フォーカスモニター

PRIMES社製フォーカスモニター（FocusMonitor）

フォーカスモニタとは

独国PRIMES社のフォーカスモニターはレーザ溶接、切断、表面改質などの加工に使用する高出力レーザ用の計測器です。集光点のビームプロファイルだけではなく、集光過程、デフォーカス過程におけるビームプロファイル計測を行うことが可能で、M2の測定も可能です。
ピンホール型のビームプロファイラで高出力レーザ（例えばCO2レーザでは最大50kw）の計測が可能です。また測定チップを変えることで様々なレーザ（可視光、近赤外、CO2）に対応します。

フォーカスモニタの測定原理

すべての種類のフォーカスモニタには高速に回転する測定チップが搭載されています。（左図）

測定チップが回転しながら（回転の方向をX軸とします）、Y軸方向に移動することにより、測定チップが集光ビームを横切っていきます。

測定チップにはΦ20-30um程度の小さな穴が空いており、ビームを横切ったときに、この穴から集光ビームの一部をサンプリングしていきます。

サンプリングされた光はチップ内を伝搬し、ディテクタにて受光されます。これによりビームの各点における強度情報を取得し、それをマッピングすることでビームプロファイルを得ます。

この測定チップを搭載したY軸ステージはZ軸ステージに搭載されており、各プレーンを計測した後、光軸方向に移動⇒測定を繰り返します。

これによりコースティック計測を行い、レーザの主要パラメータであるM2や集光角のような情報を取得します。

ビームプロファイラってフォーカスモニタのようなピンホール型のほかにカメラ型ってのがあるみたいだけど、それぞれのメリットって何？

カメラ型のメリットは一度にビーム全体を観察することができることです。

他方、ピンホール型のメリットは、減衰なしで大きなパワー密度のレーザ光の計測ができることです。

減衰って意外と面倒だし、正しいプロファイル計測ができているかわからないから、高出力レーザの計測の場合はピンホールがよさそうね。

製品

個別仕様

	FM+	FM+HPD
パワーレンジ	30-25,000W	100-25,000W
波長帯域	0.4-1.6um?または 9-12um	1.0-1.1um
ビーム径（典型値）	100-3000um（オプションで最大5000um）	100-1200um
最大パワー密度	CO2（10.6um）： 30MW/cm2 Nd:YAG（1000-1100nm）： 10MW/cm2 可視（515-550nm）： 5MW/cm2 ダイオード（400-1000nm）： 1MW/cm2	50MW/cm2

共通仕様


集光位置 x，y，z	◯
集光半径 x，y，z	◯
M2	◯
測定レイリー長（典型値）	28mm
ビーム強度分布	2D, 3D
1プレーンあたりの測定時間	5 - 40秒
ラインスキャン	オプション
ワーキングレンジ x - y	8x8mm　（オプションで12x12mm, 24x12mm）
	※HPDは一回のスキャンで1.2x1.2mmの範囲を計測
ワーキングレンジ z	120mm
測定ウインドウサイズ	0.1 x 0.1 - 8 x 8 mm （分解能64px）
分解能	32 x 32 px - 1024 x 102 px
回転速度	1875/3750/7500min^-1
電源	24VDC ±5%, 最大3.5A
保護ガス（水と油を含まず）	ヘリウム/窒素/アルゴン
最大圧力	代表値0.5 bar（オプション）
インターフェース	Ethernet, RS485
トリガディレイポート	オプション
寸法（長さ x 幅 x 高さ）	280 x 242 x 218mm
重量	約8.5kg

ユーザフレンドリーなソフトウェア

PRIMES社のFM+はLaser Diagnostic Software（LDS）というソフトウェアで大量の測定データを管理します。
ユーザガイダンスによりビーム測定を快適に行えます。ユーザインターフェースはレイアウトを自由に変更できます。パワー測定及びビーム伝搬の分析に使いやすいユーザガイガンスが組み込まれているので、ボタンをクリックするだけで、自動測定が可能です。フォーカスモニタだけでなく、PRIMES社のパワーメータのような複数の測定器をLDSに接続し、同時に操作することも可能です。測定結果はpdfファイルにより出力可能です。

測定したパワー密度分布を基に、ビーム位置（重心）、ビーム軸に沿って異なる位置のビーム径をグラフ表示することができます。また、これらの値より、レイリー長、ビーム半径、ビーム位置、ビーム品質M2、拡がり角、偏角、BPPのような重要なビームパラメータを算出します。ビーム半径測定は、DIN EN11146に明記されている2ndモーメント又は86％パワーから選択することができます。
LDSは様々なパラメータから、実行した測定に信頼性があるかどうかを判断します。これにより人為的なミスを防ぐことができ、安定した測定を行うことができます。

減衰機（オプション）

フォーカスモニタHPDは50MW/cm2の高パワー密度レーザの集光ビームをダイレクトに計測する測定器ですが、一度に計測できる範囲が1.2x1.2mmと従来のフォーカスモニタと比較して狭くなっています。
高パワー密度ビームの計測と広いエリアでの計測（例えばマルチビームなど）を一台で行いたい方にはこのオプションが便利です。
減衰器を使用しますと、元のビームから約4％だけを計測に取り出すことができます。測定には全て反射系を利用しておりますので、ビームが劣化することなく計測を行うことができます。
ビームダンパがついており、カットする光を終端します。

項目	仕様
波長	近赤外
減衰率	約96%
冷却	水冷（１リットル/分/kW）

減衰機あり/なしの計測データ比較

資料ダウンロード

よくある質問

ガラス製のチップを交換すれば、現行のFM+またはFM120の耐パワー密度をあげることができますか？

ガラスチップはHPDモデルにのみ搭載可能です、FM+、FM120への取り付けはできません。

FM+で選定可能なディテクタについて教えて下さい

FM+にはDFY-PS+、DFIG-PS+、DFCM+の3種類のディテクタがございます。ファイバーレーザの計測であればDFIG-PS+が最適です。このディテクタは可視域から近赤外までカバーしています。ブルーレーザの計測を行う場合はDFY-PS+をお勧めします。DFY-PS+はDFIG-PS+よりも可視域での感度が高いのが特徴です。DFINGは主に2umのレーザを計測するときに使用します。

FM+で選定可能なチップの種類について教えて下さい

FM+にはHighDiv.YAG、、HP-CO2、DL-Diodeの3種類のチップがございます。HighDiv.YAGはファイバレーザの計測に、HP-CO2はCO2レーザの計測に、DL-Diodeはダイオードレーザの計測に使用します。

Ver2.98のソフトウェアで計測したデータはVer 3.0で表示することが可能ですか？

可能です。

Ver 3.0で取得したデータはVer 2.98で表示することが可能ですか？

残念ながら確認できません。

フォーカスモニタFM120とFM+の測定面までの距離を教えて下さい

レーザを上から照射した場合、フォーカスモニタの底面から測定面下限までの距離は15.7mmです。チップを反転して下から入れた場合は、底面（元々の上面）から12.7mmが測定面の下限となります。

測定チップの回転スピードはどのように決定しますか？

測定するレーザのパワー密度により最適なスピードを選定してください。パワー密度に対して回転スピードが遅いとチップの溶損に繋がりますのでご注意ください

ビームプロファイラ選定方法