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Das Universalwerkzeug für die Laserstrahlvermessung: der FocusMonitor FM+ zur Analyse von kontinuierlicher Laserstrahlung – auch bei hoher Strahlleistung. Ideal für die Vermessung von Laserstrahlquellen in der Materialbearbeitung, wie zum Beispiel Schweißen, Schneiden oder Oberflächenbearbeitung.

Der FocusMonitor misst die Stahleigenschaften von fokussierten Laserstrahlen. Neben den geometrischen Abmessungen des fokussierten Laserstrahls werden die Fokuslage im Raum, das Strahlparameterprodukt und die Beugungsmaßzahl bestimmt. Die integrierte z-Achse ermöglicht die automatische Vermessung kompletter Kaustiken über vier Rayleighlängen.

Der bewährte FocusMonitor FM ist zum FM+ weiterentwickelt. Er verfügt über eine neue Elektronik, die gegenwärtige und zukünftige Anforderungen in der Signalverarbeitung erfüllt. Zentrales Element ist die neue Hauptplatine mit einem 16 bit AD Wandler anstelle der vormals verwendeten 12 bit.

Der FM+ arbeitet mit der neuen Version der PRIMES LaserDiagnosticsSoftware und ist mit einer Ethernet-Schnittstelle zum schnellen und sicheren Datenaustausch mit Computern oder Anlagensteuerungen ausgestattet. Zudem erlaubt das neue mechanische Design eine Überkopfmontage ohne zusätzliche Bauteile.

Messverfahren – das Prinzip

Der FM+ ist ein opto-mechanisch abtastendes Messsystem. Der Laserstrahl wird mit einer speziellen Messspitze abgetastet, in welcher sich eine kleine Bohrung (typischer Durchmesser: 20 μm) befindet, durch die ein geringer Anteil der Laserstrahlung eintritt. Mittels zweier Umlenkspiegel wird der Strahlungsanteil auf einen Detektor gelenkt, der je nach Laserleistung und Wellenlänge ausgewählt und konfiguriert wird.

So können unterschiedliche Laserstrahlquellen und -systeme allein durch optimale Auswahl der Messspitze und des dazugehörigen Detektors bei maximaler Laserstrahlleistung gemessen werden.

Die hohe Bahngeschwindigkeit der rotierenden Messspitze erlaubt die Analyse von großen Leistungsdichten. Durch die Dynamik der verwendeten Analog-Digital-Wandler wird ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt. Sehr geringe Intensitäten werden neben hohen Spitzenintensitäten gleichermaßen präzise abgebildet. Dies ist eine der Voraussetzungen zur automatischen Messung von Kaustiken im fokusnahen Bereich über mindestens vier Rayleighlängen entsprechend der ISO 11146.

Erweiterte Funktiona­lität dank neuer LDS

Mit der neuen Diagnosesoftware LDS bietet der FM+ deutlich mehr Funktionalitäten. Neben der schnelleren Datenübertragung per Ethernet erlaubt die LDS eine vollautomatische, halbautomatische oder manuelle Messung der Strahlverteilung nach innovativen Standards ebenso wie der Strahlposition und den Strahlabmessungen.

Zudem können Messungen mit höherer Auflösung und frei wählbarem ROI (Region of Interest) aufgezeichnet werden. Der FM+ ist mit einer höheren Dynamik ausgestattet, wodurch die Bestimmung von Strahldurchmessern sogar bei schlechtem Signal-Rausch-Verhältnis möglich ist. Weitere Parameter wie Strahltaillendurchmesser, Divergenzwinkel, Rayleighlänge und Beugungsmaßzahl M2 sind Beispiele von Strahleigenschaften, welche über die LDS basierend auf den Messergebnissen des FM+ ermittelt werden können.

Die Anzahl der Messebenen ist frei programmierbar, typischerweise liegt sie zwischen 11 und 21 Ebenen. Komplette Messreihen und Berechnungsergebnisse können gespeichert und bei Bedarf wieder geladen werden, um mit diesen vorab definierten Grunddaten erneut zu messen. Alternativ zur neuen LDS kann der FM+ mit der Vorgängerversion 2.9 betrieben werden. Beide Softwareversionen laufen unter Windows 7 ® oder höheren Betriebssystemen.

Messspitzen und Detektoren

Für fehlerfreie Messergebnisse ist der FocusMonitor je nach Strahlquelle mit den geeigneten Messspitzen und Detektoren auszustatten. Ein Wechsel des Detektors als auch der Messspitze ist innerhalb weniger Minuten vom Anwender durchführbar. Für die unterschiedlichen Divergenzen und Wellenlängen verschiedener Strahlquellen stehen angepasste Messspitzen sowie Detektoren zur Verfügung. Die Detektoren sind mit einem EEPROM ausgestattet, wodurch die Verbindung zur PRIMES LaserDiagnosticsSoftware möglich ist. Die Auflösung des Detektors und die Messfenstergröße können in der Software eingestellt werden.

Für den Wellenlängenbereich von CO2-Lasern ( λ = 10,6 µm) kommen hauptsächlich pyroelektrische Detektoren wie der DFCM+ zusammen mit CO2 high power Messspitzen zum Einsatz. Für die Analyse von Festkörper- Laserstrahlung im Bereich zwischen 400 und 1100 nm wird der hochdynamische Detektor DFY-PS+ mit automatischer Signalanpassung eingesetzt. Der DFIG-PS+ Detektor steht für Wellenlängen von λ = 1 – 2.1 μm zur Verfügung. In der Regel werden diese Detektoren mit einer NIR high div Messspitze kombiniert. Für die zuweilen höher divergenten Diodenlaser stehen zusätzliche Messspitzen zur Verfügung. Zusätzlich können angepasste Detektoren, z. B. mit optimalem Signal-Rausch-Verhältnis oder auch Messspitzen mit erhöhter bzw. reduzierter Empfindlichkeit geliefert werden.

Da während der Diagnose praktisch keine Laserstrahlleistung absorbiert wird, ist der FM+ idealerweise in Kombination mit einem Leistungsmesser wie dem PowerMonitor zu betreiben. Dadurch können zusätzlich die Laserleistung gemessen und der Strahl sicher absorbiert werden.