Bedienungsanleitung Strahlstabilisierung "Dynamic"
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1. INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS strahlstabilisierung Dynamic Benutzerhandbuch Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 1 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Inhaltsverzeichnis 1 Alle meine Beschre Din en ee een 3 2 8 Se HD a ee ee ee 3 IS PEAK AO ee een ee re 4 asle ui ln wine E ON E EE erei E E WO REURTEEREENEARR 5 e EE Ea A B SEO a AE E EAE A ee 6 4 1 k urzanleitung Sch ur chrii see EE 6 a AR EINEN EEE AEEA E ANE OEN AE E E 7 4 3 Installation der optischen Komponenten 2222000ssssnnnnssssnnenesennnnnnnnnnnnnnnnnsnnnnnnnnennnnnn 8 A Ein 24 1273 21 11 27 eiai iia E EE RER TURTEEEITERENEERSERERN 10 4 BER Ir see ee 10 4 6 Richtungskodierune der Deiek loan ae eek 10 4 7 Optimierung der Laserstrahlposition auf dem Detektor uuuu000000000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 11 5 Bedienungs und S cherheitsfunktionen ussesseeeesessssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnenennnnnnnennnn 11 3 1 Leistungs AussteucrungsanzeigE ssssrirrrsiorsiinersusrsissos eek 11 5 2 Nullpositionierung bei Les 3b 11 2 EDEN AE a A A E AAE AA T A O A TA A E 12 34 Drohschalter r Sen Ave Like ernennen 12 Jae Re peunps nane OEE sarira EEEE EE 12 3 0 Schalter T r Bas dlbre jenbr are au 12 0 Opusche KR ONDO a en 13 0l By ERBE PR ee een 13 2800 a seit le Di a i a EAEE E AEE A E E AE EA E O AE 13 am D e aa a AIT A T EE AIOT A I E A EI E EIA A E OR EIAN E 14 7 Bauteil Zeichn2. Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 5 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Aufl s ung nm 2V di E E 6V Laser Strahldurchmess er mm ei E Intens it t V gt Abbildung 6 Aufl sung auf einer 4 Ouadrantendiode bei Bestrahlung mit einem roten He Ne Laser bei verschiedenen Strahldurchmessern und Laserintensit ten Die Aktuatoren werden analog angesteuert so dass hre Positionsaufl sung nicht durch einzelne Schritte limitiert ist Als Einstellgenauigkeiten f r die P ezostellelemente sind Werte von lt 2nrad PKS bzw A nrad PSH spezifiziert 4 Installation und Bedienung 4 1 Kurzanleitung Schritt f r Schritt Die folgenden Stichworte sollen Ihnen die erstmalige Inbetriebnahme der Strahlstabilisierung erleichtern Die dann folgenden Kapitel gehen n her auf die einzelnen Punkte ein 1 2 3 4 5 Stabiler Aufbau der optischen Komponenten Kippspiegel und Detektoren Die Zentren der Detektoren definieren die Strahllage Die Detektoren k nnen direkt hinter Spiegeln eingesetzt werden Sie k nnen aber auch mittels eines Strahlteilers einen Teilstrahl auf die Detektoren lenken Kabel anschlie en Erster Spiegel mit Ausg ngen X und Y des linken zweiter mit Ausg ngen X und Y des rechten Piezo Verst rkers Erster Detektor mit linkem 4QD Eingang zweiter mit rechtem 4OD Eingang Stromversorgung einschalten Schalter auf Geh user ckseite Daraufhin leuchten die gr nen Range LEDs a
3. Bei der 2 Achsen Regelung muss der Detektor an den Eingang Stage 1 4OD In angeschlossen werden 4 5 Intensit tseinstellung Um sicherzustellen dass die Detektoren im regelbaren Intensit tsbereich arbeiten muss bei nderung der Laserintensit t die S gnalverst rkung am Drehschalter Gain ber dem jeweiligen Detektoreingang angepasst werden Schalten S e hierzu das System ein Netzschalter auf ON die Regelung aber aus Schalter Adjust in obere Position gr ne Active LEDs leuchten nicht Justieren Sie dann den Laser auf die Detektoren bis als Max malwert an den Anzeigen Stage I und Stage 2 mindestens drei maximal neun LEDs leuchten Die Verst rkung steigt im Uhrzeigersinn Findet sich keine passende Einstellung m ssen die optischen Filter vor den 4 QDs entsprechend angepasst werden Sind die passenden Filter nicht verf gbar wenden Sie sich bitte an den Hersteller oder dessen Vertreter Anmerkungen e Bei Auslieferung befinden sich in der Regel zwei Filter vor der Sensorfl che Dabei handelt es sich um einen starken Filter zur Grobeinstellung und einem schw cheren zur Feineinstellung Normalerweise ist der oben liegende als erstes zug ngliche Filter der schw chere Filter e Bitte beachten Sie dass die Sensorfl che recht empfindlich ist Wenn Sie sie reinigen wollen sollten S e dies vorsichtig mit einem trockenen Tuch tun Zum Filteraustausch l sen S e die Kunststoffschrauben mit denen die Filter im Geh use fixiert
