EP4041487A1 - Justage-vorrichtung für eine bessel-strahl-bearbeitungsoptik und verfahren - Google Patents

Justage-vorrichtung für eine bessel-strahl-bearbeitungsoptik und verfahren

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EP4041487A1
EP4041487A1 EP20793572.7A EP20793572A EP4041487A1 EP 4041487 A1 EP4041487 A1 EP 4041487A1 EP 20793572 A EP20793572 A EP 20793572A EP 4041487 A1 EP4041487 A1 EP 4041487A1
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EP
European Patent Office
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workpiece
axis
imitation
focus zone
unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP20793572.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel FLAMM
Jonas Kleiner
Julian Hellstern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
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Filing date
Publication date
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    • B23K26/53—Working by transmitting the laser beam through or within the workpiece for modifying or reforming the material inside the workpiece, e.g. for producing break initiation cracks

Definitions

  • the present invention relates to a device for adjusting the processing optics of a laser processing machine, which in particular forms a Bessel beam focus zone in a workpiece to be processed.
  • the invention also relates to a system for adjusting processing optics and a method for adjusting processing optics in a laser processing machine.
  • Exemplary optical systems for beam shaping with regard to the formation of Bessel beams are, for. B. in WO 1216/079062 A1 disclosed.
  • Underlying optical concepts can carry out phase imprinting on an incident laser beam in so-called processing optics for beam shaping.
  • This phase imprint can take into account a correction of aberrations, as they are z. B. caused by a workpiece to be machined.
  • inclined or cylindrical glass workpieces lead to phase contributions that must be taken into account in the phase imprint, since otherwise the Bessel beam in the workpiece will not be formed in the intended way.
  • One aspect of this disclosure is based on the object of simplifying the adjustment of processing optics in a laser processing machine.
  • a further task is to be able to obtain information about a Bessel beam focus zone formed in particular in the material, such as its length.
  • a device for adjusting processing optics according to claim 1 comprises the processing optics being designed to shape a laser beam in the laser processing machine and to focus it along an incident beam axis in such a way that a processing laser beam has a preset Bessel beam focus zone can train machining workpiece.
  • the device comprises: an entry area for receiving the processing laser beam, a focus zone formation area which is provided to enable a measurement focus zone to be formed by the received processing laser beam along a target axis, and an imaging unit which has a lens and a detector surface , wherein the lens images measurement laser radiation, which leaves the focus zone formation area after the formation of the measurement focus zone, along an imaging axis predetermined by the target axis onto the detector surface.
  • the disclosure comprises a system for adjusting processing optics in a laser processing machine, the processing optics being designed to generate a preset Bessel beam focus zone in an essentially transparent workpiece by impressing a phase profile on a laser beam.
  • the system comprises the laser processing machine, which has a laser beam source for generating the laser beam and the processing optics, and a device as described above, which comprises an imaging unit and optionally an imitation workpiece.
  • the processing optics have a beam-shaping optics unit and a focusing lens unit, the beam-shaping optics unit for machining the workpiece, which has a workpiece surface, the geometry of which corresponds to the geometry of an entry surface of the imitation workpiece, and wherein the beam-shaping optics unit is formed together with the Focussing lens unit is set up for beam shaping of the laser beam into a processing laser beam which propagates along an incident beam axis and which can lead to the formation of the preset Bessel beam focus zone in the workpiece to be processed along a target axis.
  • the preset Bessel beam focus zone extends from a point of impact on the, in particular inclined or curved, workpiece surface into the workpiece to be machined along a target axis.
  • the laser processing machine further comprises a first holder in which the steel-forming optical unit is held so that it can be positioned laterally with respect to the laser beam.
  • the device is positioned and set up with respect to the processing optics in such a way that the processing laser beam which enters the device along an incident beam axis, as Messlaserstrah treatment in the far field impinges on a detector surface of the imaging unit.
  • the disclosure comprises a method for adjusting a processing optics in a laser processing machine, the processing optics having a beam-shaping optics unit and a focusing lens unit, the optics unit being positioned in the beam path of a laser beam of the laser processing machine with a first holder and for phase imprinting a lateral beam profile of the laser beam is formed, so that when the processing optics are correctly adjusted with the focusing lens unit, a Bessel beam focus zone is generated in the workpiece for a processing laser beam impinging at a predetermined point of incidence at a predetermined angle of incidence.
  • the procedure consists of the following steps:
  • the device described herein which comprises an imaging unit and optionally an imitation workpiece, can optionally be set in order to image the far field of the measuring laser radiation on the analysis plane.
  • the disclosure comprises a method for measuring a Bes sel beam focus zone, in particular a length of a Bessel beam focus zone, which is to be generated in a workpiece with a laser processing machine, the laser processing machine having processing optics with a beam-shaping optics unit and a focus sierlinsenech, wherein the optical unit for a phase imprint on a lateral Beam profile of a laser beam is designed so that a pre-set Bessel beam focus zone is generated along a target direction for a machining laser beam emerging from the focusing lens unit and impinging at a predetermined point of incidence at a predetermined angle of incidence in the workpiece.
  • the procedure consists of the following steps:
  • the device described herein which comprises an imaging unit and optionally an imitation workpiece, can optionally be set to focus the measuring laser radiation on the analysis plane.
  • the lens and the detector surface can be arranged along the imaging axis and the detector surface can be part of a camera.
  • the lens can be assigned a lens axis which runs parallel to the imaging axis and / or the detector surface extends in a plane to which the imaging axis runs perpendicular.
  • the imaging unit can furthermore have a stop for mounting an imitation workpiece, the stop defining a stop surface in a predetermined orientation to the imaging axis.
  • the stop surface can in particular be provided for an orthogonal alignment of a planar exit upper surface of the imitation workpiece to the target axis.
  • the imaging unit may comprise:
  • a translation unit for the common displacement of the lens and the detector surface along the imaging axis can be set up to set a distance between the respective component and the focus zone formation area, in particular to a stop for mounting an imitation workpiece.
  • the device can furthermore have a rotation unit which is designed for the rotatable mounting of the imaging unit in order to provide a rotation of the imaging axis with respect to the incident beam axis.
  • the device can furthermore have an imitation workpiece as an adjustment element, which has an entry surface and a planar exit surface and is arranged in the focus zone formation area in such a way that
  • the entry surface at a point of impact at which the machining laser beam strikes the imitation workpiece along the axis of incidence is arranged in relation to the axis of incidence in such a way that the target axis running through the imitation workpiece runs in a predetermined direction, in particular through the preset Bessel beam focus zone is given.
  • the imaging unit can also have a stop for mounting the imitation workpiece, the stop defining a stop surface for mounting the imitation workpiece in a position in which the exit surface is oriented perpendicular to the imaging axis.
  • the alignment of the nominal axis to the axis of the incident beam can be given by a refractive index of refraction of the imitation workpiece and in particular can be defined with respect to a point of impact of the laser beam along the axis of the incident beam.
  • the entry surface can form a cylinder jacket shape in sections.
  • the planar exit surface can run perpendicular to the incident ray axis.
  • the nominal axis can run orthogonally or non-orthogonally to a tangential plane at the point of impact of the entry surface.
  • the incident beam can lenachse optionally extend at an angle in the range from 0 ° to 50 °, in particular in the range from 20 ° to 40 °, to a normal vector of the tangential plane.
  • the imaging unit in a first operating setting can be set up to capture a transverse beam profile of the measuring laser radiation in the far field, and in a second operating setting it can be set up, by positioning the lens and the camera, to start or end a, in particular in the imitation workpiece, formed measuring focus zone to be mapped onto the detector surface.
  • the imitation workpiece of the device can be positioned and aligned with respect to the processing optics in such a way that the machining laser beam that falls on the imitation workpiece along the axis of incidence emerges as the measuring laser radiation from the imitation workpiece.
  • the laser processing machine can furthermore comprise a second holder in which the focusing lens unit is held in a positionable manner laterally with respect to the optics unit and optionally along an optical axis of the focusing lens unit.
  • a camera of the imaging unit can be designed to output an image recording of a beam profile in the far field of the measurement laser radiation emerging from the imitation workpiece.
  • the beam-shaping optical unit can comprise a flat diffractive optical element which is designed to impress a two-dimensional Bessel beam-shaping phase distribution on the laser beam.
  • the first holder, the beam-shaping optical unit in the adjusted state of the processing optics, can be positioned in such a way and the second holder, the focusing lens unit, can be positioned such that the beam profile of the far field on the detector surface is essentially rotationally symmetrical to the imaging axis.
  • an area in which the geometry of the entry surface of the workpiece imitation corresponds to the geometry of the workpiece surface of the workpiece to be machined on which the preset Bessel beam focus zone is based can be dimensioned in such a way that formation a measurement focus zone in the imitation workpiece takes place essentially over a length of the preset Bessel beam focus zone.
  • the concepts proposed here enable the adjustment of processing optics, with the aim of ensuring an undisturbed formation of a Bessel beam focus zone in a workpiece despite aberration-causing geometry of a workpiece to be processed.
  • the concepts proposed here can be used to measure the Bessel beam focus zone as it is formed in a workpiece.
  • a possible modular structure of a device according to the invention also allows the use of different workpiece imitations with the same imaging unit.
  • FIG. 1 shows a schematic three-dimensional representation of a laser processing machine for
  • Fig. 3 is a schematic representation of a device for adjusting a Bear processing optics, by way of example using a wedge-shaped workpiece imitation for the processing geometry according to FIG. 2 (a),
  • Fig. 5 is a schematic representation of a device for the adjustment of processing optics using an imitation workpiece with a curved surface for the processing geometry according to Fig. 2 (b)
  • 6 shows a schematic representation of a device for adjusting a machining optics using an imitation workpiece with plane-parallel surfaces for the machining geometry according to FIG. 2 (c)
  • FIG. 7 is a sketch to illustrate the measurement of a length of a Bessel
  • FIG. 8 shows a flow chart to illustrate setting modes in which the device according to the invention can be used.
  • the aspects described here are based in part on the knowledge that when processing a workpiece with a laser beam, optical conditions can arise that make it necessary to compensate for aberration-causing influences of optical components and in particular of the workpiece to be processed.
  • This compensation in the phase distribution over the two-dimensional lateral beam profile can be integrated into processing optics.
  • the inventors have recognized that the phase compensation makes it more difficult to adjust the specifically adapted processing optics.
  • the adjustment can nevertheless be carried out if optical elements according to the invention, correspondingly aberrations-causing optical elements, referred to herein as workpiece imitations, are used for the adjustment and for the analysis of the beam path.
  • the imitation workpiece is positioned in the beam path in such a way that the desired Bessel beam focus zone is formed in the imitation workpiece.
  • the imitation workpiece is thus formed on the inlet side like the workpiece to be machined.
  • the inventors have now also recognized that the imitation workpiece can be designed on the exit side in such a way that the laser radiation emerging from the imitation workpiece is accessible for analysis.
  • the laser beam emerging from the exit surface is then imaged onto a detector surface with the aid of a lens.
  • the inventors have recognized that with this proposed optical concept, properties of the Bessel beam focus zone can be measured if the position of the lens is set accordingly.
  • the proposed measurement concepts can be used with aberration-causing optical configurations that require the use of an imitation workpiece, as well as with aberration-free optical configurations (e.g. also without an imitation workpiece).
  • the intensity in the Bessel beam focus zone can be scanned by scanning (moving) the lens along the nominal axis, ie along the direction of beam propagation in the workpiece with correct adjustment.
  • the length of the Bessel beam focus zone actually present in the imitation workpiece can be determined. This length is then also available in the workpiece to be machined, provided the entry side is configured accordingly, ie designed and aligned.
  • the proposed optical concept in particular the module, can be used to measure the optical thickness of a planar substrate or the aberrations occurring through the substrate by measuring the ring width at a position or the intensity along the focus zone.
  • the concept proposed herein for adjusting the processing optics of a laser processing machine can be implemented with a system that has the aberration-causing elements and optionally also aberration-correcting elements.
  • the adjustment of the processing optics can, for example, be based on image processing of beam profile recordings from a detector which is positioned downstream of the elements causing the aberration.
  • the “workpiece-like” compensation of the aberration with the imitation workpiece results in simple adjustment features such as the symmetry of a ring-shaped beam profile.
  • an imitation workpiece as an optical adjustment element which compensates for the aberration (in the following figures, for example, an inclined edge or a cylindrical lens).
  • the imitation workpiece is used to imitate the planned entrance angle and the planned entrance geometry, as it was taken into account in the aberration compensation made in the beam-shaping element.
  • the geometry and shape of the imitation workpiece also enables an orthogonal exit from a flat test surface (rear side) of the imitation workpiece, so that the Bessel beam with correct adjustment can propagate "correctly" again (without aberration corrector) and thus the symmetry of the beam profile can be assessed and used for adjustment.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a laser processing machine 1 which is designed for material processing, for example for laser cutting of transparent material plates or for introducing material modifications into transparent materials.
  • the laser processing machine 1 comprises a laser beam source 2 for generating a primary laser beam 5 and processing optics 3.
  • the processing optics 3 are designed to shape the laser beam 5 in such a way that a desired focus zone 7 in a workpiece (see e.g. workpieces 9, 9 ', 9 ′′ in Fig. 2) is formed.
  • the processing optics 3 comprise a beam-shaping optics unit 11 and a focusing lens unit 13 (also referred to as a processing lens).
  • the beam-shaping optical unit 11 can be designed for phase imprinting of a lens 11A and an axicon 11B.
  • the beam-shaping optical unit 11 can, for. B.
  • phase plates d. H. adjustable or fixed in phase, to impress a predetermined two-dimensional phase distribution on the incident laser beam 5, in particular via its transverse beam profile.
  • SLM spatial light modulator
  • phase plates d. H. adjustable or fixed in phase, to impress a predetermined two-dimensional phase distribution on the incident laser beam 5, in particular via its transverse beam profile.
  • the beam-shaping optical unit 11 creates a real Bessel beam focus zone 7 'downstream of the beam-shaping optical unit 11.
  • the focusing lens 13 (together with the impressed phase of the lens 11 A) forms this real Bessel beam focus zone 7 'down to the Bessel beam focus zone 7, so that high intensities are generated in the Bessel beam focus zone 7, as are required for an intended material processing of a workpiece.
  • the laser beam emerging from the processing optics 3 is indicated by way of example in FIG. 3 as a focused Bessel beam 5A, which forms an annular beam profile.
  • FIG. 1 schematically shows a profile 8 of the intensity I in the Bessel beam focus zone 7. It is assumed here that the processing optics 3 are designed in such a way that at correct adjustment, the Bessel beam focus zone 7 forms along a nominal axis (in FIG. 1 in the Z direction). The Bessel beam focus zone 7 can extend over a few 100 gm and so z. B. produce elongated modification zones in the material.
  • a holder 15 for the beam-shaping optical unit 11 and a holder 17 for the focusing lens unit 13 can also be seen in FIG. 1.
  • the holders 15, 17 can provide translatory or rotational degrees of freedom for the adjustment.
  • the holder 15 can, for example, allow the beam-shaping optical unit 11 to be adjusted in the X-Y plane and possibly a rotation of the beam-shaping optical unit 11 in the X-Y plane.
  • the holder 17 can, for example, allow the position of the focusing lens unit 13 to be adjusted in the X-Y plane and possibly a translation of the focusing lens unit 13 in the Z direction.
  • the Bessel beam focus zone 7 is positioned in a workpiece and the laser beam 5 is coupled with the required power, the laser radiation in the Bessel beam focus zone 7 interacts with the material of the workpiece and causes the intended modification of the material structure over its length the Bessel beam focus zone 7.
  • a line up of modifications introduced in the workpiece can e.g. B. can be used to separate the workpiece into two parts.
  • the formation of the Bessel beam focus zone 7 in material can, however, be influenced by the course of the surface of the workpiece and the refractive index of the material of the workpiece when the laser beam 5A enters the workpiece, if the phase contributions caused upon entry are not taken into account.
  • material processing can be carried out with a besel beam focus zone which runs at an angle to an entry surface 9A of a workpiece 9.
  • FIG. 2 (a) shows a series of modifications 19 accordingly generated in the workpiece 9.
  • the modifications 19 in the workpiece 9 can be generated, for example, with a sequence of laser pulses in combination with a linear movement of the workpiece 9 relative to the Bessel beam focus zone.
  • An oblique incidence on the entrance surface 9A leads to an astigmatic disturbance of the laser beam propagating in the workpiece 9, which also influences the interference behavior of the laser radiation.
  • the astigmatic disturbance can be pre-compensated by adjusting the phase imprint with an aberration correction.
  • This precompensation can be carried out in the arrangement of FIG. 1 by the beam-shaping optical unit 11 and, for example, can be included in the two-dimensional phase imprint.
