DE102021202194A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung mit einer Strahlungsquelle (1), einem ersten Strahlführungselement (2) zum Leiten einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung von der Strahlungsquelle (1) zu einem zu bestrahlenden Objekt (3) und einem weiteren Strahlführungselement (4) zum Leiten eines von dem zu bestrahlenden Objekt (3) zurückreflektierten Teils der elektromagnetischen Strahlung. Außerdem ist eine Auskoppelstelle (5) vorgesehen, die ausgebildet ist, einen Teil einer Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung der einfallenden und/oder der reflektierten elektromagnetischen Strahlung aus dem jeweiligen Strahlführungselement (2, 4) auszukoppeln, und ein an dem ersten Strahlführungselement (2) und/oder dem weiteren Strahlführungselement (4) angeordneter Detektor (6), der ausgebildet ist, die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung eines Teils der durch das Auskoppelelement (5) ausgekoppelten und auf den Detektor (6) auftreffenden elektromagnetischen Strahlung zu detektieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung.
  • Bei einer laserunterstützen Materialbearbeitung werden unterschiedliche Formen von Laserstrahlerzeugung und Laserstrahlführung verwendet. Allen gemeinsam ist, dass die Laserstrahlung mittels eines optischen Systems, beispielsweise mittels Fasern, Spiegeln oder Linsen, dorthin geleitet wird, wo die eigentliche Materialbearbeitung erfolgt. Wesentliche technologische Anwendungen sind hierbei Schweißvorgänge oder auch ein Schneiden metallischer Bauteile. Oftmals wird in diesem Zusammenhang eine Lichtleitfaser verwendet, die eine hohe Strahlqualität bei gleichzeitig einfacher Führung des Laserstrahls sicherstellt.
  • In diesem Fall erfolgt eine Messung einer Laserleistung entweder indirekt über in die zur Anregung eines aktiven Mediums eingebrachte Energie oder über eine Auskopplung eines Teils des Laserstrahls über einen teildurchlässigen Spiegel und eine daran anschließende Messung. Insbesondere die Auskopplung des Laserstrahls bringt einen gewissen Platzbedarf mit sich und steht somit einem kompakten Aufbau eher entgegen. Darüber hinaus kann die Leistungsmessung über eine externe Vorrichtung erfolgen, in die der Laserstrahl direkt eingekoppelt wird. Dies kann jedoch nicht zur Online-Prozessüberwachung eingesetzt werden, sondern dient vorrangig als Möglichkeit einer prozessbegleitenden Überwachung.
  • Zudem kann es vorkommen, dass Reflexionen in die Lichtleitfaser rückgekoppelt werden und somit Beschädigungen an der Lichtleitfaser oder der Laserstrahlungsquelle erfolgen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, die die genannten Nachteile vermeiden, die also eine frühzeitige zuverlässige Leistungsmessung bei kompakter Bauform ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach dem Hauptanspruch und ein Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Eine Vorrichtung zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung weist eine Strahlungsquelle, ein erstes Strahlführungselement und ein weiteres Strahlführungselement auf. Das erste Strahlführungselement ist dazu eingerichtet, eine einfallende elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zu einem zu bestrahlenden Objekt zu leiten. Das weitere Strahlführungselement ist dazu ausgebildet, einen von dem Objekt zurückreflektierten Teil der elektromagnetischen Strahlung zu leiten, kann darüber hinaus aber auch dazu ausgebildet sein, ebenfalls die einfallende elektromagnetische Strahlung von der Strahlungsquelle zu dem zu bestrahlenden Objekt zu leiten. Ferner ist eine Auskoppelstelle vorgesehen, die ausgebildet ist, einen Teil einer Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und bzw. oder der reflektierten elektromagnetischen Strahlung aus dem jeweiligen Strahlführungselement auszukoppeln. Außerdem umfasst die Vorrichtung einen an dem ersten Strahlführungselement und bzw. oder an dem weiteren Strahlführungselement bzw. an der Auskoppelstelle angeordneten Detektor, der dazu ausgebildet ist, die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung eines Teils der an der Auskoppelstelle ausgekoppelten und auf den Detektor auftreffenden elektromagnetischen Strahlung zu detektieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Messung einer einfallenden Leistung der Strahlungsquelle vorgesehen sein.