4. Netzschalter befindliche Sicherung Tauschen Sie ggf die Sicherung aus Ist auch die Sicherung okay setzen Sie sich bitte mit dem Hersteller oder dessen Vertreter in Verbindung 8 2 Dynamic regelt nicht berpr fen Sie bitte die folgenden Punkte i Ist von jedem Kippspiegel der LEMO Stecker mit dem Verst rker verbunden ii Ist die Leistungs Aussteuerungsanzeige im mittleren Bereich iii Wenn eine rote Range LED leuchtet a Sind alle Kabel wie in Abschnitt 4 4 angeschlossen b Ist die Position des Laserstrahls noch korrekt Wenn diese sich stark ge ndert hat arbeitet die Regelung nicht mehr im linearen Regelbereich Gehen Sie dann wie in Abschnitt 4 7 vor c Ist die Richtungskodierung korrekt eingestellt 8 3 Die Kippspiegel sind akustisch deutlich wahrzunehmen Schalten Sie das System sofort aus Es droht irreparabler Schaden an den Aktuatoren der Kippspiegel berpr fen Sie die Laserleistung und nehmen ggf erneut eine Einstellung gem Abschnitt 4 5 vor Vergewissern Sie sich dass der Laserstrahl noch aus der vorgegebenen Richtung in das System einf llt und die 4 QDs noch trifft Bitte berpr fen Sie auch dass keine Abschattung des Laserstrahls durch Kanten oder Blenden im Strahlengang erfolgt Dies k nnte z B an der Aussparung eines Piezoaktuators Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 16 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS der Fall sein Wenn die rote Range LED le
5. sind Durch Kippen des Detektorgeh uses k nnen S e die Filter dann aus dem Geh use fallen lassen Beim Einsetzen neuer Filter gehen Sie bitte vorsichtig vor um den Detektor nicht zu besch digen Bringen Sie dann die Kunststoffschrauben wieder an um die Filter zu fixieren 4 6 Richtungskodierung der Detektorausg nge Bei Abweichung der Laserstrahlposition auf einem Detektor wird der zugeh rige Ki ppspiegel angesteuert um den Laserstrahl in die Sollposition zur ck zu lenken Zu jeder Regelungsstufe geh rt ein Kippspiegel und ein Detektor gem der Beschreibung in den vorausgegangenen Abschnitten Die zusammen geh renden Komponenten sind in den Abbildungen 7a e mit identischen Farben dargestellt Die Richtung in die der Kippspiegel bewegt werden muss h ngt aber von der Anordnung der Detektoren und Kippspiegel ab Sie kann w hrend der im n chsten Abschnitt beschriebenen Grobjustage wie folgt eingestellt werden Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 10 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Im Innern des Geh uses befinden sich oben an der Einschubkassette der Regelung vier rote Schalter Diese kodieren die x und y Richtungen der Regelungsstufen Stage 1 und Stage 2 Um die Richtung f r den Regelungsbetrieb korrekt zu kodieren schalten Sie jeweils eine Stufe ein Wird der Strahl in x horizontal und oder y vertikal nicht in die Mitte der 4 QD sondern in eine Extremposition gelen
6. 10 2013 Seite 8 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS werden dass der Fokus nicht zu klein wird Der Strahl sollte auf dem Detektor noch einen Durchmesser von gt 50 um haben damit er alle Quadranten der Diode trifft Das Spacing zwischen den Quadranten betr gt 30 um e Abbildung 7d zeigt eine Variante von 7c bei der beide Detektoren gemeinsam hinter einem im Strahlengang befindlichen Spiegel platziert sind Hier wird vor einem der Detektoren eine Linse aufgestellt um sowohl die Strahlposition als auch die Strahlrichtung festzuhalten e Abbildung 7e zeigt schlie lich einen anderen Aufbau bei dem das 4 Achsen System als doppeltes 2 Achsen System genutzt wird das hei t die beiden Regelstufen des Controllers werden dazu benutzt zwei voneinander unabh ngige Laserstrahlen zu stabilisieren Detektor 2 Detektor 1 Detektor 2 ona Anwendung Anwendung Aktuator 1 Aktuator 1 2 Detektor 1 Aktuator 2 Aktuator 2 Laserstrahl Laserstrahl Abbildung 7c Aufbau wie 7a ber eine Linse vor Abbildung 7d In diesem Aufbau befinden sich beide Detektor 2 erfolgt aber eine Winkeldiskriminierung Detektoren gemeinsam hinter einem Spiegel unmittelbar Dies kann insbesondere bei kurzen Abst nden der vor der Applikation Detektor 2 wird wie in Abbildung Komponenten von Vorteil sein Der Detektor muss dabei 7c zur Winkeldiskriminierung eingesetzt in die Brennebene der Linse gestellt werden Stufe 1 Detektor 1 L Anwend