  • Figure 2 (b) shows a further example of an astigmatism-generating workpiece geometry of a workpiece 9 '.
  • the workpiece 9 ‘has a curved entry surface 9A‘ in one direction.
  • modifications 19 clutch are to be introduced into the workpiece 9 ‘orthogonal to a tangential plane T on the curved entry surface 9A‘ (i.e. parallel to a normal vector N of the tangential plane T).
  • an aberration correction with the beam-shaping optical unit 11 is to be carried out in such a way that the laser radiation forms the Bessel beam focus zone in the workpiece 9 without aberrations and forms the modifications 19‘ as desired.
  • FIG. 2 (c) shows a workpiece 9 ′′ with a planar entry surface 9A ′′ and an exit surface 9B ′′ parallel thereto.
  • the workpiece 9 ′′ which is thus plane-parallel, is to be provided, for example, with modifications 11 ′′ running orthogonally to the entry surface 9A ′′, a predetermined length of the modifications 11 ′′ in the material being intended and this, for example, to be verified.
  • a central, beam-shaping element of processing optics is equally effective for imprinting an axicon-like phase, for performing (pre-) correction of aberrations and, optionally, for completing a telescope arrangement by applying a “lens” phase contribution.
  • the laser beam passes through the beam-shaping element and is focused on / into an essentially transparent optical workpiece for material processing with focusing optics (e.g. a microscope objective).
  • FIG. 3 now explains, by way of example, a device 101 for adjusting the beam-shaping processing optics 3 for the processing geometry according to FIG. 2 (a).
  • a wedge-shaped imitation workpiece 103 is used to reproduce the optical constellation of FIG. 2 (a) on the entry side.
  • the components explained below, including the workpiece imitation 103, can be arranged in a housing 102.
  • the housing 102 has an entry region 104 through which the laser beam 5A exiting from the machining optics 3 is coupled into the device 101.
  • the entry area 104 is formed, for example, by an opening in the housing 102.
  • the device 101 also provided a focus zone formation area 106 in which the laser beam 5A forms a Bessel beam focus zone for adjustment purposes or for measurement.
  • the imitation workpiece 103 is located in the focal zone formation area 106 of the exemplary device 101 in FIG , in particular in the range from 13 ° to 26 °) to a planar exit surface 103B.
  • the laser beam 5A strikes the entrance surface 103A at an angle ⁇ that was selected for the material processing according to FIG. 2 (a) such that, with the processing optics 3 correctly adjusted, the desired Bessel beam focus zone is in the desired direction (referred to herein as target axis 110).
  • the phase imprint carried out in the processing optics 3 must, however, take into account the angle ⁇ and the resulting astigmatic disturbance.
  • the desired Bessel beam focus zone extends along the target axis 110 in the workpiece or in the workpiece imitation 103.
  • the focus zone in the workpiece imitation 103 is hereinafter referred to as the measurement focus zone 107 designated.
  • the imitation workpiece 103 is shaped with regard to its exit surface 103B in such a way that the exit surface 103B runs perpendicular to the nominal axis 110. If this is the case and there is a correct adjustment and a necessary precompensation, the laser radiation emerges from the imitation workpiece 103 in the manner of a Bessel beam and undisturbed.
  • the laser radiation emerging from the imitation workpiece 103 is referred to herein as measuring laser radiation 105, which is detected with an imaging unit 111 and used to adjust the processing unit 3 and / or to measure the focus zone formed.
  • the beam path of the measuring laser radiation 105 shown in FIG. 3 is based on a correct adjustment of the processing optics 3. After exiting the imitation workpiece 103, an intensity ring widening along the nominal axis 110 is known in FIG.
  • the aberration correction of the beam-shaping element (the beam-forming optics unit 11) and the aberrations when entering the imitation workpiece 103 cancel each other out, so that it is trailing (after exiting from the imitation workpiece, assuming a correct adjustment) comes to the usual propagation of a Bessel beam and to the formation of a symmetrical and homogeneous far field (intensity) ring.
  • the far-field ring can be collimated by a further objective (for example a microscope objective) - shown by way of example in FIG. 3 as a lens 113 - and recorded with a camera 115 as a detector.
  • Lens 113 is, for example, a lens like the processing lens 13, which is used for processing.
  • the objective has, for example, an NA that is greater than or equal to the NA of the processing objective.
  • the objective has, for example, a working distance that is greater than the effective area to be measured.
  • the setting of the imaging unit 111 for the detection of the measuring laser radiation in the far field corresponds to a first setting for adjustment based on a recorded transverse beam profile.
  • the optical elements of the processing optics 3 can now be adjusted, the symmetry and homogeneity of the far field ring of the measuring laser radiation 105 being used as a criterion.
  • the device 101 has an imaging unit 111.
  • the imaging unit 111 comprises a lens 113 and a camera 115.
  • the camera 115 is designed, for example, as an area detector, in particular as a CCD camera, and enables the recording of a lateral beam profile (in particular a repeated recording of an image of the beam profile) in the far field.
  • the image is recorded with a De detector that z.
  • B. Intensity distributions of the incident measurement laser radiation 105 are recorded in an analysis plane / area (given by the detector surface 105).
  • the imaging unit 111 and in particular the lens 113 is assigned an imaging axis 117 which should (largely) coincide with the target axis 110 of the respective imitation workpiece for the analysis of the measuring laser radiation 105.
  • the imaging axis 117 runs through the center of the lens 113, orthogonally to a lens plane of the lens 113 and orthogonally to the exit surface 103B.
  • a stop 121 can be provided, for example, which defines a plane perpendicular to the imaging axis 117.
  • the imitation workpieces can now be installed using the stop 121 in such a way that their exit surfaces 103B each run perpendicular to the imaging axis 117.
  • the imitation workpiece (if necessary) can be built into the device 101 purely by means of mechanical tolerancing.
  • the imitation workpiece 103 and the imaging unit 111 can now be aligned together in such a way that the laser beam 5 A enters the imitation workpiece 103 at the angle ⁇ at the point of impact 109.
  • the entire device can also be aligned with the processing optics via mechanical stops.
  • To align the entire device for example, the raw beam position which was previously aligned perpendicular to the device can also be used. de, a center of gravity determination by means of the camera built into the device Runaway leads.
  • the detector (the camera 115) is arranged downstream of the lens 113, so that it covers the far field (or slightly offset from a possible focus 123 in the far field, since the focus 123 itself can be too sharp / intense) as a ring with a uniform / homogeneous intensity.
  • the lens 113 collimates / focuses the measuring laser radiation 105 emerging divergently from the imitation workpiece 103, so that it can be recorded with the camera 115.
  • a distance d between a detector surface 115A of the camera 115 and the lens 113 is selected such that the measuring laser radiation 105 hits the detector surface 115A outside the intermediate focus 123.
  • the prerequisites for the adjustment of the processing optics 3 with the aid of the device 101 are that the imaging unit 111 is correctly positioned with respect to the nominal axis 110 and that, in the event that an imitation workpiece is used, the entry surface of the imitation workpiece with respect to the processing optics 3, assuming a correct adjustment, accordingly aligned with the workpiece to be machined.
  • the last res means that, with a correct adjustment of the processing optics, the Bessel beam focus zone in the imitation workpiece corresponds in its direction of propagation and shape to the intended Bessel beam focus zone.
  • the imaging unit 111 can comprise one or more translation units.
  • a translation unit 125A (z. B. axial displacement table) for displacing the lens 113
  • a translation unit 125B for displacing the detector surface 115A or the camera 115
  • a translation unit 125C for the common displacement of lens 113 and detector surface 115A or camera 115 are indicated in FIG.
  • the translation units 173A to 125C are preferably aligned in such a way that the displacement takes place along the imaging axis 117 and in particular with respect to the stop 121.
  • the translation is exemplified by a translation arrow 125 ‘.
  • the translation unit 125A can be designed to adjust a distance between the lens 113 and the focus zone formation area 106 along the imaging axis 117.
  • the translation unit 125A can be formed for moving a lens focus position assigned to the lens 113 with respect to the Bessel beam focus zone.
  • a translation unit 125B can be designed for setting a distance between the lens 113 and the detector surface 115A in order to position the detector surface 115A outside of the intermediate focus 123.
  • a translation unit 125C can be used to set the distance from lens 113 and detector surface 115A to the focus zone formation area 106 (with mounted workpiece imitations, the distance to exit surface 103B) while maintaining an imaging situation between lens 113 and detector surface 115A.
  • the common displacement can be used to adjust the diameter of the beam profile on the detector upper surface 115A. It also makes it possible to bring the measurement focus zone 107 into the focus of the lens 113 when a geometry of the measurement focus zone is to be measured.
  • a rotation unit 131 is indicated in Figure 3, which allows an alignment of the imaging unit 111, in particular the target axis 110 / imaging axis 117, to an incidence beam axis 21 and thus an adjustment of the angle ⁇ .
  • the rotation is exemplified by a rotation arrow 13V.
  • the optical components of the imaging unit 111 and the stop 121 for the imitation workpiece 103 are mounted on a common base plate 127.
  • the entire unit comprising the imitation workpiece and the imaging unit 111 can be adjusted along the incident beam axis 21 with a further translation unit 133 at a distance from the processing optics 3.
  • further alignment stops 135 A, 135B are indicated in FIG. 3 by way of example, which can be provided on a workpiece holder of the laser processing machine 1 in order to position the device 101 with respect to the processing optics 3.
  • the stops 135A relate to a positioning of the device 111 in the Z direction and the stops 135B to a positioning of the device 111 in the X / Y direction.
  • the positioning of the device 111 in the X / Y direction aligns the entry area with the target beam position / position of the laser beam 5A emerging from the processing optics 3.
  • one (or more) alignment stops 135 A, 135 B in the X, Y or Z direction can also be provided.
  • beam profiles recorded with the camera 115 can be used. Before given, the detector surface 115A is aligned perpendicular to the imaging axis 117. Correction information for setting the position of the optical components of the processing optics 3 can be provided by visual or automated evaluation of the recordings during a manual or automated setting of the positions of the optical elements of the processing optics 3.
  • FIG. 4 (a) shows a recording 140 with the camera 115 of a beam profile 141 impinging on the detector surface 115A, as is the case with a correct adjustment.
  • the beam profile 141 is rotationally symmetrical and represents a homogeneous intensity ring.
  • the position of the imaging axis 117 in the center of the beam profile 141 is indicated in FIG. 4 (a).
  • the beam profile 141 represents a target beam profile that is to be achieved by setting the position of the beam-shaping optical unit 11 and the focusing lens unit 13 accordingly.
  • FIGS. 4 (b) to 4 (d) show exemplary beam profiles which require readjustment of the beam-shaping optical unit and / or the focusing lens unit.
  • FIG. 4 (b) shows a deformed, but largely homogeneous intensity ring 143 A.
  • FIG. 4 (c) shows a symmetrical intensity ring 143 B, the intensity distribution varying azimuthally over the ring.
  • FIG. 4 (d) shows a beam profile in which the thickness of an annular intensity region 143C varies.
  • the processing optics 103 are adjusted with the aim of forming a beam profile 141 as shown in FIG. 4 (a) on the detector surface 115A.
  • FIG. 5 illustrates the use of an imitation workpiece 103 for the machining geometry shown in FIG. 2 (b).
  • the imitation workpiece 103 has an entry surface 103A ', which is at least in a section 151 a surface curved in one direction.
  • the entry surface 3 A ‘can for example be designed as a cylinder jacket surface.
  • the curvature can be seen in the schematic sectional illustration.
  • the annular machining laser beam 5 A will propagate differently in the direction of the curvature in the workpiece to be machined and also in the workpiece imitation 103 103 than in the direction in which there is no curvature.
  • the beam-shaping optical unit 11 in used in the processing optics 3 will make a phase imprint on the laser beam 5, which imposes a corresponding aberration correction.
  • This example again shows that, in addition to positioning the components of the beam-shaping optics unit 1 V, they also need to be correctly aligned at an angle around the optical axis in order to bring the beam-shaping optics 1 V into line with the alignment of the workpiece to be processed.
  • the measurement focus zone 107 ' is formed orthogonally to a tangential plane. Accordingly, an exit surface 103B 'of the work piece imitation 103 is parallel to this tangential plane.
  • the geometry shown in Figure 5 is an example of a machining geometry in which a nominal axis of a Bessel beam focus zone runs orthogonally to a tangential plane, where the tangential plane at an impact point of the entry surface at which the machining laser beam along the incident beam axis the imitation workpiece hits, is clamped with respect to the workpiece to be machined or the imitation workpiece.
  • phase corrections are made with the beam-shaping optical unit have to. These phase corrections can also be taken into account during the adjustment given a correspondingly orthogonal alignment of the exit surface of the imitation workpiece.
  • FIG. 6 shows that the device 101 can also be used for the adjustment of processing optics with a beam-shaping optics unit if, for example, a plane-parallel plate with a Bessel beam focus zone is to be processed.
  • the adjustment can be made with or without (plane-parallel) imitation workpiece 161 (shown in dashed lines) who.
  • FIG. 6 shows that an entry surface 161A of the workpiece imitation 161 (at least) in the entry area of the machining laser beam 5A is designed as a flat surface. With the assumed orthogonal course of the incident beam axis to the entrance surface, the exit surface runs parallel to the entrance surface.
  • FIG. 7 illustrates the use of the device 101 in the measurement of a measurement focus zone using the example of the plane-parallel workpiece imitation 161 of FIG. 6.
  • the device 101 enables the intensity profile in the measurement focus zone 107 to be scanned and thus, for example, the determination of the actual Length of the Bessel beam focus zone in the workpiece - 1 mil / workpiece by scanning the imaging unit 111 along the imaging direction 117.
  • the imaging direction 117 and the incident beam axis 21 coincide by way of example.
  • the arrangement of lens 113 and camera 115 in imaging unit 111 has a greater distance between lens 113 and the imitation workpiece 161 / the measurement focus zone 107.
  • the measuring laser radiation 105 converges on the detector surface 115A; it can be seen in FIG. 7 that the diameter of the annular intensity distribution along the imaging axis 117 between lens 113 and camera 115 decreases.
  • the detector 115 is positioned in the focus of the converging measurement laser beam.
  • the setting of the imaging unit 111 shown in FIG. 7 for measuring the measurement focus zone 107 corresponds to a second operating setting for checking the phase imprint and the resulting focus zone for a phase imprint with the beam-shaping element.
  • the translation units 125A to 125B explained in FIG. 3 can be used to position lens 113 and detector 115. Starting from an alignment of the imaging axis 117 to the incident beam axis 21 made for the adjustment of the machining head 3, usually no adjustment of the angular position for the second operational setting is to be made.
  • the translation unit 125C (see FIG. 3) can be used, for example, to move the lens 113 and detector 115 together along the imaging axis 117.
  • a beginning 171A and an end 171B of the measurement focus zone 107 can be determined in order to e.g. B. to detect or check the exact position and length of the measurement focus zone 107.
  • the imaging unit 111 can be used, for example, for measuring measurement focus zones such as those shown in FIGS. 3 and 5.
  • FIG. 8 shows an exemplary flow chart for the first operating setting explained in connection with FIG. 3 and the second operating setting of the device 101 explained in connection with FIG. 7.
  • FIG. 8 relates to the method for adjusting the processing optics, with a method for measuring a focus zone optionally being attached (or being carried out independently).
  • a first step 201 the processing optics and the device are pre-adjusted so that a laser beam from the laser beam source experiences a phase imprint and is focused by the focusing lens unit as a processing laser beam in a focus zone formation area along an incident beam axis. If an imitation workpiece is used, the focus zone formation area comprises the imitation workpiece and the focusing and formation of the measurement focus zone takes place in the imitation workpiece.
  • the imitation workpiece can be aligned in such a way that the machining laser beam is incident along an incident beam axis assigned to the device and, in particular, strikes the imitation workpiece at an angle of incidence ⁇ .
  • a far field of a measuring laser radiation is imaged on an analysis plane.
  • the measuring laser radiation corresponds to the residual radiation of the machining laser beam passed through the imitation workpiece.
  • the device disclosed herein can be used for an adjustment of machining optics of a laser processing machine in order to map the far field of the measuring laser radiation onto the analysis plane.
  • step 207 the position of the beam-shaping optical unit and optionally the position of the focusing lens unit are adjusted (i.e. adjusted and, in particular, their positions aligned) in such a way that an essentially rotationally symmetrical beam profile of the measuring laser radiation is in the analysis plane results.
  • FIG. 8 also shows a step 209 of a method for measuring a length of a measurement focus zone in an imitation workpiece, which is to be produced in a workpiece with a laser processing machine for material processing.
