DE102023103188A1

DE102023103188A1 - Automatische Kalibrierung eines Laserbearbeitungssystems unter Verwendung eines nicht integrierten telezentrischen optischen Detektors mit begrenzten Freiheitsgraden

Info

Publication number: DE102023103188A1
Application number: DE102023103188.0A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lehmann; Berthold Dambacher
Original assignee: Raylase GmbH
Current assignee: Raylase GmbH
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2023-02-09
Publication date: 2023-08-10
Also published as: US20230249410A1; DE22155959T1; EP4227036A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Laserkalibrierungsvorrichtung (10), die eine Abtastfläche (12), einen optischen Detektor (14) zum Abtasten eines auf der Abtastfläche (12) der Laserkalibrierungsvorrichtung (10) angeordneten Kalibrierungssubstrats (20) und eine Prozessoreinheit (16) umfasst. Der optische Detektor (14) ist in Bezug auf die Abtastfläche (12) mit nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als einem, Freiheitsgrad beweglich. Die Prozessoreinheit (16) ist dazu eingerichtet: Mustererzeugungsanweisungen zum Erzeugen eines Kalibrierungsmusters auf einem Kalibrierungssubstrat (20) durch eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6) zu erzeugen; Erfassen eines Kalibrierungsmusters, das auf der Grundlage der von der Prozessoreinheit (16) erzeugten Mustererzeugungsanweisungen erzeugt wurde; und, auf der Grundlage des erfassten Kalibrierungsmusters und der entsprechenden Mustererzeugungsanweisungen, Kalibrierungsanweisungen zum Kalibrieren der einen oder der mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6) zu erzeugen. Die Erfindung betrifft auch ein Laserbearbeitungssystem, das eine solche Laserkalibrierungsvorrichtung (10) und eine oder mehrere damit verbundene Laserbearbeitungseinrichtungen umfasst sowie ein Verfahren zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6) unter Verwendung einer solchen Laserkalibrierungsvorrichtung (10).

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Laserkalibrierung und bezieht sich auf eine Laserkalibrierungsvorrichtung, die dazu konfiguriert ist, Kalibrierungsanweisungen zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung zu erzeugen. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein entsprechendes Laserbearbeitungssystem und auf ein entsprechendes Kalibrierungsverfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In der Laserbearbeitungsindustrie ist eine präzise Kalibrierung der zur Laserbearbeitung eingesetzten Laserbearbeitungsvorrichtungen eine wesentliche Voraussetzung für die Gewährleistung hoher Qualitätsstandards. Die optischen und mechanischen Toleranzen eines Lasersystems führen zu Abweichungen zwischen einer Soll-Laserbearbeitung eines zu bearbeitenden Werkstücks und einem Ist-Laserprozess, der von dem Lasersystem in der Realität durchgeführt wird. Daher müssen solche Abweichungen genau gemessen und durch eine entsprechende Kalibrierung der optischen und mechanischen Komponenten des Lasersystems korrigiert werden. Ein Standard-Kalibrierungsprozess kann beispielsweise die Erzeugung eines Kalibrierungsmusters auf einer Kalibrierungsplatte mit einer Laserbearbeitungsvorrichtung und die anschließende Entnahme der Kalibrierungsplatte umfassen, um die Position jeder Referenzmarkierung einer Vielzahl von Referenzmarkierungen des Kalibrierungsmusters außerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung manuell zu messen, beispielsweise mit einer Vergrößerungslinse.
Diese Art der Kalibrierung ist jedoch mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden, erfordert das Mitwirken eines menschlichen Bedieners und birgt eine große Anzahl potenzieller Fehlerquellen sowie erhebliche Einschränkungen der Messgenauigkeit und mithin der Kalibrierungsgenauigkeit, was unweigerlich zu einer geringeren Präzision und Qualität der Laserbearbeitung führt.
Somit besteht Raum für technische Verbesserungen im Bereich der Kalibrierung von Laserbearbeitungsvorrichtungen.
EP 3 650 206 A1 offenbart ein von den vorliegenden Erfindern entwickeltes Laserbearbeitungssystem mit einer Laserbearbeitungseinrichtung, die mindestens eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Laserbearbeiten eines Werkstücks und eine Laserkalibrierungsvorrichtung mit einem in der Laserbearbeitungseinrichtung baulich integrierten optischen Detektor umfasst. Die Laserbearbeitungseinrichtung, insbesondere deren optischer Detektor, wird zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laservorrichtungen des Laserbearbeitungssystems verwendet, in dem der optische Detektor integriert ist. Ferner ist die darin offenbarte Laserbearbeitungseinrichtung gemäß EP 3 650 206 A1 nicht unbedingt speziell für die Erzeugung von Mustererzeugungsanweisungen konfiguriert, die später bei der Erzeugung von Kalibrierungsdaten berücksichtigt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die zuvor erwähnten Nachteile des Standes der Technik durch eine Laserkalibrierungsvorrichtung, ein Laserbearbeitungssystem und ein Verfahren zu lösen, die eine verbesserte Kalibrierungsgenauigkeit, eine erhöhte Automatisierung und eine erhöhte Gesamtkalibrierungsgeschwindigkeit ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1, durch ein Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 13 und durch ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Laserkalibrierungsvorrichtung mit einer Abtastfläche, einem optischen Detektor und einer Prozessoreinheit. Die Abtastfläche ist zum Anordnen eines Kalibrierungssubstrats eingerichtet und kann insbesondere eine ebene Abtastfläche sein. Bei der Abtastfläche kann es sich insbesondere um eine ebene, glatte Fläche handeln, die beispielsweise eine viereckige und/oder rechteckige Form aufweisen kann, auf die ein Kalibrierungssubstrat angeordnet werden kann. Die Abtastfläche kann zum Beispiel eine Glasplatte sein oder umfassen. Somit kann die Laserkalibrierungsvorrichtung als Flachbettscanner („flatbed scaner“) eingerichtet sein.
Wenn die Abtastfläche eine viereckige Form aufweist, kann eine oder beide Seiten der Abtastfläche eine Länge von 100 mm bis 1500 mm, vorzugsweise von 300 mm bis 1000 mm, noch bevorzugter von 300 mm bis 600 mm aufweisen. Die Abtastfläche kann zum Beispiel eine Größe von 300 mm × 300 mm oder mehr, 600 mm x 600 mm oder mehr oder 900 mm × 900 mm oder mehr aufweisen. Die Abtastfläche kann eine rechteckige Form aufweisen mit einer längeren Seite, die eine erste Länge aufweist, beispielsweise eine erste Länge innerhalb eines der oben genannten Längenbereiche, und einer kürzeren Seite (kürzer als die längere Seite), die eine zweite Länge aufweist, die kürzer ist als die erste Länge, beispielsweise eine zweite Länge innerhalb des einen oder eines anderen der oben genannten Längenbereiche.
Der optische Detektor ist zum Abtasten eines auf der Abtastfläche liegenden Kalibrierungssubstrats konfiguriert. Beispielsweise kann die Abtastfläche zumindest teilweise eine transparente Fläche sein, so dass, wenn ein Kalibrierungssubstrat auf der Abtastfläche liegt, die Abtastfläche zwischen dem Kalibrierungssubstrat und dem optischen Detektor angeordnet sein kann und der optische Detektor in der Lage sein kann, das Kalibrierungssubstrat durch die transparente Abtastfläche abzutasten.
Der optische Detektor ist in Bezug auf die Rahmenstruktur mit nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als einem Freiheitsgrad(en) beweglich. Wenn der optische Detektor mit zwei Freiheitsgraden beweglich ist, ist die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche in einer Richtung oder Dimension eingeschränkt. Wenn der optische Detektor mit einem Freiheitsgrad beweglich ist, ist die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche in zwei Richtungen oder Dimensionen eingeschränkt.
Der Begriff „Richtung“ oder „Dimension“ kann sich hier auf Richtungen oder Dimensionen in einem beliebigen Koordinatensystem beziehen, z. B. in einem kartesischen XY-Koordinatensystem oder in einem anderen Koordinatensystem. Wenn beispielsweise die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche mit Hilfe eines kartesischen Koordinatensystems in drei Dimensionen beschrieben wird, die drei zueinander senkrechten Richtungen entsprechen (vgl. X, Y und Z oder „Länge“, „Breite“ und „Höhe“), können die oben genannten nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als ein Freiheitsgrad, jeweils nicht mehr als zwei oder nicht mehr als einer entsprechenden Richtung entsprechen. Ist der optische Detektor beispielsweise mit zwei Freiheitsgraden in Bezug auf die Abtastfläche beweglich, kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche in der Z-Richtung, die insbesondere senkrecht zur Abtastfläche sein kann, fixiert und in der X- und Y-Richtung beweglich sein. Wenn der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche mit einem Freiheitsgrad beweglich ist, kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche in zwei Richtungen fixiert sein und nur in einer Richtung beweglich sein. Zum Beispiel kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche in Y- und Z-Richtung fixiert und nur in X-Richtung beweglich sein, die insbesondere parallel zur Abtastfläche verlaufen kann.
Der Begriff „Richtung“ oder „Dimension“ muss sich hier jedoch nicht auf zueinander senkrechte Richtungen oder Dimensionen in einem kartesischen Koordinatensystem beziehen, sondern kann sich auch auf zueinander senkrechte Richtungen in einem zylindrischen Koordinatensystem, einem sphärischen Koordinatensystem, einem Polarkoordinatensystem oder einem anderen Koordinatensystem beziehen. Wird beispielsweise die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche mit Hilfe von zylindrischen Koordinaten in drei Dimensionen beschrieben, die einem radialen Abstand, einer Winkelkoordinate und einer Höhe entsprechen (vgl. r, φ, z), so können die vorgenannten höchstens zwei, vorzugsweise höchstens ein Freiheitsgrad jeweils höchstens zwei oder höchstens einer entsprechenden (zylindrischen) Richtung entsprechen. Ist der optische Detektor beispielsweise in Bezug auf die Abtastfläche mit zwei Freiheitsgraden beweglich, kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche in der Z-Richtung (Höhe) fixiert und in der radialen „Richtung“ (r) und der Winkel-„Richtung“ (φ) beweglich sein. Wenn der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche mit einem Freiheitsgrad beweglich ist, kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche in der radialen Richtung (r) und der Höhen-Richtung (z) fixiert sein und nur in der Winkel-Richtung (cp) beweglich sein. Die Ausweitung der obigen Ausführungen auf weitere Koordinatensysteme ist für den Fachmann ohne weiteres möglich.
Ist die Bewegung des optischen Detektors gegenüber der Abtastfläche in einer bestimmten Richtung eingeschränkt, so ist der optische Detektor gegenüber der Abtastfläche in dieser bestimmten Richtung fixiert, d.h. die Bewegung des optischen Detektors hat in dieser bestimmten Richtung oder Dimension keinen Freiheitsgrad. Das bedeutet, dass der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche fixiert oder befestigt ist, vorzugsweise starr, so dass die Position des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche in dieser Richtung oder Dimension nicht veränderbar ist. Wenn der optische Detektor beispielsweise in einer Richtung Y eines kartesischen Koordinatensystems oder in der radialen Richtung r eines zylindrischen Koordinatensystems keinen Freiheitsgrad hat, d. h. eingeschränkt ist, kann die Position des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche in dem entsprechenden Koordinatensystem mit einem konstanten Wert der entsprechenden Koordinate beschrieben werden, Y für das kartesische Koordinatensystem und r für das zylindrische Koordinatensystem.
Die Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist mit dem optischen Detektor funktional verbunden. Die Prozessoreinheit kann mit den übrigen Komponenten der Laserkalibrierungsvorrichtung integriert sein, zum Beispiel in einem Gehäuse der Laserkalibrierungsvorrichtung, das auch den optischen Detektor aufnehmen kann. Bei der Prozessoreinheit kann es sich beispielsweise um eine interne CPU der Laserkalibrierungsvorrichtung handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass die Prozessoreinheit zumindest teilweise nicht mit den übrigen Komponenten der Laserkalibrierungsvorrichtung integriert ist. Die Prozessoreinheit kann daher eine externe CPU sein, die mit den übrigen Komponenten der Laserkalibrierungsvorrichtung, insbesondere dem optischen Detektor, verbunden und/oder verbindbar ist. Die Prozessoreinheit kann beispielsweise ein externer Computer sein oder umfassen, der für den Betrieb als Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung konfiguriert ist, oder darin installiert sein.
Die Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, ausführbare Mustererzeugungsanweisungen zu erzeugen, die, bei Ausführung durch eine Steuereinheit einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung ausgeführt werden, die eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen veranlassen, ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat unter Verwendung eines oder mehrerer Laserstrahlen zu erzeugen, die von der einen oder den mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen abgelenkt werden.
