DE3840278A1 - Einrichtung zur erfassung eines laserstrahls - Google Patents

Einrichtung zur erfassung eines laserstrahls

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Horst-Ulf Schottelius
Rolf Mosandl
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means

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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung der Ablage eines hochenergiereichen Laserstrahls von einer Sollstrahlachse.
In der DE-OS 34 22 232 ist eine Einrichtung zur Einstellung eines Laserstrahls auf ein Ziel beschrieben. Diese arbeitet mit einem 2-Achsenkippspiegel. Im Strahlengang vor diesem ist ein Kompensationsspiegel vorgesehen, der Verzerrungen kompensiert, die der abgehende Strahl auf dem Weg zum Ziel infolge atmosphärisch bedingter Störungen erfährt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit der die Ablage bzw. Drift eines Laserstrahls gegenüber einer Sollstrahlachse auswertbar ist.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine ringförmige Anordnung mehrerer Thermoelemente konzentrisch zur Sollstrahlachse vorgesehen ist, daß das Querschnittsprofil der ringförmigen Anordnung dem Querschnittsprofil des Laserstrahls entspricht und daß die Thermoelemente an eine Steuerschaltung angeschlossen sind, welche die bei Ablage des durch die ringförmige Anordnung geleiteten Laserstrahls von der Sollstrahlachse entstehenden unterschiedlichen Spannungen der Thermoelemente auswertet.
Fällt die tatsächliche Strahlachse des Laserstrahls mit der Sollstrahlachse zusammen, dann werden alle Thermoelemente gleich wenig bzw. nicht von dem Laserstrahl getroffen. Die an der Steuerschaltung anstehenden Ausgangs-Spannungen der Thermoelemente sind gleich. Die Steuerschaltung zeigt an, daß der Laserstrahl nicht gegen die Sollstrahlachse abgedriftet ist.
Weicht der Laserstrahl von der Sollstrahlachse ab, dann wird von der Strahlungsenergie des Laserstrahls wenigstens ein Thermoelement stärker beaufschlagt als die anderen. Diese Unsymmetrie der Strahlungsbeaufschlagung hat entsprechend unterschiedliche Thermospannungen zur Folge. Dies wertet die Steuerschaltung aus.
Mit der beschriebenen Einrichtung lassen sich auch zeitabhängige Verformungen des Querschnittsprofils des Laserstrahls erfassen.
In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist zur Einstellung des Laserstrahls auf die Sollstrahlachse ein 2-Achsenkippspiegel im Strahlengang vor der ringförmigen Anordnung vorgesehen und die Steuerschaltung steuert den 2-Achsenkippspiegel an, bis die Achse des Laserstrahls wieder mit der Sollstrahlachse zusammenfällt. Dadurch ist eine selbsttätige Stabilisierung des Laserstrahls auf die Sollstrahlachse erreicht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Die Figur zeigt schematisch eine Einrichtung zur Einstellung eines Laserstrahls auf eine Sollstrahlachse.
Eine Laserstrahlquelle (1) ist auf einen 2-Achsenkippspiegel (2) gerichtet. Im Strahlengang des Laserstrahls (3) ist dem Kippspiegel (2) eine ringförmige Anordnung (4) nachgeschaltet. Diese ist so befestigt, daß ihr Zentrum (Z) von der Sollstrahlachse (A) des Laserstrahls (3) geschnitten ist. Das zur Sollstrahlachse (A) senkrechte Querschnittsprofil der Anordnung (4) ist im Beispielsfalle wie das Querschnittsprofil des Laserstrahls (3) kreisförmig.
Die ringförmige Anordnung (4) weist mehrere, beispielsweise acht, Thermoelemente (5) auf, die eine plattenförmige Gestalt haben und radial zur Anordnung (4) stehen. Die Thermoelemente (5) erzeugen eine von ihrer Temperatur abhängige elektrische Spannung.
Die Thermoelemente (5) sind an einen A/D-Wandler (6) angeschlossen, der mit einer Steuerschaltung (7), beispielsweise einem Mikrocomputer, verbunden ist. Die Steuerschaltung (7) steuert ein Stellglied (8), das mit dem Kippspiegel (2) verbunden ist. Außerdem kann an die Steuerschaltung (7) ein Aufzeichnungsgerät (9), beispielsweise ein Plotter, angeschlossen sein.
Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung ist etwa folgende:
Solange die Achse des Laserstrahls (3) mit der Sollstrahlachse (A) zusammenfällt, werden die Thermoelemente (5) vom Laserstrahl (3) kaum, zumindest jedoch gleichmäßig erwärmt. Dementsprechend treten an der Steuerschaltung (7) von allen Thermoelementen (5) gleiche Spannungen auf. Das Stellglied (8) und damit der Kippspiegel (2) werden nicht verstellt.
Weicht der Laserstrahl (3), beispielsweise in x-Richtung, von der Sollstrahlachse (A) ab, dann erwärmt er die rechten Thermoelemente (5) mehr als die linken, oberen und unteren Thermoelemente (5). Dementsprechend treten an der Steuerschaltung (7) von den Thermoelementen (5) unterschiedliche Spannungen auf. Die Steuerschaltung (7) steuert nun das Stellglied (8) so an, daß der Kippspiegel (2) verstellt wird bis die Achse des Laserstrahls (3) wieder mit der Sollstrahlachse (A) zusammenfällt.
Entsprechendes gilt für Ablagen des Laserstrahls in den anderen Richtungen.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Erfassung der Ablage eines hochenergiereichen Laserstrahls von einer Sollstrahlachse, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Anordnung (4) mehrerer Thermoelemente (5) konzentrisch zur Sollstrahlachse (A) vorgesehen ist, daß das Querschnittsprofil der ringförmigen Anordnung (4) dem Querschnittsprofil des Laserstrahls (3) entspricht und daß die Thermoelemente (5) an eine Steuerschaltung (7) angeschlossen sind, welche die bei Ablage des durch die ringförmige Anordnung (4) geleiteten Laserstrahls (3) von der Sollstrahlachse (A) entstehenden unterschiedlichen Spannungen der Thermoelemente (5) auswertet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Laserstrahls (3) auf die Sollstrahlachse (A) ein 2-Achsenkippspiegel (2) im Strahlengang vor der ringförmigen Anordnung (4) vorgesehen ist und daß die Steuerschaltung (7) den 2-Achsenkippspiegel (2) ansteuert bis die Achse des Laserstrahls (3) wieder mit der Sollstrahlachse (A) zusammenfällt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der ringförmigen Anordnung (4) die Thermoelemente (5) radial zum Querschnitt der Anordnung (4) befestigt sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der ringförmigen Anordnung (4) acht oder mehr Thermoelemente (5) vorgesehen sind.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (5) an der ringförmigen Anordnung (4) gleichverteilt sind.
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