DE202018101856U1 - Vorrichtung zum Bereitstellen und Messen eines in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahls - Google Patents

Vorrichtung zum Bereitstellen und Messen eines in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahls Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (100) zum Bereitstellen eines Flüssigkeitsstrahls (101) der einen Laserstrahl (103) führt, aufweisendein für den Laserstrahl (103) wenigstens teiltransparentes optisches Element (102) zum Blockieren des Flüssigkeitsstrahls (101) und zum Aufweiten, und optional Fokussieren, des Laserstrahls (103) undeine Messeinheit (104) zum Messen wenigstens einer Leistung von zumindest einem Teil des aufgeweiteten Laserstrahls (103).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahls. Dadurch kann die Vorrichtung zum Beispiel dazu geeignet sein, ein Werkstück mit dem in dem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahl durch Materialabtragung zu bearbeiten. Die Vorrichtung ist aber erfindungsgemäß speziell dazu ausgelegt, den Laserstrahl zu vermessen, insbesondere wenigstens eine Leistung zumindest eines Teils des Laserstrahls zu messen.
  • HINTERGRUND
  • Vorrichtungen, die einen in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahl zum Bearbeiten von Werkstücken bereitstellen, sind prinzipiell bekannt. Vorteilhaft zur Bearbeitung des Werkstücks ist es, vorab zumindest eine Laserleistung des Laserstrahls zu bestimmen. Die Kenntnis der Laserleistung erlaubt nämlich eine kontrollierte Materialabtragung und damit eine effizientere Bearbeitung des Werkstücks.
  • Die bekannten Vorrichtungen enthalten aber keine integrierte Messeinheit zur Bestimmung der Laserleistung. Deshalb wird die Laserleistung üblicherweise händisch mit handelsüblichen Messgeräten bestimmt. Diese Messgeräte sind aber speziell für die Messung freier Laserstrahlen ausgelegt, d.h. ohne Flüssigkeitsstrahl. Deshalb sind derartige Messgerät nicht sonderlich gut zur Vermessung eines in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahls geeignet. Beispielweise, da die Flüssigkeit das Messgerät beschädigen kann.
  • Zudem ist die Laserleistung eines Laserstrahls, der zur Werkstückbearbeitung geeignet ist, üblicherweise sehr hoch. Außerdem ist der Durchmesser eines Laserstrahls, der in einem Flüssigkeitsstrahl geführt wird, sehr schmal (nämlich in der Größenordnung des Flüssigkeitsstrahls). Dies führt insgesamt zu einer sehr hohen Energiedichte, wodurch einerseits das Messgerät beschädigt werden kann und andererseits der Sensor des Messgeräts überfordert sein kann. Folglich kann die Laserleistung des Laserstrahls nicht mehr präzise genug bestimmt werden.
  • Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, die bekannte Vorrichtung und die derzeit praktizierte Leistungsmessung des Laserstrahls zu verbessern. Insbesondere soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, die eine präzise Leistungsmessung eines in einem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahls auch bei sehr hohen Laserleistungen ermöglicht, ohne dass das verwendete Messgerät Schaden nimmt. Ferner soll das Messgerät problemlos als Messeinheit in die Vorrichtung integrierbar sein. Dabei ist die Vorrichtung insbesondere zum Bearbeiten eines Werkstücks mit dem Laserstrahl ausgelegt. Die Vorrichtung der Erfindung soll ferner einfach und auf platzsparende Art und Weise realisierbar sein.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des beigefügten unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung beruht allgemein auf einer Separierung des Laserstrahls und des Flüssigkeitsstrahls für die Leistungsmessung, sowie einer Formveränderung des Laserstrahls. So kann wenigstens die Leistung zumindest eines Teils des Laserstrahls gezielt und kontrolliert auch für sehr hohe Laserleistungen gemessen werden, ohne die Messeinheit zu beschädigen.
