DE102021130944A1

DE102021130944A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls und Laseranlage

Info

Publication number: DE102021130944A1
Application number: DE102021130944.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Franz; Jan Werschnik
Original assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls (102) weist einen Einlass (112) zum Einlassen eines Messstrahls (110) auf, der einen Teil des Strahls (102) repräsentiert, der nach Durchlaufen einer Strahlführungsgeometrie (104) auf einen Spiegel (106) trifft und aus einer Rückseite des Spiegels (106) austritt. Ferner weist die Vorrichtung (100) eine optische Einrichtung (114), die ausgebildet ist, um den Messstrahl (110) in einen ersten Teilstrahl (116) und in einen zweiten Teilstrahl (118) aufzuteilen und den ersten Teilstrahl (116) mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung (122) und den zweiten Teilstrahl (118) mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung (124) zu leiten, sowie die die erste Sensoreinrichtung (122) und die zweite Sensoreinrichtung (124) auf.

Description

Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls sowie auf eine Laseranlage.
Beim Einrichten von Laserstrahlengängen muss die Strahllage oft kontrolliert eingestellt werden. Dazu können sogenannte Indikatorkarten oder Strahlanalysegeräte eingesetzt werden.
Die EP 3 310 519 B1 beschreibt eine entsprechende Justageanordnung zur Offline-Justage eines Scannerkopfs.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird mit dem vorliegenden Ansatz eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls sowie eine verbesserte Laseranlage gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der beschriebene Ansatz kann für ein unkompliziertes, ungefährliches und gemessen am Verhältnis von Rüstzeit zu Justagedauer hoch effizientes Justieren von Strahlengängen, beispielsweise eins Laserstrahlengangs ermöglichen.
Eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls weist die folgenden Merkmale auf:

einen Einlass zum Einlassen eines Messstrahls, der einen Teil des Strahls repräsentiert, der nach Durchlaufen einer Strahlführungsgeometrie auf einen Spiegel trifft und aus einer Rückseite des Spiegels austritt;
eine optische Einrichtung, die ausgebildet ist, um den Messstrahl in einen ersten Teilstrahl und in einen zweiten Teilstrahl aufzuteilen und den ersten Teilstrahl mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung und den zweiten Teilstrahl mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung zu leiten;
die erste Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, um den ersten Teilstrahl zu erfassen und ein erstes Sensorsignal bereitzustellen, das ein Abbild des Strahls in einer durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung repräsentiert; und
die zweite Sensoreinrichtung, die ausgebildet ist, um den zweiten Teilstrahl zu erfassen und ein zweites Sensorsignal bereitzustellen, das ein Abbild des Strahls in einer durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung repräsentiert.

Bei dem Strahl kann es sich um elektromagnetische Strahlung, beispielsweise um einen Laserstrahl handeln. Der Strahl kann beispielsweise zur Materialbearbeitung oder Oberflächenabtastung eingesetzt werden. Dazu kann der Strahl unter Verwendung der Strahlführungsgeometrie und dem Spiegel abgelenkt werden, beispielsweise zu einem Laserscanner zum Weiterleiten des Laserstrahl zu einem zu bearbeitenden Werkstück. Die Strahlführungsgeometrie kann eine Blende darstellen. Der Spiegel kann teildurchlässig sein, sodass ein Teil des Strahls an der Rückseite des Spiegels austreten und als Messstrahl zum Bestimmen eines Strahlverlaufs des Strahls verwendet werden kann. Somit kann es sich bei dem Spiegel um einen Strahlteiler handeln. Der Einlass kann eine Öffnung oder ein optisches Element sein, in das der Messstrahl eintreten kann. Die optische Einrichtung kann bekannte optische Elemente, beispielsweise Linsen und einen Strahlteiler umfassen. Die optische Einrichtung kann eine erste Abbildungsoptik ausformen, durch die die erste Fokussierung bewirkt werden kann und eine zweite Abbildungsoptik ausformen, durch die die zweite Fokussierung bewirkt werden kann. Dabei kann unter einer Fokussierung die Bündelung von Strahlen auf einen Punkt verstanden werden. Bei wellenoptischer Betrachtung kann unter einer Fokussierung die Bündelung von Strahlen auf eine Strahltaille verstanden werden. Bei einmodiger Strahlung kann das eine Gaußsche Strahltaille sein. Durch die unterschiedlichen Fokussierungen kann der Strahl an unterschiedlich weit von den Sensoreinrichtungen entfernten Positionen von den Sensoreinrichtungen scharf abgebildet werden. Dabei kann die erste Fokussierung so gewählt sein, dass ein Strahlverlauf des Strahls in Bezug auf einen Ort bestimmt werden kann. Die zweite Fokussierung kann so gewählt sein, dass ein Strahlverlauf des Strahls in Bezug auf eine Richtung bestimmt werden kann. Die Sensoreinrichtungen können als ein Feld von Bildpunkten umfassende Bildsensoren ausgeführt sein. Unter Verwendung der Sensorsignale kann der Strahlverlauf des Strahls in Ort und Richtung bestimmt werden.