7. 3 1 Positionsgenauigkeit Die Positionsgenauigkeit h ngt von den folgenden Faktoren ab e Optischer Abstand zwischen Kippspiegel und dazugeh rigem Detektor Die Genauigkeit ist umso gr er je gr er der Abstand gew hlt werden kann Der erste Kippspiegel sollte m glichst nah an der St rquelle positioniert werden e Strahldurchmesser Bei gleicher Positions nderung ergeben sich bei einem kleineren Strahldurch messer gr ere Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Quadranten einer 4QD und somit ein steileres Regelsignal Deshalb k nnen Laserstrahlen mit kleinen Durchmessern mit einer h heren absoluten Genauigkeit positioniert werden als solche mit gro en Durchmessern e Intensit t Die Aufl sung der Detektoren h ngt au erdem von der Intensit t auf der Sensorfl che ab Diese kann durch die Wahl der optischen Filter und elektronisch var iert werden siehe auch Abschnitt 5 4 e Repetitionsrate und Pulsdauer Die Regelungsbandbreite des Systems kann f r unterschiedliche Laserparameter optimiert werden Bei gr eren Bandbreiten reagiert das System schneller womit die Positionsgenauigkeit bei schnellen St rungen zunimmt Abbildung 6 zeigt typische Aufl sungen der Detektoren An diesem Beispiel ist zu erkennen dass bei geeignet gew hlten Parametern Aufl sungen bis unter 100 nm auf den Detektoren m glich sind Die Winkelaufl sung ergibt sich dann aus den jeweiligen Arml ngen Dynamic Strahlstabilisierung
8. Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 17 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 10 Checkliste f r Laserdaten Bei der Auslegung des Systems bzw zur Unterst tzung Ihrer Integration ist es hilfreich Ihre Laser und Aufbaudaten zu kennen Hierzu k nnen Sie uns die m folgenden abgefragten Angaben mitteilen 10 1 Laserdaten KUNGE erno Wellenl nge Bereich uuuscusenssseiinenen mittlere Laserleistung _ ueeeeeeeeeeeeeeeeeeeeneneeneeeeeenenn Pulsdauerr ker bei Dauerstrich Laser bitte cw eintragen Repetitionsrate sesessssssssssssssssesesrrererrererrrrrrrren entf llt bei Dauerstrich Laser Strahldurchmesser eeessssssssssssssnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn Strahlprofil ennssnssnsnnsnsnsnnsnnnnsnsnnsnnsnnnnnnnnann qualitative Angaben wie rund elliptisch etc gen gen 10 2 Aufbaudaten Wenn m glich senden Sie uns bitte eine Skizze oder ein Foto Ihres geplanten Aufbaus Wir k nnen Ihnen dann Hinweise zur Integration der Strahlstabilisierung geben Dabei achten wir auf eine m glichst einfache Anordnung der Komponenten und auf die Abst nde zwischen den Aktuatoren und den Detektoren Arml ngen da diese die erreichbare Winkelaufl sung beeinflussen 10 3 Spiegel Bitte geben Sie uns Bescheid ob wir die Spiegel stellen sollen Wer stellt die Spiegel O Kunde O MRC nach Absprache gegen Aufpreis Folgende Spiegelgr en werden empfoh
9. abilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 4 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Weitere Funktionen Leistungs Aussteuerungsanzeige Balken LED mit 10 Elementen Nullpositionierung bei Leistungsabfall Leistung auf den Detektoren f llt unter 10 der S ttigung Einschaltverz gerung ca 300 ms Einstellbare Signalverst rkung 3 Stufen x1 x4 x14 Steckverbindungen am Elektronik Rack Aktuator LEMO 0S Regelungsstatus Interlock LEMO 00 4 QD Eingang LEMO 0B x und y Ausgang Strahlposition MCX Kabell ngen Detektor Controller 2 St ck 4 m andere L ngen auf Anfrage Aktuator Controller 2 St ck PKS 1 5 m direkt am Piezostellelement montiert PSH 1 2 m direkt am Piezostellelement montiert Aktuator Controller Verl ngerung 10 m ein Kabelpaar f r einen Aktuator im Lieferumfang enthalten weitere Kabel oder andere L ngen auf Anfrage x y Positionskabel 2 St ck 2 m andere L ngen auf Anfrage Anmerkungen 1 Falls der Strahldurchmesser mehr als 6 8 mm betr gt kann eine Linse vor dem Detektor eingesetzt werden Bei gr eren Strahldurchmessern sind Adapter f r 2 oder andere Spiegel auf Anfrage erh ltlich siehe z B Abbildung 11b in Abschnitt 6 2 2 UV und IR Detektoren s nd auf Anfrage erh ltlich Deren Abmessungen und Detektionsfl chen k nnen abweichen Alternativ zu den 4QDs bieten wir auch PSDs an Diese weisen ebenfalls andere Abmessungen und Detektionsfl chen auf
