DE19840936A1

DE19840936A1 - Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen

Info

Publication number: DE19840936A1
Application number: DE19840936A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Juergensen
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Hell Gravure Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-08
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-09-09
Also published as: WO2000013837A1; DE19840936B4

Abstract

Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laser, bestehend aus einem Gehäuse, zur Aufnahme von Komponenten der Anordnung, einem Tisch (225) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Materials, Stellantrieben, mit denen der Tisch relativ zu einem Schlitten entlang der Raumkoordinaten x, y, z bewegbar ist und um einen Winkel phi um eine etwa senkrecht durch die Bearbeitungsfläche verlaufende Drehachse z verdrehbar ist, mindestens zwei Fiberlaserausgänge zur Erzeugung von mehreren Bearbeitungsspuren, die auf einer Profilschiene angeordnet sind und mit Abschlußstücken (26, 94) versehen sind, durch die die Laser auf die Bearbeitungsfläche (81) gerichtet und fokussierbar sind, wobei die Abschlußstücke auf dem Schlitten so angeordnet sind, daß der gegenseitige Abstand der durch die Abschlußstücke erzeugten Bearbeitungsspuren (224) veränderbar ist, einem Kühlsystem, einer Steuerung für die Laser und einer Maschinensteuerung für die Antriebe zur Erzeugung der Relativbewegung und der Rotationsbewegung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum mehrkanaligen Schneiden und Ritzen von Materialien mittels Laserstrahlen. In der Halbleiterindustrie besteht ein großer Bedarf an neuen Techniken zum Schneiden und Ritzen und der sonstigen Bearbeitung von Materialien, insbesondere von Halbleitermaterialien.

Beispielsweise gibt es bei der Herstellung von Photovoltaik-Zellen zur Stromerzeu gung aus Solarenergie, den sogenannten Solarzellen, eine Notwendigkeit, in die Oberfläche des Halbleitermaterials feine Spuren einzuschneiden, wie es in einem Sonderdruck der Zeitschrift "Sonnenenergie & Wärmetechnik", 4/1997 von Dipl.-Ing. Stefan Müller, beschrieben ist. Solarzellen benötigen Kontaktierungen für die elektri schen Anschlüsse. Um den Innenwiderstand der Zellen zu erniedrigen und damit den Wirkungsgrad zu verbessern, werden solche Kontaktierungen in geringen Ab ständen angebracht. Bei herkömmlichen Solarzellen werden Kontaktfinger in einem Siebdruckverfahren aufgebracht, wobei eine Metallpaste durch eine Maske auf den vorbehandelten Silicium-Wafer gepreßt wird. Die Kontaktfinger sind etwa 200 µm breit. Bei der in der vorgenannten Literaturstelle beschriebenen Saturn-Technologie wird diese Kontaktlinie mit einem Laser eingeschnitten, die Breite verringert sich da durch auf etwa 20 µm. Da die Kontaktlinien sehr schmal sind, kann man es sich lei sten, in die Solarzelle mehr Linien einzuschneiden. Dadurch vermindern sich die ohmschen Verluste beim Ableiten der Ladungsträger. Auf eine herkömmliche Zelle werden etwa 60 Kontaktfinger aufgedruckt, in eine Saturn-Zelle dagegen rund 80 Linien geschnitten. Die gesamte Linienbreite pro Zelle reduziert sich somit von 12 mm (60×200 µm) auf 1,6 mm (80×20 µm), obwohl die Anzahl der Kontaktlinien er höht wurde. Entsprechend vermindert sich die durch die Kontaktfinger abgedeckte Fläche, was zu einer höheren Energieausbeute führt.

In bekannter Weise wird das Einschneiden der Kontaktlinien üblicherweise in einer Step- and-Repeat-Einrichtung mit einem YAG-Laser vorgenommen. Man kann leicht einsehen, daß eine solche einkanalige Schneideinrichtung sehr bald an ihrer Lei stungsgrenze arbeitet und die Produktionsmenge begrenzt. Es ist denkbar, mehrere solcher Schneideinrichtungen parallel arbeiten zu lassen. Dies ist aber mit erhebli chen Kosten verbunden. Nachteilig ist auch die umständliche mäanderförmige Be wegung des Schlittens, auf dem die Zellen befestigt sind. Durch diese mäanderför mige Bewegung ist die Antriebsmechanik für den Schlitten einem starken mechani schen Verschleiß ausgesetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine mehrkanalige Ritz- und Schneideinrichtung zu schaffen die die genannten Nachteile vermeidet und präzise arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Anordnung zur Materialbearbei tung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen 2 bis 7 hervor.