  • the measurement focus zone can be created by focusing, in particular from the imitation workpiece exiting, measuring laser radiation can be scanned with a lens on an analysis plane while moving the lens along the target direction.
  • the device disclosed herein for an adjustment of processing optics of a laser processing machine can in turn also be used to focus the measuring laser radiation on the analysis plane (step 211).
  • the entrance surface (103 A) is assigned an optionally aberration-causing incident beam axis (21) for the incident processing laser beam (5A),
  • the incident beam axis (21) is assigned a target axis (110) running through the adjustment element (103) for the preset Bessel beam focus zone (7) and
  • the planar exit surface (103B) is aligned perpendicular to the nominal axis (110), and an imaging unit (111) which has a lens (113) and a camera (115) which are aligned with respect to an imaging axis (117), wherein the lens (113) for imaging a measuring laser beam (105) which emerges from the adjustment element (103) is provided along the imaging axis (117) on a detector surface (115A) of the camera (115) and the imaging axis (117) is aligned perpendicular to the planar exit surface (103B).
  • the entry surface (103 A) can be designed as a flat surface which, with the exit surface (103 B), is at an angle in the range from 0 ° to 45 °, or in the range from 0 ° to 32 °, in particular in the range of 10 ° to 30 ° or 10 ° to 26 °.
  • the nominal axis (110) can be a tangential plane (T) at an impact point (109) of the entry surface (103 A), at which the machining laser beam (5A) along the incidence beam axis (21) hits the adjustment element (103) , run orthogonally or non-orthogonally.
  • the incident beam axis (21) can optionally be at an angle in the range from 0 ° to 50 ° or from 0 ° to 45 °, in particular in the range from 10 ° to 30 ° or from 20 ° to 40 °, to a normal vector (N) of the tangential plane (T).
  • a system for adjusting processing optics (3) in a laser processing machine (1), the processing optics (3) for generating a preset Bessel beam focus zone (7) in an essentially transparent workpiece (9) by imprinting a phase curve on a Laser beam (5) comprising: the laser processing machine (1), which has a laser beam source (2) for generating the laser beam (5) and the processing optics (3), and a device (101) according to one of the preceding claims, which an adjustment element (103) and an imaging unit (111), the processing optics (103) having an optics unit (11) that forms a beam with an optional aberration correction and a focusing lens unit (13),
  • the optical unit (11) is set up together with the focusing lens unit (13) to shape the laser beam (5) into a processing laser beam (5A) which propagates along an incident beam axis (21) and which is used to form the preset Bessel beam focus zone ( 7) can lead in the workpiece (9) to be machined along a target axis (110), and
  • the laser processing machine (1) further comprises a first holder (15) in which the optical unit (11) is held laterally positionable with respect to the laser beam (5), and the adjustment element (103) of the device (101) is positioned and aligned with respect to the processing optics (103) in such a way that a processing laser beam (5A), which falls along the incident beam axis (21) on the adjustment element (103) instead of the workpiece (9) to be processed, is used as a measuring laser beam (105) emerges from the adjustment element (103) so that a far field of the measuring laser beam (105) is formed on a detector surface of the device (101).
  • the laser processing machine (1) can further comprise a second holder (17) in which the focusing lens unit (13) is held laterally positionable with respect to the optics unit (1
  • the optical unit (11) can be a flat diffractive optical element which is designed to impress a Bessel beam-shaping phase on the laser beam (5) via a beam profile of the laser beam (5).
  • a thickness of the adjustment element (103) can be determined based on a predetermined point of impact (109) of the preset Bessel beam focus zone (7) along the target axis (110) of at least a length of the preset Bessel beam focus zone (7) correspond.
  • a method for adjusting processing optics (3) in a laser processing machine (1) the processing optics (3) having a beam-shaping optical unit (11) and a focusing lens unit (13), the optical unit (11) being in the beam path of a laser beam (5)
  • Laser processing machine (1) is positioned with a first holder (11 A) and is designed for phase imprinting on a lateral beam profile of the laser beam (5), the phase imprint optionally having an aberration correction phase component that is designed to precompensate an aberration that occurs during Entry into a workpiece (9) to be machined is given at a predetermined point of incidence (109) at a predetermined angle of incidence, so that when the processing optics (3) with the focusing lens unit (13) are correctly adjusted, a predetermined point of incidence (109) is below a Processing laser beam (5A) impinging in front of the given angle of incidence and in the workpiece (9) a preset Bessel beam focus zone (7) can be generated, and wherein a device (101) according to one of claims 1 to 10, which comprises an adjustment element
  • step 201 the processing optics (3) and the device (101) so that a laser beam (5) experiences a phase imprint and is focused by the focusing lens unit (13) onto the adjustment element (103) as a processing laser beam (5A),
  • step 203 Aligning (step 203) the adjustment element (103) in such a way that the machining laser beam (5A) strikes the adjustment element (103) along an incident beam axis (21) of the device (101) in accordance with the optionally provided aberration correction phase component, Imaging (step 205) of a far field of a measuring laser beam (105) emerging from the adjustment element (103) onto an analysis plane and
  • step 207 Adjusting (step 207) the position of the optical unit (11) and optionally the focusing lens unit (13) such that a substantially rotationally symmetrical beam profile (131) of the measuring laser beam (105) results in the analysis plane.
  • the beam-shaping optical unit can be positioned in the beam path of the laser beam and designed for phase imprinting on a lateral beam profile of the laser beam, the phase imprinting having an aberration correction phase component that is designed to precompensate an aberration that the When entering the workpiece to be machined or the adjustment element at a predetermined starting position, the laser beam experiences a predetermined angle of incidence, so that with a correct adjustment of the processing optics by focusing the phase-imprinted laser beam into the material at the predetermined starting position at the predetermined angle of incidence, the desired Bessel Beam focus zone is generated and in particular an intensity ring is formed in the far field on the detector surface, which is rotationally symmetrical in shape and intensity.
  • the nominal axis can correspond to a longitudinal axis of the desired besel beam focus zone in the adjusted state.
  • an independent system of adjustment element and objective and optionally the detector is formed in a housing or on an adjustment plate.
  • the adjustment of the surface to the beginning of the Intensi ity zone can be included in the adjustment.
  • “self-healing” can take place from the surface when the Bessel beam focus zone is formed and the aberration correction can be provided for the start of the intensity zone on the surface.
  • the imitation workpiece is optically (essentially) transparent in the wavelength range of the laser beam and preferably has optical properties such as refractive index and transparency that are comparable to the workpiece to be processed.
  • the imitation workpiece consists of a material with a refractive index of refraction that is in a wavelength spectrum of the laser beam is comparable to a refractive index of refraction of the workpiece to be machined.
  • a refractive index of refraction of the material of the workpiece imitation is related to the refractive index of refraction of the workpiece to be machined, for. B. comparable if the refractive index of refraction of the material of the workpiece imitation from the refractive index of refraction of the workpiece to be machined in the wavelength spectrum of the laser light by z. B. differs less than 5% or less than 10%.
  • the entry surface of the imitation workpiece has a geometry which corresponds to a geometry of a workpiece surface of a workpiece to be machined in a region of the surface through which the machining beam enters the workpiece. Furthermore, starting from a predetermined point of impact for a Bessel beam focus zone along the target axis, a thickness of the imitation workpiece can correspond to at least one length of the preset Bessel beam focus zone.
  • a marking can be provided on the entry surface 103A to simplify the alignment of the processing laser beam 5A on the imitation workpiece.

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Abstract

Eine Vorrichtung (101) wird für eine Justage einer Bearbeitungsoptik (3) einer Laserbearbeitungsmaschine (1) offenbart, wobei die Bearbeitungsoptik (3) dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl (5) in der Laserbearbeitungsmaschine (1) derart zu formen und entlang einer Einfallsstrahlenachse (21) zu fokussieren, dass ein Bearbeitungslaserstrahl (5A) eine voreingestellte Bessel-Strahl-Fokuszone (7) in einem zu bearbeitenden Werkstück (9) ausbilden kann. Die Vorrichtung (101) umfasst einen Eintrittsbereich (104) zum Aufnehmen des Bearbeitungslaserstrahls (5A), einem Fokuszonen-Ausbildungsbereich (106), der dazu vorgesehen ist, eine Ausbildung einer Mess-Fokuszone (107) durch den aufgenommenen Bearbeitungslaserstrahl (5A) entlang einer Soll-Achse (110) zu ermöglichen, und eine Abbildungseinheit (111), die eine Linse (113) und eine Detektoroberfläche (115A) aufweist, wobei die Linse (113) Messlaserstrahlung (105), die nach Ausbildung der Mess-Fokuszone (107) den Fokuszonen-Ausbildungsbereich (106) verlässt, entlang einer durch die Soll-Achse (110) vorgegebenen Abbildungsachse (117) auf die Detektoroberfläche (115A) abbildet.

Description

JUSTAGE- VORRICHTUNG FÜR EINE BESSEL-STRAHL-BEARBEITUNGSOPTIK
UND VERFAHREN
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Justage einer Bearbeitungsoptik einer Laserbearbeitungsmaschine, die insbesondere eine Bessel-Strahl-Fokuszone in einem zu bearbeitenden Werkstück ausbildet. Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Justage einer Bearbeitungsoptik und ein Verfahren zum Justieren einer Bearbeitungsoptik in einer Laserbe arbeitungsmaschine.
Beispielhafte optische Systeme zur Strahlformung hinsichtlich der Ausbildung von Bessel- Strahlen sind z. B. in der WO 1216/079062 Al offenbart. Zugrundeliegende Optikkonzepte können für die Strahlformung eine Phasenaufprägung auf einen einfallenden Laserstrahl in einer sogenannten Bearbeitungsoptik durchführen. Diese Phasenaufprägung kann dabei eine Korrektur von Aberrationen berücksichtigen, wie sie z. B. durch ein zu bearbeitendes Werk stück verursacht werden. Beispielsweise führen geneigte oder zylindrische Glas-Werkstücke zu Phasenbeiträgen, die bei der Phasenaufprägung zu berücksichtigen sind, da ansonsten der Bessel-Strahl im Werkstück nicht in der beabsichtigten Weise ausgebildet wird. Allerdings sind derartige in Bearbeitungsoptiken umgesetzte Optikkonzepte schwer zu justieren, da Jus tage-Merkmale wie Homogenität oder Symmetrie des Strahls aufgrund der in die Strahlfor mung aufgenommene Aberrationskorrektur nach dem Werkstück nicht mehr vorliegen und so nicht zur Justage genutzt werden können. Somit wird die korrekte Ausrichtung von z.B. strahlformenden Elementen und Fokussierlinsen in der Bearbeitungsoptik erschwert.
Einem Aspekt dieser Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Justieren einer Bearbei tungsoptik in einer Laserbearbeitungsmaschine zu vereinfachen. Eine weitere Aufgabe liegt darin, Informationen über eine insbesondere im Material ausgebildete Bessel-Strahl- Fokuszone wie deren Länge gewinnen zu können.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch eine Vorrichtung für eine Justage einer Bearbeitungsoptik nach Anspruch 1, durch ein System zur Justage einer Bearbeitungsoptik in einer Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 12, durch ein Verfahren zum Justieren einer Bearbeitungsoptik nach Anspruch 19 und durch ein Verfahren zum Vermessen einer Bessel- Strahl-Fokuszone nach Anspruch 20. In einem Aspekt umfasst eine Vorrichtung für eine Justage einer Bearbeitungsoptik einer La serbearbeitungsmaschine, wobei die Bearbeitungsoptik dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl in der Laserbearbeitungsmaschine derart zu formen und entlang einer Einfallsstrahlenachse zu fokussieren, dass ein Bearbeitungslaserstrahl eine voreingestellte Bessel-Strahl-Fokuszone in einem zu bearbeitenden Werkstück ausbilden kann. Die Vorrichtung umfasst: einen Eintrittsbereich zum Aufnehmen des Bearbeitungslaserstrahls, einen Fokuszonen- Ausbildungsbereich, der dazu vorgesehen ist, eine Ausbildung einer Mess-Fokuszone durch den aufgenommenen Bearbeitungslaserstrahl entlang einer Soll-Achse zu ermöglichen, und eine Abbildungseinheit, die eine Linse und eine Detektoroberfläche aufweist, wobei die Linse Messlaserstrahlung, die nach Ausbildung der Mess-Fokuszone den Fokuszonen- Ausbildungsbereich verlässt, entlang einer durch die Soll-Achse vorgegebenen Abbildungs achse auf die Detektoroberfläche abbildet.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Offenbarung ein System zur Justage einer Bearbei tungsoptik in einer Laserbearbeitungsmaschine, wobei die Bearbeitungsoptik zur Erzeugung einer voreingestellten Bessel-Strahl-Fokuszone in einem im Wesentlichen transparenten Werkstück durch Aufprägung eines Phasenverlaufs auf einen Laserstrahl ausgebildet ist. Das System umfasst die Laserbearbeitungsmaschine, die eine Laserstrahlquelle zur Erzeugung des Laserstrahls und die Bearbeitungsoptik aufweist, und eine wie zuvor beschriebene Vorrich tung, die eine Abbildungseinheit und optional ein Werkstück-Imitat umfasst. Die Bearbei tungsoptik weist eine strahlformende Optikeinheit und eine Fokussierlinseneinheit auf, wobei die strahlformende Optikeinheit für die Bearbeitung des Werkstücks, das eine Werkstückober fläche aufweist, deren Geometrie der Geometrie einer Eintrittsoberfläche des Werkstück- Imitats entspricht, ausgebildet ist und wobei die strahlformende Optikeinheit zusammen mit der Fokussierlinseneinheit zur Strahlformung des Laserstrahls in einen sich entlang einer Ein fallsstrahlenachse ausbreitenden Bearbeitungslaserstrahl eingerichtet ist, der zur Ausbildung der voreingestellten Bessel-Strahl-Fokuszone in dem zu bearbeitenden Werkstück entlang einer Soll-Achse führen kann. Die voreingestellte Bessel-Strahl-Fokuszone erstreckt sich aus gehend von einem Auftreffpunkt auf der, insbesondere geneigten oder gekrümmten, Werk stückoberfläche in das zu bearbeitende Werkstück entlang einer Soll-Achse hinein. Die Laser bearbeitungsmaschine umfasst ferner eine erste Halterung, in der die stahlformende Optikein heit bezüglich des Laserstrahls lateral positionierbar gehalten wird. Die Vorrichtung ist derart bezüglich der Bearbeitungsoptik positioniert und eingerichtet, dass der Bearbeitungslaser- strahl, der entlang einer Einfallsstrahlenachse in die Vorrichtung eintritt, als Messlaserstrah lung im Fernfeld auf einer Detektoroberfläche der Abbildungseinheit auftrifft.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Offenbarung ein Verfahren zum Justieren einer Bear beitungsoptik in einer Laserbearbeitungsmaschine, wobei die Bearbeitungsoptik eine strahl formende Optikeinheit und eine Fokussierlinseneinheit aufweist, wobei die Optikeinheit im Strahlengang eines Laserstrahls der Laserbearbeitungsmaschine mit einer ersten Halterung positioniert ist und für eine Phasenaufprägung auf ein laterales Strahlprofil des Laserstrahls ausgebildet ist, sodass bei einer korrekten Justage der Bearbeitungsoptik mit der Fokussierlin seneinheit für einen an einem vorgegebenen Auftreffpunkt unter einem vorgegebenen Ein fallswinkel auftreffender Bearbeitungslaserstrahl im Werkstück eine Bessel-Strahl -Fokuszone erzeugt wird. Das Verfahren umfasst die Schritte:
Vorjustieren der Bearbeitungsoptik und der Vorrichtung, sodass der Laserstrahl eine Phasenaufprägung erfährt und von der Fokussierlinseneinheit als Bearbeitungslaserstrahl in einen Fokuszonen- Ausbildungsbereich, insbesondere in das optionale Werkstück-Imitat, fo kussiert wird,
(als optionalen Schritt) Ausrichten des Werkstück-Imitats derart, dass der Bearbei tungslaserstrahl entlang einer Einfallsstrahlenachse in die Vorrichtung einfällt und insbeson dere auf das Werkstück-Imitat auftrifft,
Abbilden eines Fernfeldes einer, insbesondere aus dem Werkstück-Imitat austretenden, Messlaserstrahlung auf eine Analyseebene und
Justieren der Position der strahlformenden Optikeinheit und optional der Fokussierlin seneinheit derart, dass sich ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Strahlprofil der Messlaserstrahlung in der Analyseebene ergibt.
Optional kann die hierin beschriebene Vorrichtung, die eine Abbildungseinheit und optional ein Werkstück-Imitat umfasst, eingestellt werden, um das Fernfeld der Messlaserstrahlung auf die Analyseebene abzubilden.
