DE102011106097B4

DE102011106097B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes

Info

Publication number: DE102011106097B4
Application number: DE102011106097.2A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: CERO GmbH
Current assignee: CERO GmbH
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2031-06-10
Also published as: DE102011106097A1; WO2012167999A1

Abstract

Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes (1), wonach ein gepulster Laserstrahl (4) auf eine Oberfläche und/oder ins Innere des Werkstückes (1) unter Erzeugung von Lasermarkierungen (3, 3') gerichtet wird, und wonach der Laserstrahl (4) mittels einer Strahlführung (5, 6) mehrere voneinander beabstandete Lasermarkierungen (3, 3') als Punkte zumindest einer vorgegebenen Raumkurve (14, 14') erzeugt, indem sämtliche abstandsnächste Punkte nicht zeitlich unmittelbar nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander, erzeugt werden, wobei die Strahlführung (5, 6) mit wenigstens einer Galvanometerspiegelanordnung (5) mit zwei bewegbaren Galvanometerspiegeln ausgerüstet ist, und wobei die zeitliche Abfolge der Laserpulse des gepulsten Lasers an die fortlaufende Bewegung der Galvanometerspiegel der Galvanometerspiegelanordnung (5) derart angepasst wird, dass die jeweils gewünschte Lasermarkierung (3, 3') dann erzeugt wird, wenn der Laserpuls auf die in der zugehörigen Stellung befindlichen Galvanometerspiegel trifft, die während des Laserpulses weiterbewegt werden, so dass die einzelne Lasermarkierung (3, 3') einen mehr oder minder elliptischen Charakter mit einer Vorzugsachse (A) besitzt und die Anordnung der Vorzugsachsen (A) der Lasermarkierungen (3, 3') längs der Raumkurve (14, 14') einer statistischen Verteilung folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes, wonach ein gepulster Laserstrahl auf eine Oberfläche und/oder ins Innere des Werkstückes unter Erzeugen von Lasermarkierungen gerichtet wird, und wonach der Laserstrahl mittels einer Strahlführung mehrere voneinander beabstandete Lasermarkierungen als Punkte zumindest einer vorgegebenen Raumkurve erzeugt, indem einzelne Punkte nicht zeitlich unmittelbar nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander, erzeugt werden.
Das Aufbringen bzw. die Oberflächengravur oder das Einbringen respektive die Innengravur von Strukturen in Werkstücke mit Hilfe von gepulsten Lasern zur Darstellung von Schriftzeichen, dekorativen Mustern, Fotos oder auch zur Erzeugung technischer Strukturen, also allgemein von Raumkurven, ist aus der Praxis bekannt. Ergänzend sei in diesem Zusammenhang auf die EP 1 138 516 B1 Bezug genommen.
Neben gestalterisch wirkenden Strukturen können auch solche mit technischer Funktion in das jeweilige Werkstück per Lasergravur eingebracht werden. Beispielsweise können rutschhemmende Oberflächen erzeugt werden, wie sie in der EP 0 825 917 B1 mehr beschrieben werden. Auch lassen sich die einzelnen Lasermarkierungen als Streu- bzw. Reflexionszentren einsetzen, wie dies in der WO 2010/057553 A1 näher erläutert wird. Die Beschriftung von Werkstücken unter Rückgriff auf fokussierte Laserstrahlung ist ebenfalls seit langem bekannt. Tatsächlich werden beispielsweise Maschinenbauteile, Etiketten, Typenschilder, Getränkebehälter usw. mit Laserstrahlung beschriftet, wobei hierzu in der Regel Festkörperlaser oder auch CO₂ Laser eingesetzt werden. Dabei kommt es durch jeden einzelnen Laserpuls auf der Oberfläche und/oder im Inneren des Werkstückes zu einer lokalen Erhitzung bzw. Plasmabildung. Als Folge hiervon wird das Material des Werkstückes zumindest teilweise aufgeschmolzen, verdampft und/oder verfärbt. In diesem Zusammenhang können Mikrorisse oder auch Eintrübungen entstehen, welche Streuzentren bilden.
Die solchermaßen erzeugten Lasermarkierungen bewegen sich größenordnungsmäßig im Bereich von 10 μm bis 500 μm und lassen sich hinsichtlich ihrer Details typischerweise nur mit Hilfe einer Lupe oder eines Mikroskopes genauer betrachten. Um nun makroskopische Strukturen wie beispielsweise Dekore, Fotos oder andere geometrische Anordnungen oder allgemein Raumkurven zu definieren, werden die einzelnen Lasermarkierungen gezielt erzeugt und hierzu die Strahlführung und/oder Werkstückführung entsprechend angesteuert. Hierzu verfügen zugehörige Vorrichtungen typischerweise über eine Steuereinheit, mit deren Hilfe die eine oder die mehreren vorgegebenen Raumkurven abgefahren werden. Zu diesem Zweck sorgt die Steuereinheit dafür, dass der Brennpunkt des Laserstrahls und folglich die Lasermarkierung ihre Lage in Bezug auf die zugehörigen Raumkoordinaten X, Y und Z verändert. Das kann mit Hilfe der Strahlführung und/oder mit Hilfe der Werkstückführung geschehen.
Bei der Strahlführung mag es sich grundsätzlich um ein oder mehrere Spiegel handeln, mit deren Hilfe der eine Laserquelle verlassende Laserstrahl abgelenkt wird, typischerweise in X- und Y-Richtung. Eine bekannte Strahlführung, die in diesem Zusammenhang eingesetzt werden kann, beschreibt die DE 196 54 201 A1 . Alternative Vorgehensweisen werden in der DE 100 35 446 A1 vorgestellt.
Neben der Strahlführung zur Veränderung der Richtung des die Laserquelle verlassenden Laserstrahls ist es alternativ oder zusätzlich auch möglich, das Werkstück hinsichtlich seiner Raumposition und seiner Lage im Vergleich zum Laserstrahl zu verändern. Hierfür sorgt beispielsweise die Werkstückführung, die im einfachsten Fall auf einen hin- und herbewegbaren Tisch zugreift, auf dem das Werkstück positioniert ist.
Im Rahmen des gattungsbildenden Standes der Technik nach der WO 2008/113534 A1 wird so vorgegangen, dass die Laserstrahlführung mit einer ersten Führung und einer gleichzeitig mit der ersten Führung arbeitenden zweiten Führung ausgerüstet ist. Dadurch arbeitet die Laserstrahlführung mit einer ersten und zweiten Bahngeschwindigkeit, die zueinander überlappt werden. Auf diese Weise lassen sich beliebige Raumkurven erzeugen und können beispielsweise auch mäanderförmige Wege abgefahren werden.
Ähnlich flexibel ist die Vorrichtung entsprechend der US 2010/0323504 A1 gestaltet. Hier geht es darum, einen Halbleiterfilm zu schmelzen, was mit Hilfe von zwei sich letztlich überlappenden Bearbeitungsfeldern erreicht wird.
Durch die DE 10 2007 032 903 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Lasergravureinrichtung bekannt geworden. Dabei werden auf jeden Oberflächenpunkt wenigstens zwei Laserpulse oder Laserpulszüge mit einem zeitlichen Abstand aufgebracht. Außerdem korrespondieren jeweils zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgende Laserpulse oder Laserpulszüge zu zwei verschiedenen sowie voneinander beabstandeten Oberflächenpunkten. Auf diese Weise stören sich die Gravurvorgänge an den einzelnen Oberflächenpunkten nicht, so dass eine sowohl schnelle als auch qualitativ hochwertige reproduzierbare Gravur erreicht wird.
Bei der US 6,300,593 B1 geht es darum, mit Hilfe eines Lasers eine Struktur in eine beschichtete Oberfläche einzubringen. Dazu greift die bekannte Vorrichtung auf einen rotierenden polygunalen Spiegel zurück, um einen Laserstrahl aufzuspalten. Die Laserpulse werden durch wenigstens eine Linse auf das beschichtete Substrat gerichtet.
Ein optimiertes Bearbeiten einer Kontur mittels eines gepulsten Werkzeuges ist durch die DE 10 2008 011 425 A1 vorbeschrieben. Hier geht es insbesondere darum, einen hohen Überdeckungsgrad einzelner Bearbeitungspulse bei einer optimierten Anzahl von Rotationen des fraglichen Werkzeuges einzustellen. Dadurch wird eine optimierte Abstimmung zwischen der Rotationsfrequenz und Pulsfrequenz des gepulsten Bearbeitungsverfahrens erreicht.
Ein System und ein Verfahren zur Lasermarkierung wird in der DE 10 2005 007 768 A1 beschrieben. Dieses System kommt insbesondere zur Aufbringung von Lasermarkierungen auf Leiterplatten zum Einsatz. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung zur optischen Erfassung der betreffenden Lasermarkierungen ausgangsseitig mit mindestens einem ersten Steuereingang der fraglichen Einrichtung zur Lasermarkierung verbunden. Dadurch soll ohne aufwändige Einstellungen und Tests eine Lasermarkierung insbesondere auf die fraglichen Leiterplatten aufgebracht werden können.
