DE10129274A1

DE10129274A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnostik und überwachung eines unfokussierten Laserstrahles von Hochleistungs-Laseranlagen

Info

Publication number: DE10129274A1
Application number: DE2001129274
Authority: DE
Inventors: Joerg Beersiek; Peter Boerger; Oleksiy Katrych; Olexandr Katrich; Werner Kluft; Torsten Strang; Burkhard Wilbers; Detlef Ziemann
Original assignee: Prometec GmbH
Current assignee: Prometec Gesellschaft fur Produktions- Mess- und
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2003-01-02
Also published as: DE50213391D1; EP1397650B1; WO2002103307A1; EP1397650A1

Description

Ziele der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnostik und Überwachung eines unfokussierten Laserstrahles von Hochleistungs-Laseranlagen.
Ziel der Diagnostik und Überwachung ist es, unter Einsatz von Drahtgittern im Laserstrahl unter Messung der Temperaturveränderung der Drähte des Drahtgitters durch die Absorption des Laserstrahles an den Drähten die wesentlichen Laserstrahlkenngrößen, wie Strahllage in x und y-Richtung, Strahlradius, Strahldurchmesser bzw. die Ellipsenhalbachsen in x und y- Richtung des Strahles, Strahlleistung und Strahlpolarisation etc. während der Materialbearbeitung durch den Laserstrahl, also In-Process zu erfassen und zwar erfindungsgemäß so, dass sehr hohe Laserstrahlleistungen bzw. Intensitäten mit dem an sich bekannten bolometrischen Verfahren sicher erfasst werden können ohne die Drähte des Drahtgitters zu zerstören. Ferner ist Zielsetzung der Erfindung, dass mindestens die o. g. Messgrößen gleichzeitig mit einem Gerät erfasst werden können und dass dieses auch für die Messung der Polarisation weitestgehend ohne bewegte Teile auskommt, um einen sicheren Dauereinsatz zu gewährleisten.
Weiterhin soll die Intensitätsverteilung über dem Strahlquerschnitt während der Materialbearbeitung erfasst und in einer 3D-Darstellung auf einem Bildschirm wiedergegeben werden. Die erzielte Bildrate soll, für das menschliche Auge ein weitgehend ruckfreies Bild ergeben. So sind relativ schnelle Veränderungen in der Intensitätsverteilung beobachtbar.