10. andbuch Version 8 21 10 2013 Seite 3 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Die Elektronik besteht aus folgenden Komponenten e Netzteil zur Versorgung der Piezoverst rker PS A e Piezoverst rker Piezo Amplifier Regelung Active Beam Align e Netzteil zur Versorgung der Regelung PS C er En E Fee Abb 5 Elektronik f r das 4 Achsen System d h mit zwei Piezoverst rkern 3 Spezifikation Wellenl nge Laser Repetitionsrate Laserstrahl Durchmesser Strahlh he Spiegeldurchmesser Spiegeldicke 320 bis 1100 nm siehe auch Anmerkung 2 gt 100 Hz oder cw lt 6 mm 1 e siehe auch Anmerkung 1 37 mm F r andere H hen k nnen wir Adapter anbieten 1 Standard andere Spiegeldurchmesser auf Anfrage 1 4 oder 1 8 empfohlen 19 Rack 3HE U 84TE Typ 1 PKS K 700 31 Aktuator Typ Bandbreite Maximale Verkippung Typ 2 PSH K 102 10 Aktuator Typ Bandbreite Maximale Verkippung Piezoelektrische Stellelemente lt 700 Hz gemessen mit 1 Spiegel Spiegeldicke 1 8 lt I mrad 0 5 mrad Piezoelektrische Stellelemente lt 840 Hz gemessen mit 1 Spiegel Spiegeldicke 1 8 lt 2 mrad 1 mrad Detektortyp Bandbreite Detektionsfl che Optische Filter Si 4 Quadranten Diode f r Standard Wellenl ngen siehe auch Anmerkung 2 lt 10 kHz 10 x 10 mm bei Standard Wellenl ngen siehe auch Anmerkung 2 11 9 x 11 9 mm Dynamic Strahlst
11. dienungs und Sicherheitsfunktionen 5 1 Leistungs Aussteuerungsanzeige Die auf den vier Quadranten jeder 4 QD auftreffende Leistung wird summiert und in relativen Einheiten mittels einer Balken LED auf der Regelungselektronik angezeigt 5 2 Nullpositionierung bei Leistungsabfall Sinkt die Leistung auf einem Detektor unter 10 der S ttigungsleistung und leuchtet entsprechend nur noch eine LED der Balkenanzeige f hrt die Regelung die Kippspiegel automatisch in die Nullposition Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 11 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Damit ist gew hrleistet dass die Kippspiegel in der Nullposition starten wenn der Laser zuvor ausgeschaltet oder blockiert wurde 5 3 Einschaltverz gerung Die integrierte Einschaltverz gerung startet die Regelung nach dem Einschalten des Systems erst einige Zeit nachdem die Kippspiegel die Nullposition erreicht haben W hrend dieser Verz gerung leuchtet die Active LED noch nicht 5 4 Drehschalter f r Signalverst rkung Zur Erleichterung der Signalverst rkung zur Leistungsaussteuerung befindet sich an der Frontseite der Regelungskassette Active Beam Align ber jedem Detektoreingang ein mit Gain beschrifteter Drehschalter Die S gnalverst rkung l sst sich in drei Stufen x1 x4 x14 einstellen Dies erm glicht eine optimale Aussteuerung bei nderungen der Laserintensit t ohne Wechsel von optischen Filtern 5 5 Regelung
12. e 3 Falls die Leistung auf dem Detektor zu niedrig ist werden die Aktuatoren in die Nullposition bewegt und die Active LED erlischt Dies geschieht aufgrund der automatischen Abschaltung bei zu niedriger Leistung die aus Sicherheitsgr nden eingebaut wurde siehe auch Abschnitt 5 Das Anschlie en der Kabel erfolgt recht intuitiv Sie k nnen der Beschreibung in Abschnitt 4 4 folgen Die internen Richtungsschalter erm glichen die Kodierung der x und y Richtungen f r jede Regelstufe Diese sind entsprechend mit 4QD 1 und 4QD 2 verbunden Eine weitere Beschreibung erfolgt in Abschnitt 4 6 Die Bandbreitenbegrenzung wird in Abschnitt 5 6 beschrieben Der Status S gnalausgang OK kann entweder als Interlock oder zur Steuerung eines Shutters verwendet werden siehe Abschnitt 5 5 Anmerkung Bitte beachten Sie dass die Piezoelemente eine gro e Kapazit t besitzen Die Kabel zu den Aktuatoren sollten nicht ausgesteckt werden solange die Piezoelemente noch geladen sind D h S e sollten d e Strahlstabilisierung mit dem Netzschalter an der linken Geh useseite stromlos schalten und dann einige Sekunden warten bevor Sie die Aktuatorkabel abziehen Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 7 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 4 3 Installation der optischen Komponenten Die optischen Komponenten Kippspiegel und Detektoren k nnen f r unterschiedliche Anwendungen variabel a
