Optische Elemente bilden das Herzstück moderner Laseranwendungen. Ob in der Präzisionsbearbeitung, der Makroprozesskette oder in hochdynamischen Scansystemen – die Qualität der optischen Baugruppen entscheidet wesentlich darüber, wie reproduzierbar und präzise ein Laserprozess abläuft. Im Rahmen aktueller Industriekooperationen widmen wir uns daher intensiv der Optikentwicklung für Lasertechnik und untersuchen, wie unterschiedliche Optiken das Prozessverhalten beeinflussen.
Unser Ziel: Optiken ganzheitlich verstehen
Um leistungsfähige Laserprozesse zu realisieren, müssen optische Komponenten wie f-theta Objektive oder Beam Expander exakt aufeinander abgestimmt sein. Im Fokus stehen dabei Fragen des Optikdesigns für Laser, der Strahlformung und der Transmission unter realen Betriebsbedingungen.
Untersuchungsinhalte im Überblick
Im Projekt charakterisieren wir eine Vielzahl an optischen Eigenschaften, etwa:
- die Leistungsfähigkeit verschiedener f-theta Objektive
- die Auswirkungen von Beam Expandern (1.5× bis 8×) auf Fokusparameter und Strahlqualität
- das Transmissionsverhalten von Pilot- und Prozesslaser
- die Stabilität des Fokus bei variierender Leistung und wechselnden Scanpositionen
- die Energie- und Leistungsdichteverteilung über das komplette Scanfeld
Damit werden alle relevanten Faktoren abgedeckt, um optische Systeme für stabile Prozesse fundiert zu bewerten.
Erkenntnisse unserer Forschung
Einfluss optischer Komponenten auf die Prozessqualität
Die durchgeführten Messungen zeigen, wie sensibel Laserprozesse auf optische Abweichungen reagieren. Besonders deutlich wurde:
- Beam Expander beeinflussen Fokuslage, Strahldurchmesser, Elliptizität und den M²-Wert – verstärkt durch Aberrationen oder justagebedingte Effekte.
- f-theta Optiken variieren in ihrer Abbildungsleistung je nach Feldposition, Apertur und Wellenlänge.
- Leistungsabfälle am Rand des Scanfeldes lassen sich auf Apertur-Clipping, winkelabhängige Transmission oder Abbildungsfehler zurückführen.
- Thermisch bedingte Fokusdrifts treten bei steigender Laserleistung auf und müssen in der Prozessführung berücksichtigt werden.
Auf Basis dieser Ergebnisse erstellen wir spezifische Korrekturdateien zur geometrischen Feldkorrektur sowie zur positionsabhängigen Leistungs- und Fokuskompensation – zentrale Bausteine für reproduzierbare Ergebnisse.
Ausblick: von der Analyse zur Qualifizierung
Standardisierte Verfahren für künftige Optikbewertungen
Der nächste Schritt besteht darin, die erarbeiteten Mess- und Analyseverfahren zu standardisieren und in eine belastbare Qualifizierungsroutine zu überführen. Ziel ist es, neue Optikkonfigurationen schnell, zuverlässig und unabhängig vom jeweiligen Scanner- oder Objektivtyp bewerten zu können.
Damit leisten wir einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Laseroptik-Entwicklung und unterstützen Unternehmen dabei, ihre optischen Systeme sicher und effizient auszulegen.
Morgen öffnen wir im blz-Adventskalender das nächste Türchen – und geben weitere Einblicke in unsere Arbeit rund um Laser, Optiken und innovative Technologien.
Die Abbildung zeigt die Kaustikanalyse eines Laserstrahls (a); b) ist der ursprünglicher Laserstrahl, c) der zweifach vergrößertet Laserstrahl
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