DE4025851C2

DE4025851C2 -

Info

Publication number: DE4025851C2
Application number: DE4025851A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 8078 Eichstaett De Ruf
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: Dornier Medizintechnik GmbH
Priority date: 1990-08-16
Filing date: 1990-08-16
Publication date: 1993-02-11
Also published as: DE4025851A1; US5130533A

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 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

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 9 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 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

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 aus mehreren Elementen (1, 4, 5; 21, 24; 31, 34, 35) bestehende optische Umlenkeinrichtung, durch welche die Strahlung (2; 22; 32) der optischen Strahlungsquelle (8; 28; 38) aus deren Strahlengang herausgelenkt 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 ausschließlich die Strahlung (2; 22) der optischen Strahlungsquelle (8; 28) reflektierende Elemente (1, 4, 5; 21, 24) 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.