DE2321137B2 - Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen - Google Patents

Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen, bei der ein Leistungsiaser und ein Beleuchtungslaser zusammen in einer entfernt von der Bearbeitungsstelle angeordneten Baueinheit untergebracht sind, von der aus Hie Strahlung beider Laser der Bearbeitungsstelle durch einen flexiblen Lichtleiter zugeführt wird.
Solche Bearbeitungslaser sind beispielsweise aus der DE-OS 2145 921 bekanntgeworden. Hier wird eine Einrichtung offenbart, deren Aufgabe es ist, eine sehr hohe Strahlungsintensität durchzulassen, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung der Einrichtung besteht, wobei die Einrichtung aus einem sogenannten Arbeitslaser und einem Pilotlichtlaser besteht, der zur Beleuchtung des Arbeitsfleckes dient. Der Arbeitslaser ist mit einer Intensitätssteuerung ausgestattet und besitzt eine Fokussieroptik, die es gestattet, den Querschnitt des Lichtbündels zu variieren. Mit dieser Einrichtung ist es jedoch nicht möglich, den Brennfleckdes Pilotlichtlasers zur Sicherung des Bedienungspersonals bzw. der Umgebung dieser Lasereinrichtung gegen unbeabsichtigte Einwirkung des Arbeitslasers heranzuziehen.
Durch die AT-PS 2 61 076 und die DE-OS 16 90 574 ist es bekanntgeworden, einen Leistungsiaser erst abhängig von dem von einem Hilfslascr auf der Bearbeitungsstelle erzeugten Lichtfleck auszulösen. Dies geschieht jedoch ausschließlich, um eine optimale Fokussierung des Lichtstrahles /11 erzielen. Auch hier ist es nicht möglich, den Brcnnflcck des Pilotlichllasers zur Sicherung des Bedienungspersonals und der Umgebung gegen unbeabsichtigte Einwirkung des Arbeitslasers heranzuziehen.
Durch die zunehmende Verwendung von flexiblen Transmissionssystemen für Laserbearbeitungseinrichtungen tritt eine beträchtliche Erhöhung der Gefährdung des Bedienungspersonals, insbesondere des menschlichen Augenlichtes, auf.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art ia schaffen, bei der ein unkontrolliertes Austreten von gefährdender Laserstrahlung automatisch verhindert wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ausstrahlung des vom Beleuchtungslaser auf der Bearbeitungsfläche erzeugten Lichtfleckes in einem Fotodetektor, der entweder in einem am Ende des Lichtleiters vorgesehenen, eine Fokussieroptik aufnehmenden Handstück oder in der die beiden Laser zusammenfassenden Baueinheit angeordnet ist, in einer in der Laserbaueinheit untergebrachten Verriegelungselektronik derart ausgewertet wird, daß bei Unterschreitung einer bestimmten Lichtintensität die Auslösung des Lcisiungsiasers gesperrt ist, wobei im Falle der Anordnung des Fotodetektors im Handstück der flexible Lichtleiter mit einer Fotodetektor- und Lasereinheit verbindenden elektrischen Rückmeldeleitung versehen ist, während bei Anordnung des Fotodetektors in der Laserbaueinheit das von der Bearbeitungsfläche- reflektierte Licht des Beleuchtungslasers durch den Lichtleiter selbst in die Laserbaueinheit zurückgeleitet wird.
Durch diese Maßnahmen ist es nun möglich, daß physikalisch ungeschultes Personal ohne Gefahr mit Laserstrahlung umgehen kann, denn sobald der Arbeitslaser auch nur geringfügig vom Arbeitsplatz abgehoben bzw. weggeführt wird, schallet sich dieser automatisch aus. Dies ist vor allem in der Medizin- bzw. Operationspraxis von großer Wichtigkeit.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß im Handstück eine Rückmeldeoptik und ein Filter angeordnet sind, die unter t^iem Blickwinkel λ gegenüber der Achse der Fokussieroptik justiert sind. Durch diese Maßnahme wird dir durch das Pilotlicht erzeugte Lichtfleck nur unter einem bestimmten Winkel und innerhalb eines bestimmten Abstandes von der Fokussieroptik delektiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Vorhandensein dieses Signals ist Voraussetzung für die Inbetriebnahme des leistungsstarken Arbeitslasers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. I einen Teilquerschnitt eines Ausführungsbeispiels in schematischer Darstellung,
Fig. 2 bis 4 verschiedene Ausführungsbeispiele der Fokussieroptik.