In vorteilhafter Weise wird für die Zwecke der Erfindung eine Laserstrahlungsquelle verwendet, wie sie in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmel dung eingereichten deutschen Patentanmeldung "Verfahren und Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen", Zeichen der Anmelderin 98/1035, und in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung "Laserstahlungsquelle hoher Leistungs dichte und hoher Energie zur Materialbearbeitung", Zeichen der Anmelderin 98/1036 GM, beschrieben ist. Diese Laserstrahlungsquelle besteht aus mehreren diodenge pumpten Fiberlasern, auch Faserlaser genannt, deren Ausgangsstrahlenbündel am Bearbeitungsort nebeneinander, und/oder übereinander oder in einem Punkt oder Bündel auftreffen und somit die Erzeugung eines in Form und Größe gezielt varia blen Bearbeitungsflecks auch bei sehr hohen Laserleistungen und extrem hohen Leistungsdichten ermöglicht. Das zu bearbeitende Material kann sich in einer Ebene befinden, an der die Laserstrahlungsquelle oder ihre Ausgangsstrahlung relativ vor beigeführt wird. Weiterhin wird in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorlie genden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfa sern", Zeichen der Anmelderin 98/1037, und in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfasern", Zeichen der Anmelderin 98/1037 GM, ein Ab schlußstück beschrieben, das es ermöglicht, die Strahlenbündel der einzelnen Laser mit definierten Werten in Strahldurchmesser, Strahldivergenz, Zentrierung und Win kelrichtung genau und dauerhaft zu fassen, um eine fertigungs- und servicegerechte Anordnung zu erhalten und die Laserstrahlung gezielt zu führen. Die Strahlenbündel können dabei je nach Anwendungsfall z. B. als parallele Laserstrahlen ausgekoppelt werden, divergieren oder z. B. in einem gewissen Abstand von der Austrittsstelle fo kussiert sein. Die Abschlußstücke können dabei direkt an den Ausgang der Fiberla ser oder an den Ausgang angekoppelter Fasern oder Faserschmelzkoppler, mit de nen die Strahlung eines oder mehrerer Fiberlaser aufgespalten oder zusammenge faßt werden kann, angebracht werden. Mit einer gemäß der Erfindung entsprechend räumlich kleinen Ausführung der Abschlußstücke, die zudem noch besonders ein fach aneinandergereiht werden können, wird es möglich, die Strahlenbündel mehre rer Ausgänge der Fiberlaser in Abständen von weniger als 2,5 mm zusammenzufas sen, so daß die gestellte Aufgabe gelöst wird und gleichzeitig eine wirtschaftliche Fertigung sowie eine kostengünstige Wartung der Laserstrahlungsquelle ermöglicht wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 7 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Laserstrahlungsquelle,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Fiberlasers (Stand der Technik),

Fig. 2a eine verkürzte Darstellung der Fiber des Fiberlasers (Stand der Technik),

Fig. 3 ein Beispiel einer Ausführung eines Abschlußstücks mit einer konischen Passung zum Einsatz in eine Halterung,

Fig. 4 eine modulare Ausführung der Fiber des Fiberlasers gemäß Fig. 1,

Fig. 5 ein Beispiel für die Einkopplung der Pumpenergie in die Fiber des Fiberlasers gemäß Fig. 13,

Fig. 6 eine Prinzipanordnung der Schneid- und Ritzeinrichtung,

Fig. 6a weitere Details zu Fig. 6,

Fig. 6b eine Schnittzeichnung zu Fig. 6a und

Fig. 7 eine Ausführungsform der Schneid- und Ritzeinrichtung.

