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Der MicroSpotMonitor (MSM) ist das ideale Werkzeug zur Kontrolle, Überwachung und Qualifizierung von sehr fein fokussierten Laserstrahlen, wie sie etwa in der Mikromaterialbearbeitung eingesetzt werden. Der MSM vermisst und analysiert die räumliche Strahlverteilung rund um den Fokus in verschiedenen z-Positionen automatisch.

Grundlagen

Der fokussierte Laserstrahl bestimmt in ganz erheblichem Maße die Qualität des Fertigungsergebnisses. Er bildet bei den meisten Verfahren der Lasermaterialbearbeitung das eigentliche Werkzeug. Dieses Werkzeug für Lasersysteme, die in der Mikromaterialbearbeitung eingesetzt werden, zu qualifizieren und zu überwachen ist die Aufgabe des MSM. Durch regelmäßige Messungen können bspw. Veränderungen im Strahlprofil, an der Fokuslage oder den Strahlabmessungen erkannt und protokolliert werden. Die Ergebnisse dienen dabei nicht ausschließlich der Fehleranalyse sondern auch der Optimierung eines Prozesses in der Mikrobearbeitung. Aus den verschiedenen Einsatzmöglichkeiten des MSM ergeben sich für die Bediener die unterschiedlichsten Lösungsansätze für ihre Anwendungen.

Aus der Praxis

Bei der Verfahrensentwicklung können die Laserparameter einfach und reproduzierbar dokumentiert werden. Die Inbetrieb- und Abnahme von Laseranlagen kann schnell und mit gleichbleibender Qualität durchgeführt werden. Alterungsprozesse in optischen Komponenten, die zu einer Veränderung der Strahlparameter führen, können frühzeitig erkannt werden. Die gezielte Planung von Wartungsarbeiten ist somit möglich. Eine gleichbleibende Qualität der zu bearbeitenden Teile wird gewährleistet. Bei Ausfällen der Anlage kann die Fehlerquelle einfach lokalisiert werden, was die Stillstandzeiten drastisch reduziert.

Messverfahren – das Prinzip

Der MicroSpotMonitor ermittelt Strahlparameter fokussierter Laserstrahlen von Lasern mit mittleren Leistungen bis 200 W im Bereich von 20 Mikrometern bis zu einem Millimeter direkt in der Prozesszone. Das rein luftgekühlte System bildet den über verschiedene Strahlteiler und Neutralglasfilter abgeschwächten Laserstrahl auf einem CCD-Sensor ab. Aus der so ermittelten Strahlverteilung einer Ebene ergeben sich die Strahllage und der Strahlradius. Mit Hilfe der integrierten z-Achse und der Messung an verschiedenen Positionen des Laserstrahls werden die beschriebenen Strahlparameter ermittelt und protokolliert.

Die Messobjektive des MSM werden individuell abhängig von der zu vermessenden Strahlquelle ausgewählt. Entscheidend sind hier die Wellenlänge (248 bis 1090 nm) und die durch den Fokusdurchmesser bestimmte Vergrößerung (3:1, 5:1, 15:1).

Der Dynamikbereich des integrierten CCD-Sensors wird über eine Belichtungszeitsteuerung auf über 130 dB erweitert, was Messungen von Kaustiken über mehr als 4 Rayleighlängen ermöglicht, wie sie die ISO 11146 fordert. Optional kann der MSM um ein mit Neutralglasfiltern (OD1 bis OD5) bestücktes Filterrad ergänzt werden. Dieses Filterrad ermöglicht die Vermessung von Leistungsdichten im Bereich von einigen W/cm² bis hin zu mehreren MW/cm² ohne das System umbauen zu müssen.

Gemessene Strahlparameter

  • Strahlverteilung in den einzelnen Messebenen
  • Fokusabmessungen
  • Fokuslage im Raum
  • Rayleighlänge
  • Divergenz
  • Strahlparameterprodukt SPP
  • Beugungsmaßzahl M²

Die Messungen werden konform zur ISO 11146 durchgeführt.

Bedienung

Für den Betrieb und die Bedienung des MSM stehen zwei Alternativen zur Verfügung:

  1. Die PC-basierte LaserDiagnosticsSoftware (LDS) ermöglicht es, die Strahlverteilung im Fokusbereich manuell und halbautomatisch zu messen und die Strahlposition sowie Strahlabmessungen zu ermitteln.
  2. Skripte steuern halbautomatisiert den MSM, beispielsweise für sich wiederholende Messaufgaben in Service, Qualitätssicherung und Abnahme. Sie werden auf den aktuellen Messablauf individuell angepasst. Vorteil: Durch eine programmierte Benutzerführung können die Anforderungen an die Bedienung des MSM erheblich reduziert werden.

Zubehör

  • Abhängig von den Strahlparametern kann zwischen drei unterschiedlichen Objektiven gewählt werden:
    • 3,3× MOB (Messobjektiv)
    • 5× MOB
    • 15× MOB
  • Alle Objektive können für die folgenden Wellenlängenbereiche geliefert werden:
    • 340 nm - 360 nm
    • 515 nm - 545 nm
    • 1030 nm - 1090 nm
  • Weitere Wellenlängenbereiche können durch Anpassung der Objektivbeschichtungen vermessen werden
  • Wechselbare feste Neutralglasfilter zum Abschwächen der Spitzenleistungen von gepulsten und UKP Lasern.
  • Das mit Neutralglasfiltern (OD1 bis OD5) bestückte Filterrad ermöglicht eine komfortable Umstellung des Messbereichs des MSM.
  • Die LaserDiagnosticsSoftware bietet die Option, Messergebnisse zu evaluieren und Grenzwerte zu überwachen.
  • Die LaserDiagnosticsSoftware ermöglicht zudem die Verwendung von alternativen Strahlradiusdefinitionen: 2. Momente (Standard), 86 % Leistungseinschluss (Standard), Schlitz- verfahren, Schneidenverfahren, Gaußfitverfahren, 86 % Leistungsdichteabfallverfahren, zwei zusätzliche Leistungseinschlussverfahren mit frei wählbarer Leistungsschwelle.