DE102010001036A1

DE102010001036A1 - Multiply utilizing a laser source in a laser processing system, comprises deflecting a laser beam of the laser source using a switchable beam switch or dividing the laser beam of the laser source into partial beams using a beam splitter

Info

Publication number: DE102010001036A1
Application number: DE201010001036
Authority: DE
Inventors: Andreas 75449 Russ; Dominik 71332 Tewiele
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-07-21

Abstract

The method for multiply utilizing a laser source (10) in a laser processing system, comprises deflecting a laser beam of the laser source using a switchable beam switch (40) or dividing the laser beam of the laser source into partial beams using a beam splitter (50), feeding the deflected laser beams and/or the partial beams to a first processing optical unit of a first working field (60) and to a second processing optical unit of a second working field (61), and independently modulating the deflected laser beams and/or the partial beams using an electro-optical system. The method for multiply utilizing a laser source (10) in a laser processing system, comprises deflecting a laser beam of the laser source using a switchable beam switch (40) or dividing the laser beam of the laser source into partial beams using a beam splitter (50), feeding the deflected laser beams and/or the partial beams to a first processing optical unit of a first working field (60) and to a second processing optical unit of a second working field (61), and independently modulating the deflected laser beams and/or the partial beams using an electro-optical system. The deflected laser beams and/or the partial beams are switched on or switched off using pocket cells and polarization beam splitter directly or by using driver, and are adjusted in their performance. The beam length of the deflected laser beams and/or partial beams are separately stabilized for each of the processing optical units. The beam length of the laser beam of the laser source is additionally stabilized. The deflected laser beams and/or the partial beams are sequentially fed to a common detector for performance measurement of the deflected laser beams and/or partial beams by using switchable beam switches. The frequency of the deflected laser beams and/or the partial beams is changed using an optical system for frequency multiplication or frequency doubling. An independent claim is included for a device for multiply utilizing a laser source in a laser processing system.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mehrfachen Nutzung von mindestens einer Laserquelle bei einer Laserbearbeitungsanlage, in der ein Laserstrahl der Laserquelle mittels mindestens einer schaltbaren Strahlweiche umgelenkt oder mittels mindestens eines Strahlteilers in zwei oder mehr Teilstrahlen aufgeteilt wird und die umgelenkten Laserstrahlen bzw. die Teilstrahlen einer ersten Bearbeitungsoptik A eines ersten Arbeitsfelds A und mindestens einer zweiten Bearbeitungsoptik B eines mindestens zweiten Arbeitsfelds B zugeführt werden.The invention relates to a method for multiple use of at least one laser source in a laser processing system, in which a laser beam of the laser source is deflected by means of at least one switchable beam splitter or divided by at least one beam splitter into two or more sub-beams and the deflected laser beams or the partial beams of a first Processing optics A of a first working field A and at least a second processing optics B of at least a second working field B are supplied.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention further relates to a corresponding device for carrying out the method according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Bei der Laser-Mikrobearbeitung werden gepulste Laserquellen zum Erzeugen von Bohrungen oder Mikrostrukturen in Werkstücken verwendet. Hierbei erfolgt die Strahlablenkung am Werkstück häufig mit einer Bearbeitungsoptik, z. B. einem so genannten Scan-System, welches den Laserstrahl in einem festen Arbeitsbereich auf das Werkstück positioniert und/oder entlang der zu bearbeitenden Bahn führen kann.Laser micromachining uses pulsed laser sources to create holes or microstructures in workpieces. In this case, the beam deflection on the workpiece is often done with a processing optics, z. As a so-called scan system, which positions the laser beam in a fixed work area on the workpiece and / or can lead along the path to be processed.

Ist die zu bearbeitende Fläche auf dem Werkstück größer als der Arbeitsbereich des Scan-Systems, kann das Werkstück z. B. mit einem zusätzlichen mechanischen Achssystem verfahren werden. Dies ist nicht bei allen Werkstücken bzw. Prozessen möglich, weshalb der Arbeitsbereich mit weiteren Scan-Systemen, welche nebeneinander angeordnet sind und vorzugsweise einen überlappenden Arbeitsfeldbereich aufweisen, vergrößert werden kann. In diesem Fall kann der Laserstrahl, nach dem die Laserbearbeitung im ersten Arbeitsfeld abgeschlossen ist, mittels einer Strahlweiche auf das zweite Arbeitsfeld umgeschaltet werden, wodurch die Bearbeitung in den beiden Arbeitsfeldern nacheinander erfolgt. Eine parallele Bearbeitung zur Reduzierung der Taktzeit ist nicht möglich.If the surface to be machined on the workpiece is larger than the working range of the scanning system, the workpiece can be used for example. B. with an additional mechanical axis system. This is not possible with all workpieces or processes, which is why the work area can be enlarged with further scan systems, which are arranged next to one another and preferably have an overlapping working area area. In this case, the laser beam, after the laser processing is completed in the first working field, be switched by means of a beam splitter to the second working field, whereby the processing takes place in the two fields in succession. Parallel processing to reduce the cycle time is not possible.