  • Hierdurch wird es möglich, die Strahlungsleistung bzw. Strahlungsintensität direkt während eines Materialbearbeitungsprozesses zu messen und somit eine dauerhafte Qualitätsüberwachung sicherzustellen. Zudem kann eine Rückstreuung von Strahlung ermittelt werden, so dass Beschädigungen vermieden werden können. Durch die Anordnung der Auskoppelstelle und bzw. oder des Detektors an den Strahlführungselementen wird zudem ein kompakter Aufbau der Vorrichtung ermöglicht, bei dem sowohl die einfallende elektromagnetische Strahlung vor dem Auftreffen auf das Objekt als auch die von dem Objekt reflektierte bzw. gestreute Strahlung von dem Auskoppelelement und dem Detektor detektiert werden können. Die Auskopplung an der Auskoppelstelle kann durch eine Verbindungsstelle der Strahlführungselemente oder das weitere Strahlführungselement selbst erfolgen, so dass kein zusätzliches Element bzw. Bauteil notwendig ist.
  • Der Detektor ist typischerweise als mindestens eine Photodiode ausgebildet, um zuverlässig die elektromagnetische Strahlung detektieren zu können. Die elektromagnetische Strahlung ist in der Regel Laserstrahlung, d.h. die Strahlungsquelle ist eine Laserstrahlungsquelle. Laserstrahlung ist aufgrund der hohen Kohärenz für die Materialbearbeitung besonders geeignet. Die Laserstrahlung kann hierbei im Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen 780 nm und 1,5 µm (Infrarotbereich), 400 nm und 780 nm (sichtbarer Bereich) oder 100 nm bis 400 nm (Ultraviolettbereich) emittiert werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Auskoppelstelle an der der Strahlungsquelle zugewandten und bzw. oder an der dem Objekt zugewandten Oberfläche als teilreflektiver Spiegel ausgebildet ist. Durch einen vorzugsweise beidseitig teilreflektiven Spiegel kann sowohl einfallende als auch reflektierte bzw. zurückgestreute elektromagnetische Strahlung ausgekoppelt und im Anschluss detektiert werden. Ein Reflexionsgrad des Auskoppelelements beträgt hierbei typischerweise zwischen 80 Prozent und 99,999 Prozent, vorzugsweise zwischen 95 Prozent und 99,999 Prozent.
  • Das weitere Strahlführungselement kann mindestens eine Lichtleitfaser sein, die neben dem ersten Strahlführungselement angeordnet ist.
  • Das erste Strahlführungselement kann als Lichtleitfaser ausgebildet sein und das weitere Strahlführungselement ein koaxial um das erste Strahlführungselement angeordnetes Bündel aus Lichtleitfasern oder eine Lichtleitfaser mit größerem Durchmesser in Kern und bzw. oder Cladding sein, wobei der Detektor an einem Ende mindestens einer der Lichtleitfasern des Faserbündels oder in der Nähe des Durchmesserübergangs, bei der Verwendung unterschiedlicher Faserdurchmesser, angeordnet ist. Somit ergibt sich ein einfach zu realisierender Aufbau, bei dem dennoch eine zuverlässige Detektion der Strahlungsintensität bzw. Strahlungsleistung erfolgen kann. Es kann also das erste Strahlführungselement eine Lichtleitfaser mit einem Faserkern und einem Cladding sein und das weitere Strahlführungselement eine auf das erste Strahlführungselement aufgesetzte Lichtleitfaser mit einem Faserkern und einem Cladding.
  • An einer dem zu bestrahlenden Objekt zugewandten Seite kann das erste Strahlführungselement oder das zweite Strahlführungselement einen größeren Durchmesser aufweisen als an einer der Lichtquelle zugewandten Seite. Die Auskoppelstelle ist hierbei eine Stelle des Durchmesserwechsels.
  • Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das erste Strahlführungselement ein Faserkern einer Lichtleitfaser ist und das weitere Strahlführungselement ein Cladding des ersten Strahlführungselements ist. Vorzugsweise ist die Auskoppelstelle an dem weiteren Strahlführungselement als eine Glaskapillare oder eine Klebstoffauswölbung ausgebildet.
  • Es kann vorgesehen sein, dass an dem Detektor oder in der Nähe des Detektors ein Filter und bzw. oder ein Signalverstärker angeordnet ist. Unter einer Anordnung „in der Nähe“ soll insbesondere eine Anordnung verstanden werden, bei der der räumliche Abstand kleiner ist als ein Durchmesser des weiteren Strahlführungselements. Statt eines einzelnen Filters können auch mehrere Filter vorgesehen werden, die eine jeweils gleiche oder eine paarweise unterschiedliche Befilterung aufweisen. Der Filter kann als Spektralfilter, d.h. als Bandpassfilter, Tiefpassfilter oder Hochpassfilter ausgebildet sein, um bestimmte Wellenlängen und Wellenlängenbereiche zu filtern. Der Filter kann aber auch als Neutraldichtefilter (sogenannter Graufilter) ausgeführt sein, um die gesamte Strahlungsintensität bzw. Strahlungsleistung, die auf den Detektor trifft, zu reduzieren. In besonders vorteilhafter Weise werden verschiedene Neutraldichtefilter eingesetzt zum Anpassen der auf den Detektor auftreffenden Strahlungsleistung bzw. Strahlungsintensität, so dass beispielsweise eine einheitliche Strahlungsintensität am Detektor auch bei unterschiedlichen Auskoppelgraden einstellbar ist. Diese Unterschiede in den Auskoppelgraden können beispielsweise durch Fertigungstoleranzen auftreten. Durch das Vorsehen des Signalverstärkers kann das Detektorsignal verstärkt und auf ein einheitliches und bzw. oder störungsunempfindliches Niveau gebracht werden.
  • Es kann eine Regelungseinheit vorgesehen sein, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem von dem Detektor detektierten Signal eine Regelung der Strahlungsquelle durchzuführen. Dies kann beispielsweise bei Rückreflexionen dazu genutzt werden, Beschädigungen durch Abschalten der Strahlungsquelle zu vermeiden oder die Strahlungsintensität für die Materialbearbeitung anzupassen.
  • Zwischen einem Ende des ersten Strahlführungselements und dem zu bestrahlenden Objekt kann ein Strahlformungssystem angeordnet sein, das ausgebildet ist, die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung derart zu formen, dass die von dem Objekt reflektierte elektromagnetische Strahlung eine, vorzugsweise um mindestens 5 Prozent, größere Fläche bei einem Auftreffen auf eine Auskoppelfläche überdeckt als die von der Strahlungsquelle emittierte elektromagnetische Strahlung. Das Strahlformungssystem, das auch als Strahlformungsoptik bezeichnet werden kann, ist somit derart ausgebildet, dass sich für einen zurückreflektierten Strahl eine größere Fläche und eine geringere Intensität als für einen ursprünglichen Strahl vor der Reflexion ergibt. Für ursprünglich runde Laserstrahlen kann dies durch eine Vergrößerung des Strahldurchmessers geschehen. Außerdem ist es auch möglich, den Strahl unsymmetrisch zu verformen, so dass sich beispielsweise ein elliptischer Strahl mit größerer Fläche gegenüber dem ursprünglichen Strahl bzw. Ausgangsstrahl ergibt. Die Strahlformungsoptik kann hierzu Abbildungsfehler in Form von Aberrationen, die nicht mehr als beugungsbegrenzt einzustufen sind, aufweisen.
  • Hierdurch wird die Detektierbarkeit rückreflektierter Strahlung verbessert, da das weitere Strahlführungselement im Falle einer Rückreflexion mit einem größeren Strahldurchmesser bzw. Fläche beaufschlagt wird. Das weitere Strahlformungselement beispielsweise in der Form einer Lichtleitfaser mit größerem Faserdurchmesser oder Faserbündeln, die um das erste Strahlführungselement angeordnet sind, erfasst dann immer sicher einen gewissen Anteil der rückreflektierten Strahlung, da diese aufgrund der größeren Strahlfläche nicht mehr gänzlich in das erste Strahlführungselement wieder eingekoppelt werden kann und ausgekoppelt wird.
  • Vorteilhaft kann das weitere Strahlführungselement eine Faser größeren Durchmessers sein, welche an das erste Strahlführungselement angespliced wird. Weiterhin vorteilhaft kann diese größere Faser so ausgebildet sein, dass diese den gleichen oder einen geringfügig größeren Faserkerndurchmesser und einen größeren Cladding-Durchmesser aufweist. In diesem Fall wird die Strahlqualität des vornehmlich im Faserkern geführten Strahls, welcher von der Strahlungsquelle zum Objekt geleitet wird, nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt und es ist weiterhin eine hinreichende Auskopplung durch den unterschiedlichen Claddingdurchmesser und damit Gesamtfaserdurchmesser gegeben.