In einem weiteren Aspekt umfasst die Offenbarung ein Verfahren zum Vermessen einer Bes sel-Strahl -Fokuszone, insbesondere einer Länge einer Bessel-Strahl-Fokuszone, die mit einer Laserbearbeitungsmaschine in einem Werkstück erzeugt werden soll, wobei die Laserbearbei tungsmaschine eine Bearbeitungsoptik mit einer strahlformende Optikeinheit und einer Fokus sierlinseneinheit aufweist, wobei die Optikeinheit für eine Phasenaufprägung auf ein laterales Strahlprofil eines Laserstrahls ausgebildet ist, sodass für einen aus der Fokussierlinseneinheit austretenden und an einem vorgegebenen Auftreffpunkt unter einem vorgegebenen Einfalls winkel auftreffender Bearbeitungslaserstrahl im Werkstück eine voreingestellte Bessel-Strahl- Fokuszone entlang einer Soll-Richtung erzeugt wird. Das Verfahren umfasst die Schritte:
(als optionalen Schritt) Justieren einer Bearbeitungsoptik nach dem zuvor beschriebe nen Verfahren, sodass ein Bearbeitungslaserstrahl in einen Fokuszonen- Ausbildungsbereich, insbesondere in das optionale Werkstück-Imitat, unter Ausbildung einer Mess-Fokuszone fo kussiert wird, und
Abtasten der Mess-Fokuszone durch Fokussieren der, insbesondere aus dem Werk stück-Imitat austretenden, Messlaserstrahlung mit einer Linse auf eine Analyseebene unter Verschieben der Linse entlang einer Abbildungsachse.
Optional kann die hierin beschriebene Vorrichtung, die eine Abbildungseinheit und optional ein Werkstück-Imitat umfasst, zum Fokussieren der Messlaserstrahlung auf die Analyseebene eingestellt werden.
In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung kann die Linse und die Detektoroberfläche entlang der Abbildungsachse angeordnet sein und die Detektoroberfläche kann Teil einer Ka mera sein. Insbesondere kann der Linse eine Linsenachse zugeordnet werden, die parallel zur Abbildungsachse verläuft und/oder die Detektoroberfläche sich in einer Ebene erstreckt, zu der die Abbildungsachse senkrecht verläuft.
In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung kann die Abbildungseinheit ferner einen An schlag für eine Montage eines Werkstück-Imitats aufweisen, wobei der Anschlag eine An schlagfläche in einer vorbestimmten Ausrichtung zur Abbildungsachse definiert. Die An schlagfläche kann insbesondere für eine orthogonale Ausrichtung einer planen Austrittsober fläche des Werkstück-Imitats zur Soll-Achse vorgesehen sein.
In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung kann die Abbildungseinheit umfassen:
- eine Translationseinheit zur Verschiebung der Linse entlang der Abbildungsachse,
- eine Translationseinheit zur Verschiebung der Detektoroberfläche entlang der Abbil dungsachse und/oder
- eine Translationseinheit zur gemeinsamen Verschiebung der Linse und der Detektor oberfläche entlang der Abbildungsachse. Optional kann mindestens eine der Translationseinheiten zum Einstellen eines Abstands der jeweiligen Komponente zum Fokuszonen-Ausbildungsbereich, insbesondere zu einem An schlag zur Montage eines Werkstück-Imitats, eingerichtet sein.
In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner eine Rotationseinheit aufweisen, die zur drehbaren Lagerung der Abbildungseinheit ausgebildet ist, um eine Drehung der Ab bildungsachse hinsichtlich der Einfallsstrahlenachse bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung ferner ein Werkstück-Imitat als Justage- Element aufweisen, das eine Eintrittsoberfläche und eine plane Austrittsoberfläche aufweist und im Fokuszonen-Ausbildungsbereich derart angeordnet ist, dass
- die plane Austrittsoberfläche senkrecht zur Soll-Achse ausgerichtet ist,
- die Eintrittsoberfläche an einem Auftreffpunkt, an dem der Bearbeitungslaserstrahl entlang der Einfallsstrahlenachse auf das Werkstück-Imitat trifft, derart zur Einfallsstrahlenachse an geordnet ist, dass die durch das Werkstück-Imitat verlaufende Soll-Achse in einer vorgegebe nen Richtung verläuft, die insbesondere durch die voreingestellte Bessel-Strahl-Fokuszone gegeben ist.
In Weiterbildungen kann die Abbildungseinheit ferner einen Anschlag zur Montage des Werkstück-Imitats aufweisen, wobei der Anschlag eine Anschlagfläche zur Montage des Werkstück-Imitats in einer Position, in der die Austrittsoberfläche senkrecht zur Abbildungs achse ausgerichtet ist, definiert. Zusätzlich oder alternativ kann die Ausrichtung der Soll- Achse zur Einfallsstrahlenachse durch einen refraktiven Brechungsindex des Werkstück- Imitats gegeben sein und insbesondere bezüglich eines Auftreffpunkts des Laserstrahls ent lang der Einfallsstrahlenachse festgelegt werden.
In Weiterbildungen kann die Eintrittsoberfläche abschnittsweise eine Zylindermantelform ausbilden. Optional kann bei radialem Verlauf der Einfallsstrahlenachse zur Zylindermantel form die plane Austrittsoberfläche senkrecht zur Einfallsstrahlenachse verlaufen.
In Weiterbildungen kann die Soll-Achse zu einer Tangentialebene am Auftreffpunkt der Ein- trittsoberfläche orthogonal oder nicht orthogonal verlaufen. Ferner kann die Einfall sstrah- lenachse optional unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 50°, insbesondere im Bereich von 20° bis 40°, zu einem Normalenvektor der Tangentialebene verlaufen.
In einigen Ausführungsformen der Vorrichtung die Abbildungseinheit in einer ersten Be triebseinstellung dazu eingerichtet sein, ein transversales Strahlprofil der Messlaserstrahlung im Fernfeld zu erfassen, und in einer zweiten Betriebseinstellung dazu eingerichtet sein, durch Positionieren der Linse und der Kamera einen Anfang oder ein Ende einer, insbesondere im Werkstück-Imitat, ausgebildeten Mess-Fokuszone auf die Detektoroberfläche abzubilden.
In einigen Ausführungsformen des Systems kann das Werkstück-Imitat der Vorrichtung derart bezüglich der Bearbeitungsoptik positioniert und ausgerichtet sein, dass der Bearbeitungsla serstrahl, der entlang der Einfallsstrahlenachse auf das Werkstück-Imitat fällt, als die Messla serstrahlung aus dem Werkstück-Imitat austritt.
In einigen Ausführungsformen des Systems kann die Laserbearbeitungsmaschine ferner eine zweite Halterung umfassen, in der die Fokussierlinseneinheit bezüglich der Optikeinheit late ral und optional entlang einer optischen Achse der Fokussierlinseneinheit positionierbar ge halten wird.
In einigen Ausführungsformen des Systems kann eine Kamera der Abbildungseinheit zum Ausgeben einer Bildaufnahme eines Strahlprofils im Fernfeld der aus dem Werkstück-Imitat austretenden Messlaserstrahlung ausgebildet sein.
In einigen Ausführungsformen des Systems kann die strahlformende Optikeinheit ein flächig ausgebildetes diffraktives optisches Element umfassen, das dazu ausgebildet ist, dem Laser strahl eine zweidimensionale Bessel-Strahl-formende Phasenverteilung aufzuprägen.
In einigen Ausführungsformen des Systems kann ferner im justierten Zustand der Bearbei tungsoptik die erste Halterung die strahlformende Optikeinheit derart positioniert sein und die zweite Halterung die Fokussierlinseneinheit derart positioniert sein, dass das Strahlprofil des Fernfelds auf der Detektoroberfläche im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Abbildungs achse ist. In einigen Ausführungsformen des Systems kann ein Bereich, in dem die Geometrie der Ein- trittsoberfläche des Werkstück-Imitats der Geometrie der Werkstückoberfläche des zu bear beitenden Werkstücks entspricht, der der voreingestellten Bessel-Strahl -Fokuszone zugrunde liegt, derart bemessen sein, dass eine Ausbildung einer Mess-Fokuszone im Werkstück-Imitat im Wesentlichen über eine Länge der voreingestellten Bessel-Strahl-Fokuszone erfolgt.
Die hierin vorgeschlagenen Konzepte ermöglichen die Justage einer Bearbeitungsoptik, mit dem Ziel trotz aberrationsverursachender Geometrie eines zu bearbeitenden Werkstücks eine ungestörte Ausbildung einer Bessel-Strahl-Fokuszone in einem Werkstück zu gewährleisten. Überdies lässt sich mit den hierin vorgeschlagenen Konzepten die Bessel-Strahl-Fokuszone, wie sie in einem Werkstück ausgebildet wird, vermessen.
Ein möglicher modularer Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt ferner die Verwendung unterschiedlicher Werkstück-Imitate mit derselben Abbildungseinheit.
Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung einer Laserbearbeitungsmaschine zur
Materialbearbeitung mit einer Bessel-Strahl-Fokuszone,
Fig. 2(a)-2(c) schematische Ansichten zur Verdeutlichung von Bearbeitungsgeometrien von drei beispielhaften Werkstücken,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für eine Justage einer Bear beitungsoptik beispielhaft unter Verwendung eines keilförmigen Werkstück- Imitats für die Bearbeitungsgeometrie nach Fig. 2(a),
Fig. 4(a)-4(d) beispielhafte schematische Ansichten von Strahlprofilen auf einer Detektor oberfläche einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für die Justage einer Bearbei tungsoptik unter Verwendung eines Werkstück-Imitats mit einer gekrümmten Oberfläche für die Bearbeitungsgeometrie nach Fig. 2(b), Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für eine Justage einer Bear beitungsoptik unter Verwendung eines Werkstück-Imitats mit planparallelen Oberflächen für die Bearbeitungsgeometrie nach Fig. 2(c),
Fig. 7 eine Skizze zur Verdeutlichung der Vermessung einer Länge einer Bessel-
Strahl -Fokuszone in einem Werkstück-Imitat mit planparallelen Oberflächen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 8 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung von Einstellungsmoden, in denen die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommen kann.
Die hierin beschriebenen Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass sich bei der Be arbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl optische Bedingungen ergeben können, die eine Kompensation von aberrationsverursachenden Einflüssen optischer Komponenten und insbesondere des zu bearbeitenden Werkstücks erforderlich machen. Diese Kompensation in der Phasenverteilung über das zweidimensionale laterale Strahlprofil kann in eine Bearbei tungsoptik integriert werden. Die Erfinder haben erkannt, dass durch die Phasenkompensation eine Justage der spezifisch angepassten Bearbeitungsoptik erschwert wird. Die Justage kann trotzdem vorgenommen werden, wenn erfindungsgemäße, entsprechend aberrationsverursa chende optische Elemente, hierin Werkstück-Imitate genannt, bei der Justage und zur Analyse des Strahlverlaufs verwendet werden. Dabei wird das Werkstück-Imitat derart im Strahlen gang positioniert, dass sich im Werkstück-Imitat die gewünschte Bessel-Strahl -Fokuszone ausbildet. Das Werkstück-Imitat ist somit eintrittsseitig wie das zu bearbeitende Werkstück ausgebildet.
Zur Analyse der Bessel-Strahl-Fokuszone haben die Erfinder nun ferner erkannt, dass das Werkstück-Imitat austrittsseitig so ausgebildet werden kann, dass die aus dem Werkstück- Imitat austretende Laserstrahlung der Analyse zugänglich wird. Hierzu wird vorgeschlagen, die Austrittsseite des Werkstück-Imitats als eine plane Austrittsoberfläche auszubilden und die plane Austrittsoberfläche derart bezüglich der im Werkstück beabsichtigten Bessel-Strahl- Fokuszone auszurichten, dass eine Soll-Achse, die sich entlang einer wunschgemäß ausgebil deten Bessel-Strahl-Fokuszone erstreckt, senkrecht zur Austrittsoberfläche verläuft. Erfin dungsgemäß wird anschließend der aus der Austrittsoberfläche austretende Laserstrahl mithil fe einer Linse auf eine Detektoroberfläche abgebildet. Ferner haben die Erfinder erkannt, dass mit diesem vorgeschlagenen Optikkonzept Eigen schaften der Bessel-Strahl-Fokuszone vermessen werden können, wenn die Position der Linse entsprechend eingestellt wird. Die vorgeschlagenen Messkonzepte können dabei unter aberra tionsverursachenden optischen Konfigurationen, die den Einsatz eines Werkstück-Imitats er forderlich machen, als auch bei aberrationsfreien optischen Konfigurationen (z. B. auch ohne Werkstück-Imitat) eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Abtastung der Intensität in der Bessel-Strahl-Fokuszone durch Scannen (Verfahren) der Linse entlang der Soll-Achse, d. h. entlang der Strahlausbreitungsrichtung im Werkstück bei korrekter Justage, vorgenommen werden. Auf diese Weise kann die tatsächlich im Werkstück-Imitat vorliegende Länge der Bessel-Strahl-Fokuszone bestimmt werden. Diese Länge liegt dann auch im zu bearbeitenden Werkstück vor, vorausgesetzt die Eintrittsseite ist entsprechend konfiguriert, d.h. ausgebildet und ausgerichtet.
Ferner kann das vorgeschlagene Optikkonzept, insbesondere das Modul, dazu genutzt werden, um die optische Dicke eines planen Substrats oder die durch das Substrat auftretenden Aberra tionen durch die Vermessung der Ringbreite an einer Position bzw. die Intensität entlang der Fokuszone zu messen.
Allgemein kann das hierin vorgeschlagene Konzept zur Justage einer Bearbeitungsoptik einer Laserbearbeitungsmaschine mit einem System, das die aberrationsverursachenden Elemente und optional auch aberrationskorrigierende Elemente aufweist, umgesetzt werden. Die Justage der Bearbeitungsoptik kann beispielsweise auf einer Bildverarbeitung von Strahlprofil- Aufnahmen eines Detektors, der strahlabwärts der aberrationsverursachenden Elemente posi tioniert ist, basieren. Durch die „Werkstück-artig“ vorgenommene Kompensation der Aberra tion mit dem Werkstück-Imitat liegen einfache Justage-Merkmale wie die Symmetrie eines ringförmigen Strahlprofils vor.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen ein Werkstück-Imitat als optisches Justage-Element einzusetzen, das die Aberration kompensiert (in den nachfolgenden Figuren beispielhaft eine schräge Kante oder eine zylindrische Linse). Das Werkstück-Imitat dient der Imitation des geplanten Eintrittswinkels und der geplanten Eintrittsgeometrie, wie sie in der vorgenomme nen Aberrationskompensation im strahlformenden Element berücksichtigt wurde. Die Geo metrie und Formgebung des Werkstück-Imitats ermöglicht ferner einen orthogonalen Austritt aus einer planen Testoberfläche (Rückseite) des Werkstück-Imitats, sodass der Bessel-Strahl bei korrekter Justage wieder „richtig“ propagieren kann (ohne Aberrationskorrektor) und so die Symmetrie des Strahlprofils bewertet und zur Justage genutzt werden kann.
Das Konzept der Erfindung wird beispielhaft nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren weiter erläutert.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsmaschine 1, die zur Materi albearbeitung, beispielsweise zum Laserschneiden von transparenten Materialplatten oder zum Einbringen von Materialmodifikationen in transparente Materialien, ausgebildet ist.
Die Laserbearbeitungsmaschine 1 umfasst eine Laserstrahlquelle 2 zu Erzeugung eines pri mären Laserstrahls 5 sowie eine Bearbeitungsoptik 3. Die Bearbeitungsoptik 3 ist dazu ausge bildet, den Laserstrahl 5 derart zu formen, dass eine gewünschte Fokuszone 7 in einem Werk stück (siehe z. B. Werkstücke 9, 9‘, 9“ in Fig. 2) ausgebildet wird. Beispielsweise umfasst die Bearbeitungsoptik 3 eine strahlformende Optikeinheit 11 und eine Fokussierlinseneinheit 13 (auch als Bearbeitungsobjektiv bezeichnet). Beispielhaft ist in Figur 1 angedeutet, dass die strahlformende Optikeinheit 11 zur Phasenaufprägung einer Linse 11 A und eines Axicon 11B ausgebildet sein kann. Die strahlformende Optikeinheit 11 kann z. B. als ein flächig ausgebil detes diffraktives optisches Element, insbesondere als räumlicher Lichtmodulator (spatial light modulator SLM) oder als Phasenplatten, d. h. in der Phase einstellbar oder fest eingestellt, eine vorbestimmte zweidimensionale Phasenverteilung auf den einfallenden Laserstrahl 5, insbesondere über dessen transversales Strahlprofil, aufzuprägen. Hierzu wird beispielhaft auf die eingangs erwähnte WO 1216/079062 Al verwiesen.
