DE2321137C3 - 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 Leistungslaser und ein Bt:leuchiungslaser zusammen in einer entfernt von der Bcarbeitungsstelle angeordneten Baueinheit untergebracht sind, von der aus die Strahlung beider Laser der Bearbeitungsstcllc durch einen flexiblen Lichtleiter zugeführt wird.
Solche Bearbeitungslaser sind beispielsweise aus der DE-OS 21 45 921 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 Arbcilslaser und einem Piloiliritilaser besteht, der zur Beleuchtung des Arbeitsfleckes dient. Der Arbeilslascr 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 Brennfleck des Pilotlichtlascrs zur Sicherung des Bedienungspersonals bzw. der Umgebung dieser Lasereinrichtung gegen unbeabsichtigte Einwirkung des Arbeitslasers heranzuziehen.
Durch die ΛΤ-PS 2 61 076 und die DEOS 16 90 574 ist es bekanntgeworden, einen Leistungslascr erst abhängig von dem von einem Hilfslaser auf der Bearbeitungsslelle erzeugten Lichtfleck auszulösen. Dies geschieht jedoch ausschließlich, um eine optimale Fokussierung des Lichtstrahles zu erzielen. Auch hier ist es nicht möglich, den Brennfleck des Pilotlichtlasors zur Sicherung des Bedienungspersonals und der Umgebung gegen unbeabsichtigte Einwirkung des Arbeitslasers heranzuziehen.
Durch die zunehmende Verwendung von flexiblen Transmissionssystemen für Laserbearbeiiungseinrichtungen 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 zu schallen, 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 L.ichtfleckes 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 Leistungslasers gesperrt ist, wobei im Falle der Anordnung des Fotodetektor im Handstück der flexible Lichtleiter mit einer Fotodetektor- und Lasereinheit verbindenden elektrischen Rückmeldeleitung versehen ist, während bei Anordnung des Fotodetektors in de; Laserbaueinheit das von der Bearbeitungsfläche reflektierte Licht des Beleuchtungslasers durch den Lichtleiter selbst in die Laserbaueinheit zurückgeteitei 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 Rückmeldeoplik und ein Filter angeordnet sind, die unter einem Blickwinkel <x gegenüber der Achse der Fokussicroplik justiert sind. Durch diese Maßnahme wird der 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 Arbcitslascrs.
Ausführungsbcispidc der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Tcilqucrschnili eines Ausführungsbeispiels in schcmatischcr Darstellung,
l· i g. 2 bis 4 verschiedene Ausftihrungsbcispicle der Fokussieroplik.
Eine in einem Gehäuse untergebrachte Baueinheit 10 umfaßt einen vorzugsweise als Infrarollascr 11 ausgebildeten Leistungslascr und einen im sichtbaren Bereich arbeitenden Bclcuchtungslascr 12 mit geringer Leistung. Als Infrarotlaser 11 kann beispielsweise ein Nd:Yag·Laser Verwendung finden (z. B. 50 W Dauerstrich bei 1.06 μπι) und als ßclciiehlungslascr i2 ein He-Ne-Laser mit ca. I mW Leistung. In dem Gehäuse 10 ist der Bclcuchlungslaser 12 so angeordnet, daß sein Strahl über die Umlenkspiegel 12a durch die bei der Wellenlänge des Beleuchtiingslasers transparenten Resonalorspicgd 11» des IR·I.users in das flexible Lichtleitkabel 14 gelenkt wird. Ferner ist in dem
Gehäuse 10 eine elektronische Verriegelungseinrichtung 13 für die Pumpquelle des Users Il bzw. des eingebauten Güteschalter« angeordnet. Pas 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 dent 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 Fukussieropiik 17 und die Rückmeldcoptik 18, den Filter 21 und den Fotodetektor IS. Das Linsensystem der Rückmcldcoptik 18 isi so angcordne:, daß die Fokuszone des vom Ueleuchtungslaser ausgehenden Lichts auf dem Detektor abgebildet wird. Hs wild also sowohl die Strahlung des Bcarbeiiungslasers als auch die Strahlung des Beleuchtungslasers durch dasselbe l.ichilcitcrsysiein geführt und durch dieselbe Fokussicropiik auf den Arbcitspunkl im Operationsfeld 30 fokussiert. Der Aperuirwinkel y der Rüukineldeuplik 18 wird durch entsprechende Blenden innerhalb der Optik eingestellt. Um beispielsweise in liefer liegenden Operationsfeldern arbeiten zu können, werden die Optiken V, 18 für verschiedene Brennweiten auswechselbar ausgebildet. Zur Krzielung eines strichförniigen oder kreisringförmigen Urennflcckes können entsprechende Linsen eingesetzt werden, beispielsweise Zylinderlinscn.
