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PRIMES GmbH
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Speziell für brillante Hochleistungslaser um eine HighBrilliance-Option erweitert:
Mit dem HighPower-MSM-HighBrilliance (HP-MSM-HB) lassen sich Leistungsdichteverteilungen von SM-Lasern bis 10 kW mittlerer Leistung direkt im Fokus bestimmen.

Fokusgeometrien von Multikilowattlasern vermessen

NIR-Laser mit hoher Strahlqualität und hoher mittlerer Leistung werden zunehmend in der Lasermaterialbearbeitung eingesetzt. Mit diesen Lasern lassen sich Fokusgeometrien im Bereich von 20 bis mehreren 100 Mikrometern realisieren. Den sich dabei ergebenden Leistungsdichten bis in den GW/cm²-Bereich kann kein bekanntes Material auf Dauer widerstehen. Konventionelle, scannende Messverfahren zur Analyse scheiden bei dieser Strahlung aus. PRIMES hat speziell für feinfokussierte Hochleistungslaser das kamerabasierte Fokusanalysesystem, den MicroSpotMonitor (MSM), um eine HighBrilliance-Option erweitert.

Mit dem HighPower-MSM-HighBrilliance können Fokusgeometrien von Lasern mit hoher Brillanz und Single-Mode Laser mit bis zu zehn Kilowatt Strahlleistung vermessen werden. Dabei ist es dem System möglich,die Strahlparameter des fokussierten Strahls von Multikilowattlasern im Bereich von 20 bis 1000 Mikrometern direkt in der Bearbeitungszone bei den verwendeten Prozessparametern zu ermitteln. Ein CCD-Chip erfasst zweidimensional die Leistungsdichteverteilung des Laserstrahls. Das Messobjektiv wird durch die integrierte Gasspülung vor Verschmutzung weitestgehend geschützt.

Verbesserte Messeigenschaften
Der HighPower-MSM-HighBrilliance verbessert die Messeigenschaften:

  • Interner Fokusshift < 10 % der Rayleighlänge/kW bei Singlemode Lasern
  • Die Beobachtungsebenen aller drei internen Strahlwege liegen auf besser ± 1 mm

Aus der Praxis

PRIMES wendet sich mit seinem neuen System an alle Laser- und Anlagenbauer sowie Endanwender. Der HighPower-MSM-HighBrilliance kann von Beginn der Entwicklung neuer Bearbeitungskonzepte an, bis hin zur Qualitätssicherung in bestehenden Anlagen unterstützen und sichert so die Zuverlässigkeit der Prozesse.

Messverfahren – das Prinzip

Der HighPower-MSM-HighBrilliance ermittelt Strahlparameter fokussierter Laserstrahlen von Multikilowattlasern im Bereich von 20 Mikrometern bis zu einem Millimeter direkt in der Bearbeitungszone – auch bei voller Leistung.

Dazu werden 95 % der Laserleistung durch einen Strahlteiler durch das Messobjektiv transmittiert und absorbiert. Die restlichen fünf Prozent werden im Messobjektiv weiter abgeschwächt und durch interne wassergekühlte Absorber vernichtet. Ein Teilstrahl mit wenigen Milliwatt Leistung wird auf den CCDSensor vergrößert abgebildet.

Das Messobjektiv wurde für Strahlleistungen bis zehn Kilowatt Singlemode ausgelegt. Der HighPower-MSM-HighBrilliance ist zusätzlich mit einem Sicherheitskreis ausgestattet, der mit dem Laser verbunden werden kann und bei Überhitzung oder Gerätefehlern die Laseremission unterbricht. So wird das Messgerät vor Beschädigungen geschützt.

Mit dem HighPower-MSM-HighBrilliance werden im Fokusbereich Leistungsdichteverteilungen in bis zu 50 Messebenen einzeln gemessen. Aus diesen Leistungsverteilungen setzt sich die Fokuskaustik zusammen. Aus jeder einzelnen Verteilung werden Strahlgeometrien, wie Strahlposition, Strahlradius und Halbachsenlängen sowie die Verkippung der Halbachsen zur Geräteachse nach den in der Norm ISO 11146 beschriebenen Verfahren (2. Momente und 86 % Leistungseinschuss) bestimmt.

Aus den Strahlgeometriedaten werden die Strahlpropagationsparameter wie Fokuslage, Fokusradius, Rayleighlänge, Divergenz, Beugungsmaßzahl M² und Strahlparameterprodukt aufgeschlüsselt. Gemäß ISO 11146 werden aus den Messdaten für die Halbachsen des Strahls die Elliptizität des Fokus und die astigmatische Differenz ermittelt.

Zudem lässt sich der Strahlrichtungsfehler aus der Faser ermitteln. Neben den beschriebenen Kaustikmessungen lassen sich mit dem HighPower-MSM-HighBrilliance auch Untersuchungen zum zeitlichen Verhalten der Leistungsdichteverteilung einer bestimmten Ebene durchführen.
Mit einer zeitlichen Auflösung von ca. 2 Sekunden kann beispielsweise das Verhalten des Lasers in der Werkstückebene betrachtet werden.

Gemessene Strahlparameter

  • Strahldurchmesser
  • Rayleighlänge
  • Fernfelddivergenz
  • M² / SPP
  • Leistung (optional in Verbindung mit einem PowerLossMonitor)

Bedienung

Für die Bedienung des HighPower-MSM-HighBrilliance stehen zwei Alternativen zur Verfügung:

  • Die PC-basierte LaserDiagnosticsSoftware ermöglicht es, die Strahlverteilung manuell und halbautomatisch zu messen und die Strahlposition und Strahlabmessungen zu ermitteln.
  • Skripte steuern halbautomatisiert den HighPower-MSM-HighBrilliance, beispielsweise für sich wiederholende Messaufgaben in Service, Qualitätssicherung und Abnahme.

Beide Alternativen werden auf den aktuellen Messablauf individuell angepasst. Vorteil: Durch eine programmierte Benutzerführung können die Anforderungen an die Bedienung des HighPower-MSM-HighBrilliance erheblich reduziert werden.

Zubehör

Mit einer speziellen Halterung für Lichtleitkabel kann die Strahlgeometrie direkt aus der Faser vermessen werden. Es sind Adapter für LLK-B, LLK-D, QBH und HLC 16 verfügbar.

Mit der Option zur Leistungsmessung kann die im Absorber eingekoppelte Strahlleistung direkt gemessen werden. Die LaserDiagnosticsSoftware bietet die Optionen, Messergebnisse zu evaluieren und Grenzwerte zu überwachen.

Die LaserDiagnosticsSoftware ermöglicht zudem die Verwendung von alternativen Strahlradiusdefinitionen:

  • 2. Momente (Standard)
  • 86 % Leistungseinschluss (Standard)
  • Schlitzverfahren
  • Schneidenverfahren
  • Gaußfitverfahren
  • 86 % Leistungsdichteabfallverfahren
  • zwei zusätzliche Leistungseinschlussverfahren mit frei wählbarer Leistungsschwelle.