Im Beispiel der Anordnung der Figur 1 bewirkt die strahlformende Optikeinheit 11 eine reale Bessel-Strahl -Fokuszone 7‘ strahlabwärts der strahlformenden Optikeinheit 11. Die Fokussier linse 13 (zusammen mit der aufgeprägten Phase der Linse 11 A) bildet diese reale Bessel- Strahl -Fokuszone 7‘ verkleinernd auf die Bessel-Strahl-Fokuszone 7 ab, sodass hohe Intensi täten in der Bessel-Strahl-Fokuszone 7 erzeugt werden, wie sie für eine beabsichtigte Materi albearbeitung eines Werkstücks erforderlich sind. Der aus der Bearbeitungsoptik 3 austretende Laserstrahl ist in Figur 3 beispielhaft als fokussierter Bessel-Strahl 5A angedeutet, der ein ringförmiges Strahlprofil ausbildet.
Figur 1 zeigt schematisch einen Verlauf 8 der Intensität I in der Bessel-Strahl-Fokuszone 7. Dabei wird angenommen, dass die Bearbeitungsoptik 3 derart ausgebildet ist, dass sich bei korrekter Justage die Bessel-Strahl -Fokuszone 7 entlang einer Soll-Achse (in Figur 1 in Z- Richtung) ausbildet. Die Bessel-Strahl -Fokuszone 7 kann sich über einige 100 gm erstrecken und so z. B. langgezogene Modifikationszonen im Material erzeugen.
Ferner erkennt man in Figur 1 eine Halterung 15 für die strahlformende Optikeinheit 11 und eine Halterung 17 für die Fokussierlinseneinheit 13. Die Halterungen 15, 17 können translato rische oder rotatorische Freiheitsgrade für die Justage bereitstellen. Beispielsweise kann die Halterung 15 beispielsweise eine Justage der strahlformenden Optikeinheit 11 in der X-Y- Ebene sowie eventuell eine Rotation der strahlformenden Optikeinheit 11 in der X-Y-Ebene ermöglichen. Die Halterung 17 kann beispielsweise eine Einstellung der Position der Fokus sierlinseneinheit 13 in der X-Y-Ebene sowie eventuell eine Translation der Fokussierlinsen einheit 13 in Z-Richtung erlauben.
Wird die Bessel-Strahl -Fokuszone 7 in einem Werkstück positioniert und der Laserstrahl 5 mit der erforderlichen Leistung eingekoppelt, wechselwirkt die Laserstrahlung in der Bessel- Strahl -Fokuszone 7 mit dem Material des Werkstücks und bewirkt die beabsichtigte Modifika tion der Material Struktur über die Länge der Bessel-Strahl -Fokuszone 7. Eine Aufreihung von eingebrachten Modifikationen im Werkstück kann z. B. für eine Trennung des Werkstücks in zwei Teile genutzt werden.
Die Ausbildung der Bessel-Strahl -Fokuszone 7 in Material kann jedoch beim Eintritt der La serstrahls 5A in das Werkstück durch den Verlauf der Oberfläche des Werkstücks und den Brechungsindex des Materials des Werkstücks beeinflusst werden, wenn die beim Eintritt hervorgerufenen Phasenbeiträge nicht berücksichtigt werden.
Wie beispielsweise in Figur 2(a) gezeigt wird, kann eine Materialbearbeitung mit einer Bes sel-Strahl -Fokuszone durchgeführt werden, die unter einem Winkel zu einer Eintrittsoberflä che 9A eines Werkstücks 9 verläuft. Beispielhaft sind in Figur 2(a) eine Aufreihung von ent sprechend erzeugten Modifikationen 19 im Werkstück 9 angedeutet. Die Modifikationen 19 im Werkstück 9 können zum Beispiel mit einer Sequenz von Laserpulsen in Kombination mit einer linearen Bewegung des Werkstücks 9 relativ zur Bessel-Strahl-Fokuszone erzeugt wer den. Ein schräger Einfall auf die Eintrittsoberfläche 9A führt jedoch zu einer astigmatischen Stö rung des sich im Werkstück 9 ausbreitenden Laserstrahls, wodurch auch das Interferenzver halten der Laserstrahlung beeinflusst wird. Zur Ausbildung einer ungestörten Bessel-Strahl- Fokuszone im Werkstück 9, die in ihrer Form der in Figur 1 gezeigten Bessel-Strahl- Fokuszone 7 entspricht, kann die astigmatische Störung durch Anpassen der Phasenaufprä- gung mit einer Aberrationskorrektur vorkompensiert werden. Diese Vorkompensation kann in der Anordnung der Figur 1 durch die strahlformende Optikeinheit 11 vorgenommen werden und beispielsweise in die zweidimensionale Phasenaufprägung einberechnet werden.
Figur 2(b) zeigt ein weiteres Beispiel für eine Astigmatismus erzeugende Werkstückgeometrie eines Werkstücks 9‘. Das Werkstück 9‘ weist eine in einer Richtung gekrümmte Eintrittsober fläche 9A‘ auf. Im beispielhaften Fall der Figur 2(b) sollen Modifikationen 19‘ in das Werk stück 9‘ orthogonal zu einer Tangentialebene T an die gekrümmte Eintrittsoberfläche 9A‘ (d. h. parallel zu einem Normalenvektor N der Tangentialebene T) eingebracht werden. Aufgrund der Krümmung der Eintrittsoberfläche 9A‘ in eine Richtung ist auch hier eine Aberrationskor rektur mit der strahlformenden Optikeinheit 11 derart vorzunehmen, dass die Laserstrahlung aberrationsfrei die Bessel-Strahl -Fokuszone im Werkstück 9‘ formt und die Modifikationen 19‘ wie gewünscht ausbildet.
Zur Vollständigkeit zeigt Figur 2(c) ein Werkstück 9“ mit einer planen Eintrittsoberfläche 9A“ und einer hierzu parallelen Austrittsoberfläche 9B“. Das somit planparallel ausgebildete Werkstück 9“ soll beispielsweise mit orthogonal zur Eintrittsoberfläche 9A“ verlaufenden Modifikationen 11“ versehen werden, wobei eine vorbestimmte Länge der Modifikationen 11“ im Material beabsichtigt ist und diese beispielsweise verifiziert werden soll.
Um eine gewünschte Ausbildung der Bessel-Strahl -Fokuszone im Werkstück gewährleisten zu können, ist eine korrekte Justage der strahlformenden Optikeinheit 11 und der Fokussier linseneinheit 13 erforderlich. Diese kann beispielsweise durch Einstellung der Halterungen 15, 17 erfolgen. Jedoch ist die Überprüfung der Justage bei aberrationsverursachenden Werk stückkonstellationen nicht immer möglich. Zum einen verhindern aberrationskompensierende Phasenaufprägungen die direkte Messung der Fokuszone des Laserstrahls 5A (ohne Werk stück). Zum anderen kann die aus dem Werkstück austretende Laserstrahlung rückseitig eine weitere Aberration erfahren, sodass auch die Analyse der aus dem Werkstück austretenden Laserstrahlung nicht direkt auf die Form der ausgebildeten Fokuszone schließen lässt. Das optische Konzept der in Figur 1 dargestellten Laserbearbeitungsmaschine 1 kann wie folgt kurz zusammengefasst werden. Ein zentrales, strahlformendes Element einer Bearbei tungsoptik wirkt gleichermaßen zur Aufprägung einer Axicon-artigen Phase, zur Durchfüh rung einer Aberrations(vor)korrektur und optional zur Vervollständigung einer Teleskopan ordnung Durchaufträgen eines „Linsen“ -Phasenbeitrags. Der Laserstrahl durchläuft das strahl formende Element und wird zur Materialbearbeitung mit einer Fokussieroptik (z. B. ein Mik roskopobjektiv) auf/in ein im Wesentlichen transparentes optisches Werkstück fokussiert.
Figur 3 erläutert nun beispielhaft für die Bearbeitungsgeometrie nach Figur 2(a) eine Vorrich tung 101 für eine Justage der strahlformenden Bearbeitungsoptik 3.
In der Vorrichtung 101 wird ein keilförmig ausgebildetes Werkstück-Imitat 103 dazu verwen det, eintrittsseitig die optische Konstellation der Figur 2(a) zu reproduzieren. Dabei können in einem Gehäuse 102 die nachfolgend erläuterten Komponenten inklusive des Werkstück- Imitats 103 angeordnet werden.
Das Gehäuse 102 weist einen Eintrittsbereich 104 auf, durch den der aus der Bearbeitungsop tik 3 austretende Laserstrahl 5A in die Vorrichtung 101 angekoppelt wird. Der Eintrittsbereich 104 wird beispielsweise durch eine Öffnung im Gehäuse 102 gebildet.
Die Vorrichtung 101 stellte ferner einen Fokuszonen- Ausbildungsbereich 106 bereit, in dem der Laserstrahl 5A eine Bessel-Strahl-Fokuszone zu Justage-Zwecken oder zur Vermessung ausbildet.
Im Fokuszonen- Ausbildungsbereich 106 der beispielhaften Vorrichtung 101 der Figur 3 be findet sich das Werkstück-Imitat 103. Das Werkstück-Imitat 103 ist keilförmig ausgebildet, d. h. eine plane Eintrittsoberfläche 103A verläuft unter einem Winkel a (in einem Winkelbereich von 0° bis 32°, insbesondere im Bereich von 13° bis 26°) zu einer planen Austrittsoberfläche 103B. An einem Auftreffpunkt 109 trifft der Laserstrahl 5A auf die Eintrittsoberfläche 103A unter einem Winkel ß, der für die Materialbearbeitung gemäß Figur 2(a) derart gewählt wurde, dass sich bei korrekter Justage der Bearbeitungsoptik 3 die gewünschte Bessel-Strahl- Fokuszone in der angestrebten Richtung (hierin als Soll-Achse 110 bezeichnet) ausbildet. Die in der Bearbeitungsoptik 3 vorgenommene Phasenaufprägung muss hierzu allerdings den Winkel ß und die sich daraus ergebende astigmatische Störung berücksichtigen. Vorausgesetzt eine korrekte Justage und eine notwendige Vorkompensation liegen vor, erstreckt sich die gewünschte Bessel-Strahl-Fokuszone entlang der Soll-Achse 110 im Werkstück bzw. im Werkstück-Imitat 103. Die Fokuszone im Werkstück-Imitat 103 wird nachfolgend als Mess- Fokuszone 107 bezeichnet.
Erfmdungsgemäß ist das Werkstück-Imitat 103 hinsichtlich seiner Austrittsoberfläche 103B derart geformt, dass die Austrittsoberfläche 103B senkrecht zur Soll-Achse 110 verläuft. Ist dies der Fall und liegt eine korrekte Justage und eine notwendige Vorkompensation vor, tritt Laserstrahlung Bessel-Strahl-artig und ungestört aus dem Werkstück-Imitat 103 aus. Die aus dem Werkstück-Imitat 103 austretende Laserstrahlung wird hierin als Messlaserstrahlung 105 bezeichnet, die mit einer Abbildungseinheit 111 detektiert und zur Justage des Bearbeitungs einheit 3 und/oder zur Vermessung der ausgebildeten Fokuszone genutzt wird.
Der in Figur 3 gezeigte Strahlverlauf der Messlaserstrahlung 105 geht von einer korrekten Justage der Bearbeitungsoptik 3 aus. Nach dem Austritt aus dem Werkstück-Imitat 103 er kennt man in Figur 3 einen sich entlang der Soll-Achse 110 aufweitenden Intensitätsring.
Mit Blick auf die Justierung der Bearbeitungsoptik heben sich je nach Oberflächenform des Werkstück-Imitats die Aberrationskorrektur des strahlformenden Elements (der strahlformen den Optikeinheit 11) und die Aberrationen beim Eintritt in das Werkstück-Imitat 103 auf, so- dass es nachlaufend (nach dem Austritt aus dem Werkstück-Imitat unter Annahme einer kor rekten Justage) zur gewohnten Propagation eines Bessel-Strahls und zur Formung eines sym metrischen und homogenen Femfeld(intensitäts)rings kommt.
In der Abbildungseinheit 111 kann der Fernfeldring kann durch ein weiteres - beispielhaft in Fig. 3 als Linse 113 dargestelltes - Objektiv (z. B. ein Mikoskopobjektiv ) kollimiert und mit einer Kamera 115 als Detektor aufgenommen werden. Linse 113 stellt beispielsweise ein Ob jektiv wie das Bearbeitungsobjektiv 13 dar, das zur Bearbeitung eingesetzt wird. Das Objektiv hat beispielsweise eine NA, die größer oder gleich der NA des Bearbeitungsobjektivs ist. Das Objektiv weist beispielsweise einen Arbeitsabstand auf, der größer ist als der zu vermessende Wirkbereich. Die Einstellung der Abbildungseinheit 111 zur Detektion der Messlaserstrahlung im Fernfeld entspricht einer ersten Einstellung zur Justage basierend auf einem erfassten transversalen Strahlprofil.
Die Optikelemente der Bearbeitungsoptik 3 können nun justiert werden, wobei die Symmetrie und Homogenität des Fernfeldrings der Messlaserstrahlung 105 als Kriterium herangezogen werden kann.
Zur Analyse der Messlaserstrahlung 105 weist die Vorrichtung 101 eine Abbildungseinheit 111 auf. Die Abbildungseinheit 111 umfasst eine Linse 113 und eine Kamera 115. Die Kame ra 115 ist beispielsweise als Flächendetektor, insbesondere als CCD-Kamera, ausgebildet und ermöglicht die Aufnahme eines lateralen Strahlprofils (insbesondere ein wiederholtes Auf nehmen eines Bildes des Strahlprofils) im Femfeld. Die Bildaufnahme erfolgt mit einem De tektor, der z. B. Intensitätsverteilungen der einfallenden Messlaserstrahlung 105 in einer Ana- lyseebene/-fläche (gegeben durch die Detektoroberfläche 105) erfasst.
Wie in Figur 3 angedeutet ist der Abbildungseinheit 111 und insbesondere der Linse 113 eine Abbildungsachse 117 zugeordnet, die für die Analyse der Messlaserstrahlung 105 mit der Soll-Achse 110 des jeweiligen Werkstück-Imitats (weitgehend) übereinstimmen soll. In Figur 3 verläuft die Abbildungsachse 117 durch die Mitte der Linse 113, orthogonal zu einer Lin senebene der Linse 113 und orthogonal zur Austrittsoberfläche 103B.
Um die Ausrichtung von Soll-Achse 110 und Abbildungsachse 117 für unterschiedliche Werkstück-Imitate zu gewährleisten, kann beispielsweise ein Anschlag 121 vorgesehen wer den, der eine Ebene senkrecht zur Abbildungsachse 117 definiert. Die Werkstück-Imitate können nun unter Verwendung des Anschlags 121 derart eingebaut werden, dass ihre Aus- trittsoberflächen 103B jeweils senkrecht zur Abbildungsachse 117 verlaufen. In anderen Wor ten kann das Werkstück-Imitat (sofern erforderlich) rein über mechanische Tolerierung in der Vorrichtung 101 verbaut werden. Nun können das Werkstück-Imitat 103 und die Abbildungs einheit 111 gemeinsam so ausgerichtet werden, dass der Laserstrahl 5 A unter dem Winkel ß am Auftreffpunkt 109 in das Werkstück-Imitat 103 eintritt.
Die gesamte Vorrichtung kann ebenfalls über mechanische Anschläge zur Bearbeitungsoptik ausgerichtet werden. Zur Ausrichtung der gesamten Vorrichtung kann beispielsweise ferner anhand der Rohstrahlposition, welche zuvor senkrecht auf die Vorrichtung ausgerichtet wur- de, eine Schwerpunktbestimmung mittels der in der Vorrichtung verbauten Kamera durchge führt werden.
Wie in Figur 3 gezeigt ist der Detektor (die Kamera 115) strahlabwärts der Linse 113 ange ordnet, sodass er das Fernfeld (bzw. leicht versetzt von einem möglichen Fokus 123 im Fern feld, da der Fokus 123 selbst zu scharf/intensiv sein kann) als Ring mit einer gleichmäßi gen/homogenen Intensität erfassen soll.
Die Linse 113 kollimiert/fokussiert die divergent aus dem Werkstück-Imitat 103 austretende Messlaserstrahlung 105, sodass diese mit der Kamera 115 aufgenommen werden kann. In Fi gur 3 ist ein Abstand d zwischen einer Detektoroberfläche 115A der Kamera 115 und der Lin se 113 derart gewählt, dass die Messlaserstrahlung 105 außerhalb des Zwischenfokus 123 auf die Detektoroberfläche 115 A trifft.