  • Ein Hauptaspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Flüssigkeitsstrahls der einen Laserstrahl führt, aufweisend ein für den Laserstrahl wenigstens teiltransparentes optisches Element zum Blockieren des Flüssigkeitsstrahls und zum Aufweiten und optional Fokussieren des Laserstrahls und eine Messeinheit zum Messen wenigstens einer Leistung von zumindest einem Teil des aufgeweiteten Laserstrahls.
  • Durch die Trennung von Laserstrahl und Flüssigkeitsstrahl mittels des optischen Elements wird das Risiko, dass die Messeinheit mit der Flüssigkeit in Berührung kommt und dabei Schaden nimmt, signifikant verringert. Ferner trifft der unaufgeweitete Laserstrahl direkt nur auf das optische Element, nicht aber auf die Messeinheit. Beschädigungen der Messeinheit durch den Laserstrahl werden somit vermieden, höchstens wird das optischen Element aufgrund der hohen Energiedichte des unaufgeweiteten Laserstrahls beschädigt. Das optische Element ist aber deutlich leichter, schneller und kostengünstiger zu ersetzen als die Messeinheit (oder auch als eine Reparatur der Messeinheit). Das optische Element dient somit als eine Art „Opferschicht“ vor der Messeinheit.
  • Durch das Aufweiten des Laserstrahls mittels des optischen Elements kann eine höhere absolute Laserleistung eingestellt werden, als für einen direkt auf die Messeinheit treffenden unaufgeweiteten Laserstrahl. Die Messeinheit kann zudem auf einer größeren Fläche vom aufgeweiteten Laserstrahl beleuchtet werden als ohne Aufweitung, was auch eine bessere und präzisere Messung ermöglicht.
  • Das optisches Element und die Messeinheit können ferner einfach in die Vorrichtung integriert werden und tragen nur unwesentlich zur Gesamtgröße der Vorrichtung bei.
  • In einer Implementierungsform der Vorrichtung weist der aufgeweitete Laserstrahl beim Auftreffen auf die Messeinheit einen bestimmten Durchmesser auf.
  • Je besser die Messeinheit ausgeleuchtet wird, d.h. je mehr ihre Messfläche ausgenutzt wird, desto höher kann die eingestellte Laserleistung sein. Dies ist insbesondere für einen Laserstrahl wichtig, der zur Bearbeitung eines Werkstücks geeignet sein soll. Der bestimmte Durchmesser kann gezielt auf die verwendete Messeinheit abgestimmt werden.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung ist eine Dicke des optischen Elements, und/oder ein Abstand zwischen dem optischen Element und der Messeinheit derart gewählt ist, dass zu einem gegebenen Durchmesser des Flüssigkeitsstrahls der aufgeweitete Laserstrahl beim Auftreffen auf die Messeinheit einen bestimmten Durchmesser aufweist.
  • Das bedeutet, dass durch eine geeignete Wahl der oben genannten Parameter, der Laserstrahl beim Auftreffen auf die Messeinheit einen gewünschten Durchmesser aufweisen kann. Dieser Durchmesser leuchtet idealerwiese die gesamte Messfläche der Messeinheit aus (aber idealerweise auch nicht mehr als diese Messfläche).
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung weist die Messeinheit eine Fotodiode, ein Powermeter oder ein Spektrometer auf.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung enthält das optische Element mehrere gestapelte optische Einheiten oder optische Schichten.
  • Die einzelnen optischen Einheiten oder Schichten können bspw. den Laserstrahl auf unterschiedliche Weise beeinflussen, z.B. können sie ihn Aufweiten, Fokussieren oder Filtern. Dadurch kann das optische Element gezielt für den verwendeten Laserstrahl bzw. den gewünschten Durchmesser ausgelegt werden. Es können eine oder mehrere „Opferschichten“ vorgesehen sein, die im Falle einer Beschädigung oder Abnutzung einfach und kostengünstig ersetzt werden können.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung, weist die Vorrichtung ferner ein die Messeinheit einschließendes flüssigkeitsdichtes Gehäuse mit einem für den Laserstrahl zumindest teiltransparenten Fenster auf.