13. gelten 4 Achsen Betrieb beide Stufen aktivieren 4 2 Einf hrung Die Systembedienung kann anhand von Abbildung 5 beschrieben werden Am Einschub Active Beam Align befinden sich die Konnektoren Schalter und Anzeigen f r zwei Detektoren Stage 1 und Stage 2 F r jeden Aktuator gibt es einen eigenen Piezoverst rker Einschub Piezo Amplifier Jede Regelstufe kann unabh ngig von der anderen durch Bet tigen des Adjust Schalters aktiviert werden Adjust n der unteren Schalterstellung bedeutet dass die Stufe akt v st Adjust in der oberen Schalterstellung bedeutet dass sie nicht aktiv ist Die Range Displays zeigen an ob die Kippspiegel innerhalb des m glichen Erfassungsbereichs eingestellt sind Die Active LED leuchtet sobald die Regelstufe aktiv ist Dies ist dann der Fall wenn der Schalter bet tigt wurde und die Laserleistung auf dem Detektor korrekt ist Die Positions Ausg nge neben den Intensit tslevel Anzeigen k nnen dazu verwendet werden die aktuelle Position des Laserstrahls an jeder 4 Quadrantendiode auszulesen x und y Anmerkungen 1 Sobald die Regelung mittels Adjust Schalter aktiviert wird bewegen sich die Aktuatoren aus den Nullpositionen heraus und reagieren auf die Eingabe des Controllers 2 Falls eine Range LED rot leuchtet bedeutet dies nicht unbedingt dass der Strahl nicht stabil ist Dies weist vielmehr darauf hin dass keine st rkere Verkippung des Spiegels m glich ist obwohl dies notwendig w r
14. i der 2 Achsen Regelung analog anzuwenden mit der Anderung dass Aktuator 2 und 4QD 2 entfallen e Abbildung 7a zeigt einen typischen 4 Achsenaufbau des Systems bei dem der zu justierende Laserstrahl zuerst auf den Kippspiegel dann eine Kippspiegel Detektor Kombination und zuletzt auf den zweiten Detektor hinter einem Spiegel tr fft e Abbildung 7b zeigt einen hnlichen Aufbau bei dem vor den Detektoren noch Linsen platziert sind Gleichzeitig wurde ein Strahlteiler in den Strahlengang gestellt Dieser Aufbau empfiehlt sich z B bei gro en Strahldurchmessern Detektor 2 Beni Detektor 2 Linse gt E Anwendung Anwendung Detektor 1 Aktuator 1 Aktuator 1 a Detektor 1 Aktuator 2 Aktuator 2 Laserstrahl Laserstrahl Abbildung 7a In diesem typischen Aufbau f r die 4 Abbildung 7b Aufbau wie in 7a mit zus tzlichem Achsen Regelung wird mit Detektor 1 die Strahlposition Strahlteiler und Linse vor Detektor 1 sowie Linse vor auf Aktuator 2 ann hernd fixiert Detektor 2 definiert Detektor 2 Einsatz z B bei gro em Strahldurchmesser dann eine zweite Strahlposition und somit den Winkel e In Abbildung 7c wurde zugunsten einer besseren Winkelaufl sung eine Linse vor Detektor 2 platziert In diesem Fall sollte die Linse m glichst im Abstand ihrer Brennweite vor dem Detektor stehen Dabei sollte die Brennweite abh ngig vom Strahldurchmesser so gew hlt Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21
15. kt m ssen S e den entsprechenden Schalter umlegen Abbildung 8 Schalter f r die Richtungscodierung 4 7 Optimierung der Laserstrahlposition auf dem Detektor i Grobjustage Nutzung des linearen Regelbereichs der Kippspiegel Aktivieren Sie die Regelung Schalter Adjust in untere Position gr ne Active LEDs leuchten und justieren Sie den Laserstrahl manuell mit den Kippspiegeln so auf die Detektoren dass an allen vier Range Anzeigen der Piezoverst rker 1 und 2 die gr nen Range LEDs wie in Abb 5 leuchten Die Kippspiegel arbeiten nun m linearen Regelbereich ii Feintuning Einstellung der Nullposition und Nutzung des vollen Regelbereichs der P ezoaktoren Inaktivieren Sie die Regelung die Piezoaktuatoren halten dann die Kippspiegel in der festen Null position die gr nen Active LED sind dunkel und justieren S e den Laserstrahl manuell mit den Kippspiegeln so dass er die Mitte der Detektoren tr fft Hierzu k nnen Sie die vier x y Strahlpositions Ausg nge des Regelungseinschubs nutzen die eine zur Abweichung von der Sollposition proportionale Spannung liefern Die Spannungen k nnen Sie sich einfach mit einem Oszilloskop anschauen Je genauer die Nullposition mit der Sollposition bereinstimmt desto kleiner ist der Strahlversatz beim Aktivieren der Regelung Nach diesen Einstellungen sollte der Laserstrahl bei aktivierter Regelung nach dem letzten Spiegel keine Strahlpositions Fluktuationen mehr aufweisen 5 Be