Die schließlich noch als Stand der Technik zu berücksichtigende Lehre nach der DE 10 2007 012 816 A1 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Werkstückbearbeitung. Zu diesem Zweck wird ein Laserstrahl mit Hilfe einer Strahlführung innerhalb eines Arbeitsfensters über die fragliche Werkstückoberfläche geführt. Die Strahlführung und das Werkstück sind hierzu in einer Verschiebungseinrichtung um eine Verschiebungsstrecke so gegeneinander verschieblich, dass sie zueinander eine erste und eine zweite Arbeitsrelativposition einnehmen können. Aus der zweiten Arbeitsrelativposition heraus wird eine Stelle auf dem Werkstück bearbeitet, die in Verschiebungsrichtung betrachtet hinter einer aus der ersten Arbeitsrelativposition heraus bearbeiteten Stelle liegt. Dadurch soll eine gleichmäßige Bearbeitung des Werkstückes aus verschiedenen Relativpositionen zueinander heraus zur Verfügung gestellt werden. Der Stand der Technik kann nicht in allen Aspekten zufrieden stellen und ist insbesondere nicht oder kaum dazu geeignet, transparente Werkstücke wie beispielsweise solche aus Glas oder Kunststoff großflächig mit einer Mattierung auszurüsten. Tatsächlich werden großflächige Mattierungen auf Glas heutzutage nach wie vor und durchgängig mit Sandstrahlverfahren hergestellt. Dadurch lassen sich zwar große Flächen in einem Zug bearbeiten, ist jedoch der bearbeitungstechnische Aufwand enorm. Aus diesem Grund hat man bereits versucht, beispielsweise oberflächenseitige Mattierungen mit Laserstrahlen zu erzeugen und aufzubringen. Diese haben nicht nur den Vorteil einer besonders einfachen und kostengünstigen Realisierung, sondern sind hinsichtlich der realisierbaren Umrisse, von Beschriftungen etc. völlig flexibel.
Dabei hat sich in der Praxis allerdings herausgestellt, dass die Bearbeitung solcher transparenten Werkstücke beispielsweise an ihrer Oberfläche mit einem Laser auf einen bestimmten Bereich beschränkt ist, das sogenannte Bearbeitungsfeld, welches auch als Scannfeld bezeichnet wird. Um größere Flächen zu markieren, müssen mehrere Bearbeitungsfelder produziert und gleichsam mosaikartig aneinandergesetzt werden. Hier hat sich in der Praxis herausgestellt, dass das Aneinandersetzen (”Schachteln”) der einzelnen Bearbeitungsfelder nicht immer problemlos gelingt und zum Teil scharfe Trennlinien sowie störende geometrische Formen innerhalb der mattierten Fläche beobachtet werden (”Streifen”). Um eine tatsächliche Alternative beispielsweise zum Sandstrahlen mit der dort erzielten gleichmäßigen Oberflächenstruktur zur Verfügung zu stellen, ist es erforderlich, ein homogenes und hinsichtlich der Betrachtung richtungsunabhängiges Bild zu realisieren.
Dabei hat sich ergänzend herausgestellt, dass beispielsweise bei der Bearbeitung von Oberflächen und/oder der Innenbearbeitung eines Werkstückes durchaus Abweichungen von der an sich erwarteten Rundheit bzw. Kreis- bzw. Kugelform der Lasermarkierung beobachtet werden. Zugehörige Abweichungen lassen sich beispielsweise darauf zurückführen, dass der Laserstrahl durch die Strahlführung innerhalb des Bearbeitungsfeldes nicht überall ideal senkrecht auf die Oberfläche des fraglichen Werkstückes auftrifft. Hinzu kommt, dass der Laserstrahl als solcher schon von vornherein eine Abweichung von der idealen Kreisform im Querschnitt aufweist oder aufweisen kann. Außerdem mögen zusätzlich Linsenfehler oder andere Abweichungen beobachtet werden, die letztlich dazu führen, dass die einzelnen erzeugten Lasermarkierungen eine bestimmte räumliche Vorzugsrichtung respektive einer räumlichen Vorzugsachse folgend orientiert sind. Derartige Abweichungen werden insbesondere bei transparenten Materialien und bei ungleichmäßigem Lichteinfall beobachtet und führen zu störenden Hell-Dunkelzonen respektive einer nicht gewünschten Schattenbildung (”Streifen”).
Gerade bei zu mattierenden und/oder innen zu strukturierenden Glasscheiben, Spiegeln etc. ist eine solche inhomogene Lichtwirkung störend und auf jeden Fall zu vermeiden, da ansonsten beispielsweise durch Lasermarkierungen erzeugte Mattierungen den bisherigen Sandstrahlmattierungen optisch unterlegen sind. – Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Verfahren so weiter zu entwickeln, dass ein homogener optischer Gesamteindruck insbesondere bei großflächiger Anordnung der Lasermarkierungen zur Verfügung gestellt wird.
Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 6, welche zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 vorgesehen ist.
Im Rahmen der Erfindung wird also die vom Laserstrahl gleichsam abzuarbeitende und seitens der Steuereinheit vorgegebene Raumkurve ausdrücklich nicht dadurch erzeugt, dass der Laserstrahl von einem Punkt zum abstandsnächsten Punkt weiterbewegt wird bzw. das Werkstück eine entsprechende Bewegung erfährt. Vielmehr sieht die Erfindung vor, dass sämtliche abstandsnächste Punkte nicht zeitlich unmittelbar nacheinander erzeugt werden. Vielmehr ”springt” der Laserstrahl beispielsweise vom ersten erzeugten Punkt zum dritten zu erzeugenden Punkt und dann zum fünften, zum siebten usw. Punkt beim Abarbeiten der Raumkurve. Die demgegenüber verbleibenden ”Lücken” beim zweiten, vierten und sechsten Punkt im Beispielfall werden erst in einem nachgeschalteten Schritt durch eine zugehörige Lasermarkierung erzeugt.
Der Begriff Raumkurve meint dabei im Rahmen der Erfindung jede Kurve im dreidimensionalen bzw. zweidimensionalen Raum. Hierbei kann es sich um eine Schlangenlinie, eine Zickzacklinie oder vergleichbare Linienformen handeln, die ein kontinuierlicher Laserstrahl beim Abarbeiten der einzelnen zu erzeugenden Punkte im Innern des Werkstückes überstreichen würde. Erfindungsgemäß wird die den Laserstrahl ablenkende Strahlführung hierbei weiter bewegt und durchgängig – auch während der Dauer des Laserpulses – verfahren.
In jedem Fall sind die Punkte der Raumkurve letztlich der Tatsache geschuldet, dass mit einem gepulsten Laserstrahl gearbeitet wird und der gepulste Laserstrahl von Punkt zu Punkt mit Hilfe der Strahlführung eine Weiterbewegung erfährt. Dabei wird zur Erzeugung des Punktes mit jeweils einem Einzelschuss des gepulsten Lasers gearbeitet.
Auf diese Weise trägt die Erfindung insbesondere den mit dem Einbringen und Erzeugen der Lasermarkierung verbundenen erhöhten Energieeintrag Rechnung.
Tatsächlich wird hierdurch insbesondere bei einer Bearbeitung der Oberfläche des Werkstückes vermieden, dass die Oberfläche großflächig schmilzt oder überhaupt schmelzen kann. Vielmehr sorgt der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Lasermarkierungen bei ihrer Erzeugung dafür, dass das Material des Werkstückes tatsächlich nur im Bereich der Lasermarkierung aufgeschmolzen, verdampft wird, sich verfärbt oder sonst wie die gewünschte Inhomogenität entsteht. Tatsächlich sorgt die zeitliche und nicht zwangsläufig örtliche Beabstandung der einzelnen Lasermarkierungen bei ihrer Erzeugung voneinander dafür, dass der Wärmeeintrag reduziert ist. Dadurch werden thermische Überbeanspruchungen bzw. Schmelzprozesse vermieden. Grundsätzlich können die Lasermarkierungen auch mit Überlapp produziert werden. Dann sorgt die Erfindung dafür, dass bei der Herstellung dieses Überlapps keine zuvor aufgeschmolzenen Bereiche mit der Lasermarkierung nachträglich ausgerüstet werden, sondern vielmehr jeweils definierte Eigenschaften des Werkstückes beobachtet werden.
Dabei arbeitet die Erfindung selbstverständlich und unverändert dergestalt, dass die jeweils zu erzeugenden Punkte wegoptimiert miteinander verbunden werden. Die Wegoptimierung berücksichtigt einerseits einen minimalen Abstand bzw. vorgegebenen Minimalabstand der jeweils zu erzeugenden Punkte bzw. Lasermarkierungen untereinander und andererseits eine möglichst geringe Verstellung der Spiegel bzw. Galvaometerspiegel. Denn die Strahlführung verfügt erfindungsgemäß über die Galvano-meterspiegelanordnung mit den zwei bewegbaren Galvanometerspiegeln, die elektromagnetisch und berührungslos verstellt werden können.
Solche Galvanometerspiegel werden typischerweise eingesetzt, um mit Hilfe eines Laserstrahls eine Fläche bzw. ein flächiges Bearbeitungsfeld zu definieren. Beispiele hierfür werden in der DE 196 54 210 A1 oder auch der DE 100 35 466 A1 vorgestellt.
Jedenfalls ist die Auslegung so getroffen, dass die beiden Spiegel respektive Galvanometerspiegel der Laserführung durchgängig und ohne Stillstand bewegt werden. Die Wegoptimierung bei der Abarbeitung der vorgegebenen Raumkurve berücksichtigt nun diese ständige Bewegung der Spiegel bzw. Galvanometerspiegel und zugleich die Vorgabe, alle abstandsnächsten Punkte nicht zeitlich nacheinander, sondern vielmehr zeitversetzt zueinander zu erzeugen. Zugleich berücksichtigt die Wegoptimierung, dass die Spiegel bei einem Übergang von einem zum nächsten Punkt möglichst wenig bewegt werden, um die Raumkurve so schnell wie möglich abarbeiten zu können.
Nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung hat es sich bewährt, wenn die Punkte der Raumkurve innerhalb von wenigstens zwei Bearbeitungsfeldern liegen. Die Bearbeitungsfelder können dabei flächig und/oder räumlich aneinander anschließen. Das jeweilige Bearbeitungsfeld drückt im allgemeinen die Tatsache aus, dass mit Hilfe der Strahlführung und unter Berücksichtigung der an dieser Stelle erfindungsgemäß eingesetzten Galvanometerspiegel nur eine begrenzte Fläche, das Bearbeitungsfeld, durch eine Verstellung der Galvanometerspiegel abgescannt werden kann. Aus diesem Grund wird das Bearbeitungsfeld oftmals auch als Scannfeld bezeichnet.
Um dennoch größere Flächen bearbeiten zu können, wird das Werkstück und/oder die Strahlführung weiterbewegt. Dabei schließen zwei oder mehr Bearbeitungsfelder aneinander an. Das kann flächig im Sinne einer bearbeiteten Oberfläche oder auch räumlich dadurch geschehen, dass die Bearbeitungsfelder im Raum zumindest teilweise übereinander liegen. In jedem Fall verfügen die beiden benachbarten Bearbeitungsfelder erfindungsgemäß über einen Überlappungsbereich. D. h., es wird gerade nicht mit Stoß an Stoß sowie scharfrandig aneinander anschließenden Bearbeitungsfeldern gearbeitet, sondern wird ein Überlappungsbereich definiert. In diesem Überlappungsbereich finden sich sowohl zum ersten als auch zum zweiten Bearbeitungsfeld gehörige Lasermarkierungen. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Bearbeitungsfelder den Überlappungsbereich bilden.
Die Unterteilung der zu bearbeitenden Fläche an einer Oberfläche oder auch eines Raumvolumens im Innern des Werkstückes in mehrere Bearbeitungsfelder wird im Allgemeinen als ”Schachteln” bezeichnet. Dieses ”Schachteln” erfolgt erfindungsgemäß derart, dass zwischen jeweils benachbarten Bearbeitungsfeldern ein oder mehrere Überlappungsbereiche definiert werden. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass in dem jeweiligen Überlappungsbereich Lasermarkierungen angeordnet sind, die zum ersten wie auch zum zweiten oder auch zum dritten der benachbarten Bearbeitungsfelder gehören.
Mit Hilfe der Lasermarkierungen werden jeweils Punkte der jeweiligen Raumkurve erzeugt. Dadurch greifen die Raumkurve des ersten Bearbeitungsfeldes und die Raumkurve des zweiten Bearbeitungsfeldes gleichsam und beispielhaft mäanderförmig oder fingerartig ineinander, so dass ausdrücklich eine scharfe Trennlinie zwischen den einzelnen Bearbeitungsfeldern vermieden wird. Dadurch wird bereits ein besonders homogenes Erscheinungsbild im Grenzbereich zwischen den Bearbeitungsfeldern zur Verfügung gestellt. Die Bearbeitungsfelder werden also schachtelförmig aneinandergesetzt, wobei erfindungsgemäß die Schachtelstrategie auf einen Überlappungsbereich zurückgreift, welcher mit Sektoren des ersten Bearbeitungsfeldes und Sektoren des zweiten benachbarten Bearbeitungsfeldes sowie gegebenenfalls weiterer benachbarter Bearbeitungsfelder ausgerüstet ist bzw. sich aus diesen unterschiedlichen Sektoren zusammensetzt.
Da darüber hinaus die einzelnen Bearbeitungsfelder bzw. die an dieser Stelle relevanten zugehörigen Raumkurven nicht Punkt für Punkt abgearbeitet werden, sondern vielmehr im Zuge einer gleichsam chaotischen Strahlführung, die abstandsnächste Punkte nicht zeitlich nacheinander erzeugt, wird eine insgesamt homogene Oberflächenstruktur und/oder Innengravur zur Verfügung gestellt, die bisher in dieser Qualität nicht beobachtet wurde.
Dabei wird mit der bereits beschriebenen Wegoptimierung gearbeitet, welche eine durchgängige Bewegung der Galvanometerspiegel der Laserführung berücksichtigt und zugleich die Punkte der jeweiligen Raumkurve zeitlich nacheinander erzeugt, und zwar unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Minimalabstandes zueinander. Dieser Minimalabstand berücksichtigt, dass einzelne ausgewählte oder alle abstandsnächsten Punkte nicht zeitlich nacheinander produziert werden, sondern der Minimalabstand beispielsweise zwei oder noch mehr Punkte der fertigen Gravur beträgt. Soll nun innerhalb dieses Minimalabstandes ein weiterer Punkt platziert werden, so wird dieser zu platzierende Punkt der Raumkurve zeitlich versetzt erzeugt, damit die randseitig des Minimalabstandes bereits vorhandenen Punkte zu diesem Zeitpunkt bereits stabil sind und beispielsweise nicht (mehr) ganz oder teilweise in geschmolzenem Zustand vorliegen.
Dadurch, dass die Strahlführung mit den beiden bewegbaren Galvanometerspiegeln ausgerüstet ist, welche durchgängig – auch während der Dauer eines Laserpulses – verfahren werden, wird eine äußerst geringe Bearbeitungszeit für die Raumkurve beobachtet, und zwar auch und insbesondere dann, wenn die abstandsnächsten Punkte erfindungsgemäß zeitlich nicht nacheinander sondern zeitversetzt zueinander erzeugt werden. Denn die damit verbundene gleichsam chaotische Linienführung ist unter Berücksichtigung der bereits angesprochenen Wegoptimierung abgearbeitet worden, so dass die Bearbeitungszeit insgesamt minimiert wird.
In jedem Fall berücksichtigt die Erfindung, dass die zur Darstellung der einzelnen Punkte erzeugten Lasermarkierungen einen mehr oder minder elliptischen Charakter mit einer Vorzugsachse besitzen. Um diese Vorzugsachsen bzw. deren Verlauf nicht optisch nachvollziehen zu können, folgen die Vorzugsachsen der Lasermarkierungen und folglich der Punkte der Raumkurve längs der Raumkurve der stochastischen bzw. statistischen oder wenn man so will willkürlichen Verteilung. Diese willkürliche Verteilung ergibt sich im Kern dadurch, dass die zu erzeugende Raumkurve und ein damit zusammenhängendes Flächenmuster oder Raummuster nicht beispielsweise linienförmig oder mäanderförmig abgearbeitet wird. Vielmehr springt der Laserstrahl im Rahmen der Erfindung von einer Zeile der zu erzeugenden Gravur zur nächsten, ohne sämtliche Punkte der Zeile bereits erzeugt zu haben. Entsprechende Lücken werden beispielsweise erst beim ”Rückweg” des Lasers durch die dann erzeugten Punkte geschlossen.
Auf diese Weise wird die thermische Belastung des Werkstückes in der jeweiligen Zeilenrichtung minimiert und lokale Aufschmelzungen der gesamten Oberfläche verhindert. Dadurch wird der Wärmeverteilung und Wärmeabfuhr im Werkstück besonders effektiv Rechnung getragen und eine stabile Oberfläche zur Verfügung gestellt, die tatsächlich und ausschließlich lokal begrenzt mit den Lasermarkierungen ausgerüstet ist. Entsprechende Überlegungen und positive Wirkungen lassen sich auch für eine Laserinnengravur und folglich eine im Inneren des Werkstückes beschriebene Raumkurve bzw. mehrerer dieser Raumkurven geltend machen. In diesem Fall werden volumenmäßiger Aufschmelzungen zuverlässig verhindert, sind die Lasermarkierungen tatsächlich auf ihren mikroskopisch kleinen Bereich konzentriert und begrenzt.
Tatsächlich führt insbesondere die stochastische bzw. statistische Verteilung der Vorzugsachsen entlang der Raumkurve im Rahmen der Erfindung dazu, dass ein homogenes optisches Erscheinungsbild beobachtet wird. Das gilt insbesondere für transparente Materialien und bei Betrachtung in Durchsicht oder auch im Falle der Lichtbrechung. Demgegenüber werden in der Praxis und im Stand der Technik oftmals Vorzugsrichtungen der Markierungen beobachtet, die aufgrund der matrixartigen Anordnung zu einer Ausbildung von Linienstrukturen korrespondieren. Diese werden entlang der Vorzugsachsen der typischerweise elliptisch ausgebildeten Lasermarkierungen beobachtet (”Streifen”).
Nach weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist zusätzlich noch eine Kontrolleinheit vorgesehen, um das Werkstück hinsichtlich der erzeugten Lasermarkierungen zu untersuchen und ggf. Parameteränderungen vorzunehmen. Diese Kontrolleinheit kann unabhängig von der Steuereinheit arbeiten, indem das zu bearbeitende Werkstück nach der Herstellung schlicht und ergreifend kontrolliert wird und ggf. einzelne Parameter der Laserquelle und/oder der Strahlführung und/oder der Werkstückführung eine Änderung erfahren, beispielsweise die Dauer und/oder Stärke des Laserpulses, die Richtung des Strahles und/oder die Form des Laserstrahles. Nach besonders vorteilhafter Ausführungsform ist die Kontrolleinheit an die Steuereinheit angeschlossen. Auf diese Weise können die Dauer und/oder Stärke des Laserpulses und/oder die Richtung des Laserstrahles und/oder die Form des Laserstrahles nach Maßgabe der Form und Ausbildung der jeweiligen Lasermarkierung, der Struktur des Werkstückes etc. angesteuert und ggf. verändert werden. Sobald also die Kontrolleinheit beispielsweise eine bestimmte und zu vermeidende Linienstruktur auf der Oberfläche des Werkstückes erkennt, wird die Steuereinheit vorzugsweise so arbeiten, dass die Strahlführung verändert wird, beispielsweise derart, dass der Minimalabstand zwischen den zu platzierenden Punkten eine Vergrößerung erfährt. Auch ist es denkbar, die Dauer und/oder Stärke des Laserpulses zu verändern.
