DE10157983A1

DE10157983A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren und/oderBearbeiten von Werkstücken mit einer Laser-Bearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE10157983A1
Application number: DE10157983A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Koriath; Bertram Schulz; Stefan Mann; Udo Bechtloff
Original assignee: KSG LEITERPLATTEN GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: KSG LEITERPLATTEN GmbH; Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-26
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: DE10157983B4; DE10157983C5

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren für zumindest ein Werkstück und eine Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung für zumindest ein Werkstück, insbesondere zur Durchführung des Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahrens, wobei ein Werkstück bezüglich einer Referenzstruktur positioniert, ein Korrekturwert für eine Positionierung des Werkstückes mittels eines Positioniertisches und/oder für eine Ablenkung eines Laserstrahls auf Grundlage einer gemessenen Position der Referenzstruktur R und/oder einer gemessenen Ist-Position des Werstückes berechnet und auf die Ablenkung des Laserstrahles und/oder die Positionierung des Werkstückes bzw. des Werkstückträgers angewandt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren für zumindest ein Werkstück mit einer Laserbearbeitungsmaschine, sowie eine Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung für zumindest ein Werkstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 16.

Derartige Verfahren bzw. Vorrichtungen finden insbesondere Anwendung im Rahmen der Mikro-Fertigung bzw. Mikro-Bearbeitung von Werkstücken, wie insbesondere bei der Laserstrukturierung. Beispielsweise werden bei der Laserstrukturierung von Verdrahtungskomponenten, wie Leiterplatten oder Multi-Chip-Modulen, (Mikro-) Strukturen in vorbestimmten Bereichen, sogenannten Strukturfenstem, hergestellt, wobei die Verdrahtungskomponente unter einer Abbildungsoptik eines Laserstrahles angeordnet und ein Laserstrahl zur Strukturierung des Strukturfensters mittels einer Ablenkeinheit über den zu strukturierenden Bereich bewegt wird. Die Verdrahtungskomponente selbst ist dabei auf einem Werkstückträger (Positioniertisch) gehalten.

Die Genauigkeit der Positionierung bzw. Bearbeitung derartiger Verfahren und Vorrichtungen ist aufgrund der häufig benötigten Strukturfeinheit der zu fertigenden Mikrostrukturen von wesentlicher Bedeutung, wobei sowohl die Lage der Strukturfenster auf den Verdrahtungskomponenten (Werkstücken) als auch die Lage der Mikrostrukturen in den einzelnen Strukturfenstern eine bedeutende Rolle spielen. Um ein sicheres Trennen von (parallel verlaufenden) Leiterbahnen sicherstellen zu können, sind zudem auch entsprechend feine Abstände zwischen diesen Leiterbahnen zu berücksichtigen.

Dabei bestimmen die einem bestimmten Positionier- bzw. Bearbeitungsprozess anhaftenden Ungenauigkeiten im wesentlichen Maße die letztendlich erreichbaren Strukturabmessungen (Strukturteinheiten). Derartige Ungenauigkeiten beruhen insbesondere auf einer Genauigkeitsklasse eines entsprechenden Antriebssystems eines jeweiligen Werkstückträger-Positioniersystems, wobei jedes Antriebssystem abhängig von der Genauigkeitsklasse desselben einen minimalen kleinsten Stellwert (minimales Stellinkrement) abarbeiten kann, ohne dass der Werkstückträger tatsächlich bewegt wird. Ein Grund für ein solches Spiel ist in der reibungsbedingten und richtungsempfindlichen Wirkung von Losen und Nachgiebigkeiten, beispielsweise von Kugelumlaufspindeln relativ zu den Führungen derselben, zu finden.

Ein Positionierfehler in der Größenordnung der Genauigkeitsklasse des Antriebssystems des Werkstückträgers, führt jedoch zu einer deutlichen Lageabweichung des Strukturfensters auf dem Werkstück. Bei Betrachtung solcher Lageabweichungen ist zudem zu beachten, dass die Lage der Mikrostrukturen in den Strukturfenstern eine noch höhere Positioniergenauigkeit benötigt als die Lage der Strukturfenstermitte relativ zu Referenzpunkten auf den zum Teil sehr großen Werkstücken (Vorlagen), beispielsweise 600 × 500 mm.

Die aus dem vorgenannten Ungenauigkeiten resultierenden Fehler werden i. a. mittels einer Anpassung von Ablenkwerten des Laserstrahles während der Bearbeitung der Werkstücke kompensiert. Da jedoch auch ein Antrieb einer Ablenkeinheit des Laserstrahles eine bestimmte Genauigkeitsklasse, d. h. ein minimales Stellinkrement, und zusätzlich eine bestimmte Langzeitdrift aufweist, kann der vorgenannte Lagefehler aufgrund des Antriebssystems des Positioniertisches auch mittels einer abgestimmten Steuerung der Ablenkeinheit nur in unzureichender Weise kompensiert werden.

Weist eine derartige Mikro-Fertigung bzw. Mikro-Bearbeitung eines Werkstückes weiterhin mehrere aufeinanderfolgende Fertigungsschritte auf, welche jeweils mit bestimmten Ungenauigkeiten behaftet sind, ergeben sich aufgrund der Aufsummierung der einzelnen prozessbedingten Lagefehler teils erhebliche Folgefehler. Solche Folgefehler können beispielsweise dazu führen, dass konzentrische Leiterbahnen um Bohrungen derart versetzt sind, dass die Bohrung außerhalb und somit ohne Verbindung zum entsprechenden Lötauge entsteht.

Aus der DE 44 37 284 ist ein Verfahren zur Kalibrierung einer Steuerung zur Ablenkung eines Laserstrahles bekannt, bei dem ein lichtempfindliches Medium an vorgewählten Positionen zur Erzeugung eines Testbildes mit einem Laserstrahl bestrahlt wird. Anschließend werden digitalisierte Einzelbilder von Ausschnitten des Testbildes erzeugt, welche zu einem Gesamtbild zusammengeführt werden. Aus dem Gesamtbild werden Korrekturdaten für die Steuerung der Ablenkung des Laserstrahles ermittelt. Die entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine erste Vorrichtung zum Erzeugen des Testbildes und eine zweite Vorrichtung zum Auswerten des Testbildes auf.

Aus der US 4,584,455 ist eine Laserbearbeitungsmaschine bekannt, die zusätzlich zu einem Bearbeitungs-Laserstrahl einen zu diesem überlagerten Beobachtungs- Laserstrahl aufweist, wobei eine Position des Beobachtungs-Laserstrahls auf dem Werkstück mittels einer Kamera bestimmt und mit einer Soll-Position verglichen wird. Eine Korrektur des Bearbeitungs-Laserstrahls erfolgt bezüglich der ermittelten Differenzlage. Der Bearbeitungs- und der Beobachtungs-Laserstrahl weisen unterschiedliche Wellenlängen auf, wobei der Beobachtungs-Laserstrahl eine Wellenlänge im Wellenbereich des sichtbaren Lichtes aufweist.