Die Vorrichtung kann als ein sogenanntes inline-Modul oder als ein sogenannter Beammonitor realisiert werden. Im Unterschied zu anderen Verfahren zur Bestimmung eines Strahlverlaufs entfällt ein großer Teil der sonst erforderlichen Rüstzeit und es können Ausfallzeiten vermieden werden. Beispielsweise ist es im Vergleich zu einer Verwendung einer Indikatorkarte nicht erforderlich, dass ein Lasersicherheitssystem deaktiviert und in der Umgebung Lasersicherheit hergestellt wird. Das bedeutet, das auch angrenzende Anlagen weiterbetrieben werden können. Im Vergleich zur Verwendung von andersartigen Beammonitoring-Geräten entfällt die Montage in eine zu überwachende Maschine und es entfällt das Versetzen eines Sensors in zwei Höhen zur sequentiellen Messung von Ort und Richtung des Strahles und zur Messung des Strahles. Mit der parallelen Darstellung von Strahlort und Strahlrichtung ist es gemäß einer Ausführungsform nur noch erforderlich, an zumindest einem Justageelement zu iterieren. Damit ergeben sich kurze Rüst- und Umrüstzeiten. Die Genauigkeit der Justage ist dabei sehr hoch, vergleichbar mit dem Niveau der Verwendung von Strahlanalysegeräten. Vorteilhafterweise sind keine Eingriffe in den heißen Strahl erforderlich. Die Lasersicherheit bleibt gewahrt. Somit können die Messwerte zur Bestimmung von Strahlort und Stahlrichtung im Betrieb einer den Strahl verwendenden Maschine gewonnen werden. Dadurch werden Driften durch Temperaturänderungen oder Verschleiß sichtbar, bevor sie prozessrelevant werden. Die Vorrichtung kann somit Predictive-Maintenance und Fernwartung unterstützen. So können Servicekosten gesenkt und die Verfügbarkeit beispielsweise einer Laseranlage erhöht werden.
Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle zu einer Auswerteeinrichtung oder eine solche Auswerteeinrichtung umfassen. Alternativ können entsprechende Auswerteeinrichtungen Teil der Sensoreinrichtungen sein. Somit kann die erste Sensoreinrichtung ausgebildet sein, um unter Verwendung das erste Sensorsignals als ein Ortssignal zu bestimmen, das einen Ort des Strahls repräsentiert. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Sensoreinrichtung ausgebildet sein, um das zweite Sensorsignal als ein Richtungssignal zu bestimmen, das eine Richtung des Strahls repräsentiert. Dazu kann auf bekannte Auswerteverfahren zurückgegriffen werden. Beispielsweise können entsprechende Orts- und Richtungsinformationen durch eine Auswertung von Positionen von Bildpunkten der Sensoreinrichtungen bestimmt werden, die Abbilder des Strahls detektieren.
Beispielsweise kann die erste Sensoreinrichtung ausgebildet sein, um eine Position eines Mittelpunkts des Abbilds des Strahls und eine Position eines Abbilds eines Rands der Strahlführungsgeometrie zu bestimmen und unter Verwendung eines Abstands zwischen der Position des Abbilds des Strahls und der Position des Abbilds des Rands der Strahlführungsgeometrie das erste Sensorsignal als ein Überwachungssignal bereitzustellen. Die jeweiligen Positionen können beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Bildauswerteverfahrens bestimmt werden. Das Überwachungssignal kann beispielsweise zur Justage der Vorrichtung oder zur Überwachung eines Zustands einer den Strahl verwendenden Anlage verwendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Fokussierung der optischen Einrichtung eine Scharfstellung der ersten Sensoreinrichtung auf eine Position der Strahlführungsgeometrie bewirken. Zusätzlich oder alternativ kann die zweite Fokussierung der optischen Einrichtung eine Scharfstellung der zweiten Sensoreinrichtung nach unendlich bewirken. Dies ermöglicht eine Bestimmung einer Lage des Strahls in Bezug zu der Strahlführungsgeometrie, die gemäß einer Ausführungsform nicht Teil der Vorrichtung ist. Dadurch entfallen mehrere ansonsten mögliche Fehlerbeiträge, beispielsweise hervorgerufen durch eine Lage der Sensoreinrichtungen oder einer Lage der Vorrichtung in Bezug zu einer den Strahl verwendenden Anlage.
Die optische Einrichtung kann einen Strahlteiler, eine erste Linse und eine zweite Linse umfassen. Auf diese Weise kann eine Funktionalität der optischen Einrichtung mit wenigen Bauteilen realisiert werden.
Beispielsweise kann der Strahlteiler dazu zwischen der ersten Linse und der ersten Sensoreinrichtung angeordnet sein. Die zweite Linse kann zwischen dem Strahlteiler und der zweiten Sensoreinrichtung angeordnet sein. Vorteilhafterweise kann die erste Linse in Bezug zu der ersten Sensoreinrichtung zur Fokussierung und in Bezug zu der zweiten Sensoreinrichtung ergänzt durch die zweite Linse als Teleskoplinse verwendet werden.
Die Vorrichtung kann eine Beleuchtungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet sein kann, um einen Lichtstrahl zum Beleuchten eines Rands der Strahlführungsgeometrie auszusenden. Dies ist vorteilhaft, wenn ein Fassungsrand der Strahlführungsgeometrie ohne Zusatzbeleuchtung nicht sicher erkannt werden kann, beispielsweise ein Durchmesser des Strahls im Vergleich zu einem Durchmesser der Strahlführungsgeometrie sehr klein ist.
Beispielsweise kann die Beleuchtungseinrichtung ausgebildet sein, um den Lichtstrahl auf die Rückseite des Spiegels zu leiten, um den Rand der Strahlführungsgeometrie durch den Spiegel hindurch zu beleuchten. Dadurch kann die Vorrichtung kompakt gehalten werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Beleuchtungseinrichtung zwischen der Strahlführungsgeometrie und dem Spiegel angeordnet sein. Dadurch kann eine Intensität des Lichtstrahls gering gehalten werden.
Die Vorrichtung kann ein Gehäuse umfassen, wobei der Einlass in einer Wand des Gehäuses angeordnet und wobei die optische Einrichtung, die erste Sensoreinrichtung und die zweite Sensoreinrichtung in dem Gehäuse angeordnet sein können. Durch das Gehäuse können optische Elemente der Vorrichtung geschützt werden und die Vorrichtung kann als ein kompaktes Bauteil beispielsweise als Zusatzkomponente an eine Laseranlage montiert werden.
