激光光束轮廓分析对于维持稳定的激光性能、优化焊接和增材制造等工业流程以及确保安全与质量标准合规至关重要。它能够精确测量焦点、形状和功率等光束参数，这些参数直接影响激光应用的有效性和可靠性。激光轮廓分析还通过在光束漂移或衰减影响生产前对其进行检测，支持预测性维护。
一、为什么高功率激光器需要光束轮廓分析
工业中用于焊接、切割、熔覆或定向能军事应用的高功率激光器，由于恶劣的环境条件和严格的可靠性标准，需要频繁地进行光束轮廓分析。测量高功率激光器有时具有挑战性，因为强激光能量会对光束轮廓分析设备中使用的光学元件(如滤光片、透镜和成像器)产生影响。
二、BeamWatch 的工作原理：基于瑞利散射的非接触式轮廓分析
非接触式光束轮廓分析技术BeamWatch，与传统激光光束轮廓仪相比具有多个显著优势，特别是在高功率工业激光应用中。
BeamWatch采用瑞利散射(Rayleigh scattering)在不物理拦截激光束的情况下对其进行分析。这对于高功率激光器尤为重要，因为基于接触的方法可能会因光束强度而损坏或产生失真测量结果。该系统能够实时监测，而不会中断激光工艺或需要拆除工具 —— 这在苛刻的工业环境中是一个重要优势。
相机和光学系统在束腰处以及沿光束传播方向的两个方向(X 和 Y)观察瑞利散射。然后 BeamWatch 软件提供多个光束参数的实时动态测量，包括：
● 焦点光斑尺寸和位置
● 焦点偏移(Focal shift)
● M²
● 发散角(Divergence)
● 质心和倾斜角(Centroid and tilt angle)
这使用户能够在激光器启动等关键时刻检测变化，因为焦点偏移可能会影响工艺质量。
三、高功率和功率密度兼容性
BeamWatch 支持 400 W 至无限功率的激光器，使其适用于即使是最高功率的激光器。
光束轮廓分析相机视场内的功率密度不受任何特定功率 / 面积阈值的限制。唯一的限制因素是可选功率传感器或光束收集器(beam dump)在光束传播下游能够安全处理的功率量。
该系统包括GigE接口和专为技术人员级分析设计的软件，具有合格 / 不合格(Go/No-Go)读数等工具，可进行快速诊断。它还支持自动化接口，能够集成到工业工作流程中。
四、 BeamWatch 型号
提供多种 BeamWatch 型号，每种型号都专为应对高功率激光行业的各种挑战而设计：
标准BeamWatch(BW-NIR-130)具有宽视场(FOV)，设计用于支持广泛的近红外(NIR)激光监测任务，包括焊接、切割和熔覆。
BeamWatch Plus(BW-PLUS-45)专为先进的多波长、高分辨率应用而设计。它提供更高的分辨率，用于监测更小的焦点光斑，使其成为精密制造的理想选择。除了近红外(NIR)激光器外，它还支持蓝色和绿色波长的测量，能够为铜焊接和其他首选可见高功率激光器的工艺(如半导体加工和医疗设备制造)提供准确的轮廓分析。
BeamWatch AM(BW-NIR-2-50-AM)专为增材制造的苛刻环境而设计，在这种环境中，及时准确地分析光束性能对于最大化生产良率和降低成本至关重要。它采用紧凑的外形设计，可安装在各种增材制造腔室内，能够在线测量紧密聚焦的光束形状和焦点偏移 —— 这对于粉末床熔融和其他增材制造工艺中的精密监测至关重要，可防止打印失败。
为满足增材制造环境的独特要求，该系统包括气动快门和超压保护，以防止粉末污染。除了光束轮廓监测外，BeamWatch AM 还配备集成热功率计，可同时进行激光功率测量，实时提供激光性能的全面视图。
BeamWatch 系列的大型分支是BeamWatch Integrated产品线。这些系统将 BeamWatch 仪器安装在更工业化的平台中，集成了保护性气动快门、用于功率监测的水冷热传感器以及工业通信计算机，设计用于通过PROFINET或EtherNet/IP协议无缝集成到工厂控制系统中。
BeamWatch Integrated 是作为自动化制造和焊接生产线的组件构建的，特别是在汽车行业，高功率激光器通常用于这些领域。它提供所有关键激光光束参数的同时实时测量，而其内置功率计提供绝对功率读数。气动快门保护光学元件免受恶劣工业环境中的灰尘和碎屑影响，集成流量计监测功率传感器的冷却效率，确保稳定运行。
| 型号 | BeamWatch | BeamWatch Plus | BeamWatch AM | BeamWatch Integrated |
|---|---|---|---|---|
| 应用场景 | 通用高功率激光器 | 高分辨率、多波长 | 增材制造 | 自动化生产线 |
| 最小光斑 | 130 µm | 45 µm | 50 µm | 50/150 µm |
| 光谱范围 | 950–1100 nm | 420–635 / 950–1100 nm | 1060–1080 nm | 980–1080 nm |
| 功率范围 | 400 W 至无限 | NIR：400 W 至无限 VIS：3 W 至 > 100 kW | 50–1000 W | 500 W 至 10 kW （可按需扩展至 30 kW） |
| 功率测量 | 否 | 否 | 是（可溯源至 NIST） | 是（可溯源至 NIST） |
| 自动化 / 集成 | 手动 | 手动 | 半集成 | 完全自动化 |
| 工业接口 | 无 | 无 | 无 | PROFINET、Ethernet/IP、CC-Link |
| 视场（FOV） | 26 × 9 mm | 9 × 3 mm | 9 × 3 mm | 32 × 9 mm |
| 视场分辨率 | 16.5 µm | 5.5 µm | 5.5 µm | 16.5 µm |
| 最大光束 | 直径12.5 mm | 直径12.5 mm | 直径8 mm | 直径12.5 mm |
| 典型应用 | 激光焊接切割 | 精密制造、半导体 | 3D 打印、粉末床熔融、增材制造 | 汽车焊接、在线质量控制 |