Der Begriff „Laserbearbeitungseinrichtung“ kann sich hier auf jedes Gerät beziehen, das für die Laserbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines Kalibrierungssubstrats, konfiguriert ist. Eine Laserbearbeitungseinrichtung kann eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen umfassen. Der Begriff „Laserbearbeitungsvorrichtung“ kann sich hier auf jede Vorrichtung beziehen, die für den Betrieb und/oder die Ablenkung eines Laserstrahls zur Laserbearbeitung eines Werkstücks, insbesondere eines Kalibrierungssubstrats, konfiguriert ist. Eine Laserbearbeitungseinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen und eine Steuereinheit zur Steuerung der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen zur Laserbearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke, möglicherweise gleichzeitig und möglicherweise auf einem gemeinsamen Arbeitsfeld, umfassen. Jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen kann beispielsweise eine „Ablenkeinheit“ sein oder umfassen, wie sie in der EP 3904946 A1 der Anmelderin und/oder in der WO 2018/078137 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Eine „Laserbearbeitungsvorrichtung“ kann insbesondere eine Vorrichtung zur additiven Fertigung sein oder eine solche umfassen.
„Kalibrierungsmuster“ kann sich hier auf jede Art von optisch erkennbarer Referenzmarkierung beziehen, die durch Laserlicht auf dem Kalibrierungssubstrat erzeugt werden kann. Ein Kalibrierungsmuster kann beispielsweise eine Vielzahl von lasererzeugten Kalibrierungsmarkierungen umfassen, bei denen es sich beispielsweise um kreuzförmige Kalibrierungsmarkierungen handeln kann, die auf dem Kalibrierungssubstrat in einer vordefinierten räumlichen Beziehung zueinander angeordnet sein können, beispielsweise unter Bildung eines regelmäßigen Gitters.
Das Kalibrierungssubstrat kann z. B. eine Kalibrierungsplatte sein oder aus einer solchen bestehen. Eine Kalibrierungsplatte kann eine Substratschicht und eine auf der Substratschicht angeordnete laserempfindliche Schicht umfassen. Die Substratschicht kann aus einem thermisch stabilen Material bestehen, so dass die Substratschicht unempfindlich gegenüber Laserlicht ist, das auf die laserempfindliche Schicht einwirkt, und resistent gegenüber thermischen Schwankungen, wie z. B. Verformungen, sein kann. Die Substratschicht kann beispielsweise aus Glas, insbesondere Quarzglas, bestehen oder daraus hergestellt sein. Die laserempfindliche Schicht kann mehrschichtig aufgebaut sein und kann eine erste Schicht und eine auf der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht umfassen. Die zweite Schicht kann aus einem Kunststoff und/oder einem organischen Material bestehen. Die erste Schicht kann ein Kunststoffmaterial, ein Wachspapier und/oder ein organisches Material umfassen. Laserlicht, das auf das laserempfindliche Schichtmaterial auftrifft, kann einen Teil der Materialien der schichtempfindlichen Schicht abtragen, wodurch eine darunter liegende Schicht freigelegt wird, die insbesondere die erste Schicht einer mehrschichtigen schichtempfindlichen Schicht oder die Substratschicht sein kann. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, das auf das Kalibrierungssubstrat einwirkende Laserlicht so einzustellen, dass es Teile der lasersensitiven Schicht abträgt, ohne jedoch die lasersensitive Schicht vollständig zu durchdringen und/oder ohne die unter der lasersensitiven Schicht liegende Substratschicht zu erreichen.
Die Prozessoreinheit kann speziell dafür konfiguriert sein, die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen als Anweisungen zu erzeugen, die von einer Steuereinheit einer Laserbearbeitungseinrichtung, z. B. einer additiven Fertigungsvorrichtung, ausführbar sein können, die eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen, z. B. eine Vielzahl von Laserbearbeitungsvorrichtungen, die für die gleichzeitige Laserbearbeitung eines gemeinsamen Arbeitsfeldes konfiguriert sind, umfassen kann.
Die Laserbearbeitungseinrichtung kann insbesondere strukturell unabhängig von der Laserkalibrierungsvorrichtung sein. Jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen kann zum Laserbearbeiten eines Arbeitsmaterials auf einem entsprechenden Arbeitsfeld eingerichtet sein, das teilweise oder vollständig einem Arbeitsfeld einiger oder aller anderen Laserbearbeitungsvorrichtungen der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen entsprechen kann. Zu diesem Zweck kann jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen mindestens eine Laserquelle, die zur Erzeugung oder Übertragung von Laserlicht (z. B. aus einer optischen Eingangsfaser) konfiguriert ist, bewegliche Spiegel und entsprechende Galvanometer zur Steuerung und Richten der Ablenkung von Laserlicht in Form eines entsprechenden Laserstrahls umfassen.
Die von der Prozessoreinheit erzeugten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen können ausführbare Anweisungen zum Bilden eines Kalibrierungsmusters, insbesondere einer oder mehrerer Referenzmarkierungen, umfassen. Beispielsweise können die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen ausführbare Anweisungen in Bezug auf die Laserparameter der zur Bildung des Kalibrierungsmusters zu verwendenden Laserstrahlen sein oder umfassen, wie Laserausrichtung, Laserintensität, Fokusposition, Laserwellenlänge und/oder Spotgröße, aber auch physikalische Parameter des zu bildenden Kalibrierungsmusters, insbesondere einer oder mehrerer Referenzmarkierungen davon, z. B. räumliche Lage, räumliche Ausrichtung, Kontrast, Tiefenprofil und/oder Form. Die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen können daher auf den einstellbaren Parametern der entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtung(en) basieren.
Die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen können auf einem virtuellen Bild eines Kalibrierungsmusters basieren, das auf einem Kalibrierungssubstrat gebildet werden soll. Beispielsweise können die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen auf einer Anzahl und Position einer Vielzahl von Referenzmarkierungen eines auf einem Kalibrierungssubstrat zu bildenden Kalibrierungsmusters basieren.
Die Prozessoreinheit kann ferner zum Erfassen eines Kalibrierungsmusters konfiguriert sein, das auf der Grundlage der von der Prozessoreinheit erzeugten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen erzeugt wurde, wobei das Kalibrierungsmuster in einem von dem optischen Detektor abgetasteten Kalibrierungssubstrat enthalten ist. Dies kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung insbesondere bedeuten, dass die Prozessoreinheit speziell zum Erfassen des Kalibrierungsmusters konfiguriert sein kann, das von einer oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung auf der Grundlage von ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen erzeugt werden kann, die zuvor von der Prozessoreinheit selbst erzeugt worden sein können.
So kann die Prozessoreinheit zunächst ausführbare Mustererzeugungsanweisungen erzeugen und diese an eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung weiterleiten. Auf der Grundlage der von der Prozessoreinheit erzeugten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen können die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat erzeugen, das beispielsweise eine Kalibrierungsplatte sein kann. Sobald das Kalibrierungsmuster auf dem Kalibrierungssubstrat gebildet wurde, kann das Kalibrierungssubstrat auf der Abtastfläche der Laserkalibrierungsvorrichtung angeordnet werden, woraufhin der optische Detektor das Kalibrierungsmuster abtasten und an die Prozessoreinheit übertragen kann, die speziell zum Erfassen dieser Art von Kalibrierungsmuster und zum Erfassen der darin enthaltenen Informationen konfiguriert ist, die für den Zweck der Erfindung relevant sind.
Die Prozessoreinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, ausführbare Kalibrierungsanweisungen auf der Grundlage des erfassten Kalibrierungsmusters und der entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen zu erzeugen. Mit anderen Worten, die Prozessoreinheit ist dazu eingerichtet, ausführbare Kalibrierungsanweisungen unter Berücksichtigung sowohl von einem von dem optischen Detektor erfassten Kalibrierungsmuster, d. h. einem Kalibrierungsmuster, das in einem von dem optischen Detektor abgetasteten Kalibrierungssubstrat enthalten ist, als auch von den ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen, auf deren Grundlage das erfasste Kalibrierungsmuster von einer entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtung erzeugt wurde, zu erzeugen.
Wenn die von der Prozessoreinheit erzeugten ausführbaren Kalibrierungsanweisungen von der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung ausgeführt werden, die auf der Grundlage der ursprünglich von der Prozessoreinheit erzeugten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen zum Erzeugen des Kalibrierungsmusters verwendet wurde, veranlassen die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen die Steuereinheit dazu, die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung zu kalibrieren, möglicherweise auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem virtuellen idealen (Soll-)Kalibrierungsmuster, das basierend auf den ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen zu erzeugen ist, die ursprünglich von der Prozessoreinheit erzeugt wurden, und dem (Ist-)Kalibrierungsmuster, das vom optischen Detektor tatsächlich erfasst wurde. Ein solcher Unterschied kann auf unterschiedlichen Fluktuations-/Abweichungsfaktoren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen beruhen, z. B. aufgrund von thermisch bedingten Fluktuationen wie Offset-Drift und/oder Gain-Drift. Die Prozessoreinheit kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Vielzahl von (Ist-)Referenzmarkierungen des erfassten Kalibrierungsmusters, insbesondere einer Position und/oder Ausrichtung davon, und einer Vielzahl von virtuellen (Soll-)Referenzmarkierungen gemäß den ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen, insbesondere einer Position und/oder Ausrichtung davon, zu erzeugen.
Die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung ermöglicht somit die Erzeugung von ausführbaren Kalibrierungsanweisungen zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung mit erhöhtem Automatisierungsgrad. Die Erzeugung der ausführbaren Kalibrierungsanweisungen durch die Laserkalibrierungsvorrichtung erfordert insbesondere keine große Anzahl manueller Messungen durch einen menschlichen Nutzer. Stattdessen können die zur Kalibrierung der Laserbearbeitungsvorrichtung erforderlichen Messungen eines Kalibrierungsmusters mit der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung mit erhöhter Effizienz und Genauigkeit automatisch durchgeführt werden. Dies gilt nicht nur für die Kalibrierung einer einzelnen Laserbearbeitungseinrichtung, sondern insbesondere auch für die Kalibrierung eines Laserbearbeitungssystems, das eine Vielzahl von zu kalibrierenden Laserbearbeitungseinrichtungen umfasst.
Beispielsweise kann die manuelle Kalibrierung eines Laserbearbeitungssystems, das 10 Laserbearbeitungseinrichtungen umfasst, eine Gesamtzeit von etwa 25 Stunden (2,5 Stunden pro Laserbearbeitungseinrichtung) von konzentrierter und gezielter menschlicher Arbeit erfordern. Im Gegensatz dazu kann die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung eine korrekte Kalibrierung von 10 Laserbearbeitungsvorrichtungen in etwa 100 Minuten (10 Minuten pro Laserbearbeitungsvorrichtung) größtenteils automatisierter Arbeit ermöglichen und dabei eine geringere Fehlerquote und damit eine höhere Mess- und Kalibriergenauigkeit bieten.
Da die von der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung erzeugten Kalibrierungsdaten automatisch generiert und an das entsprechende Laserbearbeitungseinrichtung, beispielsweise über eine entsprechende LAN- oder WLAN-Verbindung, übertragen werden können, kann die Übertragung ohne Mediumdiskontinuität erfolgen. Etwaige Fehlberechnungen oder Fehlmessungen eines menschlichen Bedieners, beispielsweise hinsichtlich der Anzahl oder Position von Referenzmarkierungen eines Kalibrierungsmusters, kommen bei der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung nicht zum Tragen.
Die Laserkalibrierungsvorrichtung kann vorzugsweise frei von jeglicher Laserquelle und/oder jeglicher Laserablenkungseinheit sein. Somit kann die Laserkalibrierungsvorrichtung im Gegensatz zu der zuvor erwähnten Laserbearbeitungseinrichtung, die anhand der von der Laserkalibrierungsvorrichtung erzeugten Kalibrierungsdaten kalibriert werden kann, keine eigene Laserquelle und/oder keine eigene Laserablenkeinheit (z.B. keine beweglichen Spiegel und/oder Galvanometer) umfassen, da die Laserkalibrierungsvorrichtung eine spezialisierte Vorrichtung sein kann, die speziell für die Verarbeitung und/oder Erzeugung von Kalibrierungsdaten konfiguriert ist und möglicherweise funktional und/oder strukturell von anderen Vorrichtungen, insbesondere von der Laserbearbeitungseinrichtung und anderen ähnlichen Vorrichtungen, die für die Laserbearbeitung eines Werkstücks konfiguriert sein können, getrennt ist. Da es sich bei der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung um eine Vorrichtung handeln kann, die nicht zur Laserbearbeitung eines Werkstücks konfiguriert ist, muss die Laserkalibrierungsvorrichtung keine Laserquelle und/oder keine Laserablenkeinheit, wie beispielsweise XY-bewegliche Spiegel, Galvanometer und dergleichen, aufweisen. Stattdessen kann es sich bei der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung um eine spezielle und spezialisierte Vorrichtung handeln, die speziell für die Erzeugung von ausführbaren Kalibrierungsanweisungen konfiguriert ist, wie oben erläutert.