Steht eine ausreichende Laserleistung zur Verfügung, kann der Laserstrahl z. B. mittels eines Strahlteilers auf zwei oder mehrere Scan-Systeme aufgeteilt werden, mit denen eine simultane Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke erfolgen kann. Vorteil ist die optimale Ausnutzung der teueren Laserquelle bei ausreichender Laserleistung. Nachteil der simultanen Bearbeitung ist, dass die Bearbeitungszeit bei allen Scan-Systemen immer gleich lang ist. Da die Laserleistung für jedes der Scan-Systeme synchron ein- bzw. ausgeschaltet werden, kann daher lediglich eine simultane Bearbeitung mit zwei oder mehr Scannsystemen sinnvoll eingesetzt werden, wenn mehrere gleiche Bauteile parallel bearbeitet werden können.If a sufficient laser power available, the laser beam z. B. by means of a beam splitter on two or more scanning systems are divided, with which a simultaneous processing of one or more workpieces can be done. Advantage is the optimal utilization of the expensive laser source with sufficient laser power. The disadvantage of simultaneous processing is that the processing time for all scan systems is always the same. Since the laser power for each of the scanning systems are switched on and off synchronously, therefore, only a simultaneous processing with two or more scanning systems can be usefully used if several identical components can be processed in parallel.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Laserquelle effizienter nutzen kann und eine höhere Flexibilität bei der Materialbearbeitung ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a method which can use a laser source more efficiently and allows greater flexibility in material processing.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine, zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 gelöst.The object of the method is solved by the features of claims 1 to 6.

Das Verfahren sieht dabei vor, dass die umgelenkten Laserstrahlen bzw. die Teilstrahlen mittels elektrooptischer Systeme unabhängig voneinander moduliert werden.The method provides that the deflected laser beams or the partial beams are modulated independently of one another by means of electro-optical systems.

Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Laserstrahl der Laserquelle mittels mindestens einer schaltbaren Strahlweiche, welche von einer Steuerung ansteuerbar ist, umlenkbar ist, die umgelenkten Laserstrahlen bzw. die Teilstrahlen in ihrem Strahlengang elektrooptische Systeme aufweisen, die direkt oder mittels zusätzlicher Treiber von der Steuerung unabhängig voneinander ansteuerbar sind.The object relating to the device is achieved by virtue of the fact that the laser beam of the laser source can be deflected by means of at least one switchable beam switch, which can be controlled by a controller, the deflected laser beams or the partial beams have electro-optical systems in their beam path , which can be controlled independently of each other directly or by means of additional drivers from the controller.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens können innerhalb der verschiedenen Arbeitsfelder gleichzeitig, voneinander unabhängig, unterschiedliche Bearbeitungsschritte an den dort befindlichen Werkstücken vorgenommen werden, womit eine effiziente Nutzung der Laserquelle ermöglicht wird. Ein wirtschaftlicher Vorteil resultiert daraus, dass Laserquellen mit beispielsweise doppelter Leistung in der Regel deutlich günstiger sind als zwei Laserquellen des gleichen Typs mit einfacher Leistung. Zudem wird nicht immer die maximale Laser-Leistung eines einzelnen Lasers benötigt, was den flexiblen Einsatz weiterer, gleichzeitig ablaufender Laserbearbeitungsprozesse begünstigt.With the method according to the invention and the device for carrying out the method, different processing steps on the workpieces located there can be carried out simultaneously, independently of each other, within the various work fields, thus enabling efficient use of the laser source. An economic advantage results from the fact that laser sources with, for example, twice the power are generally much cheaper than two laser sources of the same type with simple power. In addition, the maximum laser power of a single laser is not always required, which favors the flexible use of further, simultaneously running laser processing processes.

