存储装置，使得所述信息可以永久地或持续预定义的时间段被存储并且因此可供用于进一步的评估过程。在本文中，传感器装置与存储装置之间的通信可以经由物理连接示例性地建立，诸如电缆或存储装置的直接集成(例如，通过将存储装置实现为集成存储器芯片或硬盘)等，或者通过无线通信(诸如蓝牙、W-LAN或红外信令等)，使得取决于所选择的实施例可以在任何时间实现极其高效的数据传输。

为了进一步评估以此方式存储的信息文件，分析装置可以在第一实施例中被配置成将当前信息的预定分量或过去采集或处理的信息传输至优选地光学输出单元，诸如制造设备处存在的显示屏等，由此至少允许现有熟练工作人员手动评估防护玻璃的当前状况。因此，举例来讲，在成像生成传感器装置的情况下，由光学传感器装置生成的检测到的物体平面的图像(以及因此在其中可见的(污染、损坏和/或老化)条件)可以在输出单元处生成为可视的、至少二维图像，可视的、至少二维图像可以随后通过熟练工作人员的评估或通过相应的计算机程序自动用于估计防护玻璃的当前条件。同样地，输出单元还可以优选地被配置成从多种记录步骤和/或时间接收信息数据并且向熟练工作人员呈现所记录的和/或所选择的信号的相应时间进展或改变。

此外，在另外的实施例中，代替或除了被配置成输出所记录的信息用于手动分析的上述输出装置之外，本分析装置还可以优选地包括用于对上述信息进行自动评估的至少一个评估单元。在本文中，评估单元本身可以优选地被设计成独立的计算单元，例如被设计成连接至存在于分析装置中的其他装置元件上的处理器，并且可以特别是被配置成用于使用由传感器装置生成的信息来借助于在对应评估单元中实施和/或编程的计算指令来评估防护玻璃的状况。

为此目的，在优选的情况下，评估单元可以至少类似地连接到分析装置的前述存储装置，从而使得后者能够访问存储在存储装置内的信息数据并且潜在地将当前捕获的信息和由之前的分析过程生成的信息两者结合到随后的评估过程中。进一步，在特别优选的情况下，评估单元还可以配置成包括过程中的其他参数，诸如预定阈值、物理常数或由产生信息文件而产生的信息(诸如元数据等)等，从而特别地实现复杂的和基于多条件的评估机制。

由评估单元执行的评估过程本身可以进一步初始地并且优先地包括至少一个确定并输出状态程度的步骤，状态程度限定了至少一个防护玻璃的状态，特别是在所述玻璃上发现的污染、恶化和/或老化的状态(在下文中也称为“恶化程度”、“污染程度”或“老化程度”)，状态程度可以优选地被配置成以非常简单的方式表示一个或更多个防护玻璃以及与其相关联的措施的当前状况。因此，在优选的形式中，所述状态程度可以表示为例如简单数字，诸如以1至100的比例格式等，其中，低(状态程度)数字表示较差状况，而高数字表示良好，即，当前防护玻璃的优选的、无缺陷的和/或高质量的状况，由此允许给定的熟练工作人员在识别防护玻璃的输出的相应状态程度时，有效地辅助评估当前防护玻璃状况以及据此执行的相应措施(例如，诸如清洁或更换至少一个防护玻璃的动作等)。此外，除上述刻度形式之外或代替上述刻度形式，由分析单元计算的状态程度还可以包括更离散的信息，诸如关于防护玻璃状况的具体类型的陈述(例如，“防护玻璃的物理变质”、“识别的污染层”、“条纹”等)或者由分析装置针对后续动作过程给出的评估(例如，“过程的继续”、“所需的清洁”或“所需的防护玻璃的更换”)等，使得甚至不熟练的工作人员可以识别现有问题来源并有效地启动进一步的维护过程。

因此，分析装置对上述状态程度的确定和输出可以特别地用于产生关于由光学传感器装置检测到的至少一个防护玻璃的当前状况的自动化的，以及同时容易理解的评估，使得一方面可以准确地估计防护玻璃的恢复/清洁所需的时间点，另一方面可以有效地监控前述恢复过程的质量，以实现相应制造设备的平稳且无问题的重新使用。例如，分析装置可以同样被配置成，特别是在防护玻璃的相应清洁和/或更换过程之后，重新检查所处理的防护玻璃的状态程度，并且因此通过基于此检查发出离散陈述(例如，诸如“清洁成功/完成”、“防护玻璃仍有缺陷”、“检测到的条纹/损坏”的消息等)，向制造设备的当前操作者通知可能的不充分的清洁步骤或者在防护玻璃的相应更换期间发生的故障(例如，诸如“清洁成功/完成”、“防护玻璃仍有缺陷”、“检测到条纹/损坏”的消息等)，导致甚至可以进一步改进在制造设备内执行的任何加工顺序的效果。

如以上已经提及的，有待由光学传感器装置检测的信号此外可以优选地通过借助于在分析装置中实现的照明装置或借助于外部照明源来至少照明物体平面来生成。为此，在特别优选的实施例中，照明装置可以以预先限定的入射角将单色或多色光发射到防护玻璃或与防护玻璃相关联的物体平面上，从而引起由照明装置发出的光与粘附到防护玻璃上的污染、恶化和/或老化结构的如此产生的相互作用，从而形成取决于所述结构的信号场。

为了确定上文所描述的防护玻璃的当前条件，或有待用于此目的的状态程度，评估单元可以另外地优选地被配置成从由光学传感器装置生成的信号值中提取和评估预定义信息，并且还将此信息与存储在存储装置中的多个参考信息(诸如来自先前分析过程的信号值或上文已经提及的额外的参数等)进行比较，使得可以优选地至少将相应的状态程度确定为至少一个防护玻璃的当前检测的状态与先前时间点之间的比较值，例如防护玻璃处于例如没有恶化和/或污染的条件下的时间点。在本文中，为此目的，在特别优选的实施例中，已经预定义的信息文件可以被例如存储在存储装置中，存储装置可以示出防护玻璃的状况，特别是直接在安装在生产机器或清洁过程之后，并且因此允许评估单元通过添加此信息来计算状况程度作为当前状况与最佳状况之间的比较。

此外，作为优选地用于确定状态的程度和从光学传感器装置获得的信息，评估单元可以被配置成至少基于存在于由传感器装置捕获的图像中的强度值计算所述状态的程度。

例如，在第一实施例中，评估单元可以被配置成至少分析在传感器装置的给定图像内的强度值并且随后至少通过形成在当前图像的上述强度值(例如，通过计算图像相关的平均值)与先前防护玻璃状态(如先前描述的最佳状态)的强度值之间的相对差值来计算所寻求的状态程度。这尤其具有以下优点：由于由传感器装置捕获的光强度与污染量之间的给定相关性(即，污染/恶化/老化效应越大，由散射效应产生的强度差异越大)，可以产生给定防护玻璃的污染、恶化或老化的简单和有效的测量，从而可用于计算上述状态程度。因此，在该第一实施例中的状态程度的确定可以至少通过首先计算上述相对差异强度值并且随后通过使用额外的处理步骤(诸如将这些差异强度值与预定义阈值进行比较、和/或实现另外的参数等)将所述值转换成所寻求的状态程度来提供。

此外，在特别优选的实施例中，评估单元可以同样地配置为特别是将由图像传感器装置提供的所生成的图像的任何二维信息包括在上述计算中。例如，除上述强度值之外或代替上述强度值，评估单元可以能够使用图像中描绘的污染、恶化和/或老化结构的数量和/或大小来确定状态程度，由此具体地生成独立于任何光学值并且因此与现有技术状态相比更加精确的分析过程。

为此目的，借助于这个第二实施例示例对状态程度的计算可以相应地首先至少包括对位于相应图像中的任何结构轮廓或几何形状的检测，优选地，同样可以根据要在图像中发现的强度值来执行该检测。示例性地，为此目的，检测过程可以包括分割步骤，在分割步骤中，评估单元可以首先提取待分析的图像的各个像素的强度值，然后将相干体(诸如包括预定义强度值或超过特定阈值的相邻像素组等)识别为上述结构几何结构中的一个。因此，通过这样生成的额外信息(例如，这样生成的属于识别的特定像素组/结构或者属于特定强度值的像素的像素位置)，可以生成在相应的图像上检测的污染、恶化和/或老化结构的尺寸、几何形状或者任何聚集区域的精确指示，其可以等同地包括在状态程度的计算中并且因此能够基于直接所谓(即，实际存在的)防护玻璃的性质实现极其精确的状态评估。

基于这些条件，评估单元因此可以优选地被配置成将所检测到的损坏、恶化和/或老化结构的上述特征中的至少一个特征(除了或代替图像的上述强度值)整合到对状态程度的后续确定中。例如，状态的程度可以至少部分地定义为随着所检测的结构占据的区域(优选地相对于生成的图像的总区域)变化，使得状态的程度随着至少一个防护玻璃的覆盖的增加而定性地变低。可替代地，为此目的，所检测的结构的数目、它们的大小、形状或还有结构密度或在图像内识别的单独结构的位置可以被包括在该计算中并且经由不同的计算方法(诸如预定义的权重等)彼此组合，使得最终条件程度还可以被理解为对在至少一种防护玻璃上发生的不同条件的评估。

在这方面，上述二维识别过程和条件程度的计算特别是可以提供以下优点：可以提供防护玻璃的条件的可自动评估，这不仅可以使用由防护玻璃本身的污染、恶化和/或老化产生的潜在影响，而且还包括位于一个或更多个防护玻璃上的结构的明确特征(过程排放、损坏斑点、局部漂白等)来识别给定的防护玻璃条件。

此外，进一步的潜在优点还可以产生来自另外的过程和/或分析步骤。例如，在定位位于防护玻璃上的任何结构之后，评估装置也可以优选地用预定义的结构类型(例如，“灰尘残余物”、“污点沉积”、“划痕”、“裂纹”、“漂白”等，例如通过比较上述结构几何形状)来类似地标记这些结构，并且然后根据分别分析的结构类型来调整评估单元的输出。例如，在主要识别为灰尘的结构的情况下，评估单元可以产生用于清洁防护玻璃的输出，然而，在识别大多数裂纹的情况下，可以建议替换相应的防护玻璃。因此，清楚的是，借助于由图像传感器装置获得的至少一个防护玻璃的附加二维信息，可以实现甚至更详细的分析(以及相应的处理步骤)。

此外，在特别优选的实施例中，评估装置还可以被配置成将由光学传感器装置生成的检测到的物体平面的图像细分成多个不同的评估区域，这特别是允许单独考虑作用于防护玻璃上的局部影响，并且因此同样允许相应状态程度的更精确的评估。例如，特别是在可加热的制造系统中，可能在防护玻璃上形成由临时温差产生的可能的结构团块，这可导致所产生的图像内的结构密度的局部增加，但对制造设备(例如，由于空间受限的结构分布)的一般制造质量仅影响较小。在这个意义上，评估单元的额外的处理步骤可以优选地至少包括识别上述结构分布的局部差异的步骤，优选地通过将待分析的图像细分成多个评估区域，并且随后，为了将先前描述的条件等同地包括在状态程度的计算中，至少彼此独立地评估单独的评估区域。

此外，在进一步优选的实施例中，评估单元还可以被配置成优选在单个防护玻璃结构的定位之前，比较待分析的图像(类似于上述强度值分析)与先前的防护玻璃状态。为此目的，例如，可以首先将最后提到的图像与预定义的图像进行比较，预定义的图像在相同的光学条件下可以展现最佳的防护玻璃状态，使得可以从进一步的分析步骤中有效地排除与所寻求的结构不相关的可能的信号值，诸如强度梯度或由分析装置的设置产生的背景信号等。相应地，优选地，分析单元可以在相应结构定位步骤之前基于从待分析图像中减去最佳图像的像素强度值而首先将待分析图像转换成例如差分图像，从而进一步提高先前描述的状态计算程度的评估精度。

如以上已经描述的，状态程度本身可以进一步被计算，优选地在相应物体平面已经被光学传感器装置测量并且以此方式获得的信息之后，无论所计算的状态程度或例如待从图像拍摄的任何防护玻璃特性可以在被评估单元分析之后被存储在存储装置中。随后，还可以使用上述过程序列来创建存在于存储装置中的一个或更多个防护玻璃的状况历史，除了能够重复使用所存储的信息的优点之外，例如，用于上述差分图像计算，其还可以用于预测未来的防护玻璃特性。

因此，在进一步优选的实施例中，分析装置还可以被配置成特别是连续地或以预定的时间间隔确定至少一个防护玻璃的污染、恶化和/或老化状态，这允许产生所确定的与污染、恶化和/或老化状态相关的数据的一系列精确定义的测量值并且将其存储在存储装置中以用于分析另外的防护玻璃参数。测量系列可以优选地包括时间序列，诸如每单位时间记录的防护玻璃的状况或状态程度的变化，以及存在于防护玻璃周围的系统的任何特征，例如随时间执行的制造步骤、记录的温度或者防护玻璃上的机械/光学效应等，使得取决于各个制造设备内的现有条件，可以实现针对制造设备定制的特定数据库。

在这方面，分析装置可以优选地被配置成特别地使用所述数据库内的过去分析过程的上述测量系列来产生关于涉及当前防护玻璃状况的优选过程的估计。例如，在优选情况下，分析装置可以被配置成与当前计算的防护玻璃条件或状态程度比较已经存在的测量系列，特别是在相同或类似制造条件内进行的测量系列，并例如通过外推在该测量系列中检测到的条件趋势程度来计算基于这些过去的测量系列获得的至少一个防护玻璃的剩余寿命。可替代地，除了寿命之外，还可以优选地确定其他参数，诸如直到防护玻璃需要被清洁、修复或更换的优选时间段等。

随后，可以看出，借助于上述和要求保护的分析装置，可以产生超过常规现有技术防护玻璃分析装置的宽范围的优选优点，由于分析装置的装置元件既简单又有效地集成到现有制造设备中，所以分析装置的装置元件能够高度有效地引入到优选地基于光学相互作用的任何种类的制造设备中。

在下文中，还要求保护一种基于工件材料和/或工件元件的照明的制造系统，该制造系统同样具有上述优点并且因此同样地与常规制造系统区分开。

在这方面，所要求保护的制造系统可以至少同等地包括基于光学相互作用的一个或更多个制造设备以及根据上述定义在制造设备中实施的分析装置的一个或更多个实施例。因此，要求保护的制造系统的制造设备最初可以等同地被认为是至少一个装置，至少一个装置包括用于加工整合的工件材料和/或工件元件的至少一个光源、由所述光源生成并且用于照明所述工件的一个或更多个光路以及被布置成用于保护所述光源免受任何恶化和/或污染的一个或更多个防护玻璃，从而产生以下效果：前述制造设备可以优选地被标识为基于光学相互作用并且在现有技术中已知的任何常规制造设备。

然而，在优选的实施例中，制造系统的对应制造设备还可以被特别是配置成至少可以用于诸如借助于选择性激光熔化(SLM)工艺等的工件的增材制造。

具体地，为此目的，基于光学相互作用的制造设备可以优选地包括至少一个处理腔室，在至少一个处理腔室中可以引入工件材料和/或工件制造所要求的工件材料并且通过使用光源的照明进行加工。在本文中，处理腔室本身可以优选地(特别是为了能够满足SLM处理所需的大气条件)被设计成是完全可关闭的并且优选地配备有多个化学和/或机械调节元件，从而允许制造系统的处理腔室在任何制造过程期间动态地调节存在于处理腔室内的气氛的压力或化学成分，并且因此实现极其稳定且无误差的制造过程。具体地，为了这个目的，处理腔室还可以包括例如用于输入所需处理化学品(诸如氩等)的各种入口阀和出口阀，并且可以至少被配置成气密地密封限定在处理腔室内的制造空间，使得在工件制造期间的任何给定时间满足以上条件。

此外，在优选的实施例中，制造设备的一个或更多个防护玻璃可以同样地是处理腔室的一部分。例如，有可能的是，至少一个防护玻璃可以优选地被集成到处理腔室的壳体中或至少被形成成与所述壳体相接触，使得对应的至少一个光源可以引导从其发出的制造光路最初穿过防护玻璃和/或这些防护玻璃并且因此随后进入到处理腔室中。因此，制造设备的设置还可以至少以如下方式配置：光源可以直接或经由任何可优选控制的光学元件引导发出的光束通过至少一个防护玻璃，并且因此此后允许其作用在可加工工件材料和/或元件上。

如已经提及的，至少一个光源自身在本文中可以优选地至少被设计为辐射源，辐射源被配置成用于工件元件的塑性变形(诸如激光器等)，并且可以优选地能够经由集成在辐射源中或定位在外部的可控光学元件(透镜、滤波器、反射镜、聚光器等)使由光源产生的光路优选地在任何三维方向上移动和/或聚焦。以此方式产生的光束系统的进一步对准还可以机械方式实现，例如通过移动包含制造设备的光学元件和/或光源的一个或更多个照明壳体，使得可以在机械和光学基础上实现材料的聚焦。

同时，如所描述的，制造系统的至少一个分析装置可以被配置成被集成到制造系统的制造设备中，优选地集成在存在于制造设备中的自由空间之一中。例如，至少一个分析装置可以优选地在本制造系统中定位在至少光源或封闭光源和/或光源的光学元件的照明壳体与上述处理腔室之间，使得分析装置可以特别地被设计为可插入在上述两个元件之间的单元。在特别优选的实施例中，还可能的是，至少一个分析装置可以集成在多个光源或照明壳体与上述处理腔室之间。

一个或更多个分析装置的各种装置元件，但是至少光学传感器装置，可以进一步同样地优选地定位在制造系统的处理腔室和至少一个光源之间，类似于上述实施例，并且例如由分析装置的防护壳体封闭。

此外，取决于优选的照明类型，相应的分析装置的照明装置的具体位置可以优先变化。因此，例如，在入射光照明用途的优选情况下，照明装置可以优选地沿着相应防护玻璃的面向相应光学传感器装置的一侧安装，使得可以将光学传感器装置和照明装置两者定位在共用空间中，诸如相应的分析装置的防护壳体等中。另一方面，在透射光照明的情况下，照明装置可以优选地被定位在所述防护玻璃的相对侧上，例如在处理腔室内的间隔开的空间中，这使得还特别地有可能直接地照明至少一个防护玻璃的恶化或污染影响的那侧。此外，作为第三优选实施例，还可以特别地为了实现从相应的防护玻璃的侧面发出的甚至更均匀的照明，使照明装置被配置成结合到处理腔室的主体中，例如结合到壳体或其外壁中，使得不仅可以实现照明装置的极其节省空间而且可以实现照明装置的稳定集成。

此外，制造系统的进一步优点还可以起因于制造设备与集成的至少一个分析装置之间的可能的相互作用。具体地，分析装置可以例如被配置成用于优选地与基于光学相互作用的制造设备交换机加工和/或处理信号，从而使得一个或更多个分析装置的相应分析过程可以与制造设备所执行的现有制造步骤有效地协调。因此，举例而言，至少一个分析装置可以被配置成至少接收和/或向制造设备发回与制造设备的现有工作过程相关的信息，从而使得可以根据预定义的制造过程(例如，在开始之前、在完成工件生产之后或在预定义的等待时间期间)具体地自动地执行由分析装置进行的至少一个防护玻璃的污染、恶化和/或老化状态的确定。然而，相反地，制造设备还可以被配置成基于由分析装置获得的信息将其制造过程适配于分析装置的设计，从而使得相应的分析装置与制造设备的现有制造过程能够极其高效且具体地动态地操作相互作用。