In Fig. 1 ist eine Laserstrahlungsquelle 1 dargestellt, die aus mehreren, gemäß der Erfindung vorzugsweise als Module ausgeführten, diodengepumpten Fiberlasern (Faserlaser) (2) besteht, die von einer vorzugsweise modularen Versorgung 32 mit elektrischer Energie beaufschlagt werden, die teilweise in Laserstrahlung umgesetzt wird. Weiterhin ist eine Steuerung 33 vorgesehen, über die die Modulation der Strahlung vorgenommen wird und die für das Zusammenwirken der Laserstrah lungsquelle mit ihrer Peripherie sorgt. Die Ausgangsstrahlen der Laser treten am Strahlungseingang 9 in eine optische Einheit 8 ein und am Strahlungsausgang 10 aus der optischen Einheit aus. Die Aufgabe der optischen Einheit 8 ist die Formung der Laserstrahlung zu einem Bearbeitungsfleck 24 auf einer Bearbeitungsfläche 81, es kann aber auch die Laserstrahlung ohne optische Einheit, beispielsweise mittels der Abschlußstücke 26, 94 direkt auf die Bearbeitungsfläche gerichtet werden. Die Laserstrahlungsquelle ist vorzugsweise in einem Gehäuse untergebracht, das auch für die erforderliche Lasersicherheit sorgt. Die Laserstrahlungsquelle wird vorzugs weise durch ein Kühlsystem gekühlt.

In den Fig. 2 und 2a wird der prinzipielle Aufbau einer Fiberlaser- (auch Faserla ser genannt) Anordnung 2 gezeigt. In Fig. 2 wird die Energie einer Pumpquelle wie z. B. einer Laserdiode, hier Pumpquelle 18 genannt, über eine Einkoppeloptik 3 zu einem geeigneten Pumpfleck 4 geformt und in die Laserfiber 5 eingekoppelt. Solche Pumpquellen sind z. B. in der parallellaufenden deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen P 196 03 704 beschrieben. Typische Pumpquerschnitte der Laserfi bern liegen etwa zwischen 100 µm und 600 µm Durchmesser, die numerische Apertur bei etwa 0,4. Die Laserfiber 5 ist auf der Einkoppelseite 6 mit einem Einkop pelspiegel 7 versehen, der die Pumpstrahlung ungehindert durchläßt, für die Laser strahlung aber eine 100%ige Reflexion aufweist. Der Einkoppelspiegel 7 kann mit einer geeigneten Halterung oder durch Kleben an dem Faserende befestigt sein, er kann aber auch durch direktes Aufdampfen einer geeigneten Schicht, wie sie bei Einkoppelspiegeln für Laser verwendet wird, auf das Faserende realisiert werden.

Auf der Auskoppelseite 11 der Laserfiber 5 ist ein für die Laserstrahlung teildurchläs siger Auskoppelspiegel 12 angebracht, durch den die Laserstrahlung 13 ausgekop pelt wird. In vorteilhafter Weise weist der Auskoppelspiegel für die Pumpstrahlung eine 100%ige Reflexion auf. Hierdurch wird die restliche Pumpstrahlung wieder zu rück in die Lichtleitfaser reflektiert, was vorteilhaft ist, da die Pumpenergie besser ausgenutzt wird und außerdem nicht bei der Anwendung der Laserstrahlung stört. Der Auskoppelspiegel kann wie beim Einkoppelspiegel, ebenfalls durch Aufdampfen hergestellt werden.

In Fig. 2a ist der Einkoppelvorgang der Pumpstrahlung in den Pumpquerschnitt 14 der Laserfiber 5 näher dargestellt. Die Energie im Pumpfleck 4 regt auf ihrem Weg durch die Faser die Laserstrahlung im Kern 15 der Laserfiber 5 an. Der Pumpkern 16 ist von einem Mantel 17 umgeben. Der etwa 5 µm bis 10 µm starke Kern der Laser fiber ist vorwiegend mit Seltenenen Erden dotiert. Der relativ große Pumpquerschnitt 14 vereinfacht das Einkoppeln der Pumpenergie und ermöglicht den Einsatz einer einfach lösbaren Verbindung zwischen Pumpquelle und Laserfiber, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird. Dabei kann das pumpquellenseitige Abschlußstück der Laserfi ber baugleich sein mit dem Abschlußstück auf der Auskoppelseite, es muß es aber nicht. Eine präzise Steckverbindung zwischen Pumpquelle und Laserfiber bietet er hebliche Vorteile bei der Fertigung der Fiberlaser und im Servicefall. Die Laserfiber kann aber auch fest mit der Pumpquelle zu einem Lasermodul verbunden sein. Infol ge des gezielt hergestellten, sehr geringen Faserkerndurchmessers liefert der Fi berlaser am Austritt eine praktisch beugungsbegrenzte Laserstrahlung 13. Dadurch ist gemäß der Erfindung eine sehr große Schärfentiefe möglich; beispielsweise kann man bei einer Größe des Bearbeitungsflecks von 20 µm einen Schärfentiefebereich von etwa 0,5 bis 1 mm erreichen, was besonders vorteilhaft ist, wenn die Mate rialoberflächen uneben sind oder nicht exakt positioniert werden können, was be sonders bei großen Flächen der Fall ist.