Voraussetzungen für das Justieren der Bearbeitungsoptik 3 mithilfe der Vorrichtung 101 sind, dass die Abbildungseinheit 111 bezüglich der Soll-Achse 110 korrekt positioniert ist und das, für den Fall der Verwendung eines Werkstück-Imitats, die Eintrittsoberfläche des Werkstück- Imitats hinsichtlich der Bearbeitungsoptik 3, unter Annahme einer korrekten Justage, entspre chend dem zu bearbeitenden Werkstück ausgerichtet ist. Wie bereits erwähnt bewirkt Letzte res, dass bei einer korrekten Justage der Bearbeitungsoptik die Bessel-Strahl-Fokuszone im Werkstück-Imitat in ihrer Ausbreitungsrichtung und Form der beabsichtigten Bessel-Strahl- Fokuszone entspricht.
Diese Voraussetzungen können zum Beispiel für einen spezifischen Anwendungsfall mit fest zueinander positionierten optischen Komponenten erreicht werden. Zumindest teilweise kann aber auch eine Einsteilbarkeit der Positionen der optischen Komponenten zweckmäßig sein. Nachfolgend werden mehrere Aspekte der Einsteilbarkeit beschrieben, die einzelnen oder ge meinsam genutzt werden können, um zum einen die Abbildungseinheit 111 und zum anderen das Werkstück-Imitat 103 in eine für die Justage vorgesehenen Lage hinsichtlich der Bearbei tungsoptik 3 zu bringen.
Die Abbildungseinheit 111 kann eine oder mehrere Translationseinheiten umfassen. Bei spielsweise ist eine Translationseinheit 125A (zz. B. axialer Verschiebetisch) zur Verschie bung der Linse 113, eine Translationseinheit 125B zur Verschiebung der Detektoroberfläche 115A bzw. der Kamera 115 und eine Translationseinheit 125C zur gemeinsamen Verschie bung von Linse 113 und Detektoroberfläche 115A bzw. Kamera 115 in Figur 3 angedeutet.
Die Translationseinheiten 173A bis 125C sind dabei bevorzugt derart ausgerichtet, dass die Verschiebung entlang der Abbildungsachse 117 und insbesondere bezüglich des Anschlags 121 erfolgt. Die Translation ist beispielhaft durch einen Translationspfeil 125‘ verdeutlicht.
Beispielsweise kann die Translationseinheit 125A zur Einstellung eines Abstands zwischen der Linse 113 und dem Fokuszonen- Ausbildungsbereich 106 entlang der Abbildungsachse 117 ausgebildet sein. Insbesondere kann die Translationseinheit 125A zum Verfahren einer der Linse 113 zugeordneten Linsenfokusposition bezüglich der Bessel-Strahl -Fokuszone aus gebildet sein. Beispielsweise kann eine Translationseinheit 125B zur Einstellung eines Ab stands zwischen der Linse 113 und der Detektoroberfläche 115A ausgebildet sein, um die De tektoroberfläche 115A außerhalb des Zwischenfokus 123 zu positionieren.
Optional kann ferner mit einer Translationseinheit 125C der Abstand von Linse 113 und De tektoroberfläche 115A zum Fokuszone- Ausbildungsbereich 106 (bei montierten Werkstück- Imitaten der Abstand zur Austrittsoberfläche 103B) unter Beibehaltung einer Abbildungssitua tion zwischen Linse 113 und Detektoroberfläche 115 A eingestellt werden. Die gemeinsame Verschiebung kann zum Einstellen des Durchmessers des Strahlprofils auf der Detektorober fläche 115A dienen. Ferner ermöglicht sie es, die Mess-Fokuszone 107 in den Fokus der Linse 113 zu bringen, wenn eine Geometrie der Mess-Fokuszone vermessen werden soll.
Ferner ist in Figur 3 eine Rotationseinheit 131 angedeutet, die eine Ausrichtung der Abbil dungseinheit 111, insbesondere der Soll-Achse 110/ Abbildungsachse 117, zu einer Einfalls strahlenachse 21 und damit eine Einstellung des Winkels ß erlaubt. Die Rotation ist beispiel haft durch einen Rotationspfeil 13 V verdeutlicht. Beispielhaft sind die optischen Komponen ten der Abbildungseinheit 111 und der Anschlag 121 für das Werkstück-Imitat 103 auf einer gemeinsamen Bodenplatte 127 montiert.
Überdies kann die gesamte Einheit aus Werkstück-Imitat und Abbildungseinheit 111 (optional inklusive der Rotation Einheit 131) entlang der Einfallsstrahlenachse 21 mit einer weiteren Translationseinheit 133 im Abstand bezüglich der Bearbeitungsoptik 3 einstellbar sein. Schließlich sind in Figur 3 beispielhaft weitere Ausrichtungsanschläge 135 A, 135B angedeu tet, die an einer Werkstückhalterung der Laserbearbeitungsmaschine 1 vorgesehen werden können, um die Vorrichtung 101 bezüglich der Bearbeitungsoptik 3 zu positionieren. Hierbei beziehen sich die Anschläge 135 A auf eine Positionierung der Vorrichtung 111 in Z-Richtung und die Anschläge 135B auf eine Positionierung der Vorrichtung 111 in X/Y-Richtung. Die Positionierung der Vorrichtung 111 in X/Y-Richtung richtet den Eintrittsbereich zur Soll- Strahlposition/-lage des aus der Bearbeitungsoptik 3 austretenden Laserstrahls 5A aus. Je nach Einsteilbarkeit der verschiedenen Komponenten der Vorrichtung 111 kann ferner eine Ein steilbarkeit eines (oder mehreren) Ausrichtungsanschlags 135 A, 135B in X-, Y- oder Z- Richtung vorgesehen werden.
Zur Justage der Bearbeitungsoptik können mit der Kamera 115 aufgenommene Strahlprofile, wie sie an der Detektoroberfläche 115A (als Analyseebene) vorliegen, genutzt werden. Bevor zugt ist die Detektoroberfläche 115A senkrecht zur Abbildungsachse 117 ausgerichtet ist. Korrekturinformation zur Positionseinstellung der optischen Komponenten der Bearbeitungs optik 3 kann durch visuelles oder automatisiertes Auswerten der Aufnahmen während eines manuellen oder automatisierten Einstellens der Positionen der optischen Elemente der Bear beitungsoptik 3 erfolgen.
Figur 4(a) zeigt eine Aufnahme 140 mit der Kamera 115 eines auf die Detektoroberfläche 115A auftreffenden Strahlprofils 141, wie es bei einer korrekten Justage vorliegt. Das Strahl profil 141 ist rotationssymmetrisch und stellt einen homogenen Intensitätsring dar. Zur Voll ständigkeit ist in Figur 4(a) die Lage der Abbildungsachse 117 im Zentrum des Strahlprofils 141 angedeutet.
Das Strahlprofil 141 stellt ein Ziel-Strahlprofil dar, dass durch entsprechendes Einstellen der Position der strahlformenden Optikeinheit 11 und der Fokussierlinseneinheit 13 erreicht wer den soll.
Sind die strahlformende Optikeinheit 11 oder die Fokussierlinseneinheit 13 nicht richtig in ihrer Position in der Bearbeitungsoptik 3 angeordnet, können sich Verformungen des Strahl profils auf der Detektoroberfläche 115A ergeben. Die Figuren 4(b) bis 4(d) zeigen beispielhaft Strahlprofile, die eine Nachjustierung der strahlformenden Optikeinheit und/oder der Fokus sierlinseneinheit erfordern. Figur 4(b) zeigt einen verformten, aber weitgehend hinsichtlich der Intensität homogenen In tensitätsring 143 A. Figur 4(c) zeigt einen symmetrischen Intensitätsring 143B, wobei die In tensitätsverteilung azimutal über den Ring variiert. Figur 4(d) zeigt ein Strahlprofil, bei dem die Dicke eines ringförmigen Intensitätsbereichs 143C variiert.
Durch Einstellen der Positionen der strahlformende Optikeinheit 11 und/oder der Fokussier linseneinheit 13 mithilfe der Halterungen 15, 17 erfolgt eine Justage der Bearbeitungsoptik 103 mit dem Ziel ein wie in Figur 4(a) dargestelltes Strahlprofil 141 auf der Detektoroberflä che 115A auszubilden.
Fig. 5 verdeutlicht den Einsatz eines Werkstück-Imitats 103 für die in Figur 2(b) gezeigte Bearbeitungsgeometrie. Das Werkstück-Imitat 103 weist eine Eintrittsoberfläche 103A‘, die zumindest in einem Abschnittl51 eine in eine Richtung gekrümmten Fläche ist. Die Eintritts oberfläche 3 A‘ kann beispielsweise als eine Zylindermantelfläche ausgebildet sein. In Figur 5 erkennt man die Krümmung in der schematischen Schnittdarstellung.
Entsprechend wird sich der ringförmige Bearbeitungslaserstrahl 5 A in Richtung der Krüm mung anders im zu bearbeiten Werkstück und auch im Werkstück-Imitat 103‘ ausbreiten als in der Richtung, in der keine Krümmung vorliegt. Entsprechend wird die in der Bearbeitungs optik 3 eingesetzte strahlformende Optikeinheit 11 ‘ eine Phasenaufprägung auf den Laser strahl 5 vornehmen, die eine entsprechende Aberrationskorrektur vomimmt.
Man erkennt an diesem Beispiel wiederum, dass neben einer Positionierung der Komponenten der strahlformenden Optikeinheit 1 V auch deren korrekte Ausrichtung im Winkel um die op tische Achse notwendig ist, um die strahlformende Optik 1 V in Einklang mit der Ausrichtung des zu bearbeitenden Werkstücks zu bringen.
Im Beispiel der Figur 5 wird analog zur Figur 2(b) die Mess-Fokuszone 107‘ orthogonal zu einer Tangentialebene ausgebildet. Entsprechend ist eine Austrittsoberfläche 103B‘ des Werk stück-Imitats 103 parallel zu dieser Tangentialebene. Hinsichtlich der Ausführung der Abbil dungseinheit 111 sowie der optional möglichen Einsteilbarkeit ihrer Komponenten wird auf die Beschreibung der Figur 3 verwiesen. Die in Figur 5 gezeigte Geometrie ist ein Beispiel für eine Bearbeitungsgeometrie, in der eine Soll-Achse einer Bessel-Strahl-Fokuszone orthogonal zu einer Tangentialebene verläuft, wo bei die Tangentialebene an einem Auftreffpunkt der Eintrittsoberfläche, an dem der Bearbei tungslaserstrahl entlang der Einfallsstrahlenachse auf das Werkstück-Imitat trifft, bezüglich des zu bearbeitenden Werkstücks bzw. des Werkstück-Imitats aufgespannt wird.
Der Fachmann wird erkennen, dass in einer Bearbeitungsgeometrie, in der die Soll-Achse einer Bessel-Strahl-Fokuszone nicht orthogonal zu einer Tangentialebene am Auftreffpunkt im zu bearbeitenden Werkstück bzw. im Werkstück-Imitat verläuft, weitergehende Phasenkor rekturen mit der strahlformende Optikeinheit vorgenommen werden müssen. Auch diese Pha senkorrekturen können bei entsprechend orthogonaler Ausrichtung der Austrittsoberfläche des Werkstück-Imitats bei der Justage berücksichtigt werden.
Figur 6 zeigt, dass die Vorrichtung 101 auch zur Justage eine Bearbeitungsoptik mit einer strahlformende Optikeinheit eingesetzt werden kann, wenn beispielsweise eine planparallele Platte mit einer Bessel-Strahl-Fokuszone bearbeitet werden soll. Die Justage kann dabei mit oder ohne (planparallelem) Werkstück-Imitat 161 (gestrichelt dargestellt) vorgenommen wer den.
Figur 6 zeigt entsprechend, dass eine Eintrittsoberfläche 161A des Werkstück-Imitats 161 (zumindest) im Eintrittsbereich des Bearbeitungslaserstrahls 5A als plane Fläche ausgebildet ist. Bei dem angenommenen orthogonalen Verlauf der Einfallsstrahlenachse zur Eintrittsober fläche verläuft die Austrittsoberfläche parallel zur Eintrittsoberfläche.
Figur 7 verdeutlicht die Verwendung der Vorrichtung 101 bei der Vermessung einer Mess- Fokuszone am Beispiel des planparallelen Werkstück-Imitats 161 der Figur 6. Die Vorrich tung 101 ermöglicht ein Abtasten des Intensitätsverlaufs in der Mess-Fokuszone 107 und da mit beispielsweise die Bestimmung der tatsächlichen Länge der Bessel-Strahl-Fokuszone im Werk stück - 1 m i tat/ W erk stück durch ein Scannen der Abbildungseinheit 111 entlang der Ab bildungsrichtung 117. In Figur 7 stimmen die Abbildungsrichtung 117 und die Einfallsstrah lenachse 21 beispielhaft überein.
Man erkennt (insbesondere im Vergleich mit Figur 6), dass die Anordnung von Linse 113 und Kamera 115 in der Abbildungseinheit 111 einen größeren Abstand zwischen der Linse 113 und dem Werkstück-Imitat 161/der Mess-Fokuszone 107 zeigt. Entsprechend läuft die Mess- Laserstrahlung 105 auf der Detektoroberfläche 115A zusammen; man erkennt in Figur 7, dass der Durchmesser der ringförmigen Intensitätsverteilung entlang der Abbildungsachse 117 zwischen Linse 113 und Kamera 115 abnimmt.
In Figur 7 ist der Detektor 115 im Fokus des zusammenlaufenden Mess-Laserstrahls positio niert.
Die in Figur 7 gezeigte Einstellung der Abbildungseinheit 111 zur Vermessung der Mess- Fokuszone 107 entspricht eine zweite Betriebseinstellung zur Überprüfung der Phasenaufprä- gung und der sich ergebenden Fokuszone für eine Phasenaufprägung mit dem strahlformenden Element. Beim Wechsel in diese zweite Betriebseinstellung können zur Positionierung von Linse 113 und Detektor 115 die in Figur 3 erläuterten Translationseinheiten 125A bis 125B eingesetzt werden. Ausgehend von einer für die Justage des Bearbeitungskopfes 3 vorgenom menen Ausrichtung der Abbildungsachse 117 zur Einfallsstrahlenachse 21 ist üblicherweise keine Anpassung der Winkelstellung für die zweite Betriebseinstellung vorzunehmen.
Um die optische Konfiguration der Abbildungseinheit 111 zum Abtasten der sich über einige 100 pm erstreckenden Mess-Fokuszone zu nutzen, kann beispielsweise die Translationseinheit 125C (siehe Figur 3) zur gemeinsamen Verschiebung von Linse 113 und Detektor 115 entlang der Abbildungsachse 117 eingesetzt werden. Auf diese Weise kann z. B. ein Anfang 171A und ein Ende 171B der Mess-Fokuszone 107 bestimmt werden, um z. B. die genaue Lage und die Länge der Mess-Fokuszone 107 zu erfassen oder zu überprüfen.
Der Fachmann wird erkennen, dass eine ähnliche Konfiguration der Abbildungseinheit 111 beispielsweise für die Vermessung von Mess-Fokuszonen wie den in den Figuren 3 und 5 gezeigten eingesetzt werden kann.
Die Figur 8 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm für die erste in Zusammenhang mit Figur 3 erläuterte Betriebseinstellung und die zweite in Zusammenhang mit Figur 7 erläuterte Be triebseinstellung der Vorrichtung 101. Figur 8 betrifft das Verfahren zum Justieren der Bearbeitungsoptik, wobei optional ein Ver fahren zum Vermessen einer Fokuszone angehängt wird (oder eigenständig durchgeführt wer den kann).
In einem ersten Schritt 201 erfolgt ein Vorjustieren der Bearbeitungsoptik und der Vorrich tung, sodass ein Laserstrahl der Laserstrahlquelle eine Phasenaufprägung erfährt und von der Fokussierlinseneinheit als Bearbeitungslaserstrahl in einen Fokuszonen- Ausbildungsbereich entlang einer Einfallsstrahlenachse fokussiert wird. Wird ein Werkstück-Imitat verwendet, umfasst der Fokuszonen-Ausbildungsbereich das Werkstück-Imitat und die Fokussierung und Ausbildung der Mess-Fokuszone erfolgt im Werkstück-Imitat.
Optional kann in einem Schritt 203 das Werkstück-Imitat derart ausgerichtet werden, dass der Bearbeitungslaserstrahl entlang einer der Vorrichtung zugeordneten Einfallsstrahlenachse ein fällt und insbesondere unter einem Einfallswinkel ß auf das Werkstück-Imitat auftrifft.
