DE3930495A1 - Laserstrahl-einstelleinrichtung - Google Patents
Laserstrahl-einstelleinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einstellen
von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls, mit einem
Laser, insbesondere Festkörperlaser, dessen Laserstrahl mittels
einer einstellbaren Optik in einem Fokus zusammenführbar ist.
Bei Lasern, insbesondere bei Festkörperlasern, erhöht sich bei
einer Vergrößerung der Durchschnitts- oder Effektivleistung
auch die Strahldivergenz. Dieser Effekt konnte z. B. bei Nd:YAG-
Lasern festgestellt werden. Umgekehrt nimmt auch die Strahldiver
genz ab, wenn die Laserleistung abnimmt. Dieser Effekt beruht
auf der Änderung der thermischen Linsenwirkung des Laserstabes
in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung. Die Divergenz des
Strahls ist einer der Hauptfaktoren, welcher den Durchmesser
des fokussierten Strahls beeinflußt, wenn eine Linse bzw. ein
Spiegel-Strahlverteilungs-System als einstellbare Optik verwendet
wird.
Als Folge des geschilderten Effektes ändert sich der Durchmesser
des fokussierten Laserstrahls oder die Strahltaille, wenn die
Durchschnitts- oder Effektivleistung des Lasers geändert wird.
Diese Änderung des fokussierten Strahldurchmessers beeinflußt
die Wirkung des Lasers auf Materialien und die Qualität der
Materialbearbeitung. Zur effektiven Kontrolle des Bearbeitungs
prozesses ist es deshalb erforderlich, nicht nur die mittlere
oder die effektive Laserleistung zu überwachen, sondern auch
gleichzeitig damit Korrekturen an der Laseroptik vorzunehmen.
Bei bisher praktizierten Bearbeitungsverfahren mit Festkörper
lasern, insbesondere Nd:YAG-Lasern, wurden die Korrekturen an
der Laseroptik durch manuelles, empirisches Einstellen der
relativen Positionen der optischen Elemente in einem Multi-
Element-Strahlaufweitungsteleskop vorgenommen. Dies ist eine
komplexe Aufgabe, sie erfordert beträchtliche Geschicklichkeit
und Erfahrung. Hinzu kommt, daß bei manueller Kompensation der
fokussierte Laserstrahldurchmesser nicht zuverlässig oder genau
genug reproduziert werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung zum
Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls
der eingangs definierten Art so auszubilden, daß sich die
Laserstrahl-Einstelleinrichtung selbsttätig an Veränderungen
oder Schwankungen der Laserleistung (Durchschnitts- oder Effektiv
leistung) anpaßt und dabei Fokusdurchmesser und Fokuslage des
Laserstrahls konstant hält, ohne daß dafür ein manuelles,
empirisches Einstellen oder Nachstellen der Laseroptik erforder
lich wäre. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung
durch die folgenden weiteren Merkmale nach dem Patentanspruch 1
gekennzeichnet:
- a) Mit dem Laser ist ein Leistungsmeßglied zur Bestimmung der dem Laser zugeführten oder von ihm abgegebenen Laserleistung gekoppelt,
- b) an den Ausgang des Leistungsmeßgliedes ist ein Korrekturglied angeschlossen, durch welches abhängig von der momentanen Laserleistung eine Korrekturgröße zur Konstanthaltung des Laserstrahl-Fokusdurchmessers erzeugbar ist,
- c) die zur Laserstrahl-Fokusjustierung verstellbare Optik des Lasers ist mit einem Stellglied gekoppelt, dessen Eingangsseite über eine Signalleitung die Korrekturgröße des Korrekturgliedes zuführbar ist, wobei das Stellglied von der Korrekturgröße in dem Sinne beaufschlagbar ist, daß bei jeder momentanen Laserleistung ein vorgegebener Fokusdurchmesser eingehalten wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Einstelleinrichtung nach dem
Patentanspruch 1 sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin
zu sehen, daß die neue Einstelleinrichtung nicht nur dazu ver
wendet werden kann, während des Betriebes Fokusdurchmesser und
Fokuslage leistungsunabhängig konstant zu halten, sondern auch
dazu, den kleinstmöglichen fokussierten Strahldurchmesser zu
erhalten, und dies ebenfalls unabhängig von der momentanen
Laserleistung. Diese beiden Einstellmöglichkeiten haben deutliche
Vorteile für die Optimierung der Wechselwirkung zwischen
Bearbeitungslaser und Werkstück.