Aus der DE 198 31 340 ist ein Verfahren zur Kalibrierung einer Laserbearbeitungsmaschine bekannt, bei dem zunächst eine vor einer Abbildungs-Optik positionierte Kalibrierplatte mit einer Kamera vermessen wird, wobei mittels des Vermessens der Kalibrierplatte ein Abbildungsfehler bestimmt wird. Anschließend wird eine Testmarkierung mittels eines Laserstrahles auf eine Testplatte geschrieben und eine Position der erzeugten Teststruktur vermessen, wodurch ein optischer Versatz unter Berücksichtigung des Abbildungsfehlers ermittelt wird. Dieser optische Versatz wird bei einer nachfolgenden und von der Kalibrierung getrennten Bearbeitung eines Werkstückes berücksichtigt. Bei den beschriebenen Kalibrierschritten des Verfahrens sind sowohl die Testplatte als auch die Kalibrierplatte in Ruhestellung, wohingegen die Ablenkeinheit bewegt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine möglichst genaue Positionierung und/oder Laserbearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke gestatten. In Bezug auf das Laserbearbeitungsverfahren soll eine präzisere Positionierung der zu erzeugenden Mikrostrukturen in den zu strukturierenden Bereichen der Werkstücke ermöglicht sein.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren für zumindest ein Werkstück mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Mit dem erfindungemäßen Verfahren wird es auf vorteilhafte Weise möglich, das Werkstück vor einer Bearbeitung mit der Laserbearbeitungsmaschine anhand von auf diesem vorhandenen Referenzstrukturen auszurichten. Zudem sind mit dem erfindungsgemäßen Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahren höhere Positioniergenauigkeiten von Mikro-Strukturen erreichbar, als es die Genauigkeitsklassen des Antriebssystems des Werkstückträgers und des Antriebs der Ablenkeinrichtung der Ablenkeinheit ermöglichen.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Ist-Position einer Referenzstruktur und/oder eine Ist-Position des Werkstückes mit einer höheren Genauigkeit als der Positioniergenauigkeit eines Antriebssystems des Werkstückträgers und/oder des Werkstückes und/oder eines Antriebes einer Ablenkeinrichtung der Ablenkeinheit bestimmt.

Die Referenzstruktur kann in einem zu strukturierenden Bereich des Werkstückes angeordnet sein.

Gemäß einem ebenfalls bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Abbildung der Referenzstruktur zur Bestimmung der Ist-Position der Referenzstruktur mittels einer Abbildungsoptik, welche in einem vom Strahlengang des Laserstrahl unabhängigen Scan-Strahlengang angeordnet ist, und einer der Abbildungsoptik nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung erzeugt.

Eine Abbildung der Referenzstruktur zur Bestimmung der Ist-Position der Referenzstruktur kann auch mittels einer weiteren Abbildungsoptik, die im Strahlengang des Laserstrahles angeordnet ist, der Ablenkeinheit und einer denselben nachgeordneten weiteren optischen Erfassungseinrichtung erzeugt werden.

Die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Erzeugung einer Abbildung der Referenzstruktur können sowohl unabhängig, d. h. als echte Alternativen, als auch gemeinsam in einem Ausführungsbeispiel gemeinsam eingesetzt werden, beispielsweise als redundantes System zur Vermeidung von Fertigungsausfällen.

Bevorzugterweise wird die Ist-Position der Referenzstruktur in einer Steuereinheit mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens relativ zu einer Mitte eines Abbildungsbereiches der entsprechenden Abbildungsoptik ermittelt.

Es ist zudem vorteilhaft, wenn eine Ist-Position der Mitte des zu strukturierenden Bereiches mittels der Ist-Position des Werkstückes und Parametern des Werkstückes und/oder des zu strukturierenden Bereiches berechnet wird. Dabei kann diese Ist- Position der Mitte des zu strukturierenden Bereiches in die Berechnung des Korrekturwertes eingehen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine erste Korrekturvariable auf Basis eines Unterschiedes zwischen der Ist-Position der Referenzstruktur und der Sollposition der Referenzstruktur berechnet, wobei die Korrekturvariable in die Berechnung des Korrekturwertes eingeht und zu einer Korrektur der Ist-Position des Werkstückes genutzt wird.

Weiterhin kann eine zweite Korrekturvariable auf Basis eines Unterschiedes zwischen der Ist-Position des Werkstückes und einer Sollposition des Werkstückes berechnet werden, wobei die zweite Korrekturvariable in die Berechnung des Korrekturwertes eingeht und zu einer Korrektur der errechneten Ablenkwerte des Laserstrahles in der Ablenkeinheit genutzt wird.

Gemäß einem ebenfalls bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Teststruktur mittels des Laserstrahles und der Ablenkeinheit in das Werkstück eingeformt, eine Position der Teststruktur ermittelt und eine dritte Korrekturvariable bestimmt, wobei die dritte Korrekturvariable in die Berechnung des Korrekturwertes einfließt. Dabei kann das Abbild der Teststruktur mittels einer Abbildungsoptik, welche im Scan- Strahlengang angeordnet ist, und der derselben nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung und/oder mittels der im Strahlengang des Laserstrahles angeordneten weiteren Abbildungsoptik, der Ablenkeinheit und der denselben nachgeordneten weiteren optischen Erfassungseinrichtung erzeugt werden. Weiterhin kann die Referenzstruktur und die Teststruktur im Wechsel unter der Abbildungsoptik, welche im Scan-Strahlengang angeordnet ist, und der im Strahlengang des Laserstrahles angeordneten weiteren Abbildungsoptik positioniert werden, wobei ein Vergleichsmeßsystem Positionen der Referenzstruktur und der Teststruktur bestimmt. Zudem kann die Position der Teststruktur in der Steuereinheit ermittelt werden, wobei aus einem Unterschied zwischen der Position der Teststruktur zur Mitte des Abbildungsbereiches der entsprechenden Abbildungsoptik zumindest die dritte Korrekturvariable zur Anpassung der Position des Werkstückes mittels des Werkstückträgers und der errechneten Ablenkwerte des Laserstrahles in der Ablenkeinheit berechnet wird.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn ein Abbild des Abbildungsbereiches in der ersten optischen Erfassungseinrichtung bei einem konstanten Ablenkwinkel der Ablenkeinheit erzeugt wird.