Die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung kann strukturell unabhängig sein, insbesondere von der Laserbearbeitungseinrichtung. So kann die Laserkalibrierungsvorrichtung getrennt und unabhängig von der/den Laserbearbeitungseinrichtung(en) sein, der/denen die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen bereitgestellt werden und/oder die zur Erzeugung eines Kalibrierungsmusters auf der Grundlage der ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen verwendet wird/werden und/oder die auf der Grundlage der von der Laserkalibrierungsvorrichtung erzeugten ausführbaren Kalibrierungsanweisungen kalibriert wird. Somit kann es sein, dass die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung, von entsprechenden ausführbaren Anweisungen und von der Verbindung abgesehen, über die die ausführbaren Anweisungen, insbesondere die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen, von der Laserkalibrierungsvorrichtung an die Laserbearbeitungseinrichtung übertragen werden, keine andere strukturelle und/oder betriebliche Verbindung mit der Laserbearbeitungseinrichtung hat. Beispielsweise kann es sein, dass die Laserkalibrierungsvorrichtung kein Strukturelement wie ein Gehäuse, einen Rahmen, eine Abtastfläche oder ähnliches mit der Laserbearbeitungseinrichtung und/oder mit einer anderen ähnlichen Laserbearbeitungseinrichtung gemeinsam haben. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung eine nicht integrierte Laserkalibrierungsvorrichtung sein. Die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung kann also von der Laserbearbeitungseinrichtung oder einer ähnlichen Laserbearbeitungseinrichtung räumlich getrennt sein. Es kann sein, dass die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung lediglich über entsprechende Kommunikationselemente wie eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung, beispielsweise mittels einer LAN- oder Ethernet-Verbindung und/oder mittels einer WLAN-Verbindung, mit der Laserbearbeitungseinrichtung oder einer ähnlichen Laserbearbeitungseinrichtung verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen kann mehr als ein Kalibrierungsmuster auf mehr als einem Kalibrierungssubstrat erzeugt werden. So kann beispielsweise ein erstes Kalibrierungsmuster zur Kalibrierung von Laserausrichtungen (z. B. XY-Einstellungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung) auf einem ersten Kalibrierungssubstrat erzeugt werden und ein zweites Kalibrierungsmuster kann zur Kalibrierung von Fokuspositionen (z. B. Fokuspositionen oder Z-Einstellungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung) auf einem zweiten Kalibrierungssubstrat erzeugt werden. Der optische Detektor kann dann das erste Kalibrierungssubstrat und das zweite Kalibrierungssubstrat in beliebiger Reihenfolge abtasten, um die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung zu kalibrieren.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der optische Detektor eine Beleuchtungsvorrichtung umfassen, die zum Beleuchten der Abtastfläche und/oder eines auf der Abtastfläche angeordneten Kalibrierungssubstrats eingerichtet ist. Die Beleuchtungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Abtastfläche und/oder ein auf der Abtastfläche angeordnetes Kalibrierungssubstrat mit Licht im sichtbaren Bereich des Spektrums, insbesondere in einem Wellenlängenbereich von 300 nm bis 800 nm, vorzugsweise von 400 nm bis 700 nm, zu beleuchten. Die Beleuchtungsvorrichtung kann eine oder mehrere LEDs umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Beleuchtungsvorrichtung eine Anordnung von LEDs, insbesondere eine lineare Anordnung von LEDs, umfassen. Die Beleuchtungsvorrichtung kann daher zur Beleuchtung der Abtastfläche und/oder eines auf der Abtastfläche angeordneten Kalibrierungssubstrats eingerichtet sein, so dass ein Kalibrierungsmuster, das in dem auf der Abtastfläche angeordneten Kalibrierungssubstrat enthalten ist, auch bei mangelndem Umgebungslicht, beispielsweise aufgrund einer Abdeckung und/oder eines Gehäuses der Laserkalibrierungsvorrichtung, durch den optischen Detektor optisch erfasst werden kann. Ferner kann die Beleuchtungsvorrichtung dazu eingerichtet sein, zusätzlich oder alternativ zur Beleuchtung der Abtastfläche und/oder eines auf der Abtastfläche angeordneten Kalibrierungssubstrats, eine optische Erfassung oder Messung durch den optischen Detektor zu unterstützen.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche in einer Abtastrichtung beweglich sein, wobei die Abtastrichtung parallel zur Abtastfläche sein kann. Somit kann ein Abstand zwischen dem optischen Detektor und der Abtastfläche und/oder einem auf der Abtastfläche angeordneten Kalibrierungssubstrat, in einer Richtung senkrecht zur Abtastfläche fest sein, d.h. der Abstand bleibt möglicherweise konstant, wenn sich der optische Detektor in der genannten Abtastrichtung bewegt. So kann die Position des optischen Detektors immer parallel zur Abtastfläche und in einem festen (vertikalen) Abstand von der Abtastfläche sein.
Ein konstanter Abstand zwischen der Abtastfläche und/oder dem darauf angeordneten Kalibrierungssubstrat und dem optischen Detektor kann 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise 5 mm bis 30 mm, noch bevorzugter 10 mm bis 25 mm, beispielsweise 12 mm oder 25 mm betragen. Ein konstanter Abstand innerhalb des oben genannten Bereichs sorgt für eine klare und scharfe Erkennung des Kalibrierungsmusters. Der optische Detektor kann eine Schärfentiefe von 0,1 mm bis 1 mm, vorzugsweise von 0,2 mm bis 0,8 mm, besonders bevorzugt von 0,3 mm bis 0,7 mm, beispielsweise 0,5 mm, aufweisen.
So kann der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche und/oder in Bezug auf ein auf der Abtastfläche angeordnetes Kalibrierungssubstrat telezentrisch konfiguriert sein. Die Beibehaltung eines konstanten Abstands zwischen dem optischen Detektor und der Abtastfläche und/oder dem darauf angeordneten Kalibrierungssubstrat trägt zur Vermeidung von Fokussierungsfehlern bei der optischen Erfassung eines Kalibrierungsmusters bei und erhöht somit die Mess- und Kalibriergenauigkeit. Mit dieser Konfiguration des optischen Detektors wird eine verbesserte Toleranz gegenüber Schwankungen in der Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierungssubstrats in Bezug auf den optischen Detektor erreicht, z. B. eine verbesserte Schärfentiefe um die Abtastfläche. Der optische Detektor kann eine Schärfentiefe von mindestens 500 µm, vorzugsweise von mindestens 1000 µm aufweisen. Da der optische Detektor Licht (z. B. Beleuchtungslicht, das von einer Beleuchtungsvorrichtung der Laserkalibrierungsvorrichtung erzeugt wird) detektieren kann, das an dem Kalibrierungssubstrat in einer Richtung senkrecht zur Abtastfläche reflektiert wird, werden mögliche Fehler, die durch Abweichungen in der Position und/oder Ausrichtung des Kalibrierungssubstrats in Bezug auf den optischen Detektor verursacht werden, nicht durch eine relative Neigung oder einen seitlichen Versatz des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche und/oder in Bezug auf ein auf der Abtastfläche angeordnetes Kalibrierungssubstrat verstärkt, weil ein Abstand zwischen dem optischen Detektor und der Abtastfläche und/oder in Bezug auf ein auf der Abtastfläche angeordnetes Kalibrierungssubstrat konstant bleibt.
Auch hier ist das Konzept der „Richtung“ nicht auf ein bestimmtes Koordinatensystem beschränkt. Bei einer viereckigen Abtastfläche, z. B. bei Verwendung eines kartesischen Koordinatensystems, kann die Abtastrichtung parallel zu einer der Seiten der viereckigen Abtastfläche verlaufen. In einem zylindrischen Koordinatensystem und bei einer kreisförmigen Abtastfläche kann die Abtastrichtung einer Winkel- oder Azimutalrichtung entsprechen. Insbesondere kann sich der optische Detektor in der Abtastrichtung vorwärts oder rückwärts bewegen, wobei beide Bewegungen hier als Bewegungen in der Abtastrichtung bezeichnet werden.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann sich der optische Detektor in einer Erfassungsrichtung erstrecken, die parallel zu der Abtastfläche ist. Die Erfassungsrichtung kann vorzugsweise senkrecht zu der Abtastrichtung sein, in der der optische Detektor beweglich ist. Der optische Detektor kann dazu eingerichtet sein, ein Kalibrierungsmuster über zumindest einen Teil der Erstreckung des optischen Detektors entlang der Erfassungsrichtung zu erfassen. Eine Erstreckung des optischen Detektors in der Erfassungsrichtung, die insbesondere die Abtastfläche überlappt, kann zwischen 100 mm und 1300 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm und 1000 mm, besonders bevorzugt zwischen 300 mm und 600 mm betragen. Diese „Erstreckung des optischen Detektors in Erfassungsrichtung“ kann sich insbesondere auf eine Erstreckung eines optisch empfindlichen Abschnitts, Teils oder einer Komponente des optischen Detektors beziehen, der/die zur Erfassung des Kalibrierungsmusters geeignet ist, obwohl der optische Detektor als solcher, beispielsweise unter Berücksichtigung seiner Rahmenstruktur, Gesamtabmessungen aufweisen kann, die größer sind als die oben genannte „Erstreckung des optischen Detektors in Erfassungsrichtung“.
In bevorzugten Ausführungsformen kann eine Erstreckung des optischen Detektors in der Erfassungsrichtung zumindest einer Erstreckung der Abtastfläche in der Erfassungsrichtung oder eines Teils davon entsprechen. So kann der optische Detektor dazu konfiguriert sein, die gesamte Abtastfläche oder einen Teil davon durch einmaliges Fahren über die Abtastfläche entlang einer Abtastrichtung, die senkrecht zur Erfassungsrichtung ist, vollständig abzutasten. Wenn die Abtastfläche beispielsweise eine Erstreckung von 600 mm in einer Y-Richtung hat, die der Erfassungsrichtung des optischen Detektors entspricht, kann die Erstreckung des optischen Detektors in der Erfassungsrichtung (Y-Richtung) zwischen 500 mm und 700 mm, vorzugsweise mindestens 600 mm betragen, um die Abtastfläche vollständig abzutasten, wenn die Abtastfläche einmal in der Abtastrichtung durchgefahren wird.
Vorzugsweise kann die Abtastrichtung einer Richtung entsprechen, in der der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche beweglich ist (d. h. einen Freiheitsgrad hat). Zusätzlich oder alternativ kann die Erfassungsrichtung einer Richtung entsprechen, in der der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche nicht beweglich ist (d.h. keinen Freiheitsgrad hat). Die Abtastfläche kann daher insbesondere vollständig abgetastet werden, indem der optische Detektor in der Abtastrichtung bewegt wird, während Teile eines Kalibrierungsmusters, die in der Erfassungsrichtung ausgerichtet sind, für jede Position des optischen Detektors entlang der Abtastrichtung jeweils gleichzeitig erfasst werden. Dies ermöglicht das Abtasten der Abtastfläche und die Erfassung des Kalibrierungsmusters mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Wiederholbarkeit, ohne dass notwendigerweise das Eingreifen oder die Überwachung durch einen menschlichen Bediener erforderlich ist. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass, wenn die Abtastfläche mindestens zwei Symmetrieachsen aufweist, z. B. wenn die Abtastfläche eine viereckige Abtastfläche ist, die „Abtastrichtung“ und die „Erfassungsrichtung“ ausgetauscht werden können, wobei eine Erstreckung des optischen Detektors und/oder ein Fahrweg, über den der optische Detektor in Bezug auf die Abtastfläche bewegt werden kann, derart geändert werden kann, dass die Abtastfläche oder der gleiche Teil davon durch den optischen Detektor in gleichwertiger Weise abgedeckt werden kann (z. B. Austausch der X- und Y-Achse).
Bei einer viereckigen Abtastfläche, für die die Verwendung eines kartesischen Koordinatensystems geeignet sein kann, kann die Abtastrichtung (z. B. Y-Richtung) parallel zu einer ersten der Seiten der viereckigen Abtastfläche sein, und die Erfassungsrichtung (z. B. X-Richtung) kann parallel zu einer zweiten der Seiten der viereckigen Abtastfläche sein, wobei die erste Seite und die zweite Seite der viereckigen Abtastfläche senkrecht zueinander sind. Bei einer kreisförmigen Abtastfläche, für die die Verwendung zylindrischer Koordinaten angemessen sein könnte, kann die Abtastrichtung einer Winkel- oder Azimutalrichtung sein, und die Erfassungsrichtung kann einer Radialrichtung entsprechen, so dass die kreisförmige Abtastfläche durch Drehen des optischen Detektors um eine zentrale Achse der kreisförmigen Abtastfläche abgetastet werden kann, so dass die kreisförmige Abtastfläche von dem optischen Detektor überstrichen wird, während er sich um die zentrale Achse bewegt, wobei sich der optische Detektor in der Radialrichtung erstreckt.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der optische Detektor in Abtastrichtung innerhalb eines sich in Abtastrichtung erstreckenden Verstellungsbereichs bewegbar sein. Dies kann insbesondere bedeuten, dass bei einer Bewegung des optischen Detektors in Abtastrichtung von einer Minimalposition zu einer Maximalposition, d.h. über den gesamten Verstellungsbereich, die Anfangs- und die Endposition des optischen Detektors in Abtastrichtung um einen dem Verstellungsbereich entsprechenden Abstand voneinander beabstandet sein können. Dieser Verstellungsbereich kann zwischen 100 mm und 1500 mm, vorzugsweise zwischen 300 mm und 1000 mm, besonders bevorzugt zwischen 300 mm und 600 mm betragen.