Das Korrekturglied kann ein analoger oder digitaler Datenspeicher
sein. Im letztgenannten Falle ist dem Korrekturglied ein Analog/
Digitalwandler vorzuschalten und ein Digital/Analogwandler nach
zuschalten. Da jeder Laserstab eines Festkörperlasers eine
eigene Kennlinie "Fokusdurchmesser in Abhängigkeit von der
Laserdurchschnittsleistung" aufweist und auch die Charakteristik
der zum Pumpen des Lasers verwendeten Blitzlampen nicht völlig
gleichartig ist, so ist für eine gegebene Laseranordnung vor
ihrer Inbetriebnahme vorteilhafterweise eine Eichkurve aufzunehmen,
die im Datenspeicher des Korrekturgliedes gespeichert wird.
Dieses kann nun so ausgebildet sein, daß es laserleistungsabhängig
an seinem Ausgang die Korrekturgröße bereits abgibt, d. h. abhängig
von der in ihm gespeicherten Eichkurve. Diese Korrekturgröße
wird dann auf das Stellglied der Laseroptik gegeben, so daß bei
jeder momentanen Laserleistung ein vorgegebener Fokusdurchmesser
eingehalten wird. Es handelt sich dabei um einen Steuerungs
vorgang.
Eine noch feinere Nachregulierung im Sinne eines Regelvorgangs
läßt sich gemäß Patentanspruch 2 mit den folgenden Merkmalen
erreichen:
Das Korrekturglied umfaßt einen Datenspeicher zur Aufnahme
einer charakteristischen Eichkurve, welche die Abhängigkeit
des Fokusdurchmessers von der Laserleistung definiert, und das
Korrekturglied umfaßt ferner ein Vergleichsglied zum Vergleich
der momentanen Laserleistung mit der Eichkurve, wobei das Ver
gleichsglied die Soll-Istwert-Differenz zwischen Soll-Fokus
durchmesser und Ist-Fokusdurchmesser bildet und daraus die
Korrekturgröße ermittelt.
Insbesondere ist der Datenspeicher Bestandteil eines Mikro
prozessors des Lasers. Dieser erhält die Soll-Positionen der
Laseroptik von Daten, die als Eichkurve in die Software des
Mikroprozessors eingespeichert sind oder errechnet sich die
Soll-Positionen über eine programmierte Funktion.
Die Laseroptik ist insbesondere als ein Linsen- und/oder
Spiegel-Strahlverteilungs-System ausgebildet, vorzugsweise als
sogenanntes Multi-Element-Strahlaufweitunsteleskop. Mit diesem
ist vorzugsweise ein Servomotor als Stellglied gekoppelt. Im
Falle der Verwendung eines Datenspeichers zur Aufnahme der Eich
kurve wird dieser bevorzugt so ausgebildet, daß er - für den
Fall, daß ein neuer Laserstab eingesetzt oder die Blitzlampen
erneuert werden - löschbar und mit einer neuen Eichkurve
auffüllbar ist. Am genauesten kann man die Laserdurchschnitts
leistung mit einem optischen Leistungsmeßglied messen, welches
die vom Laser abgegebene Lichtleistung erfaßt. Für viele Fälle
reicht die Genauigkeit eines elektrischen Leistungsmeßgliedes
jedoch aus, welches die zum Pumpen des Lasers von der Laser
blitzlampe verbrauchte elektrische Pumpleistung mißt.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung mehrere Ausführungs
beispiele nach der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile
näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Einstelleinrichtung nach der Erfindung für einen
Festkörperlaser, die als Steuerungseinrichtung arbeitet,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Einstellein
richtung für einen Festkörperlaser, die Bestandteil
eines Regelkreises ist, und
Fig. 3 ein Diagramm, welches den Verlauf des fokussierten Strahl
durchmessers in Abhängigkeit von der Laserleistung zeigt,
und zwar die obere und untere Kurve unkorrigiert, mit
einem maximalen bzw. minimalen Strahldurchmesser und
die mittlere Kurve mit einem konstanten Strahldurch
messer.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Laser 1 ist ein Fest
körperlaser des Typs Neodym-YAG (YAG ist eine Abkürzung für
Yttrium-Aluminum-Oxid-Garnet bzw. Yttrium-Aluminium-Granat).
