DE202007018689U1 - Device for stabilizing the focus position in optics for high-power laser radiation for laser material processing - Google Patents
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Abstract
System
zur aktiven Nachregelung der Fokusposition bei Optiken für
Hochleistungs-Laserstrahlung zur Lasermaterialbearbeitung, bestehend
aus folgenden Komponenten:
a. Sensor zur Ermittlung der Fokusposition,
b.
Steuerrechner, der die Sensordaten verarbeitet und daraus Korrekturdaten
für die verfahrbare Achse der Optik berechnet,
c.
Verfahrbare Achse der Optik zur Änderung bzw. Korrektur
der Fokusposition, wobei die verfahrbare Achse realisiert ist, entweder
i.
mit einer Führungsmaschine als Achse, an deren Steuerung
die Korrekturdaten übermittelt werden, oder
ii. mit
einer zusätzlichen Achse zwischen Führungsmaschine
und Optik, welche die Korrektur der Fokusposition durch Verschieben
der gesamten Optik vornimmt, oder
iii. mit einer in die Optik
integrierten Zusatzachse, mittels derer in der Optik eine Linse
oder ein Teil-Linsensystem beweglich gelagert ist und so die Fokusposition
verschoben werden kann.System for the active readjustment of the focus position for optics for high-power laser radiation for laser material processing, consisting of the following components:
a. Sensor for determining the focus position,
b. Control computer which processes the sensor data and calculates correction data for the movable axis of the optics,
c. Movable axis of the optics for changing or correcting the focus position, wherein the movable axis is realized, either
i. with a guiding machine as an axis, at whose control the correction data are transmitted, or
ii. with an additional axis between guide machine and optics, which makes the correction of the focus position by shifting the entire optics, or
iii. with an integrated into the optics additional axis, by means of which a lens or a partial lens system is movably mounted in the optics and so the focus position can be moved.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und eine Vorrichtung zur Fokuslagen-Stabilisierung bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung zur Lasermaterialbearbeitung.The The present invention relates to a system and an apparatus for Focus position stabilization for optics for high-power laser radiation for laser material processing.
Optische Elemente haben stets eine, wenn auch zum teil sehr geringe, Absorption. Bei der Strahlführung oder Abbildung von Laserstrahlung mit sehr hoher Durchschnittsleistung führt dies zu einer Erwärmung und damit zwangsläufig zu einem Temperaturgradienten innerhalb der optischen Elemente. Durch die Temperaturabhängigkeit der Brechzahl optischer Gläser entsteht daher eine zusätzliche Brechkraft (thermisch induzierte Brechkraft oder „thermische Linse").optical Elements always have an, albeit very small, absorption. For beam guidance or imaging of laser radiation with very high average power this leads to a warming and thus inevitably to a temperature gradient within the optical elements. Due to the temperature dependence The refractive index of optical glasses therefore creates an additional Refractive power (thermally induced refractive power or "thermal Lens").
Die thermisch induzierte Brechkraft führt zu einer Verschiebung des Fokus der Laserstrahlung. Beispielsweise wird der Fokus eines Laserstrahls von mehreren kW Leistung, der durch die Abbildung der aus einer Lichtleitfaser austretenden Strahlung zustande kommt, nach Einschalten der Laserleistung um einige Zehntel bis einige Millimeter in Richtung der Optik verschoben, wobei es einige Sekunden bis Minuten dauert, bis sich der Temperaturgradient und damit die Fokuslage stabilisiert hat. Ob diese Veränderung der Fokuslage für den Bearbeitungsprozess Auswirkungen hat oder nicht, hängt davon ab, wie groß die Schärfentiefe des Laserstrahls ist, wofür die so genannte Rayleigh-Länge ein Maß ist.The thermally induced refractive power leads to a shift the focus of the laser radiation. For example, the focus of a Laser beam of several kW of power, by the illustration of the comes from an optical fiber emerging radiation, after turning on the laser power by a few tenths to some Millimeter moved towards the optics, taking a few seconds takes up to minutes until the temperature gradient and thus the Focus position has stabilized. Whether this change of focus position has an impact on the editing process or not, depends on how big the depth of field of the laser beam is what the so-called Rayleigh length a measure is.
