DE22155959T1 - Laserkalibirierungssystem,laserbearbeitungssystem und verfahren zum automatische kalibrierung eines laserbearbeitungssystems unter verwendung eines nicht-integrierten telezentrischen optischen detektors mit begrenzten freiheitsgraden - Google Patents

Laserkalibirierungssystem,laserbearbeitungssystem und verfahren zum automatische kalibrierung eines laserbearbeitungssystems unter verwendung eines nicht-integrierten telezentrischen optischen detektors mit begrenzten freiheitsgraden Download PDF

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Abstract

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; undeine 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.

Claims (15)

  1. 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.
  2. Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Laserkalibrierungsvorrichtung (10) frei von jeglichen Laserquellen und/oder jeglichen Laserablenkungseinheiten ist.
  3. Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Laserkalibrierungsvorrichtung strukturell unabhängig ist, insbesondere von der Laserbearbeitungseinrichtung (102-1;...; 102-6).
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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, wobei eine Erstreckung des optischen Detektors (14) in der Erfassungsrichtung, insbesondere die Abtastfläche (12) überlappend, vorzugsweise von 100 mm bis 1500 mm, bevorzugter von 300 mm bis 1000 mm, besonders bevorzugt von 300 mm bis 600 mm beträgt, wobei eine Erstreckung des optischen Detektors (14) in der Erfassungsrichtung (x) vorzugsweise zumindest einer Erstreckung der Abtastfläche (12) in der Erfassungsrichtung (x) oder einem Teil davon entspricht.
  7. Laserkalibrierungsvorrichtung nach Anspruch 5 und nach Anspruch 6, 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 10, 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.
  12. 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 9, 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.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, 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.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, 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; und/oder 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.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, 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.
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