16. len e Standard Durchmesser 1 Dicke 1 4 1 8 alternativ m glich e auf Anfrage Durchmesser 2 11 Kontakt MRC Systems GmbH Hans Bunte Stra e 10 D 69123 Heidelberg Telefon 06221 13803 00 Fax 06221 13803 01 Website www mrc systems de E mail info mrc systems de Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 18 von 18
17. n den Piezo Amplifier Einsch ben Aussteuerung der Intensit t auf den Detektoren mittels des Verst rkungsschalters Gain und ggf durch Austausch von optischen Filtern Im optimalen Fall leuchten 9 LEDs Vorjustierung Justierung des Laserstrahls auf die Detektoren Aktivieren Sie die Regelung Adjust Schalter nach unten so dass die gr ne Active LED leuchtet und justieren Sie den Laserstrahl durch manuelle Verstellung der Kippspiegel auf die Detektoren bis die vier Range Signale auf den Piezoverst rkern gr n leuchten Wenn dies nicht gelingt k nnte dies an einer falschen Richtungscodierung liegen Schieben Sie in diesem Fall Schritt 6 ein Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 6 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 6 Richtungskodierung Aktivierung der Regelstufe 1 Wenn w hrend der Vorjustierung die roten Range LEDs zwischen der oberen und der unteren Position hin und herspringen m ssen Sie den entsprechenden Kodierungsschalter f r x oder y bet tigen vgl Abschnitt 4 6 7 Richtungskodierung analog Schritt 6 nun f r Stufe 2 8 Feintuning f r Regelstufe 1 Inaktivierung beider Regelstufen Active LEDs leuchten nicht Dann Vorgehen gem Abschnitt 4 7 bis die x y Strahlpositionsausg nge m glichst nahe der Spannung 0V sind 9 Feintuning f r Regelstufe 2 Aktivierung Stufe 1 Stufe 2 bleibt deaktiviert Dann weiteres Feintuning gem Abschnitt 4 7 10 Zum gere
18. ngeordnet werden Die Detektoren k nnen hinter hochreflektierenden Spiegeln positioniert werden Da sie sehr empfindlich sind k nnen sie bereits mit dem Leakage hinter dem Spiegel arbeiten Dies hat den Vorteil dass keine weiteren Komponenten in den Strahlengang gebracht werden m ssen Es ist aber ebenso m glich ein Glaspl ttchen oder einen Strahlteiler im Strahlengang einzusetzen um einen Reflex auf den Detektor zu lenken Dies kann z B bei Laserstrahlen mit gr eren Strahldurchmessern notwendig werden bei denen der Aktuator die Transmission einschr nken w rde In jedem Fall werden die Zentren der 4QDs derart positioniert dass sie die gew nschte Laserstrahlrichtung bestimmen Der erste Aktuator sollte in der N he des Lasers bzw der letzten St rungsquelle aufgestellt werden Der letzte Detektor sollte nahe am Ziel aufgestellt werden Anmerkung Achten Sie beim Aufbau der Komponenten auf eine stabile Mechanik Idealerweise sollten Sie die vorhandenen Komponenten ohne weitere Positionierungshilfen wie z B H henverstellung fest auf einem optischen Tisch verschrauben Befinden sich schwingende Komponenten mit Resonanz frequenzen innerhalb der Regelungsbandbreite im System k nnen diese die Regelung zum Schwingen bei eben dieser Resonanzfrequenz veranlassen Die folgenden Abbildungen 7a e zeigen eine Auswahl von m glichen Aufbauten Die Beispiel Setups beziehen sich auf die 4 Achsen Regelung mit 4QDs Sie sind be
19. r hinter der Platte e Sollten Sie einmal den 2 Adapter entfernen wollen seien Sie besonders vorsichtig Wir k nnen hierzu eine separate Anleitung zusenden oder auch ein Werkzeug zur Verf gung stellen 6 3 Detektoren Abbildung 12 zeigt eine 4 Quadranten Diode mit Halterung Die u eren Abmessungen des PSD Geh uses und des Geh uses der UV Detektoren sind identisch Abbildung 12 Detektor 4 Ouadranten Diode mit sensitiver Fl che von 10x10 mm beim Detektor f r sichtbares Licht und 3x3 mm beim UV Detektor Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 14 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 7 Bauteil Zeichnungen 7 1 Spiegelhalter PKS Abbildung 13 PKS Spiegelhalter Zur besseren Orientierung ist ein typischer Laserstrahlverlauf eingezeichnet 7 2 Spiegelhalter PSH Abbildung 14 PSH Spiegelhalter Zur besseren Orientierung ist ein typischer Laserstrahlverlauf eingezeichnet Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 15 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 7 3 Detektorgeh use Abbildung 15 Detektorgeh use 8 Fehlerbehebung 8 1 Keine Anzeige alles dunkel berpr fen Sie bitte ob der Netzstecker in einer Strom f hrenden Steckdose steckt und der Netzschalter in der richtigen Position st Ist dies der Fall entfernen Sie das Netzkabel vom Elektronik System und pr fen die unter dem
