DE4028179A1 - Verfahren zur ueberwachung der lage und des durchmessers von laserstrahlen und einrichtung zu dessen durchfuehrung - Google Patents
Verfahren zur ueberwachung der lage und des durchmessers von laserstrahlen und einrichtung zu dessen durchfuehrungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Laser
strahlen auf Lageabweichungen bezüglich einer Sollage und auf
Abweichungen des Durchmessers von einem vorgegebenen oder ein
gestellten Durchmesser, sowie eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
In der Fertigung werden in zunehmendem Maße Verfahren unter
Anwendung von Laserstrahlen durchgeführt. Hierzu verwendete
Maschinen sind mit einem Laser ausgerüstet und arbeiten häufig
mit "fliegender Optik". Hierbei besteht die Gefahr, daß der
Laserstrahl auf die Fassung der Optik trifft. Dies geschieht,
wenn der Laserstrahl des in der Maschine vorhandenen Laserge
rätes geringfügig dejustiert wird. Die Folge davon sind unmit
telbare Verschlechterungen des Bearbeitungsergebnisses. Dies
wird einerseits durch die Abschattung des Laserstrahles beim
Auftreffen auf einer Optikfassung erzeugt. Desweiteren kann
eine Änderung des Durchmessers vom Laserstrahl vor der Fokus
sierungsoptik bei gleichbleibender Brennweite dieser Optik
direkten Einfluß auf den Durchmesser des Laserstrahles im Fo
kus haben. Da der Strahldurchmesser im Fokus direkt proporio
nal dem Kehrwert des Durchmessers vom Laserstrahl vor der
Optik ist, ist der Energieeintrag in ein zu bearbeitendes Werk
stück unmittelbar abhängig von der Änderung des Strahldurchmes
sers.
Derartige Fehler treten durch Änderung der Laserleistung auf,
die entweder durch thermische Belastungen von Bauelementen
oder durch Verschmutzung des Auskoppelfensters am Laser er
zeugt werden. Dadurch wird unmittelbar die Divergenz des Lasers
beeinflußt.
Bei Lasern, die im ultravioletten, im sichtbaren oder im nahen
infraroten Licht arbeiten, können die Strahllage und der Durch
messer mit Photodioden oder mit Anordnungen von Photodioden
gemessen werden. Hierzu muß jedoch ein minimaler Anteil des
Laserstrahles ausgekoppelt werden. Dabei wird lediglich der
ausgekoppelte Anteil, aber nicht der eigentliche Bearbeitungs
strahl überwacht. Für Laser, die mit Infrarotlicht arbeiten,
können beispielsweise bei ausreichender Leistung Drähte in den
Strahlengang eingebracht werden, deren Erwärmung ein Maß für
die Strahllage ist. Die Drähte dürfen aber nicht beliebig lan
ge der Laserstrahlung ausgesetzt werden. Ein Laserstrahl kann
mittels der Methode der "rotierenden Hohlnadel" justiert wer
den. Dies ist eine Weiterentwicklung der "rotierenden Drähte".
Ebenso kann mittels bewegter Blenden ein Teil des Laserstrah
les ausgekoppelt und überwacht werden. Dies bezieht sich wie
derum nicht auf den eigentlichen Bearbeitungsstrahl. Eine seit
langem bekannte und nach wie vor verwendbare Methode zur Fest
stellung der Strahllage und des Durchmessers des Laserstrahles
ist die Möglichkeit der Erzeugung von Einbränden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Fertigung
praktikables Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem eine
Überwachung von Laserstrahlen auf Lage- und Durchmesserabwei
chung möglich ist.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch den kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 wiedergegeben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mittels eines
oder mehrerer in einem Körper erzeugter Schallemissionsignale
das Auftreffen eines Laserstrahles detektierbar ist. Hierbei
reicht eine geringfügige Erwärmung des jeweiligen Körpers aus,
um ein gut meßbares Signal zu erzeugen. Dieser Effekt der
Schallemission wird zur Messung der Strahllage und des Strahl
durchmessers insofern herangezogen, als ein auf die Sollage
und den Solldurchmesser eines Laserstrahles abgestimmter Kör
per, der an die Form des Laserstrahls angepaßt ist, Sensoren
zur Aufnahme von Schallemissionssignalen enthält. Sobald der
Laserstrahl von seiner Sollage bzw. von seinem Solldurchmesser
abweicht und auf den beschriebenen Körper trifft, werden durch
Aufheizen dieses Körpers Schallemissionssignale emittiert,
über die Sensoren aufgenommen und entsprechend ausgewertet.
Hierbei ist es nur wichtig das Vorhandensein eines Schallemis
sionssignales zu detektieren. Dazu kann die Amplitude und auch
die Frequenz des Signales herangezogen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine
Blende eingesetzt, die konzentrisch zur Sollage des Laser
strahles plaziert ist. Dies geschieht sinnvollerweise vor der
Fokussierungsoptik, wo der Laserstrahl zwar gebündelt, aber
noch nicht fokussiert ist.
Eine andere Möglichkeit zur Detektion der Lage- oder Durchmes
serabweichung eines Laserstrahles besteht in der Aufnahme von
Schallemissionssignalen, die aufgrund des Auftreffens des La
serstrahles auf eine Fassung der Fokussierungsoptik auftreten.
Sind die Blende oder die Fassung entlang ihres Umfanges in
akustisch gegeneinander isolierte Segmente unterteilt, wobei
gleichzeitig jedem Segment ein Sensor zugeordnet ist, so be
steht die Möglichkeit, neben der Aussage bezüglich einer Lage
abweichung eines überwachten Laserstrahls auch die Richtung
der Abweichung anzugeben. Hierzu werden die Amplitudenunter
schiede der akutischen Signale zwischen den einzelnen Segmen
ten ermittelt und ausgewertet. Für den Fall, daß die Segmente
so eingestellt sind, daß gerade kein Signal entsteht, so er
gibt sich die Möglichkeit, bereits eine geringfügige Strahl
vergrößerung zu detektieren. Dabei würden gleichmäßige Signale
in allen Segmenten erzeugt werden. Die anfängliche Konzen
trizität der Blende oder der Fassung einer Optik bezüglich der
Sollage des Laserstrahles wird natürlich vorausgesetzt.
Die einfachste Ausführung der Erfindung besteht in der Auswer
tung des Schallemissionssignales, das bei Lage- und Durchmes
serabweichungen an einer Optikfassung auftritt. Hier wird bei
spielsweise ein Piezosensor an der Optikfassung befestigt und
angekoppelt. Das aufgenommene Schallemissionssignal wird even
tuell gefiltert und verstärkt. Das Auftreten eines Schallemis
sionssignales signalisiert das Auftreffen des Laserstrahles
auf die Fassung der Optik. Grundsätzlich kann jede Fassung
eines optischen Elementes innerhalb der Fokussierungsoptik
dazu verwendet werden. Die Materialien sind in der Regel Me
talle.
Werden an der Optikfassung oder an einer Blende mehrere Senso
ren angebracht, so kann aus den Laufzeitunterschieden der
akustischen Signale die Richtung der Strahlabweichung ermittelt
werden. Dies ist jedoch nur mit einer Segmentierung und mit
akustisch gegeneinander isolierten Segmenten möglich. Mittels
des beschriebenen Verfahrens ist sogar die quantitative Messung
des Strahldurchmessers möglich.
Die diesbezügliche Vorgehensweise entspricht in etwa dem Prin
zip eines Lehrringes zur Bestimmung des Durchmessers von zylindrischen Kör
pern. Der Durchmesser eines Laserstrahles ist so groß, wie der
Durchmesser einer konzentrisch angeordneten Blende, bei der
gerade kein Schallemissionssignal auftritt. Die Verwendung
einer nächstkleineren Blende würde ein Schallemissionssignal
in der Blende bewirken, da der Laserstrahl bei diesem Durch
messer auf die Blende auftrifft.
Die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen des Verfah
rens müssen nicht notwendigerweise in einer Bearbeitungsma
schine enthalten sein. Es besteht die Möglichkeit, diese
Varianten in einem bewegbaren Meßgerät zu integrieren, das
nicht ortsgebunden einsetzbar ist. Das Meßgerät ist aufgrund
der Tatsache, daß Blenden nur geringfügig erwärmt werden, sehr
robust und kann auch an Lasern hoher Leistung eingesetzt wer
den. Es können allgemein Fehler bei der Bearbeitung vermieden
werden, indem der Laser bei Abweichungen von der Sollage oder
dem Solldurchmesser des Laserstrahles abgeschaltet oder nach
geregelt wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Überwachung der Lage und des Durchmessers von
Laserstrahlen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abweichung eines Laserstrahles von seiner Sollage
durch Auswertung eines Schallemissionssignales geschieht, das
durch Auftreffen des Laserstrahles auf einen benachbart gela
gerten Körper erzeugt wird und mittels eines an dem Körper an
gekoppelten Sensors aufgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schallemissionssignal an einer kon
zentrisch zur Sollage des Laserstrahles angeordneten Blende
aufgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Schallemissionssignal an einer Fas
sung einer laserstrahlformenden Optik aufgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Blende oder die Fassung
entlang ihres Umfanges in akustisch gegeneinander isolierte
Segmente unterteilt sind und an jedem Segment ein Sensor zur
Aufnahme eines im Segment erzeugten Schallemissionssignales
vorhanden ist.
5. Einrichtung zum Überwachen eines Laserstrahles bezüglich
Lage- und Durchmesserabweichungen von Sollwerten, ge
kennzeichnet durch einen zum Laserstrahl
benachbart gelagerten Körper mit mindestens einem angekoppel
ten Sensor zur Aufnahme eines beim Auftreffen des Lasers im
Körper erzeugten Schallemissionssignales.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der benachbart gelagerte Körper ein mit
einem kreisrunden Durchbruch konzentrisch zum Laserstrahl ge
lagertes Gebilde ist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19904028179 DE4028179C2 (de) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | Verfahren zur Überwachung der Lage und des Durchmessers von Laserstrahlen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904028179 DE4028179C2 (de) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | Verfahren zur Überwachung der Lage und des Durchmessers von Laserstrahlen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4028179A1 true DE4028179A1 (de) | 1992-03-12 |
DE4028179C2 DE4028179C2 (de) | 1996-10-02 |
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ID=6413661
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904028179 Expired - Fee Related DE4028179C2 (de) | 1990-09-05 | 1990-09-05 | Verfahren zur Überwachung der Lage und des Durchmessers von Laserstrahlen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4028179C2 (de) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4707597A (en) * | 1984-06-18 | 1987-11-17 | Ing. Rudolf Hell Gmbh | Method and apparatus for acoustic supervision of adjustment operations at optical devices |
DE3824048A1 (de) * | 1988-07-15 | 1990-05-03 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstuecken mit laserstrahlung |
DE4024519A1 (de) * | 1989-08-11 | 1991-02-14 | Gen Electric | Verfahren zur laserbearbeitung eines werkstueckes und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
-
1990
- 1990-09-05 DE DE19904028179 patent/DE4028179C2/de not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE4024519A1 (de) * | 1989-08-11 | 1991-02-14 | Gen Electric | Verfahren zur laserbearbeitung eines werkstueckes und vorrichtung zu seiner durchfuehrung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4028179C2 (de) | 1996-10-02 |
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