DE3930495C2 - Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls - Google Patents

Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls

Info

Publication number
DE3930495C2
DE3930495C2 DE3930495A DE3930495A DE3930495C2 DE 3930495 C2 DE3930495 C2 DE 3930495C2 DE 3930495 A DE3930495 A DE 3930495A DE 3930495 A DE3930495 A DE 3930495A DE 3930495 C2 DE3930495 C2 DE 3930495C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
laser
focus
power
diameter
correction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE3930495A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3930495A1 (de
Inventor
Hinrich Dipl Phys Martinen
Reinhold Dipl Phys Dr R Dinger
Ludwig Ing Grad Ulbrich
Richard Walker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rofin Sinar Laser GmbH
Original Assignee
Rofin Sinar Laser GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rofin Sinar Laser GmbH filed Critical Rofin Sinar Laser GmbH
Priority to DE3930495A priority Critical patent/DE3930495C2/de
Publication of DE3930495A1 publication Critical patent/DE3930495A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3930495C2 publication Critical patent/DE3930495C2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/046Automatically focusing the laser beam
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/04Automatically aligning, aiming or focusing the laser beam, e.g. using the back-scattered light
    • B23K26/042Automatically aligning the laser beam
    • B23K26/043Automatically aligning the laser beam along the beam path, i.e. alignment of laser beam axis relative to laser beam apparatus
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls, mit einem insbesondere einen Festkörperlaser, dessen Laserstrahl mittels einer einstellbaren Optik in einem Fokus zusammenführbar ist.
Bei Lasern, insbesondere bei Festkörperlasern, erhöht sich bei einer Vergrößerung der Durchschnitts- oder Effektivleistung auch die Strahldivergenz. Dieser Effekt konnte z. B. bei Nd:YAG- Lasern festgestellt werden. Umgekehrt nimmt auch die Strahldiver­ genz ab, wenn die Laserleistung abnimmt. Dieser Effekt beruht auf der Änderung der thermischen Linsenwirkung des Laserstabes in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung. Die Divergenz des Strahls ist einer der Hauptfaktoren, welcher den Durchmesser des fokussierten Strahls beeinflußt, wenn eine Linse bzw. ein Spiegel-Strahlverteilungs-System als einstellbare Optik verwendet wird.
Als Folge des geschilderten Effektes ändert sich der Durchmesser des fokussierten Laserstrahls oder die Strahltaille, wenn die Durchschnitts- oder Effektivleistung des Lasers geändert wird. Diese Änderung des fokussierten Strahldurchmessers beeinflußt die Wirkung des Lasers auf Materialien und die Qualität der Materialbearbeitung. Zur effektiven Kontrolle des Bearbeitungs­ prozesses ist es deshalb erforderlich, nicht nur die mittlere oder die effektive Laserleistung zu überwachen, sondern auch gleichzeitig damit Korrekturen an der Laseroptik vorzunehmen. Bei bisher praktizierten Bearbeitungsverfahren mit Festkörper­ lasern, insbesondere Nd:YAG-Lasern, wurden die Korrekturen an der Laseroptik durch manuelles, empirisches Einstellen der relativen Positionen der optischen Elemente in einem Multi- Element-Strahlaufweitungsteleskop vorgenommen. Dies ist eine komplexe Aufgabe, sie erfordert beträchtliche Geschicklich­ keit und Erfahrung. Hinzu kommt, daß bei manueller Kompensa­ tion der fokussierte Laserstrahldurchmesser nicht zuverlässig oder genau genug reproduziert werden kann.
Aus der EP 0 143 743 B1 ist es be­ kannt, die Strahlparameter eines Laserstrahls für unter­ schiedliche Bearbeitungsverfahren durch automatisches Ver­ stellen optischer Komponenten, im konkreten Ausführungsbei­ spiel eine servogesteuerte verstellbare Modenblende, anzupas­ sen. Eine Überwachung der Laserleistung nach erfolgten auto­ matischen Umstellen der Anlage auf für das jeweilige Bearbei­ tungsverfahren optimierte Strahlparameter, um zusätzlich auch die im Betrieb durch die thermische Linseneinwirkung bewirkte Veränderung der Strahlparameter zu kompensieren, ist nicht offenbart.