Optional kann die Vorrichtung den Spiegel und optional zusätzlich die Strahlführungsgeometrie umfassen.
Eine Laseranlage kann eine Lasereinkopplungseinrichtung zum Einkoppeln eines Strahls, eine eine Strahlführungsgeometrie umfassende Strahlformungseinrichtung zum Formen eines Strahls, einen Spiegel zum Umlenken des Strahls und einer Scaneinrichtung zum Lenken des von dem Spiegel umgelenkten Strahls zu einem Werkstück und eine genannte Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs des Strahls umfassen.
Die Laseranlage kann beispielsweise zum Bearbeiten des Werkstücks oder zum Abtasten oder Analysieren einer Oberfläche Werkstücks verwendet werden. Somit kann es sich bei dem Strahl um einen Laserstrahl handeln. Vorteilhafterweise kann der beschriebene Ansatz zum Bestimmen des Strahlverlaufs des von der Laseranlage verwendeten Strahls einfach in ein bestehende Laseranlage integriert werden. Vorteilhafterweise kann der Strahlverlauf dadurch einfach eingestellt und fortlaufend überwacht werden. Eine entsprechende Justage kann dabei unkompliziert, ungefährlich, schnell durchführbar und häufig kontrollierbar sein. Auf diese Weise kann ein entsprechendes Lasersystem sehr gut, zuverlässig und günstig zu betreiben sein.
Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs als ein zusätzliches Modul im Zusammenhang mit einer bestehenden Laseranlage eingesetzt werden. Ein solches Modul kann ein eigenständiges Produkt sein und beispielsweise eine Lasermaterial-Bearbeitungs-Laser-Ausrüstung darstellen.
Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs in Form eines zweikanaligen inline-Beammonitor an einem sekundären Strahlteilerausgang einer Laseranlage angekoppelt werden. Dies ermöglicht es, einen Justagezustand auch im Betrieb der Laseranlage zu überwachen und gegebenenfalls zu korrigieren. Relevante Änderungen im Betrieb sind z.B. Temperaturdriften, Komponentenwechsel und Verschleißerscheinungen.
Ein entsprechendes Verfahren zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls umfasst die folgenden Schritte:

• Einlassen eines Messstrahls, der einen Teil des Strahls repräsentiert, der nach Durchlaufen einer Strahlführungsgeometrie auf einen Spiegel trifft und aus einer Rückseite des Spiegels austritt;
• Aufteilen des Messstrahls in einen ersten Teilstrahl und in einen zweiten Teilstrahl und Leiten des ersten Teilstrahls mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung und des zweiten Teilstrahls mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung;
• Erfassen des ersten Teilstrahl unter Verwendung der ersten Sensoreinrichtung und Bereitstellen eines ersten Sensorsignals, das ein erstes Abbild des Strahls in einer durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung repräsentiert;
• Erfassen des zweiten Teilstrahls unter Verwendung der zweiten Sensoreinrichtung und Bereitstellen eines zweiten Sensorsignals, das ein zweites Abbild des Strahls in einer durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung repräsentiert; und
• Bestimmen des Strahlverlaufs mittels des das erste Abbild des Strahls repräsentierenden ersten Sensorsignals und des das zweite Abbild des Strahls repräsentierenden zweiten Sensorsignals.

Vorteilhafterweise kann der Schritt des Bestimmens ein Bestimmen einer Strahlrichtung und ein Bestimmen eines Ortes des Strahls in der zweiten Entfernung umfassen.
Die erste Entfernung kann vorteilhaft unendlich sein. Dann kann das erste Sensorsignal die Strahlrichtung des Laserstrahls repräsentieren. Nämlich kann der Ort eines abgebildeten Spots auf der ersten Sensoreinrichtung die Neigungswinkel des Strahls gegen die optische Achse z in der xz Ebene und in der yz-Ebene repräsentieren, wobei die beiden Neigungswinkel aus der x- Koordinate und der y-Koordinate des auf die erste Sensoreinrichtung abgebildeten Spots bestimmt werden können. Dabei können x, y, z ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden.
Die zweite Entfernung kann die Entfernung zu einer Blende sein. Die Blende kann als eine Engstelle oder Fassung ausgebildet sein. Dann kann das zweite Sensorsignal den Ort des Durchgangs des Laserstrahls durch die Blendenebene repräsentieren. Nämlich kann der Ort eines abgebildeten Spots auf der zweiten Sensoreinrichtung den Ort des Strahls in der Blendenebene repräsentieren, wobei der Ort des Strahls in der Blendenebene aus der x- Koordinate und der y-Koordinate des auf die zweite Sensoreinrichtung abgebildeten Spots bestimmt werden kann. Das kann vorteilhaft sein, wenn der Strahldurchmesser kleiner ist, als die Blendenöffnung. Damit kann man beispielsweise eine in der Blendenebene außermittige Strahllage identifizieren. Es kann sich aber auch um einen Strahl handeln, der die Blendenöffnung vollständig ausfüllt. Der Strahldurchmesser kann dabei durch die Blendenöffnung begrenzt sein. Wenn der Strahldurchmesser die Blendenöffnung ausfüllt, kann der Ort des Strahls in der Blendenebene dem Ort der Blende entsprechen. Somit kann also dabei gleichzeitig der Ort der Blendenöffnung selbst bestimmbar sein.
Die Schritte des Verfahrens können vorteilhafterweise unter Verwendung von Einrichtungen der genannten Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs umgesetzt und ausgeführt werden.

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Teildarstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Teildarstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Teildarstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
7 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
8 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls;
9 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls; und
10 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Laseranlage mit einer Vorrichtung zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Der Strahl 102 ist beispielsweise ein Laserstrahl. Lediglich beispielhaft wird der Strahl 102 nach Durchlaufen einer Strahlführungsgeometrie 104 an einem Spiegel 106 umgelenkt und zum Bearbeiten einer Oberfläche eines Werkstücks 108 verwendet.
