Verwendung der Röntgenstrahlung aus der UKP-Laser-Materialbearbeitung zur zeitaufgelösten Bestimmung der am Werkstück wirkenden Bestrahlungsstärke (X4irrad)

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Graf
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 491192473

Bei der Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen (UKP) wird auch bei industriellen Produktionsbedingungen ein messbarer Anteil an Röntgenstrahlung mit Photon-Energien von >3 keV emittiert. Da Luft für Röntgenstrahlung ab ca. 3 keV transparent ist, kann sich diese Strahlung auch bei normalem Atmosphärendruck verlustarm ausbreiten. Die Röntgenstrahlung stellt zwar ein potentielles Sicherheitsrisiko dar, aus physikalischer Sicht enthält sie aber wichtige Informationen über den Laserprozess, welche für die Prozessdiagnostik und das Erlangen neuer Erkenntnisse genutzt werden kann, da die Emissionsspektren stark von den Bearbeitungsparametern – u.a. insbesondere von der Bestrahlungsstärke – abhängig sind. Wegen der hohen Spitzenintensitäten der einzelnen Laserpulse, sowie den zunehmend hohen mittleren Leistungen moderner UKP-Laser, werden Effekte wie der thermische Fokusshift (aufgrund der mittleren Leistung) und die Defokussierung durch Plasmabildung in der Luft (aufgrund der hohen Spitzenintensität) in der Praxis immer störender. Die Bestimmung der Fokuslage, welche die am Werkstück wirkende Bestrahlungsstärke beeinflusst, ist bei Anwendung von UKP-Lasern mit hoher mittlerer Leistung heute aber noch nicht befriedigend gelöst - insbesondere nicht zeitaufgelöst. Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es daher, die zeitlich und spektral aufgelöste Messung und Analyse der Röntgenemission bei der UKP-Materialbearbeitung dazu zu verwenden, direkt und während des Prozesses zuverlässige Aussagen über die am Werkstück wirkende Bestrahlungsstärke zu erhalten und damit auch auf Fokusshift oder Defokussierung durch Plasmabildung schließen zu können. Gleichzeitig kann mit den gewonnenen Resultaten die bisher relativ dünne Datenlage zu der Abhängigkeit der Röntgenemission von den Bearbeitungsparametern deutlich erweitert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Rudolf Weber