Die vorgenannte Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht erfindungsgemäß durch eine Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 16 gelöst.

Die erfindungsgemäße Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung ist besonders zur Durchführung des erfindungsgemäßen Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens geeignet, wobei es auf vorteilhafte Weise möglich ist, Fehler der Positionierung und/oder Laserbearbeitung zu korrigieren.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst diese einen Werkstückträger zur Positionierung des Werkstückes, ein Werkstückträger-Positioniersystem mit zumindest einem Antriebssystem, zumindest ein Vergleichsmeßsystem und zumindest ein Mikrostellglied, wobei ein Stellweg des Mikrostellgliedes und ein Stellweg des Antriebssystems des Werkstückträgers parallel oder in Reihe geschalten sind.

Vorteilhafterweise ist eine Positioniergenauigkeit des Mikrostellgliedes höher als eine Positioniergenauigkeit des Antriebssystems des Werkstückträgers.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung weist diese eine erste Abbildungsoptik auf, die in dem Strahlengang des Laserstrahles angeordnet ist, wobei eine mittels derselben erzeugte Abbildung des zu strukturierenden Bereiches in einer ersten optischen Erfassungseinrichtung, insbesondere einer CCD-Kamera, erfassbar ist.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung weist diese eine zweite, in einem Scan-Strahlengang angeordnete Abbildungsoptik auf, wobei der Scan-Strahlengang eine zweite optische Erfassungseinrichtung, insbesondere eine zweite CCD-Kamera, aufweist.

Bevorzugterweise weist die Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung einen Strahlteiler auf, wobei der Strahlteiler im Strahlengang des Laserstrahles angeordnet ist.

Weiterhin kann das Mikrostellglied vorteilhafterweise zumindest einen adaptronischen Mikro-Aktor aufweisen. Dabei kann der adaptronische Mikro-Aktor einen Piezo-Aktor, einen magneto-/elektrorheologischen oder einen magneto-/elektrostriktiven Aktor oder einen Formgedächtnis-Aktor umfassen.

Bevorzugterweise weist die Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung ein Lagemeßsystem, insbesondere ein Vergleichs-Längenmeßsystem, zur Erfassung einer Ist-Position des Werkstückes auf. Vorteilhafterweise ist das Vergleichslängenmeßsystem mit dem Werkstückträger verbunden. Weiterhin kann das Vergleichslängenmeßsystem eine größere Messgenauigkeit als das Werkstückträger- Positioniersystem aufweisen, wobei das Werkstückträger-Positioniersystem eine Positioniergenauigkeit von vier Mikrometern (±4 µm) aufweisen kann.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ist-Position des Werkstückes mit einer höheren Messgenauigkeit als der Positioniergenauigkeit des Antriebssystems des Werkstückträgers ermittelbar.

