DE19828723A1 - Laserbearbeitungseinrichtung - Google Patents
LaserbearbeitungseinrichtungInfo
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Abstract
Eine Laserbearbeitungseinrichtung enthält eine Laserstrahlquelle (2) zum Erzeugen eines Laserstrahls (4) und eine Ablenkeinheit (6) mit zumindest einem steuerbaren Ablenkspiegel (8) und einer Abbildungsoptik (10) zum Ablenken bzw. Fokussieren des Laserstrahls (4) auf einen Arbeitspunkt (A) innerhalb eines Bearbeitungsfeldes (12). Gemäß der Erfindung ist im Strahlengang des Laserstrahls (4) zwischen dem oder die Ablenkspiegel (8) und der Laserstrahlquelle (2) ein Strahlenteiler (20) angeordnet, dem eine Überwachungskamera (24) derart zugeordnet ist, daß deren Gesichtsfeld (26) zumindest einen den Arbeitspunkt (A) umgebenden Teil des Bearbeitungsfeldes (12) umfaßt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbeitungseinrichtung mit einer La
serstrahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahles und einer Ablenkeinheit mit zu
mindest einem steuerbaren Ablenkspiegel und einer Abbildungsoptik zum Ablen
ken bzw. Fokussieren des Laserstrahls auf einen Arbeitspunkt innerhalb eines
Bearbeitungsfeldes. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum
Bearbeiten eines Gegenstandes mit einem Laserstrahl.
Eine Vielzahl von Laserbearbeitungseinrichtungen, insbesondere Lasermarkie
rungs- oder Laserbeschriftungseinrichtungen, arbeiten nach dem sogenannten
Vektorverfahren, bei dem der von einer Laserstrahlquelle erzeugte Laserstrahl mit
Hilfe einer Ablenkeinheit, die zumindest einen steuerbaren Ablenkspiegel und eine
Abbildungsoptik zum Fokussieren des Laserstrahls enthält, frei innerhalb eines
Bearbeitungsfeldes geführt wird. In der Regel sind hierzu in der Ablenkeinheit
zwei drehbar gelagerte Galvanometerspiegel vorgesehen, deren Drehachsen
senkrecht zueinander angeordnet sind, um jeden Arbeitspunkt im Bearbeitungs
feld erreichen zu können. Unter Bearbeitungsfeld ist somit die Fläche zu verste
hen, die vom Laserstrahl ohne Relativbewegung zwischen dem zu bearbeitenden
Gegenstand und der Ablenkeinheit erreicht werden kann.
Zur Qualitätssicherung und zur Erhöhung der Prozeßsicherheit, ist es in vielen
Fällen erforderlich, die vom Laserstrahl vorgenommene Bearbeitung, beispiels
weise eine alphanumerische Beschriftung, sowohl inhaltlich - beispielsweise Kor
rektheit der bei der Beschriftung aufgebrachten Daten - als auch qualitativ zu
überwachen. Dies geschieht in der Regel in einer zusätzlichen Kontrollstation, die
der Laserbearbeitung im Prozeßablauf nachgeschaltet ist. Eine solche zusätzliche
Kontrollstation ist aber insbesondere dann aufwendig, wenn mehrere bearbeitete
Gegenstände in einem sogenannten Mehrfachnutzen vorliegen, der beim Bearbei
ten mit einem geeigneten Transport- und Positioniersystem unter dem Bearbei
tungsfeld positioniert werden muß, da in diesem Falle die Kontrollstation ebenfalls
ein eigenes Transport- und Positioniersystem enthalten muß.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Laserbearbeitungseinrichtung
anzugeben, mit der eine einfache Überwachung der Bearbeitung möglich ist. Au
ßerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bearbeiten
eines Gegenstandes mit einem Laserstrahl anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen
des Patentanspruches 1. Die Laserbearbeitungseinrichtung enthält eine Laser
strahlquelle zum Erzeugen eines Laserstrahls und eine Ablenkeinheit mit zumin
dest einem steuerbaren Ablenkspiegel und einer Abbildungsoptik zum Ablenken
bzw. Fokussieren des Laserstrahls auf einen Arbeitspunkt innerhalb eines Bear
beitungsfeldes. Gemäß der Erfindung ist im Strahlengang des Laserstrahls zwi
schen dem oder die Ablenkspiegel und der Laserstrahlquelle ein Strahlenteiler
angeordnet, dem eine Überwachungskamera derart zugeordnet ist, daß deren
Gesichtsfeld zumindest einen den Arbeitspunkt umgebenden Teil des Bearbei
tungsfeldes umfaßt.