Es werden in der Literatur für Fiberlaser prinzipiell mögliche Ausgangsleistungen von bis zu 100 W genannt. Man kann an den aktiven Ausgang von Fiberlasern auch passive Lichtleitfasern 28 ankoppeln. Der Erregerstrom der Pumpquelle wird von der Versorgung 32 geliefert. Wenn kein Erregerstrom durch die Pumpquelle fließt, gibt der Fiberlaser keine Strahlung ab. Die Pumpquellen werden nur dann eingeschaltet, wenn im Bearbeitungsfleck Laserenergie benötigt wird. Eine Sicherheitsschaltung schaltet die Pumpquellen dauerhaft ab, wenn Gefahr droht. Wie in Fig. 4 und Fig. 5 näher erläutert, können die Laserfibern 5 und die Pumpquellen 18 über eine lösbare Verbindung miteinander verbunden sein.

In Fig. 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Abschlußstücks 26 (Terminator) für eine Faser gezeigt. Solche Abschlußstücke können mit Vorteil für die Auskopp lung der Laserstrahlung aus einer Faser verwendet werden, wie es in der parallel laufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen Patentanmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfasern", Zeichen der Anmelderin 98/1037, und in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten deutschen Gebrauchsmusteranmeldung "Abschlußstück für Lichtleitfa sern", Zeichen der Anmelderin 98/1037 GM beschrieben ist. Dieses Abschlußstück 26 kann grundsätzlich für alle Anwendungsfälle benutzt werden, bei denen es darauf ankommt, das aus einer Faser 28 oder einer zu einem Fiberlaser gehörenden Laser fiber 5 austretende Strahlenbündel mit einer lösbaren Verbindung präzise anzukop peln. Ebenso ist es die Aufgabe des Abschlußstücks, eine präzise lösbare Verbin dung des Fiberlasers oder der Faser mit der übrigen Optik zu ermöglichen. Das Ab schlußstück besteht aus einem länglichem Gehäuse 132, das eine durchgehende, sich in axialer Richtung erstreckende, zylindrische Öffnung 130 aufweist. Das Ge häuse ist vorzugsweise aus vorgefertigtem, beispielsweise gezogenem Material her gestellt. Die Laserfiber 5 des Fiberlasers ist vorzugsweise auf ihrem letzten Ende von ihrem Mantel befreit und an ihrer Außenfläche aufgerauht, so daß die restliche Pumpstrahlung vor dem Eintritt der Laserfiber in das Abschlußstück die Laserfiber verläßt. Die Laserfiber kann zusätzlich noch mit einer Schutzhülle 131 umgeben sein, die mit dem Gehäuse 132 des Abschlußstücks verbunden ist. Das Gehäuse 132 weist Passungen 134 auf, mit denen das Gehäuse in einer Fassung 29 genau ein gesetzt werden kann. An einem Ende des Gehäuses 132 wird das Ende der Faser 28 bzw. der Laserfiber 5 aufgenommen und innerhalb des Gehäuses in der Öffnung 130 geführt. Am anderen Ende des Gehäuses 132 ist eine kurzbrennweitige Linse 133 befestigt. Es können Mittel zum Justieren der Lage der Faser 28 bzw. Laserfiber 5 innerhalb des Abschlußstückes vorgesehen sein, um die Lage der Faser 28 bzw. Laserfiber 5 zu der Linse 133 innerhalb des Abschlußstückes und in Bezug auf die Passungen 134 zu justieren. Es kann auch die Lage der Linse zu der Faser justiert werden. Die Justierungen werden vorteilhaft mit einer Justiervorrichtung vorgenom men. Dabei können für die Justierung der Lage der Faser 28 bzw. der Laserfiber 5 im Gehäuse 132 Justierschrauben 135 (Fig. 3b) oder Kugeln 137 vorgesehen sein. Innerhalb der Öffnung 130 bzw. innerhalb der Justierschrauben oder Kugeln kann die Faser 28 bzw. Laserfiber 5 auch axial verschoben werden. Es kann auch die Lin se 133 in Bezug auf die Passungen 134 entweder bei der Montage korrekt montiert oder durch nicht dargestellte geeignete Mittel in Bezug auf die durch die Öffnung 130 in der Position gehaltene Faser 5, 28 axial und/oder radial justiert und fixiert werden. Durch die Justierung soll erreicht werden, daß das aus der Linse 133 austretende Strahlenbündel 144 in eine vorgegebene Achs- und Fokuslage mit einem definierten Kegel gebracht wird.

