Laserstrahl- und Optikcharakterisierung

Vermessung prozessrelevanter Strahleigenschaften

Messaufbau zur Polarisationsbestimmung
© Fraunhofer IWS
Messaufbau zur Polarisationsbestimmung

Das prozessbestimmende Werkzeug Laser ist stets als Kombination aus Strahlquelle und Bearbeitungsoptik zu betrachten. Die eingesetzte Optik muss dabei in der Lage sein, die Eigenschaften des Laserstrahls zu erhalten und für den Bearbeitungsprozess zu formen.

Die hohe Brillanz verfügbarer moderner Strahlquellen stellt Hersteller und Anwender von Laseroptiken gleichermaßen vor neue Herausforderungen. Aus der gaußförmigen Intensitätsverteilung resultieren stark inhomogene Belastungen der abbildenden Elemente, welche die offerierte Strahlqualität der Laserquelle erheblich mindern können.

Die Laserstrahldiagnose ist im Bereich Forschung und Entwicklung eine gängige Methode zur Charakterisierung und Beschreibung von Abbildungsparametern der eingesetzten Laserstrahlquellen und Optiken. Mit Hilfe der dreidimensionalen Vermessung der Intensitätsverteilung des Laserstrahles im Arbeitspunkt können anlagentechnische und technologische Parameter sowie Fehlerursachen ermittelt werden, die aus dem Zusammenwirken von Laserstrahlquelle und Optik resultieren.

Zur Sicherstellung einer hohen Prozessqualität ist dies auch für die industrielle Fertigung wertschöpfend. Das Fraunhofer IWS Dresden besitzt das dafür notwendige system-, prozess- und werkstofftechnische Know-How und bietet ein breites Dienstleistungsangebot in dem Bereich an.

Angebot

Das Dienstleistungsangebot des Fraunhofer IWS im Bereich der Laserstrahl und Optikcharakterisierung umfasst:

  • applikationsbezogene Beratung bei der Auswahl von Strahlquellen und Bearbeitungsoptiken
  • Strahldiagnose an bestehenden Laseranlagen vor Ort
  • die Fehleranalyse von Bearbeitungsoptiken
  • Evaluierung von Kühlkonzepten
  • zeitaufgelöste Charakterisierung optischer Elemente im Messlabor
  • Beratung bei Prozessentwicklung und -optimierung
  • Untersuchung der Eignung von Einhausungsmaterialien

Lösungen für komplexe Aufgabenstellungen werden gemeinsam mit dem Auftraggeber erarbeitet.

Analysen vor Ort

Bei der Inbetriebnahme einer Laseranlage, Strahlquelle oder Bearbeitungsoptik ist das Wissen über die Strahleigenschaften in der Prozesszone essentiell für die erfolgreiche Umsetzung der Laserapplikation. Eine lieferantenunabhängige Beratung im Vorfeld ermöglicht die applikationsbezogene Auswahl geeigneter Strahlquellen und optischer Komponenten. Die Messung der Strahleigenschaften nach DIN ISO 11148 direkt an der Laseranlage erlaubt den Vergleich zur Sollkonfiguration. Jahrzehntelange Erfahrungen im Bereich der Laserapplikation ermöglichen dem IWS die folgerichtige Ergebnisbewertung, Fehleranalyse und das Aufzeigen des Potenzials der Prozessoptimierung inklusive der Begleitung bis zur Serienreife.

Analysen im IWS-Messlabor

Anordnung zur zeitaufgelösten Bestimmung laserinduzierter Aberrationen mit Wellenfrontsensor
© Fraunhofer IWS
Anordnung zur zeitaufgelösten Bestimmung laserinduzierter Aberrationen mit Wellenfrontsensor

Die Möglichkeit der zeitaufgelösten Erfassung laserstrahlinduzierter Aberrationen optischer Elemente richtet sich insbesondere an Optikhersteller und Materialentwickler. Im IWS stehen dafür Ultrakurzpulslaser, CO2- und Festkörperlaser bis 5 kW sowie Diodenlaser bis 10 kW zur Verfügung.

Die Strahlcharakterisierung mit rotierender Nadel bzw. CCD-Chip wird ergänzt durch selbst entwickelte Messverfahren auf Basis von Wellenfrontsensoren. Damit wird die Bewertung des Einflusses optischer Komponenten auf den Laserstrahl mit hoher zeitlicher Auflösung und entkoppelt von Einflüssen der Strahlquelle und -übertragung möglich. Dies ist insbesondere bei Prozessen mit schnell wechselnden Laserleistungen (z.B. Remoteschneiden) interessant. Neben Messwerten nach DIN ISO 11146 sind auch für das Optikdesign kompatible Daten generierbar.