Da der Strahlengang der Überwachungskamera vom Gegenstand über den oder
die Ablenkspiegel zum Strahlenteiler mit dem Strahlengang des Laserstrahls vom
Strahlenteiler über den oder die Ablenkspiegel zum Gegenstand zusammenfällt,
ist sichergestellt, daß das Gesichtsfeld der Kamera stets dem Arbeitspunkt bei
seiner Bewegung über den Gegenstand folgt. Durch diese Maßnahme kann somit
der Bearbeitungsvorgang während der Bearbeitung präzise überwacht werden,
ohne daß eine nachgeordnete, räumlich vom Bearbeitungsort getrennte Kontroll
station erforderlich ist. Da die Kontrolle unmittelbar am Bearbeitungsort erfolgt, ist
es möglich, den Bearbeitungsprozeß während seiner ganzen Dauer zu beeinflus
sen und auf diese Weise beispielsweise durch falsche Lage des Werkstücks ver
ursachte fehlerhafte Bearbeitungen von vornherein zu vermeiden.
Die Fläche des Gesichtsfeldes der Überwachungskamera beträgt in einer bevor
zugten Ausführungsform wenigstens 25 mm2. Dadurch kann auch die Umgebung
des aktuellen Arbeitspunktes erfaßt werden, so daß nicht nur der aktuelle Ar
beitspunkt sondern auch die unmittelbar benachbarte, bereits fertig bearbeitete
Umgebung erfaßt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein wellenlängense
lektiver Strahlenteiler vorgesehen, der insbesondere in einem Spektralfenster im
sichtbaren Bereich des Lichts undurchlässig ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der Überwachungskamera
und dem Strahlenteiler ein Kantenfilter angeordnet, um eine Blendung durch ge
streutes oder reflektiertes Laserlicht zu vermeiden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Abstand zwischen der fokussierenden
Abbildungsoptik und dem Objektiv der Überwachungskamera kleiner als 10 cm.
Dadurch ist ein besonders großes Gesichtsfeld möglich.
Insbesondere ist die Überwachungskamera in die Ablenkeinheit integriert, d. h.
bildet mit der Ablenkeinheit eine Einheit, so daß die Überwachungskamera ge
meinsam mit der Ablenkeinheit bei der Installation der Laserbearbeitungseinrich
tung in einem Arbeitsschritt justiert werden können.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkmalen
des Patentanspruches 7. Bei dem Verfahren zum Bearbeiten eines Gegenstandes
wird ein Laserstrahl mit Hilfe mindestens eines Ablenkspiegels und einer Abbil
dungsoptik auf einen Arbeitspunkt innerhalb eines Bearbeitungsfeldes abgebildet
wird, der innerhalb des Bearbeitungsfeldes frei geführt wird. Gemäß der Erfindung
wird zumindest ein den Arbeitspunkt umgebender Teil des Bearbeitungsfeldes
vom Gesichtsfeld einer Überwachungskamera erfaßt, wobei dieser Teil des Bear
beitungsfeldes in die Überwachungskamera durch einen im Strahlengang des La
serstrahls zwischen dem oder die Ablenkspiegel und der Laserstrahlquelle ange
ordneten Strahlenteiler abgebildet wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das
Gesichtsfeld der Überwachungskamera stets den aktuellen Arbeitspunkt umfaßt,
da ihr Gesichtsfeld in gleicher Weise wie der Laserstrahl mit dem Ablenkspiegel
positioniert wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das von der
Überwachungskamera aufgenommene Bild zur Erkennung der Lage des Gegen
standes verwendet. Dadurch können durch Fehllage des Gegenstandes hervorge
rufene fehlerhafte Bearbeitungen weitgehend vermieden werden.
Vorzugsweise wird das von der Überwachungskamera empfangene Bild digital
gespeichert und in einem digitalen Bildbearbeitungssystem ausgewertet. Dies er
möglicht eine weitgehend automatisierte Kontrolle des Bearbeitungsvorganges
während der Bearbeitung. Im digitalen Bildbearbeitungssystem können hierzu
Bilddaten über die korrekte Lage des Gegenstandes anhand dort angebrachter
geeigneter Bearbeitungspunkte gespeichert sein, so daß vor dem eigentlichen
Bearbeitungsvorgang durch Vergleich der empfangenen Bilddaten mit den ge
speicherten Bilddaten die korrekte Lage des Gegenstandes überwacht werden
kann. Desweiteren kann ebenfalls durch digitalen Bildvergleich das Bearbeitungs
ergebnis auf seine Korrektheit überprüft werden, da die aufzubringende Bearbei
tung in der Steuereinrichtung ebenfalls als digitales Bild vorliegt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausführungsbeispiel der
Zeichnung verwiesen, in deren einziger Figur eine Laserbearbeitungseinrichtung
gemäß der Erfindung in einer schematischen Darstellung veranschaulicht ist.
