Strahlablenkung durch Scanner - Einfluss des Winkels

[Deniz]

Hallo an alle hier,

ich bin neu im Forum und derzeit auf der Suche nach Infomaterial und hab mir gedacht ich frage auch hier mal nach. Es geht darum, dass ich derzeit an einer Laseranlage arbeite die umgerüstet werden soll. Derzeit wird Material auf einer Vorrichtung bearbeitet, die durch eine Steuerung bewegt wird. Um eine höhere Genauigkeit und kürzere Arbeitszeiten zu erreichen soll nun an einer zusätzlichen Achse ein Scanner angebracht werden. Derzeit trifft der Laserstrahl in einem 90°-Winkel auf das Material auf. Da der Laserstrahl durch den Scanner ja aber abgelenkt wird, trifft dieser nicht mehr im 90°-Winkel auf, sondern einem geringeren. Soweit ich bisher nachgelesen habe, kann mit Hilfe der Gauß-Funktion berechnet werden wie Tief der Laserstrahl in das Material eindringt (habe hierzu ein Paper) bzw. die Intensität wiedergegeben werden. Die Absorption und Reflektion des Materials wird sich jedoch mit dem Winkel verändern, mal ganz unabhängig vom Material an sich. Das ist jetzt gerade alles sehr allgemein gehalten, aber gibt es Lesestoff dazu bzw eine Formel wie sich die Wirkung des Strahls mit dem Winkel ändert?

Vielen Dank schon einmal für eine ANtwort im Voraus!

Grüße,
Deniz

[dyak]

Vielleicht hilft dir das hier weiter:
http://de.wikipedia.org/wiki/Fresnelsche_Formeln

[andythemechanic]

Hi Deniz,

Es gibt mehrere Effekte die die Wechselwirkung deines Strahls mit dem Material beeinflussen, und die auch winkelabhängig sind. Zwei sind ja schon genannt wurden.

1. Die Winkelabhängigkeit der Reflexion führt dazu das abhängig vom Winkel mehr oder weniger Intensität in dein Material gelangt. Das ganze ist auch noch Polarisationsabhängig--> Fresnelsche Formeln

2. Dein Laserstrahl im Material wird gebrochen und läuft dann bezogen auf die Oberflächennormale einen unterschiedlichen Weg im Material bevor er absorbiert wird.

3. Die bestrahlte Fläche ändert sich

Bei kleinen Abweichungen von 90° Einfallswinkel so ca +- 5° kann man diese Effekt meist vernachlässigen. Danach machen sie einem das Leben schwer.

Grüße
Andreas

[Deniz]

Danke für eure Antworten!

Das ist falsch - gerade das (Reflektion/Absorption) sind doch materialspezifische Eigenschaften, die zudem noch von der Wellenlänge und (evtl.) von der Polarisation abhängen

Dass die Reflektion/Absorption sehr stark von Material und Wellenlänge abhängig ist, das weiß ich. Je nach dem zu bearbeitendem Material werden daher ja auch verschieden Laser/Wellenlängen verwendet. Ich wollte die Frage nur ganz allgemein stellen, in wie weit dies auch von dem Einfallswinkel abhängig ist.

Auf jeden Fall vergrößert sich die bestrahlte Fläche auf dem Werkstück bei schrägem Einfall..also sinkt die Leistungsdichte

Ich gehe mal davon aus, dass sich die Fläche dadurch vergrößert, dass sich auf Grund des Winkels die Strecke zwischen dem Austrittspunkt des Laserstrahls und dem Material vergrößert und dadurch der Spot größer wird. Und dadurch, dass der der Bearbeitungspunkt nicht mehr ganz im Fokus liegt (zumindest weniger fokusiert als zuvor), die Intensität abgeschwächt wird an dieser Stelle.

Der Gauss bezieht sich auf das Intensitätsprofil des Strahls (bei TEM00)

Ändert sich denn dieses Intensitätsprofil mit dem Einfallwinkel, oder wird es sozusagen einfach nur gedehnt?

Vielleicht hilft dir das hier weiter

Dankeschön, ich werde mir es gleich mal anschauen.

MfG
Deniz

[Deniz]

Hi Andreas!

Ok, das mit der Fresnelschen Formel werde ich mir ansehen, das dürfte dann hofftl kein all zu großes Problem sein, da ja eine Gleichung dahinter steckt.

2. Dein Laserstrahl im Material wird gebrochen und läuft dann bezogen auf die Oberflächennormale einen unterschiedlichen Weg im Material bevor er absorbiert wird.

Hier wird es schon schwieriger für mich. So wie ich das verstehe, würde sich dieser Vorgang auf die Intensitätsverteilung der absorbierten Energie im Material auswirken, also sozusagen das Erscheinungsbild des TEM ändern, verstehe ich das richtig?
Den ersten Punkt kann ich wie gesagt nachvollziehen, da es sich dabei um eine Formel handelt. Der 2. Punkt hört sich eher danach an, dass man eben probieren muss und dann das bearbeitete Material untersuchen.

Bei kleinen Abweichungen von 90° Einfallswinkel so ca +- 5° kann man diese Effekt meist vernachlässigen

Ein Freund hat heute gemeint, dass es bis ca. +-10° vernachlässigbar wäre. Hängt dies vom Laser/Wellenlänge ab, dem Material oder woran kann man des festmachen?

Vielen Dank!

Gruß,
Deniz