Eine in einem Gehäuse untergebrachte Baueinheit 10 umfaßt einen vorzugsweise als Infrarotlaser 11 ausgebildeten Leistungslaser und einen im sichtbaren Bereich arbeitenden Beleuchtungslaser 12 mit geringer Leistung. Als Infrarotlaser 11 kann beispielsweise ein Nd:Yag-Laser Verwendung finden (z. B. 50 W Dauerstrich bei 1,06 μΐπ) und als Beleuchtungslaser 12 ein Hc-Ne-Laser mit ca. 1 mW Leistung. In dem Gehäuse 10 ist der Beleuchtungslaser 12 so angeordnet, daß sein Strahl über die Umlenkspiegel 12a durch die bei der Wellenlänge des Beleuchtungslasers transparenten Resonatorspiegcl 11a des IR-Lasers in das flexible Lichtleitkabel 14 gelenkt wird. Ferner ist in dem
Gehäuse 10 eine elektronische Verriegelungseinrichtung 13 für die Pumpquelle des Lasers 11 bzw. des eingebauten Güteschalter.· angeordnet Das Lichtleitkabel 14 setzt sich aus einer Lichtleitfaser 15 (z, B, reiner Quarzfaden) und einer Rückmeldeleitung 16 zusammen, wobei letztere mit der Verriegelungselektronik 13 einerseits und dem Lichtdetektor 19 im Handstück 20 andererseits verbunden ist Der Lichtleiter 15 ist an seinem freien Ende mit dem vorerwähnten Handstück 20 verbunden. Letzteres umfaßt eine Fokussieroptik 17 und die Rüc.l;meldeoptik 18, den Filter 2* und den Fotodetektor 19. Das Linsensystem 18 ist so angeordnet, daß die Fokuszone des vom Beleuchtungslaser ausgehenden Lichts auf dem Detektor abgebildet wird. Es wird also sowohl die Strahlung des Bearbeitungslasers als auch die Strahlung des Beleuchtungsiasers durch dasselbe Lichtleitersystem geführt und durch dieselbe Fokussieroptik auf den Arbeifspunkt im Operationsfeld 30 fokussiert Der Aperturwinkei γ der Rückmeldeoptik 18 wird durch entsprechende Blenden innerhalb der Optik eingestellt Um beispielsweise in tiefer liegenden Operationsfeldern arbeiten zu können, werden die Optiken 17, 18 für verschiedene Brennweiten auswechselbar ausgebildet Zur Erzielung eines sL-Jchförmigen oder kreisringförmigen Brennfleckes können entsprechende Linsen eingesetzt werden, beispielsweise Zylinderlinsen.
Es kann für verschiedene Aufgaben auch empfehlenswert sein, wenn die Optiken 17, 18 von vornherein mit Objektiven variabler Brennweite (Zoom) versehen werden. Die Beobachtungsrichtung der Rückmeldeoptik 18 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1 unter einem Winkel λ gegenüber der Achse 22 der Fokussieroptik 17 justiert. Auch der Aperturwinkei γ ι er Rückmeldeoptik wird durch entsprechende Bier den innerhalb der Optik festgelegt. Der Leuchtfleck des Jchts des Beleuchtungslasers auf der Operationsfläche 30 wird von der Rückmeldeoptik 18 nur innerhalb gewissen Grenzen des Abstandes t/der Handstückspitze — Operationsfläche gesehen. Diese Grenzen sind durch Winkel α und γ festgelegt. Der hinter den Linsen angeordnete schmalbandige optische Filter 21 besitzt eine so hohe Seitenbandunterdrückung, daß nur das gestreute Licht des Beieuchtungslasers durchgelassen wird. Hinter dem Filter 21 liegt ein Detektor 19, welcher das Vorhandensein des Streulichtflecks des Beleuchtungslasers im Sichtbereich der Rückmeldeoptik 18 über die Leitung 16 an das Lasergerät 11 rückmeldet Durch die Verriegelungselektronik 13 wird sichergestellt, daß die Strahlung des Leistungslasers nur bei rückgemelüetem Licht des Beleuchtungslasers emittiert werden kann.
