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Die
Erfindung betrifft ein Messmodul zur Messung der Gesamtleistung
eines Arbeitslaserstrahls und einen Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung
eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, der ein solches
Messmodul umfasst.
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Mit
Hilfe eines Laserbearbeitungskopfes lässt sich ein Werkstück
unter Verwendung eines Laserstrahls bearbeiten, wobei zum Beispiel
Schweiß- oder Schneidarbeiten durchgeführt werden
können. Hierbei ist es für eine gezielte Steuerung
des Bearbeitungsprozesses oder zum Erkennen von auftretenden Defekten
im Strahlführungssystem notwendig, die Leistung der Laserstrahlung,
die auf das Werkstück gelenkt wird, so nah wie möglich
am Werkstück, also in der Regel im Bearbeitungskopf zu messen,
da durch eine im Strahlführungssystem vom Werkstück
weiter weg durchgeführte Messung der Laserstrahlleistung
Leistungsverluste, die im weiteren Verlauf des Strahlführungssystems
auftreten, nicht erkannt werden können.
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Eine
Messung der Laserstrahlleistung im Laserbearbeitungskopf ist beispielsweise
aus der
DE 101 13
518 A1 oder der
DE
101 44 628 A1 bekannt. Bei den hier beschriebenen Laserbearbeitungsköpfen
ist ein teildurchlässiger Umlenkspiegel in den Strahlengang
vor einer Fokussierlinse eingesetzt, die den Arbeitslaserstrahl
auf das Werkstück fokussiert, um einen ausgekoppelten Teil
des Arbeitslaserstrahls auf eine Sensorfläche eines Laserstrahlleistungssensors
zu lenken. Hierbei wird jedoch nur die Laserstrahlleistung eines
inneren Querschnittsbereichs des Arbeitslaserstrahls von der Sensorfläche erfasst.
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Im
Falle der für die Laserbearbeitung üblicherweise
eingesetzten Laser, insbesondere Faserlaser, ist jedoch die Leistungsverteilung über
den Strahlquerschnitt nicht, wie im idealen Fall, gaußförmig,
sondern besitzt aufgrund einer Mischung einer Vielzahl von angeregten
Lasermoden eine unregelmäßige Leistungsverteilung über
den Strahlquerschnitt. Ferner ist die Verteilung der Laserleistung über
den Strahlquerschnitt stark abhängig von der Gesamtlaserleistung,
wodurch die Messung lediglich eines ausgekoppelten Ausschnitts des
Arbeitslaserstrahls die Bestimmung der Gesamtleistung des Arbeitslaserstrahls,
die schließlich auf das Werkstück trifft, verfälscht.
Somit ist es für die Messung der Gesamtlaserstrahlleistung
des Arbeitslaserstrahls notwendig, eine Sensorvorrichtung vorzusehen,
die eine über den gesamten Strahlquer schnitt des Arbeitslaserstrahls
ausgekoppelte Laserstrahlung erfasst und die in dem Laserstrahl
enthaltende Leistung integriert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messmodul zur Messung
der Gesamtleistung eines Arbeitslaserstrahls sowie einen dieses
Modul umfassenden Laserbearbeitungskopf zu schaffen, die eine genaue
Messung einer Gesamtleistung eines Arbeitslaserstrahls mit einer
hohen zeitlichen Auflösung und in einem weiten Laserstrahlleistungsbereich
ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch das Messmodul nach Anspruch 1 und durch einen
Laserbearbeitungskopf nach Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden in den
Unteransprüchen dargelegt.
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Erfindungsgemäß ist
ein Messmodul zur Messung der Gesamtleistung eines Arbeitslaserstrahls
in einem Laserbearbeitungskopf vorgesehen, das eine Strahleintrittsöffnung
mit einem Durchmesser, der im Wesentlichen gleich wie oder größer
als der Strahlquerschnitt eines im Querschnitt vollständig
aus dem Arbeitslaserstrahlengang ausgekoppelten Laserstrahls ist,
einen Sensor mit einer Sensorfläche, deren Abmessung kleiner
als der Strahlquerschnitt des ausgekoppelten Laserstrahls ist, eine Strahlbündelungsvorrichtung
zur Bündelung des ausgekoppelten Laserstrahls auf die Sensorfläche, und
eine Abschwächungseinrichtung im Strahlengang zwischen
Strahleintrittsöffnung und Sensor aufweist.