Das aktive Lasermedium besteht aus einem stabförmigen Kristall
des genannten Materials, welches mit Neodym dotiert ist. Der
Laserstab kann verspiegelte Endflächen aufweisen; anstelle der
verspiegelten Endflächen können zu den Endflächen des Laserstabs
in einem bestimmten Abstand auch optische Elemente, wie ange
schliffene Prismen und Spiegel zur Definition der Laserkavität
angeordnet sein (nicht dargestellt). Die Pumpenergie wird dem
Laser 1 durch wenigstens eine Blitzlampe 2 zugeführt. Dargestellt
sind zwei Blitzlampen, die mit ihrer Längsachse parallel zur
optischen Achse 1.0 des Lasers 1 angeordnet sind. Die Anordnung
kann insbesondere so getroffen sein, daß eine Blitzlampe 2 in
der einen Brennlinie eines elliptischen Reflektors angeordnet
ist und das Festkörperlaser-Material oder der Laserstab in der
anderen Brennlinie (nicht dargestellt). Der Laser 1 arbeitet
insbesondere im Pulsbetrieb; hierzu wird den Blitzlampen 2 die
elektrische Pulsenergie von einer Energiequelle 3 über elektri
sche Leitungen 4 zugeführt. Die Erzeugung der Gleichspannungs
pulse für die Blitzlampen 2 mittels Schaltnetzteilen ist näher
beschrieben in dem Buch "Solid-State-Laser-Engineering" von W.
Koechner, Springer-Verlag New York, Heidelberg, Berlin, 1976,
Seiten 278-288 und 296-300, so daß hier von einer näheren
Erläuterung abgesehen werden kann. Wichtig ist für die Material
bearbeitung mit einem Laser 1, daß die Pulsenergie der Blitz
lampen und die Pulsfolgefrequenz sowie die Pulsdauer der ihnen
zugeführten elektrischen Pulse und damit die Lichtpulse des Lasers 1
einstellbar sind.
Durch die Leitung 5 ist eine kombinierte Leitung zur Steuerung
und Energieversorgung von innerhalb des Lasers 1 angeordneten
optischen Komponenten symbolisiert, zu diesen Komponenten kann
z. B. ein Q-switch und ein Moden-Selektor gehören. Der Laser
strahl 6 gelangt z. B. über einen (nicht dargestellten) Auskoppel
spiegel durch die als Ganzes mit 7 bezeichnete einstellbare Optik
in Gestalt eines fokussierten Strahls 6.1 auf ein Werkstück 8
im Auftreffpunkt 9. Der Strahlauftreffpunkt 9 kann zu einer
Schweißnaht 10 gehören. Zur einstellbaren Optik 7, die man auch
als Strahlaufweitungs-Teleskop bezeichnen kann, gehören die im
Weg des Laserstrahls 6 hintereinander geschalteten optischen
Elemente einer Zerstreuungslinse, die als Strahlaufweiter 7a dient
und gemäß den Richtungspfeilen +x, -x längs der optischen Achse
1.0 in beiden Richtungen verstellbar ist, und es gehören ferner
dazu die dem Strahlaufweiter 7a nachgeschalteten beiden Sammel
linsen 7b, 7c, welche den vom Strahlaufweiter 7a auf die Linse
7b geworfenen divergierenden Strahlabschnitt 6.2 in zwei Stufen
fokussieren. Dabei liegt der konvergierende Strahlabschnitt 6.3
zwischen den beiden Sammellinsen 7b, 7c, er wird durch die
zweite Linse 7c noch weiter fokussiert. Der auf das Werkstück
10 auftreffende Strahlabschnitt 6.1 weist eine engste Stelle,
die Strahltaille 11 auf, zugleich Brennpunkt oder Fokus.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung E1 zum Einstellen von
Lage und Durchmesser des Fokus oder der Strahltaille des Laser
strahls 6 in Bezug auf den Auftreffpunkt 9 umfaßt also den schon
beschriebenen Laser 1, insbesondere einen Festkörperlaser,
dessen Laserstrahl 6 mittels der einstellbaren Optik 7 in einem
Fokus 11 zusammenführbar ist. Sie umfaßt ferner die folgenden
Komponenten:
- - Ein Leistungsmeßglied 12 zur Bestimmung der dem Laser 1 zuge führten oder von ihm abgegebenen Laserleistung. Dieses Lei stungsmeßglied 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein elektrisches Leistungsmeßglied, welches den Blitzlampen strom bei vorgegebener Blitzlampenspannung mißt und damit die zum Pumpen des Lasers 1 von der Laserblitzlampe 2 verbrauchte elektrische Pumpleistung ermittelt. Bei Vorhandensein von mehr als einer Blitzlampe 2 und gleicher Leistung dieser Blitzlampen genügt es normalerweise, die Pumpleistung einer Blitzlampe zu ermitteln, und dieser Wert ist repräsentativ für die Gesamtanordnung von zwei oder mehr Blitzlampen. Es wäre auch möglich, ein optisches Leistungsmeßglied am Laser 1 vorzusehen, welches die vom Laser abgegebene Lichtleistung mißt. Hierfür könnten z. B. Si-, Ge-, oder InGaAs-Meßköpfe mit zugehöriger elektronischer Verstärker und Auswerte- Schaltung verwendet werden, deren aufbereitete Signale zum Ansteuern von Mikrocomputern geeignet sind;
