Wie einstellbare Ring/Core-Strahlen Herstellern helfen, die Energiezufuhr für fortschrittliche Schweiß- und additive Fertigungsverfahren optimal anzupassen.

Zwei Energiezonen, ein steuerbarer Prozess

Ein Ring/Core-Strahl verteilt die Laserleistung zwischen einem hochintensiven zentralen Kern und einem umgebenden ringförmigen Bereich. Der Kern liefert die konzentrierte Energie für die Bearbeitung, während der Ring das umgebende Material vorbereitet. Durch die Verteilung der Energie zwischen diesen Bereichen, verändert sich die Art und Weise, wie die Energie das Werkstück erreicht. Je nach Prozess lassen sich damit Stabilität, Qualität und Durchsatz optimieren.

LASERSCHWEISSEN Der Ring erwärmt und konditioniert das umgebende Material, während der Kern die höhere Leistungsdichte für das Fügen bereitstellt. Das kombinierte Profil soll Spritzer reduzieren und eine sauberere, gleichmäßigere Schweißnaht erzeugen.

ADDITIVE FERTIGUNG Einstellbare Ring- und Kernprofile tragen dazu bei, Präzision und Baugeschwindigkeit in Einklang zu bringen. Eine kontrollierte Energieverteilung kann eine stabile Pulverbettfusion unterstützen, Spritzer reduzieren und die Prozesseffizienz verbessern.

Warum die Gesamtleistung nicht ausreicht

Ein Ring-/Kernprofil verhält sich wie zwei sich überlappende Strahlen. Ein herkömmliches Leistungsmessgerät erfasst zwar die Gesamtenergie, liefert allerdings keine Details. Aussagen dazu, wie viel Energie in den einzelnen Bereichen vorhanden ist, ob der Kern im Ring zentriert ist oder ob der Ring gleichmäßig ist, sind nicht möglich. Die kamerabasierte Strahlprofilierung hingegen liefert die räumlichen Informationen, die erforderlich sind, um den abgegebenen Strahl in der Messebene zu überprüfen.

Die Messungen, die die Strahlform mit der Prozessleistung verknüpfen

• Innendurchmesser, mittlerer Durchmesser und Außendurchmesser des Rings sowie Ringbreite
• Kerngröße, -form, -schwerpunkt und -elliptizität
• Versatz zwischen Ring und Kern sowie Versatz des Schwerpunkts
• Leistungsverteilung zwischen Ring und Kern sowie bereichsspezifische Leistungsdichte
• Winkelgleichmäßigkeit des Rings, Radiusabweichung und Dickenabweichung

Ring und Core in Echtzeit betrachten

Die Analysesoftware wandelt einen komplexen Strahl mit unterschiedlichen Energiebereichen in verwertbare Messwerte für Ausrichtung, Qualifizierung und Prozessentwicklung um.

Speziell entwickelte Trennung und Analyse

Ophir BeamGage Ring-Core wurde für Strahlen entwickelt, die konzentrische Ring/Core-Elemente enthalten. Die dazu verwendeten Algorithmen sind zum Patent angemeldet. Sie isolieren die beiden Bereiche und errechnen Strahlgröße, Ausrichtung, Leistungsverteilung und Qualität für separat. Die automatische Ring/Core-Apertur kann bei klar voneinander getrennten Bereichen die Minima-Methode oder bei einem weniger deutlichen Übergang zwischen Ring und Core die Krümmungsmethode anwenden.

