DE4013195A1 - Vorrichtung und verfahren zum ueberwachen der bearbeitung eines werkstueckes mit gepulster laserstrahlung - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum ueberwachen der bearbeitung eines werkstueckes mit gepulster laserstrahlung

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DE4013195A1
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Ulrich Dr Sowada
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Description

Zur Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere bei automatisier­ ten Fertigungsverfahren, werden zunehmend Laser eingesetzt weil bei mit konstanten Strahlparametern eine immer gleichbleibende Bearbeitung des Werkstückes ermöglichen. Bei einer Vielzahl von Werkstückbearbeitungen finden Excimerlaser Verwendung, die gepulste Laserstrahlung im ultravioletten Bereich abgeben.
Dabei werden die Werkstücke häufig mit relativ hoher Geschwin­ digkeit (z. B. ein Meter pro Sekunde) bewegt und die Pulsfolge der Laserstrahlung kann relativ hoch sein (bis zu mehrere hundert Strahlpulse pro Sekunde).
Bei solchen schnellen Materialbearbeitungen kommt es auch auf eine Überwachung des Bearbeitungsortes an, d. h. der Ort der Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem bearbeiteten Werk­ stück muß innerhalb vorgegebener Toleranzen liegen und ent­ sprechend überwacht werden, um eine "on-line"-Qualitätskontrol­ le zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen der Bearbeitung eines Werkstückes mit gepulster Laserstrahlung zu schaffen, die bzw. das eine direkte Ermittlung der Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Werkstück ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und ein entsprechendes Verfah­ ren zur Lösung dieser Aufgabe sind mit Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Überwachen der Bearbeitung eines Werkstückes mit ge­ pulster Laserstrahlung und
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer solchen Vor­ richtung.
In den Figuren sind einander entsprechende Bauteile mit glei­ chen Bezugszeichen versehen.
Ein Werkstück W soll mit ultravioletter Laserstrahlung L bear­ beitet werden. Beispielsweise soll eine Mikromaterialbearbei­ tung erfolgen. Die Laserstrahlung L kommt von einem Excimerla­ ser (nicht gezeigt) und besteht aus Laserpulsen hoher Frequenz. Das Werkstück W wird in bezug auf die Laserstrahlung L bewegt, um Bearbeitungen an unterschiedlichen Stellen des Werkstückes vorzunehmen. Die Laserstrahlung ist fokussiert (in den Figuren nicht dargestellt).
Bei beiden Ausführungsbeispielen wird der bearbeitete Bereich des Werkstückes W mit sichtbarer Strahlung B periodisch be­ leuchtet. Die Beleuchtung mit der Strahlung B erfolgt mit einer Blitzlampen-Stroboskopanordung (nicht gezeigt).
Die Stroboskoplampe wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel extern ausgelöst durch einen Synchronisierpuls, der auch die Auslösung des Laserpulses steuert. Damit kann die Beleuchtung des von der Laserstrahlung L bearbeiteten Bereichs des Werk­ stückes W zeitsynchron mit den Laserpulsen erfolgen. Wenn das mit der Laserstrahlung L bearbeitete Material des Werkstückes W bei oder nach der Bearbeitung eine Leuchterscheinung im sichtba­ ren Bereich des elektromagnetischen Spektrums abgibt, kann diese mittels der kurzzeitigen Stroboskopbeleuchtung auch dann optisch wahrgenommen und der Ort der Bearbeitung in bezug auf andere Teile des Werkstückes, wie eine Markierung, festgestellt werden, wenn sich das Werkstück bewegt. Die Pulsdauer der pe­ riodischen Stroboskopbeleuchtung steht in Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung in Zusammenhang mit der Bewegungsgeschwin­ digkeit des Werkstückes W. Zum Beispiel kann eine kurze Puls­ dauer der Stroboskopbeleuchtung von weniger als 10 Mikrosekun­ den bei einer Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstückes W von 1 m/s ein relativ scharfes Bild erzeugen, bei dem die Kantenun­ schärfe nur 0,01 mm beträgt.