因此，制造设备可以例如以预定时间间隔定期接收与通过至少一个分析装置在制造设备中实施的防护玻璃的当前状态有关的信息，并根据上述信息动态地调整当前制造过程和/或将要执行的制造过程可能是示例性的。以此方式，例如，制造设备可以优选地被配置成，在接收到负面防护玻璃评估之后(例如，在检测到局部老化或裂缝之后)，避免潜在地与所检测到的问题源相互作用的任何光路(例如，通过改变所使用的光路几何形状)或者自动地将正在进行的机械加工过程重新分配给不受先前描述的问题源影响的其他光源或光路，使得即使在正在进行的制造过程期间也可以确保永久恒定的加工质量。此外，类似于上述装置元件，各个制造步骤和/或工艺参数(诸如制造光束的强度或直径等)也可以优选地基于由至少一个分析装置生成的各个信息来适配，从而实现制造设备相对于发生的防护玻璃条件的最大适应性。

此外，可以优选地以如下方式设计在相应的分析装置与制造设备之间的另外的相互作用步骤：具体地，可以尽可能以最佳的方式优化由分析装置产生的信息的准确性和可比较性，例如以便允许优先无误差地将当前防护玻璃状态的图像与这样一种对应的最佳防护玻璃状态进行比较。为此目的，制造系统可以例如被配置成至少在制造系统中占主导的持续相同的条件下(诸如现有的背景照明、工件位置或制造过程时间等)执行由分析装置执行的分析，这可以使在所记录的图像内捕获的潜在干扰信号最小化，并且因此同等地改进最终图像产品(诸如上述生成的差分图像等)的质量。

此外，为了特别地避免由光源或制造设备的处理腔室内产生的防护玻璃的背景照明，制造系统也可以优选地被配置成仅当光源被关闭或覆盖时通过光学传感器装置来执行对相应的防护玻璃物体平面的检测。在此方面，在对至少一个分析装置进行分析之前制造系统的工艺步骤可以同样至少包括关掉和/或覆盖相应系统中的光源或任何其他发光物体的步骤，以便使恒定光学条件作用到光学传感器装置上。

此外，在特别优选的实施例中，制造系统还可以包括用于上述目的的另外的装置元件，诸如安装在制造设备中的用于屏蔽一个或更多个分析装置(但至少其光学传感器装置)等免受从制造设备发出的照明的活动护窗或滑动元件。确切地讲，该活动护窗或滑动元件可以被设计成例如可移动的和/或可枢转的物体，可移动的和/或可枢转的物体可以优选地由非反射性或高吸收性材料(诸如黑色阳极化板或光学过滤器元件等)构建，并且可以在对应的分析装置、至少一个防护玻璃或光学装置的前方移动，以便屏蔽光学传感器装置，以免干扰通常由光学传感器装置检测的光路。因此，活动护窗或滑动元件可以优选地被配置成至少从用于遮蔽所述至少一个分析装置的第一位置可移动到用于至少从处理腔室的侧面和/或光源和背面再次暴露所述分析装置的第二位置，由此实现在由分析装置检测过程中必要的上述恒定要求以及对应的制造设备的一般制造过程所要求的给定光路的再次暴露两者。此外，活动护窗或滑动元件的优选位置可以进一步优选地根据如上所述的照明装置的照明类型来选择，但可以至少包括活动护窗或滑动元件在处理腔室中或在对应的分析装置之中或之上的定位。

此外，为了确定相应制造系统的制造设备中的至少一个防护玻璃的污染和/或损坏状态而执行的相应处理步骤可以优选类似于所述分析装置的前述功能的处理步骤。因此，本文同等地要求保护的并且由本发明的至少一个分析装置产生的方法步骤可以包括以下步骤中的至少一个：

-通过光学传感器装置检测制造设备的防护玻璃的目标平面；

-通过照明装置照明物体平面；

-通过评估单元检测防护玻璃的物体平面而获得的评估信息，信息的评估至少包括分析所检测的光的强度值的步骤；

-通过分析装置在制造设备的预定制造过程之间检测至少一个防护玻璃的状态，特别是污染、恶化和/或老化的状态；

-通过将通过光学传感器装置检测物体平面而获得的信息与预定义的参考信息(诸如阈值等)进行比较来确定防护玻璃的污染、恶化和/或老化状态；

-基于通过至少一个分析装置获得的关于防护玻璃的污染和/或恶化状态的多个信息，确定至少一种防护玻璃在使用中的寿命。

附图说明

图1：示出了基于光学相互作用的制造设备(特别是SLM设施)的二维视图；

图2：示出了本发明的制造系统的二维视图；

图3A：以竖直截面示出了分析装置的第一实施例的详细视图，其中，照明装置被定位在分析装置的防护壳体内；

图3B：以水平截面示出了图3A的实施例的详细视图；

图4A：以竖直截面示出了分析装置的第二实施例的详细视图，其中照明装置定位在处理腔室中；

图4B：以水平截面示出了图4A的实施例的详细视图；

图5A：以竖直截面示出了分析装置的第三实施例的详细视图，其中，照明装置被集成到处理腔室的主体中；

图5B：以水平截面示出了图5A的实施例的详细视图；

图6A：示出了图3A的分析装置的详细视图，其中，额外的可移动活动护窗或滑动元件定位在处理腔室内；

图6B：以水平截面示出了图6A的实施例的详细视图；

图7A示出了分析装置的另一实施例，其中，通过几个独立的传感器装置分析防护玻璃；

图7B以水平截面示出了图7A的实施例的详细视图；

图8A示出了分析装置的另一实施例，其中，传感器装置与防护玻璃同轴布置；

图8B以水平截面示出了图8A的实施例的详细视图；

图9A示出了分析装置的另一实施例，其中，额外的反射镜元件布置在分析装置中，用于防护玻璃的同轴分析；

图9B以水平截面示出了图9A的实施例的详细视图。

具体实施方式

下面，基于示例性附图详细描述本发明的实施例。实施例的特征可以全部地或部分地组合，并且本发明可以不限于所描述的实施例。

图1示出了基于光学相互作用的制造设备1的示意性实施例，具体地，用于选择性激光熔化的制造设备，其中，可加工的原材料18以层沉积在可移动基板16上并且通过聚焦激光照明局部再熔化，使得通过后续材料层24的连续沉积、照明以及熔化过程，可以生成三维工件26(增材制造)。

为此目的，制造设备1包括至少一个(激光)光源4，至少一个(激光)光源4通过耦接至制造设备1的控制系统6产生被修改用于与材料层24相互作用的光束，其中，所述光束借助于集成在扫描头2中的各种光学元件(诸如聚焦或散射透镜、反射镜、光学滤波器等)经由光路14被聚焦到当前待处理的材料层上。在这种情况下，扫描头2本身是独立的刚性壳体，其中，光学元件能够被手动地和/或自动地控制，并且因此取决于它们的当前取向和分配给它们的光学特性(例如，焦距或滤波频率)，生成三维可定位的光路14。