  • Das Gehäuse schützt die Messeinheit vor der Flüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls. Auch wenn dieser Aufgrund des optischen Elements nicht zwangsläufig direkt auf das Gehäuse trifft, könnten Spritzwasser o.ä. der Messeinheit schaden. Das Fenster ermöglicht es ferner, den Laserstrahl komplett oder zumindest teilweise in das Gehäuse zu führen, um ihn dort mit der Messeinheit zu vermessen. Der Einfluss des Fensters auf die Laserleistung ist dabei vorzugsweise bekannt, um auf die Gesamtleistung des Laserstrahls schließen zu können, auch wenn das Fenster nur einen Teil der Laserleistung hindurchlässt. Das Fenster kann zudem auch strahlformende Eigenschaften aufweisen, wie bspw. ein Aufweiten, Verschmälern und/oder Filtern des Laserstrahls.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung ist das Gehäuse hermetisch.
  • Folglich ist die Messeinheit auch luftdicht und/oder gasdicht eingeschlossen und dadurch noch besser geschützt. Beispielweise kann ein Gas der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, so dass dieses Gas den Flüssigkeitsstrahl ummantelt. Dieses Gas wird durch die hermetische Ausgestaltung am Eindringen in das Gehäuse gehindert.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung ist das optische Element derart angeordnet, dass der aufgeweitete Laserstrahl durch das Fenster des Gehäuses auf die Messeinheit trifft.
  • Das heißt, der Laserstahl trifft nicht unaufgeweitet auf das Gehäuse, so dass dieses nicht beschädigt wird. Der Laserstrahl könnte ohne Aufweitung das Fenster des Gehäuses verkratzen oder anderweitig beschädigen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird er aber von dem optischen Element abgefangen und aufgeweitet. Das optische Element ist im Falle von Abnutzung oder Beschädigung einfacher zu tauschen und kostengünstiger zu ersetzen als das Fenster des Gehäuses.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung enthält das Fenster des Gehäuses das optische Element.
  • Die Vorrichtung kann auf diese Weise besonders kompakt konstruiert werden.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung, weist die Vorrichtung ferner ein weiteres optisches Element auf, das derart im Gehäuse angeordnet ist, dass der aufgeweitete Laserstrahl durch das weitere optische Element auf die Messeinheit trifft.
  • Das weitere optische Element kann zur weiteren Veränderung der Form des Laserstrahls dienen und/oder eine Filterfunktion besitzen. Beispielweise enthält das weitere optische Element wenigstens eine Linse und/oder einen Filter.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung ist das weitere optische Element zum weiteren Aufweiten oder Verschmälern und/oder zum Filtern des aufgeweiteten Laserstrahls ausgelegt.
  • Somit kann der Durchmesser des Laserstrahls je nach Konfiguration der Vorrichtung und/oder des Gehäuses und/oder der Messeinheit optimal angepasst werden.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung, weist die Vorrichtung ferner eine Signalverarbeitungseinheit zum Auswerten eines von der Messeinheit ausgegebenen Messsignals auf.
  • Dies ermöglicht eine genaue Bestimmung verschiedener Messgrößen aus dem Messsignal und erlaubt es beispielweise auch Muster darin zu erkennen, die bspw. auf bestimmte Eigenschaften des Laserstrahls und/oder des Flüssigkeitsstrahls hinweisen können.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung ist die Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit dem in dem Flüssigkeitsstrahl geführten Laserstrahl ausgelegt.
  • Dazu sollte der Laserstrahl idealerweise eine Laserleistung von zwischen 20-400 W aufweisen. Der Laserstrahl kann insbesondere dazu geeignet sein, ein Werkstück aus Metall, Keramik, einem Halbleitermaterial, Carbid, einer Legierung oder SuperLegierung, oder einem ultraharten Material zu bearbeiten. Der Laserstrahl kann gepulst oder kontinuierlich sein.
  • In einer weiteren Implementierungsform der Vorrichtung ist die Vorrichtung zum Einkoppeln des Laserstrahls in den Flüssigkeitsstrahl ausgelegt.
  • Dazu kann die Vorrichtung wenigstens ein optisches Element aufweisen. Die Vorrichtung kann den Flüssigkeitsstrahl ferner durch bspw. eine Düse erzeugen. Der erzeugte Flüssigkeitsstrahl hat beispielweise einen Druck zwischen 50-800 Bar.
  • Die Vorrichtung kann ein Apparat zur Werkstückbearbeitung mit einem in einen Flüssigkeitsstrahl eingekoppelten Laserstrahl sein, oder zumindest in einem derartigen Apparat enthalten sein. Die Vorrichtung ermöglicht es den Laserstrahl, der zum Bearbeiten des Werkstücks verwendet werden kann, bspw. vorab genau und auf einfache Art und Weise zumindest hinsichtlich seiner Leistung zu messen.
  • Figurenliste
  • Der oben beschriebene Hauptaspekt und die verschiedenen Implementierungen der Erfindung werden nun anhand detaillierter Ausführungsformen mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben.
    • 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 5 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • BESCHREIBUNG DETAILLIERTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 100 gemäß einer allgemeinen Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 100 ist dazu ausgelegt, einen Flüssigkeitsstrahl 101 bereitzustellen, der einen Laserstrahl 103 führt. Der Laserstrahl 103 wird insbesondere aufgrund interner Totalreflexion im Flüssigkeitsstrahl 101 geführt.
  • Die Vorrichtung 100 kann selbst dazu ausgelegt sein, den Laserstrahl 103 in den Flüssigkeitsstrahl 101 einzukoppeln. Dazu kann die Vorrichtung 100 wenigstens eine optische Einheit aufweisen, bspw. eine Linse, die einen Laserstrahl 103 aus einer Laserquelle in eine den Flüssigkeitsstrahl erzeugende Düse fokussiert. Die Laserquelle kann dabei ein Teil der Vorrichtung 100 sein, oder sie kann der Vorrichtung 100 den Laserstrahl 103 von außen zuführen. Die Düse kann in der Vorrichtung 100 angeordnet und mit einer Flüssigkeitszuführung nach außen verbunden sein. Über die Flüssigkeitszuführung kann der Vorrichtung 100 bspw. Wasser als Flüssigkeit zugeführt werden und zur Düse geleitet werden, so dass durch die Düse ein Wasserstrahl erzeugt wird. Um die optische Einheit von der Flüssigkeit zu trennen, kann zudem ein für den Laserstrahl transparentes Fenster in Strahlrichtung vor der Düse angeordnet sein. Der Laserstrahl 103 kann also von der optischen Einheit durch das Fenster hindurch in die Düse und den Flüssigkeitsstrahl 101 eingekoppelt werden.
  • Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 weist erfindungsgemäß ein für den Laserstrahl 103 wenigstens teiltransparentes optisches Element 102 zum Blockieren des Flüssigkeitsstrahls 101 und zum Aufweiten (und optional zum Fokussieren) des Laserstrahls 103 auf. Der den Laserstrahl 103 führende Flüssigkeitsstrahl 101 trifft im Messbetreib der Vorrichtung 100 auf das optische Element 102, welches für diesen undurchlässig ist. Beispielweise trifft der Laserstrahl 103 senkrecht auf das optische Element 102. Der im Flüssigkeitsstrahl 101 geführte Laserstrahl 103 aber tritt zumindest teilweise durch das optische Element 102 hindurch, womit zumindest dieser durchtretende Teil vom Flüssigkeitsstrahl 102 getrennt wird. Zudem wird der durch das optische Element 102 tretende Teil des Laserstrahls 103 aufgeweitet. Das optische Element 102 kann mehrere gestapelte optische Einheiten und/oder optische Schichten enthalten, die unterschiedliche Funktionen bspw. ein Aufweiten und/oder Fokussieren und/oder Filtern hinsichtlich des Laserstrahls 103 übernehmen.
  • Die Vorrichtung 100 umfasst erfindungsgemäß auch eine Messeinheit 104 zum Messen wenigstens einer Leistung von zumindest einem Teil des aufgeweiteten Laserstrahls 103. Die Messeinheit 104 kann beispielweise eine Fotodiode, ein Powermeter oder ein Spektrometer sein oder eine oder mehrere solche Einrichtungen enthalten, um Leistung und optional andere charakteristische Eigenschaften des Laserstrahls bspw. eine spektrale Zusammensetzung, Spektraldichte o.ä., zu messen.
  • Wie in 1 gezeigt, hat der aufgeweitete Laserstrahl 103 beim Auftreffen auf die Messeinheit 104 einen bestimmten Durchmesser B. Dieser Durchmesser B kann durch Wahl geeigneter Parameter der Vorrichtung 100 gezielt eingestellt werden, vorzugsweise so, dass die gesamte Messeinheit (bzw. die zur Messung geeignete Fläche der Messeinheit 104) ausgeleuchtet wird. Insbesondere kann zum Beispiel eine Dicke D des optischen Elements 102 und/oder ein Abstand A zwischen dem optischen Element 102 und der Messeinheit 104 gezielt eingestellt werden. Für eine geeignete Wahl von Dicke D und Abstand A kann, für einen gegebenen Durchmesser W des Flüssigkeitsstrahls 101, ein gewünschte Bereich B auf der Messeinheit 104 ausgeleuchtet werden. Der Durchmesser W des Flüssigkeitsstrahls 101 liegt beispielweise zwischen 5-200 µm.
  • 2 zeigt eine Vorrichtung 100 gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die auf der in 1 gezeigten allgemeinen Ausführungsform der Vorrichtung 100 basiert. Gleiche Elemente in 1 und 2 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und haben die gleiche Funktion. Auch die Vorrichtung 100 der 2 stellt demnach den in den Flüssigkeitsstrahl 101 eingekoppelten Laserstrahl 103 bereit und weist das optische Element 102 und die Messeinheit 104 auf.
  • Die Vorrichtung 100 in 2 weist darüber hinaus ein die Messeinheit 104 einschließendes flüssigkeitsdichtes Gehäuse 200 mit einem für den Laserstrahl 103 zumindest teiltransparenten Fenster 201 auf. Das optische Element 102 ist oberhalb des Fensters 201 des Gehäuses 200 angeordnet, also optisch betrachtet in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 103 vor dem Fenster 201 angeordnet. Das optische Element 102 ist also derart angeordnet, dass der von ihm aufgeweitete Laserstrahl 103 auf das Fenster 201 trifft und durch das Fenster 201 des Gehäuses 200 auf die Messeinheit 104 trifft. Das Fenster 201 ist dabei vorteilhafterweise breit genug, dass der Laserstrahl 103 mit seinen gesamten, bereits aufgeweiteten Durchmesser in das Gehäuse 200 eintreten kann. Das Fenster 201 kann auf strahlformende Eigenschaften haben, d.h. den aufgeweiteten Laserstrahl 103 bspw. weiter Aufweiten oder Verschmälern. Das flüssigkeitsdichte Gehäuse 200 dient dazu die Messeinheit 104 vor der Flüssigkeit zu schützen. Das Gehäuse 200 kann zudem auch hermetisch, also auch luft- und/oder gasundurchlässig sein, um die Messeinheit 104 noch besser zu schützen.
  • 3 zeigt eine Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung, die auf der in 1 gezeigten allgemeinen Ausführungsform der Vorrichtung 100 basiert und Elemente der in 2 gezeigten Vorrichtung 100 aufweist. Gleiche Elemente in 1 bzw. 2 und in 3 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und haben die gleiche Funktion. Auch die Vorrichtung 100 der 3 stellt den in den Flüssigkeitsstrahl 101 eingekoppelten Laserstrahl 103 bereit und weist das optische Element 102 und die Messeinheit 104 auf. Zudem weist die Vorrichtung 100 der 3 auch das zumindest flüssigkeitsdichte Gehäuse 200 auf.