Der Spiegel 106 ist ausgeformt, um den Strahl 102 nicht vollständig umzulenken. Ein Teil des Strahls 102 tritt daher als Messstrahl 110 aus einer Rückseite des Spiegels 106 aus und durchläuft einen Einlass 112.
Eine optische Einrichtung 114 der Vorrichtung 100 wird verwendet, um den Messstrahl 110 in einen ersten Teilstrahl 116 und in einen zweiten Teilstrahl 118 aufzuteilen. Dazu weist die optische Einrichtung 114 beispielsweise einen Strahlteiler 120 auf. Die optische Einrichtung 114 ist ferner ausgebildet, um den ersten Teilstrahl 116 mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung 122 und den zweiten Teilstrahl 118 mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung 124 zu leiten. Dazu weist die optische Einrichtung 114 beispielhaft eine erste Linse 126, eine zweite Linse 128 und eine dritte Linse 130 auf. Die erste Linse 126 und die dritte Linse 130 sind zwischen dem Strahlteiler 120 und der ersten Sensoreinrichtung 122 angeordnet und die zweite Linse 128 ist zwischen dem Strahlteiler 120 und der zweiten Sensoreinrichtung 124 angeordnet
Die erste Sensoreinrichtung 122 ist ausgebildet, um den ersten Teilstrahl 116 zu erfassen und ein erstes Sensorsignal 132 bereitzustellen, das ein Abbild des Strahls 102 in einer durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung 122 repräsentiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fokussierung so gewählt, dass die erste Sensoreinrichtung 122 das Abbild des Strahls 102 auf Höhe der Strahlführungsgeometrie 104 erfasst, die aus Sicht der ersten Sensoreinrichtung 122 hinter dem Spiegel 104, insbesondere zwischen einer Strahlungsquelle zum Aussenden des Strahls und dem Spiegel 104 liegt.
Die zweite Sensoreinrichtung ist ausgebildet, um den zweiten Teilstrahl 118 zu erfassen und ein zweites Sensorsignal 134 bereitzustellen, das ein Abbild des Strahls 102 in einer durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung 124 repräsentiert. Die zweite Entfernung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel größer als die erste Entfernung und liegt beispielsweise im Unendlichen. Unter den Entfernungen kann dabei eine Strecke entlang des Strahlengangs des Strahls 102 verstanden werden.
Die Sensoreinrichtungen 122, 124 umfassen beispielsweise je einen Bildsensor mit einer Mehrzahl von Bildpunkten zum Detektieren einer Lichtintensität. Beispielsweise sind die Sensoreinrichtungen 122, 124 je als eine Bilderfassungseinrichtung, beispielsweise als eine Kamera ausgeformt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt die Vorrichtung 100 eine Anordnung zur Bestimmung eines Strahlverlaufes in Ort und Richtung dar, bestehend aus den Sensoreinrichtungen 122, 124 in Form von zwei Kameras mit Abbildung eines Strahlquerschnitts in zwei Entfernungen, wobei eine dieser Entfernungen im „Unendlichen“ liegt. Dazu wird für jede Kamera eine andere Abbildungsoptik verwendet wird und die Anordnung wird hinter der Rückseite des Spiegels 106, beispielsweise eines Laserspiegels, platziert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Sensoreinrichtung 122 ausgebildet, um das erste Sensorsignal 132 als ein Ortssignal bereitzustellen, das einen Ort des Strahls 102 repräsentiert. Zusätzlich oder alternativ ist die erste Sensoreinrichtung 122 ausgebildet, um eine Position eines Mittelpunkts des Abbilds des Strahls 102 und eine Position eines Abbilds eines Rands der Strahlführungsgeometrie 104 zu bestimmen und unter Verwendung eines Abstands zwischen der Position des Abbilds des Strahls 102 und der Position des Abbilds des Rands der Strahlführungsgeometrie 104 das erste Sensorsignal 132 oder ein weiteres erstes Sensorsignal als ein Überwachungssignal 138 bereitzustellen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zweite Sensoreinrichtung 124 ausgebildet, um das zweite Sensorsignal 134 als ein Richtungssignal zu bestimmen, das eine Richtung des Strahls 102 repräsentiert.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist, um entsprechende Signale aus den Sensorsignalen 132, 134 zu bestimmen oder die Vorrichtung 100 umfasst eine Schnittstelle zu einer solchen Auswerteeinrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Bestimmeinrichtung 136, die ausgebildet ist, um den Strahlverlaufs unter Verwendung des ersten Sensorsignals 132, das das Abbild des Strahls 102 in der durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung 122 repräsentiert, und unter Verwendung des zweiten Sensorsignals 134 zu bestimmen, das das Abbild des Strahls 102 in der durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung 12t repräsentiert. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 100 eine Schnittstelle zu einer entsprechenden Bestimmeinrichtung 136 auf.