In einem Schritt 205 wird ein Fernfeld einer, insbesondere aus dem Werkstück-Imitat austre tenden, Messlaserstrahlung auf eine Analyseebene abgebildet. (Die Messlaserstrahlung ent spricht der durch das Werkstück-Imitat getretenen Reststrahlung des Bearbeitungslaser strahls.) Beispielsweise kann die hierin offenbarte Vorrichtung für eine Justage eine Bearbei tungsoptik einer Laserbearbeitungsmaschine verwendet werden, um das Fernfeld der Messla serstrahlung auf die Analyseebene abzubilden.
Unter Verwendung der Abbildung der Messlaserstrahlung auf die Analyseebene wird nun im Schritt 207 die Position der strahlformenden Optikeinheit und optional die Position der Fokus sierlinseneinheit derart justiert (d. h. eingestellt und insbesondere deren Lagen ausgerichtet), dass sich ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Strahlprofil der Messlaserstrahlung in der Analyseebene ergibt.
Figur 8 zeigt ferner einen Schritt 209 eines Verfahrens zum Vermessen einer Länge einer Mess-Fokuszone in einem Werkstück-Imitat, wobei die mit einer Laserbearbeitungsmaschine für eine Materialbearbeitung in einem Werkstück erzeugt werden soll.
Wurde beispielsweise das Verfahren zur Justage mit den Schritten 201 bis 207 durchgeführt, kann die Mess-Fokuszone durch Fokussieren der, insbesondere aus dem Werkstück-Imitat austretenden, Messlaserstrahlung mit einer Linse auf eine Analyseebene unter Verschieben der Linse entlang der Soll-Richtung abgetastet werden. Dabei kann wiederum die hierin of fenbarte Vorrichtung für eine Justage eine Bearbeitungsoptik einer Laserbearbeitungsmaschi ne auch zum Fokussieren der Messlaserstrahlung auf die Analyseebene verwendet werden (Schritt 211).
Nachfolgend werden weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung zusammengefasst.
Eine Vorrichtung (101) für eine Justage einer Bearbeitungsoptik (3) einer Laserbearbeitungs maschine (1), wobei die Bearbeitungsoptik (3) einen Laserstrahl (5) in der Laserbearbei tungsmaschine (1) derart formt und fokussiert, dass ein Bearbeitungslaserstrahl (5A) eine vor eingestellte Bessel-Strahl -Fokuszone (7) in einem zu bearbeitenden Werkstück (9) aberrati onskorrigiert ausbilden kann, mit: einem Justage-Element (103), das eine Eintrittsoberfläche (103 A) und eine plane Aus- trittsoberfläche (103B) aufweist, wobei
- der Eintrittsoberfläche (103 A) eine optional aberrationsverursachende Einfallsstrahlenachse (21) für den einfallenden Bearbeitungslaserstrahl (5A) zugeordnet ist,
- der Einfallsstrahlenachse (21) eine durch das Justage-Element (103) verlaufende Soll-Achse (110) für die voreingestellte Bessel-Strahl -Fokuszone (7) zugeordnet ist und
- die plane Austrittsoberfläche (103B) senkrecht zur Soll-Achse (110) ausgerichtet ist, und einer Abbildungseinheit (111), die eine Linse (113) und eine Kamera (115) aufweist, die bezüglich einer Abbildungsachse (117) ausgerichtet sind, wobei die Linse (113) zur Ab bildung eines Messlaserstrahls (105), der aus dem Justage-Element (103) austritt, entlang der Abbildungsachse (117) auf eine Detektorfläche (115A) der Kamera (115) vorgesehen ist und die Abbildungsachse (117) senkrecht zur planen Austrittsoberfläche (103B) ausgerichtet ist.
Dabei kann die Eintrittsoberfläche (103 A) als plane Fläche ausgebildet sein, die mit der Aus- trittsoberfläche (103B) unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 45°, oder im Bereich von 0° bis 32°, insbesondere im Bereich von 10° bis 30° oder 10° bis 26° verläuft.
Die Soll-Achse (110) kann zu einer Tangentialebene (T) an einem Auftreffpunkt (109) der Eintrittsoberfläche (103 A), an dem der Bearbeitungslaserstrahl (5A) entlang der Einfallsstrah lenachse (21) auf das Justage-Element (103) trifft, orthogonal oder nicht orthogonal verlaufen. Die Einfallsstrahlenachse (21) kann optional unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 50° oder von 0° bis 45°, insbesondere im Bereich von 10° bis 30° oder von 20° bis 40°, zu einem Normalenvektor (N) der Tangentialebene (T) verlaufen.
Ein System zur Justage einer Bearbeitungsoptik (3) in einer Laserbearbeitungsmaschine (1), wobei die Bearbeitungsoptik (3) zur Erzeugung einer voreingestellten Bessel-Strahl- Fokuszone (7) in einem im Wesentlichen transparenten Werkstück (9) durch Aufprägung ei nes Phasenverlaufs auf einen Laserstrahl (5) ausgebildet ist, umfassend: die Laserbearbeitungsmaschine (1), die eine Laserstrahl quelle (2) zur Erzeugung des Laserstrahls (5) und die Bearbeitungsoptik (3) aufweist, und einer Vorrichtung (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ein Justage- Element (103) und eine Abbildungseinheit (111) umfasst, wobei die Bearbeitungsoptik (103) eine mit einer optionalen Aberrationskorrektur strahlformende Optikeinheit (11) und eine Fokussierlinseneinheit (13) aufweist,
- wobei die Optikeinheit (11) für die Bearbeitung des Werkstücks (9), das eine Werkstück oberfläche (9A) aufweist, deren Geometrie der Geometrie einer Eintrittsoberfläche (103 A) des Justage-Elements (103) entspricht, ausgebildet ist und
- wobei die Optikeinheit (11) zusammen mit der Fokussierlinseneinheit (13) zur Strahlfor mung des Laserstrahls (5) in einen sich entlang einer Einfallsstrahlenachse (21) ausbreitenden Bearbeitungslaserstrahl (5A) eingerichtet ist, der zur Ausbildung der voreingestellten Bessel- Strahl -Fokuszone (7) in dem zu bearbeitenden Werkstück (9) entlang einer Soll-Achse (110) führen kann, und
- wobei die voreingestellte Bessel-Strahl -Fokuszone (7) sich ausgehend von einem Auftreff punkt (109) auf der, insbesondere geneigten oder gekrümmten, Werkstückoberfläche (9A) in das zu bearbeitende Werkstück (9) entlang der Soll-Achse (110) aberrationskorrigiert hinein erstreckt, und wobei die Laserbearbeitungsmaschine (1) ferner eine erste Halterung (15) umfasst, in der die Optikeinheit (11) bezüglich des Laserstrahls (5) lateral positionierbar gehalten wird, und das Justage-Element (103) der Vorrichtung (101) derart bezüglich der Bearbeitungsop tik (103) positioniert und ausgerichtet ist, dass ein Bearbeitungslaserstrahl (5A), der entlang der Einfallsstrahlenachse (21) auf das Justage-Element (103) anstelle des zu bearbeitenden Werkstücks (9) fällt, als Messlaserstrahl (105) aus dem Justage-Element (103) austritt, sodass ein Fernfeld des Messlaserstrahls (105) auf einer Detektorfläche der Vorrichtung (101) ausge bildet wird. Die Laserbearbeitungsmaschine (1) kann ferner eine zweite Halterung (17) umfassen, in der die Fokussierlinseneinheit (13) bezüglich der Optikeinheit (11) lateral positionierbar und opti onal in einer optischen Achse der Fokussierlinseneinheit (13) ausrichtbar gehalten wird.
Die Optikeinheit (11) kann ein flächig ausgebildetes diffraktives optisches Element sein, das dazu ausgebildet ist, dem Laserstrahl (5) über ein Strahlprofil des Laserstrahls (5) eine Bessel- Strahl-formende Phase aufzuprägen.
Eine Dicke des Justage-Elements (103) kann ausgehend von einem vorbestimmten Auftreff punkt (109) der voreingestellten Bessel-Strahl-Fokuszone (7) entlang der Soll-Achse (110) mindestens einer Länge der voreingestellten Bessel-Strahl-Fokuszone (7) entsprechen.
Verfahren zum Justieren einer Bearbeitungsoptik (3) in einer Laserbearbeitungsmaschine (1), wobei die Bearbeitungsoptik (3) eine strahlformende Optikeinheit (11) und eine Fokussierlin seneinheit (13) aufweist, wobei die Optikeinheit (11) im Strahlengang eines Laserstrahls (5) der Laserbearbeitungsmaschine (1) mit einer ersten Halterung (11 A) positioniert ist und für eine Phasenaufprägung auf ein laterales Strahlprofil des Laserstrahls (5) ausgebildet ist, wobei optional die Phasenaufprägung einen Aberrationskorrektur-Phasenanteil aufweist, der zur Vorkompensation einer Aberration ausgebildet ist, die beim Eintritt in ein zu bearbeitendes Werkstück (9) an einer vorgegebenen Auftreffpunkt (109) unter einem vorgegebenen Ein fallswinkel gegeben ist, sodass bei einer korrekten Justage der Bearbeitungsoptik (3) mit der Fokussierlinseneinheit (13) ein an einem vorgegebenen Auftreffpunkt (109) unter einem vor gegebenen Einfallswinkel auftreffender Bearbeitungslaserstrahl (5A) und im Werkstück (9) eine voreingestellte Bessel-Strahl-Fokuszone (7) erzeugt werden, und wobei eine Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die ein Justage-Element (103) und eine Abbil dungseinheit (111) umfasst, verwendet wird, mit den Schritten:
Vorjustieren (Schritt 201) der Bearbeitungsoptik (3) und der Vorrichtung (101), sodass ein Laserstrahl (5) eine Phasenaufprägung erfährt und von der Fokussierlinseneinheit (13) auf das Justage-Element (103) als Bearbeitungslaserstrahl (5A) fokussiert wird,
Ausrichten (Schritt 203) des Justage-Elements (103) derart, dass entsprechend des op tional vorgesehenen Aberrationskorrektur-Phasenanteils der Bearbeitungslaserstrahl (5A) ent lang einer Einfallsstrahlenachse (21) der Vorrichtung (101) auf das Justage-Element (103) auftrifft, Abbilden (Schritt 205) eines Fernfeldes eines aus dem Justage-Element (103) austre tenden Messlaserstrahls (105) auf eine Analyseebene und
Justieren (Schritt 207) der Position der Optikeinheit (11) und optional der Fokussier linseneinheit (13) derart, dass sich ein im wesentlichen rotationssymmetrisches Strahlprofil (131) des Messlaserstrahls (105) in der Analyseebene ergibt.
Im Rahmen der hierin offenbarten Konzepte kann die strahlformende Optikeinheit im Strah lengang des Laserstrahls positioniert und für eine Phasenaufprägung auf ein laterales Strahl profil des Laserstrahls ausgebildet sein, wobei die Phasenaufprägung einen Aberrationskor rektur-Phasenanteil aufweist, der zur Vorkompensation einer Aberration ausgebildet ist, die der Laserstrahl beim Eintritt in das zu bearbeitende Werkstück oder das Justage-Element an einer vorgegebenen Anfangsposition unter einem vorgegebenen Einfallswinkel erfährt, sodass bei einer korrekten Justage der Bearbeitungsoptik durch Fokussieren des phasenaufgeprägten Laserstrahls in das Material an der vorgegebenen Anfangsposition unter dem vorgegebenen Einfallswinkel die gewünschte Bessel-Strahl -Fokuszone erzeugt wird und sich insbesondere ein Intensitätsring im Fernfeld auf der Detektorfläche ausbildet, der rotationssymmetrisch in Form und Intensität ist.
In einigen Ausführungsformen kann die Soll-Achse einer Längsachse der gewünschten Bes sel-Strahl -Fokuszone im justierten Zustand entsprechen.
In einigen Ausführungsformen wird ein eigenständiges System aus Justage-Element und Ob jektiv und optional dem Detektor in einem Gehäuse oder auf einer Justageplatte gebildet.
Ferner kann in die Justage noch die Abstimmung der Oberfläche auf den Beginn der Intensi tätszone einbezogen werden. Beispielsweise kann ab der Oberfläche eine „Selbstheilung“ der bei der Ausbildung der Bessel-Strahl -Fokuszone erfolgen und die Aberrationskorrektur für den Beginn der Intensitätszone an der Oberfläche vorgesehen werden.
Im Rahmen der hierin offenbarten Konzepte ist das Werkstück-Imitat (Justage-Element) op tisch im Wellenlängenbereich des Laserstrahls (im Wesentlichen) transparent und weist be vorzugt optische Eigenschaften wie Brechungsindex und Transparenz auf, die mit dem zu bearbeitenden Werkstück vergleichbar sind. Beispielsweise besteht das Werkstück-Imitat aus einem Material mit einem refraktiven Brechungsindex, der in einem Wellenlängenspektrum des Laserstrahls mit einem refraktiven Brechungsindex des zu bearbeitenden Werkstücks ver gleichbar ist. Ein refraktiver Brechungsindex des Materials des Werkstück-Imitats ist mit dem refraktiven Brechungsindex des zu bearbeitenden Werkstücks z. B. dann vergleichbar, wenn sich der refraktive Brechungsindex des Materials des Werkstück-Imitats vom refraktiven Bre chungsindex des zu bearbeitenden Werkstücks im Wellenlängenspektrum des Laserlichts um z. B. weniger als 5% oder weniger als 10% unterscheidet.
Ferner weist die Eintrittsoberfläche des Werkstück-Imitats eine Geometrie aufweist, die einer Geometrie einer Werkstückoberfläche eines zu bearbeitenden Werkstücks in einem Bereich der Oberfläche entspricht, durch den der Bearbeitungsstrahl in das Werkstück eintritt. Ferner kann eine Dicke des Werkstück-Imitats ausgehend von einem vorbestimmten Auftreffpunkt für eine Bessel-Strahl -Fokuszone entlang der Soll-Achse mindestens einer Länge der vorein gestellten Bessel-Strahl -Fokuszone entsprechen.
Optional kann zur Vereinfachung der Ausrichtung des Bearbeitungslaserstrahls 5A auf des Werkstück-Imitat eine Markierung auf der Eintrittsoberfläche 103A vorgesehen werden. Die se markiert z. B. farnblich eine bevorzugte Position des Auftreffens des Bearbeitungslaser strahls (z. B. den Auftreffpunkt 109 in Fig. 3). Bei einer dem späteren Bearbeitungsprozess entsprechenden Ausrichtung des Werkstück-Imitats zum Bearbeitungslaserstrahl und einem Auftreffen des Bearbeitungslaserstrahls auf diese markierte Position entspricht die Ausrich tung der Mess-Fokuszone - eine korrekter Justage des Bearbeitungskopfes vorausgesetzt - der Ausrichtung der für den Bearbeitungsprozess benötigten Bessel-Strahl-Fokuszone.
Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der bean spruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (101) für eine Justage einer Bearbeitungsoptik (3) einer Laserbearbei tungsmaschine (1), wobei die Bearbeitungsoptik (3) dazu ausgebildet ist, einen Laserstrahl (5) in der Laserbearbeitungsmaschine (1) derart zu formen und entlang einer Einfallsstrahlenach se (21) zu fokussieren, dass ein Bearbeitungslaserstrahl (5A) eine voreingestellte Bessel- Strahl -Fokuszone (7) in einem zu bearbeitenden Werkstück (9) ausbilden kann, mit: einem Eintrittsbereich (104) zum Aufnehmen des Bearbeitungslaserstrahls (5A), einem Fokuszonen- Ausbildungsbereich (106), der dazu vorgesehen ist, eine Ausbil dung einer Mess-Fokuszone (107) durch den aufgenommenen Bearbeitungslaserstrahl (5A) entlang einer Soll-Achse (110) zu ermöglichen, und einer Abbildungseinheit (111), die eine Linse (113) und eine Detektoroberfläche (115A) aufweist, wobei die Linse (113) Messlaserstrahlung (105), die nach Ausbildung der Mess-Fokuszone (107) den Fokuszonen- Ausbildungsbereich (106) verlässt, entlang einer durch die Soll-Achse (110) vorgegebenen Abbildungsachse (117) auf die Detektoroberfläche (115A) abbildet.
2. Vorrichtung (101) nach Anspruch 1, wobei die Linse (113) und die Detektoroberfläche (115A) entlang der Abbildungsachse (117) angeordnet sind und die Detektoroberfläche
(115A) Teil einer Kamera (115) ist, wobei insbesondere der Linse (113) eine Linsenachse zugeordnet ist, die parallel zur Abbildungsachse (117) verläuft und/oder die Detektoroberflä che (115A) sich in einer Ebene erstreckt, zu der die Abbildungsachse (117) senkrecht verläuft.