  • In der Vorrichtung 100 der 3 ist im Gegensatz zur Vorrichtung der 2 das optische Element 102 identisch mit dem Fenster 201 oder zumindest in dem Fenster 201 enthalten. Das optische Element 102 ist also als Fenster 201 des Gehäuses 200 ausgebildet oder ist in das Fenster des Gehäuse 200 eingesetzt. So kann die Vorrichtung 100 besonders kompakt gebaut werden. Die Größe des Gehäuses 200 und die Lage der Messeinheit 104 innerhalb des Gehäuses definieren dabei den Abstand A. Dieser sollte wiederum so gewählt werden, dass der vom optischen Element 102 bzw. Fenster 201 aufgeweitete Laserstrahl 103 den Durchmesser B beim Auftreffen auf die Messeinheit 104 aufweist.
  • 4 zeigt eine Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung, die auf der in 1 gezeigten allgemeinen Ausführungsform der Vorrichtung 100 basiert und Elemente der in 3 gezeigten Vorrichtung 100 aufweist. Gleiche Elemente in 1 bzw. 3 und in 4 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und haben die gleiche Funktion. Auch die Vorrichtung 100 der 4 stellt den in den Flüssigkeitsstrahl 101 eingekoppelten Laserstrahl 103 bereit und weist das optische Element 102 und die Messeinheit 104 auf. Zudem weist die Vorrichtung 100 der 4 auch das zumindest flüssigkeitsdichte Gehäuse 200 auf, wobei dessen Fenster 201 das optische Element 102 enthält oder ist.
  • Die Vorrichtung 100 der 4 weist ferner wenigstens ein weiteres optisches Element 400 auf, das im Gehäuse 200 angeordnet ist. Insbesondere ist das weitere optische Element 400 derart im Gehäuse 200 angeordnet, dass der aufgeweitete Laserstrahl 103 durch das weitere optische Element 400 auf die Messeinheit 104 trifft. Insgesamt tritt der Laserstrahl 103 also zunächst durch das optische Element 102 bzw. Fenster 201 hindurch auf das weitere optische Element 400 und dann durch das weitere optische Element 400 hindurch auf die Messeinheit 104. Wie in 4 angedeutet, kann das weitere optische Element 400 auch zum weiteren Aufweiten oder alternativ (dies ist nicht gezeigt) zum Verschmälern des aufgeweiteten Laserstrahls 103 ausgelegt sein. Insbesondere soll dadurch letztendlich der Durchmesser B des Laserstrahls 103 beim Auftreffen auf der Messeinheit unabhängig von der Gehäusekonfiguration erreicht werden. Ferner kann das weitere optische Element 400 auch zum Filtern des aufgeweiteten Laserstrahls 103 ausgelegt sein. Zum Beispiel kann es nur das Laserlicht durchlassen und ungewünschtes bspw. Umgebungslicht filtern. Es ist aber auch möglich, spektrale Teile des Laserlichts des Laserstrahls 103 zu filtern.
  • 5 zeigt eine Vorrichtung 100 gemäß einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung, die auf der in 1 gezeigten allgemeinen Ausführungsform der Vorrichtung 100 basiert und mit jeder der in den 2, 3 und 4 gezeigten speziellen Ausführungsformen der Vorrichtung 100 kombinierbar ist. Gleiche Elemente in 1 und 5 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und haben die gleiche Funktion. Auch die Vorrichtung 100 der 5 stellt den in den Flüssigkeitsstrahl 101 eingekoppelten Laserstrahl 103 bereit und weist das optische Element 102 und die Messeinheit 104 auf.