Gemäß der Figur umfaßt die Laserbearbeitungseinrichtung eine Laserstrahlquel
le 2, beispielsweise ein Nd:YAG-Festkörperlaser, die einen Laserstrahl 4 erzeugt.
Der Laserstrahl 4 wird in eine Ablenkeinheit 6 eingekoppelt, die zwei Ablenkspie
gel 8, beispielsweise zwei schwenkbar gelagerte Galovanometerspiegel, umfaßt,
deren Schwenkachsen senkrecht zueinander orientiert sind und von denen in der
Figur nur einer dargestellt ist. Die Ablenkspiegel 8 lenken den Laserstrahl 4 um
auf eine Abbildungsoptik 10, im Beispiel eine Planfeldlinse, die den Laserstrahl 4
je nach Stellung der Ablenkspiegel 8 auf einen Arbeitspunkt A innerhalb eines
Bearbeitungsfeldes 12 fokussiert.
Ein Gegenstand 14 wird durch in der Figur nicht dargestellte geeignete Transport-
und Positioniermittel im Bearbeitungsfeld 12 derart positioniert, daß sich der zur
Bearbeitung vorgesehene Teil seiner Oberfläche innerhalb des Bearbeitungsfel
des 12 befindet.
Im Strahlengang des Laserstrahls 4 zwischen der Laserstrahlquelle 2 und den
Ablenkspiegeln 8 ist ein wellenlängenselektiver (dichroitischer) Strahlenteiler 20
mit seiner spiegelnden Fläche unter 45° angeordnet, der die vom Gegenstand 14
ausgehenden Lichtstrahlen 21 in einem Fenster des sichtbaren Spektralbereiches
aus dem Strahlengang des Laserstrahls 4 aus- und in das Objektiv 22 einer
Überwachungskamera 24 einkoppelt. Als dichroitischer Strahlenteiler 20 wird bei
spielsweise ein Kurzpaßfilter der Fa. Laseroptik verwendet, das im Bereich der
Wellenlänge des Laserstrahls 4, im Beispiel 1054 nm, eine hohe Transmissivität
und im Bereich zwischen 500 nm und 600 nm eine hohe Reflexivität aufweist.
Um eine Blendung der Kamera durch den Laserstrahl 4 zu vermeiden, ist zwi
schen dem Objektiv 22 und dem Strahlenteiler 20 ein Kantenfilter 25 angeordnet,
das für Licht mit der Wellenlänge des Laserstrahls 4 undurchlässig ist.
Als Überwachungskamera 24 ist insbesondere eine CCD-Kamera in Mikro-
Bauweise geeignet, wie sie beispielsweise unter der Typenbezeichnung JAI M536
mit einem Sensorkopf-Durchmesser von 17 mm von der Stemmer Imaging GmbH,
Puchheim, DE, bezogen werden kann. Die Überwachungskamera 24 ist in Ablen
keinheit 6 integriert, d. h. bildet mit den übrigen Komponenten der Ablenkeinheit
eine bauliche Einheit.
Mit dieser Überwachungskamera 24 wird ein Teil des Bearbeitungsfeldes 12 - das
Gesichtsfeld 26 der Kamera - überwacht. Die Fläche des Gesichtsfeldes 26 be
trägt dabei im Ausführungsbeispiel etwa 5×5 mm2 = 25 mm2. Bei einer Kantenlän
ge des quadratischen Bearbeitungsfeldes 12 von etwa 100 mm beträgt somit die
Fläche des Gesichtsfeldes 26 etwa 0,25% der Fläche des gesamten Bearbei
tungsfeldes 12. Um ein möglichst großes Gesichtsfeld 26 zu erhalten, ist der Ab
stand a = a1 + a2 + a3 zwischen der Abbildungsoptik 10 möglichst kleiner als
100 mm und beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 50 mm.
Das Gesichtsfeld 26 der Überwachungskamera 24 umgibt den Arbeitspunkt A,
wobei bei korrekter Ausrichtung der optischen Achse 28 der Überwachungska
mera 24 der momentane Arbeitspunkt A in der Mitte des Gesichtsfeldes 26 der
Überwachungskamera 24 angeordnet ist. Da der Strahlengang, der von der
Überwachungskamera 24 erfassten Lichtstrahlen des Gesichtsfeldes 26 mit dem
Strahlengang des fokussierten Laserstrahles 4 verschränkt ist, umgibt das Ge
sichtsfeld 26 der Überwachungskamera 24 stets den jeweils aktuellen Ar
beitspunkt A, d. h. das Gesichtsfeld 26 wird durch die Ablenkspiegel 8 gemeinsam
mit dem Arbeitspunkt A über das Bearbeitungsfeld 12 geführt.