Stand der Technik

Aus der EP 0 409 857 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Laserstrahles bekannt, welches vier Drähte, sogenannte Drahtsensoren, benutzt, um die Lage eines Laserstrahles zu bestimmen. Jeweils 2 um 45° zueinander angestellte Drahtsensoren befinden sich auf je einer Gabel, die gegenüberliegend von außerhalb des Laserstrahles elektromotorisch schrittweise in Richtung der Lage der Strahlachse bewegt werden, um dann, wenn der Messwert des Widerstandes der Drähte einen Schwellwert erreicht, ausgehend von den Koordinatenachsen (X, Y), die Strahlrandtangenten zu bestimmen. Durch Bestimmung des Flächenschwerpunktes aus den von den Strahlrandtangenten umschlossenen Fläche wird die Lage der Strahlachse ermittelt. Diesem Verfahren ist insbesondere von Nachteil, dass Motoren zur Bestimmung der Lage eines Laserstrahles verwendet werden müssen. Damit ist dieses Verfahren aufwendig, langsam und aufgrund der bewegten Mechanik verschleißbehaftet. Ferner setzt das Verfahren zur Bestimmung der Lage eine kreisförmige Querschnittsgeometrie voraus. Es können deshalb keine beliebig positionierte, ellipsenförmige Strahlquerschnitte vermessen werden. Es kann weder die Leistung bzw. die Intensität des Strahles noch dessen Polarisation ermittelt werden.
Die US 4,692,623 "Precision Laser Beam Positioner and Spatially resolved Laser Beam Sampling Meter" zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren, das zur Messung der Position oder zur Bestimmung der Intensitätsverteilung von gepulsten Hochleistungs-Co2-Lasern oder von Excimer Lasern bestimmt ist. In zwei Ebenen sind mehrere in gerader Linie und planparallel angeordnete Drähte quer zum Strahlengang positioniert und die beiden Ebenen sind hinsichtlich ihrer Drahtausrichtung um 90° zueinander verdreht und in der Fläche wiederum parallel zueinander angeordnet. Jeder Drahtwiderstand ist Teil einer Weatstonschen Brücke und es wird die Differenzspannung jeweils einer Weatstonschen Brücke aufgrund der Widerstandsveränderung jeweils eines Messdrahtes gemessen. Nachteilig ist zunächst, dass das Messverfahren mit jeweils einer Weatstonschen Brücke je Messdraht sehr aufwendig ist und die drei anderen Widerstände jeder Weatstonschen Brücke aus 3 weiteren Drähten bestehen müssen, die nahezu identisch konstruiert sein müssen wie die Messdrähte im Laserstrahl. Die Anzahl der erforderlichen Drähte wird somit verdreifacht. Dies stellt einen beträchtlichen Aufwand dar, denn die Drähte bestehen in der betreffenden erfindungsgemäßen Vorrichtung aus teurem Wolfram mit einem Drahtdurchmesser von ca. 25 µm (0,001 inch).
Gemäß dem Prospekt (1) der Primes GmbH, Pfungstadt, mit dem Titel "Radius Monitor" ist eine Vorrichtung zur Messung von Laserposition in x- und y-Richtung sowie von Strahldurchmesser in Form der beiden Halbachsen bekannt. Die Vorrichtung arbeitet wie in der US 4,692,623 beschrieben mit 2 gekreuzten Drahtgittern aus jeweils ca. 30 Widerstandsdrähten aus Nickel mit 25 bzw. 50 Mikrometer Durchmesser. Die Erfassung der Stahlleistung und/oder der Stahlpolarisation ist nicht vorgesehen. Auch gibt es keine Auswertung für eine 3D-Darstellung der Intensitätsverteilung. Wie dem Foto der Abb. 2 zu entnehmen ist, sind die 2 gekreuzten Drahtgitter auf der Ober- und Unterseite einer Platine an Lötpunkten rund um die Durchlassöffnung für den Laserstrahl festgelötet. Die ca. 30 Drähte eines Gitters bestehen aus nur einem einzigen Draht, der vom ersten Lötstützpunkt bis zum letzten Lötstützpunkt durchgeschleift ist. Der Versorgungsstrom durch die Einzeldrähte muss deshalb vom ersten bis zum letzten Lötstützpunkt verlaufen und die thermisch beeinflusste Widerstandänderung der Einzeldrähte kann nur über den entsprechend veränderten Spannungsabfall an den einzelnen Drähten über die entsprechenden Lötpunkte der Einzeldrahtteile von jeweils einem potentialfreien Differenzspannungsmesser abgegriffen werden. Von Nachteil ist dabei neben dem hohen Aufwand für eine entsprechende Anzahl an Differenzspannungsmessern entsprechend der Anzahl an Messdrahtteilen, dass bei Zerstörung bereits eines einzigen Messdrahtteiles eines Gitters, z. B. durch Wegschmelzen aufgrund zu hoher Laserintensität, das gesamte Gitter stromlos und damit unbrauchbar wird. Die Empfehlung für den waagerechten Einbau der Drahtmessscheibe in den Laserstrahl zur Erzielung der spezifizierten Genauigkeiten zeigt, dass die Drahtmessscheibe auf eine Konvektionskühlung durch das umgebende Gas angewiesen ist, welche stets aufsteigend ist und nur quer zur Messgitterrichtung (waagerechte bzw. horizontale Lage der Drahtmessscheibe) eine schwache Kühlung der Drähte bewirkt. Bei senkrechter Anordnung der Drahtmessscheibe würde die konvektionsbedingte, von den heißen Drähten selbst erzeugte Gasströmung von unten nach oben wärmer and damit die oberen Drähte zusätzlich aufheizen, was zu Ungenauigkeiten bzw. Verzerrungen des Laserstrahlquerschnittsbildes führen muss. Eine fremderzeugte Luftströmung, welche deutlich größer als die natürliche Konvektion ist und diese damit praktisch vernachlässigen lässt, ist weder quer noch längs zu den Drahtgittern in der Vorrichtung vorgesehen. Demnach kann sie auch nicht die Vorteile aufweisen, die eine fremderzeugte größere Gasströmung hinsichtlich Messgenauigkeit und höherer messbarer Strahlleistung und Strahlintensität mit sich bringt.
Gemäß dem Prospekt (2) der Primes GmbH, Pfungstadt, mit dem Titel "Polarization Monitor" ist eine Vorrichtung zur Messung der Polarisation von Laserstrahlung mittels eines sich drehenden Drahtgitters dargestellt. Das erzeugte Ausgangssignal zur Bestimmung von Polarisationsrichtung und Polarisationsgrad basiert auf der Tatsache, dass die Absorption an einer runden Drahtoberfläche abhängig ist von der Orientierung der Polarisationsrichtung zum Draht. Es erfolgt die Erfassung der Messsignale ebenfalls aufwendig mit vielen Differenzspannungsmessern und damit mit denselben Nachteilen wie beim weiter oben beschriebenen "Radius Monitor" (1) derselben Firma. Auch bestehen dieselben Nachteile bzgl. der Konvektionskühlung weshalb das Gerät nur in horizontaler Position des Drahtgitters betrieben werden soll. Ferner ist beim "Polarization Monitor" von Nachteil, dass dieser ein drehendes Drahtgitter aufweist, wodurch Aufwendungen zur Signalübertragung vom drehenden Drahtgitterteil auf die Gehäuseplattform erforderlich sind und die erforderliche Mechanik dem Verschleiß unterliegt. Weiterer erheblicher Nachteil ist die lange Messdauer bzw. die schlechte Wiederholhäufigkeit von Messdaten, denn für eine komplette Messwertaufhahme ist ein Drehwinkel des Drahtgitters von mindestens 180° zu durchfahren, wobei der "Polarization Monitor" größenordnungsmäßig eine Sekunde benötigt.