Gemäß der älteren europäischen Patentan­ meldung, die zur EP 0 400 830 A2 geführt hat, gilt es als Stand der Technik, die thermische Linsenwir­ kung bei einem Nd:YAG-Laser automatisch dadurch zu kompensie­ ren, daß die Position eines optischen Elements rechnergesteu­ ert in Abhängigkeit von der dem Laseroszillator zugeführten Pumpleistung verändert wird.
Der Erfindung liegt nun gegenüber dem vorveröffentlichten Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laser­ strahls der Art so auszubilden, daß sich die Laserstrahl-Ein­ stelleinrichtung selbsttätig an Veränderungen oder Schwankun­ gen der Laserleistung (Durchschnitts- oder Effektivleistung) anpaßt und dabei Fokusdurchmesser und Fokuslage des Laser­ strahls konstant hält, ohne daß dafür ein manuelles, empiri­ sches Einstellen oder Nachstellen der Laseroptik erforderlich wäre. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die folgenden weiteren Merkmale nach dem Patentanspruch 1 gekennzeichnet:
  • a) Mit dem Laser ist ein Leistungsmeßglied zur Bestimmung der vom Laser abgegebenen Laserleistung gekoppelt, wobei das Leistungsmeßglied ein optisches Leistungsmeßglied am Laser ist, welches die vom Laser abgegebene Lichtleitung mißt,
  • b) an den Ausgang des Leistungsmeßgliedes ist ein Korrek­ turglied angeschlossen, durch welches abhängig von der momen­ tanen Laserleistung eine Korrekturgröße zur Konstanthaltung des Laserstrahl-Fokusdurchmessers erzeugbar ist,
  • c) die zur Laserstrahl-Fokusjustierung verstellbare Optik des Lasers ist mit einem Stellglied gekoppelt, dessen Eingangs­ seite über eine Signalleitung die Korrekturgröße des Korrek­ turgliedes zuführbar ist, wobei das Stellglied von der Kor­ rekturgröße in dem Sinne beaufschlagbar ist, daß bei jeder momentanen Laserleistung ein vorgegebener Fokusdurchmesser eingehalten wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Einstelleinrichtung nach dem Patentanspruch 1 sind in den Patentansprüchen 2 bis 4 an­ gegeben. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß die neue Einstelleinrichtung nicht nur dazu verwendet werden kann, während des Betriebes Fokus­ durchmesser und Fokuslage leistungsunabhängig konstant zu halten, sondern auch dazu, den kleinstmöglichen fokussierten Strahldurchmesser zu erhalten, und dies ebenfalls unabhängig von der momentanen Laserleistung. Diese beiden Einstellmöglichkeiten haben deutliche Vorteile für die Optimierung der Wechselwirkung zwischen Bearbeitungslaser und Werkstück.
Das Korrekturglied kann ein analoger oder digitaler Datenspeicher sein. Im letztgenannten Falle ist dem Korrekturglied ein Analog/Digitalwandler vorzuschalten und ein Digital/Analogwandler nach­ zuschalten. Da jeder Laserstab eines Festkörperlasers eine eigene Kennlinie "Fokusdurchmesser in Abhängigkeit von der Laserdurchschnittsleistung" aufweist und auch die Charakteristik der zum Pumpen des Lasers verwendeten Blitzlampen nicht völlig gleichartig ist, so ist für eine gegebene Laseranordnung vor ihrer Inbetriebnahme vorteilhafterweise eine Eichkurve aufzunehmen, die im Datenspeicher des Korrekturgliedes gespeichert wird. Dieses kann nun so ausgebildet sein, daß es laserleistungsabhängig an seinem Ausgang die Korrekturgröße bereits abgibt, d. h. abhängig von der in ihm gespeicherten Eichkurve. Diese Korrekturgröße wird dann auf das Stellglied der Laseroptik gegeben, so daß bei jeder momentanen Laserleistung ein vorgegebener Fokusdurchmesser eingehalten wird. Es handelt sich dabei um einen Steuerungs­ vorgang.
Eine noch feinere Nachregulierung im Sinne eines Regelvorgangs lädt sich gemäß Patentanspruch 2 mit den folgenden Merkmalen erreichen:
Das Korrekturglied umfaßt einen Datenspeicher zur Aufnahme einer charakteristischen Eichkurve, welche die Abhängigkeit des Fokusdurchmessers von der Laserleistung definiert, und das Korrekturglied umfaßt ferner ein Vergleichsglied zum Vergleich der momentanen Laserleistung mit der Eichkurve, wobei das Ver­ gleichsglied die Soll-Istwert-Differenz zwischen Soll-Fokus­ durchmesser und Ist-Fokusdurchmesser bildet und daraus die Korrekturgröße ermittelt.
Insbesondere ist der Datenspeicher Bestandteil eines Mikro­ prozessors des Lasers. Dieser erhält die Soll-Positionen der Laseroptik von Daten, die als Eichkurve in die Software des Mikroprozessors eingespeichert sind oder errechnet sich die Soll-Positionen über eine programmierte Funktion.
Die Laseroptik ist insbesondere als ein Linsen- und/oder Spiegel-Strahlverteilungs-System ausgebildet, vorzugsweise als sogenanntes Multi-Element-Strahlaufweitungsteleskop. Mit diesem ist vorzugsweise ein Servomotor als Stellglied gekoppelt. Im Falle der Verwendung eines Datenspeichers zur Aufnahme der Eich­ kurve wird dieser bevorzugt so ausgebildet, daß er - für den Fall, daß ein neuer Laserstab eingesetzt oder die Blitzlampen erneuert werden - löschbar und mit einer neuen Eichkurve auffüllbar ist.
Im folgenden werden anhand der Zeichnung mehrere Ausführungs­ beispiele nach der Erfindung sowie weitere Merkmale und Vorteile näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Einstelleinrichtung nach der Erfindung für einen Festkörperlaser, die als Steuerungseinrichtung arbeitet,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Einstellein­ richtung für einen Festkörperlaser, die Bestandteil eines Regelkreises ist, und
Fig. 3 ein Diagramm, welches den Verlauf des fokussierten Strahl­ durchmessers in Abhängigkeit von der Laserleistung zeigt, und zwar die obere und untere Kurve unkorrigiert, mit einem maximalen bzw. minimalen Strahldurchmesser und die mittlere Kurve mit einem konstanten Strahldurch­ messer.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Laser 1 ist ein Fest­ körperlaser des Typs Neodym-YAG (YAG ist eine Abkürzung für Yttrium-Aluminum-Oxid-Garnet bzw. Yttrium-Aluminium-Granat). Das aktive Lasermedium besteht aus einem stabförmigen Kristall des genannten Materials, welches mit Neodym dotiert ist. Der Laserstab kann verspiegelte Endflächen aufweisen; anstelle der verspiegelten Endflächen können zu den Endflächen des Laserstabs in einem bestimmten Abstand auch optische Elemente, wie ange­ schliffene Prismen und Spiegel zur Definition der Laserkavität angeordnet sein (nicht dargestellt). Die Pumpenergie wird dem Laser 1 durch wenigstens eine Blitzlampe 2 zugeführt. Dargestellt sind zwei Blitzlampen, die mit ihrer Längsachse parallel zur optischen Achse 1.0 des Lasers 1 angeordnet sind. Die Anordnung kann insbesondere so getroffen sein, daß eine Blitzlampe 2 in der einen Brennlinie eines elliptischen Reflektors angeordnet ist und das Festkörperlaser-Material oder der Laserstab in der anderen Brennlinie (nicht dargestellt). Der Laser 1 arbeitet insbesondere im Pulsbetrieb; hierzu wird den Blitzlampen 2 die elektrische Pulsenergie von einer Energiequelle 3 über elektri­ sche Leitungen 4 zugeführt. Die Erzeugung der Gleichspannungs­ pulse für die Blitzlampen 2 mittels Schaltnetzteilen ist näher beschrieben in dem Buch "Solid-State-Laser-Engineering" von W. Koechner, Springer-Verlag New York, Heidelberg, Berlin, 1976, Seiten 278-288 und 296-300, so daß hier von einer näheren Erläuterung abgesehen werden kann. Wichtig ist für die Material­ bearbeitung mit einem Laser 1, daß die Pulsenergie der Blitz­ lampen und die Pulsfolgefrequenz sowie die Pulsdauer der ihnen zugeführten elektrischen Pulse und damit die Lichtpulse des Lasers 1 einstellbar sind.
Durch die Leitung 5 ist eine kombinierte Leitung zur Steuerung und Energieversorgung von innerhalb des Lasers 1 angeordneten optischen Komponenten symbolisiert, zu diesen Komponenten kann z. B. ein Q-switch und ein Moden-Selektor gehören. Der Laser­ strahl 6 gelangt z. B. über einen (nicht dargestellten) Auskoppel­ spiegel durch die als Ganzes mit 7 bezeichnete einstellbare Optik in Gestalt eines fokussierten Strahls 6.1 auf ein Werkstück 8 im Auftreffpunkt 9. Der Strahlauftreffpunkt 9 kann zu einer Schweißnaht 10 gehören. Zur einstellbaren Optik 7, die man auch als Strahlaufweitungs-Teleskop bezeichnen kann, gehören die im Weg des Laserstrahls 6 hintereinander geschalteten optischen Elemente einer Zerstreuungslinse, die als Strahlaufweiter 7a dient und gemäß den Richtungspfeilen +x, -x längs der optischen Achse 1.0 in beiden Richtungen verstellbar ist, und es gehören ferner dazu die dem Strahlaufweiter 7a nachgeschalteten beiden Sammel­ linsen 7b, 7c, welche den vom Strahlaufweiter 7a auf die Linse 7b geworfenen divergierenden Strahlabschnitt 6.2 in zwei Stufen fokussieren. Dabei liegt der konvergierende Strahlabschnitt 6.3 zwischen den beiden Sammellinsen 7b, 7c, er wird durch die zweite Linse 7c noch weiter fokussiert. Der auf das Werkstück 10 auftreffende Strahlabschnitt 6.1 weist eine engste Stelle, die Strahltaille 11 auf, zugleich Brennpunkt oder Fokus.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung E1 zum Einstellen von Lage und Durchmesser des Fokus oder der Strahltaille des Laser­ strahls 6 in Bezug auf den Auftreffpunkt 9 umfaßt also den schon beschriebenen Laser 1, insbesondere einen Festkörperlaser, dessen Laserstrahl 6 mittels der einstellbaren Optik 7 in einem Fokus 11 zusammenführbar ist. Sie umfaßt ferner die folgenden Komponenten:
  • - Ein Leistungsmeßglied 12 zur Bestimmung der vom Laser 1 abgegebenen Laserleistung. Dieses Leistungsmeßglied 12 ist ein optisches Leistungsmeßglied am Laser 1, welches die vom Laser abgegebene Lichtleistung mißt. Hierfür könnten z. B. Si-, Ge-, oder InGaAs-Meßköpfe mit zugehöriger elektronischer Verstärker und Auswerte- Schaltung verwendet werden, deren aufbereitete Signale zum Ansteuern von Mikrocomputern geeignet sind;
  • - ein Korrekturglied 13, welches über eine Signalleitung 14 an den Ausgang des Leistungsmeßglieds 12 angeschlossen ist. Durch dieses Korrekturglied 13 ist abhängig von der momentanen Laserleistung eine Korrekturgröße y = f(N) (N bedeutet die momentane Laserleistung) zur Konstanthaltung des Laserstrahl- Fokusdurchmessers erzeugbar. Dieses Korrekturglied 13 erzeugt die Stellgröße y zur Beaufschlagung des Stellglieds 15 über die Signalleitung 16 unmittelbar, weil in ihm zu jedem momen­ tanen Leistungsmeßwert schon die Stellgröße y, z. B. der Dreh­ winkel eines Drehschrittgebers, eingespeichert ist;
  • - das schon erwähnte Stellglied 15, das an die verstellbare Optik 7 des Lasers 1 angekoppelt ist. Der Eingangsseite dieses Stellglieds 15 wird, wie erwähnt, über die Signalleitung 16 die Korrekturgröße y des Korrekturglieds 13 zugeführt. Das Stellglied 15 ist nun von der Korrekturgröße y in dem Sinne beaufschlagbar, daß bei jeder momentanen Laserleistung N ein vorgegebener Fokusdurchmesser D am Strahlauftreffpunkt 9 des Werkstücks 8 eingehalten wird. Fokusdurchmesser D soll hier wie im folgenden den Durchmesser des Brennflecks im Auftreff­ punkt 9 bedeuten, der mit dem Fokus oder der Strahltaille 11 zusammenfallen kann, aber nicht muß. Das Stellglied 15 setzt im Falle seiner Ausführung als Drehschrittgeber die Dreh­ schritte um in entsprechende Axialverschiebungen in Richtung +x oder -x des Strahlaufweiters 7a. Dieser Strahlaufweiter 7a wie auch die ihm optisch nachgeschalteten Sammellinsen 7b, 7c sind innerhalb eines Gehäusetubus 17 angeordnet.
Bei einer gegebenen durchschnittlichen Strahlleistung oder effektiven Leistung des Lasers 1 habe der Strahlaufweiter 7a die durch die achsnormale Linie 18 definierte axiale Position. Dabei befindet sich die Taille 11 oder die engste Stelle des Strahls, durch welche der eigentliche Fokus definiert ist, an der Stelle 11, axial dahinter hat sich der Strahl wieder etwas aufgeweitet, so daß im Auftreffpunkt 9 der Strahlquerschnitt wieder etwas größer ist, vgl. Durchmesser D. Bei einer Vergröße­ rung der Laserdurchschnittsleistung besteht die Tendenz, daß Lage und Durchmesser des Fokus 11 und damit die Querschnitts­ fläche des Laserstrahl-Auftreffpunktes 9 sich verändern, in diesem Falle würde sich der Auftreffpunkt 9 in seiner Fläche vergrößern, so daß sich also auch die Schweißnaht 10, wenn das Werkstück 8 mit konstantem Vorschub relativ zum Laserstrahl 6 bewegt wird, verbreiterte. Man kann nun diese unerwünschte Flächenvergrößerung des Laserstrahl-Auftreffpunktes 9 dadurch kompensieren, daß man den Strahlaufweiter 7a, wie in Fig. 2 dargestellt, um ein geringes Stück in Richtung -x, z. B. um das Stück - Δx, in axialer Richtung verschiebt, so daß der Strahlen­ kegel 6.2, der auf die erste Sammellinse 7b auftrifft, verschmä­ lert wird. Damit wird der Öffnungswinkel des Strahlenkegels des Strahlabschnitts 6.1 auch kleiner, der Fokus 11 verschiebt sich in Richtung auf das Werkstück 8, so daß die an sich durch die Laserdurchschnittsleistungs-Vergrößerung gegebene Strahlauf­ weitung wieder kompensiert wird. Umgekehrt würde bei einer Verringerung der Laserdurchschnittsleistung der Strahlaufweiter zur Kompensation in Richtung +x wieder zurückverschoben werden (wie in Fig. 1 dargestellt) oder über die Linie 18 hinaus in Richtung +x, z. B. um das Stück + Δx. Diese Einstellvorgänge werden mit der Einstelleinrichtung El nach Fig. 1 im Sinne einer Steuerung durch das Korrekturglied 13 durchgeführt.
Mit der Einstelleinrichtung nach Fig. 2 laufen diese Kompensations­ vorgänge im Sinne einer Regelung ab. Hierzu umfaßt das Korrektur­ glied 13 einen Datenspeicher 19 zur Aufnahme einer charakteristi­ schen Eichkurve, welche die Abhängigkeit des Fokusdurchmessers 11 von der Laserleistung definiert. Mit einer Dateneingabe 20 kann die Eichkurve im Datenspeicher 19 gespeichert werden. Bei der Einstelleinrichtung E2 nach Fig. 2 umfaßt das Korrekturglied 13 zusätzliche elektronische Bauteile zur Verwirklichung eines Sollwert-Istwert-Vergleichs. Es vergleicht nämlich die momentane Laserleistung mit der eingespeicherten Eichkurve und ermittelt die Sollwert-Istwert-Differenz zwischen dem Soll-Fokusdurchmes­ ser und dem Ist-Fokusdurchmesser an einer bestimmten Stelle, die auch mit dem Strahlauftreffpunkt 9 am Werkstück 8 zusammentreffen kann. Hieraus ermittelt das Korrekturglied 13 die Korrektur­ größe und daraus eine Stellgröße y, die dem Stellglied 15 vom Ausgang des Korrekturglieds 13 über die Signalleitung 16 zuge­ führt wird. Dieses Stellglied 15 kann wieder ein Winkelschritt­ geber sein, der seine Winkelausschläge über ein Getriebe in eine entsprechende axiale Verstellbewegung in Richtung -x oder +x des Strahlaufweiters 7a umsetzt. Mit der Einrichtung E2 ist es möglich, die Strahltaille 11, deren Strahlquerschnitt den Fokus oder Brennpunkt des Strahls 6 definiert, mit dem Auftreff­ punkt 9 zusammenfallen zu lassen und durch die laserleistungs­ abhängige Regelung den Strahlaufweiter 7a und gegebenenfalls weitere optische Elemente so zu verstellen, daß der Fokus lei­ stungsunabhängig immer mit dem Strahlauftreffpunkt 9 zusammen­ fällt. Anstelle eines Winkelschrittgebers mit einem Getriebe zur Erzeugung einer axialen Verstellbewegung für den Strahlauf­ weiter 7a, z. B. mittels einer, Zahnschiene, könnte als Servomotor auch ein Linearmotor Verwendung finden, der eine lineare Ver­ stellbewegung unmittelbar erzeugt. Die dargestellte einstell­ bare Optik wird, wie erwähnt, auch als Strahlaufweitungs-Teleskop bezeichnet. Der Vorteil der Einrichtung E2 nach Fig. 2 besteht u. a. darin, daß der Datenspeicher 19 als löschbarer und wieder­ aufladbarer Datenspeicher ausgeführt werden kann (EPROM), so daß bei einer Auswechslung des Laserstabes oder der Blitzlampen eine neue Eichkurve eingespeichert werden kann.
Im übrigen unter­ scheidet sich das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 nicht von demjenigen nach Fig. 1.
Im Diagramm nach Fig. 3 verdeutlicht die obere Kurve D1 quali­ tativ den größten unkorrigierten Strahldurchmesser und die untere Kurve D2 den minimalen Strahldurchmesser im Fokuspunkt. Beide Strahldurchmesser D1 und D2 sind eine Funktion der Laserleistung N (Abszissenachse) und steigen mit dieser an. Zwischen diesen beiden Kurven D1 und D2 liegt die Gerade D = const., welche einen konstanten Strahldurchmesser im Auftreffpunkt repräsentiert. Die Einstelleinrichtungen E1 und E2 nach der Erfindung steuern nun die einstellbare Optik 7 oder auch das abstimmbare Strahl­ aufweitungs-Teleskop so, daß im Strahlauftreffpunkt immer ein konstanter Strahldurchmesser D vorhanden ist. Dies ist bei der Materialbearbeitung, insbesondere beim Schweißen, Löten oder Trennen, von besonderer Bedeutung.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laser­ strahls, mit einem Laser (1), insbesondere einem Festkörperlaser, dessen Laserstrahl (6) mittels einer einstellbaren Optik (7) in einem Fokus (11) zusammenführbar ist, mit den folgenden weiteren Merkmalen:
  • a) Mit dem Laser (1) ist ein Leistungsmeßglied (12) zur Bestimmung der vom Laser (1) abgegebenen Laserleistung gekoppelt, wobei das Leistungsmeßglied (12) ein optisches Leistungsmeßglied am Laser (1) ist, welches die vom Laser abgegebene Lichtleistung mißt,
  • b) an den Ausgang des Leistungsmeßgliedes (12) ist ein Korrekturglied (13) angeschlossen, durch welches abhängig von der momentanen Laserleistung eine Korrekturgröße (y) zur Konstanthaltung des Laserstrahl-Fokusdurchmessers (D) erzeugbar ist,
  • c) die zur Laserstrahl-Fokusjustierung verstellbare Optik (7) des Lasers (1) ist mit einem Stellglied (15) gekoppelt, dessen Eingangsseite über eine Signalleitung (16) die Korrekturgröße (y) des Korrekturgliedes (13) zuführbar ist, wobei das Stellglied (15) von der Korrekturgröße (y) in dem Sinne beaufschlagbar ist, daß bei jeder momentanen Laserleistung (N) ein vorgegebener Fokusdurchmesser (D) eingehalten wird.
