摘要:
Die Erfindung betrifft eine Mess-Sonde zur Abtastung von Lichtstrahlen (10) oder Laserstrahlen. Die Mess-Sonde ist geeignet zur Abtastung von Laserstrahlen mit sehr hoher Leistung und zur Bestimmung von geometrischen Parametern eines Lichtstrahls (10) mit hoher Ortsauflösung. Dazu wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Körper (20), einen Sonden-Bereich (30) und einen Detektor (40) umfasst. Der Körper (20) besteht aus einem optisch transparenten Material und hat eine Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22), eine Lichtstrahl-Austrittsfläche (23) und eine Detektionslicht-Austrittsfläche (25). Die Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22) und die Lichtstrahl-Austrittsfläche (23) sind im Wesentlichen glatt und poliert. Der Körper (20) beinhaltet den Sonden-Bereich (30), der eine lichtablenkende Strukturierung aufweist. Der Detektor (40) ist ausgebildet, wenigstens einen Teil des vom Sonden-Bereich (30) aus dem Lichtstrahl (10) abgelenkten Strahl-Anteils (15) zu erfassen. Der Körper (20) und der Lichtstrahl (10) sind in zwei verschiedenen Bewegungsrichtungen (51, 52) senkrecht zur Richtung der Achse (11) des Lichtstrahls (10) relativ zueinander bewegbar. Der Sonden-Bereich (30) hat eine Form, deren zweidimensionale Projektion auf eine Fläche senkrecht zur Achse (11) des Lichtstrahls (10) annähernd gleiche Abmessungen in den zwei verschiedenen Bewegungsrichtungen (51, 52) senkrecht zur Achse (11) des Lichtstrahls (10) hat.
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Die Erfindung betrifft eine Strahlanalysevorrichtung (10) zur Bestimmung einer axialen Position eines Strahlfokus (71) eines Energiestrahls oder eines aus einem Energiestrahl ausgekoppelten Probenstrahls (70), die eine Strahlformungseinrichtung (12), einen Detektor (40), und eine Auswertungseinrichtung (45) umfasst. Die Strahlformungseinrichtung (12) ist eingerichtet, aus dem Probenstrahl (70) in einer Ebene der Teilstrahlherauslösung (19) zwei Teilstrahlen (72, 73) herauszulösen, wobei die Querschnitte der zwei Teilstrahlen (72, 73) durch voneinander abgegrenzte Teilaperturen (32, 33) definiert sind, die in einer ersten lateralen Richtung (31) einen Abstand k zueinander aufweisen. Die Strahlformungseinrichtung (12) ist eingerichtet, die zwei Teilstrahlen (72, 73) abzubilden zur Formung von zwei Strahlflecken (92, 93) auf dem Detektor und mindestens einen der zwei Teilstrahlen (72, 73) in einer zweiten lateralen Richtung (37) abzulenken, die quer zur ersten lateralen Richtung (31) ausgerichtet ist, zur Ausbildung eines Abstandes w in der zweiten lateralen Richtung (37) zwischen den zwei Strahlflecken (92, 93). Die Auswertungseinrichtung (45) ist eingerichtet zur Bestimmung eines Abstandes a entlang der ersten lateralen Richtung (31) zwischen Positionen der zwei Strahlflecke (92, 93) auf dem Detektor (40) und zur Bestimmung einer axialen Position des Strahlfokus (71) basierend auf dem Abstand a und/oder zur Bestimmung einer Änderung der axialen Position des Strahlfokus (71) basierend auf einer Änderung des Abstandes a. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung einer axialen Position eines Strahlfokus (71).