此外，为了确保上述光学元件免受潜在工艺排放物的适当保护，本实施例中的扫描头2在本文中被设计为闭合或可锁定系统，其中，光路14可以单独地通过由扫描头2的扫描头玻璃3提供的出口孔引导出。然而，在进一步的实施例中，光学元件也可以被设计为独立或开放的装置系统或者至少部分地集成到制造设备1的其他实体(诸如光源4等)中。而且，在这种情况下，光源4的显示可以仅用于视觉目的，使得后者可以同样地被设计成集成到扫描头2或制造设备1的其他元件中。

此外，以扫描头2中实施的光学元件的上述工作距离为条件，用于制造工件26的光路14经由自由空间5穿过扫描头玻璃3进入到远离扫描头2的处理腔室12中，其中，可加工原材料24的不同层沉积在可移动基板16上并且通过用于工件生产的制造光束被聚焦。此外，如前所述，精确的制造过程可以被最佳地描述为迭代涂覆和曝光过程：为了生产任何三维工件26，待处理的材料最初以薄层粉末形式24沉积在基板16上并且通过使用可控升降装置20(例如，气动、电动或机械汽缸或剪式提升装置)的基板16的至少竖直移动被定位到对应于相应的光路14的加工高度。此外，为了确保均匀且致密的材料层24，借助于可以平行于材料层24移动的至少辊22(可替换地，借助于另外的装置，诸如集成的硅唇部等)预先压紧对应的粉末状材料18，并且使粉末状材料18达到预定的层高度并且从过量材料18去除粉末状材料18，使得可以在每次重复过程中确保恒定的材料条件。

此后，借助于经由光路14聚焦的上述光束，机械加工的粉末状材料层24可以局部再熔化，导致以下效果：在固化之后，粉末状材料层24可以形成固体材料层。随后，将基板16降低材料层24的预定厚度高度，并且将新的材料层24沉积在基板16上，使得通过重复地机械加工和添加新的材料层24，可以生成合并的三维物品(工件)26。

此外，为了使大气条件能够适用于上述SLM制造工艺，制造设备1的处理腔室12被设计成完全可关闭的处理壳体，完全可关闭的处理壳体配备有额外的调节元件，诸如例如压力调节器或阀等，调节元件被设置用于导入或导出所需的处理化学品(例如氩、氖等)并且可以通过将上述基板16集成到处理腔室主体11(即，至少处理腔室外壁)中来完全包围上述基板16，由此提供能够被密封以免受外部影响的制造区域。此外，为了同样地允许光路14与各种材料层24接触，防护玻璃10结合到处理腔室的主体11中，由于其光学特性，防护玻璃10至少被配置成既允许光源4发出的光束进入处理腔室12，又保护安装在扫描头2中的加工设备1的各个元件免受在工件生成期间发生的潜在加工排放物28(粉末残余物、烟雾、火花等)的影响。

因此，如以上已经提到的，在基于光学相互作用并且通过现有技术已知的常规制造设备1中出现的问题，由于引入到处理腔室12中的防护玻璃10的同时的保护性以及透射功能，制造设备1的制造质量可能由于积聚在防护玻璃10上的排放物颗粒28(并且因此与制造光路14相互作用)而显著恶化。然而，在另一方面，在大多数情况下，影响防护玻璃10的任何清洁和/或更换过程也证明与制造设备1的巨大高成本和停机时间相关，从而目前制造设备1极其重要的是实施用于识别任何(污染和/或变质)状况的方法，并且因此产生尽可能准确的适当维护措施的指示。因此，为了克服该问题，提出了本发明的分析装置D。

图2示出了本发明的制造系统的第一示意图，其中，分析装置D被示出为集成在图1的制造设备1中。如可以看到的，分析装置D特别是被实施在由制造设备1的光学特性引起的自由空间5中，使得后者特别地沿着光路14定位，并且优选地可拆卸地连接到扫描头2以及制造设备的处理腔室12。在这方面，制造系统的该实施例具有以下优点：通过利用制造设备1内已经存在的自由空间，不需要制造设备1的进一步(例如，光学)适配来实施分析装置D，这允许分析装置D极其容易且有效地集成到现有制造工艺中。

此外，图3A和图3B分别以水平截面和竖直截面示出了图2中示出的集成在制造设备1中的分析装置D的第一实施例的详细示意图。如上所述，在这种情况下，分析装置D实施在扫描头2与处理腔室12之间的自由空间5中，并且因此仅占据制造设备1的未使用区域，以用于分析防护玻璃状况。在本文中，分析装置D本身至少包括光学传感器装置S，光学传感器装置S是设置有光学器件(聚焦透镜、反射镜、滤光器、聚光器等)的成像传感器装置，并且在任意情况下也可以被定义为任意相机装置，以及用于照明将由光学传感器装置S分析的防护玻璃10的多个照明装置L1-L4。此外，为了屏蔽分析装置D的上述装置元件免受外部影响，例如灰尘或有害暴露，光学传感器装置S和照明装置L1-L4布置在分析装置D的防护壳体7中，防护壳体7形成为例如管形，并且其外壁连接到扫描头2和外部处理腔室结构11，从而形成密封连接系统。此外，由于防护壳体7的相应定位，同样地，扫描头玻璃3的面向外的一侧以及处理腔室12的防护玻璃10被集成到分析装置D的封闭区域中，导致这些元件的额外保护。

分析装置D的光学传感器装置S和/或照明装置L1-L4的精确定位可以根据制造设备1的设置进一步变化，然而，在图3A或图3B所示的情况下，可以至少以如下方式设计光学传感器装置S：光学传感器装置S定位在照明装置L1-L4上方，例如在防护壳体7的内部。此外，用于照明防护玻璃10的照明装置L1-L4被配置成定位在均匀距离处，例如对称地(见图3B)定位在防护壳体7内，并且可以同样地被定向成使得在给定制造工艺中照明的防护玻璃表面可以不被损坏，特别是为了能够产生均匀的暴露区域。因此，通过由分析装置D限定的上述装置元件的实施，可以产生装置系统，该装置系统既能够实现所寻求的防护玻璃条件的有效且极其准确的检测，又由于后者元件的无相互作用的定位，使得能够实现与任何给定制造工艺兼容的简单的防护玻璃评估。