Vorzugsweise umfasst die Referenzstruktur eine an einer Werkstückoberfläche des Werkstückes vorhandene Texturen und/oder eine Kontur oder Marke des Werkstückes und/oder eine in einem vorhergehenden Arbeitsschritt ausgeformte Struktur. Im besonderen umfasst die Referenzstruktur eine im Werkstück ausgeformte Bohrung und/oder eine an der Werkstückoberfläche des Werkstückes ausgeformte Leiterbahn.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Darstellung eines Ausführungsbeispieles einer Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke mit einer Laserbearbeitungsmaschine,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke mit einer Laserbearbeitungsmaschine nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Ablaufschemata eines Ausführungsbeispieles eines Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens für Werkstücke mit einer Laserbearbeitungsmaschine,
Fig. 4 ein Ablaufschemata eines weiteren Ausführungsbeispieles des Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens für Werkstücke mit einer Laserbearbeitungsmaschine, und
Fig. 5 ein Ablaufschemata einer weiteren Ausführungsbeispieles des Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens für Werkstücke mit einer Laserbearbeitungsmaschine.
In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke mit einer Laserbearbeitungsmaschine in räumlicher Darstellung gezeigt.
Das zu bearbeitende Werkstück 8 ist beispielhaft als eine ebene Leiterplatte dargestellt, wobei der zu strukturierende Bereich B des Werkstückes 8 ebenfalls beispielhaft durch eine rechteckige Umrandung abgegrenzt ist. In dem zu strukturierenden Bereich B sind die mit einem Laserstrahl L eingeformten Strukturen durch mehrere Linien und einen Kreis angedeutet.
Zur Erzeugung solcher Strukturen (insbesondere Mikrostrukturen) wird der Laserstrahl L über eine erste Abbildungsoptik 5a auf der Oberfläche des Werkstückes 8 im Bereich des zu strukturierenden Bereiches B abgebildet und insbesondere auch fokussiert. Der Strahlengang des Laserstrahles L umfaßt dabei eine Laserquelle 1, eine Einrichtung zur Laserstrahlformung 2, eine Ablenkeinrichtung 4 und die erste Abbildungsoptik 5a. Mit der im Strahlengang des Laserstrahles L angeordneten Ablenkeinheit 4 ist der Laserstrahl L über den zu strukturierenden Bereich B des Werkstückes 8 führbar.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Werkstück 8 auf einem Werkstückträger 7 angeordnet, wobei der Werkstückträger 7 mittels eines in Fig. 1 nur teilweise sichtbaren Antriebssystems 12 bewegbar ist. Das Antriebssystem 12 des Werkstückträgers 7 umfasst pro Bewegungsachse je einen Servomotor, eine Kugelumlaufspindel und ein direktes Liniearmesssystem. Eine Genauigkeitsklasse des Antriebssystems trägt beispielsweise ±4 µm bei einer minimalen Auflösung (minimales Stellinkrement) von 2 µm.
Auf dem Werkstückträger 7 sind zudem mehrere Mikrostellglieder 11 angeordnet, wobei das Werkstück 8 mittels der Mikrostellglieder 11 gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel auf dem Werkstückträger 7 positionierbar ist. Weiterhin weisen die Mikrostellglieder 11 gemäß dem in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel jeweils zumindest einen adaptronischen Mikro-Aktor auf, wobei der adaptronische Mikro-Aktor einen Piezoaktor, einen magneto-/elektrorheologischen oder einen magneto-/elektrostriktiven Aktor oder einen Formgedächtnis-Aktor umfassen kann.
Aus einem Vergleich der verwendeten Mikrostellglieder 11 zu dem Antriebssystem 12 des Werkstückträgers 7 wird deutlich, dass eine Positioniergenauigkeit des Antriebssystems 12 niedriger ist, als eine Positioniergenauigkeit der Mikrostellglieder 11.
Wie aus Fig. 1 entnehmbar, ist ein Stellweg der Mikrostellglieder 11 einem Stellweg des Antriebssystems 12 des Werkstückträgers 7 übergeordnet. Es ist jedoch ebenso denkbar, die Mikrostellglieder 11 und das Antriebssystem 12 des Werkstückträgers 7 in Reihe anzuordnen, wenn eine summare Position, d. h. die aus den Stellwegen der Mikrostellglieder 11 und des Antriebssystems 11 resultierende Gesamtverschiebung des Werkstückes 8, mittels eines gemeinsamen Lagemeßsystems erfasst wird. Dementsprechend ist die vorliegende Positionier- und Bearbeitungsvorrichtung nicht auf die in Fig. 1 gezeigte Anordnung der Mikrostellglieder 11 auf der Oberseite des Werkzeugträgers 7 beschränkt.
Zur Erfassung einer Ist-Position P2 des Werkstückes 8 ist ein Vergleichslängenmeßsystem 9 vorgesehen, wobei das Vergleichslängenmeßsystem 9 mit dem Werkstückträger 7 verbunden ist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Vergleichslängenmeßsystem 9 an einer Seitenfläche des Werkstückträgers 7 angebracht, wobei das Vergleichslängenmeßsystem 9 vorliegend ein inkrementales Längenmeßsystem mit sehr hoher Genauigkeit umfasst, beispielsweise ein Phasengitter auf Glas mit einer Genauigkeitsklasse von ±1 µm. Die Teilungsperiode beträgt in diesem Fall 8 µm, wobei insbesondere mit einer PC-Zählerkarte (beispielsweise 1024 Zählimpulse) das Messsignal interpolierbar und eine Auflösung von ca. 4 nm erreichbar ist.
Mit einem solchen inkrementalen Längenmeßsystem kann die Position des Werkstückträgers 7 und dementsprechend die Position P2 des Werkstückes 8 hochpräzise auf ±1 µm genau erfasst werden, bei einer Positioniergenauigkeit des Antriebssystems 12 von ca. ±4 µm. Aus der Differenz zwischen der mittels dem Antriebssystem 12 theoretisch einzustellenden Soll-Position S2 des Werkstücks 8 und der mit dem Längenmeßsystem 9 ermittelten Ist-Position des Werkstückträgers 7, und damit der Ist-Position P2 des Werkstücks 8, wird eine erste Korrekturvariable K1 für eine Positionierung des Werkstückes 8 mittels der Mikrostellglieder 11 und eine zweite Korrekturvariable K2 für die Ablenkung des Laserstrahles L mittels der Ablenkeinheit 4 berechnet, wobei sowohl K1 als auch K2 in die Berechnung des Korrekturwertes K eingehen.
Auf Basis dieser Korrekturvariablen K1 und K2 und des resultierenden Korrekturwertes K ist eine deutliche Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit erreichbar.
Die Korrektur muss selbstverständlich nicht stets kumulativ sowohl auf eine Korrektur der Ablenkung des Laserstrahles L als auch auf eine Korrektur der Feinpositionierung des Werkstücks 8 gerichtet sein. Vielmehr kann in Abhängigkeit von der zu erreichenden Genauigkeit auch eine Korrektur einer der beiden beschriebenen Stellgrößen (Ablenkung oder Positionierung) ausreichend sein. Dementsprechend ist die vorliegende Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel mit einer gemeinsamen, gleichzeitigen Verwendung der Korrekturvariablen K1 und K2 beschränkt.
Der Werkstückträger 7 ist dabei in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des auf die Werkstückoberfläche auftreffenden Laserstrahles L bewegbar. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Ebene horizontal und die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls L vertikal. Andere und auch nichtorthogonale Systeme sind möglich.
Wie vorstehend beschrieben, ist die erste Abbildungsoptik 5a in dem Strahlengang des Laserstrahles L angeordnet. Eine mittels dieser ersten Abbildungsoptik 5a erzeugte Abbildung des zu strukturierenden Bereiches B oder eines Ausschnittes des zu strukturierenden Bereiches B ist mittels einer ersten optischen Erfassungseinrichtung 6a erfassbar, wobei bei dieser Anordnung zudem ein Strahlteiler 3, welcher beispielsweise in Fig. 2 gezeigt ist, im Strahlengang des Laserstrahles L zwischen der ersten Abbildungsoptik 5a und der Laserstrahlquelle angeordnet ist. Die erste optische Erfassungseinrichtung 6a ist gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel als CCD-Kamera 6a ausgebildet.
In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung zudem eine zweite Abbildungsoptik 5b auf, die in einem Scan- Strahlengang Z angeordnet ist. Ein mittels der zweiten Abbildungsoptik 5b erzeugbares Abbild des zu strukturierendes Bereiches B oder eines Teilausschnittes desselben ist mittels einer, in dem Scan-Strahlengang Z angeordneten, als zweite optische Erfassungseinrichtung 6b vorgesehener CCD-Kamera erfassbar, die benachbart zur Ablenkeinheit 4 angeordnet ist.
In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel der Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung für Werkstücke in einer Laserbearbeitungsmaschine nach Fig. 1 schematisch als Ersatzschaltbild dargestellt. Insbesondere sind aus Fig. 2 der Strahlengang des Laserstrahles L, der Scan-Strahlengang Z zur Abbildung des zu strukturierenden Bereiches B und die innerhalb der Vorrichtung ausgetauschten Messsignale (Sig1, Sig2) bzw. Steuersignale (Sig3, Sig4) entnehmbar.
Der mittels der Anordnung aus Laserstrahlquelle 1 und Einrichtung zur Laserstrahlformung 2 geformte Laserstrahl L wird mittels der Ablenkeinheit 4 und der ersten Abbildungsoptik 5a auf die zu strukturierenden Bereiche B der Oberfläche des Werkstückes 8 projiziert. Der dementsprechende Strahlengang ist in Fig. 2 durch eine durchgezogene Linie mit dem Bezugszeichen 20 verdeutlicht, wobei die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles L ebenfalls ersichtlich ist.
Mittels der Abbildungsoptik 5b und der im Scan-Strahlengang Z angeordneten optischen Erfassungseinrichtung 6b wird eine Abbildung des zu strukturierenden Bereiches bzw. eines Teilausschnittes des zu strukturierenden Bereiches B erzeugt, wobei der Scan-Strahlengang Z in Fig. 2 durch eine durchgezogene Linie mit dem Bezugszeichen 30 verdeutlicht ist. Die Ausbreitungsrichtung innerhalb des Scan- Strahlenganges Z ist ebenfalls ersichtlich.
Ein Messsignal Sig1 des Vergleichslängenmeßsystems 9 wird an die Steuereinheit 10 übertragen. Mittels dieses Signals Sig1 ist eine Position des Werkstückträgers 7 und ausgehend von der Position des Werkstückträgers 7 ist eine Ist-Position P2 des Werkstückes 8 ermittelbar.
Von der zweiten optischen Erfassungseinrichtung 6b wird ein weiteres Meßsignal Sig2 an die Steuereinheit 10 übertragen. Auf Basis des Messsignals Sig2 sind in der Steuereinheit 10 Positionen von markanten Strukturen (Referenzstrukturen R) im Bereich des zu strukturierenden Bereiches B bestimmbar.
Auf Basis der Meßsignale Sig1 und Sig2 kann die Steuereinheit 10 eine Korrektur der Position des Werkstückes 8 auf dem Werkstückträger 7 ermitteln, welche dann von den Mikrostellgliedern 11 ausgeführt wird, wobei dazu das Signal Sig3 an die Mikrostellglieder 11 übermittelt wird. Entsprechend zur gewählten Art der Mikrostellglieder 11 ist ein Ergebnis einer gewünschten Lageänderung des Werkstückes 8 an die Steuereinheit 10 mittels eines Signals Sig5 rückführbar.
Auf Basis der Meßsignale Sig1 und Sig2 ist in der Steuereinheit 10 zudem eine Korrektur der Ablenkung des Laserstrahles L ermittelbar, welche mittels dem Signal Sig4 an die Ablenkeinheit 4 weiterleitbar ist.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Referenzstruktur R eine in der Werkstückoberfläche vorhandene Textur, eine Kontur oder Marke des Werkstückes oder eine in einem vorhergehenden Arbeitsschritt ausgeformte Struktur umfassen, wobei die Referenzstrukturen R sowohl innerhalb als auch außerhalb des zu strukturierenden Bereiches B angeordnet sein können. In Fig. 1 sind als solche möglichen Referenzstrukturen R beispielhaft zwei Bohrungen in dem Werkstück 8 hervorgehoben. Im Rahmen des besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles werden jedoch Referenzstrukturen R, welche im zu strukturierenden Bereich B angeordnet sind, bevorzugt genutzt. Als solche Referenzstrukturen R können insbesondere auch in einem vorhergehenden Bearbeitungsschritt eingeformte Strukturen, wie beispielsweise die im zu strukturierenden Bereich B angedeutete Kreisfläche genutzt werden.
Die entsprechenden theoretischen Positionen S1 (Soll-Positionen) der vorgewählten Referenzstrukturen R sind vor Beginn des Positionier- oder Bearbeitungsschrittes bekannt, beispielsweise ist aus einer Fertigungszeichnung eine Soll-Position S1 einer Bohrung relativ zur Mitte des strukturierenden Bereich B oder relativ zu einer Werkstückkante entnehmbar.
Das auf dem Werkstückträger 7 vorgelegte Werkstück 8 wird dementsprechend bezüglich der Referenzstruktur R, die insbesondere in dem zu strukturierenden Bereich B des Werkstückes 8 angeordnet ist, in der ermittelten Soll-Position S1 in dem Abbildungsbereich der zweiten Abbildungsoptik 5b positioniert. Auf Grundlage einer gemessenen Ist-Position P1 der Referenzstruktur R und einer mittels des Vergleichslängenmeßsystems gemessenen Ist-Position P2 des Werkstückes 8 wird ein Korrekturwert K für die Positionierung des Werkstückes 8 mittels des Werkstückträgers 7 und für eine Ablenkung eines Laserstrahles L mittels der Ablenkeinheit 4 berechnet.
Zur Einformung der (Mikro-)Strukturen wird der zu strukturierende Bereich B des Werkstückes 8 unter der ersten Abbildungsoptik 5a positioniert und der Laserstrahl L mittels der Ablenkeinheit 4 über den gewünschten Bereich des zu strukturierenden Bereiches B geführt. Dabei werden Positionen von zu erzeugenden Strukturen in dem zu strukturierenden Bereich B mittels des Korrekturwertes K korrigiert.
Während dieses Prozesses wird die Referenzstruktur R unter der im separaten Strahlengang angeordneten, zweiten Abbildungsoptik 5b positioniert, wobei ein Vergleichsmeßsystem Positionen der Referenzstruktur R bestimmt. Dabei wird zur Bestimmung der Ist-Position P1 der Referenzstruktur R, wie beschrieben, eine Abbildung der Referenzstruktur R mittels einer Anordnung, bestehend aus der zweiten Abbildungsoptik 5b und der derselben nachgeordneten, zweiten optischen Erfassungseinrichtung 6b erzeugt. Mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens wird die Ist-Position P1 der Referenzstruktur R in der Steuereinheit 10 relativ zur Mitte des Abbildungsbereiches der zweiten Abbildungsoptik 5b ermittelt.
Jedoch wird ausdrücklich festgestellt, dass die Abbildung der Referenzstruktur R zur Bestimmung der Ist-Position P1 der Referenzstruktur R ebenfalls mittels einer Anordnung, bestehend aus der im Strahlengang des Laserstrahles L angeordneten ersten Abbildungsoptik 5a, der Ablenkeinheit 4 und einer denselben nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung 6a, erzeugt werden kann.
Beide vorgenannten Abbildungsmöglichkeiten der Referenzstruktur R sind unabhängig voneinander, also eigenständig verwendbar. Dementsprechend kann das vorliegende Verfahren ausschließlich eine der genannten Abbildungsmöglichkeiten der Referenzstruktur R nutzen, es ist jedoch vorteilhaft, wenn beide Abbildungsmöglichkeiten der Referenzstruktur R nebeneinander verwendet werden, beispielsweise zur Überprüfung von Messwerten oder als redundantes System zur Vermeidung von Fertigungsausfällen.
Unabhängig vom genutzten Verfahren zur Abbildung der Referenzstruktur R wird die Ist-Position P1 der Referenzstruktur R und bevorzugt auch die Ist-Position P2 des Werkstückes 8 mit einer höheren Genauigkeit als der Positioniergenauigkeit des Antriebssystems 12 des Werkstückträges 7 bestimmt.
Zur Berechnung des Korrekturwertes K wird zudem die Ist-Position P3 der Mitte des zu strukturierenden Bereiches B genutzt, wobei die Ist-Position P3 der Mitte des zu strukturierenden Bereiches B mittels der Ist-Position P2 des Werkstückes 8 und Parametern des Werkstückes 8 und des zu strukturierenden Bereiches B berechnet wird.
Wie beschrieben, werden gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens sowohl die Ist-Position P2 des Werkstückes 8 als auch die errechneten Ablenkwerte für den Laserstrahl L korrigiert. Dazu wird die erste Korrekturvariable K1 auf Basis eines Unterschiedes zwischen der Ist-Position P1 der Referenzstruktur R zur Korrektur der Ist-Position P2 des Werkstücks 8 und die zweite Korrekturvariable K2 auf Basis des Unterschiedes zwischen der Ist-Position P2 des Werkstückes 8 und der Soll-Position S2 des Werkstückes 8 zur Korrektur der errechneten Ablenkwerte des Laserstrahles L in der Ablenkeinheit 4 berechnet.
Um insbesondere dynamische Fehler einer Positionier- und/oder Bearbeitungsmaschine auszuschließen, wird eine Teststruktur T mittels des Laserstrahles L der Ablenkeinheit 4 und der ersten Abbildungsoptik 5a in das Werkstück 8 eingeformt. Dementsprechend ist der zu strukturierende Bereich B zur Einformung der Teststruktur T unter der Abbildungsoptik 5a angeordnet. Anschließend wird eine Ist-Position P4 der Teststruktur T ermittelt, auf Basis derer eine dritte Korrekturvariable K3 bestimmt wird, welche ebenfalls in die Berechnung des Korrekturwertes K eingeht.