In bevorzugten Ausführungsformen kann der optische Detektor in der Abtastrichtung innerhalb eines Verstellungsbereichs beweglich sein, der zumindest einer Erstreckung der Abtastfläche in der Abtastrichtung oder einem Teil davon entspricht. Mit anderen Worten kann der Verstellungsbereich zumindest einer Erstreckung der Abtastfläche und/oder des Kalibrierungssubstrats in der Abtastrichtung entsprechen. So kann der optische Detektor dazu konfiguriert sein, die gesamte Abtastfläche oder einen Teil davon durch einmaliges Fahren über die Abtastfläche entlang einer Abtastrichtung senkrecht zur Erfassungsrichtung vollständig abzutasten. Wenn die Abtastfläche beispielsweise eine Fläche von 600 mm x 600 mm abdeckt, kann der optische Detektor eine Erstreckung in der Erfassungsrichtung von 600 mm oder mehr aufweisen und in der Abtastrichtung innerhalb eines Verstellungsbereichs von 600 mm oder mehr beweglich sein.
Bei einer kreisförmigen Abtastfläche kann eine Erstreckung des optischen Detektors einem Radius oder einem Durchmesser der Abtastfläche entsprechen und der Verstellungsbereich (in diesem Fall ein Winkel-Verstellungsbereich), über den die Optik beweglich ist, kann einem ganzen Umfang, d.h. einem Winkel von 360°, bzw. einem halben Umfang, d.h. einem Winkel von 180°, entsprechen, so dass die Abtastfläche durch Bewegen oder Drehen des optischen Detektors über die gesamte Strecke oder den gesamten Winkel, über den der optische Detektor beweglich ist, vollständig abgetastet werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der optische Detektor eine optische Auflösung von mindestens 600 dpi, vorzugsweise von mindestens 1200 dpi, noch bevorzugter von mindestens 2400 dpi haben. Der optische Detektor kann jedoch auch eine geringere Auflösung haben, beispielsweise eine Auflösung von 150 dpi bis 300 dpi. Der optische Detektor kann ein monochromatischer Detektor sein. Der optische Detektor kann aber auch ein Farbdetektor sein, beispielsweise ein RGB-Farbdetektor.
Der optische Detektor kann dazu eingerichtet sein, das Kalibrierungssubstrat mit einer Abtastrate von bis zu 55 kHz, vorzugsweise von 22 kHz bis 44 Hz 55 kHz, z. B. 44 kHz, abzutasten.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Laserkalibrierungsvorrichtung eine Führungsstruktur zum Führen einer Bewegung des optischen Detektors umfassen, wobei die Führungsstruktur vorzugsweise mindestens eine Führungsschiene umfassen kann. Die Führungsstruktur kann die Bewegung des optischen Detektors in Richtungen oder Dimensionen führen, in denen die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche einen Freiheitsgrad hat, d.h. nicht eingeschränkt ist. Zum Beispiel kann die Führungsstruktur dazu konfiguriert sein, die Bewegung des optischen Detektors in der Abtastrichtung zu führen. In einigen Ausführungsformen kann die Führungsstruktur mindestens eine Führungsschiene, insbesondere eine oder zwei Führungsschienen, umfassen, die sich in der Abtastrichtung erstrecken. Die Führungsstruktur kann es ermöglichen, die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche mit einem hohen Maß an Präzision und Reproduzierbarkeit zu führen und eine Einschränkung der Bewegung des optischen Detektors in Richtungen oder Dimensionen zu gewährleisten, in denen die Bewegung des optischen Detektors in Bezug auf die Abtastfläche keinen Freiheitsgrad hat, d.h. eingeschränkt ist.
In einigen Ausführungsformen, zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen die Abtastfläche eine viereckige Form aufweist, kann die Führungsstruktur eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene umfassen, wobei sich die erste Führungsschiene in der Abtastrichtung entlang einer ersten Seite der Abtastfläche erstreckt, und die zweite Führungsschiene sich in der Abtastrichtung entlang einer anderen Seite der Abtastfläche erstreckt, die gegenüber der ersten Seite der Abtastfläche und parallel dazu erstreckt, so dass der optische Detektor durch die Führungsstruktur in der Abtastrichtung geführt bewegt werden kann, wobei sich ein erstes Ende des optischen Detektors in Verbindung mit der ersten Führungsschiene bewegt und ein zweites Ende des optischen Detektors in Verbindung mit der zweiten Führungsschiene bewegt.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Laserkalibrierungsvorrichtung ferner eine Führungssteuereinheit zum Steuern der Bewegung des optischen Detektors umfassen, wobei die Führungssteuereinheit dazu konfiguriert sein kann, den optischen Detektor mit einer Abtastgeschwindigkeit zwischen 10 und 2000 mm/s, vorzugsweise zwischen 100 und 1000 mm/s, besonders bevorzugt zwischen 200 und 800 mm/s zu bewegen.
Die Führungssteuerungseinheit kann es ermöglichen, den optischen Detektor schnell und mit einem hohen Maß an Genauigkeit und Automatisierung über die Abtastfläche zu bewegen. Die Führungssteuerungseinheit kann dazu konfiguriert sein, die Bewegung des optischen Detektors mit einer Positioniergenauigkeit des optischen Detektors von 5 µm oder weniger, vorzugsweise von 2 µm oder weniger, besonders bevorzugt von 1 µm oder weniger zu steuern.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der optische Detektor ein Kontaktbildsensor (CIS, „contact image sensor“) sein oder umfassen.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der optische Detektor eine Vielzahl von optischen Erfassungseinheiten umfassen, die möglicherweise linear entlang derselben Richtung, insbesondere entlang der Erfassungsrichtung, angeordnet sind. Jede der optischen Erfassungseinheiten kann eine oder mehrere Fokussierlinsen oder Linsenarrays umfassen, insbesondere eine oder mehrere stabförmigen Linsen oder Arrays von stabförmigen Linsen, und einen optischen Erfassungssensor (Pixel).
Die Vielzahl der optischen Erfassungseinheiten kann insbesondere 7.000 bis 30.000 optische Erfassungseinheiten (und eine entsprechende Vielzahl von optischen Erfassungssensoren) umfassen. Jeder der optischen Erfassungssensoren (Pixel) kann einen Abstand entlang der Erfassungsrichtung von 14 µm bis 44 µm, vorzugsweise 20 µm bis 43 µm, beispielsweise 21 µm oder 42 µm, abdecken. Beispielsweise kann ein optischer Detektor mit einer Erstreckung von 617 mm in Erfassungsrichtung 14.592 optische Erfassungssensoren (Pixel) umfassen, die linear entlang der Erfassungsrichtung angeordnet sind, wobei jede der Erfassungssensoren (Erfassungsdioden) einen Abstand entlang der Erfassungsrichtung von beispielsweise 42 µm für eine maximale Erfassungsauflösung von 600 dpi abdecken kann.
Jede einzelne optische Erfassungseinheit kann dazu eingerichtet sein, einen entsprechenden Bereich eines Kalibrierungsmusters auf einer Oberfläche des Kalibrierungssubstrats zu erfassen, die der Abtastfläche zugewandt ist. Dank der Anzahl und Anordnung der optischen Erfassungseinheiten kann eine Überlappung zwischen den von verschiedenen optischen Erfassungseinheiten erfassten Bereichen vernachlässigbar oder sehr gering sein, so dass ein klares und scharfes kombiniertes Bild entlang der Erfassungsrichtung, in der die optischen Erfassungseinheiten ausgerichtet sind, erzeugt werden kann.
Mit der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung kann eine verbesserte Kalibriergenauigkeit erreicht werden, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Kalibrierungsverfahren, die ganz oder teilweise auf manueller Kalibrierung basieren. Bei einer manuellen Kalibrierung kann eine typische Messgenauigkeit von ±50 µm erwartet werden, während die erfindungsgemäße Laserkalibrierungsvorrichtung eine Messgenauigkeit, insbesondere in Bezug auf die Messung eines Kalibrierungsmusters, von ±,4 µm mit einer Standardabweichung von 2 µm bieten kann. Mit einer erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung kann eine Laserbearbeitungseinrichtung daher eine durchschnittliche Prozessfeldkorrekturgenauigkeit von 45 µm oder weniger, vorzugsweise 15 µm oder weniger, erreichen, während die zuvor erwähnten manuellen Kalibrierungsverfahren typischerweise eine durchschnittliche Prozessfeldkorrekturgenauigkeit von 100 µm oder mehr erreichen. Dies bedeutet, dass die Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung nach der erfindungsgemäßen Kalibrierung ein neues Kalibrierungsmuster auf einem neuen Kalibrierungssubstrat mit einer Genauigkeit von 45 µm oder weniger, vorzugsweise 15 µm oder weniger, bilden können. Wenn also das neue Kalibrierungssubstrat für eine neue Kalibrierung der Laserbearbeitungsvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann es sein, dass die Positionskorrekturen an den Laserbearbeitungsvorrichtungen im Durchschnitt einen Absolutwert von 45 µm oder weniger, vorzugsweise 15 µm oder weniger, nicht überschreiten,
Die lineare Konfiguration des optischen Detektors der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung, insbesondere eine Erstreckung des optischen Detektors in Erfassungsrichtung und die begrenzte Beweglichkeit (begrenzte Freiheitsgrade) des optischen Detektors gegenüber der Abtastfläche, ermöglicht es, Pixel eines Kalibrierungsmusters stets telezentrisch zu erfassen, ohne perspektivischen Verzerrungen zu unterliegen. Unabhängig von der Position eines Kalibrierungsmusters oder eines Teils davon auf einem Kalibrierungssubstrat, zum Beispiel unabhängig von der Position einer bestimmten Referenzmarkierung des Kalibrierungsmusters, kann dieser Teil des Kalibrierungsmusters von einer Diode oder einer ähnlichen optischen Erfassungseinheit des optischen Detektors erfasst werden, die momentan direkt unter diesem Teil des Kalibrierungsmusters angeordnet ist, so dass seine genaue Position von dem optischen Detektor mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
In einigen Ausführungsformen, z. B. wenn der optische Detektor als CIS konfiguriert ist, kann der optische Detektor mehrere optische Erfassungseinheiten umfassen, die linear entlang einer Richtung, insbesondere entlang der Erfassungsrichtung, angeordnet sind, und jede der optischen Erfassungseinheiten kann eine oder mehrere Fokussierlinsen zum Fokussieren von Messlicht, das von der Abtastoberfläche und/oder von einer Oberfläche des Kalibrierungssubstrats, die dem Abtastsubstrat zugewandt ist, empfangen wird, auf einen optischen Sensor der entsprechenden optischen Erfassungseinheit umfassen oder damit verbunden sein. Jede der einen oder mehreren Linsen kann eine stabförmige Linse Linsenanordnung sein oder umfassen. Die Qualität der Bilderfassung kann dann von der Montagegenauigkeit und Homogenität der Fokussierlinsen jeder der optischen Erfassungseinheiten beeinflusst werden. Um diese mögliche Quelle der Ungenauigkeit zu kompensieren, kann die Prozessoreinheit der erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung in einigen Ausführungsformen dazu eingerichtet sein, eine Grundkalibrierung durchzuführen, wobei die Grundkalibrierung wie nachstehend erläutert durchgeführt werden kann.
Während jedes der verschiedenen vorteilhaften Merkmale der Erfindung, die oben in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, einzeln dazu beitragen kann, eine erhöhte Kalibrierungsgenauigkeit zu erreichen, kann eine Kombination einer Reihe dieser vorteilhaften Merkmale dazu beitragen, die Kalibrierungsgenauigkeit noch weiter zu verbessern.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Laserbearbeitungssystem, das eine oder mehrere Laserbearbeitungseinrichtungen und eine Laserkalibrierungsvorrichtung umfasst. Jede der ein oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen kann eine oder mehrere entsprechende Laserbearbeitungsvorrichtungen zum Laserbearbeiten eines Werkstücks umfassen. Zu diesem Zweck kann jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen mindestens eine Laserquelle, die zur Erzeugung oder Übertragung von Laserlicht (z. B. von einer Eingangslichtfaser) konfiguriert ist, sowie bewegliche Spiegel und entsprechende Galvanometer zur Steuerung und Lenkung der Ablenkung von Laserlicht in Form eines entsprechenden Laserstrahls umfassen. Jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung kann für die Laserbearbeitung eines Arbeitsmaterials auf einem entsprechenden Arbeitsfeld konfiguriert sein, wobei sich die Arbeitsfelder der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung teilweise oder vollständig überlappen können und ein gemeinsames Arbeitsfeld bilden können. Mit anderen Worten, die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer jeden Laserbearbeitungseinrichtung können für die Laserbearbeitung eines Werkstücks auf einem gemeinsamen Arbeitsfeld konfiguriert sein, vorzugsweise gleichzeitig. Es gelten die zuvor gegebenen Definitionen von „Laserbearbeitungseinrichtung“ und von „Laserbearbeitungsvorrichtung“.
Jede Laserbearbeitungseinrichtung kann insbesondere eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen und eine Steuereinheit zum Steuern der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen zum Laserbearbeiten eines oder mehrerer Werkstücke, möglicherweise gleichzeitig und möglicherweise auf einem gemeinsamen Arbeitsfeld, umfassen. Jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen kann beispielsweise eine „Ablenkeinheit“ wie in EP 3904946 A1 und/oder in WO 2018/078137 A1 der Anmelderin beschrieben sein oder umfassen. Jede Laserbearbeitungsvorrichtung kann insbesondere eine Vorrichtung zur additiven Fertigung sein oder umfassen.