Der Fortschritt in der Lasertechnik hat zu immer leistungsfähigeren Strahlquellen mit hoher Strahlqualität geführt. Bei der Abbildung der Laserstrahlung solcher Quellen wird die Auswirkung der thermischen Linse immer größer.Of the Progress in laser technology has become more and more powerful Beam sources with high beam quality out. When imaging the laser radiation of such sources, the effect becomes the thermal lens getting bigger.
Besonders groß und daher störend ist dieser Effekt bei Optiken mit hoher Vergrößerung, die bei den modernen Lasersystemen (Faserlaser, Scheibenlaser) zunehmend eingesetzt werden.Especially big and therefore disturbing is this effect in optics with high magnification, which in modern laser systems (Fiber laser, disk laser) are increasingly being used.
Das sich daraus ergebende Problem besteht mithin in der Änderung der Fokusposition einer Laserbearbeitungsoptik in Abhängigkeit der durchstrahlten Laserleistung.The The resulting problem is therefore in the change the focus position of a laser processing optics in dependence the irradiated laser power.
Um
dieses prinzipiell seit längerem bekannte Problem zu minimieren,
sind einige Vorschläge gemacht worden. So wird in der
Zur
Lösung dieses Problems ist aus der
Das letztgenannte Verfahren ist in der Anwendung beschränkt auf Linsenmaterialien mit einer Absorption, die zu einer deutlichen Temperaturerhöhung führt, da die Messung einer Temperatur durch Strahlungs-Pyrometer nur auf wenige Grad genau gelingt. Liegt jedoch die Temperaturerhöhung auch im Bereich nur weniger Grad, wie dies bei Linsen aus hochreinem Quarz der Fall ist, so ist dieses Verfahren bei weitem zu ungenau. Zudem muss das Strahlungs-Pyrometer in einem Spektralbereich arbeiten, in dem die zu messende Linse das Licht nicht transmittiert, sondern absorbiert, sonst ist keine Messung möglich. Bei Linsen aus Quarz, die einen be sonders breiten spektralen Transmissionsbereich aufweisen, ist dieses Verfahren also praktisch kaum durchführbar.The the latter method is limited in use on lens materials with an absorption that leads to a significant Temperature increase leads, as the measurement of a Temperature by radiation pyrometer succeeds only to a few degrees exactly. However, the temperature increase is only in the range less degrees, as is the case with high purity quartz lenses is, this method is far too inaccurate. In addition, that must Radiation pyrometers work in a spectral range in which the lens to be measured does not transmit the light but absorbs it, otherwise no measurement is possible. For lenses made of quartz, which have a particularly broad spectral transmission range is this process so practically impossible to carry out.
Da bei einer Laserbearbeitungsmaschine z. B. zum Schneiden, die häufig mit einem CO2-Laser ausgestattet sind, die Strahlführung überwiegend direkt, d. h. nicht mittels einer Lichtleitfaser stattfindet, gibt es bei einer solchen Vorrichtung zahlreiche Einflüsse, die zur Veränderung der Strahlparameter führen: thermische induzierte Brechkräfte des Laser-Auskoppelfensters, der Kollimator-Optik und der Fokussier-Optik, aber auch die Änderung der Strahlweglänge beim Verfahren der Führungsmaschine. Entsprechend kompliziert sind bekannte Vorrichtungen, um die Strahlparameter am Werkstück möglichst konstant zu halten.Since in a laser processing machine z. For example, for cutting, which are often equipped with a CO 2 laser, the beam guide predominantly directly, ie does not take place by means of an optical fiber, there are numerous influences in such a device, which lead to change the beam parameters: thermal induced refractive powers of the laser Auskoppelfensters, the collimator optics and the focusing optics, but also the change of the beam path length in the procedure of the guiding machine. Accordingly complicated are known devices to keep the beam parameters on the workpiece as constant as possible.
Eine
solche gattungstypische Vorrichtung wird in der
Hingegen sind solche, teilweise sehr aufwändigen Maßnahmen bei Lichtleitfasergeführten Hochleistungs-Festkörperlasern, wie dem Nd:YAG-Laser, Dioden-, Scheibenlaser und Faserlaser nicht anwendbar, da die Effekte andere Größenordnungen haben und die Brechkraftänderung bei hochreinen Quarzlinsen, die hier überwiegend verwendet werden, praktisch nicht durch Messung der Temperaturänderung bestimmbar ist.By contrast, such measures, which are sometimes very costly, are not applicable to optical fiber-guided high-power solid-state lasers, such as the Nd: YAG laser, diode, disk laser and fiber laser, since the effects have other orders of magnitude and the refractive power change in high-purity quartz lenses, which are predominantly used here, practically not by measuring the Temperature change is determinable.
Das liegt zum Einen daran, dass der Anteil der absorbierten Leistung sehr viel geringer ist, und zum Anderen daran, dass nicht die Temperatur des Linsenrands, und nur die ist genau genug messbar, maßgeblich für die Brechkraftänderung ist, sondern die Temperaturdifferenz zwischen der Linsenmitte und dem Linsenrand, oder genauer der radiale Temperatur-Gradient der Linse.The One reason is that the share of absorbed power much lower, and on the other hand, that is not the temperature of the lens edge, and only that is measurable enough, relevant for the refractive power change, but the temperature difference between the lens center and the lens edge, or more specifically the radial one Temperature gradient of the lens.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche es ermöglicht die Fokusposition einer Laserbearbeitungsoptik während des Bearbei tungsprozesses konstant zu halten und die Drift der Laserbearbeitungsoptik während des Bearbeitungsprozesses durch geeignete Vorrichtungen zu kompensieren.outgoing From this prior art, it is the object of the present Invention, system and apparatus available to make, which allows the focus position of a Laser processing optics during the machining process to keep constant and the drift of the laser processing optics during of the machining process to be compensated by suitable devices.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch die Merkmale der selbstständigen Ansprüche.Solved the object of the invention by the features the independent claims.
Erfindungsgemäß ist demnach eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Fokuslage bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung zur Lasermaterialbearbeitung mit einer Steuerung, mit Mitteln zur Erfassung von Daten und mit einer Optik, bei der mindestens ein Teil des optischen Systems in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und durch einen Stellmotor angetrieben wird, vorgesehen, wobei in einer Speichereinheit der Steuerung Kalibrationsdaten zur verwendeten Optik abgelegt werden und während des Betriebs die Steuerung aus den Daten der Datenerfassungsmittel die momentane, zeitabhängige laserstrahlinduzierte Abweichung der Fokusposition zur Sollposition mittels Kalibrationsdaten berechnet wird, und in Abhängigkeit der berechneten Abweichung der Fokusposition von der gewünschten Fokusposition mittels Kalibrationsdaten ein Stellmotor derart angesteuert wird, dass dadurch die Abweichung der Fokuslage kompensiert wird und die korrigierte Fokuslage damit der Soll-Fokusposition entspricht.According to the invention Accordingly, a device for stabilizing the focus position in optics for high-power laser radiation for laser material processing with a controller, with means for collecting data and with an optics in which at least a part of the optical system in Axially mounted is movable and by a servomotor is driven, provided, wherein in a storage unit of Control calibration data are stored to the optics used and during operation the controller from the data of the Data acquisition means the instantaneous, time-dependent laser beam-induced Deviation of the focus position from the nominal position by means of calibration data is calculated, and depending on the calculated deviation the focus position from the desired focus position means Calibration data a servo motor is driven so that thereby the deviation of the focus position is compensated and the corrected Focus position so that the target focus position corresponds.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Mittel zur Erfassung der Daten ein optischer Fokuslagensensor verwendet, durch welchen ein Signal geliefert wird, dass von der Abweichung der tatsächlichen Fokuslage zur Soll-Fokuslage abhängig ist.In A preferred embodiment of the invention is used as a means for Data acquisition uses an optical focus position sensor, through which a signal is delivered that of the deviation of the actual Focus position is dependent on the target focus position.
Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung liefert der Sensor direkt schon die Daten der Abweichung der tatsächlichen Fokuslage von der Sollposition.at this embodiment of the invention provides the sensor directly already the data of the deviation of the actual focus position of the target position.
Weiterhin ist eine Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, bei der durch die Mittel zur Erfassung von Daten Informationen über die momentane Laserleistung an die Steuerung übertragen werden und durch die Steuerung aus den zeitabhängigen Laserleistungsdaten die zeitabhängige Fokusposition berechnet wird und daraus einen Korrekturwert zur Verstellung der Linsengruppe bestimmt wird.Farther an embodiment of the invention is provided in which by the Data Acquisition Device Information about the instantaneous laser power be transmitted to the controller and by the controller from the time-dependent laser power data, the time-dependent Focusing position is calculated and from this a correction value for adjustment the lens group is determined.
Weiter ist vorgesehen, dass die Abhängigkeit der Fokusposition von der momentanen Laserleistung zeitabhängig ermittelt wird, wobei die ermittelten Daten als Kalibrationsdaten in der Speichereinheit abgelegt werden, oder auf Basis der ermittelten Daten Kalibrationsdaten berechnet und abgelegt werden.Further is provided that the dependence of the focus position determined by the current laser power time-dependent is, wherein the determined data stored as calibration data in the memory unit or calculated on the basis of the determined data calibration data and filed.
Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Mittel zur Erfassung von Daten eine Schnittstelle beinhalten, an die die Information über die momentane Laserleistung von der Laserquelle oder einer übergeordneten Steuerung übertragen wird. Alternativ ist vorgesehen, dass die Mittel zur Erfassung von Daten einen optischen Sensor beinhalten, durch den ein Bruchteil der Leistung des Laserstrahls empfangen wird und durch den ein von der empfangenen Leistung abhängiges Signal geliefert wird, welches nachfolgend an die Steuerung übertragen wird.moreover is inventively provided that the means To capture data, an interface to which the Information about the instantaneous laser power from the laser source or a higher-level control becomes. Alternatively, it is provided that the means for detecting Data include an optical sensor, through which a fraction the power of the laser beam is received and by the one of the received power dependent signal is delivered, which is subsequently transmitted to the controller.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Stabilisierung der Fokuslage bei Optiken für Hochleistungs-Laserstrahlung zur Lasermaterialbearbeitung mit einer Steuerung, mit Mitteln zur Erfassung von Daten und mit einer Optik, bei der mindestens ein Teil des optischen System in axialer Richtung bewegbar gelagert ist und durch einen Stellmotor angetrieben wird. Eine derartige Vorrichtung ist durch Mittel zur Erfassung von Daten, die einen optischen Sensor beinhalten, der entweder zur Messung der momentanen Intensität des Laserstrahls oder zur Messung der axialen Fokusposition geeignet ist, gekennzeichnet.One Another object of the present invention is a device for stabilizing the focus position in optics for high-power laser radiation for laser material processing with a control, with means for Collection of data and with an optic, in which at least one Part of the optical system movably mounted in the axial direction is and is driven by a servomotor. Such Device is by means for collecting data, which is a optical sensor, either for measuring the instantaneous Intensity of the laser beam or for measuring the axial Focusing position is suitable marked.
Weiterhin ist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer aus Kollimator und Fokussierung bestehenden Optik vorgesehen, dass der Kollimator oder die Fokussierung axial verstellbar ist und zur Korrektur der Fokuslage verwendbar ist.Farther is in a device according to the invention with an optic consisting of collimator and focusing, that the collimator or the focusing is axially adjustable and is usable for correcting the focus position.
In einer weiteren Ausgestaltungsform ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei einer aus 4 Linsengruppen bestehenden Optik, wobei die erste Gruppe die Funktion eines Kollimators hat, die zweite Gruppe eine positive Brechkraft, die dritte Gruppe eine negative Brechkraft und die vierte Gruppe eine positive Brechkraft besitzt, entweder die zweite oder die dritte Linsengruppe axial verstellbar ist und zur Korrektur der Fokuslage geeignet ist.In a further embodiment is provided according to the invention, that in an existing of 4 lens groups optics, the first group has the function of a collimator, the second group a positive refractive power, the third group a negative refractive power and the fourth group has a positive refractive power, either the second or the third lens group is axially adjustable and is suitable for correcting the focus position.
Erfindungsgemäß ist weiter beabsichtigt, dass die Mittel zur Erfassung von Daten einen optischen Sensor beinhalten, der einen Bruchteil der Leistung des Laserstrahls empfängt und ein von der empfangenen Leistung abhängiges Signal liefert.According to the invention, it is further intended that the means for acquiring data include an optical sensor which receives a fraction of the power of the laser beam and one of the received power dependent signal provides.
Vorzugsweise erfasst dann der optische Sensor die Intensität des gesamten Strahlquerschnitts und liefert somit ein zur Leistung proportionales Signal.Preferably then the optical sensor detects the intensity of the whole Beam cross section and thus provides a proportional to the power Signal.
Alternativ erfasst der optische Sensor nur die Intensität in der Strahlmitte und liefert somit ein zur Leistungsdichte proportionales Signal, oder der optische Sensor weist mehrere über den Strahlquerschnitt verteilte aktive Flächen auf, womit die Intensitätsverteilung des Strahls erfasst werden kann.alternative the optical sensor detects only the intensity in the center of the beam and thus provides a signal proportional to the power density, or the optical sensor has several over the beam cross section distributed active surfaces, which the intensity distribution of the beam can be detected.
Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der optische Sensor hinter einem hochreflektierendem Umlenkspiegel angeordnet ist und die transmittierte Reststrahlung erfasst, oder dass der optische Sensor neben einem antireflex-beschichteten Auskoppelspiegel angeordnet ist und die reflektierte Reststrahlung erfasst.Farther is inventively provided that the optical Sensor arranged behind a highly reflective deflection mirror is and detects the transmitted residual radiation, or that the optical sensor in addition to an antireflection-coated Auskoppelspiegel is arranged and detects the reflected residual radiation.
Erfindungsgemäß sind auch erste Kallibrationsdaten vorgesehen, welche zur Berechnung der Abweichung der Fokusposition dienen und zweite Kalibrationsdaten, welche zur Nachstellung der Fokusposition dienen. Diese Daten werden entweder ermittelt oder durch Berechnungen erhalten.According to the invention Also provided first calibration data, which for calculation serve the deviation of the focus position and second calibration data, which serve to adjust the focus position. This data will be either determined or obtained by calculations.
Weiterhin sind Verfahren und Vorrichtung der vorliegenden Erfindung für Hochleistungsfestkörperlaser, insbesondere Faser-, Scheiben- und Diodenlaser sowie Nd:YAG-Laser mit Leistungen oberhalb 500 W, bevorzugt oberhalb 1000 W vorgesehen.Farther are method and apparatus of the present invention for High-power solid-state lasers, in particular fiber, disk and diode lasers and Nd: YAG lasers with powers above 500 W, preferably provided above 1000 W.
Erfindungsgemäß werden
folgende Komponenten benötigt:
Mindestens ein Teil
des optischen Systems, das zur Abbildung der Laserstrahlung dient,
ist mittels einer Linearführung in Richtung der optischen
Achse bewegbar gelagert. Dieses Teil des optischen Systems kann
sein: eine einzelne Linse des Abbildungssystems, oder eine Gruppe
von Linsen, z. B. das Kollimations-Linsen-System oder das Fokussier-Linsen-System,
oder das ganze Linsensystem selbst.According to the invention, the following components are required:
At least a part of the optical system which serves to image the laser radiation is movably mounted in the direction of the optical axis by means of a linear guide. This part of the optical system may be: a single lens of the imaging system, or a group of lenses, e.g. The collimating lens system or the focusing lens system, or the entire lens system itself.
Das bewegliche Teilsystem wird von einem Stellmotor angetrieben. Für die Ansteuerung des Stellmotors wird eine Steuerung benötigt, die eine Recheneinheit, eine Speichereinheit und eine Datenerfassungseinheit oder Datenschnittstelle beinhaltet. Über die Datenschnittstelle bekommt die Steuerung Informationen über die momentane Laserleistung. Diese Informationen können von der Laserquelle, von der übergeordneten Steuerung oder von einer Sensoreinheit geliefert werden. Die Recheneinheit der Steuerung verarbeitet die zeitabhängigen Informationen über die Laserleistung und berechnet daraus einen zeitabhängigen Korrekturwert. Mit diesem Korrekturwert wird der Stellmotor angesteuert. Für die Berechnung des Korrekturwertes muss die Steuerung das Verhalten der Abbildungsoptik vorausberechnen, die Charakteristik der Optik muss also der Steuerung bekannt sein. Diese Charakteristik wird einmalig erfasst und in der Speichereinheit abgelegt.The movable subsystem is driven by a servomotor. For the control of the servomotor, a control is needed the one arithmetic unit, a storage unit and a data acquisition unit or data interface. Via the data interface the controller gets information about the current one Laser power. This information may be from the laser source, from the higher-level control or by a sensor unit to be delivered. The arithmetic unit of the controller processes the time-dependent information about the laser power and calculates a time-dependent correction value. With this correction value, the servomotor is controlled. For the Calculating the correction value, the controller needs the behavior predict the imaging optics, the characteristic of optics must therefore be known to the controller. This characteristic becomes unique recorded and stored in the memory unit.
Die Fokusposition wird erfindungsgemäß aktiv nachgeregelt. Dazu gibt es eine Reihe von Möglichkeiten.The Focus position is actively readjusted according to the invention. There are a number of possibilities.
Eine erste Gruppe von möglichen Ausführungsformen umfasst die folgenden Systemkomponenten:
- 1) Sensor zur Ermittlung der Fokusposition.
- 2) Steuerrechner, der die Sensordaten verarbeitet und daraus Korrekturdaten für die verfahrbare Achse der Optik berechnet.
- 3) Verfahrbare Achse der Optik zur Änderung bzw. Korrektur der Fokusposition. Diese Achse kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden: a. Als Achse wird die Führungsmaschine (z. B. Roboter oder Portal) verwendet, an der die Optik befestigt ist. In diesem Fall sollten die Korrekturdaten an die Steuerung der Führungsmaschine übergeben werden. b. Zwischen Führungsmaschine und Optik wird eine zusätzliche Achse eingebaut, die die Korrektur der Fokusposition durch Verschieben der ganzen Optik vornimmt. c. In der Optik ist eine Linse oder ein Teil-Linsensystem mittels einer Zusatzachse beweglich gelagert, wodurch die Fokusposition verschoben werden kann. Die Zusatzachse ist also in die Optik integriert und damit die zusätzlich bewegten Massen besonders gering.
- 1) Sensor for determining the focus position.
- 2) control computer, which processes the sensor data and calculates correction data for the movable axis of the optics.
- 3) Movable axis of the optics for changing or correcting the focus position. This axis can be realized in different ways: a. The axis used is the guide machine (eg robot or portal) to which the optics are attached. In this case, the correction data should be transferred to the control of the leading machine. b. Between guide machine and optics, an additional axis is installed, which makes the correction of the focus position by moving the entire optics. c. In the optics, a lens or a partial lens system is movably mounted by means of an additional axis, whereby the focus position can be shifted. The additional axis is thus integrated into the optics and thus the additional moving masses are particularly low.
Eine zweite Gruppe von möglichen Ausführungsformen umfasst die folgenden Systemkomponenten:
- 1) Mittel zum Erfassen der momentanen Laserleistung. Diese Mittel können sein: a. Eine Datenschnittstelle, welche Daten über die aktuelle Laserleistung von der übergeordneten Steuerung empfängt. b. Ein in der Optik angebrachter Sensor, der die Laserleistung misst. Z. B. kann das eine Photodiode sein, die einen minimalen, aber konstanten Bruchteil der Laserstrahlung empfängt.
- 2) Steuerrechner, der die Laserleistungsdaten verarbeitet, die zeitliche Änderung der Fokusposition berechnet und daraus Korrekturdaten für die verfahrbare Achse der Optik bestimmt.
- 3) Verfahrbare Achse der Optik zur Änderung bzw. Korrektur der Fokusposition. Diese Achse kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden: a. Als Achse wird die Führungsmaschine (z. B. Roboter oder Portal) verwendet, an der die Optik befestigt ist. In diesem Fall müssen die Korrekturdaten an die Steuerung der Führungsmaschine übergeben werden. b. Zwischen Führungsmaschine und Optik wird eine zusätzliche Achse eingebaut, die die Korrektur der Fokusposition durch Verschieben der ganzen Optik vornimmt. c. In der Optik ist eine Linse oder ein Teil-Linsensystem mittels einer Zusatzachse beweglich gelagert, wodurch die Fokusposition verschoben werden kann. Die Zusatzachse ist also in die Optik integriert und damit die zusätzlich bewegten Massen besonders gering.
- 1) means for detecting the instantaneous laser power. These means may be: a. A data interface that receives data about the current laser power from the higher-level controller. b. An optically mounted sensor that measures laser power. For example, this may be a photodiode that receives a minimum but constant fraction of the laser radiation.
- 2) control computer, which processes the laser power data, calculates the time change of the focus position and determines therefrom correction data for the movable axis of the optics.
- 3) Movable axis of the optics for changing or correcting the focus position. This axis can be realized in different ways: a. The axis used is the guide machine (eg robot or portal) to which the optics are attached. In this case, the correction must be data are passed to the control of the guiding machine. b. Between guide machine and optics, an additional axis is installed, which makes the correction of the focus position by moving the entire optics. c. In the optics, a lens or a partial lens system is movably mounted by means of an additional axis, whereby the focus position can be shifted. The additional axis is thus integrated into the optics and thus the additional moving masses are particularly low.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben; es zeigt:Further advantageous features of the invention are in the subclaims described. The invention will be more apparent from the figures described; it shows:
Bevorzugt
ist die Kombination der folgenden Komponenten:
Ein in der Optik
integrierter Sensor
An optically integrated sensor
Der
in die Optik integrierte Sensor
Ferner
ist es vorgesehen, die in die Optik integrierte Zusatzachse mit
einem größeren Verstellbereich auszustatten. Die
Zusatzachse dient dann nicht nur zur laserleistungsabhängigen
Korrektur der Fokusposition, sondern zusätzlich zur gezielten
Verstellung der Fokusposition
Zu
diesem Zweck ist die Optik bevorzugt aus insgesamt vier Gruppen
aufgebaut, wie in
- 1010
- LichtleitfaserspitzeLichtleitfaserspitze
- 1111
- divergenter Laserstrahldivergent laser beam
- 1212
- kollimierter Laserstrahlcollimated laser beam
- 1515
- Laserstrahlfokus in Soll-z-Lagelaser beam focus in nominal z position
- 1818
- Laserstrahlfokus mit z-Lagen-Korrektur ohne Fokus-Shiftlaser beam focus with z-position correction without focus shift
- 1919
- Laserstrahlfokus ohne z-Lagen-Korrektur mit Fokus-Shiftlaser beam focus without z-position correction with focus shift
- 2121
- erste Linsengruppe (Kollimator)first Lens group (collimator)
- 2222
- Linsengruppelens group
- 2323
- Linsengruppelens group
- 2424
- letzte Linsengruppe (Fokussierung)latest Lens group (focusing)
- 2626
- Strahlteiler, für die Laserstrahlung antireflex-beschichtetBeamsplitter for the laser radiation antireflex-coated
- 2727
- Strahlteiler, für die Laserstrahlung hochreflektierend beschichtetBeamsplitter highly reflective coated for the laser radiation
- 3030
- Stellmotorservomotor
- 3131
- Linearführunglinear guide
- 3232
- Schlittencarriage
- 4040
- Steuerung mit Rechen- und Speichereinheitcontrol with computing and storage unit
- 4141
- optischer Sensoroptical sensor
- 4242
- schematische Kennzeichnung der aktiven Fläche des Sensorsschematic Identification of the active surface of the sensor
- 4343
- optischer Fokuslagen-Sensor bzw. Autofokus-Sensoroptical Focus position sensor or autofocus sensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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