2. Einstelleinrichtung nach Anspruch 1 mit den weiteren Merkmalen:
  • b1) Das Korrekturglied (13) umfaßt einen Datenspeicher (19) zur Aufnahme einer charakteristischen Eichkurve, welche die Abhängigkeit des Fokusdurchmessers von der Laserleistung definiert,
  • b2) das Korrekturglied (13) umfaßt ferner ein Vergleichsglied zum Vergleich der momentanen Laserleistung (N) mit der Eichkurve, wobei das Vergleichsglied die Soll- Istwert-Differenz zwischen Soll-Fokusdurchmesser (D) und Ist-Fokusdurchmesser bildet und daraus die Korrekturgröße (y) ermittelt.
3. Einstelleinrichtung nach Anspruch 2, mit dem weiteren Merkmal, daß als Stellglied (15) ein Servomotor vorgesehen ist, der mit einem Teleskop als verstellbarer Optik gekoppelt ist.
4. Einstelleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, mit dem weiteren Merkmal, daß der Datenspeicher (19) löschbar und mit einer neuen Eichkurve beschreibbar ist.
DE3930495A 1989-09-12 1989-09-12 Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls Expired - Fee Related DE3930495C2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3930495A DE3930495C2 (de) 1989-09-12 1989-09-12 Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3930495A DE3930495C2 (de) 1989-09-12 1989-09-12 Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3930495A1 DE3930495A1 (de) 1991-03-21
DE3930495C2 true DE3930495C2 (de) 1996-11-07

Family

ID=6389289

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3930495A Expired - Fee Related DE3930495C2 (de) 1989-09-12 1989-09-12 Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3930495C2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007060344A1 (de) * 2007-12-14 2009-06-18 Alpha Laser Gmbh Materialbearbeitungslaser mit Teleskop

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2917642B2 (ja) * 1992-01-24 1999-07-12 三菱電機株式会社 レーザ出力制御装置
DE9407288U1 (de) * 1994-05-02 1994-08-04 Trumpf Gmbh & Co, 71254 Ditzingen Laserschneidmaschine mit Fokuslageneinstellung
DE19549531B4 (de) * 1994-10-14 2007-12-13 Mitsubishi Denki K.K. Festkörperlaservorrichtung und Laserbearbeitungsvorrichtung
EP0916441A1 (de) * 1997-11-14 1999-05-19 Fujifilm Electronic Imaging Limited System und Verfahren zur Fokusfeststellung
DE102007016301A1 (de) * 2007-04-04 2008-10-09 P.A.L.M. Microlaser Technologies Gmbh Laser-Mikrodissektionsverfahren und Laser-Mikrodissektionsvorrichtung
CN104275550A (zh) * 2013-07-10 2015-01-14 星云电脑股份有限公司 可维持光束尺寸均等的激光切割机
CN117655525B (zh) * 2023-12-29 2024-05-24 惠州市振邦精密五金有限公司 一种动力电池连接片的自动焊接方法及其装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3689159A (en) * 1970-06-11 1972-09-05 Mitsubishi Electric Corp Laser processing apparatus
DE3462568D1 (en) * 1983-10-28 1987-04-09 Gretag Ag Laser device for processing work pieces
IL78936A (en) * 1986-05-27 1990-02-09 Electro Optics Ind Ltd Laser apparatus
US4858239A (en) * 1988-05-26 1989-08-15 Elop Electrooptics Industries Ltd. Laser system
GB8912765D0 (en) * 1989-06-02 1989-07-19 Lumonics Ltd A laser

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007060344A1 (de) * 2007-12-14 2009-06-18 Alpha Laser Gmbh Materialbearbeitungslaser mit Teleskop