Zur Ermittlung der Ist-Position P4 wird die Teststruktur T unter die zweite Abbildungsoptik 5b positioniert und ein Abbild der Teststruktur T mit der zweiten optischen Erfassungseinrichtung 6b erzeugt. Eine Bestimmung der Ist-Position P4 wird vergleichbar dem vorstehend beschriebenen Berechnungsverfahren der Ist-Position P1 der Referenzstruktur R durchgeführt.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird die Referenzstruktur R und die Teststruktur T im Wechsel unter die erste Abbildungsoptik 5a des Laserstrahles L und der zweiten Abbildungsoptik 5b der zweiten optischen Erfassungseinrichtung 6b positioniert, wobei mit einem Vergleichsmeßsystem die jeweiligen Positionen derselben mittels des vorstehend genannten Bildverarbeitung der Abbildung der Referenzstruktur R und der Teststruktur T bestimmt werden.
Hintergrund dieses Verfahrens ist, dass mittels der Abbildungsoptik 5b eine gleiche Messgenauigkeit ermöglicht ist, wie mittels des vorstehend beschriebenen Vergleichs- Längenmeßsystems 9, unabhängig von einer auswechselbaren Vergrößerung der Abbildungsoptik. Dabei ist die zweite Abbildungsoptik 5b auf die Wellenlänge des Lasers (beispielsweise 1064 nm) korrigiert und erzeugt im sichtbaren Bereich der optischen Erfassungseinrichtung (beispielsweise 800 nm) nur in Achsmitte der Abbildungsoptik 5b ein scharfes Bild.
Es ist jedoch ebenso denkbar, mittels des im Strahlengang des Laserstrahles L angeordneten Strahlteilers 3, eine Abbildung der Referenzstruktur R bzw. der Teststruktur T mittels der ersten Abbildungsoptik 5a, der Ablenkeinheit 4 und einer denselben nachgeordneten ersten optischen Erfassungseinrichtung 6a zu erzeugen, ohne dass wesentliche Änderungen des vorstehend beschriebenen Verfahrens notwendig sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens wird, wie in Fig. 3 anhand eines Verfahrensschemata schematisch gezeigt, die Referenzstruktur R unter der ersten Abbildungsoptik 5a positioniert. Die erste optische Erfassungseinrichtung 6a nimmt das durch die erste Abbildungsoptik 5a und die feststehende Ablenkeinheit 4 erzeugte Abbild der Referenzstruktur R des Werkstückes 8 auf. In einer der ersten optischen Erfassungseinrichtung 6a (CCD-Kamera) nachgeschalteten Steuereinheit 10 wird aus dem Abbild der Referenzstruktur R die Position P1 der Referenzstruktur R im Abbild ermittelt. Aus der gemessenen Position P1 der Referenzstruktur R relativ zur Mitte des Abbildes der Referenzstruktur R wird ein Versatz der Referenzstruktur R gespeichert und bei der Bearbeitung von Werkstücken 8 als Kompensation genutzt. Die Steuerung der Mikrostellglieder 11 ist der Steuerung des Werkstückträgers 7 übergeordnet. Ermittelte Lagefehler werden mittels einer Steuerung der Mikrostellglieder 11 kompensiert.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Positionier- und/oder Bearbeitungsverfahrens schematisch gezeigt, wobei das Vergleichsmeßsystem 9 die Ist-Position P2 des Werkstückes 8 mit höherer Genauigkeit aufnimmt als mit dem Werkstückträger 7 (Positioniertisch) einstellbar ist. In einer dem Vergleichsmeßsystem 9 nachgeschalteten Steuereinheit 10 wird der Versatz der ermittelten Ist-Position P2 relativ zur bekannten Soll-Position S2 des Werkstückträgers 7 ermittelt. Auf Basis des derart ermittelten Differenzwertes wird eine Ablenkung des Laserstrahles L mittels der Ablenkeinheit 4 bei einer Bearbeitung der Werkstücke 8 kompensiert.
Auch bei den beiden unmittelbar vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4 wird in einem weiteren Verfahrensschritt eine Teststruktur T auf dem Werkstück 8 mit dem Laserstrahl L geschrieben, wobei der Laserstrahl L mittels der Ablenkeinheit 4 über den zu strukturierenden Bereich B geführt wird. Die CCD- Kamera 6a nimmt das durch die erste Abbildungsoptik 5a und die feststehende Ablenkeinheit 4 erzeugte Abbild der beschriebenen Teststruktur T auf dem Werkstück 8 auf. Hierbei ist anzumerken, dass das Abbild der Teststruktur T wiederum auch mit der zweiten Abbildungsoptik 5b und der zweiten optischen Erfassungseinrichtung 6b (CCD-Kamera) ermittelbar ist. In einer der entsprechenden ersten bzw. zweiten CCD- Kamera 6a oder 6b nachgeschalteten Steuereinheit 10 wird aus dem entsprechenden Abbild der Teststruktur T die Position P4 der geschriebenen Teststruktur T im Abbild ermittelt. Aus der gemessenen Position P4 der geschriebenen Teststruktur T zur Mitte des entsprechenden Abbildes wird ein Versatz der Teststruktur T ermittelt und eine entsprechende Korrekturvariable K3 berechnet, der in der Steuereinheit 10 gespeichert wird. Der entsprechende Korrekturvariable K3 wird bei der Bearbeitung von Werkstücken 8 genutzt. Der Korrekturvariable K3 wird dabei auf die Lage der Mikrostellglieder 11 oder auf die Ablenkwirkung der Ablenkeinheit 4 angewendet, um den summaren Lagenfehler der Mikrostellglieder 11, des Vergleichsmeßsystems 9 und der Ablenkeinheit 4 zu kompensieren.
In Fig. 5 ist ein Ablaufschemata für ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens dargestellt, bei dem die Ausführungsbeispiele des Verfahrens nach Fig. 3 und Fig. 4 kombiniert sind.
Dementsprechend wird eine auf einem Werkstück 8 vorhandene Referenzstruktur R, beispielsweise eine Bohrung zum Referenzieren des Werkstückträgers 7 mit einem bestimmten Restfehler, beispielsweise ±4 µm, der auf dem minimalen Stellinkrement des Antriebssystems 12 des Werkstückträgers 7 beruht, unter einer feststehenden Abbildungsoptik eines Laserstrahlers angeordnet. Eine genaue Ist-Position des zu strukturierenden Bereiches wird mittels eines Vergleichsmeßsystems, bestehend aus Bildverarbeitungssystem und/oder Vergleichslängenmeßsystem, mit einer bestimmten Genauigkeitsklasse (±1 µm) ermittelt, wobei das Vergleichslängenmeßsystem fest mit dem Werkstückträger verbunden ist. Die Bildverarbeitung ermittelt aus dem CCD- Kamerabild die Ist-Position P1 der Referenzstruktur R relativ zur Mitte des entsprechenden zu strukturierenden Bereiches B. Die Differenzen der Ist-Lage P2 des Werkstückes 8 und der Ist-Lage P1 der Referenzstruktur R im Abbild zu den entsprechenden Soll-Positionen S1, S2 werden in der Steuereinheit 10 so zu einer Korrektur verwendet, derart, dass die nachfolgend mittels Laserstrahl L erzeugten Strukturen um diese Differenzen versetzt erzeugt werden.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele offenbaren ein Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren für zumindest ein Werkstück mit den Verfahrensschritten, wobei ein Werkstück 8, das auf einem Werkstückträger 7 angeordnet ist, hinsichtlich einer Referenzstruktur R in einer vorgewählten Soll-Position S1 in einem Abbildungsbereich einer Abbildungsoptik 5a, 5b positioniert wird. Zudem wird zumindest ein Korrekturwert K1-K3 für eine Positionierung des Werkstückes 8 und/oder für eine Ablenkung eines Laserstrahls L mittels einer Ablenkeinheit 4 auf der Grundlage einer erfassten Ist-Position P1 der Referenzstruktur R und/oder einer erfassten Ist-Position P2 des Werkstückes 8 und/oder einer erfassten Ist-Position des Laserstrahles L berechnet. Weiterhin werden die Ablenkeinheit 4 und/oder der Werkstückträger 7 und/oder das Werkstück 8 zur Annäherung der Ist-Position P1 der Referenzstruktur R und/oder der Ist-Position P2 des Werkstückes 8 und/oder der Ist- Position des Laserstrahles L an zugehörige Soll-Positionen mittels des zumindest einen Korrekturwertes K1-K3 angesteuert.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele offenbaren weiterhin eine Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung für zumindest ein Werkstück, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einer Laserquelle, einer Einrichtung zur Laserstrahlformung, einer Ablenkeinheit und zumindest einer Abbildungsoptik, mit einer Einrichtung zum Festlegen einer Werkstück- Sollposition, einer Einrichtung zum optischen und/oder inkrementalen Erfassung einer Werkstück-Ist-Position, einer Steuereinrichtung mit einer Komparatoreinrichtung zum Vergleich von Werkstück-Sollposition und Werkstück-Istposition, zur Ableitung eines Korrekturwertes K und zur Übermittlung desselben an die Ablenkeinheit 4 und/oder einer Einrichtung zum Festlegen der Werkstück-Sollposition.