Fig. 4 zeigt ein Anwendungsbeispiel für das Abschlußstück 26, 94 bei einer Faser 28 bzw. einer Laserfiber 5, die an beiden Enden mit je einem Abschlußstück gemäß der Erfindung versehen sind. Es ist grundsätzlich möglich, mehrere der im vorangehen den beschriebenen Abschlußstücke in mehreren Spuren nebeneinander und in meh reren Ebenen übereinander zu einem Paket zusammenzufassen. Es ist weiterhin möglich, die Form der Abschlußstücke anders als in Fig. 3 dargestellt auszuführen, z. B. daß eine zylindrische Form nach Fig. 3 trapezförmige oder rechteckförmige Passungen erhält.

Fig. 5 zeigt eine Ankopplung der Laserfiber 5 an eine Pumpquelle mittels des Ab schlußstückes 26 über das Gehäuse 152, in dem die Pumpquelle 18 in einer Aus nehmung 153 vorzugsweise luftdicht untergebracht ist. Durch eine Dichtung 146 ist sichergestellt, daß das Abschlußstück 26 ebenfalls luftdicht abschließt, so daß in die Ausnehmung von außerhalb keine Schmutzpartikel eindringen können und sie bei Bedarf evakuiert oder mit einem Schutzgas gefüllt werden kann. Es kann auch ein ständiger Strom eines Schutzgases durch die Ausnehmung 153 fließen, insbesonde re bei vorübergehender Entfernung des Abschlußstücks 26. Über eine Linse 154 wird die Strahlung der Pumpquelle 18 auf den Pumpquerschnitt der Laserfiber 5 fo kussiert. Die Pumpquelle kann aus einer oder mehreren Laserdioden bestehen, sie kann aber auch aus einer Anordnung von einem oder mehreren Lasern, insbesonde re auch Fiberlasern bestehen, deren Ausgangsstrahlung mit geeigneten Mitteln so vereinigt wurde, daß ein geeigneter Pumpfleck entsteht.

Fig. 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Laserstrahlungsquelle gemäß der Erfindung, wie sie für das mehrkanalige Schneiden und Ritzen von beispielsweise Halbleitermaterialien verwendet werden kann. Die Abschlußstücke 26, 94 der Fasern bzw. Fiberlaser F_a bis F_n haben Strahlenbündel 144, die mittels der Linse 133 in einem vorgegebenen Abstand von dem Abschlußstück fokussiert sind. Der Durch messer der Bearbeitungspunkte B_a bis B_n beträgt beispielsweise 20 µm, er kann aber auch darunter oder darüber liegen. Weiterhin sind die Abschlußstücke auf einer in den Fig. 6a und 6b näher beschriebenen Profilschiene 256 so angeordnet, daß ihr gegenseitiger Abstand "A" auf beliebige Werte eingestellt werden kann, bis die Ab schlußstücke aneinanderstoßen. Die Profilschiene ist vorzugsweise an einem Arm eines Roboters (Fig. 7) befestigt und kann beispielsweise in den Richtungen x, y, z relativ zu einem Tisch 225 mittels Stellantrieben, die in Fig. 7 gezeigt sind, bewegt werden. Außerdem kann die Profilschiene relativ zu dem Tisch um einen Winkel ϕ mit der Achse z' (Fig. 7) verdreht werden, was auch dazu benutzt werden kann, den gegenseitigen Abstand der Bearbeitungsspuren zu bestimmen. Weiterhin kann der Tisch in den Richtungen x, y, z bewegt und um einen Winkel ϕ mit der Achse z ver dreht werden. Auf dem Tisch 225 kann das zu bearbeitende Material, beispielsweise ein oder mehrere aus einem gezogenen Halbleiterbarren abgetrennte sogenannte "Wafer", mittels nicht gezeigter Spann- oder Saugvorrichtungen befestigt werden. Mittels der Laserenergie in den einzelnen Bearbeitungspunkten B₁ bis B_n lassen sich in das Halbleitermaterial beispielsweise feine parallele Spuren schneiden, wie sie zum Beispiel zur Kontaktierung von Photovoltaik-Zellen benötigt werden. Man kann aber auch in das Halbleitermaterial feine Bohrungen einbringen oder es mittels des Lasers zerschneiden, um so beispielsweise elektrische Schaltkreise auseinander zu trennen. Nahe der Bearbeitungsfläche 81 ist für jede Bearbeitungsspur 224 getrennt oder für mehrere Bearbeitungsspuren 224 gemeinsam gemäß der Erfindung eine Anordnung zum Entfernen des von der Bearbeitungsfläche abgetragenen Materials angebracht. Wenn die Profilschiene mit den Abschlußstücken relativ gegenüber dem Tisch verdreht wird, um den Abstand zwischen den Bearbeitungsspuren zu verän dern, ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, die durch die relative Verdrehung entste hende Verzeichnung des aufzuzeichnenden Musters durch eine Vorverzerrung des aufzubringenden Musters und /oder eine zeitliche Steuerung des Datenstroms zu kompensieren.