Die erste Entfernung ist gemäß einem Ausführungsbeispiel unendlich. In diesem Fall repräsentiert das erste Sensorsignal 132 die Strahlrichtung des Strahls 102. Nämlich kann der Ort eines abgebildeten Spots die Neigungswinkel des Strahls 102 gegen die optische Achse z in x-Richtung und in y-Richtung darstellen. Dabei können x, y, z ein rechtwinkliges Koordinatensystem bilden. Die zweite Entfernung entspricht gemäß einem Ausführungsbeispiel der Entfernung zu der Strahlführungsgeometrie 104, beispielsweise einer Blende. Die Blende kann als eine Engstelle oder Fassung ausgebildet sein. Dadurch repräsentiert das zweite Sensorsignal 134 den Ort des Durchgangs des Strahls 102 durch die Blendenebene.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 eine Beleuchtungseinrichtung mit der eines Rand der Strahlführungsgeometrie 104 beleuchtet werden kann. Aus dieser Beleuchtung resultierende Reflexionen an dem Rand können beispielsweise von der ersten Sensoreinrichtung 122 erfasst werden, wodurch eine Abbildung des Rands der Strahlführungsgeometrie 104 verbessert wird. Beispielsweise umfasst die Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle 140, die zwischen dem Spiegel 106 und der ersten Sensoreinrichtung 122, beispielsweise auch zwischen dem Einlass 112 und der ersten Sensoreinrichtung 122 angeordnet ist. In diesem Fall ist die die Beleuchtungseinrichtung beispielsweise ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl der Lichtquelle 140 auf die Rückseite des Spiegels 106 zu leiten, um den Rand der Strahlführungsgeometrie 104 durch den Spiegel 106 hindurch zu beleuchten. Alternativ oder zusätzlich ist eine weitere Lichtquelle 142 zwischen der Strahlführungsgeometrie 104 und dem Spiegel 106 angeordnet. Beispielsweise ist die weitere Lichtquelle 142 an der Strahlführungsgeometrie 104 befestigt.
Je nach Ausführungsform können der Spiegel 106 oder der Spiegel 106 und die Strahlführungsgeometrie 104 auch Teil der Vorrichtung 100 sein.
Die relevanten, einzustellenden Strahleigenschaften sind Ort und Richtung und/oder Richtungsstabilität. Der Strahl 102 darf durch freie Öffnungen einer Mechanik nicht beschnitten werden (=Strahlort) und die Lage eines Bearbeitungsspots auf dem Werkstück 108 soll sich nicht ändern, wenn eine Strahlvergrößerung mit der Vorrichtung 100 geändert wird (= Strahlrichtung).
Die Optiken der optischen Einrichtung 114 vor den beispielsweise als Kameras ausgeführten Sensoreinrichtungen 122, 124 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel so ausgelegt, das sie gerade einen relevanten Ort und die Strahlrichtung zeigen. Passend dazu werden Justagefreiheitsgrade gemäß einem Ausführungsbeispiel so gelegt, das Ort und Richtung möglichst nebenwirkungsarm gestellt werden könne. Beispielsweise wird bei einer entsprechenden Justage dazu nur eine Iteration benötigt.
Die Verwendung von zwei Sensoreinrichtungen 122, 124 sowie die Verwendung von Optiken zur Abbildung nach unendlich und in die Eintrittsebene eines den Spiegel 106 umfassenden Teilerwürfels sind gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgegeben. Mit dieser Vorgabe werden entkoppelte Messungen für „Strahlrichtung“ aus der Fokussierung sowie für den Strahlort an einer wählbaren Position ermöglicht. Die hier gewählte Position an der als Eintrittsfläche des Teilerwürfels ausgeführten Strahlführungsgeometrie 104 ist beispielhaft und kann auch eine andere Position sein. Vorteilhafterweise wird dabei jedoch nicht oder nicht nur die Position am Ort des Empfängers gemessen.
Diese Wahl wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ermöglicht durch eine Abbildung mit einer von der optischen Einrichtung 114 umfassten Teleskopanordnung. Die erste Linse 126 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel doppelt verwendet. Direkt für die Fokussierung und ergänzt um die zweite Linse 128 oder die dritte Linse 130 als Teleskoplinse. Ein Anwendungs-Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass die Lage des Strahls 102 in Relation zu der Strahlführungsgeometrie 104 gemessen wird, die eine relevante Geometrie der Strahlführung darstellt und nicht Teil der Vorrichtung 100 ist.
Dadurch entfallen gemäß einem Ausführungsbeispiel mehrere Fehlerbeiträge in der Strahlortbestimmung. Zum einen die Lage der beispielsweise als Sensor ausgeführten ersten Sensoreinrichtungen 122 in ihrem Gehäuse, eine Lage des Gehäuses in seiner Montierung sowie ein möglicher Lagefehler der gesamten beispielsweise als Beammonitor ausgeführten Vorrichtung zu einer Schnittstelle an einer Laseranlage.
Das Bild, das auf der beispielsweise als Strahlort-Kamera ausgeführten ersten Sensoreinrichtungen 122 ausgewertet wird, bestimmt dazu gemäß einem Ausführungsbeispiel die Lage von zwei Bildelementen einzeln. Für einen Gaußstrahl wird der Ort des Strahl 102 z.B. durch eine Bestimmung des Schwerpunktes oder des Maximums des hellen Bereichs ermittelt. Die Lage der Strahlführungselemente, beispielsweise der Strahlführungsgeometrie 104, wird ermittelt, indem z.B. in den dunklen Rand der geklippten Intensitätsverteilung ein Kreis oder anderes, der Geometrie der Fassungen angemessenes Modell, in die Position der „Randpixel“ angepasst wird. Die Differenz der Positionen „Strahlmitte“ und „Fassungsmitte“ kann zur Überwachung des Gerätezustandes oder als Justagefeedback verwendet werden.