20. r schwache transmittierte Strahlanteil hinter einem hoch reflektierenden 90 Spiegel genutzt werden siehe Abb 3 und 4 Abb 1 Prinzip der Laserstrahl Stabilisierung Der Regelkreis ermittelt st ndig die Abweichung von der vorgegebenen Sollposition und steuert die schnellen Aktuatoren so an dass die Kippspiegel den Laserstrahl darauf festhalten Das System steht n zwei unterschiedlichen Ausf hrungen zur Verf gung Die 2 Achsen Regelung be steht aus einem Detektor mit dem zugeh rigen Kippspiegel der den Strahl um zwei Achsen verkippt Der Laserstrahl wird hierbei nur auf eine Sollposition fixiert die durch das Zentrum des einen Detektors vorgegeben wurde D h je nach Auftreffpunkt auf dem Kippspiegel ver ndert sich die Strahlrichtung Die Kombination von zwei Detektor Kippspiegel Paaren bildet die 4 Achsen Regelung Diese detektiert den Laserstrahl an zwei entfernten Sollpositionen wodurch auch die Strahlrichtung fixiert wird 2 Systembestandteile Die Strahlstabilisierung besteht zum einen aus den optoelektronischen Komponenten wie Kippspiegeln und Detektoren zum anderen aus der Elektronik Wir bieten verschiedene Typen von Aktuatoren und Detektoren an Bitte vergleichen Sie hierzu die Angaben in Abschnitt 3 und die Bilder in Abschnitt 6 Abbildungen 2 3 und 4 von links nach rechts Kippspiegel mit Piezoelement Version PSH Kippspiegel Detektor Kombination einzelner Detektor Dynamic Strahlstabilisierung H
21. sstatus Interlock Wenn das System vollst ndig ausgeschaltet stromlos ist verkippen die P ezoaktuatoren prinzipbedingt die Kippspiegel in eine Extremposition Diese weicht um etwa 0 5 mrad PKS bzw 1 mrad PSH von der Nullposition ab Das System besitzt aber einen TTL Ausgang der benutzt werden kann um den Laser auszuschalten oder einen Shutter zu schlie en Dadurch wird verhindert dass ein fehlpositionierter Laser Schaden anrichten kann Der Pegel des TTL Ausgangs ist HIGH wenn die Regelung aktiv ist oder die Kippspiegel in der Nullposition stehen und LOW in allen anderen Zust nden So lange die Regelung nicht akt v geschaltet ist ist der Pegel immer HIGH 5 6 Schalter f r Bandbreitenbegrenzung Die Regelungsbandbreite hat unmittelbaren Einfluss auf die G te der Regelung Das System kann bei zwei unterschiedlichen Regelungsbandbreiten betrieben werden Grundeinstellung ist die hohe Bandbreite Insbesondere bei instabilen mechanischen Aufbauten oder bei gegenseitiger Beeinflussung der Regelstufen kann es jedoch von Vorteil sein die niedrige Bandbreite zu w hlen Hierzu befindet sich an der R ckseite des Einschubs Active Beam Align ein Schalter BW siehe Abbildung 9 Der Schalter kann f r beide Regelstufen unabh ngig voneinander eingestellt werden Abbildung 9 Bandbreiten Schalter Anmerkung Das System regelt auf den Schwerpunkt des transversalen Strahlprofils Profilver nderun gen k nnen prinzipbedingt n cht red
22. uchtet ist die Regelung nicht mehr im linearen Bereich Gehen S e dann gem Abschnitt 4 7 vor 8 4 Laserposition nicht stabil Sollte die automatische Stabilisierung des Laserstrahls trotz aktiver Regelung nicht gelingen kann dies an einer fehlerhaften Einstellung der Richtungscodierung siehe Abschnitt 4 6 liegen berpr fen Sie gegebenenfalls diese Codierung Eine andere Ursache kann ein instabiler mechanischer Aufbau sein bei dem sich die Regelung aufschwingt blicherweise macht sich dieses Ph nomen durch ein summendes Ger usch bemerkbar Z B k nnen hohe Aufbauten der Komponenten insbesondere derjenigen die die Piezostellelemente tragen zu mechanischen Instabilit ten f hren In diesem Fall kann es helfen die Bandbreite des Systems zu begrenzen Hierzu k nnen Sie die Bandbreitenbegrenzung einschalten siehe Abschnitt 5 6 9 Sicherheit Das Ger t hat das Werk in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand verlassen Um diesen Zustand zu erhalten und einen gefahrlosen Betrieb sicherzustellen darf das Ger t nur in trockenen Innenbereichen verwendet werden C Dieses Ger t erf llt die DIN EN 61000 3 2 und somit auch die erforderliche EMV Richtlinie 89 336 EWG Kennzeichnung Beispiel SN ABA 01115 xxx Model 1kHz CW AC 220 240V 50 60Hz 4A MRC Systems GmbH Hans Bunte Str 10 4 D 69123 Heidelberg Germany Abbildung 16 Kennzeichnung auf der Regelungselektronik