Durch die parallele Anordnung von mehreren Fiberlaserausgängen kann die zur Be arbeitung erforderliche Zeit erheblich reduziert werden, beispielsweise können für das Ritzen der Photovoltaikelemente 10 Laserausgänge parallel verwendet werden, was den Ausstoß um den Faktor 10 erhöht.

Die beschriebene Anordnung zum Schneiden und Ritzen ist nicht allein nur für die Bearbeitung von Halbleitermaterialien geeignet, sondern kann für alle Materialien angewendet werden, bei denen es auf die präzise Erzeugung von Mustern, wie z. B. bei der Druckformherstellung ankommt.

Fig. 6a und die zugehörige Schnittzeichnung Fig. 6b zeigen, wie die Abschlußstücke 26 der einzelnen Fiberlaser F_a bis F_n befestigt sind. Die Profilschiene 256 ist mittels Verbindungen 261 an einem Träger 260 befestigt, der beispielsweise der Arm eines Roboters sein kann. Die Abschlußstücke 26 sind in Fassungen 257 aufgenommen und mit Schrauben 259 fixiert. Die Fassungen 257 sind mit einem zu der Profilschie ne 256 passenden Profil versehen, auf die Profilschiene 256 aufgereiht, in vorgege bene Abstände "A" zu einander eingestellt und mittels der Schrauben 259 fixiert. Durch eine erfindungsgemäß kleine Bauweise der Abschlußstücke 26 und der Fas sungen 257 wird ein sehr geringer Abstand "A" möglich. Mittels des Roboters kann die Profilschiene mit den Abschlußstücken zum Zweck der Materialbearbeitung über die Bearbeitungsfläche geführt werden, wie es in Fig. 6 dargestellt und ausführlich beschrieben ist. Die erforderlichen Bewegungen zur Erzeugung der Bearbeitungs spuren können von dem in Fig. 6 beschriebenen Tisch 225 ausgeführt werden, sie können aber auch von dem Arm des Roboters oder in einer kombinierten Form von beiden ausgeführt werden. Vorzugsweise kann der Arm des Roboters auch eine Drehbewegung um die zu der Achse der Abschlußstücke etwa parallele Drehachse z' der Anordnung vornehmen. Mit dieser Verdrehung und einer relativen Verschie bung zwischen dem Arm des Roboters und dem Tisch 225 ist es möglich, den Ab stand der auf der Bearbeitungsfläche 81 erzeugten Bearbeitungsspuren zu verän dern und vorzugsweise geringer einzustellen, als es dem eingestellten Maß "A" ent spricht.

