Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Optatec 2014: Deformierbarer Spiegel gleicht Fehler aus

14.05.2014

Soll ein Laserstrahl schweißen oder schneiden, so muss er eine möglichst hohe Leistung haben. Doch dann verformt seine Energie auch die Spiegel, die ihn auf einen Punkt fokussieren – der Strahl weitet sich auf. Ein neuartiger Spiegel kann sich selbst so deformieren, dass er diese ungewollte Verformung ausgleicht. Vorgestellt wird er auf der Messe Optatec vom 20. bis 22. Mai in Frankfurt a. Main (Halle 3, Stand D50).

In Produktionshallen schneiden Laser Werkstoffe oder schweißen Bauteile aneinander. Das Laserlicht wird dabei durch verschiedene Linsen und Spiegel auf einen Brennfleck fokussiert. Je kleiner und hochenergetischer dieser ist, desto besser.


Thermisch-piezoelektrisch deformierbarer Spiegel für den Einsatz in Hochleistungslasersystemen.

© Fraunhofer IOF

Denn je mehr Energie der Strahl hat und je kleiner der Laserpunkt ist, desto genauer kann man damit arbeiten. Also: Leistung hochdrehen und fertig. Doch so einfach ist es nicht. Denn erhöht man die Laserleistung, erwärmt sich auch der Spiegel zunehmend – und verformt sich dadurch. Ein deformierter Spiegel kann den Laser nicht mehr exakt fokussieren: Der Laserpunkt wird größer, die Laserleistung sinkt.

Unerwünschte Verformung gezielt ausgleichen

Experten arbeiten an Spiegeln, die höhere Temperaturen aushalten und sich nicht mehr verformen – ein schwieriges Unterfangen, das nur zum Teil gelingt. Einen gänzlich anderen Ansatz verfolgen die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena. »Wir haben einen Spiegel entwickelt, der die Verformung durch den Laser nicht verhindert, sondern ausgleicht«, erläutert Dr. Claudia Reinlein vom IOF. »Indem wir den Spiegel gezielt und gewollt erwärmen, kompensieren wir die ungewollte Deformation durch den Laser wieder.«

Dazu haben die Wissenschaftler zusammen mit Kollegen aus dem IKTS und der TU Ilmenau den keramischen Spiegel vorne mit einer Kupferschicht versehen und Temperatursensoren sowie Heizdrähte integriert. Erhitzt der Laserstrahl nun den Spiegel, nehmen die Sensoren dies wahr. Eine Software errechnet, wie stark sich der Spiegel durch die Erwärmung verformt, und schickt eine entsprechende elektrische Leistung durch die Heizdrähte – lässt also Strom durch sie hindurch fließen.

Die Heizdrähte erwärmen sich daraufhin und gleichen die ungewünschte Deformation wieder aus. Auf der Rückseite des Spiegels haben die Forscher eine piezoelektrische Schicht angebracht: Sie kann den Spiegel ebenfalls verformen und so alle weiteren Fehler beheben, die den Laserstrahl stören könnten. Einen Prototyp des Spiegels haben die Forscher bereits entwickelt, sie stellen ihn auf der Messe Optatec vom 20. bis 22. Mai in Frankfurt a. Main vor (Halle 3, Stand D50). Bislang müssen die Forscher das System noch manuell steuern. Künftig soll dies automatisch erfolgen.

Laser als »Schutzengel« für Satelliten

Der Einsatz des deformierbaren Spiegels ist nicht nur auf Produktionshallen begrenzt. Auch für Satelliten kann er gute Dienste leisten. Denn stoßen diese Erdtrabanten mit größeren Staubteilchen zusammen, können sie ernsthaften Schaden nehmen. Künftig, in etwa fünf bis zehn Jahren, könnte ein Laserstrahl die Satelliten vor solchen Gefahren schützen: Trifft der Hochleistungslaser das Staubteilchen, kann er dieses nach außen drücken und dessen Umlaufbahn so ändern, dass es nicht mit dem Flugkörper zusammenprallt.

Ein Problem dabei: Turbulenzen in der Atmosphäre können den Laserstrahl verändern. Hier kann der deformierbare Spiegel helfen: Die Forscher senden zunächst den Strahl eines separaten Lasers in die Atmosphäre und analysieren, wie dieser durch die Turbulenzen verändert wird. Anhand dieser Daten könnten sie den Spiegel mit Hilfe der Heizdrähte und einer piezoelektrischen Schicht so deformieren, dass der Laserstrahl in der gewünschten Fokussierung beim Staubteilchen ankommt.

Kevin Füchsel | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2014/Mai/optatec-deformierbarer-spiegel-gleicht-fehler-aus.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Laser World of Photonics 2017: Abhörsicher kommunizieren mit verschränkten Photonen
22.06.2017 | Fraunhofer-Gesellschaft

nachricht EMO 2017: Smarte Lösungen für Produktionsoptimierung und Sägetechnologie
20.06.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Individualisierte Faserkomponenten für den Weltmarkt

22.06.2017 | Physik Astronomie

Evolutionsbiologie: Wie die Zellen zu ihren Kraftwerken kamen

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Spinflüssigkeiten – zurück zu den Anfängen

22.06.2017 | Physik Astronomie