Claims

1. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren für zumindest ein Werkstück mit den Verfahrensschritten:

- ein Werkstück (8), das auf einem Werkstückträger (7) angeordnet ist, wird hinsichtlich einer Referenzstruktur (R) in einer vorgewählten Soll-Position (S1) in einem Abbildungsbereich einer Abbildungsoptik (5a, 5b) positioniert,

- zumindest ein Korrekturwert (K1-K3) für eine Positionierung des Werkstückes (8) und/oder für eine Ablenkung eines Laserstrahls (L) mittels einer Ablenkeinheit (4) wird auf der Grundlage einer erfassten Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) und/oder einer erfassten Ist-Position (P2) des Werkstückes (8) und/oder einer erfassten Ist-Position des Laserstrahles (L) berechnet, und

- die Ablenkeinheit (4) und/oder der Werkstückträger (7) und/oder das Werkstück (8) werden zur Annäherung der Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) und/oder der Ist-Position (P2) des Werkstückes (8) und/oder der Ist-Position des Laserstrahles (L) an zugehörige Soll-Positionen mittels des zumindest einen Korrekturwertes (K1-K3) angesteuert.

2. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) und/oder die Ist- Position (P2) des Werkstückes (8) und/oder die Ist-Position des Laserstrahles (L) mit einer höheren Genauigkeit als der Positioniergenauigkeit eines Antriebssystems (12) des Werkstückträgers (7) und/oder eines Positioniersystems (11) des Werkstückes (8) und/oder eines Antriebes einer Ablenkeinrichtung der Ablenkeinheit (4) bestimmt wird.

3. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) eine Abbildung der Referenzstruktur (R) mittels einer in einem Scan-Strahlengang (Z) angeordneten Abbildungsoptik (5b) und einer derselben nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung (6b) erzeugt wird.

4. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) eine Abbildung der Referenzstruktur (R) mittels einer im Strahlengang des Laserstrahles (L) angeordneten Abbildungsoptik (5a), der Ablenkeinheit (4) und einer denselben nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung (6a) erzeugt wird.

5. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstruktur (R) in einem zu strukturierenden Bereich (B) des Werkstückes (8) angeordnet ist.

6. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) in einer Steuereinheit (10) mittels eines Bildverarbeitungsverfahrens relativ zu einer Mitte eines Abbildungsbereiches der entsprechenden Abbildungsoptiken (5a, 5b) ermittelt wird.

7. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Position (P3) der Mitte des zu strukturierenden Bereiches (B) mittels der Ist-Position (P2) des Werkstückes (8) und Parametern des Werkstückes (8) und/oder des zu strukturierenden Bereiches (B) berechnet wird.

8. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Position (P3) der Mitte des zu strukturierenden Bereiches (B) in die Berechnung des Korrekturwertes (K1-K3) eingeht.

9. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Korrekturvariable (K1) auf Basis eines Unterschiedes zwischen der Ist-Position (P1) der Referenzstruktur (R) und der Sollposition (S1) der Referenzstruktur (R) berechnet wird, wobei die Korrekturvariable (K1) in die Berechnung des Korrekturwertes (K1-K3) eingeht und zu einer Korrektur der Ist-Position (P2) des Werkstückes (8) genutzt wird.

10. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Korrekturvariable (K2) auf Basis eines Unterschiedes zwischen der Ist-Position (P2) des Werkstückes (8) und einer Sollposition (S2) des Werkstückes (8) berechnet wird, wobei die Korrekturvariable (K2) in die Berechnung des Korrekturwertes (K1-K3) eingeht und zu einer Korrektur der errechneten Ablenkwerte des Laserstrahles (L) in der Ablenkeinheit (4) genutzt wird.

11. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teststruktur (T) mittels des Laserstrahles (L) und der Ablenkeinheit (4) in das Werkstück (8) eingeformt, eine Position (P4) der Teststruktur (T) ermittelt und eine dritte Korrekturvariable (K3) bestimmt wird, die in die Berechnung des Korrekturwertes (K1-K3) einfließt.

12. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abbild der Teststruktur (T) mittels der im Scan- Strahlengang (Z) angeordneten Abbildungsoptik (5b) und der derselben nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung (6b) und/oder mittels der im Strahlengang des Laserstrahles (L) angeordneten Abbildungsoptik (5a), der Ablenkeinheit (4) und der denselben nachgeordneten optischen Erfassungseinrichtung (6a) erzeugt wird.

13. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstruktur (R) und die Teststruktur (T) im Wechsel unter der im Scan-Strahlengang (Z) angeordneten Abbildungsoptik (5b) und der im Strahlengang des Laserstrahles (L) angeordneten Abbildungsoptik (5a) positioniert werden, wobei ein Vergleichsmeßsystem Positionen der Referenzstruktur (R) und der Teststruktur (T) bestimmt.

14. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (P4) der Teststruktur (T) in der Steuereinheit (10) ermittelt wird, wobei aus einem Unterschied zwischen der Position (P4) der Teststruktur (T) zur Mitte des Abbildungsbereiches der entsprechenden Abbildungsoptiken (5a, 5b) zumindest die dritte Korrekturvariable (K3) zur Anpassung der Position des Werkstückes (8) mittels des Werkstückträgers (7) und der errechneten Ablenkwerte des Laserstrahles (L) in der Ablenkeinheit (4) berechnet wird.

15. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsverfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abbild des Abbildungsbereiches in der im Scan-Strahlengang (Z) angeordneten optischen Erfassungseinrichtung (6a) bei einem konstanten Ablenkwinkel der Ablenkeinheit (4) erzeugt wird.

16. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung für zumindest ein Werkstück, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Laserquelle, einer Einrichtung zur Laserstrahlformung, einer Ablenkeinheit und zumindest einer Abbildungsoptik, gekennzeichnet durch,
eine Einrichtung zum Festlegen einer Werkstück-Sollposition,
eine Einrichtung zum optischen und/oder inkrementalen Erfassung einer Ist- Position des Werkstückes,
eine Steuereinrichtung mit einer Komparatoreinrichtung zum Vergleich von Werkstück-Sollposition und Werkstück-Istposition zur Ableitung eines Korrekturwertes (K) und zur Übermittlung desselben an die Ablenkeinheit (4) und/oder einer Einrichtung zum Festlegen der Werkstück-Sollposition.

17. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Werkstückträger (7) zur Positionierung des Werkstückes (8), ein Werkstückträger-Positioniersystem mit zumindest einem Antriebssystem (12), zumindest ein Vergleichsmeßsystem (9) und zumindest ein Mikrostellglied (11), wobei ein Stellweg des Mikrostellgliedes (11) und ein Stellweg des Antriebssystems (12) des Werkstückträgers (7), parallel oder in Reihe geschalten sind.

18. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Positioniergenauigkeit des Mikrostellgliedes (11) höher ist als eine Positioniergenauigkeit des Antriebssystems (12) des Werkstückträgers (7).

19. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine erste Abbildungsoptik (5a), die in einem Strahlengang des Laserstrahles (L) angeordnet ist, wobei eine mittels der ersten Abbildungsoptik (5a) erzeugte Abbildung des zu strukturierenden Bereiches (B) in einer ersten optischen Erfassungseinrichtung (6a), insbesondere einer CCD-Kamera, erfassbar ist.

20. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 17 oder 18, gekennzeichnet durch eine zweite in einem Scan- Strahlengang (Z) angeordneten Abbildungsoptik (5b), wobei der Scan- Strahlengang (Z) eine zweite optische Erfassungseinrichtung (6b), insbesondere eine zweite CCD-Kamera, aufweist.

21. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 20, gekennzeichnet durch einen Strahlteiler (3), wobei der Strahlteiler (3) im Strahlengang des Laserstrahles (L) angeordnet ist.

22. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Mikrostellglied (11) zumindest einen adaptronischen Mikro-Aktor aufweist.

23. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der adaptronische Mikro-Aktor (11) einen Piezo-Aktor, einen magneto-/elektrorheologischen oder einen magneto-/elektrostriktiven Aktor oder einen Formgedächtnis-Aktor umfasst.

24. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch ein Lagemeßsystem (9), insbesondere ein Vergleichs-Längenmeßsystem, zur Erfassung einer Ist-Position (P2) des Werkstückes (8).

25. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichslängenmeßsystem (9) mit dem Werkstückträger (7) verbunden ist.

26. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist- Position (P2) des Werkstückes (8) mit einer höheren Messgenauigkeit als der Positioniergenauigkeit des Antriebssystems (12) des Werkstückträgers (7) ermittelbar ist.

27. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichslängenmeßsystem (9) eine größere Messgenauigkeit als ein Werkstückträger-Positioniersystem aufweist.

28. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstückträger- Positioniersystem eine Positioniergenauigkeit von vier Mikrometern (±4 µm) aufweist.

29. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstruktur (R) eine an einer Werkstückoberfläche des Werkstückes (8) vorhandene Texturen und/oder eine Kontur oder Marke des Werkstückes (8) und/oder eine in einem vorhergehenden Arbeitsschritt ausgeformte Struktur umfasst.

30. Positionier- und/oder Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzstruktur (R) eine im Werkstück (8) ausgeformte Bohrung und/oder eine an der Werkstückoberfläche des Werkstückes (8) ausgeformte Leiterbahn umfasst.