Es kann für verschiedene Aufgaben auch empfehlenswert sein, wenn die Optiken 17, 18 von vornherein mit Objektiven variabler Brennweite (Zoom) versehen werden. Die Beobachtungsrichiung der Rückmeldeoptik 18 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der F i g. I unter einem Winkel ix gegenüber der Achse 22 der Fokussieroptik 17 justiert. Auch der Aperturwinkel γ der Rückmeldcoptik wird durch entsprechende Blenden innerhalb der Optik festgelegt. Der Lcuchtflcck des Lichts des Belcuchtungslasers auf der Operationsfläche 30 wird von der Rückmeldeoptik 18 nur innerhalb gewissen Grenzen des Abstandes c/dcr Handstückspitze — Operalionsflächc gesehen. Diese Grenzen sind durch Winkel χ und γ festgelegt. Der hinter den Linsen angeordnete schmalbandige optische Filter 21 besitzt eine so hohe Seitenbandunterdrückung, daß nur das gestreute Licht des Belcuchtungslasers durchgelassen wird, Hinter dem Filter 2.1 liegt ein Detektor 19, welcher das Vorhandensein de.i Streulichtflecks des Beleuchtungslasers im Sichtbereich der Rückmeldcoptik 18 iibur die Leitung 16 an das Lasergerät Il rückmcldet. Durch die Verriegelungseleklronik 13 wird siehergestellt, daß die Strahlung des Leistungslasers nur bei rückgemeldetem Licht des Beleuchtungslasers emittiert werden kann.
Wenn ein sehr dünnes Lichtleitkabel 14 erforderlich ist, wie ■/.. 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, J und 4. Hier bilden Rückmcldeoptik 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 derTräger der Ringlinse 25 is.t. An der Spitze des Akrylzylinders 23 ist der Detektor
19 milder Rückmeldeleitung 16angeordnet.
Man kann auch auf die Ringünse 25 verzichten, muß aber in diesem Falle die Fokussicrlinse 17 direkt an den Akrylzylinder 23 ansetzen (F i g. 3).
Eine weitere Vereinfachung bietet das Linsensystem 17, 27 (Fig.4). Die Linse 27 ist azcntrisch durchbohrt und seitlich zur Achse 22 so versetzt angeordnet, daß das Lichtbündcl des Belcuchtungslasers durch die Bohrung hindurchtreten kann. Es wird dann durch die Linse 17 auf die Opcrationsfläche fokussiert. Durch die versetzte Anordnung der Linse 27 wird der Brennfleck auf den seitlich versetzt angebrachten Detektor 19 abgebildet.
|c nach Anwcndr.ngsfall werden die Größen von \. γ und d verschieden gewählt werden; das hängt von dem speziellen Anwendungsgebiet ab, z. B. Matcrialbcarbeitung. Medizin (Oermatologie. Chirurgie) etc. Typische Werte für die Dcrmatologie sind z. B. d =-- 2 mm, η = 30° undy = 10°.
Wird die jeweils vorgeschriebene Entfernung d nicht eingehalten bzw. wird von ihr abgegangen, dann kann der ' cistungslaser 11 nicht eingeschaltet werden, weil das Licht des Belcuchtungslasers nicht im Sichtbereich der Rückmcldeoptik 18 liegt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    1, Einrichtung zur Maierialbearbeitung 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 (II) gesperni ist, wobei im Falle der Anordnung des Fotodetektor* (19) im Handstück (20) der flexible Lichtleiter (15) mit einer Fotodetektor- (19) und Laserbaueinheit (10) verbindenden elektrischen Rückmeldeleitung (16) versehen ist, während bei Anordnung des Fotodetektors (19) in der Laserbaueinheit (10) das von der Bearbeitungsfläche reflektierte Licht des Beleuchtungslasers (12) durch den Lichtleiter (15) selbst in die Laserbaueinheit (10) zurückgeleitci wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Handstück (20) eine Rückmcldcoptik (18) und ein Filter (21) angeordnet sind, die unter einem Blickwinkel tx gegenüber der Achse (22) der Fokussieroptik (17) justier ι sind.
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