DE4025851A1 - Einrichtung zur messung rueckgestreuter strahlung - Google Patents
Einrichtung zur messung rueckgestreuter strahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der von einem
mittels einer optischen Strahlungsquelle bearbeiteten Material
remittierten Strahlung, welche in den Strahlengang der optischen
Strahlungsquelle einsetzbar ist.
Zur Messung der remittierten Strahlung, welche durch Bearbeitung eines
Materials beispielsweise mittels eines Lasers entsteht und welche sich
von der Laserstrahlung frequenzmäßig hinreichend unterscheidet, kann in
einfachster Weise ein frequenzselektiver Strahlteiler in den Strahlen
gang des Lasers eingeschoben werden, welcher für die Strahlung des
Lasers durchlässig, für die remittierte Strahlung hingegen reflektierend
ist (DE 37 26 466 A1). Die derart aus dem Strahlengang ausgekoppelte
remittierte Strahlung wird dann auf einen Detektor gelenkt und deren
Intensität dort gemessen. Die remittierte Strahlung bzw. das durch sie
erzeugte Detektorsignal gibt in vielfältiger Weise Aufschluß über das
bearbeitete Material, den jeweiligen Bearbeitungszustand und dergleichen.
Bei Verwendung von Strahlungsquellen hoher Leistung (Hochleistungs
lasern) hat sich jedoch gezeigt, daß das Transmissionsverhalten von
frequenzselektiven Strahlteilern zu gering ist, so daß eine unzulässige
Erwärmung des Strahlteilers bzw. Abschwächung des Laserstrahles
auftritt. Aus diesem Grunde wurde auch schon ein komplementärer Lösungs
weg derart vorgeschlagen, die Strahlung des Lasers an einem frequenz
selektiven Strahlteiler zu reflektieren und dessen Reflexionsschicht so
zu gestalten, daß sie für die remittierte Strahlung durchlässig wird
(DE 37 39 862 C2). Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß sie den
ursprünglichen Strahlengang des Lasers richtungsmäßig verändert und
somit nicht nachträglich in eine bestehende Laser-Bearbeitungseinrich
tung einbaubar bzw. aus einer solchen herausnehmbar ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zur
Messung der von einem mittels einer optischen Strahlungsquelle bearbei
tenden Material remittierten Strahlung zu schaffen, welche auch für
besonders hohe Strahlungsleistungen geeignet ist und ggf. in bestehende
optische Bearbeitungseinrichtungen einsetzbar bzw. aus solchen heraus
nehmbar ist. Diese beiden Anforderungen erfüllt eine nach den kennzeich
nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildete Einrichtung.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß der Reflexionsgrad
von frequenzselektiven Strahlteilern durch entsprechende dielektrische
Schichten vergleichsweise besser optimiert werden kann, als deren
Transmissionsverhalten. Eine unmittelbare Anwendung dieser Erkenntnis
widerspricht jedoch der Forderung nach einer, den Strahlengang des
Lasers nicht verändernden, nachrüstbaren bzw. entfernbaren Meßeinrich
tung. Erst durch die Kombination mit einer optischen Umlenkeinrichtung,
die die Strahlung der optischen Strahlungsquelle aus dem ursprünglichen
Strahlengang herauslenkt und sie anschließend wieder auf die gleiche
Achse zurückführt und in welcher ein frequenzselektives Element
enthalten ist, welches die remittierte Strahlung in Transmission von
derjenigen der optischen Strahlungsquelle trennt, bringt die gewünschte
Lösung der obigen Aufgabe.
Zur Erzielung eines besonders hohen Wirkungsgrades ist es vorteilhaft,
wenn die optische Umlenkeinrichtung ausschließlich die Strahlung der
optischen Strahlungsquelle (z. B. durch Totalreflexion) reflektierende
Elemente aufweist. Es ist jedoch auch möglich die Strahlung der
optischen Strahlungsquelle durch Prismen umzulenken und an einer Stelle
des umgelenkten Strahlenganges den für die Strahlung der optischen
Strahlungsquelle reflektierenden und für die remittierte Strahlung
transmittierenden, frequenzselektiven Strahlteiler vorzusehen. Vorteil
hafterweise sollte dies an einer dem bearbeiteten Material nächstliegen
den Stelle sein.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren teilweise
schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Es zeigen
Fig. 1 eine Meßeinrichtung für remittierte Strahlung mit rechtwinkliger
Strahlumlenkung;
Fig. 2 eine Meßeinrichtung für remittierte Strahlung mit lediglich zwei
optischen, reflektierenden Umlenkelementen und
Fig. 3 eine Meßeinrichtung für remittierte Strahlung mit einer
Umlenkeinrichtung, die ein reflektierendes und zwei beugende
optische Elemente aufweist.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Strahlung 2
eines Lasers 8 über eine Fokusiereinrichtung 9 auf ein zu bearbeitendes
Material 10 gerichtet. Alternativ kann auch die Strahlung 2 über die
Fokusiereinrichtung g zuerst in eine optische Übertragungsstrecke (z. B.
Lichtleitfaser) fokussiert und anschließend auf das Material 10
gerichtet werden. Zwischen dem Laser 8 und der Fokusiereinrichtung 9 ist
eine aus den Elementen 4, 5 und 1 zusammengesetzte Umlenkeinrichtung
angeordnet, über welche die Strahlung 2 von der ursprünglichen optischen
Achse 2.1 abgelenkt und anschließend wieder auf diese Achse zurückge
führt wird. Die Elemente 4 und 5 sind Dachkantprismen an deren
Basis- bzw. Dachflächen die optische Strahlung 2 jeweils um 90°
reflektiert wird. Das Element 1 ist ein teildurchlässiger Spiegel mit
einer frequenzselektiven Beschichtung die die Strahlung 2 des Lasers 8
mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad reflektiert, jedoch die vom zu
bearbeitenden Material 10 remittierte und in einem anderen Spektral
bereich als die Strahlung 2 liegende Strahlung 3 hindurchläßt. Die
remittierte Strahlung 3 wird dann, ggf. nach nochmaliger Umlenkung,
durch ein Prisma 11 und Abschwächung mittels eines Filters 12 über eine
Optik 7 auf einen Detektor 6 fokussiert. Die Dachkantprismen 4 und 5
sowie der frequenzselektive Strahlteiler 1 können fest miteinander
verbunden sein , so daß die gesamte Umlenkeinrichtung relativ unempfind
lich gegen leichte Verkippungen ist, da sich der ursprüngliche Strahl 2
dann lediglich geringfügig in der Höhe verändert. Die gesamte
Umlenk- und Meßeinrichtung kann in einem mit Öffnungen versehenen
Gehäuse angeordnet werden und somit als Ganzes relativ leicht in eine
bestehende Laser-Bearbeitungseinrichtung eingesetzt bzw. aus dieser
herausgenommen werden, ohne daß an der Anlage größere Justiervorrich
tungen notwendig sind.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Strahlung
22 eines Lasers 28 nicht wie in Fig. 1 rechtwinklig und damit insgesamt
U-förmig, sondern V-förmig umgelenkt. Dies hat den Vorteil, daß
lediglich zwei optische Elemente notwendig sind: Zum einen ein rhomboi
disches Prisma 24 und zum anderen ein frequenzselektiver Strahlteiler 21
entsprechend Fig. 1. Die von dem zu bearbeitenden Material 20
remittierte Strahlung 23 wird dann über den Strahlteiler 21 einem
Detektor 26 zugeführt.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Strahlung
32 eines Lasers 38 durch zwei symmetrisch nebeneinander angeordnete
Prismen 34 und 35 sowie einen frequenzselektiven Strahlteiler 31
ebenfalls V-förmig umgelenkt. Der Strahlungsverlauf ist hier ebenfalls
V-förmig, jedoch symmetrisch zum Strahlteiler 31. Die von dem zu
bearbeitenden Material 30 remittierte Strahlung 33 erfährt durch das
Prisma 35 aufgrund von Dispersion eine andere Ablenkung als die
Strahlung 32 und gelangt durch den Strahlteiler 31 auf einen Detektor
36. In dieser Anordnung wird die Strahlung 32 lediglich am Strahlteiler
31 reflektiert; an den übrigen optischen Grenzflächen findet Licht
brechung statt.
Claims (4)
1. Einrichtung zur Messung der von einem mittels einer optischen
Strahlungsquelle bearbeiteten Material remittierten Strahlung, welche in
den Strahlengang der optischen Strahlungsquelle einsetzbar ist,
gekennzeichnet durch eine optische Umlenkeinrichtung (1, 4, 5; 21, 24;,
31, 34, 35) , durch welche die Strahlung (2; 22; 32) der optischen
Strahlungsquelle (8; 28; 38) aus deren Strahlengang heraus- gelenkt und
anschließend wieder in den ursprünglichen Strahlengang zurückgeführt
wird, wobei die optische Umlenkeinrichtung zumindest ein die Strahlung
(2; 22; 32) der optischen Strahlungsquelle (8; 28; 38) reflektierendes
und die remittierte Strahlung (3; 23; 33) transmittierendes Element (1;
21; 31) aufweist, hinter welchem ein Detektor (6; 26; 36) zur Erfassung
der remittierten Strahlung (3; 23; 33) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Umlenkeinrichtung (1, 4, 5; 21, 24) ausschließlich die
Strahlung (2; 22) der optischen Strahlungsquelle (8; 28) reflektierende
Elemente aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Umlenkeinrichtung zwei Dachkantprismen (4, 5; 34, 35) und einen
frequenzselektiven Strahlteiler (1; 31) aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
optische Umlenkeinrichtung ein rhomboidisches Prisma (24) und einen
frequenzselektiven Strahlteiler (21) aufweist.
Priority Applications (2)
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