- - ein Korrekturglied 13, welches über eine Signalleitung 14 an den Ausgang des Leistungsmeßglieds 12 angeschlossen ist. Durch dieses Korrekturglied 13 ist abhängig von der momentanen Laserleistung eine Korrekturgröße y = f(N) (N bedeutet die momentane Laserleistung) zur Konstanthaltung des Laserstrahl- Fokusdurchmessers erzeugbar. Dieses Korrekturglied 13 erzeugt die Stellgröße y zur Beaufschlagung des Stellglieds 15 über die Signalleitung 16 unmittelbar, weil in ihm zu jedem momen tanen Leistungsmeßwert schon die Stellgröße y, z. B. der Dreh winkel eines Drehschrittgebers, eingespeichert ist;
- - das schon erwähnte Stellglied 15, das an die verstellbare Optik 7 des Lasers 1 angekoppelt ist. Der Eingangsseite dieses Stellglieds 15 wird, wie erwähnt, über die Signalleitung 16 die Korrekturgröße y des Korrekturglieds 13 zugeführt. Das Stellglied 15 ist nun von der Korrekturgröße y in dem Sinne beaufschlagbar, daß bei jeder momentanen Laserleistung N ein vorgegebener Fokusdurchmesser D am Strahlauftreffpunkt 9 des Werkstücks 8 eingehalten wird. Fokusdurchmesser D soll hier wie im folgenden den Durchmesser des Brennflecks im Auftreff punkt 9 bedeuten, der mit dem Fokus oder der Strahltaille 11 zusammenfallen kann, aber nicht muß. Das Stellglied 15 setzt im Falle seiner Ausführung als Drehschrittgeber die Dreh schritte um in entsprechende Axialverschiebungen in Richtung +x oder -x des Strahlaufweiters 7a. Dieser Strahlaufweiter 7a wie auch die ihm optisch nachgeschalteten Sammellinsen 7b, 7c sind innerhalb eines Gehäusetubus 17 angeordnet.
Bei einer gegebenen durchschnittlichen Strahlleistung oder
effektiven Leistung des Lasers 1 habe der Strahlaufweiter 7a die
durch die achsnormale Linie 18 definierte axiale Position.
Dabei befindet sich die Taille 11 oder die engste Stelle des
Strahls, durch welche der eigentliche Fokus definiert ist, an
der Stelle 11, axial dahinter hat sich der Strahl wieder etwas
aufgeweitet, so daß im Auftreffpunkt 9 der Strahlquerschnitt
wieder etwas größer ist, vgl. Durchmesser D. Bei einer Vergröße
rung der Laserdurchschnittsleistung besteht die Tendenz, daß
Lage und Durchmesser des Fokus 11 und damit die Querschnitts
fläche des Laserstrahl-Auftreffpunktes 9 sich verändern, in
diesem Falle würde sich der Auftreffpunkt 9 in seiner Fläche
vergrößern, so daß sich also auch die Schweißnaht 10, wenn das
Werkstück 8 mit konstantem Vorschub relativ zum Laserstrahl 6
bewegt wird, verbreiterte. Man kann nun diese unerwünschte
Flächenvergrößerung des Laserstrahl-Auftreffpunktes 9 dadurch
kompensieren, daß man den Strahlaufweiter 7a, wie in Fig. 2
dargestellt, um ein geringes Stück in Richtung -x, z. B. um das
Stück -Δx, in axialer Richtung verschiebt, so daß der Strahlen
kegel 6.2, der auf die erste Sammellinse 7b auftrifft, verschmä
lert wird. Damit wird der Öffnungswinkel des Strahlenkegels des
Strahlabschnitts 6.1 auch kleiner, der Fokus 11 verschiebt sich
in Richtung auf das Werkstück 8, so daß die an sich durch die
Laserdurchschnittsleistungs-Vergrößerung gegebene Strahlauf
weitung wieder kompensiert wird. Umgekehrt würde bei einer
Verringerung der Laserdurchschnittsleistung der Strahlaufweiter
zur Kompensation in Richtung +x wieder zurückverschoben werden
(wie in Fig. 1 dargestellt) oder über die Linie 18 hinaus in
Richtung +x, z. B. um das Stück +Δx. Diese Einstellvorgänge
werden mit der Einstelleinrichtung E1 nach Fig. 1 im Sinne
einer Steuerung durch das Korrekturglied 13 durchgeführt.