此外，在图3A和图3B所示的实施例示例中，通过分析由光学传感器装置S捕获的反射光图像来实施由分析装置D执行的防护玻璃10的评估过程：光学传感器装置S的光学元件和用于聚焦和调节的照明装置L1-L4和/或后者装置元件的总体定向首先被定向成使得具有特定平面，防护玻璃10的物体平面30(参见图3B)由光学传感器装置S聚焦并且借助于照明装置L1-L4被照明，使得从处理腔室12的外部均匀地照明在防护玻璃10的面向处理腔室12的一侧上累积的给定结构的污染、恶化和/或老化28(材料残余物、污迹、划痕、漂白等)，并且可以将由此由这些结构生成的散射光作为位置相关的信号反馈给光学传感器装置S的成像传感器元件。因此，优先聚焦的物体平面30的至少一个(也在优选的情况下)二维信号(即，图像)可以在光学传感器装置S内产生，其中，位于物体平面中且由照明装置L1-L4照明的相应的污染、恶化和/或老化结构28可以表示为相对高信号或高强度值的图案，并且因此变得能够分析以用于相应的防护玻璃的连续状态评估。

此后，如以上已经提到的，通过评估在产生的图像中获得的信息来确定防护玻璃的状态，特别是通过计算取决于多个成像参数并且描述防护玻璃12的当前质量状态的状态程度，在本发明中，可以手动地(例如，通过由熟练工作人员输出和检查图像)或者在分析装置D中实现的评估单元(未示出)的基础上自动地产生状态程度。上述成像参数的合适的示例可以具体地表示具体与所捕捉的结构28相关的特征，诸如沿着物体平面30(并且因此沿着防护玻璃10)定位的污染、恶化和/或老化结构28的数量、大小、形状或密度等，但是基于光学影响的特征(诸如在所生成的图像内与结构28相关联的强度值等)也是可能的，这些特征尤其使得能够根据与相应的污染和/或恶化相关联的直接因素对防护玻璃的状态进行评估。

此外，为了确定先前描述的特性，分析装置D的评估单元配备有一系列图像分析和处理程序，其允许评估单元例如经由各种像素分割和评估过程来识别生成的图像内的对应的单个结构性实体，并且从它们中提取所需的评估参数。此外，为了改进对任何所述结构的识别，评估单元可以使用多个处理机制(例如，背景校正、边缘滤波和/或模糊校正)来同样预先适配前述图像，或者例如通过形成上述差异图像将前者转换成不同的图像格式，从而使得能够更精确地分析防护玻璃10。

此外，在最后的步骤中，评估单元被配置成将上述成像参数转换成容易理解的状态程度，诸如随着防护玻璃10的状况而降低的百分比、规范的质量陈述(例如，“防护玻璃清洁”、“防护玻璃损坏”、“防护玻璃脏”)或建议的处理步骤(“必需清洁”、“必需更换”等)，使得通过由分析装置D输出状态程度，所选择的熟练工作人员可以快速且有效地通知要执行的必需防护玻璃处理步骤。在上述陈述或所提出的处理步骤的情况下，这可以例如通过将所识别的成像参数与任意和适配的阈值进行比较，从而使得例如在超过所识别损坏、污染和/或老化结构的一定数量、密度或大小之后，分析单元可以发出对相应的防护玻璃10的清洁或更换的请求。此外，在多个成像参数被整合用于计算状态的程度的情况下，对应的评估单元最初还可以被配置成经由之前的组合步骤(例如，通过加权和/或先前相对化的平均过程)来组合前述参数中的任何参数，从而使得在本发明中同样可以在所生成的图像中结合有待识别的不同参数以用于防护玻璃状态确定。

因此，图3A和图3B中所示的分析装置D的实施例提供了可集成的防护玻璃检查单元，防护玻璃检查单元能够既容易且极其有效地结合到现有制造设备1中又具体地通过结合主要参数(即，在防护玻璃10上明确存在的参数)来确定防护玻璃10的当前状况，用于相应的状态评估。

此外，图4A和图4B示出了先前描述的分析装置D的额外的实施例，其中，代替在图3A和图3B中使用的入射光照明，提供了被实现用于识别潜在污染、损坏和/或老化结构28的透射光照明。因此，这些图的分析装置D不同于前述实施例，使得特别地，用于照明防护玻璃10的照明装置L6-L9的位置已经布置在处理腔室12内部，因此与光学传感器装置S相比，布置在防护玻璃10的另一侧。

在此方面，该实施例的照明装置L6-L9是(为了检测位于防护玻璃10上的颗粒28)被配置成特别是从润湿/污染侧照明防护玻璃10，使得由照明装置L6-L9发出的大部分光同等地穿过防护玻璃10进入到光学传感器装置S的光束路径中并且仅在被颗粒28污染的位置处被反射或散射。因此，在这种情况下，在由光学传感器装置S生成的图像内，获得与先前实施例相反的图像，其中，所检测的防护玻璃10的未受影响的部分被表示为高信号或高强度背景，而与相应的污染、恶化和/或老化结构28相关联的位置被表示为低信号/强度物体。因此，同样在该实施例中，对应的防护玻璃10的状态可以被有效地确定，具体地通过先前提到的状态程度的计算，因为该实施例的分析装置D可以同样地实现现有污染、恶化和/或老化结构28的空间分辨表示。

此外，图5A和图5B示出了本分析装置D的又一另外的实施例，其中，与前述示例相比，照明装置L5被示出为集成到处理腔室壳体11中，并且因此允许防护玻璃10通过平行于防护玻璃10定向的照明光束32被均匀地照明，特别是从防护玻璃的外侧在径向向内的方向上被照明。为此目的，照明装置L5在本文中被设计成围绕防护玻璃10(即，通过完全地和侧向地封闭防护玻璃)的集成照明环，在该实施例中，防护玻璃被描绘为圆形主体。在其他实施例中，还可以同样有可能的是，照明装置可以由不同的结构几何形状来限定，特别是使得可以适配于对应的防护玻璃10的设计。在这方面，集成到制造系统1中的照明装置L5实施例的优点可以具体由以下事实引起：前述照明装置可以以极其高效且节省空间的方式引入到制造系统中，同时上述类型的照明同样允许评估与前述图像分析和状态程度计算过程相兼容的防护玻璃。此外，存在积极的效果，防护玻璃10的侧向照明(特别是通过环形布置的LED引入到防护玻璃中的光的侧向散射)既照明防护玻璃10的面向处理腔室12的一侧又照明面向分析装置D的一侧，从而有效地防止在防护玻璃的外侧上的任何缺陷产生过程，诸如背反射等。

图6A和图6B再次进一步示出了在图3A和图3B中所示的分析装置D的实施例，其中，除了照明装置L1-L4和光学传感器装置S之外，已经将可移动的活动护窗或滑动元件36沿着防护玻璃10(在此示出为黑色阳极化的并且因此无反射的板)的纵向轴线插入到处理腔室12中。在该情况下，活动护窗或滑动元件36特别地包括耦接到制造系统1的制造过程的可控驱动机构34(例如，气动、电动或机械马达元件)，其允许活动护窗或滑动元件36至少从用于遮蔽防护玻璃10免受位于处理腔室12中的任何照明源的影响的第一位置到用于重新打开扫描头2与处理腔室12之间的光路14并返回的第二位置平行于防护玻璃10的取向移动。因而，制造系统1中在额外实现的活动护窗或滑动元件36可以在第一位置被配置成阻挡从处理腔室12发出并且可能被分析装置D捕获的任何照明，活动护窗或滑动元件36尤其对于由光学传感器装置S进行的前述物体平面30的图像采集可以有效地阻挡潜在干扰信号，并且因此实现用于前述图像生成的更一致的环境条件。在此方面，在相应的实施例中由分析装置D执行的防护玻璃评估过程以如下方式被设计：每当防护玻璃10被分析装置D检查时，活动护窗或滑动元件36被移动到第一位置并且每当由防护玻璃10限定光路14时返回到第二位置，例如，在制造工艺的情况下，应当保持不受阻碍。因此，同样在这种情况下，在不需要改变和/或调整前述制造系统1的已有制造机制的情况下，可以使得防护玻璃分析过程的改进成为可能。

此外，图7A和图7B示出了所要求保护的制造系统的实施例的又一另外的细节表示，其中，与先前实施例示例相比，本制造设备1包括多个扫描头2A、2B以及防护玻璃10A、10B，并且因此能够通过光路14以优选独立可控的方式处理一个或更多个工件26。因此，为了同样能够精确地检测和评估在这种多扫描仪系统中引入的防护玻璃10A、10B，同样适合于防护玻璃10A、10B的数量的多个(在这种情况下，两个)分析装置D1、D2被结合在制造设备1中，使得可以优选地单独地分析和评估所实施的防护玻璃10A、10B中的每一个，以便改进给定的制造工艺。此外，为此目的，类似于前述实施例，分析装置D1、D2本身在图7A和图7B中被分别定位在扫描头2A、2B中的一个扫描头与所示的防护玻璃10A、10B中的一个防护玻璃之间，并且包括：(与在图3A和图3B中所示的实施方式相似)多个相应的照明装置L10-L17以及至少一个传感器装置S1、S2，以便精确地照明在防护玻璃10A、10B上发生的现有的污染、恶化和/或老化的结构28，并且通过以上已经提及的检测机制检测并分析后者。此外，在这种情况下，分析装置D1、D2同样地分别配备有防护壳体7A、7B，防护壳体7A、7B至少侧向地围绕上述装置元件形成并且间隔开分析装置D1、D2的内部空间，导致以下效果：再次单独地保护所述并入的装置元件免于潜在的工艺排放物(灰尘颗粒、烟雾等)，并且可以例如通过阻挡由对应的另一个分析装置D1、D2生成的某些背景辐照来保持现有的防护玻璃分析条件恒定。

因此，从示出的实施例中清楚的是，本发明还可以特别是通过同等地集成至少多个单独作用且可独立定位的分析装置D1、D2最佳地用于与多个扫描头2A、2B、防护玻璃10A、10B或者工件生产所需的其他装置相关联的制造设备。在这方面，上述实施例具体提供的优点在于，在制造设备1中实施的每个防护玻璃10A、10B也可以通过仅专用于防护玻璃10A、10B的分析装置D1、D2进行分析和进一步评估，从而能够极其精确地检测其状况。

此外，图8A和图8B示出了所要求保护的分析装置D的额外的实施例，其中，制造设备1类似地配备有多个扫描头2A-2C以及相应的扫描头玻璃3A-3C，需要相应的扫描头玻璃3A-3C转发从扫描头2A-2C发出的光束14，而同时所示的分析装置1包括符合图5A和图5B的实施例的照明装置L5。在这种情况下，扫描头玻璃3A-3C本身结合在独立的基板34中，独立的基板34与分析装置D和/或扫描头2A-2C(至少热地)解耦，特别地使得能够基于制造设备1(其例如可以在给定工件的制造期间发生)内的热膨胀防止扫描头2A-2C和/或分析装置D的装置元件的潜在转移/移位，使得可以确保一致地更准确并且因此较不易错的机加工或分析过程。

此外，图8B示出了沿着视图A的平面描绘的上述基板34的内侧的示意性俯视图。在本文中，相应的扫描头玻璃3A-3C被示出为结合在扫描头2A-2C中的圆形装置(在进一步的实施例中，同样可以提供这些装置，涉及不同的几何形状或者甚至潜在的光学特性，例如，波长特定的吸收/反射)，并且圆形装置被定位在预定的距离处，优选地例如围绕预定的中心点同心地布置，从而能够通过多个同时适用的光束或路径处理给定的工件26。此外，在这种情况下，传感器装置S安装在同心布置的扫描头玻璃3A-3C的中心，由于其与防护玻璃10同等地中心定向的相应对准，传感器装置S既产生最大检测区域，又基于图8A中再次示出的其在防护玻璃10与扫描头2A-2C之间的实现例可以实现极其节省空间的分析设置。此外，该布置使得可以将传感器装置S特别地与相应的防护玻璃10同轴地对准(例如，传感器装置S的纵轴可以平行于防护玻璃10的至少一个纵轴)，使得待捕获的图像平面可能已经与受前述恶化、污染和/或老化结构影响的防护玻璃表面(特别是存在于处理腔室12中的防护玻璃10的内侧)重合。因此，传感器装置S和照明装置L5的上述布置主要产生分析装置D的实施例，分析装置D不仅实现了对应装置元件的极其节省空间的定位，而且还实现了对应光学传感器装置S的光学上优选的对准。

此外，作为最后描述的实施例的可替代方案，传感器装置S的上述同轴对准还可以通过额外的光学元件(诸如，完全或半透明反射镜等)来实现。为此，图9A和图9B基于图8A和图8B的实施例示例性地示出了分析装置D的另一变型，其中，与前述中心定位相反，传感器装置S被侧向地引入例如在防护壳体7的结构中，并且可以经由安装在分析装置D中的额外的反射镜装置36同轴地接收从防护玻璃10的结构28发出的散射和反射照明。在本文中，该实施例的优点可以具体地在以下事实中看到：可以提供所需装置元件的极其节省空间的安装，因为反射镜装置36的额外实现例允许传感器装置S(尽管仍光学同轴地连接至防护玻璃10)潜在地集成在分析装置D内的任何希望的位置处。此外，还可以优选地以如下方式设计反射镜装置36：其定向可以等同地动态地适配于所选择的传感器装置S的当前位置或布置，使得在首先提及的装置的帮助下，不仅相应的传感器装置S在分析装置D内的位置可自由地改变，而且多个传感器装置S也可以集成并用于相应的系统中。

Claims (14)

1.分析装置(D)，所述分析装置(D)用于确定和/或监测基于光学相互作用的制造设备(1)的至少一个防护玻璃(10)的状态，特别是污染、恶化和/或老化的状态，所述防护玻璃(10)被提供特别地用于保护光源(4)，所述光源(4)被配置为制造所述制造设备(1)的工件(26)和/或光学元件；