3. Vorrichtung (101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abbildungseinheit (111) ferner einen Anschlag (121) für eine Montage eines Werkstück-Imitats (103) aufweist, wobei der Anschlag (121) eine Anschlagfläche in einer vorbestimmten Ausrichtung zur Abbildungsach se (117) definiert, und wobei die Anschlagfläche insbesondere für eine orthogonale Ausrichtung einer planen Austrittsoberfläche (103B) des Werkstück-Imitats (103) zur Soll-Achse vorgesehen ist.
4. Vorrichtung (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abbildungs einheit (111) umfasst:
- eine Translationseinheit (125A) zur Verschiebung der Linse (113) entlang der Abbil dungsachse (117), - eine Translationseinheit (125B) zur Verschiebung der Detektoroberfläche (115A) entlang der Abbildungsachse (117) und/oder
- eine Translationseinheit (125C) zur gemeinsamen Verschiebung der Linse (113) und der Detektoroberfläche (115A) entlang der Abbildungsachse (117) und wobei optional mindestens eine der Translationseinheiten (125A-125C) zum Einstellen eines Abstands der jeweiligen Komponente zum Fokuszonen- Ausbildungsbereich (106), ins besondere zu einem Anschlag (121) zur Montage eines Werkstück-Imitats (103), eingerichtet ist.
5. Vorrichtung (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) ferner eine Rotationseinheit (131) aufweist, die zur drehbaren Lagerung der Abbil dungseinheit (111) ausgebildet ist, um eine Drehung der Abbildungsachse (117) hinsichtlich der Einfallsstrahlenachse (21) bereitzustellen.
6. Vorrichtung (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: einem Werkstück-Imitat (103) als Justage-Element, das eine Eintrittsoberfläche (103 A) und eine plane Austrittsoberfläche (103B) aufweist und im Fokuszonen- Ausbildungsbereich (06) derart angeordnet ist, dass
- die plane Austrittsoberfläche (103B) senkrecht zur Soll-Achse (110) ausgerichtet ist,
- die Eintrittsoberfläche (103 A) an einem Auftreffpunkt (109), an dem der Bearbeitungslaser strahl (5A) entlang der Einfallsstrahlenachse (21) auf das Werkstück-Imitat (103) trifft, derart zur Einfallsstrahlenachse (21) angeordnet ist, dass die durch das Werkstück-Imitat (103) ver laufende Soll-Achse (110) in einer vorgegebenen Richtung verläuft, die insbesondere durch die voreingestellte Bessel-Strahl-Fokuszone (7) gegeben ist.
7. Vorrichtung (101) nach Anspruch 6, wobei die Abbildungseinheit (111) ferner einen Anschlag zur Montage des Werkstück-Imitats (103) aufweist, wobei der Anschlag eine An schlagfläche zur Montage des Werkstück-Imitats (103) in einer Position, in der die Austritts oberfläche (103B) senkrecht zur Abbildungsachse (117) ausgerichtet ist, definiert.
8. Vorrichtung (101) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Ausrichtung der Soll-Achse (110) zur Einfallsstrahlenachse (21) durch einen refraktiven Brechungsindex des Werkstück- Imitats (103) gegeben ist und insbesondere bezüglich eines Auftreffpunkts (109) des Laser strahls entlang der Einfallsstrahlenachse (21) festgelegt ist.
9. Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Eintrittsoberfläche (103 A) abschnittsweise eine Zylindermantelform ausbildet und wobei optional bei radialem Verlauf der Einfallsstrahlenachse (21) zur Zylindermantelform die plane Austrittsoberfläche (103B) senkrecht zur Einfallsstrahlenachse (21) verläuft.
10. Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Soll-Achse (110) zu einer Tangentialebene (T) am Auftreffpunkt (109) der Eintrittsoberfläche (103 A) orthogonal oder nicht orthogonal verläuft, und wobei die Einfallsstrahlenachse (21) optional unter einem Winkel im Bereich von 0° bis 50°, insbesondere im Bereich von 20° bis 40°, zu einem Normalenvektor (N) der Tangentialebene (T) verläuft.
11. Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Abbildungseinheit
(111) in einer ersten Betriebseinstellung dazu eingerichtet ist, ein transversales Strahlprofil (141) der Messlaserstrahlung (107) im Fernfeld zu erfassen, und in einer zweiten Betriebseinstellung dazu eingerichtet ist, durch Positionieren der Linse (113) und der Kamera (115) einen Anfang (171 A) oder ein Ende (171B) einer, insbesondere im Werkstück-Imitat (103), ausgebildeten Mess-Fokuszone (107) auf die Detektoroberfläche (115A) abzubilden.
12. System zur Justage einer Bearbeitungsoptik (3) in einer Laserbearbeitungsmaschine (1), wobei die Bearbeitungsoptik (3) zur Erzeugung einer voreingestellten Bessel-Strahl- Fokuszone (7) in einem im Wesentlichen transparenten Werkstück (9) durch Aufprägung ei nes Phasenverlaufs auf einen Laserstrahl (5) ausgebildet ist, umfassend: die Laserbearbeitungsmaschine (1), die eine Laserstrahl quelle (2) zur Erzeugung des Laserstrahls (5) und die Bearbeitungsoptik (3) aufweist, und einer Vorrichtung (101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Abbil dungseinheit (111) und optional ein Werkstück-Imitat (103) umfasst, wobei die Bearbeitungsoptik (103) eine strahlformende Optikeinheit (11) und eine Fo kussierlinseneinheit (13) aufweist,
- wobei die strahlformende Optikeinheit (11) für die Bearbeitung des Werkstücks (9), das eine Werkstückoberfläche (9A) aufweist, deren Geometrie der Geometrie einer Eintrittsoberfläche (103 A) des Werkstück-Imitats (103) entspricht, ausgebildet ist und
- wobei die strahlformende Optikeinheit (11) zusammen mit der Fokussierlinseneinheit (13) zur Strahlformung des Laserstrahls (5) in einen sich entlang einer Einfallsstrahlenachse (21) ausbreitenden Bearbeitungslaserstrahl (5A) eingerichtet ist, der zur Ausbildung der voreinge stellten Bessel-Strahl -Fokuszone (7) in dem zu bearbeitenden Werkstück (9) entlang einer Soll-Achse (110) führen kann, und
- wobei die voreingestellte Bessel-Strahl -Fokuszone (7) sich ausgehend von einem Auftreff punkt (109) auf der, insbesondere geneigten oder gekrümmten, Werkstückoberfläche (9A) in das zu bearbeitende Werkstück (9) entlang einer Soll-Achse (110) hineinerstreckt, und wobei die Laserbearbeitungsmaschine (1) ferner eine erste Halterung (15) umfasst, in der die stahlformende Optikeinheit (11) bezüglich des Laserstrahls (5) lateral positionierbar gehalten wird, und die Vorrichtung (101) derart bezüglich der Bearbeitungsoptik (103) positioniert und eingerichtet ist, dass der Bearbeitungslaserstrahl (5A), der entlang einer Einfallsstrahlenachse (21) in die Vorrichtung (101) eintritt, als Messlaserstrahlung (105) im Fernfeld auf einer De tektoroberfläche der Abbildungseinheit (111) auftrifft.
13. System nach Anspruch 12, wobei das Werkstück-Imitat (103) der Vorrichtung (101) derart bezüglich der Bearbeitungsoptik (103) positioniert und ausgerichtet ist, dass der Bear beitungslaserstrahl (5A), der entlang der Einfallsstrahlenachse (21) auf das Werkstück-Imitat (103) fällt, als die Messlaserstrahlung (105) aus dem Werkstück-Imitat (103) austritt.
14. System nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Laserbearbeitungsmaschine (1) ferner eine zweite Halterung (17) umfasst, in der die Fokussierlinseneinheit (13) bezüglich der Op tikeinheit (11) lateral und optional entlang einer optischen Achse der Fokussierlinseneinheit (13) positionierbar gehalten wird.
15. System nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine Kamera (115) der Abbil dungseinheit (111) zum Ausgeben einer Bildaufnahme (140) eines Strahlprofils (141) im Fernfeld der aus dem Werkstück-Imitat (103) austretenden Messlaserstrahlung (105) ausge bildet ist.
16. System nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die strahlformende Optikeinheit (11) ein flächig ausgebildetes diffraktives optisches Element umfasst, das dazu ausgebildet ist, dem Laserstrahl (5) eine zweidimensionale Bessel-Strahl-formende Phasenverteilung aufzu prägen.
17. System nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei ferner im justierten Zustand der Bearbeitungsoptik (3) die erste Halterung (11 A) die strahlformende Optikeinheit (11) derart positioniert und die zweite Halterung (13A) die Fokussierlinseneinheit (13) derart positioniert, dass das Strahlprofil (141) des Fernfelds auf der Detektoroberfläche (115A) im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Abbildungsachse (117) ist.
18. System nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei ein Bereich, in dem die Geometrie der Eintrittsoberfläche (103 A) des Werkstück-Imitats (103) der Geometrie der Werkstück oberfläche des zu bearbeitenden Werkstücks (9) entspricht, der der voreingestellten Bessel- Strahl -Fokuszone (7) zugrunde liegt, derart bemessen ist, dass eine Ausbildung einer Mess- Fokuszone (107) im Werkstück-Imitat (103) im Wesentlichen über eine Länge der voreinge stellten Bessel-Strahl -Fokuszone (7) erfolgt.
19. Verfahren zum Justieren einer Bearbeitungsoptik (3) in einer Laserbearbeitungsma schine (1), wobei die Bearbeitungsoptik (3) eine strahlformende Optikeinheit (11) und eine Fokussierlinseneinheit (13) aufweist, wobei die Optikeinheit (11) im Strahlengang eines La serstrahls (5) der Laserbearbeitungsmaschine (1) mit einer ersten Halterung (15) positioniert ist und für eine Phasenaufprägung auf ein laterales Strahlprofil des Laserstrahls (5) ausgebil det ist, sodass bei einer korrekten Justage der Bearbeitungsoptik (3) mit der Fokussierlinsen einheit (13) für einen an einem vorgegebenen Auftreffpunkt (109) unter einem vorgegebenen Einfallswinkel (ß) auftreffender Bearbeitungslaserstrahl (5A) im Werkstück (9) eine Bessel- Strahl -Fokuszone (7) erzeugt wird, mit den Schritten:
Vorjustieren (Schritt 201) der Bearbeitungsoptik (3) und der Vorrichtung (101), sodass der Laserstrahl (5) eine Phasenaufprägung erfährt und von der Fokussierlinseneinheit (13) als Bearbeitungslaserstrahl (5A) in einen Fokuszonen- Ausbildungsbereich (106), insbesondere in das optionale Werkstück-Imitat (103), fokussiert wird, optional Ausrichten (Schritt 203) des Werkstück-Imitats (103) derart, dass der Bearbei tungslaserstrahl (5A) entlang einer Einfallsstrahlenachse (21) in die Vorrichtung (101) einfällt und insbesondere auf das Werkstück-Imitat (103) auftrifft, Abbilden (Schritt 205) eines Fernfeldes einer, insbesondere aus dem Werkstück-Imitat (103) austretenden, Messlaserstrahlung (105) auf eine Analyseebene und
Justieren (Schritt 207) der Position der strahlformenden Optikeinheit (11) und optional der Fokussierlinseneinheit (13) derart, dass sich ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches Strahlprofil (141) der Messlaserstrahlung (105) in der Analyseebene ergibt, und wobei optional eine Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die eine Abbildungseinheit (111) und optional ein Werkstück-Imitat (103) umfasst, eingestellt wird (Schritt 209), um das Fernfeld der Messlaserstrahlung (105) auf die Analyseebene abzubilden.
20. Verfahren zum Vermessen einer Bessel-Strahl-Fokuszone, insbesondere einer Länge einer Bessel-Strahl-Fokuszone, die mit einer Laserbearbeitungsmaschine (1) in einem Werk stück erzeugt werden soll, wobei die Laserbearbeitungsmaschine (1) eine Bearbeitungsoptik (3) mit einer strahlformende Optikeinheit (11) und einer Fokussierlinseneinheit (13) aufweist, wobei die Optikeinheit (11) für eine Phasenaufprägung auf ein laterales Strahlprofil eines La serstrahls (5) ausgebildet ist, sodass für einen aus der Fokussierlinseneinheit (13) austretenden und an einem vorgegebenen Auftreffpunkt (109) unter einem vorgegebenen Einfallswinkel (ß) auftreffender Bearbeitungslaserstrahl (5A) im Werkstück (9) eine voreingestellte Bessel- Strahl-Fokuszone (7) entlang einer Soll-Richtung erzeugt wird, mit den Schritten: optional Justieren (Schritte 121 bis 209) einer Bearbeitungsoptik nach dem Verfahren nach Anspruch 19, sodass ein Bearbeitungslaserstrahl in einen Fokuszonen- Ausbildungs bereich (106), insbesondere in das optionale Werkstück-Imitat (103), unter Ausbildung einer Mess-Fokuszone (107) fokussiert wird, und
Abtasten (Schritt 211) der Mess-Fokuszone (107) durch Fokussieren der, insbesondere aus dem Werkstück-Imitat (103) austretenden, Messlaserstrahlung (105) mit einer Linse (113) auf eine Analyseebene unter Verschieben der Linse (113) entlang einer Abbildungsachse (117), wobei optional eine Vorrichtung (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die eine Abbildungseinheit (111) und optional ein Werkstück-Imitat (103) umfasst, zum Fokussieren der Messlaserstrahlung (105) auf die Analyseebene eingestellt wird.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614312B2 (en) * 2020-05-18 2023-03-28 Raytheon Company Aerodynamic solid nose cone formed with an afocal axicon lens and method of imaging
DE102020121287B4 (de) 2020-08-13 2024-02-15 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserbearbeitung eines werkstücks mit einer gekrümmten oberfläche und laserbearbeitungsanlage
DE102020121283A1 (de) 2020-08-13 2022-02-17 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Laserbearbeitung eines werkstücks mit einer gekrümmten oberfläche
US20220341725A1 (en) * 2021-04-26 2022-10-27 Quality Vision International Inc. Non-invasive alignment method and system for imager-illuminator optical measurement machines
EP4347171A1 (de) 2021-06-02 2024-04-10 Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH Verfahren und vorrichtung zur laserbearbeitung eines werkstücks
DE102021123801A1 (de) 2021-06-02 2022-12-08 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Laserbearbeitung eines Werkstücks
CN115390260A (zh) * 2022-09-20 2022-11-25 闽都创新实验室 一种激光光束的扫描加工装置、系统及方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4322609B4 (de) * 1993-07-07 2004-08-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren sowie Vorrichtung zur Prüfung von Fokussieroptiken
JP4418282B2 (ja) * 2004-03-31 2010-02-17 株式会社レーザーシステム レーザ加工方法
DE102006007750A1 (de) * 2006-02-20 2007-08-23 Wavelight Ag Verfahren und optische Anordnung zur Kontrolle der Fokustiefe eines abbildenden optischen Systems
JP5470629B2 (ja) * 2007-06-29 2014-04-16 国立大学法人 千葉大学 微小スポット形成方法および微小スポット形成装置
FR2974176B1 (fr) * 2011-04-14 2014-01-17 Centre Nat Rech Scient Analyseur spatial de faisceau laser a reglage automatique
JP2013195410A (ja) * 2012-03-23 2013-09-30 Olympus Corp 検出装置及び検出方法
DE102014116957A1 (de) * 2014-11-19 2016-05-19 Trumpf Laser- Und Systemtechnik Gmbh Optisches System zur Strahlformung
DE102015016240B3 (de) * 2015-12-16 2017-05-24 Primes GmbH Meßtechnik für die Produktion mit Laserstrahlung Transparente Mess-Sonde für Strahl-Abtastung
CN105458529A (zh) * 2016-01-21 2016-04-06 北京理工大学 一种高效制备高深径比微孔阵列的方法
JP6303088B2 (ja) * 2016-02-10 2018-04-04 国立研究開発法人理化学研究所 レーザービーム整形装置、除去加工装置、および輪帯位相素子
US10730783B2 (en) * 2016-09-30 2020-08-04 Corning Incorporated Apparatuses and methods for laser processing transparent workpieces using non-axisymmetric beam spots
CN106994564B (zh) * 2017-04-27 2019-11-26 东莞市盛雄激光先进装备股份有限公司 一种激光切割装置及其切割方法
TW201919805A (zh) * 2017-08-25 2019-06-01 美商康寧公司 使用遠焦光束調整組件以雷射處理透明工件的設備與方法

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