23. ung 1 Vad Aktuator 1 Stufe 2 SE Xg Aktuator 2 Strahlteiler Anwendung 2 E Detektor 2 Laserstrahl Abbildung 7e Aufbau eines 4 Achsen Systems als doppeltes 2 Achsen System Mit diesem Aufbau k nnen zwei getrennte Laserstrahlen unabh ngig voneinander in der Position stabilisiert werden Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 9 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 4 4 Ein Ausg nge Der erste Kippspiegel Abb 2 wird am linken Piezo Amplifier angeschlossen wobei der obere Ausgang die x Achse Horizontale und der untere Ausgang die y Achse Vertikale antreiben Die Kippspiegel Detektor Kombination mit dem zweiten Kippspiegel Abb 3 wird analog mit dem rechten Piezo Amplifier verbunden Die S gnale der ersten 4QD bei der 4 Achsen Regelung an der Kippspiegel Detektor Kombination werden mit dem Eingang Stage 1 JOD In am Regelungseinschub verbunden die der zweiten mit Stage 2 4OD In Anmerkungen e Die PKS Kippspiegelhalter k nnen in zwei um 90 zueinander gedrehten Orientierungen montiert werden Sie sind bei der Auslieferung so beschriftet dass die x Achse die horizontale Verkippung und die y Achse die vertikale Verkippung vollf hrt Sollten Sie die Orientierung einmal selbst ver ndern achten Sie bitte darauf dass immer die horizontale Verkippung an den x Eingang und die vertikale Verkippung an den y Eingang der Controller Elektronik angeschlossen werden e
24. ungen nnnnnnnnnnnnssnssseessesssssssseeeeseeeseererssseeresresrrrererersererrererereereeeererersssserrees 15 A e a a 4 gt E A EE EETA A E E EAA A T T 15 Tae PE ERr e r EEA EEEE 15 EN a A A A E A E AA E A EAE 16 SeT WE DEN De ee E E ee E 16 tb benc 2 r alier dinie s a 16 Gads Ba ee a i r 16 8 3 Die Kippspiegel sind akustisch deutlich wahrzunehmen 22222220022sssnnnnneenennn 16 SUB unser Uon ne MEAD es E TS 17 E e E E re ee een 17 1O Checkliste Ir Bas Teen 18 Ea 00 6 11 5 2 MBOUSERERE ER BIENEN E AIERRER TEUER OR TENEEEUNGL DER ANNE 18 EI ne 18 EU BE po 011 e E EN I E O E O O E T I E O A N 18 EEEO e E E E E A 18 Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 2 von 18 1 Allgemeine Beschreibung Die Dynamic _Laserstrahl Stabilisierung kompensiert Vibrationen St e thermische Fluktuationen oder andere unerw nschte Ver nderungen der Laserstrahlrichtung S e ist berall von Nutzen wo Laserstrahl schwankungen oder Bewegungen auftreten aber eine hohe Pr zision und Reproduzier barkeit der Laserstrahlrichtung ben tigt INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Closed loop Regelung Aktive Strahl stabilisierung Ziel position stabile Anwendung wird f mechanische 3 St e Fluktuation Mit dem Zentrum einer 4 Quadranten Diode N 4QD oder mit einer PSD wird jeweils eine u Sollposition des Laserstrahls fest vor gegeben Dazu kann de
25. uziert werden Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 12 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS 6 Optische Komponenten 6 1 Kippspiegel Halter PKS Der Spiegelhalter PKS besitzt mit 0 5 mrad einen kleineren Kippbereich als der PSH Halter Er bietet aber mehr freien Raum hinter dem Spiegel Zur Grobjustage der Null Position kann der Halter auch manuell eingestellt werden In Abbildung 10 st der PKS Halter gezeigt Abbildung 10 Kippspiegelhalter PKS mit einem 1 Spiegel Die blauen Pfeile zeigen auf die x und y Markierungen 6 2 Kippspiegel Halter PSH Der Spiegelhalter PSH hat einen weiten Kippbereich von 1 mrad Er kann ebenfalls auch manuell eingestellt werden Um eine hohe Resonanzfrequenz zu erzielen ist der Spiegelhalter mit verst rkten Federn und einem Ausgleichsgewicht optimiert Der Standardhalter wird mit 1 Spiegeln verwendet kann aber mit Adaptern f r gr ere Spiegel ausgestattet werden Abbildung lla Kippspiegelhalter PSH Abbildung 11b Kippspiegelhalter PSH mit einem l Spiegel mit Adapter f r einen 2 Spiegel Dynamic Strahlstabilisierung Handbuch Version 8 21 10 2013 Seite 13 von 18 INNOVATIVE TREATMENT SOLUTIONS Anmerkungen e Die bewegte Top Platte der Piezostellelemente ist empfindlich gegen mechanische Kr fte Bitte vermeiden Sie daher die Einwirkung starker Kr fte oder Drehmomente auf diese Platte Der Piezo Stack befindet sich unmittelba
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