  • Das weitere Strahlformungselement und/oder das Auskoppelelement können so ausgebildet sein, dass auch ein geringer Teil der Strahlung, welche von der Strahlungsquelle zum Objekt geleitet wird, ausgekoppelt wird. In diesem Falle kann dieser ausgekoppelte Strahlungsanteil auch für die Online-Leistungsmessung der Laserquelle verwendet werden.
  • Die Auskoppelstelle kann dazu eingerichtet sein, die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung über ein Abstreifen von Mantelmoden auszukoppeln. Bei dem Abstreifen der Mantelmoden aus dem Cladding der Lichtleitfaser, sogenanntes Modestripping, wird ein Verhältnis von Brechungsindices zwischen dem Cladding und angrenzendem Material so angepasst, dass das im Cladding geführte Licht ausgekoppelt wird. Es kann vorteilhaft sein, das Modestripping nur an einem kleinen Bereich im Vergleich zum klassischen Modestripping zu verwenden. Hierdurch wird nur ein geringer Anteil der elektromagnetischen Strahlung aus dem Cladding ausgekoppelt, der jedoch ausreicht, um am Detektor ein hinreichendes Messsignal zu erzeugen.
  • Der Detektor ist typischerweise zur ortsaufgelösten Messung der Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung ausgebildet, um möglichst viele Informationen über den laufenden Prozess detektieren zu können.
  • Bei einem Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung wird elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsquelle emittiert und durch ein erstes Strahlführungselement von der Strahlungsquelle auf eine Oberfläche eines zu bestrahlenden Objekts geleitet. Von einem weiteren Strahlführungselement wird ein von der bestrahlten Oberfläche des Objekts reflektierter Teil der elektromagnetischen Strahlung zu einer Auskoppelstelle geleitet. An der Auskoppelstelle wird ein Teil der Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung der von der Strahlungsquelle emittierten und bzw. oder der von der Oberfläche des Objekts reflektierten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt und die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung zumindest eines Teils der ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung mit einem an dem ersten Strahlführungselement und bzw. oder dem weiteren Strahlführungselement angeordneten Detektor detektiert.
  • Das beschriebene Verfahren wird typischerweise mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt, d. h. die beschriebene Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 5 erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung;
    • 2 eine Querschnittsansicht von Lichtleitfasern
    • 3 eine 2 entsprechende Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels von mehreren Lichtleitfasern;
    • 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mit mehreren Lichtleitfasern und
    • 5 eine schematische seitliche Ansicht eines Strahlführungselements mit Klebstoffauswölbung.
  • In 1 ist in einer schematischen seitlichen Ansicht eine Vorrichtung zur Lasermaterialbearbeitung gezeigt. Ausgehend von einer Laserstrahlungsquelle 1 als Strahlungsquelle wird von der Laserstrahlungsquelle 1 emittierte Laserstrahlung in eine erste Lichtleitfaser als zentrales bzw. erstes Strahlführungselement 2 eingekoppelt, das einen Faserkern 13 und ein den Faserkern ummantelndes Cladding 14 aufweist. Die erste Lichtleitfaser ist an eine zweite Lichtleitfaser als weiteres Strahlführungselement 4 gekoppelt. Mittels einer Spliceverbindung wird ein Übergang im Durchmesser der beiden Strahlführungselemente 2, 4 hergestellt, so dass die Laserstrahlung von der Laserstrahlungsquelle 1 in Richtung einer Oberfläche eines zu bestrahlenden Objekts 3, beispielsweise eines metallischen Bauteils, geleitet wird. Ein an dieser Oberfläche reflektierter oder gestreuter Anteil der Laserstrahlung wird von der zweiten Lichtleitfaser wieder in Richtung der Laserstrahlungsquelle 1 geführt. Das zweite Strahlführungselement 4 weist ebenfalls einen Faserkern 14 und ein den Faserkern 14 ummantelndes Cladding 15 auf. An einer Auskoppelstelle 8 tritt die elektromagnetische Strahlung aus dem weiteren Strahlführungselement in Richtung der Oberfläche des zu bestrahlenden Bauteils 3 aus und ein Teil der rückreflektierten Strahlung wird dort auch wieder in das weitere Strahlführungselement 4 aufgenommen.