MESSEN Innendurchmesser, mittlerer Durchmesser und Außendurchmesser sowie Breite des Rings; Haupt- und Nebenbreite sowie Elliptizität des Kerns; Schwerpunkte von Ring und Kern; Summen der Bereiche sowie kalibrierte Leistung oder Energie.	AUSRICHTEN Versatz vom Ringmittelpunkt zum Kernschwerpunkt, Versatz von Schwerpunkt zu Schwerpunkt sowie ein Polardiagramm, das die Kernposition, den Ringradius, die Dicke und die Winkelleistungsschwankung anzeigt.
AUSWERTEN Leistungsbereich und Leistungsabweichung quantifizieren die Ringgleichmäßigkeit. Die radiale Intensitätskorrektur gleicht die zunehmende Anzahl von Pixeln bei größeren Radien aus.	MODELLIEREN Die Wärmesimulation filtert geringe Leistungsschwankungen entsprechend der Wärmeleitfähigkeit und der Ausbreitungsgeschwindigkeit heraus und hilft so, die Analyse auf Defekte zu konzentrieren, die den Prozess mit größerer Wahrscheinlichkeit beeinträchtigen.

Werkzeuge zur Unterstützung wiederholbarer Messungen

• Die Ultracal-Hintergrundkorrektur isoliert das Strahlsignal von Kamerarauschen und Umgebungslicht.
• AutoX bietet dynamische Bestrahl-, Verstärkungs- und Schwarzpegelanpassung sowie Basislinienabzug bei sich ändernden Bedingungen.
• Die optische Skalierung gibt räumliche Ergebnisse in der ursprünglichen Strahlebene nach dem Einsatz von Vergrößerungs- oder Verkleinerungsoptiken wieder.
• Die Leistungs-/Energiekalibrierung kombiniert die gemessene räumliche Verteilung mit einem eingegebenen oder separat gemessenen Gesamtwert.
• Der Bildspeicher ermöglicht die Überprüfung zuvor aufgezeichneter Einzelbilder, während die Dateien „.rcData“ und „.bgData“ die Offline-Analyse unterstützen.
• BeamMaker liefert simulierte Ring/Core-Daten für Schulungszwecke, die Entwicklung von Arbeitsabläufen und Tests zur Rauschempfindlichkeit.

Ring Core BeamGage Software Link

Das MKS Ökosystem zur Messung von Ring und Core

Um den geeigneten Weg für Ihre Messung eines Ring/Core-Lasers zu finden, sollten Sie Strahlgröße, Wellenlänge, Leistung und Fokusgeometrie betrachten. Entscheidend ist zudem, ob die Strahlprofilanalyse auf der Arbeitsebene oder durch die Kaustik erfolgen soll.

Kompatible Kameras zur Strahlprofilierung mit einer „BeamGage Professional“-Lizenz

SP204S  |  SP402S  |  SP932U  |  SP504S

Lösungen für hochleistungsfähige und fokussierte Strahlen

LBS-300s-NIR: UP TO ~400 W Für Strahlen mit einem Durchmesser von bis zu 15 mm gibt Ophir einen Leistungsbereich von 10 mW bis ca. 400 W an. Unter den angegebenen Bedingungen für Gaußstrahlen und Dämpfung kann die maximale Leistung bis zu 1.000 W erreichen. Produkt: ophiropt.com/en/f/lbs-300s-beam-splitter	LBS-300HP-NIR: 5 kW Für Hochleistungs-NIR-Laser gibt Ophir eine Betriebsleistung von bis zu 5 kW und eine Leistungsdichte von bis zu 15 MW/cm² an. Produkt: ophiropt.com/en/f/lbs-300hp-nir-beam-splitter
BEAMPEEK Integrierte Hochleistungsanalyse, kompatibel mit BeamGage Ring-Core, einschließlich Profil-, Brennpunkt-, Positions-, Strahlkaustik- und Leistungsmessung.	FOCAL SPOT ANALYZER Lösungen zur Charakterisierung an oder um die fokussierte Arbeitsebene, wenn das Verhalten im Fokus und die Strahlkaustik für die Qualifizierung entscheidend sind.

EIN ANALYSE-WORKFLOW, VON DER ENTWICKLUNG BIS ZUR PROZESSQUALIFIZIERUNG

MKS wird die Software erstmals auf der Euroblech in Hannover präsentieren. Zudem zeigt das Unternehmen in Halle 11 Stand B181 weitere integrierte Lösungen zur Messung von Hochleistungslasern.