Die Laserkalibrierungsvorrichtung, die gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung konfiguriert sein kann, ist mit jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen operativ verbunden, insbesondere mit einer jeweiligen Steuereinheit, die zur Steuerung der jeweiligen einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen eingerichtet ist, insbesondere über entsprechende drahtgebundene Kommunikationselemente, wie eine LAN- oder Ethernet-Verbindung und/oder drahtlose Kommunikationselemente, wie eine jeweilige WLAN-Verbindung.
Die Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung des Laserbearbeitungssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist dazu eingerichtet, ausführbare Mustererzeugungsanweisungen zu erzeugen, die bei Ausführung durch eine Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen, die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen dazu veranlassen, ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat zu erzeugen.
Die Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung des Laserbearbeitungssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist ferner dazu eingerichtet, die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen bereitzustellen.
Die eine oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen, insbesondere die jeweilige(n) Laserbearbeitungsvorrichtung(en), sind dazu eingerichtet, die entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen von der Laserkalibrierungsvorrichtung, insbesondere durch eine entsprechende Steuereinheit, zu empfangen und auf der Grundlage der jeweiligen ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat zu erzeugen. Zu diesem Zweck kann das Kalibrierungssubstrat, das beispielsweise eine Kalibrierungsplatte sein kann, auf dem entsprechenden Arbeitsfeld der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung, insbesondere auf dem gemeinsamen Arbeitsfeld, angeordnet werden. Das Kalibrierungsmuster kann dann auf dem Kalibrierungssubstrat durch Laserbearbeitung (z.B. Lasermarkierung) des Kalibrierungssubstrats mit dem entsprechenden Kalibrierungsmuster, das insbesondere eine Vielzahl von Referenzmarkierungen umfassen kann, erzeugt werden. Beispielsweise können die Position, die Anzahl und/oder die Ausrichtung der Referenzmarkierungen durch die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen vorbestimmt sein.
Die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen können entsprechende Mustererzeugungsdaten umfassen, die bei Verwendung durch die Steuereinheit der entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtung bewirken, dass sich die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen, insbesondere deren Laserablenkungselemente wie bewegliche Spiegel, feste und/oder bewegliche optische Linsen, vorzugsweise mit einer Fokussiereinheit, Galvanometer und dergleichen, wie erforderlich bewegen und ausrichten, um das entsprechende Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat, insbesondere einer Kalibrierungsplatte, zu bilden, das auf dem Arbeitsfeld der Laserbearbeitungsvorrichtung angeordnet ist.
Die Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung des Laserbearbeitungssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann ferner dazu eingerichtet sein, das Kalibrierungsmuster zu detektieren, das von der einen oder den mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder den mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen auf der Grundlage der ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen erzeugt wurde, wobei das Kalibrierungsmuster in einem Kalibrierungssubstrat enthalten ist, das von dem optischen Detektor der Laserkalibrierungsvorrichtung abgetastet wird. Sobald die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat auf der Grundlage der entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen erzeugt haben, kann das Kalibrierungssubstrat aus dem Arbeitsfeld der entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtung entnommen und auf der Abtastfläche der Laserkalibrierungsvorrichtung angeordnet werden, um von dem optischen Detektor der Laserkalibrierungsvorrichtung abgetastet zu werden, zum Beispiel durch einen entsprechend programmierten Roboter oder durch einen menschlichen Bediener.
Die Prozessoreinheit der Laserkalibrierungsvorrichtung des Laserbearbeitungssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist ferner dazu konfiguriert, auf Grundlage des erfassten Kalibrierungsmusters und der ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen, die der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen zur Verfügung gestellt wurden, ausführbare Kalibrierungsanweisungen zu erzeugen, die bei Ausführung durch die Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen, die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen kalibrieren. Die Prozessoreinheit ist ferner dazu konfiguriert, der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen bereitzustellen.
So können für jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen entsprechende ausführbare Mustererzeugungsanweisungen erzeugt und zur Erstellung eines entsprechenden Kalibrierungsmusters auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat verwendet werden. Das Kalibrierungssubstrat kann dann von dem optischen Detektor der Laserkalibrierungsvorrichtung abgetastet werden, so dass das entsprechende Kalibrierungsmuster und die entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen, die, nachdem der optische Detektor das in dem entsprechenden Kalibrierungssubstrat gebildete Kalibrierungsmuster abgetastet hat, beide der Laserkalibrierungsvorrichtung, insbesondere deren Prozessoreinheit, bekannt sind, zur Erzeugung der entsprechenden ausführbaren Kalibrierungsanweisungen verwendet werden. Nach der Erzeugung können die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung, insbesondere der jeweiligen Steuereinheit, bereitgestellt werden und zur Kalibrierung deren einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen verwendet werden. Dabei kann für jede der zu kalibrierenden Laserbearbeitungseinrichtungen ein anderes Kalibrierungssubstrat verwendet werden, z. B. eine verschiedene Kalibrierungsplatte für jede Laserbearbeitungseinrichtung.
Für jede Laserbearbeitungsvorrichtung kann der gesamte Kalibrierungsprozess, der das Erzeugen von ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen und deren Verwendung zum Erzeugen eines entsprechenden Kalibrierungsmusters auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat, das Abtasten des entsprechenden Kalibrierungssubstrats durch die Laserkalibrierungsvorrichtung zum Erfassen des entsprechenden Kalibrierungsmusters, das Erzeugen der entsprechenden ausführbaren Kalibrierungsanweisungen und deren Verwendung zum Kalibrieren der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung umfasst, mit hoher Präzision und Effizienz durchgeführt werden, ohne dass ein ständiges Eingreifen eines menschlichen Bedieners erforderlich ist, und in einer relativ moderaten Zeit, zum Beispiel in 10 Minuten oder weniger. Bei einer Vielzahl von Laserbearbeitungseinrichtungen kann das Verfahren zur Kalibrierung jeder der Laserbearbeitungseinrichtungen nacheinander durchgeführt werden.
Dementsprechend kann eine Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen zum Kalibrieren der entsprechenden einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen auf der Grundlage von ausführbaren Kalibrierungsanweisungen konfiguriert sein, die von der Laserkalibrierungsvorrichtung erzeugt und/oder daraus empfangen werden. Die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen können entsprechende Kalibrierungsdaten umfassen, die, bei Ausführung durch die Steuereinheit bewirken, dass die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen, insbesondere deren Laserablenkungselemente wie bewegliche Spiegel, feste und/oder bewegliche optische Linsen, vorzugsweise mit einer Fokussiereinheit, Galvanometer und dergleichen, wie erforderlich eingestellt werden. Die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen können beispielsweise Korrekturdaten umfassen, die von der jeweiligen Steuereinheit implementiert werden können, um Positions-, Orientierungs- und/oder Fokussierungseinstellungen jeder der einen oder mehreren jeweiligen Laserbearbeitungsvorrichtungen zu korrigieren/kalibrieren.
Die Laserkalibrierungsvorrichtung des Laserbearbeitungssystems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung kann insbesondere strukturell unabhängig sein, insbesondere von jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen. So können die Laserkalibrierungsvorrichtung und jede der einen oder mehreren zu kalibrierenden Laserbearbeitungseinrichtungen unterschiedliche, voneinander unabhängige Vorrichtungen sein, die möglicherweise kein gemeinsames Strukturelement aufweisen. Dies kann insbesondere bedeuten, dass es möglich ist, den Standort der Laserkalibrierungsvorrichtung zu ändern, ohne den Standort der einen oder der mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen notwendigerweise zu ändern.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen eine additive Fertigungsvorrichtung sein.
Ein dritter Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer oder mehrerer Laserbearbeitungseinrichtungen unter Verwendung einer Laserkalibrierungsvorrichtung, die insbesondere eine Laserkalibrierungsvorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen des ersten Aspekts der Erfindung sein kann. Das Verfahren kann insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren sein oder umfassen. Die durch das Verfahren zu kalibrierende(n) Laserbearbeitungsvorrichtung(en) kann (können) zu demselben oder denselben Laserbearbeitungssystemen gehören, insbesondere zu einem Laserbearbeitungssystem gemäß einer der Ausführungsformen des oben beschriebenen zweiten Aspekts der Erfindung.
Das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung umfasst das Erzeugen von ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen durch die Laserkalibrierungsvorrichtung und das Bereitstellen der ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen für die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen, insbesondere für eine entsprechende Steuereinheit davon.
Die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen können für jede der Laserbearbeitungseinrichtungen gleich (identisch) oder unterschiedlich sein. Insbesondere wenn alle Laserbearbeitungseinrichtungen und/oder die entsprechenden Kalibrierungssubstrate identisch sind, können die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen für alle Laserbearbeitungseinrichtungen gleich sein.
Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen eines jeweiligen Kalibrierungsmusters auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat durch die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen auf der Grundlage der jeweiligen von der Laserkalibrierungsvorrichtung bereitgestellten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen.
Das Verfahren kann ferner Folgendes umfassen: vor dem Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters, Anordnen eines Kalibrierungssubstrats auf einem Arbeitsfeld der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung.
Das Verfahren kann ferner Folgendes umfassen: nach dem Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters, Entfernen des Kalibrierungssubstrats aus dem Arbeitsfeld der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung und Anordnen des Kalibrierungssubstrats, das das entsprechende Kalibrierungsmuster enthält, auf der Abtastfläche der Laserkalibrierungsvorrichtung.
Das Verfahren umfasst ferner Folgendes: für jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen, Abtasten des entsprechenden Kalibrierungsmusters unter Verwendung der Laserkalibrierungsvorrichtung und Erzeugen von Kalibrierungsdaten auf der Grundlage des abgetasteten Kalibrierungsmusters und der entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen und Bereitstellen der erzeugten Kalibrierungsdaten für eine entsprechende Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen. Selbst in Fällen, in denen gleiche ausführbare Mustererzeugungsanweisungen für alle Laserbearbeitungseinrichtungen verwendet werden können, ist zu erwarten, dass das von jeder der Laserbearbeitungseinrichtungen erzeugte Kalibrierungsmuster aufgrund unterschiedlicher Abweichungen von dem idealen anfänglich angestrebten Kalibrierungsmuster in jeder der Laserbearbeitungseinrichtungen unterschiedlich ist. Dementsprechend können die von der Laserkalibrierungsvorrichtung für jede der Laserbearbeitungseinrichtungen erzeugten Kalibrierungsdaten unterschiedlich sein, selbst in den Fällen, in denen ursprünglich gleiche ausführbare Mustererzeugungsanweisungen für sämtliche Laserbearbeitungseinrichtungen verwendet werden.
Das Verfahren umfasst ferner das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen auf der Grundlage der jeweiligen aus der Laserkalibrierungsvorrichtung empfangenen Kalibrierungsdaten. Somit können die aus der Laserkalibrierungsvorrichtung empfangenen Kalibrierungsdaten, die insbesondere Informationen umfassen können, die sich aus einem Vergleich des tatsächlichen Kalibrierungsmusters, das von dem optischen Detektor abgetastet wurde, mit dem virtuellen Kalibrierungsmuster ergeben, das durch die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen angestrebt wurde, die zum Erzeugen des tatsächlichen Kalibrierungsmusters verwendet wurden, zum Kalibrieren der entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtungen verwendet werden, wodurch die nötigen mechanischen, optischen, elektronischen oder und/oder Laserparameter korrigiert werden, damit die entsprechende Laserbearbeitungseinrichtung korrekt kalibriert wird. Als Ergebnis des Kalibrierungsprozesses, der zumindest größtenteils oder sogar vollständig automatisch ablaufen kann, kann bzw. können die eine oder mehrere Laserbearbeitungseinrichtung(en) korrekt kalibriert und für die Laserbearbeitung eines Werkstücks mit erhöhter Lasergenauigkeit vorbereitet werden.
Wenn die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung, die bereits gemäß dem Verfahren des dritten Aspekts der Erfindung kalibriert wurde, zur erneuten Erstellung desselben Kalibrierungsmusters auf der Grundlage derselben ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen verwendet würde, würden die Ergebnisse zeigen, dass das auf dem entsprechenden Kalibrierungssubstrat erzeugte tatsächliche Kalibrierungsmuster dem virtuellen Kalibrierungsmuster, das ursprünglich durch die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen angestrebt wurde, entspricht oder zumindest wesentlich besser ähnelt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtungen korrekt kalibriert wurden.
Die zuvor beschriebenen Schritte des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung können für jede der zu kalibrierenden Laserbearbeitungseinrichtungen nacheinander durchgeführt werden, so dass zuerst eine erste Laserbearbeitungseinrichtung kalibriert wird, dann eine zweite Laserbearbeitungseinrichtung, und so weiter, bis alle Laserbearbeitungseinrichtungen kalibriert sind. Es ist jedoch auch möglich, jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen parallel zu kalibrieren, so dass die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen zuerst für jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen generiert werden, dann ein entsprechendes Kalibrierungsmuster auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat durch jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen generiert wird, dann jedes der Kalibrierungssubstrate nacheinander durch die Laserkalibrierungsvorrichtung abgetastet wird und schließlich jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen kalibriert wird.