Beschreibung

Die Vorteile der Erfindung ergeben sich zunächst aufgrund der Gasströmung (GS bzw. LS) gegen die Drahtgitterebenen (DG1 bis DGn) wodurch diese eine deutliche Kühlung erhalten, und somit höhere Laserstrahlintensitäten vermessen werden können.
Die Gasströmung quer statt längs zur Laserstrahlrichtung (LS) anzuordnen bringt weiterhin den Vorteil, dass in Querrichtung die Kompensationsdrähte D1 und Dn und die Strömungsgitter GS, GS1 und GS2 angeordnet werden können, deren Anordnung in Längsrichtung zum Laserstrahl aufgrund des Vorhandenseins des Laserstrahles selbst nicht möglich ist. Die Strömungsgitter erzeugen eine Gasströmung mit homogenisierten Turbolenzen, welche die Kühlleistung der Widerstandsdrähte nochmals deutlich verbessert. Ferner bewirkt die Gasströmung mit homogenisierten Turbolenzen aufgrund der Strömungsgitter eine sehr gleichmäßige Kühlung der Wiederstandsdrähte, welches sich Messgenauigkeitssteigernd auswirkt.
Ein weiteres Mittel zur Steigerung der Messgenauigkeit und der maximal messbaren Laserstrahlintensitäten ist die Verwendung von sehr dünnen Drähten unterhalb von 15 Mikrometer und die Wahl von Platin als Drahtwerkstoff, der keinerlei physikalische Veränderungen mit der Zeit zeigt wie z. B. Oxidation und damit dauerhaft gleichbleibende Messeigenschaften aufweist.
Wesentlich für die dauerhafte Messqualität und die Vermeidung der Zerstörung der dünnen Drähte ist, dass die Drähte nicht Schmutzablagerungen wie Staub ausgesetzt werden, die bei Verbrennung im Laserstrahl auf einem Draht aufgrund der freigesetzten Energie beim Verdampfen des Schmutzes bzw. Staubes diesen zum Schmelzen bringen können. Deshalb sieht die Erfindung eine offene Ausführungsform in einem Gehäuse (OHG) gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 vor, bei der die Schmutzablagerungen aus der Raumluft durch eine Luftnebenströmung (LNS) ferngehalten werden und eine weitere, geschlossene Ausführung in einem Gehäuse (GGH) gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 8 bis 13 vor, welche das saubere Gas des geschlossenen Strahlführungsrohrsystems als Gasstrom (GS) zur Kühlung der Drahtgitterebenen benutzt.
Damit die querorientierte Gasströmung (GS) nicht aufgrund von Konvektionsströmung über dem Strömungsweg aufsteigt und damit die unteren Drahtgitterebenen teilweise ungenügend kühlt werden ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes (GS) deutlich größer ist als die Konvektionsströmung ist. Damit werden vorteilhafter Weise auch beliebige Einbaulagen (vertikal und horizontal) der Messvorrichtungen möglich.
Naturgemäß heizt sich der quergeströmte Gasstrom (GS) entlang der Drähte D1 bis Dn auf, wodurch die in Strömungsrichtung hinten liegenden Widerstandsdrähte durch den wärmeren Gasstrom zusätzlich aufgeheizt werden. Dieses Problem wird erfindungsgemäß nach den Ansprüchen 14 bis 15 so gelöst, das die beiden Kompensationsdrähte jeder Drahtgitterebene DG1 bis DGn dieses kompensieren und damit zur Messgenauigkeitssteigerung beitragen.
Ein Anstellwinkel (AW) der Widerstandsdrähte von 0° kühlt den Draht nur ungenügend, weshalb erfindungsgemäß für 2 bis 6 Drahtgitterebenen DG1 bis DGn eine gleichmäßig verteilte Winkelanordnung gemäß den Ansprüchen 16 bis 17 geschaffen wurde, die für den quergestellten Gasstrom ein Optimum zur Drahtkühlung darstellt und einen kritischen Anstellwinkel zwischen den Widerstandsdrähten und dem Gasstrom (GS) zwischen -15° und +15° vermeidet.
Die Ansprüche 20 bis 25 beschreiben die elektrische Auswertung der Widerstandsdrähte D1 bis Dn der Drahtgitterebenen DG1 bis DGn, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass gegenüber dem Stand der Technik deutlich weniger Bauteile benutzt werden und dass bei dem Bruch eines Widerstandsdrahtes die restlichen Widerstandsdrähte weiterhin zur Messung benutzt werden können und somit die Messvorrichtung nicht ausfällt. Ferner kann der Messwert des ausgefallenen Widerstandsdrahtes über die anderen Widerstandsdrähte interpoliert werden.
Ferner ist gemäß den Ansprüchen 20 bis 25 vorgesehen, dass gegenüber dem Stand der Technik bereits bei Einsatz von 2 Drahtgitterebenen auch die Laserstrahlleistung bei Verwendung entsprechender Kalibrierfaktoren gemessen werden kann und dass auch die Laserstrahlkenngröße Polarisationskontrast bereits mit nur 2 Drahtgitterebenen erfassbar ist.
Erfindungsgemäß ist bei Einsatz von 6 Drahtgitterebenen DG1 bis DGn vorgesehen, die Kenngrößen der zirkularen Polarisation des Laserstrahlung zu messen, wobei gegenüber dem Stand der Technik und mit Ausnahme des Ventilators (VE) keine mechanisch bewegten und damit verschleißbehaftete Komponenten notwendig waren. Ferner verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über eine deutlich bessere Abtastrate für die Messwerte nämlich von nur 60 Millisekunden anstatt ca. einer ganzen Sekunde bei der Vorrichtung gemäß dem Stande der Technik.
Ferner ist Vorteilhafterweise gemäß Anspruch 28 bei Einsatz von 6 Drahtgitterebenen DG1 bis DGn vorgesehen die Intensitätsverteilung über dem Strahlquerschnitt während der Materialbearbeitung zu erfassen und zwar in einer Bildrate von mindestens 10 Bildern je Sekunde, das für das menschliche Auge ein weitgehend ruckfreies Bild ergibt. Durch die Schaltanordnung und den Einsatz schneller Bauteile und Software gelang es mit der Erfindung nämlich, die gesamten Messdaten aus den 6 Drahtgitterebenen in nur 60 Millisekunden auszulesen und zu verarbeiten.
Ferner sieht die Erfindung gemäß den Ansprüchen 26 und 29 Vorteilhafterweise eine Überwachung der Kenngrößen des Laserstrahles vor, um die Laserstrahlqualität In-Prozess überwachen zu können, was es gemäß dem Stand der Technik noch nicht gibt.
Außerdem sind gemäß den Ansprüchen 30 bis 34 ein Temperatursensor und ein Strömungsgeschwindigkeitssensor für den Gasstrom (GS) vorgesehen. Während der Temperatursensor zur weiteren Genauigkeitssteigerung der temperaturbeeinflussten Messgrößen dient, ist der Strömungsgeschwindigkeitssensor zu Sicherheitszwecken vorgesehen und stellt über eine Regelung des Ventilators (VE) eine ordnungsgemäße, gleichbleibende Kühlung der Drahtgitterebenen sicher und bewirkt ferner im Falle von dennoch zu großen Abweichungen von der Sollströmungsgeschwindigkeit (z. B. durch Fressen des Lüfters) eine Abschaltung des Laserstrahles, welches verhindert, dass bei mangelnder Strömungsgeschwindigkeit die Widerstandsdrähte durchbrennen. Am Besten und am Billigsten bestehen beide Sensoren erfindungsgemäß aus einem einzigen, weiteren Widerstandsdraht mit einer Anschaltung über zwei weitere Schalter des Multiplexers. Der weitere Widerstandsdraht ist in Strömungsrichtung unmittelbar vor den Drahtgitterebenen DG1 bis DGn positioniert um dort die ordnungsgemäße Strömung sicherzustellen, wo sie sichergestellt werden muss.

Figuren

Fig. 1 Messvorrichtung in einem offenen, transportablen Gehäuse
Fig. 2 Messvorrichtung in einem geschlossenen, im Strahlführungsrohr installierten Gehäuse
Fig. 3 Messvorrichtung in einem geschlossenen, im Strahlführungsrohr installierten Gehäuse mit metallischen Rohr- oder Schlauchsystem zur Kühlung des Gasstromes
Fig. 4 Drahtgitterebene D1 bis Dn mit Kompensationsdrähten und Anstellwinkel W zur Gas- oder Luftstromrichtung
Fig. 5 Funktionsprinzip der Kompensationsdrähte über lineare Interpolation
Fig. 6 Lage der Drahtgitterrichtungen zum Gasstrom (GS) und Anstellwinkel (AW)
Fig. 7 Elektronische Anordnung zur Auswertung der Drähte D1 bis Dn der Drahtgitter DG1 bis DGn

Claims

1. Verfahren zur Messung von Kenngrößen eines Laserstrahles (LS) wie Strahllage in x und y-Richtung, Strahlradius, Strahldurchmesser bzw. die Ellipsenhalbachsen in x und y-Richtung des Strahles, Strahlleistung, Strahlpolarisation etc. über mindestens 2 hintereinander im Strahlengang des Lasers quer zur Strahlausbreitungsrichtung angeordneten und um 90° zueinander verdrehten Drahtgitterebenen (DG1 bis DGn) mit jeweils in ihren Gitterebenen parallel nebeneinander angeordneten, temperaturabhängigen Widerstandsdrähten (D1 bis Dn), den Bolometern, die einen kleinen Teil der Laserstrahlung absorbieren und damit ihren elektrischen Widerstand erhöhen und dass aus der Widerstanderhöhung der Drähte der Gitterebenen die Kenngrößen des Laserstrahles berechnet werden, diese also zu Messgitterebenen (DG1 bis DGn) werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgitter durch einen Gasstrom (GS) angeströmt und damit gekühlt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas die Messgitter quer zur Laserstrahlrichtung bzw. parallel zu den Drahtgitterebenen (DG1 bis DGn) durchströmt und die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes (GS) deutlich größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit der aufsteigenden Konvektionsströmung, die aufgrund der heißen Drähte ohne Querströmung entstehen würde.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas aus der Raumluft bestehen kann und in diesem Falle der Gasstrom (GS) ein Luftstrom (LS) ist.

4. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Messgitter (DG1 bis DGn) in einer Messvorrichtung befinden, die aus einem offenen, transportablen Gehäuse (OGH) besteht, durch das der Laserstrahl (LS) über 2 Öffnungen (LI und LO) durchtritt und dabei die Messgitter quer zu den Messgitterebenen passiert und ein Ventilator (VE) benutzt wird, der die Raumluft ansaugt und einen Luftstrom (LS) parallel zu den Messgitterebenen durch das offene Gehäuse (OGH) der Messvorrichtung und damit auch durch die Messgitter bläst.

5. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Gasströmungsrichtung vor dem Ventilator ein Gas- bzw. Luftfilter (FI) befindet.

6. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Luftströmungsrichtung vor den Drahtgitterebenen ein Strömungsgitter (SG1) befindet, dass so ausgelegt ist, dass in Luftströmungsrichtung (LS) vor diesem Strömungsgitter ein über der Fläche des Strömungsgitters gleichmäßig verteilter Staudruck entsteht, wodurch über die Vielzahl der identischen Öffnungen in dem Strömungsgitter die Luft nach dem Strömungsgitter über der gesamten Fläche des Strömungsgitters mit einer gemittelten, identischen Strömungsgeschwindigkeit das Strömungsgitter in Richtung Messgitterebenen verlässt und damit eine Luftströmung mit homogenisierten Turbolenzen zur maximalen Kühlung an den Drahtgitterebenen entsteht.

7. Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Luftströmungsrichtung nach den Draht- bzw. Messgitterebenen (DG1 bis DGn) ein weiteres Strömungsgitter (SG2) befindet, dass so ausgelegt ist, dass in Strömungsrichtung vor diesem Strömungsgitter ein sehr kleiner Staudruck entsteht, wodurch ein sehr kleiner Teil der Luftströmung als Luftnebenströmung (LNS) aus den beiden Öffnungen (LI und LO) durch die der Laserstrahl verläuft austritt, um Schwebstoffe in der Luft außerhalb des Gehäuses (OGH) wie Staub etc. von den Messgittern fernzuhalten.

8. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Messgitter (DG1 bis DGn) in einer Messvorrichtung befinden, die aus einem geschlossenen, im Strahlführungssystem bzw. -rohr installierten Gehäuse (GGH) besteht, das mit dem Strahlführungssystem- bzw. -rohr (SFS) über Flansche (FS) oder andere Verbindungselemente fest verbunden ist und durch die der Laserstrahl (LS) durchtritt und dabei die Messgitter quer zu den Messgitterebenen passiert und ein Ventilator (VE) benutzt wird, der das Gas des Stahlführungssystems bzw. -rohres (SFS) innerhalb des geschlossenen Gehäuses (GGH) der Messvorrichtung als Gasstrom (GS) umwälzt und dabei parallel zu den Messgitterebenen durch das geschlossene Gehäuse (GGH) der Messvorrichtung und damit auch durch die Messgitter bläst.

9. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in Luftströmungsrichtung vor den Drahtgitterebenen ein Strömungsgitter (SG) befindet, dass so ausgelegt ist, dass in Gasströmungsrichtung (GS) vor diesem Strömungsgitter ein über der Fläche des Strömungsgitters gleichmäßig verteilter Staudruck entsteht, wodurch über die Vielzahl der identischen Offnungen in dem Strömungsgitter das Gas nach dem Strömungsgitter über der gesamten Fläche des Strömungsgitters mit einer gemittelten, identischen Strömungsgeschwindigkeit das Strömungsgitter in Richtung Messgitterebenen verlässt und damit eine Luftströmung mit homogenisierten Turbolenzen zur maximalen Kühlung an den Drahtgitterebenen entstehet.

10. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem geschlossenen Gehäuse (GGH) der Messvorrichtung im Gasstrom (GS) ein Gaskühler (GK) befindet, der den im Bereich der Messgitter (DG1 bis DGn) erwärmten Gasstrom (GS) abkühlt und selbst vorzugsweise durch Kühlwasser gekühlt wird.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaskühler (GK) ein Peltier-Element ist.

12. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom (GS) aus dem geschlossenen Gehäuse (GGH) der Messvorrichtung heraus in ein metallisches Rohr- oder Schlauchsystem (MSS) und von dort zurück in das geschlossene Gehäuse (GGH) der Messvorrichtung geführt wird, und dass das metallische Rohr- oder Schlauchsystem (MSS) eine genügende Metalloberflächengröße, sich ergebend aus Durchmesser und Länge aufweist, um den Gasstrom (GS) in genügendem Maße zu kühlen.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das geschlossene Gehäuse (GGH) mit den die Messvorrichtung bestimmenden Elementen, mindestens jedoch mit den Messgittern (DG1 bis DGn) und dem geschlossenen Gasstrom (GS) so weit verkleinert ist, dass die Messvorrichtung in die im allgemeinen bekannten Kassettentaschen zur Aufnahme von Linsen in Laserschneidköpfen und anstelle einer solchen passt, und so ein geschlossenes System mit dem Strahlführungssystem bestimmungsgemäß bildet, und dass bei einer solchen Vorrichtung die Kühlung des Gasstromes (GS) von denen um die Messgitter (DG1 bis DGn) herum befindlichen, innenliegenden, wassergekühlten Laserschneidkopfmetalloberflächen im Bereich der Kassettentasche oder bzw. und von einem zusätzlichen Gaskühler gemäß Anspruch 10 bis 12 übernommen wird.

14. Vorrichtung und Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Drahtgitterebenen (DG1 bis DGn) aus temperaturabhängigen, parallel zueinander in einer Ebene befindlichen identischen Widerstandsdrähten (D1 bis Dn) besteht, und dass die Drahtgitterebenen so im Laserstrahl (LS) positioniert sind, dass sich nur die Widerstands-Drähte D2 bis D(n - 1) im Laserstrahl befinden können und die beiden äußeren Wiederstandsdrähte D1 und Dn sich nicht im Laserstrahl befinden, sondern vom Gehäuse GGH bzw. OGH oder vom Strahlführungssystem (SFS) abgeschattet sind, und als Kompensationsdrähte verwendet werden sowie zu ihren benachbarten Wiederstandsdrähten D2 bzw. D(n - 1) mindestens den doppelten Abstand haben als die anderen Widerstands-Drähte untereinander.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kompensationsdrähte D1 und Dn zur Korrektur des Temperaturgefälles des Luftstromes (LS), der sich entlang der Widerstandsdrähte D2 bis D(n - 1) bzw. der Drahtgitterebene aufheizt, benutzt werden, und dass als Korrekturverfahren z. B. die Widerstandsdifferenz der beiden Kompensationsdrähte D1 und D(n - 1) über den anderen Widerstandsdrähten durch eine Gerade linear interpoliert wird und die interpolierten Einzelwerte als Korrekturwerte (WK) von den Messwerten (WL) der Widerstandsdrähte D2 bis D(n - 1) zu deren Temperaturkompensation abgezogen werden.

16. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Drahtgitterpaar jeweils mit Kompensationsdrähten existiert, wobei die Drahtrichtungen der beiden einzelnen Drahtgitterebenen des Drahtgitterpaares untereinander immer in einem Winkel von 90° zueinander stehen und dass die Drahtrichtung des einen der beiden einzelnen Drahtgitterebenen zum Gasstrom (GS) einen Anstellwinkel (AW) von 45° hat, womit das andere Drahtgitter den Winkel 135° zum Gasstrom (GS) erhält und somit beide Drahtgitterebenen gleichermaßen angeströmt werden.

17. Verfahren und Vorrichtung nach dem Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Drahtgitterpaar mit einem Anstellwinkel (AW) von 15° und noch eines mit einem Anstellwinkel (AW) von 75° existieren können, so dass winkelbezogen 3 gleichmäßig verteilte Drahtgitterpaare bzw. 6 gleichmäßig verteilte Drahtgitterebenen entstehen und alle Drahtrichtungen weitgehend quer zum Gasstrom (GS) stehen bzw. der kritische Bereich, wo die Drahtrichtungen fast parallel zum Gasstrom (GS) verlaufen würden (> 165° bis < 195° bzw. > 345° bis < 15°) und damit kaum eine Kühlung erhielten, vermieden wird.

18. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsdrähte D1 bis Dn in den Drahtmessgitterebenen DG1 bis DGn aus nicht oxidierendem, hochtemperaturfestem und im elektrischen Widerstand linear von der Temperatur abhängenden Material, vorrangig aus Platin bestehen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsdrähte D1 bis Dn in den Drahtmessgitterebenen DG1 bis DGn einen Durchmesser von weniger als 15 Mikrometer haben.

20. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsdrähte D1 bis Dn in jeder der Drahtmessgitterebenen DG1 bis DGn einzelne Drähte sind, die alle einzeln und nacheinander über Analogschalter S1 bis Sn in jeder der Drahtmessgitterebenen DG1 bis DGn einen Multiplexer (MUX) bilden der die Analogschalter nacheinander mit Strom aus einer einzigen Konstantstromquelle (IC) kurzzeitig beaufschlagt und währenddessen der aufgrund des temperaturabhängigen Widerstandes des einzelnen Drahtes entstehende Spannungsabfall von einem einzigen Verstärker (AMP) erfasst wird und über einen einzigen Analog-Digital-Wandler (ADC) von einem Mikrocontroller (MC) aufgenommen wird, der seinerseits den Multiplexer (MUX) zur Ansteuerung der Analogschalter (S1 bis Sn) steuert und somit die Widerstandswerte als proportionale Spannungsabfall-Messwerte der einzelnen Drähte D1 bis Dn in jeder der Drahtmessgitterebenen DG1 bis DGn erfasst.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass schnelle elektronische Bauelemente der genannten Art und schnelle Software für die Auswertung im Mikrocontroller (MC) benutzt wird, die es ermöglichen, die Spannungsabfall- Messwerte aller Widerstandsdrähte D1 bis Dn in allen Drahtgitterebenen DG1 bis DGn in insgesamt weniger als 10 Millisekunden je Drahtgitterebene zu erfassen und gleichzeitig daraus mindestens die Kenngrößen des Laserstrahles, die Strahllage in x und y-Richtung, den Strahlradius bzw. -Durchmesser bzw. die Ellipsenhalbachsen in x und y-Richtung des Strahles zu berechnen.

22. Verfahren nach Anspruch 20 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung bezüglich einer zu messenden Strahlleistung Kalibrierfaktoren aufweist und somit in der Lage ist, die Strahlleistung allein oder zusätzlich zu den bereits erfassten Kenngrößen des Laserstrahles gemäß Anspruch 21 zu berechnen.

23. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung die angegebenen Strahlkenngrößen gemäß Anspruch 21 und 22 bereits mit nur 2 Drahtgitterebenen bzw. einem Drahtgitterpaar mit ausreichender Genauigkeit erfasst.

24. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung bereits mit nur 2 Drahtgitterebenen bzw. einem Drahtgitterpaar die Laserstrahlkenngröße Polarisationskontrast allein oder zusätzlich zu den bereits erfassten Kenngrößen des Laserstrahles gemäß Anspruch 21 und 22 berechnet.

25. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung mit 6 Drahtgitterebenen DG1 bis DG6 bzw. 3 Drahtgitterpaaren zusätzlich die Laserstrahlkenngrößen Polarisationselliptizität und Azimuth in x- und y-Richtung des Strahles erfassen kann und dass dieses auch innerhalb der Gesamtzykluszeit der Vorrichtung von weniger als 60 Millisekunden (6 × 10 Millisekunden je Drahtgitter) erfolgt.

26. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung für mindestens eine der messbaren Kenngrößen des Laserstrahles gemäß den Ansprüchen 20 bis 25 über mindestens eine einstellbare Schaltschwelle zur Uberwachung mindestens einer Strahlkenngröße verfügt, und dass die eventuellen Schaltausgangssignale an die Steuerung der Laserstrahlanlage zu Abschalt- oder Regelzwecken weitergeleitet werden können.

27. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung zusätzlich über einen Personal Computer (PC) verfügen kann, über den die Messvorrichtung parametriert, kalibriert oder bedient werden kann und der auch dazu benutzt werden kann, die Messwerte auszulesen, abzuspeichern oder weiter zu verarbeiten.

28. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Messvorrichtung zusätzlich über einen Personal Computer (PC) verfügt, der die Messrohdaten von 6 Drahtgitterebener. DR1 bis DR6 (neben den Berechnungen von Kenngrößen des Laserstrahles in der Messvorrichtung gemäß den Ansprüchen 21 bis 27) ausliest und eine 3 dimensionale Darstellung der Intensitätsverteilung auf dem Bildschirm des PC so schnell berechnet, dass diese mindestens mit einer Bildwiederholrate von 10 Hz dargestellt wird.

29. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Intensitätsverteilung auch das Intensitätsmaximum des Laserstrahles durch den PC fortlaufend berechnet wird und dass mindestens eine einstellbare Schaltschwelle zur Überwachung des Intensitätsmaximums oder des Maximums von Intensitätspositionen vorhanden sind und dass die eventuellen Schaltausgangssignale an die Steuerung der Laserstrahlanlage zu Abschalt- oder Regelzwecken geleitet werden können.

30. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasstrom (GS) ein Sensor zur Erfassung der Gastemperatur vorhanden ist, dessen Messwerte dem Mikrocontroller zugeführt und dazu benutzt werden, die ermittelten Kenngrößen des Laserstrahles, die aufgrund des Messprinzips temperaturbeeinflusste Messwerte haben, zu korrigieren.

31. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass im Gasstrom (GS) ein Sensor zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit vorhanden ist, dessen Messwerte dem Mikrocontroller zugeführt werden, der diese auf eine vorbestimmte Strömungsgeschwindigkeit mit engen Toleranzgrenzen überwacht und bei Strömungsgeschwindigkeiten außerhalb dieser Toleranzgrenzen ein Freigabesignal an die Maschinensteuerung zurücknimmt, wodurch die Laserstrahlanlage dazu veranlasst werden kann, den Laserstrahl auszuschalten.

32. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte der Strömungsgeschwindigkeit zusätzlich dazu benutzt werden, die Drehzahl des Ventilators (VE) zu regeln, so dass eine gleichbleibende Strömungsgeschwindigkeit sichergestellt ist.

33. Verfahren und Vorrichtung nach den Ansprüchen 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Temperatur und der Sensor zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes aus mindestens einem, zusätzlichen Widerstandsdraht besteht, der entsprechend den Widerstandsdrähten der Drahtgitterebenen ausgelegt ist und in Strömungsrichtung vor den Drahtgitterebenen mittig im Gasstrom (GS) und quer zur Strömungsrichtung positioniert ist.

34. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiplexer (MUX) über weitere 2 Schalter verfügt, wobei der eine Schalter den zusätzlichen Widerstandsdraht mit der Konstantstromquelle (IC) zur Temperaturmessung beaufschlagt und der andere Schalter den selben oder einen anderen zusätzlichen Widerstandsdraht zeitversetzt mit einem sehr hohen Strom beaufschlagt, der den Widerstandsdraht auf Temperaturen aufheizt wie sie bei den Widerstandsdrähten der Messgitterebenen vorkommen, und dass die Abweichung zwischen dem Sollwiderstand bzw. Sollspannungsabfall aufgrund des hohen Stromes und dem gemessenen Widerstand bzw. Spannungsabfall als Maß für die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstromes (GS) genommen wird.