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Die Erfindung betrifft eine Strahlanalysevorrichtung zur Bestimmung eines Lichtstrahl-Zustandes, insbesondere zur Bestimmung der Fokuslage eines Lichtstrahls. Die Strahlanalysevorrichtung umfasst eine Teilstrahl-Abbildungsvorrichtung (10) mit wenigstens einer ersten Selektionsvorrichtung (11) zur Bildung eines ersten Teilstrahls (41) aus einem ersten Teil-Aperturbereich des ersten Messstrahls (40), und eine Abbildungseinrichtung (16) zur Abbildung des ersten Teilstrahls (41) zur Erzeugung eines ersten Strahlflecks (45) auf eine Detektoreinheit (20) mit einem ortsauflösenden Detektor (21). Ferner umfasst die Strahlanalysevorrichtung eine Auswertungseinheit (25) zur Verarbeitung der Signale der Detektoreinheit (20), zur Bestimmung einer lateralen Position (a1) des ersten Strahlflecks (45), und zur Bestimmung von zeitlichen Änderungen der lateralen Position (a1, a1') des ersten Strahlflecks (45, 45'). Die Erfindung betrifft auch ein Optisches System zur Fokuslagen-Kontrolle mit einer Laseroptik (60) und mit einer Strahlanalysevorrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Strahlanalyseverfahren sowie Verfahren zur Fokuslagen-Kontrolle einer Laseroptik und zur Fokuslagen-Nachführung einer Laseroptik.
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Die Erfindung betrifft eine Mess-Sonde zur Abtastung von Lichtstrahlen (10) oder Laserstrahlen. Die Mess-Sonde ist geeignet zur direkten Abtastung von Laserstrahlen mit sehr hoher Leistung und zur Bestimmung von geometrischen Parametern eines Lichtstrahls (10) mit hoher Ortsauflösung und mit hohem Signal-Stör-Abstand, da die Mess-Sonde unempfindlich ist gegenüber Mehrfachreflexionen innerhalb der Mess-Sonde. Dazu wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Abtastkörper (20) mit einer Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22), mit einer Lichtstrahl-Austrittsfläche (23), mit einer Probenlicht-Austrittsfläche (25), und mit einem Sonden-Bereich (30) enthält. Die Vorrichtung beinhaltet weiterhin einen Detektor (40) und eine Einrichtung zur Bereitstellung von Relativbewegungen zwischen dem Abtastkörper (20) und dem Lichtstrahl (10). Der Abtastkörper (20) ist stabförmig und besteht aus einem lichtleitenden, transparenten Material. Der Abtastkörper weist eine Aussparung (21) zur Ausbildung eines Flächenabschnitts (27) am Abtastkörper (20) auf, der die Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22) oder die Lichtstrahl-Austrittsfläche (23) beinhaltet. Eine Normalen-Richtung (28) der Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22) ist in einem Winkel a im Bereich von 5° bis 20° zu einer Normalen-Richtung (29) der Lichtstrahl-Austrittsfläche (23) geneigt. Der Sonden-Bereich (30) ist in einer Querschnittsebene (26') des Abtastkörpers (20) angeordnet, die sich im Bereich der Aussparung (21) befindet. Eine Querschnittsabmessung (D') des Abtastkörpers (20) in der Querschnittsebene (26') beträgt mindestens 50% einer Querschnittsabmessung (D) des Abtastkörpers (20) in einer Querschnittsebene (26) außerhalb der Aussparung (21). Der Sonden-Bereich (30) weist eine lichtablenkende Strukturierung auf. Der Detektor (40) ist angeordnet zur Erfassung von wenigstens einem Teil eines vom Sonden-Bereich (30) aus dem Lichtstrahl (10) abgelenkten Strahl-Anteils (15).
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Die Erfindung betrifft eine Strahlanalysevorrichtung (10) zur Bestimmung einer axialen Position eines Strahlfokus (71) eines Energiestrahls oder eines aus einem Energiestrahl ausgekoppelten Probenstrahls (70), die eine Strahlformungseinrichtung (12), einen Detektor (40), und eine Auswertungseinrichtung (45) umfasst. Die Strahlformungseinrichtung (12) ist eingerichtet, eine Intensitätsverteilung (81) des Energiestrahls (77) oder des ausgekoppelten Probenstrahls (70) in einer Modulations-Ebene (19) mit einer zwei-dimensionalen Übertragungsfunktion zu modulieren zur Bildung eines modulierten Probenstrahls (79). Die Übertragungsfunktion weist entlang einer ersten lateralen Richtung (31) wenigstens zwei Kontraststufen (32, 33) mit einem Abstand a zueinander in Form von Übergängen zwischen wenigstens einem Sperrbereich (25) und wenigstens einem Durchlassbereich (21) auf. Die Strahlformungseinrichtung (12) ist eingerichtet, zur Formung einer Intensitätsverteilung (83) auf dem Detektor (40) mit mindestens zwei Kontrastmerkmalen (92, 93) entlang der ersten lateralen Richtung (31), den modulierten Probenstrahl (79) entlang einer Propagationsstrecke auf den Detektor (40) zu führen. Die Auswertungseinrichtung (45) ist eingerichtet zur Bestimmung eines Abstandes a entlang der ersten lateralen Richtung (31) zwischen Positionen der Kontrastmerkmale (92, 93) auf dem Detektor (40) und zur Bestimmung einer axialen Position des Strahlfokus (71) basierend auf dem Abstand a und/oder zur Bestimmung einer Änderung der axialen Position des Strahlfokus (71) basierend auf einer Änderung des Abstandes a. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung einer axialen Position eines Strahlfokus (71).