  • Zudem weist die in 5 gezeigte Vorrichtung 100 eine Signalverarbeitungseinheit 500 zum Auswerten eines von der Messeinheit 104 ausgegebenen Messsignals 501 auf. Das Messsignal 501 wird insbesondere erzeugt, wenn der Laserstrahl 103 auf die Messeinheit 104 trifft und ist ferner repräsentativ für die gemessene Leistung. Die Signalverarbeitungseinheit 500 kann dieses Messsignal 501 aufbereiten, bspw. digital bearbeiten oder umwandeln, um eine zu bestimmende charakteristische Größe des Laserstrahls zu extrahieren. Die Signalverarbeitungseinheit 500 kann ferner dazu ausgelegt sein, die Vorrichtung 100 zu steuern. Alternativ kann sie mit einer Steuerungseinheit der Vorrichtung 100 verbunden sein. So kann die Vorrichtung 100 entsprechend des Messsignals 501 gesteuert werden.
  • Insgesamt präsentiert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung 100, die es ermöglicht einen hochenergetischen Laserstrahl 103, der zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Materialabtragung geeignet ist und in einem Flüssigkeitsstrahl 101 geführt wird, präzise zumindest hinsichtlich seiner Leistung zu messen, ohne dabei die Messeinheit 104 zu beschädigen.

Claims (14)

  1. Vorrichtung (100) zum Bereitstellen eines Flüssigkeitsstrahls (101) der einen Laserstrahl (103) führt, aufweisend ein für den Laserstrahl (103) wenigstens teiltransparentes optisches Element (102) zum Blockieren des Flüssigkeitsstrahls (101) und zum Aufweiten, und optional Fokussieren, des Laserstrahls (103) und eine Messeinheit (104) zum Messen wenigstens einer Leistung von zumindest einem Teil des aufgeweiteten Laserstrahls (103).
  2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der aufgeweitete Laserstrahl (103) beim Auftreffen auf die Messeinheit (104) einen bestimmten Durchmesser (B) aufweist.
  3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Dicke (D) des optischen Elements (102), und/oder ein Abstand (A) zwischen dem optischen Element (102) und der Messeinheit (104) derart gewählt ist, dass zu einem gegebenen Durchmesser (W) des Flüssigkeitsstrahls der aufgeweitete Laserstrahl (103) beim Auftreffen auf die Messeinheit (104) einen bestimmten Durchmesser (B) aufweist.
  4. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messeinheit (104) eine Fotodiode, ein Powermeter oder ein Spektrometer aufweist.
  5. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das optische Element (102) mehrere gestapelte optische Einheiten oder optische Schichten enthält.
  6. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend ein die Messeinheit (104) einschließendes flüssigkeitsdichtes Gehäuse (200) mit einem für den Laserstrahl (103) zumindest teiltransparenten Fenster (201).
  7. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, wobei das Gehäuse (200) hermetisch ist.
  8. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das optische Element (102) derart angeordnet ist, dass der aufgeweitete Laserstrahl (103) durch das Fenster (201) des Gehäuses (200) auf die Messeinheit (104) trifft.
  9. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei das Fenster (201) des Gehäuses (200) das optische Element (102) enthält.
  10. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 9, ferner aufweisend ein weiteres optisches Element (400), das derart im Gehäuse (200) angeordnet ist, dass der aufgeweitete Laserstrahl (103) durch das weitere optische Element (400) auf die Messeinheit (104) trifft.
  11. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 10, wobei das weitere optische Element (400) zum weiteren Aufweiten oder Verschmälern und/oder zum Filtern des aufgeweiteten Laserstrahls (103) ausgelegt ist.
  12. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner aufweisend eine Signalverarbeitungseinheit (500) zum Auswerten eines von der Messeinheit (104) ausgegebenen Messsignals (501).
  13. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vorrichtung (100) zum Bearbeiten eines Werkstücks mit dem in dem Flüssigkeitsstrahl (101) geführten Laserstrahl (103) ausgelegt ist.
  14. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, die zum Einkoppeln des Laserstrahls (103) in den Flüssigkeitsstrahl ausgelegt ist.
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