  • In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nun jedoch an der Stelle des Durchmesserwechsels, d. h. an der Splicestelle, zusätzlich ein Auskoppelelement 5 in Form eines beidseitig teilreflektiven Spiegels vorgesehen, der einen Teil der Strahlintensität der zurückreflektierten bzw. gestreuten Strahlung auskoppelt und somit der Übergang zwischen den Strahlführungselementen 2 und 4 als Auskoppelstelle fungiert. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Auskoppelelement 5 auch alternativ oder zusätzlich dazu ausgebildet sein, einen Teil der einfallenden Strahlung, also der in Richtung der Oberfläche des Bauteils 3 sich ausbreitenden Strahlung auszukoppeln. An dem weiteren Strahlführungselement 4 bzw. in weiteren Ausführungsbeispielen auch an dem ersten Strahlführungselement 2 ist ein Detektor 6 angeordnet, der die Strahlintensität der von dem Auskoppelement 5 ausgekoppelten Strahlung detektiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Detektor 6 als Photodiode ausgebildet. Statt direkt an der Spliceverbindung kann in weiteren Ausführungsformen auch ein Stecker vorgesehen sein, der das Auskoppelelement 5 und bzw. oder den Detektor 6 enthält.
  • Die Spliceverbindung oder Splicestelle ist in der Art ausgeführt, dass auch ein minimaler Anteil, d.h. typischerweise weniger als 5 Prozent der Strahlungsleistung, die von der Laserstrahlungsquelle 1 emittiert wird, ausgekoppelt wird und für eine Leistungsmessung an dem Detektor 6 zur Verfügung steht. Die Splicestelle kann auch in Richtung von der Strahlungsquelle 1 zum Objekt 3 verlustfrei gestaltet sein und eine Leistungsmessung der Quellenleistung der Laserstrahlungsquelle 1 über die rückreflektierte Leistung an der Auskoppelfläche des als Faser gestalteten Strahlführungselements 2, 4 entsteht. Die Auskoppelstelle des Strahlführungselements 2, 4 kann beispielsweise durch eine Antireflexbeschichtung oder mehrere Antireflexbeschichtungen verlustarm bzw. mit wenig direkter Rückreflektion in das jeweilige Strahlführungselement 2, 4, gestaltet sein. Ein gewisser Anteil der ausgekoppelten Leistung wird aber immer an dieser Stelle reflektiert.
  • Der Detektor 6 ist in der Nähe der Splicestelle positioniert, d. h. ein Abstand zwischen dem Detektor 6 und der Splicestelle beträgt typischerweise maximal 30 mm. Der Detektor 6 sollte auf keinen Fall hinter der Splicestelle in Richtung Faseraustritt liegen. Die Auskopplung in Richtung Laserstrahlungsquelle 1 zu Faseraustritt bzw. Austritt des Strahlführungselements 2, 4 kann nur durch Verluste an der Splicestelle erfolgen. Dementgegen koppeln rückreflektierte Strahlen in die dickere Faser, d. h. das Strahlführungselement 2, 4 ein, und „füllen“ diese nach hinreichend langer Wegstrecke vollständig aus. Es ist nicht möglich, die gesamte Strahlungsleistung einer dickeren Faser in eine dünnere Faser zu übertragen. Dementsprechend muss die Strahlungsleistung, die aufgrund des Durchmesserunterschieds nicht in die dünnere Faser übertragen werden kann, an der Splicestelle austreten. Das Auskoppelelement 5 ist nicht zwingend erforderlich, kann aber dazu dienen, die Menge der austretenden Strahlung zu regulieren. Dies kann nötig sein, wenn beispielsweise der Detektor 6 nicht mit so großen Strahlungsleistungen arbeiten kann. Hierzu kann auch ein teildurchlässiges Element vor den Detektor 6 gesetzt werden, sollte der Detektor 6 etwas weiter von der Splicestelle entfernt oder in einem Stecker angebracht sein.