Mit der Einstelleinrichtung nach Fig. 2 laufen diese Kompensations
vorgänge im Sinne einer Regelung ab. Hierzu umfaßt das Korrektur
glied 13 einen Datenspeicher 19 zur Aufnahme einer charakteristi
schen Eichkurve, welche die Abhängigkeit des Fokusdurchmessers
von der Laserleistung definiert. Mit einer Dateneingabe 20 kann
die Eichkurve im Datenspeicher 19 gespeichert werden. Bei der
Einstelleinrichtung E2 nach Fig. 2 umfaßt das Korrekturglied
13 zusätzliche elektronische Bauteile zur Verwirklichung eines
Sollwert-Istwert-Vergleichs. Es vergleicht nämlich die momentane
Laserleistung mit der eingespeicherten Eichkurve und ermittelt
die Sollwert-Istwert-Differenz zwischen dem Soll-Fokusdurchmes
ser und dem Ist-Fokusdurchmesser an einer bestimmten Stelle, die
auch mit dem Strahlauftreffpunkt 9 am Werkstück 8 zusammentreffen
kann. Hieraus ermittelt das Korrekturglied 13 die Korrektur
größe und daraus eine Stellgröße y, die dem Stellglied 15 vom
Ausgang des Korrekturglieds 13 über die Signalleitung 16 zuge
führt wird. Dieses Stellglied 15 kann wieder ein Winkelschritt
geber sein, der seine Winkelausschläge über ein Getriebe in
eine entsprechende axiale Verstellbewegung in Richtung -x oder
+x des Strahlaufweiters 7a umsetzt. Mit der Einrichtung E2 ist
es möglich, die Strahltaille 11, deren Strahlquerschnitt den
Fokus oder Brennpunkt des Strahls 6 definiert, mit dem Auftreff
punkt 9 zusammenfallen zu lassen und durch die laserleistungs
abhängige Regelung den Strahlaufweiter 7a und gegebenenfalls
weitere optische Elemente so zu verstellen, daß der Fokus lei
stungsunabhängig immer mit dem Strahlauftreffpunkt 9 zusammen
fällt. Anstelle eines Winkelschrittgebers mit einem Getriebe
zur Erzeugung einer axialen Verstellbewegung für den Strahlauf
weiter 7a, z. B. mittels einer Zahnschiene, könnte als Servomotor
auch ein Linearmotor Verwendung finden, der eine lineare Ver
stellbewegung unmittelbar erzeugt. Die dargestellte einstell
bare Optik wird, wie erwähnt, auch als Strahlaufweitungs-Teleskop
bezeichnet. Der Vorteil der Einrichtung E2 nach Fig. 2 besteht
u.a. darin, daß der Datenspeicher 19 als löschbarer und wieder
aufladbarer Datenspeicher ausgeführt werden kann (EPROM), so
daß bei einer Auswechslung des Laserstabes oder der Blitzlampen
eine neue Eichkurve eingespeichert werden kann. Mit dem Leistungs
meßglied 12 wird im Beispiel nach Fig. 2 die elektrische
Pumpleistung beider Blitzlampen 2 gemessen. Im übrigen unter
scheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nicht von
demjenigen nach Fig. 1.