Die zum Beleuchten des bearbeiteten Bereichs des Werkstückes W verwendete Strahlung B liegt im sichtbaren Bereich des Spek­ trums. Aus dem bearbeiteten Bereich des Werkstückes W reflek­ tierte oder emittierte Strahlung Str im sichtbaren Bereich des Spektrums wird erfindungsgemäß von einer Videokamera VK aufge­ nommen, wobei ein Bild gewonnen wird, das den augenblicklichen Bearbeitungsvorgang auf der Werkstückoberfläche wiedergibt.
Die Überwachungsvorrichtung besteht bei beiden Ausführungsbei­ spielen der Fig. 1 und 2 jeweils aus einer Stroboskop-Beleuch­ tung (Strahlung B), einer Spiegelanordnung und einer Videoka­ mera.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird der gepulste Laser­ strahl L mit Hilfe eines dielektrisch beschichteten Spiegels S so umgelenkt, daß er auf das Werkstück W trifft. Der Spiegel S ist für sichtbares Licht hoch transparent. In Fig. 1 ist die sichtbare Strahlung mit dem Bezugszeichen Str angedeutet. Sie gelangt vom bearbeiteten Bereich des Werkstückes W durch den Spiegel S direkt zu der Videokamera VK. Diese Anordnung unter Verwendung eines dielektrisch beschichteten Spiegels S hat den Vorteil, daß die an der Spiegelschicht absorbierte Laserstrah­ lung relativ gering ist, was eine lange Lebensdauer des Spie­ gels ermöglicht.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird ein Spiegel S1 ver­ wendet, der das Laserlicht L (bei beiden Ausführungsbeispielen Excimer-Laserlicht im ultravioletten Bereich) ungeschwächt durchläßt, sichtbare Strahlung Str aber umlenkt. Um die bei der Reflexion der sichtbaren Strahlung Str am Spiegel S1 auftreten­ de Rechts/Links-Vertauschung aufzuheben, ist ein weiterer Spie­ gel S2 im Strahlengang der sichtbaren Strahlung Str zwischen Werkstück W und Videokamera VK angeordnet.
Soll die Belastung der die sichtbare Beleuchtungsstrahlung B erzeugenden Stroboskoplampe reduziert werden, ist es möglich, die Auslösung der Stroboskoplampe über einen elektronischen Untersetzer in bezug auf die Laserstrahlung zu synchronisie­ ren, d. h. es ist somit möglich, z. B. nur synchron zu jeden vierten Laserpuls einen Beleuchtungsstrahl B zu erzeugen und dazwischen die Stroboskoplampe zu schonen, was insbesondere bei Verwendung von Blitzlampen zu einer erhöhten Lebensdauer und einer vergrößerten Lichtmenge pro Lampenpuls führt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Überwachen der Bearbeitung eines Werk­ stückes (W) mit gepulster Laserstrahlung (L), gekennzeichnet durch
  • - eine Einrichtung zum periodischen Beleuchten des bearbeiteten Bereichs des Werkstückes (W) synchron mit zumindest einem Teil der Laserpulse,
  • - einen Spiegel (S), der für sichtbare Strahlung (Str) durch­ lässig ist, die Laserstrahlung (L) reflektiert und auf das Werkstück (W) lenkt, oder
    einen Spiegel (S1), der für die Laserstrahlung (L) durchlässig ist und sichtbare Strahlung (Str) refiektiert, und
  • - eine Kamera (VK) zum Aufnehmen des von der sichtbaren Strah­ lung (Str) erzeugten Bildes.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gepulste Laserstrahlung (L) ultraviolett ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines für Laserstrahlung (L) durchlässigen und für sichtbare Strahlung (Str) reflektierenden Spiegels (S1) ein weiterer Spiegel (S2) im Gang der sichtbaren Strahlung (Str) zwischen dem Werkstück (W) und der Kamera (VK) angeordnet ist.
4. Verfahren zum Überwachen der Bearbeitung eines Werkstückes (W) mit gepulster ultravioletter Laserstrahlung (L), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der bearbeitete Bereich des Werkstückes (W) periodisch mit sichtbarer Strahlung synchron mit zumindest einen Teil der Laserpulse beleuchtet wird,
  • - Laserstrahlung mit einem Spiegel (S) auf das Werkstück (W) umgelenkt wird, wobei der Spiegel (S) für sichtbare Strahlung (Str) durchlässig ist, die Laserstrahlung (L) durch einen Spie­ gel (S1) auf das Werkstück (W) gerichtet wird, wobei der Spie­ gel (S1) für sichtbare Strahlung (Str) reflektierend ist, und
  • - daß der bearbeitete Bereich des Werkstückes (W) durch den Spiegel (S) mit einer für sichtbare Strahlung (Str) empfindli­ chen Kamera (VK) gefilmt wird.
DE4013195A 1990-04-25 1990-04-25 Vorrichtung und verfahren zum ueberwachen der bearbeitung eines werkstueckes mit gepulster laserstrahlung Withdrawn DE4013195A1 (de)

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