Im Ergebnis werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes beschrieben, mit deren Hilfe insbesondere transparente Werkstücke aus Glas, Kunststoff etc. mit Lasermarkierungen ausgerüstet werden, die einer vorgegebenen Raumkurve folgen. Die Lasermarkierungen sind dabei im Kern so gestaltet, dass sich auf diese Weise großflächige Dekore, Mattierungen etc. erzeugen lassen, ohne dass bei einer optischen Prüfung bestimmte Vorzugsrichtungen beobachtet werden. Das lässt sich im Kern darauf zurückführen, dass der Laserstrahl mittels der Strahlführung so das Werkstück an seiner Oberfläche und/oder im Inneren bearbeitet, dass sämtliche abstandsnächste Punkte nicht zeitlich nacheinander erzeugt werden, sondern ein einstellbarer Zeitversatz beobachtet wird. Dadurch lässt sich eine stabile und mechanisch beanspruchbare Oberfläche und/oder eine großvolumige Innenstruktur zur Verfügung stellen, die beispielsweise mit einer homogenen und großflächigen Mattierung ausgerüstet ist. Das alles gelingt unter Verzicht auf aufwendige Sandstrahlverfahren, einzig und allein mit Hilfe eines Lasers. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
1 die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes in einer Übersicht,
2A eine flächig erzeugte Raumkurve nach dem Stand der Technik,
2B zwei Lasermarkierungen bzw. Bearbeitungsfelder im Randbereich,
3 eine räumliche Laserstruktur, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist,
4 ergänzend zu den 2A und 2B die grundsätzliche Vorgehensweise noch einmal in vergrößerter Darstellung,
5 die zuvor beschriebene Verfahrensweise in einer weiteren Alternative,
6 die Änderung der Orientierung einzelner Achsen der Punkte in Erweiterung der Darstellung des Standes der Technik nach der 2A,
7 ein quadratisches Bearbeitungsfeld mit jeweils verdrehter Achse der einzelnen Punkte bzw. der damit zusammenhängenden Hauptrissrichtung,
8 das Werkstück im Schnitt bei der Erzeugung eines Punktes bzw. Laserpunktes mit flacher Aufschmelzung sowie geringer Festigkeit (links) und den Punkt bzw. Laserpunkt mit tiefer Aufschmelzung und großer Festigkeit (rechts) nach dem Stand der Technik
9A die bearbeitete Oberfläche des Werkstückes im Querschnitt nach dem Stand der Technik, und zwar eine instabile Oberfläche, wie sie dann auftritt oder auftreten kann, wenn die abstandsnächsten Punkte zeitlich nacheinander erzeugt werden,
9B eine stabile Oberfläche entsprechend der Erfindung bei welcher die abstandsnächsten Punkte nicht zeitlich nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander erzeugt werden und
10 verschiedene Raumkurven in Gestalt von geometrischen Formen und deren Analyse sowie Abarbeitung im Rahmen der Erfindung.
In der 1 ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes 1 dargestellt. Bei dem Werkstück 1 handelt es sich im Rahmen des Ausführungsbeispiels um eine Platte aus Glas oder auch aus Kunststoff, beispielsweise aus PMMA (Polymethylmethacrylat). Im Ausführungsbeispiel ist das Werkstück 1 transparent gestaltet und wird an seiner Oberfläche bearbeitet. Grundsätzlich können aber auch nicht transparente Werkstücke 1 mit der in 1 dargestellten Vorrichtung bearbeitet werden sowie nach dem anschließend noch näher zu erläuternden Verfahren. Hierbei mag es sich um Werkstücke aus Stein, Kunststoff, Metall, Holz etc. handeln. Jedenfalls wird das Werkstück 1 im Rahmen des Ausführungsbeispiels mit einer großflächigen Oberflächengravur ausgerüstet, die beispielsweise der Rutschhemmung dienen mag, wenn das Werkstück 1 als Boden- der Stufenbelag eingesetzt wird. Typischerweise geht es jedoch darum, einzelne Bereiche des Werkstückes 1 mit einer Mattierung auszurüsten, um beispielsweise eine Tür, ein Fenster, einen Spiegel etc. zu realisieren.
Zu diesem Zweck verfügt die Vorrichtung über eine gepulste Laserquelle 2, bei welcher es sich um einen gepulsten CO₂-Laser handelt oder handeln mag. Ein solcher Laser verfügt über eine typische Ausgangsleistung in gepulstem Betrieb im Bereich von ca. 100 W bis 500 W. Die Pulszeiten liegen beispielsweise im Bereich von 10 Mikrosekunden bis 1000 Mikrosekunden. Im Beispielfall beträgt die Laserpulsleistung bis zu 500 W. Der Durchmesser einzelner erzeugter Lasermarkierungen 3, 3' ist je nach Pulsleistung im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm angesiedelt. Bei den eingesetzten Werkstücken 1 kann es sich grundsätzlich auch um Floatglas, Borofloatglas, sogenanntes ESG-Glas (Einscheibe-Sicherheitsglas), optisches Glas, Bleikristallglas, Behälterglas etc. handeln. Ebenso Spiegelglas, Glas mit einseitig oder beidseitig matte Oberflächen, Verbundglas, gefärbtes Glas, beschichtetes Glas usw..
Außerdem können mit Hilfe der Lasermarkierungen 3, 3' beispielsweise auch Spiegelschichten oder andere (zuvor aufgedampfte) Schichten abgetragen werden. Dadurch lassen sich in einem Arbeitsgang die fraglichen Schichten abtragen und zugleich das darunter befindliche Glas in der beschriebenen Art und Weise mit der Lasermarkierung 3, 3' ausrüsten bzw. kann das Glas mattiert werden. Auch die Bearbeitung von bereits per Sandstrahlung oder chemischer Ätzung mattierten Oberflächen von Werkstücken 1 ist in der genannten Art und Weise möglich. Denn die erzeugten Lasermarkierungen 3, 3' bilden einen deutlichen optischen Kontrast zu solchermaßen erzeugten matten Oberflächen, die beispielsweise zuvor per Sandstrahlung oder Ätzung mattiert wurden.
Alternativ zu CO₂-Lasern können auch Festkörperlaser wie beispielsweise ein Nd:YAG-Laser zum Einsatz kommen. Dieser emittiert nach einer Frequenzverdopplung im sichtbaren Bereich bei 532 nm und gibt kurze Pulse im Bereich von 1 bis 15 ns ab. Grundsätzlich lassen sich auch andere Festkörperlaser mit einer Ausgangswellenlänge von 1064 nm oder 355 nm verwenden. Die Pulsenergien bewegen sich im Bereich von 0,1 bis 2 mJ. Das ist selbstverständlich und insgesamt nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen.
Jedenfalls ist die gepulste Laserquelle 2 in der Lage, im Ausführungsbeispiel nach der 1 die bereits angesprochenen Lasermarkierungen 3, 3' auf oder in der Oberfläche des Werkstückes 1 zu erzeugen, wie dies einleitend bereits beschrieben wurde und die zum Stand der Technik gehörige 2A und die 2B schematisch darstellen. Grundsätzlich können die Lasermarkierungen 3 auch im Inneren des Werkstückes 1 definiert werden, wie die 3 andeutet. Hier sind zwei verschiedene Ebenen an Lasermarkierungen 3, 3', dargestellt, nämlich eine erste Ebene an Lasermarkierungen 3 und eine zweite darunter befindliche weitere Ebene an Lasermarkierungen 3'.
Ein Laserstrahl 4 verlässt die gepulste Laserquelle 2 und wird durch eine Strahlführung 5, 6 auf die Oberfläche des Werkstückes 1 gerichtet. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels setzt sich die Strahlführung 5, 6 aus einer Galvanometerspiegelanordnung 5 und einer Fokussierlinse 6 zusammen. Die Galvanometerspiegelanordnung 5 mag so gestaltet sein und arbeiten, wie dies in der einleitend in Bezug genommenen DE 196 54 210 A1 bereits beschrieben wurde. Tatsächlich verfügt die Galvanometerspiegelanordnung 5 über zwei oder mehr unabhängig voneinander bewegbare Galvanometerspiegel, die es erlauben, den von der gepulsten Laserquelle 2 ausgesandten Laserstrahl 4 flächenmäßig in X- und Y-Richtung abzulenken, und zwar unter Berücksichtigung eines insgesamt erreichbaren Bearbeitungsfeldes 7.
Dieses Bearbeitungsfeld 7 lässt sich maximal bei Verstellung der Galvanometerspiegel der Galvanometerspiegelanordnung 5 und feststehender Laserführung 5, 6 mit den gewünschten Lasermarkierungen 3 ausrüsten. Um ein benachbartes Bearbeitungsfeld 7' ebenfalls mit Lasermarkierungen 3' auszurüsten, ist es erforderlich, die Strahlführung 5, 6 zu verschieben. Zu diesem Zweck ist eine Werkstückführung 8 vorgesehen, die mit ein oder mehreren Motoren 9 ausgerüstet ist. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels verfügt die Werkstückführung 8 über insgesamt drei Motoren 9, und zwar jeweils einen Motor 9 für jede Raumrichtung, d. h. die X-, Y- und Z-Richtung.