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Die Erfindung betrifft eine Strahlanalysevorrichtung zur Bestimmung eines Lichtstrahl-Zustandes, insbesondere zur Bestimmung der Fokuslage eines Lichtstrahls. Die Strahlanalysevorrichtung umfasst eine Teilstrahl-Abbildungsvorrichtung (10) mit wenigstens einer ersten Selektionsvorrichtung (11) zur Bildung eines ersten Teilstrahls (41) aus einem ersten Teil-Aperturbereich des ersten Messstrahls (40), und eine Abbildungseinrichtung (16) zur Abbildung des ersten Teilstrahls (41) zur Erzeugung eines ersten Strahlflecks (45) auf eine Detektoreinheit (20) mit einem ortsauflösenden Detektor (21). Ferner umfasst die Strahlanalysevorrichtung eine Auswertungseinheit (25) zur Verarbeitung der Signale der Detektoreinheit (20), zur Bestimmung einer lateralen Position (a 1 ) des ersten Strahlflecks (45), und zur Bestimmung von zeitlichen Änderungen der lateralen Position (a 1 , a 1 ') des ersten Strahlflecks (45, 45'). Die Erfindung betrifft auch ein Optisches System zur Fokuslagen-Kontrolle mit einer Laseroptik (60) und mit einer Strahlanalysevorrichtung. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Strahlanalyseverfahren sowie Verfahren zur Fokuslagen-Kontrolle einer Laseroptik und zur Fokuslagen-Nachführung einer Laseroptik.
摘要:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur direkten und präzisen Messung der Leistung und/oder der Energie eines Laserstrahls, welche eine Messung auch in Bereichen nahe des Fokus eines Laserstrahls ermöglichen. Es wird dazu eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Strahlungssensor, eine Aufweitungseinrichtung, und eine Halterung beinhaltet. Der Strahlungssensor hat eine Empfängerfläche und ist zur Erzeugung eines elektrischen Signals ausgebildet, welches von der Leistung des Laserstrahls oder von der Energie des Laserstrahls abhängig ist. Die Aufweitungseinrichtung und der Strahlungssensor sind mit einem Abstand zueinander an der Halterung angeordnet. Die Aufweitungseinrichtung ist dazu ausgebildet, das Winkelspektrum des Laserstrahls zu erhöhen. Der Laserstrahl propagiert mit erhöhtem Winkelspektrum zum Strahlungssensor. Ein Durchmesser des propagierten Laserstrahls auf der Empfängerfläche ist größer als ein Durchmesser des Laserstrahls im Bereich der Aufweitungseinrichtung. Die Empfängerfläche des Strahlungssensors umschließt wenigstens 90% der Querschnittsfläche des propagierten Laserstrahls.