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Es
ist also ein Messmodul vorgesehen, welches die Leistung eines aus
einem Arbeitslaserstrahl ausgekoppelten Laserstrahls misst, wobei
die Leistung des Arbeitslaserstrahls über seinen gesamten Strahlquerschnitt
gemessen wird. Das erfindungsgemäße Messmodul
weist hierbei eine Strahlbündelungsvorrichtung auf, durch
die der in das Messmodul eingekoppelte Messlaserstrahl auf eine
Sensorfläche eines Sensors gebündelt wird. Die
Sensorfläche weist eine geringere Fläche als eine
Querschnittsfläche des ausgekoppelten Laserstrahls auf,
wobei zusätzlich noch eine Abschwächungseinrichtung
im Strahlengang innerhalb des Messmoduls vorgesehen ist, welche
den gebündelten Messlaserstrahl faltet und dessen Leistung
proportional abschwächt.
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Für
eine einfache Ausgestaltung der Strahlbündelungsvorrichtung
ist es zweckmäßig, wenn die Strahlbündelungsvorrichtung
eine reflektierende Fokussierfläche umfasst, wobei die
Fokussierfläche vorteilhafterweise ein Rotationsparaboloid
ist, der auch durch eine sphärische Fläche approximiert
sein kann.
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Damit
die Messung der Laserleistung mittels einer kleinen Sensorfläche
des Sensors, auf welche der ausgekoppelte Laserstrahl fokussiert
wird, möglichst unempfindlich gegen eine Variation der
Eintrittsrichtung des ausgekoppelten Laserstrahls in die Eintrittsöffnung
ist, ist es besonders von Vorteil, wenn die Fokussierfläche
mit einer Beschichtung versehen ist, die das einfallende Licht des
ausgekoppelten Laserstrahls diffus streut, wobei hier zweckmäßigerweise
die Fokussierfläche als harteloxierte Fläche auf
einer Aluminiumplatte ausgebildet ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abschwächungseinrichtung eine
Eintrittsplatte, die derart angeordnet ist, dass das von der Strahleintrittsöffnung
kommende Licht die Eintrittsplatte durchdringt, von der Strahlbündelungsvorrichtung
auf eine Rückseite der Eintrittsplatte gelenkt und von
der Rückseite der Eintrittsplatte in einen Seitenbereich
neben der Strahlbündelungsvorrichtung reflektiert wird,
der von dem Sensor beobachtbar ist. Hierbei ist es von Vorteil,
wenn die Abschwächungseinrichtung ferner eine Umlenkplatte umfasst,
die in dem Seitenbereich neben der Strahlbündelungsvorrichtung
derart angeordnet ist, dass der von der Eintrittsplatte reflektierte
Strahl auf eine Sensorfläche des Sensors gelenkt und auf
diese fokussiert wird.
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Für
eine im Wesentlichen von der Leistungsdichteverteilung über
einen Strahlquerschnitt des Arbeitslaserstrahls unabhängige
proportionale Abschwächung durch die Abschwächungseinrichtung ist
es besonders zweckmäßig, wenn die Eintrittsplatte
und die Umlenkplatte so aufeinanderfolgend angeordnet sind, dass
die optische Achse des von der Strahlbündelungsvorrichtung
gebündelten Laserstrahls jeweils um einen Winkel von 45° durch
die Eintrittsplatte und die Umlenkplatte umgelenkt wird, wobei die
Eintrittsplatte und die Umlenkplatte unbeschichtete Glasplatten
sind.
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Weiter
ist es zweckmäßig, wenn die Umlenkplatte an ihrer
rückseitigen Fläche mit einem absorbierenden Material
beschichtet ist. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Umlenkplatte
in einer Halterung aufgenommen ist, welche mit einem absorbierenden Material
beschichtet ist.
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Um
die durch die Absorption der Laserstrahlung erzeugte Wärme
aus dem Messmodul abzuführen, ist es besonders vorteilhaft,
wenn eine Kühlvorrichtung an der Umlenkplatte und/oder
der Strahlbündelungsvorrichtung vorgesehen ist.
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Für
die Messung von schnellen Leistungsänderungen des Arbeitslaserstrahls
ist es besonders zweckmäßig, wenn der Sensor ein
optischer Halbleitersensor wie eine Photodiode ist.