In Fig. 7 ist ein Beispiel für den Roboter angegeben, wie er beispielsweise aus Kom ponenten der Firma Montech-Deutschland GmbH, Postfach 1949, 79509 Lörrach zusammengestellt werden kann. Auf einem Ständersystem "Quickset" 262 ist ein Horizontal-Lineareinheit 263 befestigt, der wiederum eine Vertikal-Lineareinheit 264 mit einem Drehantrieb 265 aufnimmt. An dem Drehantrieb sitzt der eigentliche Ro boterarm 260, an dem die Profilschiene 256 mittels der Verbindung 261 befestigt ist. Eine weitere Horizontal-Lineareinheit ist möglich, aber nicht dargestellt. Mit den glei chen Elementen lassen sich die verschiedenen Bewegungsrichtungen des Tisches 225 realisieren, wobei die Bewegungsrichtungen auch zum Teil dem Tisch und zum Teil der Profilschiene zugeordnet werden können. In der Nähe der Bearbeitungsflä che 81 ist eine Anordnung zum Entfernen des von der Bearbeitungsfläche abgetra genen Materials angeordnet, wie sie in der parallellaufenden, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung eingereichten Patentanmeldung der Anmelderin, Aktenzei chen der Anmelderin 98/1035, beschrieben ist.

In den Figuren sind das Gehäuse zur Aufnahme einzelner Komponenten, das Kühl system, die Steuerung für die Laser, die Pumpquellen für die Fiberlaser, von denen nur die Abschlußstücke 26, 94 gezeigt sind und die Maschinensteuerung für die An triebe nicht dargestellt. Wenn die Profilschiene mit den Abschlußstücken relativ ge genüber dem Tisch verdreht wird, um den Abstand zwischen den Bearbeitungsspu ren zu verändern, ist es gemäß der Erfindung zweckmäßig, die durch die relative Verdrehung entstehende Verzeichnung des aufzuzeichnenden Musters durch eine Vorverzerrung des aufzubringenden Musters und /oder eine zeitliche Steuerung des Datenstroms zu kompensieren.

Die Anordnung zum Schneiden und Ritzen ist vorzugsweise vollautomatisch com putergesteuert ausgeführt, wie dies von Werkzeugmaschinen und/oder Industrierobotern bekannt ist.

Claims

1. Anordnung zur Materialbearbeitung mittels Laserstrahlen, bestehend aus
einem Gehäuse zur Aufnahme von Komponenten der Anordnung,
einem Tisch (225) zur Aufnahme des zu bearbeitenden Materials,
mindestens zwei Fiberlasern zur Erzeugung von mehreren Bearbeitungsspuren, die auf einer Profilschiene (256) angeordnet sind und mit Abschlußstücken (26, 94) versehen sind, durch das die Laser auf die Bearbeitungsfläche (81) ausrichtbar und fokussierbar sind, wobei die Abschlußstücke auf der Profilschiene so angeordnet sind, daß der gegenseitige Abstand der durch die Abschlußstücke erzeugten Bearbeitungsspuren (224) veränderbar ist,
Stellantrieben, mit denen der Tisch relativ zu der Profilschiene entlang mindestens einer der Raumkoordinaten (x, y, z) bewegbar ist und/oder um einen Winkel (ϕ) um eine etwa senkrecht durch die Bearbeitungsfläche verlaufende Drehachse (z) verdrehbar ist und/oder Stellantrieben, mit denen die Profilschiene relativ zu dem Tisch entlang mindestens einer der Raumkoordinaten (x, y, z) bewegbar ist,
einem Kühlsystem,
einer Steuerung für die Laser und
einer Maschinensteuerung für die Antriebe zur Erzeugung der Relativbewegungen und der Rotationsbewegungen.

2. Anordnung zur Materialbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß für jede Bearbeitungsspur eine Anordnung zum Entfernen des von der Bearbeitungsfläche abgetragenen Materials (249) vorgesehen ist.

3. Anordnung zur Materialbearbeitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere Bearbeitungsspuren eine gemeinsame Anordnung zum Entfernen des von der Bearbeitungsfläche abgetragenen Materials (249) vorgesehen ist.

4. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilschiene zur Veränderung des Abstandes zwischen den Bearbeitungsspuren um eine Achse (z') verdrehbar angeordnet ist.

5. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Kompensation der durch die Verdrehung entstehenden Verzeichnungen in dem aufzuzeichnenden Muster vorgesehen sind, die aus einer Vorverzerrung des aufzubringenden Musters bestehen und/oder die zeitliche Steuerung des Datenstroms beeinflussen.

6. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fiberlaser als Module ausgebildet sind, die jeweils aus baugleichen Einheiten bestehen, die mit den Pumpquellen (18) verbunden sind.

7. Anordnung zur Materialbearbeitung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpquellen (18) und die Laserfibern (5) mittels Abschlußstücken (26, 94) verbunden sind.