摘要:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse von Energiestrahlen in Anlagen zur generativen Fertigung von Bauteilen (70) mittels schichtweiser Verfestigung eines Aufbaumaterials (55) durch einen Energiestrahl (30). Die Erfindung ermöglicht eine Bestimmung von Positions-bezogenen Strahldaten direkt bezüglich der Bearbeitungsstelle während des Bearbeitungsprozesses. Eine Anlage zur generativen Fertigung weist eine Strahl-Ablenk-Einrichtung (40), eine Bearbeitungs-Ebene (45) und eine Schicht- Auftragsvorrichtung (60) auf. Die erfindungsgemäße Vorrichtung beinhaltet eine verschiebbar angeordnete Strahlsperre (17), ein verschiebbar angeordnetes Strahl-Probenentnahme-Modul (20) und eine Mess-Einrichtung (10) mit einem Strahlungs-Detektor (12). Das Verfahren beinhaltet die folgenden Verfahrensschritte. Die Strahlsperre (17) und das Strahl-Probenentnahme-Modul (20) werden im Strahlweg zwischen der Strahl-Ablenk-Einrichtung (40) und mindestens einer ausgewählten Bearbeitungs-Koordinate (44) in der Bearbeitungs-Ebene (45) positioniert. Die Strahl-Ablenk-Einrichtung (40) wird auf die ausgewählte Bearbeitungskoordinate (44) ausgerichtet und der Energiestrahl (30) wird für einen begrenzten Zeitraum eingeschaltet. Mindestens ein Anteil des von der Strahl-Ablenk-Einrichtung (40) in Richtung zur ausgewählten Bearbeitungs-Koordinate (44) ausgerichteten Strahls (32) wird zur Mess-Einrichtung (10) mit dem Strahlungs-Detektor (12) geleitet. Mindestens ein Strahldatum wird mittels der Mess-Einrichtung (10) bestimmt. Die Verfahrensschritte werden während eines Produktions-Prozesses des Bauteils (70) in einem Zeitraum vor oder nach der Verfestigung einer einzelnen Schicht des Bauteils (70) durchgeführt.
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Die Erfindung betrifft eine Mess-Sonde zur Abtastung von Lichtstrahlen (10) oder Laserstrahlen. Die Mess-Sonde ist geeignet zur Abtastung von Laserstrahlen mit sehr hoher Leistung und zur Bestimmung von geometrischen Parametern eines Lichtstrahls (10) mit hoher Ortsauflösung. Dazu wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Körper (20), einen Sonden-Bereich (30) und einen Detektor (40) umfasst. Der Körper (20) besteht aus einem optisch transparenten Material und hat eine Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22), eine Lichtstrahl-Austrittsfläche (23) und eine Detektionslicht-Austrittsfläche (25). Die Lichtstrahl-Eintrittsfläche (22) und die Lichtstrahl-Austrittsfläche (23) sind im Wesentlichen glatt und poliert. Der Körper (20) beinhaltet den Sonden-Bereich (30), der eine lichtablenkende Strukturierung aufweist. Der Detektor (40) ist ausgebildet, wenigstens einen Teil des vom Sonden-Bereich (30) aus dem Lichtstrahl (10) abgelenkten Strahl-Anteils (15) zu erfassen. Der Körper (20) und der Lichtstrahl (10) sind in zwei verschiedenen Bewegungsrichtungen (51, 52) senkrecht zur Richtung der Achse (11) des Lichtstrahls (10) relativ zueinander bewegbar. Der Sonden-Bereich (30) hat eine Form, deren zweidimensionale Projektion auf eine Fläche senkrecht zur Achse (11) des Lichtstrahls (10) annähernd gleiche Abmessungen in den zwei verschiedenen Bewegungsrichtungen (51, 52) senkrecht zur Achse (11) des Lichtstrahls (10) hat.
摘要:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strahlanalyse von Lichtstrahlen, die eine schnelle und genaue Bestimmung von geometrischen Parametern eines Lichtstrahls ermöglicht. Beispielsweise kann das Strahlparameter-Produkt oder der Strahlpropagationsfaktor eines Laserstrahls bestimmt werden. Die Vorrichtung umfasst ein variables optisches Element, ein Objektiv, und einen ortsauflösenden Detektor. Dabei hat das variable optische Element eine einstellbare Brennweite und eine bildseitige Hauptfläche, und das Objektiv hat eine konstante Brennweite und eine objektseitige Hauptfläche. Der Abstand zwischen der bildseitigen Hauptfläche des variablen optischen Elements und der objektseitigen Hauptfläche des Objektivs ist gleich der konstanten Brennweite des Objektivs bei einer Abweichung von höchstens +/- 5%. Das Objektiv ist dem variablen optischen Element in Strahlrichtung nachgeschaltet. Der ortsauflösende Detektor ist dem Objektiv in Strahlrichtung nachgeschaltet. Durch Änderung der einstellbaren Brennweite des variablen optischen Elements und durch nachfolgende Fokussierung des Lichtstrahls durch das Objektiv ist eine Fokuslage des fokussierten Lichtstrahls gegenüber dem ortsauflösenden Detektor in axialer Richtung variabel einstellbar. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur schnellen und genauen Bestimmung von geometrischen Parametern eines Lichtstrahls.