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Erfindungsgemäß ist
weiter ein Laserbearbeitungskopf zur Bearbeitung eines Werkstücks
mittels eines Laserstrahls vorgesehen, mit einem Gehäuse,
durch das ein Arbeitslaserstrahl geführt wird, einer Fokussieroptik
zum Fokussieren des Arbeitslaserstrahls auf das Werkstück,
einem in Strahlrichtung vor der Fokussieroptik angeordneten teildurchlässigen
Umlenkspiegel, welcher einen Teil des Arbeitslaserstrahls über
dessen gesamten Querschnittsbereich auskoppelt und zu einer seitlichen
Gehäuseöffnung lenkt, und welcher ein erfindungsgemäßes Messmodul
aufweist, das an dem Gehäuse montiert ist und dessen Strahleintrittsöffnung
der seitlichen Gehäuseöffnung des Gehäuses
gegenüberliegt.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
stark vereinfachte schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen
Laserbearbeitungskopfes,
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2 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Messmoduls, und
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3 eine
nicht maßstabsgetreue schematische Ansicht einer reflektierenden
Fokussierfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In
den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende
Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist
eine stark vereinfachte Ansicht eines Laserbearbeitungskopfes 10 gezeigt,
wie er mit Laserbearbeitungsmaschinen oder -anlagen verwendet wird.
Hierbei wird ein von der Laserbearbeitungsmaschine kommender Arbeitslaserstrahl 12 durch ein
Gehäuse 13 des Laserbearbeitungskopfs 10 hindurch
auf ein Werkstück 14 gelenkt und mittels einer Optik 16 auf
das Werkstück 14 fokussiert, wie durch die optische
Achse L angedeutet wird. Der Arbeitslaserstrahl 12 kann
bei einer Zuführung zu dem Bearbeitungskopf 10 mittels
einer Lichtleitfaser aufgrund der Auskopplung des Laserstrahls aus
der Lichtleitfaser durch eine Kollimatoroptik aufgeweitet sein.
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In
dem Laserbearbeitungskopf 10 ist ein teildurchlässiger
Umlenkspiegel 18 angeordnet, der einen Teillaserstrahl 20 aus
dem Arbeitslaserstrahl 12 auskoppelt, welcher eine proportional
verringerte Gesamtlaserleistung mit einem entsprechend leistungsmäßig
geringeren Laserleistungsverteilungsprofil über den gleich
großen Strahlquerschnitt wie der Arbeitslaserstrahlquerschnitt
aufweist. Das Reflexions-/Transmissionsverhältnis des teildurchlässigen Umlenkspiegels 18 liegt
bei etwa 0,2% und ist im Wesentlichen unabhängig von der
Leistung und der Leistungsverteilung des Arbeitslaserstrahls 12.
Der ausgekoppelte Laserstrahl 20 wird durch den teildurchlässigen
Umlenkspiegel 18 zu einer seitlichen Gehäuseöffnung
gelenkt und tritt in ein Messmodul 22 ein, in welchem die
Gesamtleistung des ausgekoppelten Laserstrahls 20 und damit
des Arbeitslaserstrahls 12 gemessen wird.
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Eine
detaillierte Ansicht des erfindungsgemäßen Messmoduls 22 ist
in 2 gezeigt. Das Messmodul 22 ist, wie
in 1 gezeigt, so an dem Laserbearbeitungskopf 10 angebracht,
dass der ausgekoppelte Laserstrahl 20 in eine Strahleintrittsöffnung 24 (2)
in einem Modulgehäuse 25 des Messmoduls 22 eintritt,
durch eine Eintrittsplatte 26 hindurchgeht und auf eine
Lichtbündelungsplatte 28 mit einer Fokussierfläche 30 trifft,
an welcher der Laserstrahl 20 gebündelt und in
Richtung der Eintrittsplatte 26 reflektiert wird. Der reflektierte
Laserstrahl 20 wird dann durch die Eintrittsplatte 26 durch
die reflektierende Fläche 32 in Richtung einer
Umlenkplatte 34 gelenkt, von der schließlich das
gebündelte Licht in Richtung eines Sensors 36 mit
einer Sensorfläche 38 gelenkt und auf die Sensorfläche 38 fokussiert
wird.
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In
diesem Aufbau haben die Eintrittsplatte 26 und die Umlenkplatte 34 die
Funktion, den einfallenden Laserstrahl 20 um einen vorbestimmten
Faktor, welcher unabhängig von der Laserstrahlleistung
oder dem Laserstrahlleistungsverteilungsprofil des Laserstrahls 20 sein
soll, abzuschwächen sowie den von der Lichtbündelungsplatte 28 gebündelten
Lichtstrahl zu falten und auf den Sensor 36 zu lenken.
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Die
Lichtbündelungsplatte 28 kann wie das Modulgehäuse 25 aus
Metall, vorzugsweise Aluminium gefertigt sein. Die Lichtbündelungsplatte 28 weist einen
zylinderförmigen Abschnitt 40 und einen Flanschabschnitt 42 auf,
wobei die Lichtbündelungsplatte 28 in eine der
Eintrittsöffnung 24 gegenüberliegende Öffnung
des Modulgehäuses 25 eingesetzt ist. Hierbei ist
der Flanschabschnitt 42 in eine kreisrunde Ausnehmung 44 in
der Außenwand des Modulgehäuses 25 bündig
eingesetzt und stößt an diese an. An der der Außenwand
des Modulgehäuses 25 zugewandten Stirnfläche
des Flanschabschnitts 42 der Lichtbündelungsplatte 28 ist
ferner eine Ringnut 46 vorgesehen, in welcher ein Dichtungsring 48 angeordnet
ist, der im eingesetzten Zustand der Lichtbündelungsplatte 28 ein
Eindringen von Schmutz oder Staub in das Modulgehäuse 25 verhindert.
In der der reflektierenden Fokussierfläche 30 entgegengesetzten
Seite der Lichtbündelungsplatte 28 ist weiter
ein mit einem Gewinde versehendes Bohrloch 50 vorgesehen,
an welchem eine Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) montiert
werden kann, um die Lichtbündelungsplatte 28 zu
kühlen.
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Die
Lichtbündelungsplatte 28 ist an ihrer reflektierenden
Fokussierfläche 30 derart ausgehöhlt, dass
die reflektierende Fokussierfläche 30 die Form eines
Rotationsparaboloids aufweist, wobei die Rotationsachse dieses Paraboloids
im eingesetzten Zustand der Lichtbündelungsplatte 28 in
das Modulgehäuse 25 mit der optischen Achse L'
des ausgekoppelten Laserstrahls 20 zusammenfällt.
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Die
Ausbildung der reflektierenden Fokussierfläche 30 in
Form eines Rotationsparaboloids ist zwar rein theoretisch für
eine Abbildung eines parallelen Strahlenbündels in einen
Punkt ideal, aus Sicht der technischen Verwirklichung der reflektierenden Fokussierfläche 30 ist
es jedoch bevorzugt, die Fläche des Rotationsparaboloids
aufgrund ihrer Flachheit als sphärische Fläche
zu approximieren, da hierdurch die Fläche wesentlich einfacher
hergestellt werden kann und der Näherungsfehler im Wesentlichen
vernachlässigbar ist.
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Die
reflektierende Fokussierfläche 30 kann hierbei
mit einer Beschichtung versehen sein, die das einfallende Licht
des Laserstrahls 20 diffus streut und entsprechend abschwächt.
In 3 ist das Prinzip eines streuenden Fokussierers,
wie er durch die reflektierende Fokussierfläche 30 verwirklicht
ist, illustriert, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Krümmung
der in der in 3 dargestellten reflektierenden
Fokussierfläche 30 stark überhöht
ist, um das Funktionsprinzip der reflektierenden Fokussierfläche 30 veranschaulichen
zu können. Das entlang der optischen Achse L' auf die reflektierende
Fokussierfläche 30 auftreffende Licht wird an
Streuzentren 30 auf der reflektierenden Fokussierfläche 30 gestreut,
wobei die winkelabhängige Streuintensität schematisch durch
die Streukeulen 30'' angezeigt wird. Durch die Krümmung
der reflektierenden Fokussierfläche 30, welche
exakt oder angenähert ein Rotationsparaboloid ist, wird
das Licht des parallel entlang der optischen Achse L' einlaufenden
Strahlenbündels von der reflektierenden Fokussierfläche 30 so
gestreut, dass die Mittelachsen der Streukeulen 30' auf
einen Punkt 30''' gerichtet werden. Bei dieser Ausgestaltung
ist eine Beschichtung mit Harteloxal besonders geeignet. Neben der
Abschwächung des einfallenden Lichts ist ein weiterer Vorteil,
dass aufgrund der diffusen Reflexion die auf den in 2 gezeigten Sensor 36 gebündelte
Lichtintensität nicht in dem Maße von einer Einfallsrichtung
des ausgekoppelten Laserstrahls 20 abhängig ist,
wie dies bei einer spekulären Reflexion der Fall wäre,
wodurch das Messmodul hinsichtlich einer Justage des Laserstrahls aufgrund
der nur teilweise reflektierenden Fokussierfläche 30 im
Wesentlichen unempfindlich ist.
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Die
Eintrittsplatte 26 ist für eine einfache Montage
in dem Modulgehäuse 25 wie die Lichtbündelungsplatte 28 kreisrund
ausgebildet. Die Eintrittsplatte 26 liegt hierbei in montiertem
Zustand auf einem Schulterabschnitt 52 auf, welcher sich
in einer sich von der Strahleintrittsöffnung 24 in
das Gehäuseinnere erstreckenden Ausnehmung in dem Modulgehäuse 25 befindet.
Die Eintrittsplatte 26 wird durch einen Haltering 54,
der mit einem Außengewinde 56 in ein Innengewinde 58 in
dem Modulgehäuse 25 eingreift, fest gegen den
Schulterabschnitt 52 gedrückt und somit in der
sich in das Gehäuseinnere erstreckenden Ausnehmung befestigt.
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Die
Eintrittsplatte 26 ist so in dem Modulgehäuse 25 eingesetzt,
dass die optische Achse L' des ausgekoppelten Laserstrahls 20 durch
das Zentrum der kreisrunden Eintrittsplatte 26 hindurchgeht.
Ferner ist die Eintrittsplatte 26 schräg hinsichtlich
der optischen Achse L' angeordnet, um das von der reflektierenden
Fokussierfläche 30 der Lichtbündelungsplatte 28 zurückgeworfene
Licht in einen Seitenbereich zu reflektieren, der sich neben der
Lichtbündelungsplatte 28 befindet. Vorzugsweise
ist dabei der Winkel zwischen einer auf der Reflexionsebene der Eintrittsplatte 26 stehenden
Senkrechten und der optischen Achse L' des einfallenden Laserstrahls 20 gleich
22,5°, wie später noch ausführlich erläutert wird.
Die Eintrittsplatte 26 ist vorzugsweise als planparallele
Glasplatte ausgebildet, wobei hierfür Glas mit einer hohen
Temperaturwiderstandsfähigkeit von Vorteil ist, wie beispielsweise
Borofloat-Glas.
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Die
Umlenkplatte 34 ist auf einer Halterung 60 montiert,
welche in ein in einer Montageöffnung des Modulgehäuses 25 befindliches
Innengewinde 62 mit einem Außengewinde 64 eingeschraubt
ist. An der Rückseite der Halterung 60 sind Bohrlöcher 66 vorgesehen,
um eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Halterung 60 zu
montieren. In einer Ausführungsform ist die Halterung 60 an
der der Umlenkplatte 34 gegenüberliegenden Seite
mit einer lichtabsorbierenden Beschichtung versehen. Es ist jedoch
auch denkbar, die Umlenkplatte 34 selbst an ihrer der reflektierenden
Fläche entgegengesetzten Fläche mit einer lichtabsorbierenden
Beschichtung zu versehen. Die Umlenkplatte 34 ist wie die
Eintrittsplatte 26 als kreisrunde planparallele Glasplatte
ausgebildet, wobei auch hier ein Glas mit hoher Temperaturwiderstandfähigkeit
von Vorteil ist. Wie bei der Eintrittsplatte 26 ist auch
die Umlenkplatte 34 so schräg in dem Modulgehäuse 25 eingesetzt,
dass die Senkrechte auf der Reflexionsebene der Umlenkplatte 34 mit
der von der Eintrittsplatte 26 reflektierten optischen
Achse L'' einen Winkel von 22,5° einschließt,
wobei die optische Achse L'' die kreisrunde Umlenkplatte 34 zentral
trifft. Das von der Eintrittsplatte 26 kommende gebündelte
Licht wird an der Umlenkplatte 34 reflektiert und entlang
der optischen Achse L''' auf eine Sensorfläche 38 des
Sensors 36 gelenkt.
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Der
Sensor 36 ist in dem Modulgehäuse 25 an
einer der Umlenkplatte 34 gegenüberliegenden Seite
in einer kreisrunden Ausnehmung 68 eingesetzt und darin
montiert. Der Sensor 36 ist ein optischer Sensor wie beispielsweise
eine Fotodiode, wobei die Art der Fotodiode an die verwendete Laserstrahlung
und deren Wellenlängenbereich angepasst ist. Die Sensorfläche 38 kann,
da die gesamte Laserleistung auf die Fläche 38 gebündelt
wird, geringe Abmessungen im Millimeterbereich aufweisen. Hinsichtlich
der räumlichen Anordnung der Sensorfläche 38 in
Bezug auf das aus der reflektierenden Fokussierfläche 30,
der Eintrittsplatte 26 und der Umlenkplatte 34 gebildeten
optischen System ist zu beachten, dass sowohl an der planparallelen
Eintrittsplatte 26 als auch an der planparallelen Umlenkplatte 34 das
von der reflektierenden Fokussierfläche 30 kommende
Licht sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite
der jeweiligen planparellen Platten 26, 34 reflektiert
wird, wodurch Mehrfachfoki in dem Bereich des in 2 dargestellten
Sensors 36 ausgebildet werden. Hierbei ist es bevorzugt,
die Sensorfläche 38 des Sensors 36 an
die Position eines ”mittleren Fokus” zu setzen,
welcher den geometrischen Schwerpunkt zwischen den mehreren Foki
bildet. In dem in 2 gezeigten Beispiel werden
im Bereich des Sensors 36 vier in einem Parallelogramm
angeordnete Fokuspunkte aufgrund der zweifachen Reflektion an den
planparallelen Glasplatten 26 und 34 ausgebildet,
wobei der Mittelpunkt dieses Parallelogramms (der mittlere Fokus)
vorzugsweise einem zentralen Punkt der Sensorfläche 38 entspricht.
Weiter ist in dem Modulgehäuse 25 ein hinter dem
Sensor 36 angeordneter Hohlraum 70 vorgesehen,
welcher durch einen Deckel 72 verschlossen und durch Dichtungsringe 74 abgedichtet
wird, um eine Auswerteelektronik für den Sensor 36 aufzunehmen.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung der Eintrittsplatte 32 und
der Umlenkplatte 34 ist es auch bei einer unregelmäßigen
Leistungsdichteverteilung des zu messenden ausgekoppelten Laserstrahls 20 möglich,
die Gesamtintensität des Laserstrahls 20 um einen
vorbestimmten leistungsunabhängigen Proportionalitätsfaktor
abzuschwächen, wie im Folgenden erläutert werden
soll.
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Das
durch die Eingangsöffnung 24 eintretende Licht
mit einer vorgegebenen Leistungsdichteverteilung über den
Querschnitt des Laserstrahls 20 trifft auf die reflektierenden
Fokussierfläche 30 der Lichtbündelungsplatte 28 und
wird von dieser zurückgeworfen und gebündelt.
Hierbei trifft das zurückgeworfene Strahlenbündel
unter unterschiedlichen Winkeln auf die reflektierende Fläche 32 der
Eintrittsplattes 26, wobei die Einfallswinkel des Strahlenbündels symmetrisch
um den Einfallswinkel der reflektierten optischen Achse L' gleich
22,5° variiert sind. Aufgrund der Winkelabhängigkeit
des Reflexions-/Transmissions-Verhältnisses (gemäß den
Fresnelschen Gleichungen) bei einem Übergang zwischen verschiedenen
optischen Medien, wie hier zwischen Luft und Glas, ist also der
Reflexionsgrad abhängig von der Lage im Strahlquer schnitt
des Laserstrahls 20. Diese Abweichung des Reflexions/Transmissionsverhältnisses
wird jedoch durch die Anordnung der Umlenkplatte 34, welche
ebenfalls eine planparallele Glasplatte ist, kompensiert, da nun
Teile des Lichtbündels, die zunächst unter steilem
Winkel auf die Eintrittsplatte 26 getroffen sind, nun unter
flachem Winkel von der Umlenkplatte 34 reflektiert werden und
umgekehrt. Somit ist der Reflexionsgrad im Wesentlichen unabhängig
von der Entfernung eines Lichtstrahlanteils von der optischen Achse
L' im ausgekoppelten Laserstrahl 20, wodurch eine fehlerfreie Integration über
die Gesamtintensität des Laserstrahls 20 auch
bei einer unregelmäßigen Leistungsdichteverteilung über
den Laserstrahlquerschnitt möglich wird.
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Somit
ist also eine genaue Messung der Gesamtleistung des ausgekoppelten
Laserstrahls 20 und damit der Gesamtleistung des Arbeitslaserstrahls 12 möglich.
Darüber hinaus ist es aufgrund des Einsatzes eines einfachen
Halbleitersensors oder eines vergleichbaren optischen Sensors möglich,
schnelle Leistungsänderungen in der Gesamtleitung des Arbeitslaserstrahls
zu messen, wie beispielsweise bei gepulsten Lasern, bei denen die Pulslänge
mit dieser Art von Aufbau bestimmt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10113518
A1 [0003]
- - DE 10144628 A1 [0003]