Im Beispielfall nach 1 arbeitet die Werkstückführung 8 auf die Strahlführung 5, 6 und sorgt dafür, dass die Strahlführung 5, 6 in eine gewünschte andere Raumposition in X-, Y- und/oder Z-Richtung verschoben wird. Grundsätzlich kann aber auch mit einer ortsfesten Strahlführung 5, 6 gearbeitet werden. Dann sorgt ein lediglich angedeuteter und das Werkstück 1 tragender Schlitten 10 dafür, dass das Werkstück 1 die gewünschte Verfahrbewegung vollzieht. So oder so wird deutlich, dass bei ortsfest eingestellter Strahlführung 5, 6 der die gepulste Laserquelle 2 verlassende Laserstrahl 4 insgesamt das Bearbeitungsfeld 7 mit den gewünschten Lasermarkierungen 3 ausrüsten kann. Um auch das benachbarte Bearbeitungsfeld 7' mit den dortigen Lasermarkierungen 3' zu versehen, wird im Ausführungsbeispiel die Strahlführung 5, 6 mit Hilfe der Werkstückführung 8 verschoben. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch der Schlitten 10 für das Werkstück 1 eine entsprechende Verfahrbewegung erfahren. Das ist jedoch nicht dargestellt.
Man erkennt, dass die Werkstückführung 8 ebenso wie die Strahlführung 5, 6 an eine gemeinsame Steuereinheit 11 angeschlossen sind. Auch die Laserquelle 2 ist mit der Steuereinheit 11 verbunden und wird von dieser beaufschlagt und gesteuert. Die Strahlführung 5, 6 weist neben der Galvanometerspiegelanordnung 5 zusätzlich noch die bereits angesprochene Fokussierlinse 6 auf. Bei der Fokussierlinse 6 handelt es sich im Beispielfall um eine planfeld- oder f-theta-Linse, die auch in telezentrischer Ausführung realisiert werden kann. Auf diese Weise erfolgt eine Parallelisierung des Strahlenganges. Dadurch wird erreicht, dass die jeweils in den 1 und 3 angedeuteten Strahlkegel 4' des Laserstrahles 4 sämtlich überwiegend senkrecht auf die Oberfläche des Werkstückes 1 treffen. Dadurch wird sichergestellt, dass der mit Hilfe der Galvanometerspiegelanordnung 5 abgelenkte Laserstrahl 4 beim Überstreichen des Bearbeitungsfeldes 7 bzw. 7' respektive die hierbei erzeugten Strahlkegel 4' senkrecht bzw. überwiegend senkrecht auf die Oberfläche des Werkstückes 1 auftreffen. Die Fokussierlinse 6 bzw. die an dieser Stelle eingesetzte Objektiveeinheit 6 arbeitet telezentrisch.
Kommt dagegen eine nicht telezentrische Linse bzw. Objektiveinheit 6 zum Einsatz, so können Asymmetrien bei der Erzeugung der einzelnen Lasermarkierungen 3, 3' durch Verkippung des Laserstrahls 4 gegenüber der Senkrechten auftreten. D. h., man wird dann keine Markierung 3 bzw. 3' mit überwiegend symmetrischer Ausprägung beobachten oder beobachten können, wie sie beispielsweise im rechten Teil der 8 dargestellt ist.
Ergänzend sind ein oder mehrere Wegsensoren 12 vorgesehen, mit deren Hilfe jeweils die Position der Strahlenführung 5, 6 im Vergleich zur Oberfläche des Werkstückes 1 erfasst und in der Steuereinheit 11 abgelegt sowie überprüft wird. Darüber hinaus mögen ein oder mehrere Wegsensoren 13 realisiert sein, die sich an oder in der Strahlführung 5, 6 bzw. der Galvanometerspiegelanordnung 5 finden. Mit Hilfe dieser Wegsensoren 12, 13 lässt sich eine vom Laserstrahl 4 abgefahrene und beispielhaft in der 2A dargestellte Raumkurve 14 bzw. 14' erfassen und mit der entsprechend softwaretechnisch vorgegebenen Raumkurve 14 bzw. 14' in der Steuereinheit 11 abgleichen.
Schließlich ist auch noch eine angedeutete Kontrolleinheit 15 realisiert, die lediglich in 3 dargestellt ist und an die Steuereinheit 11 angeschlossen ist. Mit Hilfe der Kontrolleinheit 15 kann das Werkstück 1 hinsichtlich der erzeugten Lasermarkierungen 3 bzw. 3' untersucht werden. Außerdem lassen sich anhand der von der Kontrolleinheit 15 aufgenommenen Bilder bzw. Messergebnisse Parameteränderungen an der gepulsten Laserquelle 2 und/oder der Strahlführung 5, 6 vornehmen. Tatsächlich kann mit Hilfe der Kontrolleinheit 15 die Dauer und/oder Stärke des Laserpulses verändert werden. Alternativ oder gleichzeitig lässt sich auch die Richtung des Laserstrahles 4 und ggf. seine Form verändern. Das geschieht nach Maßgabe der Messergebnisse seitens der Kontrolleinheit 15 bzw. in Abhängigkeit von der Form und Ausbildung der erzeugten Lasermarkierungen 3 respektive 3' sowie in Abhängigkeit von der Struktur des Werkstückes 1.
Die Funktionsweise ist wie folgt. Wie einleitend bereits erläutert, wird der gepulste Laserstrahl 4 im Rahmen der Darstellung nach 1 auf die Oberfläche des Werkstückes 1 gerichtet. Bei der prinzipiell dargestellten Vorgehensweise nach 3 wird der gepulste Laserstrahl 4 ins Innere des Werkstückes 1 gerichtet. In beiden Fällen werden mehrere Lasermarkierungen 3 bzw. 3' an der Oberfläche des Werkstückes 1 erzeugt (vgl. 1 und 2A, 2B) bzw. im Inneren des Werkstückes 1 (vgl. 3). Das geschieht derart, dass der Laserstrahl 4 mit Hilfe der Strahlführung 5, 6 die jeweils voneinander beabstandeten Lasermarkierungen 3 bzw. 3' als Punkte zumindest einer Raumkurve 14, 14' erzeugt. Zusätzlich kann die Werkstückführung 8 verfahren werden. Bei der Raumkurve 14, 14' mag es sich um die beiden Raumkurven 14, 14' handeln, die prinzipiell in der 2A dargestellt sind. Grundsätzlich kann mit Hilfe der Lasermarkierungen 3, 3' jede denkbare durchgängige oder unterbrochene Struktur an der Oberfläche des Werkstückes 1 oder auch im Inneren hergestellt werden. So lassen sich explizit verschiedene Dekors, Beschriftungen, Abbildungen etc. auf die Oberfläche des Werkstückes 1 aufbringen bzw. im Inneren des Werkstückes 1 definieren.
Im Rahmen der Erfindung und von besonderer Bedeutung ist nun der Umstand, dass sämtliche abstandsnächste Punkte, beispielsweise 1₁, 2₁ in der matrixartigen Anordnung nach der 2A gemäß dem Stand der Technik erfindungsgemäß nicht zeitlich unmittelbar nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander erzeugt werden. Diese Vorgehensweise wird anhand der 2A und 2B näher erläutert werden, wobei im Rahmen der Darstellungen auch Varianten denkbar sind, bei denen nicht sämtliche abstandsnächsten Punkte zeitversetzt zueinander erzeugt worden sind. Das ist dann insgesamt als Abweichung von der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zu berücksichtigen. In der 2A sind insgesamt und nur beispielhaft 20 Punkte einer 5×4-Matrix dargestellt, die vorliegend ein Bearbeitungsfeld 7 definieren. Die 20 Punkte 1₁ bis 5₄ sind im Beispielfall gleich beabstandet zueinander angeordnet, und zwar in 5 Spalten 1 bis 5 und 4 Zeilen 1 bis 4.
Um nun die einzelnen Punkte 1₁ bis 5₄ bzw. die zugehörigen Lasermarkierungen 3 zu erzeugen, wird im dargestellten Beispielfall nach der 2A mit zwei Raumkurven 14, 14' gearbeitet. Die erste und durchgezogen dargestellte Raumkurve 14 wandert vom Punkt 1₁ über den Punkt 3₁ zum Punkt 5₁, 5₃, 4₂, 2₂, 1₃, 2₄, 3₃ schließlich zum Punkt 5₄. Dabei deutet die zugehörige Raumkurve 14 den Weg an, welchen ein kontinuierlicher Laserstrahl 14 durch die zugehörige Bewegung der Galvanometerspiegel der Galvanometerspiegelanordnung 5 abgefahren bzw. überstrichen hätte. Da jedoch mit der gepulsten Laserquelle 2 gearbeitet wird, erscheinen im zeitlichen Abstand jeweiliger Laserpulse zueinander die Lasermarkierungen 3 bzw. die zuvor in Bezug genommenen Punkte 1₁ bis schließlich 5₄.
Die Bewegung der Spiegel der Galvanometerspiegelanordnung 5 und die zeitliche Abfolge der Laserpulse sind so aufeinander abgestimmt, dass ein jeweiliger Laserpuls auf die Galvanometerspiegelanordnung 5 trifft, sobald diese eine Position einnimmt, welche zu der jeweiligen Lasermarkierung 3 bzw. 3' gehört. Bei einer angenommenen Pulsfrequenz der Laserquelle 2 von beispielsweise 10 kHz beträgt der zeitliche Abstand zwischen zwei Laserpulsen ca. 0,1 ms (Millisekunden). Innerhalb dieser Zeitdauer sind die Spiegel der Galvanometerspiegelanordnung 5 so verstellt worden, dass der Strahl 4 bzw. der Strahlkegel 4' beispielsweise vom Punkt 1₁ zum Punkt 3₁ weiterbewegt wurde.
Im Rahmen dieser ersten Raumkurve 14 hat die gepulste Laserquelle 2 bzw. der sie verlassene gepulste Laserstrahl 4 die fraglichen Punkte 1₁ bis 5₄ in den sämtlichen 5 Spalten und 4 Zeilen erzeugt. Jetzt tritt der Laserstrahl 4 gleichsam seinen Rückweg an und überstreicht dabei die Raumkurve 14'. Diese unterscheidet sich bildlich von der Raumkurve 14 dadurch, dass die Raumkurve 14' gestrichelt dargestellt ist, wohingegen die Raumkurve 14 durchgezogen gezeichnet ist. Man erkennt, dass bei dem Rückweg bzw. der zweiten anschließenden Raumkurve 14' der letzte Punkt der 5×4-Matrix, der Punkt 5₄ mit dem Punkt 3₄, dann 1₄, 2₃, 4₃, 5₂, 3₂, 1₂ und schließlich den Punkten 2₁ und 4₁ verbunden wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass erfindungsgemäß sämtliche abstandsnächste Punkte, wie beispielsweise die Punkte 1₁ und 2₁ nicht zeitlich unmittelbar nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander erzeugt werden. Tatsächlich wird im Beispielfall der Punkt 1₁ zu Beginn der Raumkurve 14 erzeugt, wohingegen der abstandsnächste Punkt 2₁ zeitversetzt und praktisch am Ende der zweiten Raumkurve 14' erzeugt wird. Vergleichbares gilt, wenn man den fraglichen Punkt 1₁ mit dem weiteren abstandsnächsten Punkt 1₂ vergleicht, der ebenfalls zeitversetzt eine Erzeugung und Definition erfährt.
Auf diese Weise wird die thermische Belastung der Oberfläche des Werkstückes 1 auf ein Minimum reduziert und eine besonders günstige Wärmeverteilung erreicht. Der Stand der Technik arbeitet demgegenüber mit einer gleichsam mäanderförmigen Punkteerzeugung, d. h. hier werden die Punkte 1₁ bis 5₁ nacheinander und dann die Punkte 1₂ bis 5₂ usw. in dieser Reihenfolge an der Oberfläche bzw. im Inneren des Werkstückes 1 produziert. Dadurch können je nach Abstand der einzelnen Punkte zueinander lokale Aufschmelzungen und/oder unerwünschte zusätzliche Inhomogenitäten in dem Werkstück 1 erzeugt werden. Dies verhindert die Erfindung dadurch, dass im Rahmen des Ausführungsbeispiels nach den 2A und 2B sämtliche abstandsnächsten Punkte nicht zeitlich nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander, erzeugt werden.
Um dies im Detail zu erreichen, arbeitet die Erfindung mit einem Mindestabstand R vom erzeugten Punkt 1₁ im Beispielfall bis zum nächsten erzeugten Punkt 3₁, der auf jeden Fall eingehalten bzw. überschritten werden muss. Dieser Mindestabstand R mag als Radius eines um den jeweils erzeugten Punkt 1₁ geschlagenen Kreises oder auch einer Kugel im Raum definiert werden. Im Rahmen der Erfindung wird nun so gearbeitet, dass innerhalb dieses Mindestabstandes R bzw. des um den erzeugten Punkt 1₁ geschlagenen Kreises mit dem Radius R der nächste erzeugte Punkt nicht liegen darf. Tatsächlich wird der innerhalb dieses Mindestabstandes R befindliche weitere Punkte 2₁ zeitlich versetzt wie beschrieben erzeugt.
Durch dieses Vorgehensweise ist einerseits sichergestellt, dass die Galvanometerspiegel der Galvanometerspiegelanordnung 5 ständig in Bewegung sind, im Beispielfall die zugehörige Raumkurve 14 bzw. 14' bei Rückgriff auf einen Dauerstrich-Laserstrahl 4 beschreiben würden. Die zeitliche Abfolge der Laserpulse des gepulsten Lasers 2 ist nun an diese fortlaufende Bewegung der Galvanometerspiegel der Galvanometerspiegelanordnung 5 derart angepasst, dass der jeweils gewünschte Punkte bzw. die Lasermarkierung 3, 3' dann erzeugt wird, wenn der Laserpuls auf die in der zugehörigen Stellung befindlichen Galvanometerspiegel trifft, die während des Laserpulses weiterbewegt werden.
Auf diese Weise wird ergänzend erreicht, dass die einzelne Lasermarkierung 3 bzw. 3' einen mehr oder minder elliptischen Charakter mit einer Vorzugsachse A besitzt. Anhand der einzelnen dargestellten Vorzugsachsen A in der 2A erkennt man, dass die beschriebene Führung des Laserstrahles 4 innerhalb der Galvanometerspiegelanordnung 5 die einzelnen Vorzugsachsen A eine stochastische Verteilung längs der zugehörigen Raumkurve 14 bzw. 14' respektive in der Ebene des Bearbeitungsfeldes 7 aufweisen.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die in dem Bearbeitungsfeld 7 nach dem Stand der Technik gemäß der 2A erzeugten Punkte bzw. Lasermarkierungen 3 keiner speziellen Linienform folgen und einen insgesamt homogenen optischen Eindruck in Durchsicht oder auch in Aufsicht erzeugen. Das ist von besonderer Bedeutung für den Fall, dass großflächige Mattierungen auf die Oberfläche des Werkstückes 1 aufgebracht werden sollen. Bei diesem Vorgang werden die einzelnen Punkte bzw. Lasermarkierungen 3 nicht mäanderförmig abgearbeitet, sondern letztlich entlang chaotisch wirkender Raumkurven 14, 14'. Die Raumkurven 14, 14' werden unter Berücksichtigung der beschriebenen Vorgabe sowie einer Wegoptimierung erzeugt. Die Wegoptimierung berücksichtigt einerseits die Vorgabe, dass abstandsnächste Punkte nicht zeitig nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander erzeugt werden sollen. Andererseits wird im Rahmen der Wegoptimierung der jeweils benachbarte nächste Punkt unter Berücksichtigung des Minimalabstandes R angesteuert, wobei zusätzlich noch eine möglichst geringe Verstellbewegung der Galvanometerspiegel einfließt. Diese Stellbewegung der Galvanometerspiegel lässt sich mit Hilfe der Sensoren 13 abfragen und in der Steuereinheit 11 berücksichtigen.
Neben der gleichsam Raumkurvenstrategie gemäß der 2A ist auch die nachfolgend noch zu beschreibende und in der 2B dargestellte Streifenstrategie erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung. Bei der Streifenstrategie handelt es sich um ein spezielles Schachtelverfahren, bei welchem ein Gesamtbild aus einzelnen Bearbeitungsfeldern 7, 7' zusammengesetzt wird. Dabei kann mit speziellen Übergangszonen gearbeitet werden, mit deren Hilfe die einzelnen Streifen bzw. Bearbeitungsfelder 7, 7' aneinandergefügt werden. Tatsächlich wird hier so gearbeitet, dass die Bearbeitungsfelder 7, 7' einen Überlappungsbereich bzw. eine Übergangszone 16 aufweisen. Innerhalb dieses Überlappungsbereiches bzw. der Übergangszone 16 finden sich sowohl zum ersten Bearbeitungsfeld 7 gehörige Lasermarkierungen 3 als auch zum zweiten Bearbeitungsfeld 7' gehörige Lasermarkierungen 3'. Dadurch wird eine scharfe Trennlinie zwischen den einzelnen benachbarten Bearbeitungsfeldern (Scannfeldern) 7, 7' vermieden und ein großflächiger homogener optischer Gesamteindruck der Oberflächengravur erreicht, der bisher ohne Beispiel bei einer Markierung mit einer gepulsten Laserquelle 2 geblieben ist. Tatsächlich wird im Rahmen der beschriebenen Streifenstrategie vermieden, dass einzelne Ansätze zwischen den jeweiligen Bearbeitungsfeldern 7, 7' optisch störend in Erscheinung treten.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die Lasermarkierungen 3, 3' je nach Dauer und/oder Stärke des Laserpulses und/oder Richtung des Laserstrahles 4 und/oder Form des Laserstrahles 4 mit einer räumlichen Vorzugsachse A auszurüsten. Im Rahmen der Erfindung sorgen die während des Laserpulses weiterbewegten Galvanometerspiegel dafür, dass die einzelnen Lasermarkierungen 3, 3' den mehr oder minder elliptischen Charakter mit der Vorzugsachse A besitzen.
Um nun keinen bestimmten oder nachvollziehbaren optischen Gesamteindruck zu erzeugen, werden die Lasermarkierungen 3, 3' stochastisch abgearbeitet. Tatsächlich reicht es im Rahmen des Ausführungsbeispiels an dieser Stelle aus, die sich beim Abfahren der zugehörigen Raumkurve 14 bzw. 14' zwangsläufig einstellenden Inhomogenitäten in der Strahlführung 5, 6 auszunutzen, um die bereits beschriebene stochastische Verteilung der Vorzugsachsen A entlang der jeweiligen Raumkurve 14 bzw. 14' in der Ebene des zugehörigen Bearbeitungsfeldes 7 bzw. 7' zur Verfügung zu stellen.
Zugleich kommt es erfindungsgemäß aufgrund der Länge des Laserpulses im Vergleich zur Bewegungsgeschwindigkeit der Strahlführung 5, 6 dazu, dass die Vorzugsachse A gleichsam ”verschmiert”. D. h., bei relativ langen Laserpulsen im Vergleich zur Bewegungsgeschwindigkeit der Strahlführung 5, 6 beobachtet man, dass der Laserpuls durch die Strahlführung 5, 6 praktisch auseinandergezogen wird. Hiermit einher geht eine Änderung der Orientierung der Vorzugsachse A im Raum. Dies trägt für sich genommen bereits zu einem homogenen optischen Gesamteindruck der solchermaßen erzeugten Lasermarkierungen 3, 3' bei. Entsprechendes gilt natürlich erfindungsgemäß dann, wenn die einzelnen Lasermarkierungen 3, 3' wie beschrieben stochastisch abgearbeitet werden.
Die 3 mit der dort schematisch dargestellten Innengravur und den zugehörigen sowie übereinander angeordneten Ebenen an Lasermarkierungen 3 und Lasermarkierungen 3' arbeitet vergleichbar wie bereits dargestellt. Hier kommt noch als weiterer Effekt hinzu, dass die einzelnen Bearbeitungsfelder 7 bzw. 7' räumlich getrennt zueinander angeordnet sind und in Aufsicht ineinandergreifen. Das kann erneut derart geschehen, dass diesmal ein räumlicher Überlappungsbereich 16 definiert wird, innerhalb dessen sowohl zum ersten Bearbeitungsfeld 7 gehörige Lasermarkierungen 3 als auch Lasermarkierungen 3' des benachbarten zweiten Bearbeitungsfeldes 7' befindlich sind. Dabei lassen sich die Lasermarkierungen 3' in dem Bearbeitungsfeld 7' zum Teil ohne Abschattung durch das darüber befindliche Bearbeitungsfeld 7 darunter platzieren. Jedenfalls gelingt auch in diesem Fall eine Verschachtelung der benachbarten Bearbeitungsfelder 7, 7' im Raum unter Berücksichtigung eines gemeinsamen Überlappungsbereiches 16. In dem Fall wird sichergestellt, dass zwischen den einzelnen Bearbeitungsfeldern 7, 7' keine scharfe und optisch möglicherweise störende Trennlinie vorliegt, sondern vielmehr die einzelnen Bearbeitungsfelder 7, 7' gleichsam fingerartig oder mäanderartig (in Aufsicht bzw. Projektion) ineinandergreifen.
Die grundsätzlich und bereits mit Bezug zu den 2A und 2B beschriebene Vorgehensweise wird auch anhand der nachfolgend zu beschreibenden 4 plausibel. Tatsächlich zeigt die 4 insgesamt vier Bearbeitungsfelder 7, 7', 7'' und 7''', die jeweils aneinander anschließen. Zu diesen vier Bearbeitungsfeldern 7, 7', 7'' und 7''' gehören vier unterschiedliche Lasermarkierungen 3, 3', 3'' und 3'''. Die einzelnen Lasermarkierungen 3, 3', 3'' und 3''' unterscheiden sich in der Darstellung nach 4 durch ihre jeweils schematisch dargestellte geometrische Form. So handelt es sich bei den Lasermarkierungen 3 um kreisförmige Laserpunkte, die aus einer ersten Position der Strahlführung 5, 6 ausgehend in das Werkstück 1 eingebracht worden sind. Die Lasermarkierungen 3', sind als Quadrate dargestellt und unter Berücksichtigung einer zweiten Position der Strahlführung 5, 6 erzeugt worden. Die Lasermarkierungen 3'' korrespondieren zu Dreiecken, die aus einer dritten Position der Strahlführung 5, 6 produziert worden sind und die Lasermarkierungen 3''' korrespondieren schließlich zu fünf Ecken, die zu einer vierten Position der Strahlführung 5, 6 gehören.
Dabei versteht es sich, dass die Strahlführung 5, 6 zunächst zur Position 1 bzw. ersten Position gefahren wurde um aus dieser Position heraus die Lasermarkierungen 3 (Kreis) zu erzeugen. Zeitversetzt hierzu hat dann die Strahlführung 5, 6 ihre Position 2 eingenommen, aus welcher heraus die quadratisch dargestellten Lasermarkierungen 3' erzeugt worden sind. Im Anschluss daran hat die Strahlführung 5, 6 die Position 3 angenommen, um die Lasermarkierungen 3'' (Dreieck) zu erzeugen. Den Abschluss bilden die fünfeckig in der 4 dargestellten Lasermarkierungen 3''', die aus Richtung der Position 4 der Strahlführung 5, 6 – ebenfalls zeitversetzt – erzeugt worden sind. D. h., die 4 macht noch einmal deutlich, wie sämtliche Punkte und folglich Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' prinzipiell zeitversetzt zueinander im Rahmen der Erfindung erzeugt werden. Es wird deutlich, dass in dem jeweiligen Bearbeitungsfeld 7, 7', 7'' und 7''' eine zufällige Auswahl einzelner Lasermarkierungen 3, 3', 3'' und 3''' weggelassen werden und die so entstehenden Lücken durch Lasermarkierungen 3, 3', 3'' und 3''' des gleichsam benachbarten Bearbeitungsfeldes 7, 7', 7'' und 7''' aufgefüllt werden bzw. von einer zu dem jeweiligen Bearbeitungsfeld 7, 7', 7'' und 7''' gehörigen anderen Position der Strahlführung 5, 6 ausgehend eine Erzeugung erfahren. Dies wird mit Hilfe der Steuereinheit 11 vorgegeben. Das heißt, die Steuereinheit 11 gibt nicht nur die Position der Strahlführung 5, 6 zur Erzeugung des jeweiligen Bearbeitungsfeldes 7, 7', 7'', 7''' vor, sondern legt auch fest, welche Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' innerhalb des jeweiligen Bearbeitungsfeldes 7, 7', 7'', 7''' erzeugt werden und welche nicht. Auf diese Weise werden die Übergänge zwischen den einzelnen Bearbeitungsfeldern 7, 7', 7'' und 7''' besonders ”weich” eingestellt und etwaige Übergänge und Ungleichmäßigkeiten innerhalb des Bearbeitungsfeldes 7, 7', 7'', 7''' treten nicht oder praktisch nicht (mehr) auf.
Die 5 macht ergänzend zu der bereits anhand der 2A und 2B beschriebenen Vorgehensweise deutlich, wie im Rahmen der Erfindung gearbeitet wird. Hier ist ein Raster der einzelnen Lasermarkierungen 3 dargestellt, die – ähnlich wie in der 2A – matrixartig durchnummeriert sind. D. h., jeder in der 5 dargestellte Punkte korrespondiert zu einer eigenen Lasermarkierung 3. Man erkennt, dass beispielsweise zunächst alle ungeradzahligen Punkte bzw. Lasermarkierungen 3 erzeugt werden, und zwar im Rahmen eines ersten Durchganges. In einem zweiten und zeitversetzt zum ersten Durchgang durchlaufenden weiteren Durchgang werden dann beispielsweise alle geradzahligen Punkte und die hierzu gehörigen Lasermarkierungen 3 erzeugt. Dabei können grundsätzlich natürlich auch andere Punktraster sowie anders gestaltete Bearbeitungsfelder 7, 7', 7'', 7''' erzeugt werden, also beispielsweise hexagonale oder auch unregelmäßige Verteilungen der Lasermarkierungen 3 erzeugt werden. In jedem Fall wird der Wärmeeintrag verringert und eine damit verbundene Aufschmelzung des Werkstückes 1 verringert respektive im Rahmen der Erfindung vollständig verhindert.
Die 6 nach dem Stand der Technik zeigt anhand des Punktrasters nach 5, wie die einzelnen Vorzugsachsen A der jeweiligen Lasermarkierung 3, 3', 3'', 3''' entlang der dortigen Raumkurve 14 bzw. 14' eine Änderung im Rahmen der Erfindung erfahren. Tatsächlich erfahren die einzelnen Achsen A der Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' eine statistische bzw. stochastische Verteilung entlang der Raumkurve 14 bzw. 14'. Dadurch wird die in 6 gezeigte gleichmäßige Oberflächenstruktur erreicht, in der keine Vorzugsachsen oder Vorzugsrichtungen beobachtet werden und möglicherweise optisch störend wirken können.
Die Einstellung der jeweiligen Achsen A erfolgt erneut mit Hilfe der Steuereinheit 11. Dabei werden insgesamt Bearbeitungsgeschwindigkeiten im Bereich von 2000 bis zu ca. 20.000 Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' pro Sekunde erzielt. Wie bereits erläutert, lassen sich die Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' nicht nur in quadratischen oder rechteckförmigen Bearbeitungsfeldern 7, 7', 7'', 7''' erzeugen, sondern sind grundsätzlich Bearbeitungsfelder 7, 7', 7'', 7''' beliebiger Gestalt denkbar, so lange diese mit Hilfe der Strahlführung 5, 6 definiert werden können.
Die 7 zeigt beispielhaft, wie die einzelnen Vorzugsachsen A der Lasermarkierungen 3 im Beispielsfall bei einem quadratischen Bearbeitungsfeld 7 eine insgesamt verdrehte Anordnung beschreiben können. Eine solche optisch nachvollziehbare Änderung der Vorzugsachse A der zugehörigen Lasermarkierung 3 wird im Rahmen der Erfindung ausdrücklich vermieden, weil entlang der zugehörigen Raumkurve 14 bzw. 14' die bereits beschriebene statistische bzw. stochastische Verteilung gemäß der 6 mit Hilfe der Steuereinheit 11 eingestellt und vorgegeben wird.
Anhand der den Stand der Technik darstellenden 8 erkennt man, wie die Lasermarkierung 3 im Schnitt im Werkstück 1 definiert wird bzw. definiert werden kann. Tatsächlich zeigt der linke Teil der 8 das Werkstück 1 mit einer Lasermarkierung 3, die durch eine flache Aufschmelzung der Werkstückoberfläche erzeugt worden ist. Dazu korrespondiert eine geringe Festigkeit der Werkstückoberfläche aufgrund der großflächigen Aufschmelzungszone. Demgegenüber korrespondiert die Lasermarkierung 3 im rechten Teil der 8 zu einem Laserpunkt mit tiefer Aufschmelzung und großer Festigkeit. Dazu ist es erforderlich, mit relativ hohen Leistungsdichten am Brennpunkt zu arbeiten.
Es hat sich herausgestellt, dass bei Rückgriff auf einen CO₂-Laser die Laserpunkte bzw. zugehörigen Lasermarkierungen 3 mit tiefer Aufschmelzung entsprechend der rechten Darstellung nach 8 primär dann beobachtet werden, wenn die Laserpulslänge im Bereich von 0,025 bis 0,5 ms angesiedelt ist. Die Laserpulsleistung beträgt in diesem Fall 100 W bis 500 W. Die Brennweite der Objektiveinheit 6 ist auf 50 bis 200 mm eingestellt. Der Durchmesser der auf diese Weise erzeugten Laserpunkte bzw. der Lasermarkierungen 3 liegt je nach Pulsleistung im Bereich zwischen 0,1 bis 0,5 mm. Bei dem bearbeiteten Werkstück 1 entsprechend der 8 handelt es sich um Floatglas. Ähnliche Eigenschaften zeigt auch das bereits angesprochene ESG-Glas, optisches Glas, Bleikristallglas oder auch Behälterglas.
Für den Fall, dass mehrere benachbarte Lasermarkierungen 3 ohne Zeitversatz entsprechend dem Stand der Technik erzeugt werden, besteht die Gefahr, dass entsprechend der Darstellung in der 9A eine flächige Aufschmelzung über mehrere Laserpunkte hinausgehend entsteht. Die damit zusammenhängende Schmelze erstarrt als Film auf dem nicht aufgeschmolzenen Werkstück 1 und kann sich großflächig ablösen. Dadurch wird eine stabile Werkstückoberfläche nicht (mehr) beobachtet.
Wird dagegen erfindungsgemäß mit einem Zeitversatz bei der Herstellung der einzelnen Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' gearbeitet, wie die 9B zeigt, so erfährt das Werkstück 1 eine lediglich lokale Erhitzung am Brennpunkt. Da das Werkstück 1 üblicherweise Raumtemperatur aufweist, führt dies zu einer raschen Abkühlung der am Brennpunkt durch den Laserpuls erzeugten Glasschmelze. Aufgrund der Schrumpfung beim Abkühlen bilden sich zwischen der erstarrten Schmelze und dem umliegenden nicht aufgeschmolzenen Werkstück 1 Spannungen und zum Teil auch Risse. Dadurch, dass die einzelnen Lasermarkierungen 3, 3' zeitversetzt zueinander erzeugt werden, wird der flächige Wärmeeintrag deutlich verringert bzw. erfolgt zeitversetzt. Im Rahmen der 9B werden die einzelnen Lasermarkierungen 3, 3' beispielsweise so eingebracht, wie dies bereits mit Bezug zu der 5 beschrieben worden ist. Man erkennt, dass die mechanische Belastbarkeit der Lasermarkierungen 3, 3' in der 9B viel größer als nach dem Stand der Technik entsprechend der 9A ausgelegt ist. Auch das dort in der 9A beobachtete Ineinanderfließen der Schmelze tritt praktisch nicht mehr auf.
Die 10 beschreibt eine erfindungsgemäße Vorgehensweise, bei welcher die jeweils zu erzeugenden Raumkurven 14 bis 14' vor der Produktion analysiert werden. Das kann mit Hilfe der bereits beschriebenen Kontrolleinheit 15 geschehen. Diese untersucht also nicht nur die erzeugten Lasermarkierungen 3, 3', 3'', 3''' sondern ist grundsätzlich auch dazu in der Lage, die jeweils abzuarbeitenden Raumkurven 14 bzw. 14' zu analysieren und dafür zu sorgen, dass die Strahlführung 5, 6 eine entsprechende Positionierung erfährt. Vergleichbares mag für die Werkstückführung 8 gelten. Tatsächlich wird man die Strahlführung 5, 6 und gegebenenfalls die Werkstückführung 8 so ausrichten und positionieren, dass mit möglichst wenigen aneinander anschließenden Bearbeitungsfeldern 7, 7', 7'', 7''' gearbeitet wird und gearbeitet werden kann. Die hiermit verbundene Vorgehensweise macht die 10 deutlich.

Claims

Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstückes (1), wonach ein gepulster Laserstrahl (4) auf eine Oberfläche und/oder ins Innere des Werkstückes (1) unter Erzeugung von Lasermarkierungen (3, 3') gerichtet wird, und wonach der Laserstrahl (4) mittels einer Strahlführung (5, 6) mehrere voneinander beabstandete Lasermarkierungen (3, 3') als Punkte zumindest einer vorgegebenen Raumkurve (14, 14') erzeugt, indem sämtliche abstandsnächste Punkte nicht zeitlich unmittelbar nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander, erzeugt werden, wobei die Strahlführung (5, 6) mit wenigstens einer Galvanometerspiegelanordnung (5) mit zwei bewegbaren Galvanometerspiegeln ausgerüstet ist, und wobei die zeitliche Abfolge der Laserpulse des gepulsten Lasers an die fortlaufende Bewegung der Galvanometerspiegel der Galvanometerspiegelanordnung (5) derart angepasst wird, dass die jeweils gewünschte Lasermarkierung (3, 3') dann erzeugt wird, wenn der Laserpuls auf die in der zugehörigen Stellung befindlichen Galvanometerspiegel trifft, die während des Laserpulses weiterbewegt werden, so dass die einzelne Lasermarkierung (3, 3') einen mehr oder minder elliptischen Charakter mit einer Vorzugsachse (A) besitzt und die Anordnung der Vorzugsachsen (A) der Lasermarkierungen (3, 3') längs der Raumkurve (14, 14') einer statistischen Verteilung folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte der Raumkurve (14, 14') innerhalb von wenigstens zwei Bearbeitungsfeldern (7, 7') liegen, die flächig und/oder räumlich aneinander anschließen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsfelder (7, 7') einen Überlappungsbereich (16) aufweisen, innerhalb dessen sowohl zum ersten Bearbeitungsfeld (7) gehörige Lasermarkierungen (3) als auch zum zweiten Bearbeitungsfeld (7') gehörige Lasermarkierungen (3') als Punkte der jeweiligen Raumkurve (14, 14') erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte der jeweiligen Raumkurve (14, 14') unter Berücksichtigung eines vorgegebenen Minimalabstandes (R) zueinander zeitlich unmittelbar nacheinander erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerhalb des Minimalabstandes (R) zu platzierender Punkte der Raumkurve (14, 14') zeitlich versetzt erzeugt wird.
Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer gepulsten Laserquelle (2), und mit einer Strahlführung (5, 6) mit deren Hilfe ein gepulster Laserstrahl (4) auf eine Oberfläche und/oder ins Innere eines Werkstückes (1) unter Erzeugen von Lasermarkierungen (3, 3') gerichtet wird, wobei der Laserstrahl (4) mehrere zueinander beabstandete Lasermarkierungen (3, 3') als Punkte zumindest einer vorgegebenen Raumkurve (14, 14') erzeugt, und wobei eine Steuereinheit (11) vorgesehen ist, mit deren Hilfe sämtliche abstandsnächste Punkte nicht zeitlich unmittelbar nacheinander, sondern zeitversetzt zueinander, erzeugt werden, und die Strahlführung (5, 6) mit wenigstens zwei bewegbaren Galvanometerspiegeln ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Galvanometerspiegel mit zugehörigen Antrieben realisiert sind, die in Verbindung mit dem Laserstrahl (4) zumindest ein flächiges Bearbeitungsfeld (7, 7') definieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Wegsensoren (12, 13) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die jeweils vom Laserstrahl (4) abgefahrene Raumkurve (14, 14') erfasst und mit der von der Steuereinheit (11) vorgegebenen Raumkurve (14, 14') abgeglichen wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontrolleinheit (15) vorgesehen ist, um das Werkstück (1) hinsichtlich der erzeugten Lasermarkierungen (3, 3') zu untersuchen und Parameteränderungen vorzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (15) an die Steuereinheit (11) angeschlossen ist, um die Dauer und/oder Stärke des Laserpulses und/oder die Richtung des Laserstrahles (4) und/oder die Form des Laserstrahles (4) nach Maßgabe der Form und Ausbildung der Lasermarkierungen (3, 3'), und der Struktur des Werkstückes (1) anzusteuern und zu verändern.