Bei der Durchführung des Verfahrens gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann es erforderlich sein, das Kalibrierungssubstrat von jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen, insbesondere von einem Arbeitsfeld derselben, zur Laserkalibrierungsvorrichtung zu transportieren. Dies kann von einem menschlichen Bediener durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, das Verfahren gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung vollständig zu automatisieren, indem beispielsweise ein Roboter für diesen Zweck eingesetzt wird.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das Erzeugen der ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen das Bestimmen einer Anzahl, einer Form, einer Intensität, eines Kontrasts, einer Ausrichtung und/oder einer räumlichen Position einer Vielzahl von Referenzmarkierungen umfassen. Die Vielzahl von Referenzmarkierungen kann vorzugsweise ein Gitter von 25 bis 2401 Referenzmarkierungen umfassen. Die Referenzmarkierungen können in Form eines regelmäßigen Gitters angeordnet sein. Beispielsweise können die Referenzmarkierungen eines Gitters mit insgesamt 2401 Referenzmarkierungen in einem regelmäßigen quadratischen Gitter von 49×49 angeordnet sein. Allerdings können Referenzmarkierungen, die verschiedenen Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung entsprechen, ineinander verschachtelt sein, wodurch von einer regelmäßigen Anordnung abgewichen wird. Die Verwendung einer Laserkalibrierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Arbeiten mit einer größeren Anzahl von Referenzmarkierungen und bietet dadurch eine bessere Kalibrierungshomogenität, insbesondere im Vergleich zu einer manuellen Kalibrierung, bei der in der Regel nicht mehr als 5 × 5 oder 11 × 11 Referenzmarkierungen verwendet werden können.
Das Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat kann das Lasermarkieren der Vielzahl von Referenzmarkierungen auf dem Kalibrierungssubstrat gemäß den ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen umfassen. Das Abtasten des entsprechenden Kalibrierungsmusters mit der Laserkalibrierungsvorrichtung kann dann das Abtasten der Vielzahl von Referenzmarkierungen umfassen. Die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen können auf der Grundlage der abgetasteten Vielzahl von Referenzmarkierungen und der entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen erzeugt werden, vorzugsweise auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Form, einer Intensität, einem Kontrast, einer Ausrichtung und/oder einer räumlichen Position der abgetasteten Vielzahl von Referenzmarkierungen im Vergleich zu der (virtuellen) Vielzahl von Referenzmarkierungen, die gemäß den ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen bestimmt wurden.
In einigen Ausführungsformen kann das Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters auf dem entsprechenden Kalibrierungssubstrat auf der Grundlage der jeweiligen von der Laserkalibrierungsvorrichtung bereitgestellten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen das Einbringen einer Identifikationsmarkierung in das Kalibrierungsmuster umfassen, die beispielsweise ein QR-Code sein oder umfassen kann, der eine Laserbearbeitungseinrichtung identifiziert, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurde, und/oder die jeweiligen ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen identifiziert, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurden. Es kann dann für die Laserkalibrierungsvorrichtung möglich sein, die Laserbearbeitungseinrichtung, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurde, und/oder die jeweiligen ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurden, auf der Grundlage der Identifikationsmarkierung zu identifizieren, die von der Laserkalibrierungsvorrichtung erfasst und gelesen werden kann.
Zusätzlich oder alternativ kann das Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters auf dem entsprechenden Kalibrierungssubstrat auf der Grundlage der von der Laserkalibrierungsvorrichtung bereitgestellten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen Folgendes umfassen: Einbringen in das Kalibrierungsmuster von mehreren Substratausrichtungsmarkierungen, die eine Ausrichtung des Kalibrierungssubstrats in Bezug auf die Laserbearbeitungseinrichtung angeben, die zur Erzeugung des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurde. Die Ausrichtungsmarkierungen können es der Laserkalibrierungsvorrichtung ermöglichen, eine Ausrichtung des Kalibrierungsmusters unabhängig von einer Ausrichtung des Kalibrierungssubstrats auf der Abtastfläche zu erkennen. Folglich kann der Prozess des Kalibrierens einer Laserbearbeitungseinrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Laserkalibrierung unabhängig von der Ausrichtung des Kalibrierungssubstrats auf der Abtastfläche sein, was insbesondere bei der Kalibrierung einer Vielzahl von Laserbearbeitungseinrichtungen eine erhebliche Zeitersparnis mit sich bringen kann, da der Prozess der Anordnung des Kalibrierungssubstrats auf der Abtastfläche nicht mit Ausrichtungspräzision, insbesondere durch einen menschlichen Bediener, durchgeführt werden muss.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen das Einstellen einer oder mehrerer von Folgenden umfassen: eine Fokusposition, eine Laserfeldposition, eine Laserfeldorientierung und/oder eine Laserfeldgröße der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen in Bezug aufeinander umfassen.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann das Verfahren des dritten Aspekts der Erfindung ferner das Durchführen einer Grundkalibrierung vor dem Schritt des Abtasten des entsprechenden Kalibrierungsmusters für jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen umfassen. Die Grundkalibrierung kann bei einer konstanten Umgebungstemperatur durchgeführt werden, beispielsweise bei einer kontrollierten Umgebungstemperatur von 20°C. Die Grundkalibrierung kann das ein- oder mehrmalige Abtasten eines Grundkalibrierungsmusters durch die Laserkalibrierungsvorrichtung, insbesondere durch deren optischen Detektor, und das Kalibrieren der Laserkalibrierungsvorrichtung auf der Grundlage des Grundkalibrierungsmusters umfassen. Das Grundkalibrierungsmuster kann auf einem Hochpräzisionskalibrierungssubstrat gebildet sein, das eine Positionsgenauigkeit, insbesondere in Bezug auf jede einer Vielzahl von Grundkalibrierungsmarkierungen des Grundkalibrierungsmusters, von 10 µm oder weniger, vorzugsweise 5 µm oder weniger, noch bevorzugter 3 µm oder weniger oder 2 µm oder weniger oder sogar 1 µm oder weniger aufweist. Das Hochpräzisionskalibrierungssubstrat kann ein Glassubstrat sein, das insbesondere Floatglas umfasst oder daraus hergestellt ist. Das Hochpräzisionskalibrierungssubstrat kann beispielsweise 4000 oder mehr Grundkalibrierungsmarkierungen aufweisen. Die Grundkalibrierung kann es dem erfindungsgemäßen optischen Detektor ermöglichen, eine hohe Messgenauigkeit zu erreichen, insbesondere in Bezug auf die nachfolgende Messung eines oder mehrerer Kalibrierungsmuster, beispielsweise von 1 µm bis 10 µm, vorzugsweise von 2 µm bis 8 µm, noch bevorzugter von 3 µm bis 5 µm, beispielsweise von 4 µm.
Die Größe des Hochpräzisionskalibrierungssubstrats kann kleiner oder gleich der Größe der Abtastfläche der Laserkalibrierungsvorrichtung sein. Bei einer Abtastfläche von 600 mm x 600 mm kann beispielsweise ein Hochpräzisionskalibrierungssubstrat mit einer Fläche von 600 mm × 600 mm verwendet werden, aber es ist auch möglich, ein Hochpräzisionskalibrierungssubstrat mit einer Fläche von beispielsweise 350 mm × 350 mm oder weniger zu verwenden. Ist die Größe des Hochpräzisionskalibrierungssubstrat kleiner als die Größe der Abtastfläche, kann das Hochpräzisionskalibrierungssubstrat während der Grundkalibrierung an verschiedenen Positionen auf der Abtastfläche angeordnet werden, insbesondere bis eine maximale Kalibriergenauigkeit erreicht ist und nicht mehr durch eine weitere Änderung der Position des Hochpräzisionskalibrierungssubstrats auf der Abtastfläche verbessert werden kann.
Durch die Durchführung der Grundkalibrierung der Laserkalibrierungsvorrichtung kann ein hohes Maß an Genauigkeit für die anschließende Kalibrierung des einen oder der mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen unter Verwendung der Laserkalibrierungsvorrichtung erreicht werden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserbearbeitungssystems.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Laserkalibrierungsvorrichtung, die Teil des Laserbearbeitungssystems der 1 sein kann.
3 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Kalibrierungssubstrats, das dem Kalibrierungssubstrat der 2 entsprechen kann.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Laserkalibrierungsvorrichtung von 2.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer oder mehrerer Laserbearbeitungseinrichtungen unter Verwendung einer Laserkalibrierungsvorrichtung, die der Laserkalibrierungsvorrichtung aus 2 entsprechen kann.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Um das Verständnis für die Prinzipien der Erfindung zu fördern, wird nun auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen verwiesen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, und es werden bestimmte Ausdrücke verwendet, um diese zu beschreiben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass damit keine Einschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei jegliche Änderungen und weitere Modifikationen der dargestellten Vorrichtung und jegliche weiteren Anwendungen der darin dargestellten Prinzipien der Erfindung zum Umfang der Ansprüche gehören, die gegenwärtig oder in Zukunft einem Fachmann einfallen würden.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Laserbearbeitungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Laserbearbeitungsanlage 100 kann sich in einem klimatisierten Raum unter kontrollierten Temperaturbedingungen befinden. Die Laserbearbeitungsanlage 100 umfasst eine Vielzahl von Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1,..., 102-6. Obwohl für das Laserbearbeitungssystem 100 beispielhaft sechs Laserbearbeitungseinrichtungen gezeigt und beschrieben werden, kann die Anzahl der Laserbearbeitungseinrichtungen in anderen erfindungsgemäßen Laserbearbeitungssystemen größer oder kleiner sein. Beispielsweise kann ein Laserbearbeitungssystem ähnlich dem Laserbearbeitungssystem 100 in anderen Ausführungsformen eine einzelne Laserbearbeitungseinrichtung, zwei Laserbearbeitungseinrichtungen oder zehn Laserbearbeitungseinrichtungen umfassen.
Jede der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1,..., 102-6 ist über eine Verbindung 110 operativ mit einer unabhängigen Laserkalibrierungsvorrichtung 10 verbunden. Die Verbindung 110 kann beispielsweise eine drahtlose Verbindung, wie eine WLAN-Verbindung, oder eine kabelgebundene Verbindung, wie eine LAN- oder Ethernet-Verbindung, sein.
Jede der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6 umfasst eine oder mehrere entsprechende Laserbearbeitungsvorrichtungen (nicht dargestellt), die für die Laserbearbeitung eines Arbeitsmaterials auf einem entsprechenden Arbeitsfeld konfiguriert sind. Die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder einzelnen Laserbearbeitungseinrichtung können für die gleichzeitige Laserbearbeitung eines Arbeitsmaterials auf einem gemeinsamen Arbeitsfeld konfiguriert sein. Jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen kann beispielsweise eine Ablenkeinheit sein oder umfassen, wie sie in EP 390 4946 A1 und/oder wie sie in WO 2018/078137 A1 beschrieben ist. Jede der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1,..., 102-6 kann eine Vorrichtung zur additiven Fertigung sein oder diese umfassen.
2 zeigt eine schematische Seitenansicht der in 1 gezeigten Laserkalibrierungsvorrichtung 10. Die Laserkalibrierungsvorrichtung 10 umfasst eine ebene und transparente Abtastfläche 12, auf der ein Kalibrierungssubstrat 20 angeordnet ist. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kalibrierungssubstrat 20 eine Kalibrierungsplatte, die eine auf einer Substratschicht angeordnete laserempfindliche Schicht umfasst. 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Kalibrierplatte 20.
Die Laserkalibrierungsvorrichtung 10 umfasst ferner einen optischen Detektor 14, der zum Abtasten des auf der Abtastfläche 12 angeordneten Kalibrierungssubstrats 20 konfiguriert ist. Der optische Detektor 14, der als CIS-Detektor ausgeführt ist, ist in Bezug auf die Abtastfläche 12 mit begrenzten Freiheitsgraden beweglich. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der optische Detektor 14 gegenüber der Abtastfläche 12 nur in einer Dimension, d.h. mit nur einem Freiheitsgrad, beweglich. Insbesondere ist der optische Detektor 14 in der Y-Richtung in Bezug auf die Abtastfläche 12 entlang eines Paars gegenüberliegender Führungsschienen 15 beweglich, während eine Position des optischen Detektors 14 in der Z-Richtung und in der X-Richtung fest ist. Insbesondere kann in verwandten Ausführungsformen der optische Detektor 14 in der Y-Richtung in Bezug auf die Abtastfläche 12 entlang einer einzigen Führungsschiene, beispielsweise einer Führungsschiene, die sich entlang einer zentralen Achse der Laserkalibrierungsvorrichtung erstreckt, beweglich sein, während eine Position des optischen Detektors 14 in der Z-Richtung und in der X-Richtung fixiert ist. Somit ist die Laserkalibrierungsvorrichtung 10 als Flachbettscanner eingerichtet.
Wie in 2 dargestellt, umfasst die Laserkalibrierungsvorrichtung 10 ein Gehäuse 11, das einen oberen Teil 11t und einen unteren Teil 11b aufweist. Der obere Teil 11t ist in Bezug auf den unteren Teil 11b beweglich, insbesondere schwenkbar, um das Kalibrierungssubstrat 20 und/oder die Abtastfläche 12 abzudecken und freizulegen. Der obere Teil 11t des Gehäuses 11 kann angehoben werden, um das Kalibrierungssubstrat 20 auf der Abtastfläche 12 anzuordnen und um das Kalibrierungssubstrat 20 von der Abtastfläche 12 zu entfernen, und kann geschlossen werden, um die Abtastfläche 12 und das Kalibrierungssubstrat 20 während des Betriebs des optischen Detektors 14 abzudecken.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Laserkalibrierungsvorrichtung 10 von 2, wobei das in 3 separat dargestellte Kalibrierungssubstrat 20 zur Veranschaulichung entfernt wurde. Wie in 4 zu sehen ist, weist die Abtastfläche 12 eine viereckige Form mit einer Erstreckung L_X in X-Richtung und einer Erstreckung L_Y in Y-Richtung auf. Die Abtastfläche 12 kann zum Beispiel eine quadratische Fläche mit den Abmessungen L_X = L_Y = 300 mm, L_X = Ly = 600 mm oder L_X = L_Y = 900 mm sein. Als weiteres Beispiel kann die Abtastfläche 12 eine rechteckige Fläche mit den Abmessungen L_X = 300 mm und L_Y = 400 mm, L_X = 600 mm und L_Y = 800 mm oder L_X = 800 mm und L_Y = 950 mm sein. Der optische Detektor 14 erstreckt sich in Erfassungsrichtung X über die gesamte Erstreckung L_X der Abtastfläche 12 und ist in Abtastrichtung Y über die gesamte Erstreckung L_Y der Abtastfläche 12 oder über einen Abschnitt davon beweglich. Daher kann der optische Detektor 14 die Abtastfläche 12 vollständig abtasten, indem er einmal in der Abtastrichtung Y über die Abtastfläche 12 fährt. Wenn L_Y > L_X ist, kann dies die Anordnung des Kalibrierungssubstrats 20 auf der Abtastfläche 12 erleichtern.
Der optische Detektor 14 umfasst eine Vielzahl von optischen Erfassungseinheiten 13, die linear entlang der Erfassungsrichtung X in einer Reihe angeordnet sind. Die Anzahl der optischen Erfassungseinheiten im optischen Detektor ist in 4 zur Veranschaulichung reduziert, kann aber in Ausführungsformen der Erfindung größer sein. Beispielsweise kann der optische Detektor 14.592 optische Erfassungseinheiten umfassen, die linear in X-Richtung angeordnet sind, wobei jede optische Erfassungseinheit einen entsprechenden optischen Erfassungssensor (Pixel) umfasst, der - bei einer Erfassungsauflösung von 600 dpi - einen Abstand in X-Richtung von 42 µm abdeckt. Jede der optischen Erfassungseinheiten umfasst eine oder mehrere Fokussierlinsen oder Linsenanordnungen, beispielsweise eine fokussierende stabförmige Linse, um das Erfassungslicht auf den entsprechenden optischen Erfassungssensor zu fokussieren. Ferner umfasst der optische Detektor 14 eine Beleuchtungsvorrichtung 15, die dazu konfiguriert ist, die Abtastfläche 12 während des Betriebs des optischen Detektors 14 mit sichtbarem Licht zu beleuchten, um ein Kalibrierungsmuster zu erfassen, das in einem auf der Abtastfläche 12 angeordneten Kalibrierungssubstrat 20 enthalten ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 15 kann beispielsweise eine Vielzahl von Beleuchtungs-LEDs umfassen, die entlang der Richtung X ausgerichtet sind. Der vertikale Abstand D zwischen dem optischen Detektor 14 und dem Kalibrierungssubstrat 20 kann beispielsweise 12 mm betragen, wie in 2 dargestellt. In verwandten Ausführungsformen kann der optische Detektor 14 jedoch eine höhere Auflösung haben, zum Beispiel eine Auflösung von 2400 dpi.
Die Laserkalibrierungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Prozessoreinheit 16. In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Prozessoreinheit 16 eine integrierte Prozessoreinheit 16, die im Gehäuse 11 untergebracht ist. In anderen verwandten Ausführungsformen kann die Prozessoreinheit 16 jedoch eine nicht integrierte Prozessoreinheit sein, die teilweise oder vollständig außerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sein kann, beispielsweise in einer externen CPU (z. B. Laptop oder PC), und funktional mit dem optischen Detektor 14 durch eine entsprechende Verbindung verbunden ist.
Die Prozessoreinheit 16 ist zur Durchführung eines Verfahrens 200 zur Kalibrierung der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6 des Laserbearbeitungssystems 100 von 1 unter Verwendung der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 konfiguriert. Das Verfahren 200 ist schematisch in dem Flussdiagramm von 5 dargestellt.
In Schritt 202 erzeugt die Prozessoreinheit 16 ausführbare Mustererzeugungsanweisungen und sendet sie an eine Steuereinheit jeder der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1 bis 102-6, die zur Steuerung der entsprechenden Laserbearbeitungsvorrichtungen konfiguriert ist. Die ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen enthalten Lasereinstellungen und optische Einstellungen, die die Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-12 bis 102-6 anweisen, Laservorgänge auf dem entsprechenden Arbeitsfeld durchzuführen, um ein entsprechendes Kalibrierungsmuster zu erzeugen.
In Schritt 204 erzeugen die Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1 bis 102-6 ein jeweiliges Kalibrierungsmuster auf einem jeweiligen Kalibrierungssubstrat, das in dem entsprechenden Arbeitsfeld angeordnet ist, basierend auf den aus der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 empfangenen ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen. Dies kann beispielsweise das Lasermarkieren einer Vielzahl von Referenzmarkierungen 22 auf dem Kalibrierungssubstrat 20 umfassen, wie die in 3 gezeigten Referenzmarkierungen 22, und möglicherweise auch eine Identifikationsmarkierung 26 und eine Vielzahl von Substratorientierungsmarkierungen 24.
In der in 3 dargestellten beispielhaften Kalibrierungsplatte 20 umfasst das Kalibrierungsmuster ein regelmäßiges quadratisches Gitter von 5×5 Referenzmarkierungen, drei Substratorientierungsmarkierungen 24, die jeweils an den ersten bis dritten Ecken der Kalibrierungsplatte 20 angeordnet sind, und eine Identifizierungsmarkierung 26, die in der in 3 dargestellten beispielhaften Ausführungsform als QR-Code eingerichtet ist und an einer vierten Ecke der Kalibrierungsplatte 20 angeordnet ist, wobei die drei Substratorientierungsmarkierungen 24 und die Identifizierungsmarkierung 26 die Mehrzahl der Referenzmarkierungen 22 umgeben. In anderen verwandten Ausführungsformen kann die Anzahl der Referenzmarkierungen anders, insbesondere größer sein. So kann die Kalibrierplatte 20 beispielsweise 49 × 49 Referenzmarkierungen umfassen, die in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind.
In anderen Beispielen kann das auf dem Kalibrierungssubstrat 20 erzeugte Kalibrierungsmuster, wenn eine Laserbearbeitungseinrichtung mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen umfasst, eine entsprechende Anzahl miteinander verschachtelter Gruppen von Referenzmarkierungen umfassen, die jeweils regelmäßige Gitter bilden, wobei jede Gruppe von Referenzmarkierungen einer der Laserbearbeitungsvorrichtungen entspricht. Umfasst eine Laserbearbeitungseinrichtung beispielsweise zwei Laserbearbeitungsvorrichtungen, die für die Laserbearbeitung eines gemeinsamen Arbeitsfeldes konfiguriert sind, kann das Kalibrierungsmuster für die beiden Laserbearbeitungsvorrichtungen zwei ineinander verschachtelte regelmäßige quadratische Gitter von Referenzmarkierungen umfassen, wobei jedes Gitter einer der Laserbearbeitungsvorrichtungen entspricht. Die durch die vorliegende Erfindung erzielte erhöhte Kalibriergenauigkeit ermöglicht die gleichzeitige Kalibrierung mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen mit sich teilweise oder vollständig überlappenden Arbeitsfeldern (Mehrfeldkalibrierung).
Nach Schritt 204 wird das Kalibrierungssubstrat 20 von der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, ..., 102-6 entfernt und auf der Abtastfläche 12 der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 angeordnet, wobei eine Oberfläche des Kalibrierungssubstrats 20, auf der das Kalibrierungsmuster eingerichtet ist, der Abtastfläche 12 zugewandt ist.
In Schritt 206 scannt der optische Detektor 14 dann, möglicherweise nach Erhalt einer Anweisung „Messung starten“ durch einen Benutzer, das im Kalibrierungssubstrat 20 enthaltene Kalibrierungsmuster (d. h. die Referenzmarkierungen 22, die Substratorientierungsmarkierungen 24 und die Identifikationsmarkierung 26) durch die transparente Scanfläche 12. Schritt 206 kann das Speichern des abgetasteten Kalibrierungsmusters umfassen, zum Beispiel in einer mit der Prozessoreinheit 16 verbundenen Speichereinrichtung. Dank der Substratorientierungsmarkierungen 24 kann das Kalibrierungsmuster auch unabhängig von einer Anordnung des Kalibrierungssubstrats 20 auf der Abtastfläche 12 abgetastet und die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen erzeugt werden.
Auf der Grundlage des abgetasteten Kalibrierungsmusters und der für die Erzeugung des Kalibrierungsmusters verwendeten ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen erzeugt die Prozessoreinheit 16 ausführbare Kalibrierungsanweisungen, die dann über die Verbindung 110 an eine Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 102-5 oder 102-6 gesendet werden, möglicherweise nach Erhalt einer Anweisung „Kalibrierung fortsetzen“ durch einen Benutzer. Die Prozessoreinheit 16 kann anhand der Identifikationsmarkierung 26 erkennen, von welcher der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 102-5 oder 102-6 das Kalibrierungsmuster auf dem Kalibrierungssubstrat 20 stammt, und sendet dementsprechend die erzeugten ausführbaren Kalibrierungsanweisungen an die genannte Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 102-5 oder 102-6.
Bevor die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen dann an eine Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 102-5 oder 102-6 gesendet werden, werden die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen, die Korrekturdaten umfassen können, die von der jeweiligen Steuereinheit der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 102-5 oder 102-6 implementiert werden können, um die Positions-, Orientierungs- und/oder Fokussierungseinstellungen jeder der einen oder mehreren jeweiligen Laserbearbeitungsvorrichtungen zu korrigieren/zu kalibrieren, optional einem Benutzer der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 angezeigt, indem sie beispielsweise auf einem Bildschirm dargestellt werden. Dies kann zum Beispiel die Anzeige einer Matrix von Korrekturwerten auf einem Bildschirm umfassen, die den ausführbaren Kalibrierungsanweisungen entsprechen. Der Benutzer kann dann die ausführbaren Kalibrierungsanweisungen überprüfen, bevor er sie an die entsprechende Laserbearbeitungseinrichtung sendet und für die Kalibrierung verwendet.
Das Verfahren 200 kann vor Schritt 206, möglicherweise vor den Schritten 202 und/oder 204, einen optionalen Schritt des Durchführens einer Grundkalibrierung der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 durch ein- oder mehrmaliges Abtasten eines Grundkalibrierungsmusters und durch Kalibrierung der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 auf der Grundlage des Grundkalibrierungsmusters umfassen. Das Grundkalibrierungsmuster kann auf einem Hochpräzisionskalibrierungssubstrat gebildet sein, auf dem eine Vielzahl von Grundkalibrierungsmarkierungen mit einer Positionsgenauigkeit zwischen 1 µm und 2 µm angeordnet sind. Um die Genauigkeit der Kalibrierung zu erhöhen, kann die Grundkalibrierung bei einer konstanten, kontrollierten Umgebungstemperatur von beispielsweise 20 °C durchgeführt werden. Während der Grundkalibrierung tastet der optische Detektor 14 der Laserkalibrierungsvorrichtung 10 das Grundkalibrierungsmuster ab. Die Grundkalibrierung kann es ermöglichen, mögliche Ungenauigkeitsquellen aufgrund von Inhomogenitäten oder Schwankungen der Eigenschaften der verschiedenen optischen Erfassungseinheiten 13 des optischen Detektors 14 zu erkennen und zu kompensieren (wegzukalibrieren).
In Schritt 208 verwendet die entsprechende Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, 102-2, 102-3, 102-4, 102-5 oder 102-6 die von der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 bereitgestellten entsprechenden ausführbaren Kalibrierungsanweisungen zum Kalibrieren der jeweiligen Laserbearbeitungsvorrichtungen. Dies kann beispielsweise die Einstellung einer Fokusposition, einer Laserfeldposition, einer Laserfeldorientierung und/oder einer Laserfeldgröße der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der entsprechenden Laserbearbeitungseinrichtung umfassen, möglicherweise durch entsprechende Einstellungen optischer und/oder elektronischer Komponenten wie Linsen, Spiegel, Galvanometer und dergleichen. Zusätzlich oder alternativ kann dies auch das Kalibrieren der Laserbearbeitungsvorrichtungen jedes der Laserbearbeitungseinrichtungen in Bezug aufeinander zur besseren Koordination umfassen.