所述分析装置(D)包括：

-至少一个光学传感器装置(S)，所述至少一个光学传感器装置(S)用于检测与基于光学相互作用的所述制造设备(1)的所述防护玻璃(10)相关联的物体平面(30)；

其中，

所述分析装置(D)被配置成集成到所述制造设备(1)中并且定位在所述光源(4)的所述光路(14)的区域中或者沿着所述光源(4)的所述光路(14)定位；以及

所述光学传感器装置(S)被配置成布置在所述光源(4)与所述制造设备(1)的所述防护玻璃(10)之间和/或在所述防护玻璃(10)的面向所述光源(4)的一侧与所述防护玻璃(10)间隔开。

2.根据权利要求1所述的分析装置(D)，其中

所述分析装置(D)额外地包括用于照明所述物体平面(30)的至少一个照明装置(L1-L17)。

3.根据前述权利要求中至少一项所述的分析装置(D)，其中

所述分析装置(D)包括防护壳体(7)，所述光学传感器装置(S)和/或照明装置(L1-L17)集成在所述防护壳体(7)中；以及

所述防护壳体(7)被配置成至少侧向地包围所述光学传感器装置(S)和/或所述照明装置(L1-L17)。

4.根据前述权利要求中至少一项所述的分析装置(D)，其中

所述光学传感器装置(S)包括成像传感器元件；以及

所述成像传感器元件被配置成生成检测到的所述防护玻璃(10)的所述物体平面(30)的至少一维图像。

5.根据前述权利要求中至少一项所述的分析装置(D)，其中

所述分析装置(D)额外地包括至少一个评估单元，所述至少一个评估单元用于对通过借助于所述光学传感器装置(S)检测所述物体平面(30)而获得的信息进行评估；其中

所述评估单元连接至用于获得附加信息的存储装置；以及

所述评估单元被配置成用于确定所述防护玻璃(10)的污染、恶化和/或老化的状态、从所述存储装置获取参考信息、将由所述光学传感器装置(S)获得的信息与所述存储装置的参考信息进行比较并且根据所比较的信息的差异来确定恶化、污染或老化的程度。

6.根据至少权利要求5所述的分析装置(D)，其中

由所述光学传感器装置(S)获得的所述信息至少包括由所述光学传感器装置(S)捕获的图像的强度值；

所述强度值能够被分配给所述捕获的图像的各个像素位置；并且

所述评估单元被配置成基于所记录的图像的强度值来标识所述图像内的恶化、污染和/或老化结构。

7.根据前述权利要求中至少一项所述的分析装置(D)，其中

所述分析装置(D)被配置成连续地或以预定的时间间隔确定所述防护玻璃(S)的恶化、污染和/或老化状态；以及

至少部分地使用所确定的与所述防护玻璃(S)的恶化、污染和/或老化状态有关的数据的测量系列来确定所述防护玻璃(S)的剩余寿命。

8.一种用于通过照明工件材料(18)和/或工件元件来制造工件(26)的制造系统，包括：

-基于光学相互作用的制造设备(1)，所述制造设备(1)包括用于加工所述工件材料(18)和/或工件元件的至少一个光源(4)、由所述光源(4)生成的至少一个光路(14)以及用于至少保护所述光源(4)免受恶化和/或污染的一个或更多个防护玻璃(10)；以及

-至少一个根据前述权利要求中至少一项所述的分析装置(D)，所述分析装置(D)被集成到所述制造设备(1)中。

9.根据权利要求8所述的制造系统，其中，

基于光学相互作用的所述制造设备(1)额外地包括处理腔室(12)，在所述处理腔室(12)中通过使用所述光源(4)的照明来制造所述工件(26)；其中

所述至少一个防护玻璃(10)被集成到所述处理腔室(12)的所述壳体中，以及

所述分析装置(D)被配置成使得所述光源(4)引导所生成的光路(14)通过所述分析装置(D)进入到所述处理腔室(12)中。

10.根据前述权利要求中至少一项所述的制造系统，其中

至少一个所述分析装置(D)的所述照明装置(L1-L17)被集成到所述处理腔室(12)的所述壳体中，使得所述制造设备(1)的所述防护玻璃(10)被所述照明装置(L1-L17)侧向照明，特别是通过直接光照明到所述防护玻璃(10)的所述侧表面中，以及

其中，所述制造系统特别是SLM系统。

11.根据前述权利要求中至少一项所述的制造系统，其中

所述分析装置(D)被配置成特别是以自动方式在所述制造设备(1)的预定义的制造过程或工艺步骤之后确定所述防护玻璃(10)的污染、恶化和/或老化状态，和/或

其中，所述分析装置(D)被配置成在所述制造设备(1)的制造过程期间监测所述防护玻璃(10)的状态。

12.根据前述权利要求中至少一项所述的制造系统，其中

所述制造设备(1)额外地包括至少一个活动护窗或滑动元件(36)，所述至少一个活动护窗或滑动元件(36)用于遮蔽所述分析装置(D)免受从所述制造设备(1)发出的照明；其中

所述活动护窗或滑动元件(36)被配置成至少从用于遮蔽所述分析装置(D)的第一位置移动至用于至少从所述处理腔室(12)的侧面和背面照明所述分析装置(D)的第二位置。

13.一种用于确定基于光学相互作用的制造设备(1)的至少一个防护玻璃(10)的状态，特别是污染、恶化和/或老化的状态的方法，所述制造设备(1)包括被配置为制造工件(26)的至少一个光源(4)和由所述光源(4)生成的光路(14)，其中，所述方法由根据前述权利要求中至少一项所述的分析装置(D)实施，以及所述方法包括：

-通过光学传感器装置(S)检测与所述制造设备(1)的所述至少一个防护玻璃(10)相关联的物体平面(30)；

-通过照明装置(L1-L17)照明所述物体平面(30)；

-通过评估单元来评估通过检测所述防护玻璃(14)的所述物体平面(30)而获得的所述信息，所述信息的所述评估至少包括分析检测到的光强度值的步骤。

14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：

-通过所述分析装置(D)在所述制造设备(10)的制造过程之间检测所述防护玻璃(10)的状态，特别是恶化、污染和/或老化的状态；

-通过将所述光学传感器装置(S)通过检测所述物体平面(30)获得的所述信息与预定参考信息进行比较来确定所述防护玻璃(10)的恶化、污染或老化程度；

-基于由所述分析装置(D)确定的关于所述防护玻璃(D)的恶化、污染和/或老化状态的多个信息来监测所述至少一个防护玻璃(10)的状况和/或确定所述防护玻璃(10)的使用寿命。