Wenn ein sehr dünnes Lichtleitkabel 14 erforderlich ist, wie z. B. in der Gastroskopie, kann die gesamte Rückleitung des Lichts des Beleuchtungslasers über einen dünnen Lichtleiter erfolgen. Filter 21 und Detektorsystem 19 befinden sich dann im Gehäuse 10.
Weitere Lösungen hierfür offenbaren die Fig.2, 3 und 4. Hier bilden Rückmeldeoptik 18 und Fokussieroptik 17 gewissermaßen eine Baueinheit, worin die Optik
18 sich aus einem schräg angeschnittenen Hohlzylinder aus Akrylglas 23 und einer Ringlinse 25 zusammensetzt und die Optik 17 gleichzeitig der Träger der Ringlinse 25 ist An der Spitze des Akrylzylinders 23 ist der Detektor
19 mit der Rückmeldeleitung 16 angeordnet.
Man kann auch auf die Ringlin·^ 25 verzichten, muß aber in diesem Falle die Fokussieninse ?7 direkt an den Akrylzylinder 23 ansetzen (F i g. 3).
Eine weitere Vereinfachung bietet das Linsensystem 17, 27 (Fig.4). Die Linse 27 ist azentrisch durchbohrt und seitlich zur Achse 22 so versetzt angeordnet, daß das Lichtbündel des Beleuchtungslasers durch die Bohrung hindurchtreten kann. Es wird dann durch die Linse 17 auf die Operationsfläche fokussiert. Durch die versetzte Anordnung der Linse 27 vird der Brennfleck auf den seitlich versetzt angebrachten Detektor 19 abgebildet.
Je nach Anwendungsfall werden die Größen von λ, γ und d verschieden gewählt werden; das hängt von dem speziellen Anwendungsgebiet ab, z. B. Materialbearbeitung, Medizin (Dermatologie, Chirurgie) etc. Typische Werte für die Dermatologie sind z. B. d = 2 mm, α = 30° und γ = 10°.
Wird die jeweils vorgeschriebene Entfernung d nicht eingehalten bzw. wird von ihr abgegangen, dann kann der Leistungslaser 11 nicht eingeschaltet werden, weil d .s Licht des Beleuchtungslasers nicht im Sichtbereich der Rückmeldeoptik 18 liegt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen, bei der ein Leistungslaser und ein Beleuchtungslaser zusammen in einer entfernt von der Bearbeitungsstelle angeordneten Baueinheit untergebracht sind, von der aus die Strahlung beider Laser der Bearbeitungsstelle durch einen flexiblen Lichtleiter zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausstrahlung des vom Beleuchtungslaser (11) auf der Bearbeitungsfläche (30) erzeugten Lichtfleckes in einem Fotodetektor (19), der entweder in einem am Ende des Lichtleiters (15) vorgesehenen, eine Fokussieroptik (17) aufnehmenden Handstück (20) oder in der die beiden Laser zusammenfassenden Baueinheit (10) angeordnet ist, in einer in der Laserbaueinheit (10) untergebrachten Verriegelungselektronik (13) derart ausgewertet wird, daß bei Unterschreitung einer bestimmten Lichtintensität die Auslösung des Leistungslasers >o (11) gesperrt ist, wobei im Falle der Anordnung des FotodettKtors (19) im Handstück (20) der flexible Lichtleiter (15) mit einer Fotodetektor- (59) und Laserbaueinheit (10) verbindenden elektrischen Rückmeldeleitung (16) versehen ist, während bei 2ί Anordnung des Fotodetektors (19) in der Laserbaueinheit (10) das von der Bearbeitungsfläche reflektierte Licht des Beleuchtunpslasers (12) durch den Lichtleiter (15) selbst in die Laserbaueinheit (10) zurückgeleitet wird. jo
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Handstück (20) eine Rückmeldeoptik (18) und ";in Filter (21) angeordnet sind, die unter einem Blickwinkel α gegenüber der Achse (22) der Fokussieroptik (17) justiert sind. sr>
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