  • Mit dem Detektor 6 und der Laserstrahlungsquelle 1 elektrisch verbunden ist eine Regelungseinheit 7, die von dem Detektor 6 Daten über die detektierte Intensität oder Leistung erhält und die Laserstrahlungsquelle 1 basierend auf diesen Daten regelt. Beispielsweise kann im Falle starker Rückreflexe die Intensität bzw. Leistung der von der Laserstrahlungsquelle 1 emittierten Laserstrahlung reduziert werden oder im Extremfall die Laserstrahlungsquelle 1 komplett abgeschaltet werden. Hierfür kann der Detektor 6 auch zur ortsaufgelösten Messung der Intensität ausgebildet sein. Somit ergibt sich ein integriertes System zur direkten Leistungs- bzw. Intensitätsmessung und Messung der Rückkopplung der Laserstrahlung. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine 200 µm-Kernfaser, d. h. eine Lichtleitfaser mit einem Kerndurchmesser von 200 µm und einer Dicke des Claddings von 10 µm, d. h. der gesamte Durchmesser des ersten Strahlführungselements 2 beträgt 220 µm. Typischerweise wird eine derartige Lichtleitfaser mit einer Lichtleitfaser mit einem Gesamtdurchmesser von 220 µm gekoppelt, es kann aber auch eine Spliceverbindung als Kopplung zwischen zwei Fasern mit einem Gesamtdurchmesser von 220 µm und 240 µm, 300 µm oder anderen größeren Gesamtdurchmessern erfolgen.
  • In 2 sind in frontaler Querschnittsansicht die beiden gesplicten Lichtleitfasern dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in der folgenden Figur mit identischen Bezugszeichen dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Kernfasern des ersten Strahlführungselements 2 und die des weiteren Strahlführungselements 4 denselben Durchmesser auf, um die Strahlqualität möglichst geringfügig zu beeinträchtigen. Ein Laserspot 9 des zurückreflektierten bzw. zurückgestreuten Anteils der Laserstrahlung kann sich nun über den Lichtleitfaserverbund bewegen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Durchmesser des ersten Strahlführungselements 2 kleiner als ein Durchmesser des weiteren Strahlführungselements 4. Der hier dargestellte rückreflektierte Strahl weist eine größere Fläche auf als der von der Kernfaser des ersten Strahlführungselements 2 ausgestrahlte, von der Strahlenquelle 1 emittierte Strahl. In diesem Fall wird bei jeder Ausrichtung des reflektierten Strahls ein Anteil der reflektierten Strahlung in das Cladding 15 des weiteren Strahlführungselements 4 eingekoppelt und an der Auskoppelstelle ausgekoppelt.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 3 in einer 2 entsprechenden Ansicht gezeigt. Das mittig angeordnete zentrale bzw. erste Strahlführungselement 2 ist von koaxial um dieses Strahlführungselement 2 angeordneten weiteren Strahlführungselementen 4 umgeben, die ein Bündel von Lichtleitfasern bilden. Abschließend ist als Ummantelung wiederum ein Cladding 10 bzw. eine Schutzhülle vorgesehen.
  • In 4 ist in einer seitlichen schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die in 3 in Draufsicht, d. h. in frontaler Ansicht gezeigte Anordnung in einer seitlichen Ansicht wiedergegeben ist. Während das erste Strahlführungselement 2 ohne Biegung in Richtung der Oberfläche des zu bestrahlenden Objekts 3 läuft, sind die weiteren Strahlführungselement 4 des das erste Strahlführungselement umgebenden Faserbündels gebogen in Richtung der Oberfläche des zu bestrahlenden Objekts 3 geführt. Am Ende eines der weiteren Strahlführungselemente 4, gegebenenfalls aber auch an mehreren oder an allen weiteren Strahlführungselementen 4 ist der Detektor 6 angeordnet.
  • 5 stellt in einer seitlichen schematischen Ansicht ein weiteren Ausführungsbeispiel dar, bei dem an dem Cladding 12 des ersten Strahlführungselements 2, in weiteren Ausführungsbeispielen auch an dem Cladding 15 des weiteren Strahlführungselements 4 eine Klebstoffauswölbung oder eine Glaskapillare 11 angeordnet ist, die als Auskoppelstelle bzw. Auskoppelelement 5 dient.
  • Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung mit einer Strahlungsquelle (1), einem ersten Strahlführungselement (2) zum Leiten einer einfallenden elektromagnetischen Strahlung von der Strahlungsquelle (1) zu einem zu bestrahlenden Objekt (3) und einem weiteren Strahlführungselement (4) zum Leiten eines von dem zu bestrahlenden Objekt (3) zurückreflektierten Teils der elektromagnetischen Strahlung sowie einer Auskoppelstelle (5), die ausgebildet ist, einen Teil einer Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung der einfallenden und/oder der reflektierten elektromagnetischen Strahlung aus dem jeweiligen Strahlführungselement (2, 4) auszukoppeln, und einen an dem ersten Strahlführungselement (2) und/oder dem weiteren Strahlführungselement (4) angeordneten Detektor (6), der ausgebildet ist, die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung eines Teils der an der Auskoppelstelle (5) ausgekoppelten und auf den Detektor (6) auftreffenden elektromagnetischen Strahlung zu detektieren.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (6) als mindestens eine Photodiode ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelstelle (5) an der der Strahlungsquelle (1) zugewandten und/oder an der dem Objekt (3) zugewandten Oberfläche als teilreflektiver Spiegel ausgebildet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Strahlführungselement (4) als mindestens eine Lichtleitfaser ausgebildet ist, die neben dem ersten Strahlführungselement (2) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlführungselement (2) als Lichtleitfaser ausgebildet ist und das weitere Strahlführungselement (4) ein koaxial um die das erste Strahlführungselement (2) bildende erste Lichtleitfaser angeordnetes Bündel von Lichtleitfasern ist, wobei der Detektor (6) an einem Ende mindestens einer der Lichtleitfasern des Faserbündels angeordnet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlführungselement (2) eine Lichtleitfaser mit einem Faserkern (13) und einem Cladding (12) ist und das weitere Strahlführungselement (4) eine auf das erste Strahlführungselement (2) aufgesetzte Lichtleitfaser mit einem Faserkern (14) und einem Cladding (15) ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlführungselement (2) oder das weitere Strahlführungselement (4) an einer dem zu bestrahlenden Objekt (3) zugewandten Seite einen größeren Durchmesser als an einer der Lichtquelle (1) zugewandten Seite aufweist, wobei die Auskoppelstelle (5) eine Stelle des Durchmesserwechsels ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Strahlführungselement (2) ein Faserkern (13) einer Lichtleitfaser ist und das weitere Strahlführungselement (4) ein Cladding (12) des ersten Strahlführungselements (2) ist, wobei vorzugsweise die Auskoppelstelle (5) an dem weiteren Strahlführungselement (4) als eine Glaskapillare oder eine Klebstoffauswölbung ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Detektor (6) oder in der Nähe des Detektors (6) ein Filter und/oder ein Signalverstärker angebracht ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinheit (7) vorgesehen ist, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem von dem Detektor (6) detektierten Signal eine Regelung der Strahlungsquelle (1) durchzuführen.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Ende des ersten Strahlführungselements (2) und dem zu bestrahlenden Objekt (3) ein Strahlformungssystem angeordnet ist, das ausgebildet ist, die von der Strahlungsquelle (1) emittierte elektromagnetische Strahlung derart zu formen, dass die von dem Objekt (3) reflektierte elektromagnetische Strahlung eine, vorzugsweise um mindestens 5 Prozent, größere Fläche bei einem Auftreffen auf eine Auskoppelfläche (8) überdeckt als die von der Strahlungsquelle (1) emittierte elektromagnetische Strahlung.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskoppelstelle (5) dazu eingerichtet ist, die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung über ein Abstreifen von Mantelmoden auszukoppeln.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (6) zur ortsaufgelösten Messung der Strahlungsintensität ausgebildet ist.
  14. Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung bei dem elektromagnetische Strahlung von einer Strahlungsquelle (1) emittiert wird, durch ein erstes Strahlführungselement (2) von der Strahlungsquelle (1) auf eine Oberfläche eines zu bestrahlenden Objekts (3) geleitet wird und von einem weiteren Strahlführungselement (4) ein von der bestrahlten Oberfläche des Objekts (3) reflektierter Teil der elektromagnetischen Strahlung zu einer Auskoppelstelle (5) geleitet wird, wobei an der Auskoppelstelle (5) ein Teil der Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung der von der Strahlungsquelle emittierten und/oder der von der Oberfläche des Objekts (3) reflektierten elektromagnetischen Strahlung ausgekoppelt und die Strahlungsintensität oder Strahlungsleistung zumindest eines Teils der ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung mit einem an dem ersten Strahlführungselement (2) und/oder dem weiteren Strahlführungselement (4) angeordneten Detektor (6) detektiert wird.
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