Ist die Fassung so groß, dass das Klipping insbesondere im „zentrisch“ justierten Zustand klein ist, was bei „dünnen“ Strahlen in „großen“ Mechaniken der Fall sein kann, kann es passieren, dass der Fassungsrand der Strahlführungsgeometrie 104 nicht sicher detektiert wird. In diesem Fall wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die relevante Fassung, beispielsweise die relativ engste Stelle im der Strahlführung, zusätzlich beleuchtet. Dies erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel durch die als Zusatzlichtquelle ausgeführte Lichtquelle 140 in der Vorrichtung 100, die dem Messstrahl 110 entgegen in das Strahlführungssystem gesendet wird. Diese Lichtquelle 140 ist dann gemäß einem Ausführungsbeispiel ein physischer Bestandteil der Baugruppe der Vorrichtung 100 und beispielsweise innerhalb eines Gehäuses der Vorrichtung 100 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ wird die weitere Lichtquelle 142 eingesetzt, die nahe an der relevanten Strahlführungsgeometrie 104, beispielsweise einer Blende, befestigt ist. Die weitere Lichtquelle 142 ist dann beispielhaft nicht physisch mit der Baugruppe der Vorrichtung 100 verbunden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Strahl 102 von einem Laser erzeugt und die Strahlführungsgeometrie 104 ist in einer Strahlführung für den Strahl 102 vor dem beispielsweise als Laserspiegel ausgeführten Spiegel 106 angeordnet. Die Strahlführungsgeometrie 104 stellt beispielsweise eine Engstelle oder Fassung dar. Der von der Vorderseite des Spiegels 106 abgelenkte Strahl 102 wird über eine weitere Strahlführung und optional einem Scanner zu dem Werkstück 108 geleitet. Die erste Sensoreinrichtung 122 ist als ein Sensor zum Bestimmen des Orts und die zweite Sensoreinrichtung 124 als ein weiterer Sensor zum Bestimmen der Richtung des Strahls 102 ausgeführt. Die Sensoreinrichtungen 122, können beispielsweise Teil eines sogenannten Dual Camera Bords sein, das neben den Sensoren auch eine Steuereinrichtung und/oder Auswerteeinrichtung umfassen kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Dabei kann es sich um ein Ausführungsbeispiel der bereits anhand von 1 beschriebenen Vorrichtung handeln, mit dem Unterschied, dass die optische Einrichtung 114 anders realisiert ist.
Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Strahlteiler 120 in Form eines teildurchlässigen, beispielsweise halbdurchlässigen, Spiegels zwischen der ersten Linse 126 und der zweiten Sensoreinrichtung 124 angeordnet. Die zweite Linse 128 ist zwischen dem Strahlteiler 120 und der ersten Sensoreinrichtung 122 angeordnet.
Optional weist die Vorrichtung 100 ein Gehäuse 250 auf. Dabei ist der Einlass 112 in einer Wand des Gehäuses 250 angeordnet. Die optische Einrichtung 114 sowie die Sensoreinrichtungen 122, 124 sind von dem Gehäuse 250 umschlossen. Optional ist die in 1 gezeigte Lichtquelle zum Beleuchten der Strahlführungsgeometrie innerhalb des Gehäuses 250 angeordnet.
Optional weist das Gehäuse 250 eine elektrische Schnittstelle 552, beispielsweise zur Energieversorgung und/oder Datenübertragung auf. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 über die Schnittstelle 552 mit einem Kabel kontaktiert werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Teildarstellung einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Im Unterschied zu der Gesamtdarstellung in 1 sind von der optischen Einrichtung 114 lediglich die Linsen 126, 130 und die erste Sensoreinrichtung 122 zur Ortsbestimmung gezeigt. Die Linsen 126, 130 stehen stellvertretend für ein geeignetes Objektiv oder eine geeignete Linsenkombination.
Das Bild der Strahlführungsgeometrie 104, beispielsweise in Form einer Engstelle oder Fassung, auf der beispielsweise als Kamera ausgeführten ersten Sensoreinrichtung 122 ergibt zusammen mit dem Bild des Strahls 102, beispielsweise eines Laserstrahls, vom gleichen Z-Ort eine Ortsdifferenz zwischen „Blendenmittelpunkt“ und „Strahlmitte“. Diese ist der „Strahlort“ im Strahlführungssystem.
Beispielhaft ist in 3 eine Abbildung einer unteren Kante der Strahlführungsgeometrie 104 an der ersten Sensoreinrichtung 122 unter Verwendung eines ersten Teilstrahls 116 des Strahls 102 gezeigt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Teildarstellung einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Im Unterschied zu der Darstellung in 3 weist die optische Einrichtung 114 zum Fokussieren des Strahls 102 auf die erste Sensoreinrichtung 122 lediglich eine einzige Linse 126 als Einzellinse oder ein einzelnes Objektiv auf
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Teildarstellung einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Im Unterschied zu der Gesamtdarstellung in 1 sind von der optischen Einrichtung 114 lediglich die Linsen 128 und die zweite Sensoreinrichtung 124 zur Richtungsbestimmung gezeigt. Die Linse 128 steht stellvertretend für ein geeignetes Objektiv, eine geeignete Linse oder eine geeignete Linsenkombination.
Das transmittierte, im wesentlichen kollimierte Licht, hier Laserlicht, des Strahls 102 wird fokussiert. Der Ort des Brennpunktes auf der beispielhaft als Kamera ausgeführten zweiten Sensoreinrichtung 124 zeigt die „Strahlrichtung“ des Strahls 102 an.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Der Strahl 102 wird durch einen Strahlteiler 120 am Strahleingang in die Teilstrahlen 116, 118 aufgeteilt. Der erste Teilstrahl 116 wird auf die erste Sensoreinrichtung 122 fokussiert, wie es beispielhaft anhand von 3 beschrieben ist. Der zweite Teilstrahl 118 wird auf die zweite Sensoreinrichtung 124 fokussiert, wie es beispielhaft anhand von 5 beschrieben ist.
Somit können beide Strahlengänge, also ein erster Strahlengang des ersten Teilstrahls 116 und ein zweiter Strahlengang des zweiten Teilstrahls 118 kombiniert werden. Dabei ist es egal, welcher Strahlengang auf welcher Seite des Strahlteilers 120 liegt.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102. Der Strahl 102 wird durch einen Strahlteiler 120 am Strahleingang in die Teilstrahlen 116, 118 aufgeteilt. Der erste Teilstrahl 116 wird auf die erste Sensoreinrichtung 122 fokussiert und der zweite Teilstrahl 118 wird auf die zweite Sensoreinrichtung 124 fokussiert.
Somit werden die zwei Strahlengänge des ersten Teilstrahls 116 und des zweiten Teilstrahls 118 kombiniert. Dazu ist der Strahlteiler 120 nach einer Optik zur „Richtungsmessung“, hier beispielhaft nach der Linse 126 angeordnet. Diese Optik wird dann doppelt, d.h. auch als Teilsystem zur „Ortsmessung“ genutzt. Es ist dabei egal, welcher Strahlengang auf welcher
Seite des Strahlteilers 120 liegt. Die getauschte Variante ist in 2 symbolisiert.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls. Die Schritte des Verfahrens können beispielsweise unter Verwendung von Einrichtungen der anhand der anderen Figuren beschriebenen Vorrichtungen ausgeführt werden.
In einem Schritt 801 wird ein Messstrahl eingelassen, wie er beispielsweise anhand von 1 beschrieben wurde. Der Messstrahl wird in einem Schritt 803 in einen ersten Teilstrahl und in einen zweiten Teilstrahl aufgeteilt. Der erste Teilstrahl wird mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung und der zweite Teilstrahl wird mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung geleitet. In einem Schritt 805 wird der erste Teilstrahl unter Verwendung der ersten Sensoreinrichtung erfasst und es wird ein erstes Sensorsignal bereitgestellt, das ein erstes Abbild des Strahls in einer durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung repräsentiert. In einem Schritt 807 wird der zweite Teilstrahl unter Verwendung der zweiten Sensoreinrichtung erfasst und es wird ein zweites Sensorsignal bereitgestellt, das ein zweites Abbild des Strahls in einer durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung repräsentiert. In einem Schritt 809 wird der Strahlverlauf mittels des das ersten Abbild des Strahls repräsentierenden ersten Sensorsignals und des das zweite Abbild des Strahls repräsentierenden zweiten Sensorsignals bestimmt.
9 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls. Beispielsweise handelt es sich um ein Ausführungsbeispiel der anhand von 2 beschriebenen Vorrichtung. Dabei sind in 9 das Gehäuse 250 und der Einlass 112 sowie Befestigungspunkte zum Befestigen von innerhalb des Gehäuses 150 angeordneten Elementen der Vorrichtung 100 gezeigt.
10 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Laseranlage 1000 mit einer Vorrichtung 100 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls 102, wie sie beispielsweise anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben wurde.
Die Laseranlage 1000 weist eine Lasereinkopplungseinrichtung 1060 zum Einkoppeln eines Strahls 102, hier eines Laserstrahls, eine eine Strahlführungsgeometrie umfassende Strahlformungseinrichtung 1002 zum Formen des Strahls 102, einen Spiegel 106 zum Umlenken des Strahls 102 und eine Scaneinrichtung 1004 zum Lenken des von dem Spiegel 106 umgelenkten Laserstrahls zu einem Werkstück auf.
Die Lasereinkopplungseinrichtung 1060 ist beispielsweise als ein Faserlaser mit QBG-Anschluss oder als eine Freistrahlkopplung ausgeführt. Die Strahlformungseinrichtung 1002 umfasst beispielsweise einen Kollimator und einen Beamexpander. Die Strahlführungsgeometrie kann entsprechend der anhand von 1 beschrieben ausgeführt sein und beispielsweise als eine Blende realisiert sein. Der Spiegel 106 ist beispielsweise als ein Laserspiegel oder ein Strahlteiler ausgeformt. Die Scaneinrichtung 1004 ist beispielsweise als ein Galvoscanner ausgeführt. Optional umfasst die Laseranlage 1000 eine Fokussierlinse 1006 zum Fokussieren des von der Scaneinrichtung 1004 ausgerichteten Strahls 102 auf das Werkstück oder eine zu bearbeitende oder abzutastenden Oberfläche. Optional weist die Laseranlage 1000 ein F-Theta-Objektiv 1008 auf.
Wie anhand von 1 beschrieben wird ein aus der Rückseite des Spiegels 106 austretender Messstrahl 110 zu der Vorrichtung 100 geleitet, um eine einen Strahlenverlauf des Strahls 102 charakterisierende Positionsinformation und eine Richtungsinformation zu ermitteln.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der als Laserspiegel ausgeformte Spiegel 106 optimiert auf die bestmögliche Reflexion des Laserlichtes des Strahls 102. Dazu werden Schichtsysteme verwendet, die diese optimale Reflexion nur bei der Laserwellenlänge haben und deshalb auf einer abweichenden Wellenlänge als Strahlteiler für einen optionalen Kamerakanal funktionieren. Trotz der Optimierung tritt ein kleiner Teil des Laserlichtes des Strahls 102 gerade durch den Spiegel 106 und auf der Rückseite aus, in 6 nach unten.
Dieses den Messstrahl 110 ausformende parasitäre Licht wird unter Verwendung der Vorrichtung 100 analysiert. Der dazu erforderliche Spiegel 106 ist bei der gezeigten Laseranlage 1000 schon da. Für eine alternative stand-alone-Anwendung der Vorrichtung kann ein entsprechender Spiegel Bestandteil der Vorrichtung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3310519 B1 [0003]

Claims

Vorrichtung (100) zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls (102), wobei die Vorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: einen Einlass (112) zum Einlassen eines Messstrahls (110), der einen Teil des Strahls (102) repräsentiert, der nach Durchlaufen einer Strahlführungsgeometrie (104) auf einen Spiegel (106) trifft und aus einer Rückseite des Spiegels (106) austritt; eine optische Einrichtung (114), die ausgebildet ist, um den Messstrahl (110) in einen ersten Teilstrahl (116) und in einen zweiten Teilstrahl (118) aufzuteilen und den ersten Teilstrahl (116) mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung (122) und den zweiten Teilstrahl (118) mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung (124) zu leiten; die erste Sensoreinrichtung (122), die ausgebildet ist, um den ersten Teilstrahl (116) zu erfassen und ein erstes Sensorsignal (132) bereitzustellen, das ein Abbild des Strahls (102) in einer durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung (122) repräsentiert; und die zweite Sensoreinrichtung (124), die ausgebildet ist, um den zweiten Teilstrahl (118) zu erfassen und ein zweites Sensorsignal (134) bereitzustellen, das ein Abbild des Strahls (102) in einer durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung (124) repräsentiert.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, bei der die erste Sensoreinrichtung (122) ausgebildet ist, um das erste Sensorsignal (132) als ein Ortssignal bereitzustellen, das einen Ort des Strahls (102) repräsentiert und/oder bei der die zweite Sensoreinrichtung (124) ausgebildet ist, um das zweite Sensorsignals (134) als ein Richtungssignal zu bestimmen, das eine Richtung des Strahls (102) repräsentiert.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, bei der die erste Sensoreinrichtung (122) ausgebildet ist, um eine Position eines Mittelpunkts des Abbilds des Strahls (102) und eine Position eines Abbilds eines Rands der Strahlführungsgeometrie (104) zu bestimmen und unter Verwendung eines Abstands zwischen der Position des Abbilds des Strahls (102) und der Position des Abbilds des Rands der Strahlführungsgeometrie (104) das erste Sensorsignal (132) als ein Überwachungssignal (138) bereitzustellen.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die erste Fokussierung der optischen Einrichtung (114) eine Scharfstellung der ersten Sensoreinrichtung (122) auf eine Position der Strahlführungsgeometrie (104) und die zweite Fokussierung der optischen Einrichtung (114) eine Scharfstellung der zweiten Sensoreinrichtung (124) nach unendlich bewirkt.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der die optische Einrichtung (114) einen Strahlteiler (120), eine erste Linse (126) und eine zweite Linse (128) umfasst.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 4, bei der der Strahlteiler (120) zwischen der ersten Linse (126) und der ersten Sensoreinrichtung (122) angeordnet ist, und bei der die zweite Linse (128) zwischen dem Strahlteiler (120) und der zweiten Sensoreinrichtung (124) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einer Beleuchtungseinrichtung (140, 142), die ausgebildet ist, um einen Lichtstrahl zum Beleuchten eines Rands der Strahlführungsgeometrie (104) auszusenden.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7, wobei die Beleuchtungseinrichtung (140) ausgebildet ist, um den Lichtstrahl auf die Rückseite des Spiegels (106) zu leiten, um den Rand der Strahlführungsgeometrie (104) durch den Spiegel (106) hindurch zu beleuchten.
Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Beleuchtungseinrichtung (142) zwischen der Strahlführungsgeometrie (104) und dem Spiegel (106) angeordnet ist.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Gehäuse (250), wobei der Einlass (112) in einer Wand des Gehäuses (250) angeordnet ist und wobei die optische Einrichtung (114), die erste Sensoreinrichtung (122) und die zweite Sensoreinrichtung (124) in dem Gehäuse (250) angeordnet sind.
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit dem Spiegel (106).
Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit der Strahlführungsgeometrie (104).
Laseranlage (1000) mit einer Lasereinkopplungseinrichtung (1002) zum Einkoppeln eines Strahls (102), einer eine Strahlführungsgeometrie (104) umfassende Strahlformungseinrichtung (1002) zum Formen des Strahls (102), einem Spiegel (106) zum Umlenken des Strahls (102) und einer Scaneinrichtung (1004) zum Lenken des von dem Spiegel (106) umgelenkten Strahls (102) zu einem Werkstück, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseranlage (1000) eine Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Bestimmen eines Strahlverlaufs des Strahls (102) umfasst.
Verfahren zum Bestimmen eines Strahlverlaufs eines Strahls (102), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einlassen (801) eines Messstrahls (110), der einen Teil des Strahls (102) repräsentiert, der nach Durchlaufen einer Strahlführungsgeometrie (104) auf einen Spiegel (106) trifft und aus einer Rückseite des Spiegels (106) austritt; Aufteilen (803) des Messstrahls (110) in einen ersten Teilstrahl (116) und in einen zweiten Teilstrahl (118) und Leiten des ersten Teilstrahls (116) mit einer ersten Fokussierung zu einer ersten Sensoreinrichtung (122) und des zweiten Teilstrahls (118) mit einer sich von der ersten Fokussierung unterscheidenden zweiten Fokussierung zu einer zweiten Sensoreinrichtung (124); Erfassen (805) des ersten Teilstrahl (116) unter Verwendung der ersten Sensoreinrichtung (122) und Bereitstellen eines ersten Sensorsignals (132), das ein erstes Abbild des Strahls (102) in einer durch die erste Fokussierung bewirkten ersten Entfernung zu der ersten Sensoreinrichtung (122) repräsentiert; Erfassen (807) des zweiten Teilstrahls (118) unter Verwendung der zweiten Sensoreinrichtung (124) und Bereitstellen eines zweiten Sensorsignals (134), das ein zweites Abbild des Strahls (102) in einer durch die zweite Fokussierung bewirkten zweiten Entfernung zu der zweiten Sensoreinrichtung (124) repräsentiert; und Bestimmen (809) des Strahlverlaufs mittels des das erste Abbild des Strahls (102) repräsentierenden ersten Sensorsignals (132) und des das zweite Abbild des Strahls (102) repräsentierenden zweiten Sensorsignals (134).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (809) des Bestimmens ein Bestimmen einer Strahlrichtung und ein Bestimmen eines Ortes des Strahls (102) in der zweiten Entfernung umfasst.