Die Kalibrierungsanweisungen können auf einem Unterschied zwischen dem realen Kalibrierungsmuster, das vom optischen Detektor 14 als Lasermarkierung auf dem Kalibrierungssubstrat 20 erkannt wurde, und einem virtuellen Kalibrierungsmuster basieren, das den ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen entspricht, die ursprünglich zur Erzeugung des Kalibrierungsmusters verwendet wurden. Ein solcher Unterschied kann beispielsweise Unterschiede in den Positionen und/oder Ausrichtungen der Referenzmarkierungen 22 im Vergleich zu den virtuellen Referenzmarkierungen umfassen, die auf den entsprechenden ausführbaren Mustererzeugungsanweisungen basieren.
Die Schritte 202 bis 208 können für jedes oder alle Laserbearbeitungseinrichtungen nacheinander ausgeführt werden. So ist es möglich, zunächst den Schritt 202 für alle Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6, dann den Schritt 204 für alle Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6, dann den Schritt 206 für alle Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6 und dann den Schritt 208 für alle Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6 durchzuführen. Es ist jedoch auch möglich, die Schritte 202 bis 208 zunächst für die Laserbearbeitungseinrichtung 102-1, dann für die Laserbearbeitungseinrichtung 102-2 usw. auszuführen.
Dank der Erfindung ist es möglich, jedes der Laserbearbeitungseinrichtungen 102-1, ..., 102-6 in kürzerer Zeit, zum Beispiel in 10 Minuten oder weniger, genau und zuverlässig zu kalibrieren.
Obwohl bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung gezeigt und detailliert beschrieben werden, sollten diese als rein beispielhaft und nicht als Einschränkung der Erfindung betrachtet werden. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass nur bevorzugte beispielhaften Ausführungsformen gezeigt und angegeben wurden, aber alle Variationen und Modifikationen geschützt werden sollten, die gegenwärtig oder in Zukunft innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen, die in den Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3650206 A1 [0005]
EP 3904946 A1 [0016, 0060, 0096]
WO 2018/078137 A1 [0016, 0060, 0096]

Claims

Laserkalibrierungsvorrichtung (10), die Folgendes umfasst: eine Abtastfläche (12) zum Anordnen eines Kalibrierungssubstrats (20) darauf, einen optischen Detektor (14) zum Abtasten eines auf der Abtastfläche (12) angeordneten Kalibrierungssubstrats (20), wobei der optische Detektor (14) in Bezug auf die Abtastfläche (12) mit nicht mehr als zwei, vorzugsweise nicht mehr als einem, Freiheitsgrad beweglich ist; und eine Prozessoreinheit (16), die mit dem optischen Detektor (14) funktional verbunden ist und dazu eingerichtet ist: - Mustererzeugungsanweisungen zu erzeugen, die, bei Ausführung durch eine Steuereinheit einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6), die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen dazu veranlassen, unter Verwendung eines oder mehrerer Laserstrahlen, die von der einen oder den mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen abgelenkt werden, ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat (20) zu erzeugen; - ein Kalibrierungsmuster zu erfassen, das auf der Grundlage der von der Prozessoreinheit (16) erzeugten Mustererzeugungsanweisungen erzeugt wurde, wobei das Kalibrierungsmuster in einem von dem optischen Detektor (14) abgetasteten Kalibrierungssubstrat (20) enthalten ist; und - auf der Grundlage des erfassten Kalibrierungsmusters und der entsprechenden Mustererzeugungsanweisungen, Kalibrierungsanweisungen zu erzeugen, die bei Ausführung durch die Steuereinheit der einen oder der mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6), die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6) kalibrieren.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Laserkalibrierungsvorrichtung (10) frei von jeglichen Laserquellen und/oder jeglichen Laserablenkungseinheiten ist.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Laserkalibrierungsvorrichtung strukturell unabhängig ist, insbesondere von der Laserbearbeitungseinrichtung (102-1;...; 102-6).
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Detektor (14) eine Beleuchtungsvorrichtung (15) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Abtastfläche (12) und/oder ein auf der Abtastfläche (12) angeordnetes Kalibrierungssubstrat (20) zu beleuchten.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Detektor (14) in Bezug auf die Abtastfläche (12) in einer Abtastrichtung (y) beweglich ist, wobei die Abtastrichtung (y) parallel zur Abtastfläche (12) ist.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der optische Detektor (14) in einer Erfassungsrichtung (x) parallel zur Abtastfläche (12) erstreckt, wobei die Erfassungsrichtung (x) vorzugsweise senkrecht zu einer Abtastrichtung (y) ist, in der der optische Detektor (14) beweglich ist.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Erstreckung des optischen Detektors (14) in der Erfassungsrichtung, insbesondere die Abtastfläche (12) überlappend, von 100 mm bis 1500 mm, vorzugsweise von 300 mm bis 1000 mm, besonders bevorzugt von 300 mm bis 600 mm beträgt.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei eine Erstreckung des optischen Detektors (14) in der Erfassungsrichtung (x) zumindest einer Erstreckung der Abtastfläche (12) in der Erfassungsrichtung (x) oder einem Teil davon entspricht.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 5 und nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Abtastrichtung (y) einer Richtung entspricht, in der der optische Detektor (14) insbesondere gegenüber der Abtastfläche (12) beweglich ist und/oder wobei die Erfassungsrichtung (x) einer Richtung entspricht, in der der optische Detektor (14) gegenüber der Abtastfläche (12) nicht beweglich ist.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei der optische Detektor (14) in der Abtastrichtung (y) innerhalb eines Verstellungsbereichs beweglich ist, der sich in der Abtastrichtung 100 mm bis 1500 mm, vorzugsweise 300 mm bis 1000 mm, besonders bevorzugt 300 mm bis 600 mm erstreckt.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei der optische Detektor (14) in der Abtastrichtung (y) innerhalb eines Verstellungsbereichs beweglich ist, der mindestens einer Erstreckung der Abtastfläche (12) in der Abtastrichtung oder einem Teil davon entspricht.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein konstanter Abstand zwischen der Abtastfläche (12) und/oder dem darauf angeordneten Kalibrierungssubstrat (20) und dem optischen Detektor (14) von 1 mm bis 50 mm, vorzugsweise von 5 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 15 mm beträgt.
Laserkalibrierungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Detektor (14) eine optische Auflösung von mindestens 600 dpi, vorzugsweise von mindestens 1200 dpi, besonders bevorzugt von mindestens 2400 dpi aufweist.
Laserbearbeitungssystem (100), das Folgendes umfasst: eine oder mehrere Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1,..., 102-6), die jeweils eine oder mehrere Laserbearbeitungsvorrichtungen zum Laserbearbeiten eines Werkstücks umfassen; und eine Laserkalibrierungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozessoreinheit (16) der Laserkalibrierungsvorrichtung operativ mit jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) verbunden ist und dazu eingerichtet ist: - Mustererzeugungsanweisungen zu erzeugen, die bei Ausführung durch eine Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen einer gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6), die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) dazu veranlassen, ein Kalibrierungsmuster auf einem Kalibrierungssubstrat (20) zu erzeugen, - der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) die Mustererzeugungsanweisungen bereitzustellen; - das Kalibrierungsmuster zu erfassen, das von der einen oder den mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) auf der Grundlage der Mustererzeugungsanweisungen erzeugt wurde, wobei das Kalibrierungsmuster in einem Kalibrierungssubstrat (20) enthalten ist, das von dem optischen Detektor (14) der Laserkalibrierungsvorrichtung abgetastet wird; und - basierend auf dem erfassten Kalibrierungsmuster und auf den Mustererzeugungsanweisungen, die der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1,... (102-1, ..., 102-6) bereitgestellt wurden, Kalibrierungsanweisungen zu erzeugen, die bei Ausführung durch die Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) die eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) kalibrieren, und - der Steuereinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen der gegebenen Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) die Kalibrierungsanweisungen bereitzustellen.
Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 14, wobei eine Prozessoreinheit der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) dazu eingerichtet ist, die entsprechende eine oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen auf der Grundlage von ausführbaren Kalibrierungsanweisungen zu kalibrieren, die von der Laserkalibrierungsvorrichtung erzeugt und/oder draus empfangen wurden.
Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 14 oder 15, wobei jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) eine Vielzahl von Laserbearbeitungsvorrichtungen umfasst, die dazu eingerichtet sind, ein Arbeitsmaterial auf einem gemeinsamen Arbeitsfeld, vorzugsweise gleichzeitig, mit Laser zu bearbeiten.
Laserbearbeitungssystem nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zumindest manche, vorzugsweise jede, der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) eine Einrichtung zur additiven Fertigung ist.
Verfahren (200) zum Kalibrieren einer oder mehrerer Laserbearbeitungsvorrichtungen einer oder mehrerer Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) unter Verwendung einer Laserkalibrierungsvorrichtung (10), insbesondere einer Laserkalibrierungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen (202), durch die Laserkalibrierungsvorrichtung (10), von Mustererzeugungsanweisungen, und Weitergeben der Mustererzeugungsanweisungen an die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6), Erzeugen (204) durch die eine oder die mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) eines jeweiligen Kalibrierungsmusters auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat (20) auf der Grundlage der jeweiligen von der Laserkalibrierungsvorrichtung (10) bereitgestellten Mustererzeugungsanweisungen; für jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6), Abtasten (206) des entsprechenden Kalibrierungsmusters unter Verwendung der Laserkalibrierungsvorrichtung und Erzeugen von Kalibrierungsanweisungen auf der Grundlage des abgetasteten Kalibrierungsmusters und der entsprechenden Mustererzeugungsanweisungen, und Weitergeben der erzeugten Kalibrierungsanweisungen an eine entsprechende Laserbearbeitungseinrichtung der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6); und Kalibrieren (208) der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) auf der Grundlage der jeweiligen aus der Laserkalibrierungsvorrichtung empfangenen Kalibrierungsanweisungen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Erzeugen der Mustererzeugungsanweisungen das Bestimmen einer Anzahl, einer Form, einer Intensität, eines Kontrasts, einer Orientierung und/oder einer räumlichen Position einer Vielzahl von Referenzmarkierungen (22) umfasst, wobei die Vielzahl von Referenzmarkierungen (22) vorzugsweise ein Gitter von 25 bis 2401 Referenzmarkierungen (22) umfasst; wobei das Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters auf einem entsprechenden Kalibrierungssubstrat (20) das Lasermarkieren der Vielzahl von Referenzmarkierungen (22) auf dem Kalibrierungssubstrat (20) gemäß den erzeugten Mustererzeugungsanweisungen umfasst; und wobei das Abtasten des entsprechenden Kalibrierungsmusters unter Verwendung der Laserkalibrierungsvorrichtung (10) das Abtasten der Vielzahl von Referenzmarkierungen (22) umfasst und wobei die Kalibrierungsanweisungen auf der Grundlage der abgetasteten Vielzahl von Referenzmarkierungen (22) und der entsprechenden Mustererzeugungsanweisungen erzeugt werden, vorzugsweise auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Form, einer Intensität, einem Kontrast, einer Ausrichtung und/oder einer räumlichen Position der abgetasteten Vielzahl von Referenzmarkierungen (22) im Vergleich zu der Vielzahl von Referenzmarkierungen (22), die gemäß den Mustererzeugungsanweisungen bestimmt wurden.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters auf dem entsprechenden Kalibrierungssubstrat (20) auf der Grundlage der jeweiligen von der Laserkalibrierungsvorrichtung bereitgestellten Mustererzeugungsanweisungen Folgendes umfasst: Einbringen einer Identifikationsmarkierung (26) in das Kalibrierungsmuster, die eine Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6) identifiziert, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurde, und/oder die jeweiligen Mustererzeugungsanweisungen identifiziert, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei das Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters auf dem entsprechenden Kalibrierungssubstrat (20) auf der Grundlage der jeweiligen von der Laserkalibrierungsvorrichtung bereitgestellten Mustererzeugungsanweisungen Folgendes umfasst: Einbringen in das Kalibrierungsmuster einer Vielzahl von Substratausrichtungsmarkierungen (24), die eine Ausrichtung des Kalibrierungssubstrats (20) in Bezug auf die Laserbearbeitungseinrichtung (102-1; ...; 102-6) identifizieren, die zum Erzeugen des jeweiligen Kalibrierungsmusters verwendet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) Folgendes umfasst: Anpassen einer oder mehrerer von: einer Fokusposition, einer Laserfeldposition, einer Laserfeldorientierung und/oder einer Laserfeldgröße der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6).
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, wobei das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) das Kalibrieren der einen oder mehreren Laserbearbeitungsvorrichtungen jeder der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen (102-1, ..., 102-6) in Bezug zueinander umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, das ferner das Durchführen einer Grundkalibrierung vor dem Schritt des Abtastens des entsprechenden Kalibrierungsmusters für jede der einen oder mehreren Laserbearbeitungseinrichtungen umfasst, wobei die Basiskalibrierung das ein- oder mehrmalige Abtasten eines Basiskalibrierungsmusters und das Kalibrieren der Laserkalibrierungsvorrichtung basierend auf dem Basiskalibrierungsmuster umfasst.