Die Überwachungskamera 24 ist im Ausführungsbeispiel an einen Monitor 30 so
wie an eine Bildverarbeitungseinrichtung 32 angeschlossen. In dieser Bildverar
beitungseinrichtung 32 wird das von der Überwachungskamera 24 empfangene
Bild des Gesichtsfeldes 26 digital ausgewertet und mit dem in einer Steuerung 34
für die Ablenkspiegel 8 digital gespeicherten Bilddaten verglichen. Außerdem
kann vor dem Bearbeitungsvorgang das von der Überwachungskamera 24 emp
fangene Bild oder der Bildausschnitt des Gegenstandes 14 mit gespeicherten
Bilddaten verglichen werden, anhand derer die Lage des Gegenstandes 14 er
kannt werden kann. Diese Lageinformation kann dann ihrerseits entweder zum
Abbruch des Bearbeitungsprozesses oder zur Korrektur der in einer Steuereinrich
tung 34 gespeicherten Steuerdaten für die Steuerung der Ablenkspiegelantrie
be 36, 38 verwendet werden.
2
Laserstrahlquelle
4
Laserstrahl
6
Ablenkeinheit
8
Ablenkspiegel
10
Abbildungsoptik
12
Bearbeitungsfeld
14
Gegenstand
20
Strahlenteiler
21
Lichtstrahl
22
Objektiv
24
Überwachungskamera
25
Kantenfilter
26
Gesichtsfeld
28
optische Achse
30
Monitor
32
Bildverarbeitungseinrichtung
34
Steuereinrichtung
36
,
38
Ablenkspiegelantrieb
A Arbeitspunkt
a, a1
A Arbeitspunkt
a, a1
-a3
Abstand
Claims (9)
1. Laserbearbeitungseinrichtung mit einer Laserstrahlquelle (2) zum Erzeugen
eines Laserstrahls (4) und mit einer Ablenkeinheit (6) mit zumindest einem
steuerbaren Ablenkspiegel (8) und einer Abbildungsoptik (10) zum Ablenken
bzw. Fokussieren des Laserstrahls (4) auf einen Arbeitspunkt (A) innerhalb ei
nes Bearbeitungsfeldes (12), wobei im Strahlengang des Laserstrahls (4) zwi
schen dem oder die Ablenkspiegel (8) und der Laserstrahlquelle (2) ein
Strahlenteiler (20) angeordnet ist, dem eine Überwachungskamera (24) derart
zugeordnet ist, daß deren Gesichtsfeld (26) zumindest einen den Ar
beitspunkt (A) umgebenden Teil des Bearbeitungsfeldes (12) umfaßt.
2. Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der die Fläche des Ge
sichtsfeldes (26) wenigstens 25 mm2 beträgt.
3. Laserbearbeitungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Strahlentei
ler (20) wellenlängenselektiv ist.
4. Laserbearbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der zwischen dem Strahlenteiler (20) und dem Objektiv (22) der Überwa
chungskamera (24) ein Kantenfilter (25) angeordnet ist.
5. Laserbearbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der der Abstand (a1, a2, a3) zwischen der fokussierenden Abbildungsop
tik (10) und dem Objektiv (22) kleiner als 10 cm ist.
6. Laserbearbeitungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei der die Überwachungskamera (24) in die Ablenkeinheit (6) integriert ist.
7. Verfahren zum Bearbeiten eines Gegenstandes (14) mit einem Laserstrahl (4),
bei dem der Laserstrahl (4) mit Hilfe mindestens eines Ablenkspiegels (8) und
einer Abbildungsoptik (10) auf einen Arbeitspunkt (A) innerhalb eines Bearbei
tungsfeldes (12) abgebildet und innerhalb des Bearbeitungsfeldes (12) frei
geführt wird, und bei dem zumindest ein den Arbeitspunkt (A) umgebender
Teil des Bearbeitungsfeldes (12) vom Gesichtsfeld (26) einer Überwachungs
kamera (24) erfaßt wird, wobei dieser Teil des Bearbeitungsfeldes (12) in die
Überwachungskamera (24) durch einen im Strahlengang des Laserstrahls (4)
zwischen dem oder die Ablenkspiegel (8) und der Laserstrahlquelle (2) ange
ordneten Strahlenteiler (20) abgebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das von der Überwachungskamera (24)
aufgenommene Bild zur Erkennung der Lage des Gegenstandes (14) verwen
det wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das von der Überwachungskame
ra (24) empfangene Bild digital gespeichert und in einem digitalen Bildbearbei
tungssystem (32) ausgewertet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19828723A DE19828723A1 (de) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Laserbearbeitungseinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19828723A DE19828723A1 (de) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Laserbearbeitungseinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19828723A1 true DE19828723A1 (de) | 2000-01-05 |
Family
ID=7872227
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19828723A Ceased DE19828723A1 (de) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Laserbearbeitungseinrichtung |
Country Status (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |