Dynamische Fokuslagenmessung mittels Amplitudenmaske und neuronaler Netze

Optische Systeme werden bei der Lasermaterialbearbeitung insbesondere zur Strahlführung und -formung eingesetzt. Bei mittleren Laserleistungen im Multi-Kilowatt-Bereich führt das in den optischen Elementen absorbierte Laserlicht zu deren Erwärmung. Dadurch entsteht der sogenannte thermische Linseneffekt, der zu einer Brennweitenänderung des optischen Systems und damit zu einer Verschiebung der Fokuslage relativ zum Werkstück führt. Somit verringert sich die Intensität der Laserstrahlung auf dem Werkstück, was zu einer verminderten Bearbeitungsqualität oder sogar zum Abbruch des Bearbeitungsprozesses führen kann. In diesem Beitrag wird ein optisches Messverfahren zur dynamischen Bestimmung der Fokuslage untersucht. Die Bestimmung der Fokuslage basiert auf einem Beugungsmuster, das durch eine Amplitudenmaske in der Fokusebene erzeugt wird. Außerhalb der Fokusebene findet eine charakteristische Verformung des Beugungsmusters statt. Das Beugungsmuster wird mithilfe zuvor trainierter neuronaler Netze ausgewertet.