Eingesetzt werden kann das System insbesondere bei Applikationen mit einer Freistrahl-Laserstrahlübertragung. Vorteilhaft können damit verschiedene Laserbearbeitungsprozesse, wie Bohren, Strukturieren, Abtragen und Schweißen adressiert werden.The system can be used especially for applications with a free jet laser beam transmission. Advantageously, various laser processing processes such as drilling, structuring, ablation and welding can be addressed.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die umgelenkten Laserstrahlen bzw. die Teilstrahlen mittels Pockels-Zellen und Polarisationsstrahlteiler direkt oder mittels Treiber ein- oder ausgeschaltet und/oder in ihrer Leistung angepasst werden. Pockels-Zellen bestehen im Wesentlichen aus einem doppelbrechenden Kristall, wie beispielsweise Lithiumniobat oder Galliumarsenid, in dem mittels Elektroden ein elektrisches Feld erzeugt werden kann, mit dem die Doppelbrechung linear proportional zum elektrischen Feld erzeugt werden kann. Pockels-Zellen stellen somit spannungsgesteuerte Polarisations- oder Phasenmodulatoren dar. Mittels der Polarisationsstrahlteiler, welche in Strahlrichtung hinter den Pockels-Zellen angeordnet sind, wird der nicht benötigte Teil des Laserstrahls in einen Strahlensumpf, beispielsweise eine geschwärzte Aluminium- oder Kupferplatte, ausgekoppelt. Die Modulation kann mit Hilfe der Treiber mit sehr hoher Geschwindigkeit quasi in Echtzeit über die Steuerung eingestellt werden. Ist an einem oder mehreren Arbeitsfeldern gerade keine Laserbearbeitung erforderlich, kann mittels der Pockels-Zellen die gesamte Laserleistung in den Strahlsumpf geleitet werden. Somit ist an jedem Arbeitsfeld die Laserleistung an der Bearbeitungsoptik unabhängig von den anderen ein- bzw. ausschaltbar.In a preferred variant of the method it is provided that the deflected laser beams or the partial beams by Pockels cells and polarization beam splitter directly or by means of drivers on or off and / or adjusted in their performance. Pockels cells consist essentially of a birefringent crystal, such as lithium niobate or gallium arsenide, in which an electric field can be generated by means of electrodes, with which the birefringence can be generated linearly proportional to the electric field. Pockels cells thus represent voltage-controlled polarization or phase modulators. By means of the polarization beam splitters, which are arranged in the beam direction behind the Pockels cells, the unneeded part of the laser beam in a beam sump, such as a blackened aluminum or copper plate is coupled out. The modulation can be set using the drivers with very high speed almost in real time via the controller. If no laser processing is required at one or more working fields, the entire laser power can be conducted into the jet sump by means of the Pockels cells. Thus, at each working field, the laser power on the processing optics independent of the other switched on or off.

Bei der Aufteilung eines Laserstrahls in zwei oder mehr Laserstrahlen, wie oben beschrieben, sind unter Umständen sehr viele Komponenten zur Strahlführung erforderlich, die justiert werden müssen. Daher ist in einer Verfahrensvariante vorgesehen, dass die Strahllage der umgelenkten Laserstrahlen bzw. der Teilstrahlen separat für jede der Bearbeitungsoptiken stabilisiert werden.When splitting a laser beam into two or more laser beams as described above, many components for beam guidance may be required, which need to be adjusted. Therefore, it is provided in a variant of the method that the beam position of the deflected laser beams or the partial beams are stabilized separately for each of the processing optics.

Wird die Strahllage des Laserstrahls der Laserquelle direkt nach der Laserquelle zusätzlich stabilisiert, kann erreicht werden, dass der Laserstrahl immer mit gleicher Ausrichtung auf das weitere optische System trifft. Damit kann die Grundgenauigkeit der Laserbearbeitungsanlage erhöht werden. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, dass bei einem Austausch der Laserquelle aufgrund dieser Selbstjustage der Justageaufwand erheblich reduziert werden kann, was ansonsten bei sehr komplexen Systemen unter Umständen mehrere Stunden oder gar Tage dauern kann.If the beam position of the laser beam of the laser source is additionally stabilized directly after the laser source, it can be achieved that the laser beam always strikes the further optical system with the same orientation. Thus, the basic accuracy of the laser processing system can be increased. A significant advantage is that when replacing the laser source due to this self-adjustment of the adjustment effort can be significantly reduced, which may otherwise take several hours or even days in very complex systems under certain circumstances.

Eine vorteilhafte Ausführungsvariante der Laserbearbeitungsanlage sieht daher vor, dass im Strahlengang der gemeinsamen Laserquelle ein optisches System zur Strahllagenstabilisierung integriert ist.An advantageous embodiment of the laser processing system therefore provides that an optical system for beam position stabilization is integrated in the beam path of the common laser source.

Ein bevorzugtes System zur Strahllagenstabilisierung weist mindestens einen Strahllagensensor auf, mit dem eine Positions- und/oder eine Winkelabweichung bestimmbar ist, welche mittels zweier adaptiver Spiegel kompensierbar sind. Der Strahllagesensor ist dabei üblicherweise an jeder Bearbeitungsoptik angebracht. Damit lassen sich Abweichungen der Ist-Position des Laserstrahls von der Soll-Position, welche beispielsweise durch eine so genannte Pointing Instability des Laserstrahls und/oder durch Schwingungen innerhalb der Maschine und/oder infolge einer Dejustage und/oder durch einen thermischen Drift entstehen, korrigieren. Damit lässt sich die Präzision in jedem Arbeitsfeld des Lasers erhöhen.A preferred system for beam position stabilization has at least one beam position sensor, with which a position and / or an angular deviation can be determined, which can be compensated by means of two adaptive mirrors. The beam position sensor is usually attached to each processing optics. This makes it possible to correct deviations of the actual position of the laser beam from the desired position, which arise, for example, from a so-called pointing instability of the laser beam and / or from vibrations within the machine and / or as a result of misalignment and / or thermal drift , This makes it possible to increase the precision in every working field of the laser.

Mit einer Erweiterung der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsanlage derart, dass die umgelenkten Laserstrahlen bzw. die Teilstrahlen in ihrem Strahlengang optische Systeme zur Strahllagenstabilisierung und/oder Leistungsmessung aufweisen, kann zum Einen der Justageaufwand, wie zuvor beschrieben, erheblich verringert werden.With an extension of the laser processing system according to the invention such that the deflected laser beams or the partial beams in their beam path optical systems for beam position stabilization and / or power measurement, on the one hand the adjustment effort, as described above, be significantly reduced.

Zum anderen kann der Aufwand für die Kalibrierung der Laserleistung an den einzelnen Bearbeitungsoptiken mit der zuvor beschrieben Leistungsmessung erheblich reduziert werden.On the other hand, the effort for the calibration of the laser power at the individual processing optics can be significantly reduced with the power measurement described above.

In vorteilhafter Weise werden für eine Leistungsmessung der umgelenkten Laserstrahlen bzw. der Teilstrahlen mittels schaltbarer Strahlweichen die umgelenkten Laserstrahlen bzw. die Teilstrahlen nacheinander einem gemeinsamen Detektor zugeführt, was die Genauigkeit beim Abgleich der Laserleistungen der Teil-Strahlen erhöht.Advantageously, for a power measurement of the deflected laser beams or the partial beams by means of switchable beam switches, the deflected laser beams or the partial beams are successively fed to a common detector, which increases the accuracy in the adjustment of the laser powers of the partial beams.

Sind in einer Laserbearbeitungsanlage mehrere Laserprozesse geplant, bei denen verschiedene Laserwellenlängen erforderlich sind, kann in einer bevorzugten Verfahrensvariante vorgesehen sein, dass die Frequenz eines der umgelenkten Laserstrahlen bzw. der Teilstrahlen mittels eines optischen Systems zur Frequenzvervielfachung oder Frequenzverdopplung verändert wird.If a plurality of laser processes are planned in a laser processing system in which different laser wavelengths are required, it can be provided in a preferred variant of the method that the frequency of one of the deflected laser beams or partial beams is changed by means of an optical system for frequency multiplication or frequency doubling.

In einer entsprechenden Ausführungsvariante der Laserbearbeitungsanlage ist daher vorgesehen, dass in mindestens einem der Strahlengänge der umgelenkten Laserstrahlen bzw. der Teilstrahlen ein optisches System zur Frequenzvervielfachung oder Frequenzverdopplung angeordnet ist. Damit kann eine gleichzeitige und voneinander unabhängige Bearbeitung mit verschiedenen Laserwellenlängen bei den Prozessen mit einer einzigen Laserquelle realisiert werden. Dadurch können die Anzahl der erforderlichen Laserquellen und damit die Investitionskosten reduziert werden. Dies ist nicht nur auf zwei verschiedene Wellenlängen beschränkt, sondern kann im Hinblick auf eine hohe Flexibilität grundsätzlich auf viele verschiedene Wellenlängen erweitert werden.In a corresponding embodiment of the laser processing system, it is therefore provided that an optical system for frequency multiplication or frequency doubling is arranged in at least one of the beam paths of the deflected laser beams or of the partial beams. Thus, a simultaneous and independent processing with different laser wavelengths in the processes can be realized with a single laser source. As a result, the number of required laser sources and thus the investment costs can be reduced. This is not limited to only two different wavelengths but can basically be extended to many different wavelengths in view of high flexibility.

Eine besonders bevorzugte Verwendung des Verfahrens, wie es zuvor beschrieben wurde, sieht den Einsatz zur Laserbearbeitung bzw. Mikrostrukturierung von organischen Photovoltaik-Zellen, Glaskeramik-Kochflächen oder Komponenten von Kraftfahrzeug-Einspritzsystemen vor, da hierbei zum Einen große Arbeitsbereiche und hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten benötigt werden. Beispielsweise stellen aktuell erhältliche ultrakurz gepulste Laserquellen ausreichend Leistung für die Strukturierung von unterschiedlichen Schichten von organischen Photovoltaik-Zellen zur Verfügung, die unterschiedliche Absorptionseigenschaften aufweisen und beispielsweise mit Laserlicht unterschiedlicher Wellenlänge optimal bearbeitet werden können.A particularly preferred use of the method, as described above, sees the use for laser processing or Microstructuring of organic photovoltaic cells, glass ceramic cooktops or components of motor vehicle injection systems before because on the one hand large work areas and high processing speeds are required. For example, currently available ultrashort pulsed laser sources provide sufficient power for structuring different layers of organic photovoltaic cells that have different absorption properties and can be optimally processed, for example, with laser light of different wavelengths.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:

1 schematisch eine Laserbearbeitungsanlage in zwei Varianten gemäß dem Stand der Technik, 1 schematically a laser processing system in two variants according to the prior art,

2a bis 2d in verschiedenen Leistungsdiagrammen die Laserleistung von verschiedenen Bearbeitungsoptiken der Laserbearbeitungsanlagen gemäß 1, 2a to 2d in various power diagrams, the laser power of various processing optics of the laser processing equipment according to 1 .

3 schematisch eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsanlage mit elektrooptischen Systemen, 3 schematically a laser processing system according to the invention with electro-optical systems,

4a bis 4c in verschiedenen Leistungsdiagrammen die Laserleistung von verschiedenen Bearbeitungsoptiken sowie der Laserquelle der Laserbearbeitungsanlage gemäß 3, 4a to 4c in various power diagrams, the laser power of various processing optics and the laser source of the laser processing system according to 3 .

5 schematisch eine Vorrichtungsvariante mit Systemen zur Strahllagenstabilisierung, 5 schematically a device variant with systems for beam position stabilization,

6 schematisch den Aufbau einer Strahllagenstabilisierung, 6 schematically the structure of a beam position stabilization,

7 schematisch eine zweite Vorrichtungsvariante mit einem System zur Leistungsmessung und 7 schematically a second device variant with a system for power measurement and

8 schematisch eine dritte Vorrichtungsvariante mit einem System zur Frequenzverdopplung. 8th schematically a third device variant with a system for frequency doubling.

1 zeigt schematisch als Stand der Technik den Aufbau einer Laserbearbeitungsanlage 1 mit zwei Arbeitsfeldern A und B 60, 61, welche eine gemeinsame Laserquelle 10 aufweist. Der Laserstrahl der Laserquelle 10 wird dabei zunächst über einen ersten Umlenkspiegel 30 einer schaltbaren Strahlweiche 40 zugeführt, welche über ein Weichensignal 22 einer Steuerung 20 angesteuert werden kann. Der Laserstrahl kann mit der Strahlweiche im gezeigten Beispiel gegenüber der ursprünglichen Richtung bei anliegendem Weichesignal 22 um 90° abgelenkt und einer Bearbeitungsoptik B 71, beispielsweise einer Scan-Optik, des Arbeitsfelds B 61 zugeführt werden. Ohne Umschaltsignal wird der Strahl auf einen zweiten Umlenkspiegel 30 weiter geleitet, welcher das Laserlicht zu einer Bearbeitungsoptik A 70 des Arbeitsfelds 60 umlenkt. Eine inverse Schaltlogik ist dabei ebenfalls möglich. 1 shows schematically as prior art the structure of a laser processing system 1 with two working fields A and B 60 . 61 which is a common laser source 10 having. The laser beam of the laser source 10 is initially via a first deflection mirror 30 a switchable beam switch 40 fed, which via a switch signal 22 a controller 20 can be controlled. The laser beam can with the beam splitter in the example shown with respect to the original direction with adjacent soft signal 22 deflected by 90 ° and a processing optics B 71 , For example, a scan optics, the working field B 61 be supplied. Without switching signal, the beam is on a second deflection mirror 30 passed, which the laser light to a processing optics A 70 of the working field 60 deflects. An inverse switching logic is also possible.

Mit der Steuerung 20 wird mit einem Modulationssignal 21 die Laserleistung der Laserquelle 10 gesteuert. Weiterhin ist vorgesehen, dass mit Signalen zur Positionsvorgabe 23 die Bearbeitungsoptiken A und B 70, 71 der Arbeitsfelder A und B 60, 61 voneinander unabhängig hinsichtlich ihrer Positionen verschoben werden können. Es handelt sich hierbei um ein Zeit-Multiplexing des Lasers.With the controller 20 is with a modulation signal 21 the laser power of the laser source 10 controlled. Furthermore, it is provided that with signals for position specification 23 the processing optics A and B 70 . 71 the fields A and B 60 . 61 can be moved independently of each other in terms of their positions. This is a time multiplexing of the laser.

in der 1 sowie in den nachfolgenden Figuren sind hinsichtlich der Wahrung der Übersichtlichkeit nicht alle erforderlichen optischen Elemente in der Prinzipdarstellung dargestellt.in the 1 As well as in the following figures, not all the required optical elements are shown in the schematic diagram in order to maintain the clarity.

Eine Alternative stellt ein System dar, bei dem statt der Strahlweiche 40 ein Strahlteiler 50 eingesetzt wird. Mit dieser, ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung kann eine synchrone Bearbeitung von Werkstücken innerhalb der Arbeitsfelder A und B 60, 61 erzielt werden. Im gezeigten Beispiel beträgt die Aufteilung der Laserleistung in den Teilstrahlen 50:50%.An alternative is a system in which instead of the beam switch 40 a beam splitter 50 is used. With this, also known from the prior art arrangement, a synchronous machining of workpieces within the working fields A and B 60 . 61 be achieved. In the example shown, the distribution of the laser power in the partial beams 50: 50%.

2 zeigt in verschiedenen Leistungsdiagrammen 200 die Laserleistung für Bearbeitungsoptik A 201 (2a) und die Laserleistung für Bearbeitungsoptik B 202 (2b) in Abhängigkeit der Zeit 204. Entsprechend dem oben beschrieben Zeit-Multiplexing stehen 100% der Laserleistung jeweils nur der einen oder der anderen Bearbeitungsoptik 70,71 zur Verfügung. 2c zeigt die Laserleistung für Bearbeitungsoptik A 201 und 2d die Laserleistung für Bearbeitungsoptik B 202 bei einem synchronen Betrieb. Für jede der Bearbeitungsoptiken A und B 70, 71 stehen im gezeigten Beispiel nur 50% der Laserleistung zur Verfügung. 2 shows in different performance diagrams 200 the laser power for processing optics A 201 ( 2a ) and the laser power for processing optics B 202 ( 2 B ) as a function of time 204 , According to the time multiplexing described above, 100% of the laser power is only one or the other processing optics 70 . 71 to disposal. 2c shows the laser power for processing optics A 201 and 2d the laser power for processing optics B 202 in synchronous operation. For each of the processing optics A and B 70 . 71 In the example shown, only 50% of the laser power is available.

3 zeigt den prinzipiellen Strahlengang innerhalb einer Laserbearbeitungsanlage 1, welche entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren eine unabhängige Bearbeitung von Werkstücken innerhalb der Arbeitsfelder A und B 60, 61 zulässt. Zusätzlich zu den in 2 dargestellten Komponenten sind zusätzlich in jedem der Teilstrahlen (Aufteilung in den gezeigten Beispielen ebenfalls jeweils 50:50%) nach dem Strahlteiler 50 elektrooptische Systeme in Form so genannter Pockels-Zellen 80 und jeweils einem dahinter geschalteten Polarisationsstrahiteiler 100 vorgesehen, die direkt oder mittels Treiber 110 ein- oder ausgeschaltet und/oder in ihrer Leistung angepasst werden. Der nicht benötigte Teil des Laserstrahls wird dabei mittels der Polarisationsstrahlteiler 100 in einen Strahlsumpf 90 geleitet. Die Steuerung 20 steuert dabei mittels zusätzlicher Modulationssignale 21 die Treiber 110 an, die wiederum die Pockels-Zellen 80 ansteuern. Die gezeigte Ausführung stellt das Basis-System dar. 3 shows the basic beam path within a laser processing system 1 , which according to the proposed method, an independent machining of workpieces within the A and B work fields 60 . 61 allows. In addition to the in 2 Components shown are also in each of the sub-beams (division in the examples shown also each 50: 50%) after the beam splitter 50 Electro-optical systems in the form of so-called Pockels cells 80 and in each case a polarization beam splitter connected behind it 100 provided directly or by means of drivers 110 switched on and off and / or adjusted in their performance. The unneeded part of the laser beam is thereby using the polarization beam splitter 100 into a blast sump 90 directed. The control 20 controls by means of additional modulation signals 21 the drivers 110 which, in turn, the Pockels cells 80 drive. The embodiment shown represents the basic system.

4 zeigt in einem weiteren Leistungsdiagramm 200 die mögliche Nutzung des in 3 dargestellten Systems. 4a zeigt beispielhaft die Laserleistung für Bearbeitungsoptik A 201 und 4b die Laserleistung für Bearbeitungsoptik B 202. Die Laserleistung kann jeweils unabhängig voneinander unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Laserleistung der Laserquelle 203 (4c) moduliert werden. Im gezeigten Beispiel ist Laserquelle 10 dauerhaft eingeschaltet und liefert ihre Nennleistung (100%). 4 shows in another performance diagram 200 the possible use of the in 3 illustrated system. 4a shows by way of example the laser power for processing optics A. 201 and 4b the laser power for processing optics B 202 , The laser power can each independently, taking into account the available laser power of the laser source 203 ( 4c ) are modulated. In the example shown is a laser source 10 permanently switched on and delivers its rated output (100%).

Das in 3 beschriebene Basis-System teilt den Laserstrahl in zwei Teilstrahle auf, wobei sich die Arbeitsfelder A und B 60, 61 beider Teilsysteme überdecken bzw. direkt aneinander gereiht sind. Ebenso möglich ist sind Bearbeitungsoptiken 70, 71, die räumlich voneinander getrennte Bearbeitungsfelder A und B 60, 61 aufweisen. Prinzipiell können beliebig viele Bearbeitungsoptiken 70, 71 eingesetzt werden, so fern die zur Verfügung stehende Laserleistung für die Aufteilung in n Teilstrahlen ausreichend ist, wobei n üblicherweise eine gerade Zahl ist. Es kann auch eine ungerade Anzahl von Bearbeitungsoptiken 70, 71 eingesetzt werden, in dem der nicht benötigte Teil-Laserstrahl in einen Absorber geleitet wird.This in 3 described basic system divides the laser beam into two partial beams, wherein the working fields A and B 60 . 61 cover both subsystems or are lined up directly to each other. Equally possible are processing optics 70 . 71 , the spatially separated processing fields A and B 60 . 61 exhibit. In principle, any number of processing optics 70 . 71 are used so long as the available laser power is sufficient for the division into n sub-beams, where n is usually an even number. It can also have an odd number of editing optics 70 . 71 can be used, in which the unused partial laser beam is passed into an absorber.

Alle Prinzipien, die in den folgenden Ausführungsbeispielen beschrieben werden, können so skaliert werden, dass eine einzelne Laserquelle 10 auch für mehr als zwei Scan-Systeme oder Bearbeitungsoptiken 70, 71 und/oder mehreren Prozessmodule mit jeweils mehreren Scan-Systemen oder Bearbeitungsoptiken 70, 71 eingesetzt werden kann. Die Beschreibung erfolgt beispielhaft an zwei Bearbeitungsoptiken 70, 71.All the principles described in the following embodiments can be scaled to a single laser source 10 also for more than two scanning systems or processing optics 70 . 71 and / or multiple process modules, each with multiple scanning systems or processing optics 70 . 71 can be used. The description is given by way of example on two processing optics 70 . 71 ,

Um die Präzision der Laserbearbeitungsanlage 1 gegenüber der in 3 zu erhöhen und/oder den Justageaufwand zu verringern, kann das Basis-System in jedem der Teilstrahlen für jede der Bearbeitungsoptiken A und B 70, 71 eine automatische Strahllagenstabilisierung 120 aufweisen, wie dies 5 in einer weiteren Ausführungsform der Laserbearbeitungsanlage 1 schematisch zeigt.To the precision of the laser processing system 1 opposite to the 3 To increase and / or reduce the adjustment effort, the base system in each of the partial beams for each of the processing optics A and B 70 . 71 an automatic beam position stabilization 120 exhibit, like this 5 in a further embodiment of the laser processing system 1 schematically shows.

Zusätzlich kann noch eine weitere automatische Strahlstabilisierung 120 nach der Laserquelle 10 vorgesehen sein, so dass der Laserstrahl immer mit gleicher Ausrichtung auf das weitere optische System trifft. Damit wird die Grundgenauigkeit der Laserbearbeitungsanlage erhöht und bei Austausch von Komponenten der Justageaufwand reduziert.In addition, another automatic beam stabilization can 120 after the laser source 10 be provided so that the laser beam always strikes the other optical system with the same orientation. This increases the basic accuracy of the laser processing system and reduces the adjustment effort when replacing components.

6 zeigt schematisch den Prinzipaufbau einer Strahlstabilisierung 120. Mit Hilfe eines Strahllagensensors 121, der an jeder der Bearbeitungsoptiken 70, 71, z. B. an einem Scan-System, angebracht ist, wird nach einer Teilauskopplung des Strahls mit einem Strahlteiler 123 eine Positions- und/oder eine Winkelabweichung bestimmt, welche mittels zweier adaptiver Spiegel 122 kompensiert werden kann. Nicht gezeigt ist in 6 die entsprechende Signalverarbeitung zur Verarbeitung der Signale des Strahllagensensors 121 und die Ansteuerung der adaptiven Spiegel 122. 6 schematically shows the basic structure of a beam stabilization 120 , With the help of a beam position sensor 121 which is attached to each of the processing optics 70 . 71 , z. B. on a scanning system, is mounted after a partial decoupling of the beam with a beam splitter 123 a position and / or an angular deviation determined by means of two adaptive mirror 122 can be compensated. Not shown in 6 the corresponding signal processing for processing the signals of the beam position sensor 121 and the driving of the adaptive mirrors 122 ,

Zur Kalibrierung der Laserleistung an den einzelnen Bearbeitungsoptiken kann zusätzlich zu der in 6 gezeigten Variante eine Leistungsmessung 130 integriert sein. 7 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der nach der elektrooptischen Modulation der Laserleistung mittels der Pockels-Zellen 80 und den Polarisationsstrahlteilern 100 in jedem der Teilstrahlen eine schaltbare Strahlweiche 40 vorgesehen ist, mit der die Teilstrahlen nacheinander einem gemeinsamen Detektor für die Leistungsmessung 130 zugeführt werden, was die Genauigkeit beim Abgleich der Laserleistung der Teilstrahlen untereinander erhöht. Werden bei mehreren Prozessmodulen jeweils mehrere Scan-Systeme eingesetzt, so kann für jedes Prozessmodul jeweils eine Leistungsmessung 130 zur Kalibrierung eingesetzt werden.For calibrating the laser power at the individual processing optics, in addition to the in 6 shown variant, a power measurement 130 be integrated. 7 shows a further embodiment, in which after the electro-optical modulation of the laser power by means of Pockels cells 80 and the polarization beam splitters 100 in each of the sub-beams a switchable beam switch 40 is provided, with the sub-beams successively a common detector for power measurement 130 be fed, which increases the accuracy of the adjustment of the laser power of the partial beams with each other. If several scan systems are used in each case for several process modules, one performance measurement can be made for each process module 130 be used for calibration.

8 zeigt eine schematisch eine weitere Vorrichtungsvariante mit einem System zur Frequenzverdopplung 140 in einem der Teilstrahlengänge. Liefert beispielsweise die Laserquelle 10 einen Laserstrahl einer bestimmten Wellenlänge, z. B. ein Festkörperlaser mit einer Wellenlänge von 1030 nm, kann durch diese Frequenzverdopplung 140 die Wellenlänge des Teilstrahls auf eine Wellenlänge von 515 nm halbiert werden. Grundsätzlich sind auch andere Wellenlängen möglich. Weiterhin sind optische Systeme bekannt, mit denen die Frequenz verdreifacht werden kann. 8th shows a schematic of a further device variant with a system for frequency doubling 140 in one of the partial beam paths. Provides, for example, the laser source 10 a laser beam of a certain wavelength, z. As a solid-state laser with a wavelength of 1030 nm, can by this frequency doubling 140 the wavelength of the sub-beam is halved to a wavelength of 515 nm. Basically, other wavelengths are possible. Furthermore, optical systems are known with which the frequency can be tripled.

Claims

Method for multiple use of at least one laser source ( 10 ) in a laser processing system ( 1 ), in which a laser beam of the laser source ( 10 ) by means of at least one switchable beam switch ( 40 ) or by means of at least one beam splitter ( 50 ) is divided into two or more sub-beams and the deflected laser beams or the sub-beams of a first processing optics A ( 70 ) of a first working field A ( 60 ) and at least one second processing optics B ( 71 ) of an at least second working field B ( 61 ), characterized in that the deflected laser beams or the partial beams by means of Electro-optical systems are modulated independently.

A method according to claim 1, characterized in that the deflected laser beams or the partial beams by means of Pockels cells ( 80 ) and polarization beam splitters ( 100 ) directly or via driver ( 110 ) are switched on or off and / or adjusted in their performance.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the beam position of the deflected laser beams or the partial beams separately for each of the processing optics ( 70 . 71 ) are stabilized.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the beam position of the laser beam of the laser source ( 10 ) is additionally stabilized.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for a power measurement ( 130 ) of the deflected laser beams or of the partial beams by means of switchable beam switches ( 40 ) The deflected laser beams or the sub-beams are successively supplied to a common detector.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the frequency of one of the deflected laser beams or the partial beams by means of an optical system for frequency multiplication or frequency doubling ( 140 ) is changed.

Use of the method according to one of claims 1 to 6 for laser processing or microstructuring of organic photovoltaic cells, glass ceramic cooking surfaces or components of motor vehicle injection systems.

Device for multiple use of at least one laser source ( 10 ) in a laser processing system ( 1 ), in which a laser beam of the laser source ( 10 ) by means of at least one switchable beam switch ( 40 ), which is controlled by a controller ( 20 ) is controllable, deflectable or by means of at least one beam splitter ( 50 ) is divisible into two or more partial beams and the deflected laser beams or the partial beams of a first processing optics A ( 70 ) of a first working field A ( 60 ) and at least one second processing optics B ( 71 ) of an at least second working field B ( 61 ) can be fed, characterized in that the deflected laser beams or the partial beams in their beam path have electro-optical systems, which directly or by means of additional driver ( 110 ) from the controller ( 20 ) are independently controllable.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the deflected laser beams or the partial beams in their beam path optical systems for beam position stabilization ( 120 ) and / or power measurement ( 130 ) exhibit.

Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that in the beam path of the common laser source ( 10 ) an optical system for beam position stabilization ( 120 ) is integrated.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized in that the optical system for beam position stabilization ( 120 ) at least one beam position sensor ( 121 ), with which a position and / or an angular deviation can be determined, which is determined by means of two adaptive mirrors ( 122 ) are compensated.

Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that in at least one of the beam paths of the deflected laser beams and the partial beams, an optical system for frequency multiplication or frequency doubling is arranged.