CH690796A5

CH690796A5 - Anordnung zur Messung von Kenngrössen eines Laserstrahls mit einem Spiegel.

Info

Publication number: CH690796A5
Application number: CH383394A
Authority: CH
Inventors: A Pieter Dr Schwarzenbach
Original assignee: Bystronic Laser Ag
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 2001-01-15

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Anordnung ist bekannt, wobei der Strahlumlenkspiegel mit einem Raster von feinen Löchern versehen wird. Damit kann ein kleiner Bruchteil des Laserstrahls ausgekoppelt werden und der ausgekoppelte Strahl kann vermessen werden. Es ist jedoch äusserst aufwändig und auch nicht ohne Einfluss auf die Qualität des Spiegels, denselben mit Löchern zu versehen, und zwar in einer solchen Dichte, dass eine angemessene Auflösung des Messergebnisses möglich ist.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden. Dieses Ziel wird gemäss dem Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Spiegel eine kleine Restabsorption aufweist und somit durch den auftreffenden Laserstrahl leicht aufgeheizt wird. Durch Temperaturmessung auf dem Spiegelsubstrat oder im Innern der Spiegelbeschichtung mittels temperaturempfindlicher Elemente kann auf die Strahllage auf dem Spiegel, den Durchmesser des Strahls, die Intensitätsverteilung im Strahl oder die gesamte Strahlleistung geschlossen werden. Damit wird eine entscheidende Vereinfachung gegenüber der bekannten Anordnung erzielt, und es bestehen keine Probleme, den Spiegel an der Rückseite wirksam zu kühlen. Die Messdaten können zur Überwachung der Strahllage und zur automatischen Strahlnachführung mittels beweglicher Umlenkspiegel herangezogen werden.

Durch Messung des Strahldurchmessers hat man die Möglichkeit, diese für die Materialbearbeitung wichtige Kenngrösse zu regeln, indem diese Messgrösse zur Steuerung eines den Laserstrahl beeinflussenden Elementes, beispielsweise eines variablen Teleskops oder einer anderen adaptiven Optik, zu verwenden.

Die Messdaten können auch zur Spiegelüberwachung herangezogen werden und wären damit ein Bestandteil des Sicherheitssystems.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Spiegels einer erfindungsgemässen Messanordnung dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine räumliche Darstellung des Spiegels, und
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Spiegel.

Auf das Spiegelsubstrat 1, welches aus Kupfer oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann, ist eine isolierende Schicht 2 aufgebracht. Darauf aufgebrachte Leiterbahnen 3, deren Widerstand temperaturabhängig ist, sind an den Enden am Spiegelrand mit Kontaktstellen 4 versehen. Die Leiterbahnen bzw. deren Kontaktstellen sind mit einer nicht dargestellten Auswertschaltung verbunden. Je nach der gewünschten Auflösung können die Leiterbahnen, welche mittels Masken aufgedampft bzw. geätzt werden können, in entsprechenden Abständen voneinander liegen.

Um eine zweidimensionale Auflösung zu erhalten, ist auf einer weiteren Isolationsschicht 5 eine zur ersten Detektionsschicht 3 orthogonal orientierte Schicht von Leiterbahnen 6 mit Kontaktstellen 7 aufgebracht. Über der Schicht 6 wird das bekannte Schichtsystem 8 für hochreflektierende Spiegel von industriellen Hochleistungs-Lasersystemen aufgebracht. Auch die Leiter 6 bzw. deren Kontaktierungsstellen 7 sind mit der erwähnten Auswertschaltung verbunden, welche den Widerstand der einzelnen Leiter erfasst und daraus die oben erwähnten Parameter oder auch weitere Parameter berechnet. Es sind dabei auch komplexere Leiterbahnstrukturen denkbar, welche in einer einzigen Ebene eine zweidimensionale Auflösung erlauben.

Bei einem Spiegel für 90 DEG Umlenkung, d.h. mit einen Einfallswinkel von 45 DEG des Laserstrahls kann die Dichte der Leiterbahnen in einer der Ebenen 3 oder 6 im Verhältnis 1 : 2ROOT 2 gewählt werden, um im Strahlquerschnitt in beiden Richtungen dieselbe Ortsauflösung zu erreichen. Die Berücksichtigung des Strahlquerschnitts auf dem Spiegel kann aber auch elektronisch in der Auswertschaltung berücksichtigt werden. Es sei noch erwähnt, dass natürlich insbesondere in der Fig. 2 die Dicke des Spiegels bzw. dessen Schichten zu gross dargestellt sind.

Claims

1. Anordnung zur Messung von Kenngrössen eines Laserstrahls mit einem Spiegel mit einem Spiegelsubstrat und Schichten einer Spiegelbeschichtung, an welchem der Laserstrahl reflektiert wird und an welchem Sensoren angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Spiegelsubstrat (1) oder innerhalb der Spiegelbeschichtung mindestens eine sensitive Schicht (3, 6) angebracht ist, die mit einer Auswertungsschaltung verbunden ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zweidimensional wirkende oder in zwei Dimensionen wirksame Schichten der Spiegelbeschichtung, z.B. Raster von quer verlaufenden Leiterbahnen (3, 6), vorgesehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltung Mittel zur Ermittlung der Laser-Strahllage aufweist.

4.

Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltung Mittel zur Ermittlung des Laser-Strahldurchmessers aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltung Mittel zur Bestimmung der Intensitätsverteilung im Laserstrahl aufweist.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungsschaltung Mittel zur Ermittlung der Laser-Strahlleistung aufweist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel an seiner Rückseite derart ausgebildet ist, dass er gekühlt werden kann.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht(en) der Spiegelbeschichtung temperaturempfindliche Leiter (3, 6) aufweisen.

9.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelbeschichtung strahlungsempfindliche Schichten aufweist.