Im Diagramm nach Fig. 3 verdeutlicht die obere Kurve D1 quali
tativ den größten unkorrigierten Strahldurchmesser und die untere
Kurve D2 den minimalen Strahldurchmesser im Fokuspunkt. Beide
Strahldurchmesser D1 und D2 sind eine Funktion der Laserleistung
N (Abszissenachse) und steigen mit dieser an. Zwischen diesen
beiden Kurven D1 und D2 liegt die Gerade D = const., welche
einen konstanten Strahldurchmesser im Auftreffpunkt repräsentiert.
Die Einstelleinrichtungen E1 und E2 nach der Erfindung steuern
nun die einstellbare Optik 7 oder auch das abstimmbare Strahl
aufweitungs-Teleskop so, daß im Strahlauftreffpunkt immer ein
konstanter Strahldurchmesser D vorhanden ist. Dies ist bei der
Materialbearbeitung, insbesondere beim Schweißen, Löten oder
Trennen, von besonderer Bedeutung.
Claims (6)
1. Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage
eines Laserstrahls, mit einem Laser, insbesondere Festkörper
laser, dessen Laserstrahl mittels einer einstellbaren Optik in
einem Fokus zusammenführbar ist,
mit den folgenden weiteren Merkmalen:
- a) Mit dem Laser ist eine Leistungsmeßglied zur Bestimmung der dem Laser zugeführten oder von ihm abgegebenen Laserleistung gekoppelt,
- b) an den Ausgang des Leistungsmeßgliedes ist ein Korrekturglied angeschlossen, durch welches abhängig von der momentanen Laserleistung eine Korrekturgröße zur Konstanthaltung des Laserstrahl-Fokusdurchmessers erzeugbar ist,
- c) die zur Laserstrahl-Fokusjustierung verstellbare Optik des Lasers ist mit einem Stellglied gekoppelt, dessen Eingangsseite über eine Signalleitung die Korrekturgröße des Korrekturgliedes zuführbar ist, wobei das Stellglied von der Korrekturgröße in dem Sinne beaufschlagbar ist, daß bei jeder momentanen Laserleistung ein vorgegebener Fokusdurchmesser eingehalten wird.
2. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1, mit den Merkmalen:
- b1) Das Korrekturglied umfaßt einen Datenspeicher zur Aufnahme einer charakteristischen Eichkurve, welche die Abhängigkeit des Fokusdurchmessers von der Laserleistung definiert,
- b2) das Korrekturglied umfaßt ferner ein Vergleichsglied zum Vergleich der momentanen Laserleistung mit der Eichkurve, wobei das Vergleichsglied die Soll-Istwert-Differenz zwischen Soll-Fokusdurchmesser und Ist-Fokusdurchmesser bildet und daraus die Korrekturgröße ermittelt.
3. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit dem Merkmal,
daß als Stellglied ein Servomotor vorgesehen ist, der mit einem
Teleskop als verstellbarer Optik gekoppelt ist.
4. Einstelleinrichtung nach Anspruch 2, mit dem Merkmal, daß
der Datenspeicher löschbar und mit einer neuen Eichkurve auf
füllbar ist.
5. Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit
dem Merkmal, daß das Leistungsmeßglied ein optisches Leistungs
meßglied am Laser ist, welches die vom Laser abgegebene Licht
leistung mißt.
6. Einstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit
dem Merkmal, daß das Leistungsmeßglied ein elektrisches Leistungs
meßglied umfaßt, welches die zum Pumpen des Lasers von der
Laserblitzlampe verbrauchte elektrische Pumpleistung mißt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3930495A DE3930495C2 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE3930495A DE3930495C2 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE3930495A1 true DE3930495A1 (de) | 1991-03-21 |
DE3930495C2 DE3930495C2 (de) | 1996-11-07 |
Family
ID=6389289
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3930495A Expired - Fee Related DE3930495C2 (de) | 1989-09-12 | 1989-09-12 | Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3930495C2 (de) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0557719A1 (de) * | 1992-01-24 | 1993-09-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Vorrichtung und Verfahren zum Steuern der Leistung eines Lasers |
EP0680805A2 (de) * | 1994-05-02 | 1995-11-08 | Trumpf GmbH & Co | Laserschneidmaschine mit Fokuslageneinstellung |
EP0916441A1 (de) * | 1997-11-14 | 1999-05-19 | Fujifilm Electronic Imaging Limited | System und Verfahren zur Fokusfeststellung |
DE19549531B4 (de) * | 1994-10-14 | 2007-12-13 | Mitsubishi Denki K.K. | Festkörperlaservorrichtung und Laserbearbeitungsvorrichtung |
DE102007060344A1 (de) | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Alpha Laser Gmbh | Materialbearbeitungslaser mit Teleskop |
EP1985987A3 (de) * | 2007-04-04 | 2011-08-03 | P.A.L.M. Microlaser Technologies GmbH | Laser-Mikrodissektionsverfahren und Laser-Mikrodissektionsvorrichtung |
CN104275550A (zh) * | 2013-07-10 | 2015-01-14 | 星云电脑股份有限公司 | 可维持光束尺寸均等的激光切割机 |
CN117655525A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-08 | 惠州市振邦精密五金有限公司 | 一种动力电池连接片的自动焊接方法及其装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3689159A (en) * | 1970-06-11 | 1972-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | Laser processing apparatus |
EP0143743B1 (de) * | 1983-10-28 | 1987-03-04 | Ciba-Geigy Ag | Laserbearbeitungsvorrichtung |
US4731788A (en) * | 1986-05-27 | 1988-03-15 | El-Op Electro-Optics Industries Limited | Low divergence laser apparatus |
US4858239A (en) * | 1988-05-26 | 1989-08-15 | Elop Electrooptics Industries Ltd. | Laser system |
EP0400830A2 (de) * | 1989-06-02 | 1990-12-05 | Lumonics Ltd. | Laser |
-
1989
- 1989-09-12 DE DE3930495A patent/DE3930495C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3689159A (en) * | 1970-06-11 | 1972-09-05 | Mitsubishi Electric Corp | Laser processing apparatus |
EP0143743B1 (de) * | 1983-10-28 | 1987-03-04 | Ciba-Geigy Ag | Laserbearbeitungsvorrichtung |
US4731788A (en) * | 1986-05-27 | 1988-03-15 | El-Op Electro-Optics Industries Limited | Low divergence laser apparatus |
US4858239A (en) * | 1988-05-26 | 1989-08-15 | Elop Electrooptics Industries Ltd. | Laser system |
EP0400830A2 (de) * | 1989-06-02 | 1990-12-05 | Lumonics Ltd. | Laser |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DE-Buch: Lexikon der Elektronik. O. Neufang (Hrsg.), Friedr. Vieweg & Sohn, Braunschweig 1983, S. 421-423, 469 * |
SCHMIDT, H., LUDEWIGT, K.: Hochleistungs-Fest- körperlaser. In: DE-Z.: Laser und Optoelek- tronik, Nr. 2, 1988, S. 56-59 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0557719A1 (de) * | 1992-01-24 | 1993-09-01 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Vorrichtung und Verfahren zum Steuern der Leistung eines Lasers |
US5408482A (en) * | 1992-01-24 | 1995-04-18 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Apparatus for and method of controlling the output of a laser source |
EP0680805A2 (de) * | 1994-05-02 | 1995-11-08 | Trumpf GmbH & Co | Laserschneidmaschine mit Fokuslageneinstellung |
EP0680805A3 (de) * | 1994-05-02 | 1997-01-29 | Trumpf Gmbh & Co | Laserschneidmaschine mit Fokuslageneinstellung. |
DE19549531B4 (de) * | 1994-10-14 | 2007-12-13 | Mitsubishi Denki K.K. | Festkörperlaservorrichtung und Laserbearbeitungsvorrichtung |
EP0916441A1 (de) * | 1997-11-14 | 1999-05-19 | Fujifilm Electronic Imaging Limited | System und Verfahren zur Fokusfeststellung |
EP1985987A3 (de) * | 2007-04-04 | 2011-08-03 | P.A.L.M. Microlaser Technologies GmbH | Laser-Mikrodissektionsverfahren und Laser-Mikrodissektionsvorrichtung |
DE102007060344A1 (de) | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Alpha Laser Gmbh | Materialbearbeitungslaser mit Teleskop |
CN104275550A (zh) * | 2013-07-10 | 2015-01-14 | 星云电脑股份有限公司 | 可维持光束尺寸均等的激光切割机 |
CN117655525A (zh) * | 2023-12-29 | 2024-03-08 | 惠州市振邦精密五金有限公司 | 一种动力电池连接片的自动焊接方法及其装置 |
CN117655525B (zh) * | 2023-12-29 | 2024-05-24 | 惠州市振邦精密五金有限公司 | 一种动力电池连接片的自动焊接方法及其装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3930495C2 (de) | 1996-11-07 |
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