Also Published As

Publication number Publication date
DE3930495A1 (de) 1991-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1965945B1 (de) Scannerkopf und bearbeitungsmaschine damit
EP2310163B1 (de) Verfahren zum exzentrischen ausrichten eines laserschneidstrahls zu einer düsenachse und zum schrägschneiden; entsprechende laserbearbeitungskopf und laserbearbeitungsmaschine
DE102012100721B3 (de) Verfahren zum Regeln eines Laserschneidprozesses und Laserschneidmaschine
EP0451164A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum bearbeiten von werkstücken mit laserstrahlung.
EP3256285A1 (de) Bestrahlungseinrichtung, bearbeitungsmaschine und verfahren zum herstellen einer schicht bzw. eines teilbereichs einer schicht eines dreidimensionalen bauteils
WO2021005061A1 (de) Optische apparatur und verfahren zum laserschweissen eines werkstücks, mit mehreren teilstrahlen, die im strahlprofil eine kernzone und eine ringzone aufweisen
EP4017674B1 (de) Verfahren zum brennschneiden mittels eines laserstrahls
DE10045191A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Echtzeitsteuerung der Strahlcharakteristiken bei einer mit einem Laser ausgerüsteten Werkzeugmaschine
DE1690626C3 (de) Verfahren und Anordnung zur Steuerung des Elektronenstrahles einer Elektronenstrahlanlage
DE3521918A1 (de) Laserstrahl-bearbeitungseinrichtung
DE3930495C2 (de) Einrichtung zum Einstellen von Fokusdurchmesser und Fokuslage eines Laserstrahls
DE2713904A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mittels laserstrahl erzeugten gratfreien bohrungen
DE60006586T2 (de) Laserstrahlvorrichtung zum zielen und verfahren zum schneiden oder markieren eines werkstücks
EP1066666A1 (de) Laser mit einer einrichtung zur veränderung der verteilung der intensität des laserlichtes über den laserstrahlquerschnitt
WO2019197227A1 (de) Laserstrahlpositioniersystem, laserbearbeitungsvorrichtung und steuerungsverfahren
EP0223066B1 (de) Vorrichtung zum Auflöten elektronischer Bauelemente auf eine Schaltungsplatine
DE2034341B2 (de) Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen
DE60102597T2 (de) Laser mit hoher spitzenleistung und dessen anwendung zur erzeugung von licht im extrem-uv-bereich
WO2001038038A2 (de) Vorrichtung für einen laser-hybrid-schweissprozess
EP0001216B1 (de) Einrichtung zum Bearbeiten, insbesondere Schneiden von Werkstücken mittels eines Laserstrahles
EP1068923B1 (de) Verfahren zur Erzeugung einer Intensitätsverteilung über einen Arbeitslaserstrahl sowie Vorrichtung hierzu
EP0451464B1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Regelung des Schweissstromes bzw. der Schweissleistung in Abhängigkeit von der Schweissgeschindigkeit
WO2022074094A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum erzeugen einer definierten laserlinie auf einer arbeitsebene
DE102015003591A1 (de) Schweissverfahren und schweissvorrichtung
WO2004030857A1 (de) Vorrichtung zum schweissen mittels laserstrahlung

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee