Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls, Laserbearbeitungsmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls, insbesondere eines Laserstrahls zum Bohren und/oder Strukturieren von elektronischen Schaltungssubstraten.
Elektronische Baugruppen, welche in einer kompakten Bauform realisiert werden sollen, werden heutzutage häufig auf mehr¬ schichtigen Schaltungsträgern, insbesondere auf mehrschichti¬ gen Leiterplatten aufgebaut. Dabei ist es erforderlich, dass bestimmte leitfähige Schichten der Leiterplatte miteinander kontaktiert werden. Dies geschieht in der Regel dadurch, dass in die miteinander zu kontaktierenden Schichten ein Blind¬ oder ein Durchgangsloch gebohrt wird und das Loch nachfolgend mittels einer elektrisch leitenden Metallisierung versehen wird. Auf diese Weise können Leiterbahnen nicht nur zweidi¬ mensional, sondern auch in der dritten Dimension ausgebildet und somit der Platzbedarf von elektronischen Baugruppen erheblich reduziert werden.
Das Bohren von elektronischen SchaltungsSubstraten erfolgt üblicherweise mittels gepulster Laserstrahlung in speziellen Laserbearbeitungsmaschinen für den Elektronikbereich. Als Laserquellen werden beispielsweise CC>2-Laser mit einer Wel¬ lenlänge von ungefähr 10 μm oder Festkörperlaser, wie bei- spielsweise ein Nd:YAG-Laser verwendet. Letzterer erlaubt neben der Emission einer Grundwellenlänge von 1064 nm abhän¬ gig von der Art der Frequenzvervielfachung in einem nichtli¬ nearen Kristall auch eine Laseremission bei 532 nm, 355 nm oder 266 nm. Aufgrund der stetig zunehmenden Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen ist für eine wettbewerbsfähige Laserbearbeitungsmaschine insbesondere die Strahlqualität, d.h. die in einem Fokusbereich des bearbeitenden Laserstrahls
vorhandene transversale Intensitätsverteilung, welche auch als Strahlprofil bezeichnet wird, von großer Bedeutung.
Da sich während des Betriebs einer Laserlichtquelle die Strahlqualität des bearbeitenden Laserstrahls ändern kann, ist es wünschenswert, das Strahlprofil von Zeit zu Zeit durch eine entsprechende Messung zu überprüfen. So gibt es bei¬ spielsweise für CC>2-Laser die Möglichkeit, mit entsprechenden Messgeräten das Strahlprofil auch im Fokus zu messen. Derar- tige Messungen können jedoch nur außerhalb des Betriebs der Laserbearbeitungsmaschine durchgeführt werden, da für eine entsprechende Messung das Messgerät mit einer exakten Justie¬ rung in der Laserbearbeitungsmaschine montiert werden muss.
Die Vermessung des Strahlprofils von Laserlichtquellen, welche Laserstrahlung im sichtbaren oder im nahen ultravio¬ letten Spektralbereich emittieren, ist ferner aufgrund der kürzeren Wellenlänge insbesondere im Strahlfokus wesentlich schwieriger. Die kürzere Wellenlänge erlaubt nämlich eine Fokussierung mit deutlich kleinerem Fokusdurchmesser, so dass bei einer bestimmten Laserleistung eine im Vergleich zu infraroter Laserstrahlung wesentlich größere Energiedichte vermessen werden muss. Bei der Strahlprofilvermessung von sichtbarer oder nah-ultravioletter Laserstrahlung tritt zudem das Problem der exakten Positionierung eines entsprechenden Messgerätes im Fokus des Laserstrahls verstärkt auf, so dass die Vermessung nur mit einem erheblichen Aufwand für die erforderliche Feinjustierung des Messgeräts erfolgen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laser¬ strahls zu schaffen, welche in einer Laserbearbeitungsmaschi¬ ne eingesetzt werden können und welche eine einfache und zügig durchführbare Strahlprofilvermessung ermöglichen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Laserbear¬ beitungsmaschine zu schaffen, welche eine einfache und zügig durchführbare Strahlprofilvermessung ermöglicht.
Die verfahrensbezogene Aufgabe wird gelöst durch ein Verfah¬ ren zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls in einer Laserbearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des unab- hängigen Anspruchs 1. Erfindungsgemäß wird der Laserstrahl auf einen Detektor gerichtet und die auf den Detektor auf¬ treffende Strahlungsleistung gemessen. Während der Messung der auftreffenden Strahlungsleistung wird ein Abschattungs¬ element, welches eine Vorderkante aufweist, mittels einer Positioniereinrichtung relativ zu dem Laserstrahl entlang einer ersten Bewegungsrichtung derart bewegt, dass im Verlauf der Bewegung die Vorderkante den Laserstrahl in seiner gesam¬ ten transversalen Ausdehnung durchdringt. Die von dem Detek¬ tor gemessene Strahlungsleistung wird in Abhängigkeit von der Position des Abschattungselements von einer Auswerteeinheit erfasst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Strahl¬ profil durch eine einfach zu realisierende Leistungsmessung des Laserstrahls innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine dadurch realisiert werden kann, dass das Abschattungselement sukzessive in den Strahlengang des Laserstrahls bewegt wird und somit abhängig von der jeweiligen Position des Abschat¬ tungselements ein bestimmter Teil des Laserstrahls von dem Detektor abgeschattet wird. Die Genauigkeit der Vermessung des Strahlprofils hängt vor allem von der mechanischen Präzi¬ sion der Positioniereinrichtung sowie von dem Kantenverlauf des Abschattungselements ab, welches insbesondere bei der Vermessung von Laserstrahlen im sichtbaren und im nahen ultravioletten Spektralbereich mit einer genau definierten geradlinigen Kantenverlauf präzise gefertigt sein sollte.
Als Abschattungselement kann jedes Objekt mit einer scharfen und bevorzugt dünnen Kante verwendet werden, welches aus einem Material, wie beispielsweise Metall gefertigt ist, welches durch den zu vermessenden Laserstrahl nicht abgetra¬ gen wird. Als Abschattungselement kann somit beispielsweise
eine herkömmliche Rasierklinge verwendet werden. Die Kante der Rasierklinge wird dann in sehr kleinen Schritten oder kontinuierlich durch den Laserstrahl bewegt und die Laser¬ leistung, die noch an der Rasierklinge vorbei auf den Detek- tor trifft, wird positionsabhängig vermessen. Die üblicher¬ weise hohe Positioniergenauigkeit von Positioniereinrichtun¬ gen von im Elektronikbereich verwendeten Laserbearbeitungsma¬ schinen ermöglicht nicht nur für Laserstrahlen im infraroten, sondern auch für Laserstrahlen im sichtbaren oder im nahen ultravioletten Spektralbereich eine genaue Vermessung des jeweiligen Strahlprofils.
Als Abschattungselement kann ferner auch eine Spalt oder eine bevorzugt kreisförmige Blende verwendet werden. In diesen Fällen sind jedoch geänderte Auswertealgorithmen erforder¬ lich, da der zu vermessende Laserstrahl während einer Bewe¬ gung des Abschattungselements zunächst abgeschattet, danach freigegeben und am Ende der Bewegung wieder abgeschattet ist.
Das Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Bewegungsrichtung des Abschattungselements senkrecht zu der Vorderkante ver¬ läuft und/oder die Bewegungsrichtung des Abschattungselements senkrecht zu dem Strahlengang des Laserstrahls verläuft, ermöglicht eine hohe Genauigkeit des erfindungsgemäßen Ver- fahrens. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Relativbewegung zwischen Abschattungselement und Laserstrahl auch durch eine entsprechende Ablenkung des Laserstrahls mittels einer Ablenkeinheit bei gleichzeitig feststehendem Abschattungselement realisiert werden kann. Selbstverständ- lieh wäre auch eine Kombination aus einer Bewegung des Ab¬ schattungselements und einer Ablenkung des Laserstrahls möglich.
Gemäß Anspruch 3 wird aus der aufgezeichneten Messkurve durch einfaches Differenzieren nach der Position des Abschattungs¬ elements eine Auswertekurve ermittelt, anhand welcher der Verlauf des Strahlprofils unmittelbar abgelesen werden kann.
Die Ausführungsform nach Anspruch 4, bei der die Position des Laserstrahls bestimmt wird, wird am einfachsten dadurch realisiert, dass das Maximum der o.g. Auswertekurve als direktes Maß für die Position des Laserstrahls entlang der Bewegungsrichtung des Abschattungselements herangezogen wird. Die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Laserstrahls kann jedoch dadurch erhöht werden, dass die Flanken der Auswerte¬ kurve vermessen werden und bei einem symmetrischen Verlauf der Auswertekurve das Maximum und damit die exakte Position des Laserstrahls dadurch bestimmt wird, dass die exakte Lage des Maximums genau in der Mitte zwischen zwei Messwerten mit gleicher Laserleistung liegt, welche Messwerte auf unter¬ schiedlichen Flanken der Auswertekurve liegen. Auf vorteil- hafte Weise kann somit nach einer einmaligen Kalibrierung die Position des Laserstrahls jederzeit ohne aufwendige Umbauten einer entsprechenden Laserbearbeitungsmaschine und ohne den Einsatz von Verbrauchsmaterial wie beispielsweise Glasplatten oder kupferkaschierte Leiterplatten gemessen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 5 hat den Vorteil,., dass das Strahlprofil genau in dem Fokusbereich des Laserstrahls vermessen wird, welcher Bereich für die räumliche Auflösung von kleinen Bearbeitungsstrukturen, wie beispielsweise dem Bohren von Löchern, relevant ist. Bei der Verwendung eines Abschattungselements mit einer genau definierten Vorderkante sowie bei der Verwendung einer hochwertigen Positionierein¬ richtung kann auch das Strahlprofil eines sichtbaren oder nahen ultravioletten Laserstrahls im Fokus vermessen werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Strahlprofilvermes¬ sung von Laserstrahlung mit einer hohen Energie- bzw. Lei¬ stungsdichte, welche beispielsweise zum Laserbohren von mehrschichtigen Leiterplatten verwendet wird, das Material des Abschattungselements abgetragen werden kann. Dieser unerwünschte Effekt kann jedoch auf einfache Weise dadurch eliminiert werden, dass zur Strahlprofilvermessung die Aus-
gangsleistung der Laserlichtquelle reduziert und/oder ein Lichtabsorber in den Strahlengang eingebracht wird. Ein Lichtabsorber, welcher beispielsweise mittels einer Schwenk¬ bewegung in den Strahlengang des zu vermessenden Laserstrahls eingebracht werden kann, kann auch in Verbindung mit einem Spalt oder einer Blende als Äbschattungselement eingesetzt werden.
Das Verfahren nach Anspruch 6 ermöglicht die Vermessung des Strahlprofils eines Laserstrahls entlang zweier unterschied¬ licher Bewegungsrichtungen, so dass das Strahlprofil im Vergleich zu einer lediglich eindimensionalen Strahlprofil¬ vermessung genauer bestimmt werden kann. Es wird darauf hingewiesen, dass im Prinzip Strahlprofilvermessungen aus beliebigen unterschiedlichen Richtungen möglich sind, so dass eine genaue Strahlcharakterisierung auf einfache Weise reali¬ sierbar ist. Bei der Verwendung von herkömmlichen xy-Flächen- positioniereinrichtungen kann durch eine entsprechende Über¬ lagerung einer x- und einer y-Bewegung ohne zusätzlichem apparativen Aufwand jede mögliche Bewegungsrichtung des Abschattungselements realisiert werden. Die Strahlprofilver¬ messung aus unterschiedlichen Richtungen ist insbesondere relevant für Laserstrahlen, welche mit sog. Strahlformungs¬ elementen beispielsweise zu einem Strahlprofil geformt wur- den, welches innerhalb eines bestimmten Bereichs nahe der Strahlachse eine nahezu konstante Intensitätsverteilung und außerhalb dieses Bereichs eine nahezu verschwindende Strahl¬ intensität aufweist. Als Strahlformungselement kann ein diffraktives oder refraktives optisches Element verwendet werden.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 7 wird das Strahlprofil des Laserstrahls an unterschiedlichen Stellen im Strahlengang des Laserstrahls vermessen. Dies ermöglicht eine dreidimensionale Vermessung des Strahlprofils und, da mit der Vermessung des Strahlprofils stets auch der Strahldurchmesser bestimmt wird, eine präzise Bestimmung der Fokusebene. Aus einer derartigen
dreidimensionalen Vermessung des Strahlprofils lässt sich der in der Lasertechnik bekannte Wert M2 bestimmen, in welchem unter anderem die Divergenz und die Rundheit des Strahlpro¬ fils eingeht und welcher ein gutes Maß für die Strahlqualität darstellt. Bei einem perfekt gausförmigen Strahlprofil ist der Wert von M2 genau 1. In der Praxis erreicht man für einen qualitativ hochwertigen frequenzvervielfachten Strahl mit einer Wellenlänge von 355 nm für M2 Werte von ungefähr 1,2 bis 1,4. Für längere Wellenlängen, d.h. mit geringerer oder ohne Frequenzvervielfachung kann eine noch bessere Strahlqua¬ lität erreicht werden.
Die erste vorrichtungsbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls innerhalb einer Laserbereitungsmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8. Die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Abschattungselement mit einer Vorderkante, eine Positioniereinrichtung, mittels welcher das Abschattungselement relativ zu dem Laserstrahl entlang einer ersten Bewegungsrichtung derart bewegbar ist, dass im Verlauf der Bewegung die^ Vorderkante den zu vermes¬ senden Laserstrahl in seiner gesamten transversalen Ausdeh¬ nung durchdringt. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Detek¬ tor zum Messen der auftreffenden Strahlungsleistung des Laserstrahls und eine Auswerteeinheit, mittels welcher die von dem Detektor gemessene Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Position des Abschattungselements erfassbar ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der Detektor an der Positioniereinrichtung befestigt ist, ist besonders einfach in herkömmliche Laserbearbeitungsmaschinen zu imple¬ mentieren. Dabei ist erforderlich, dass die aktive Detektor¬ fläche des Detektors eine Längenausdehnung aufweist, welche größer ist als der Verfahrweg des Abschattungselements. Die Verwendung eines Detektors mit einer vergleichsweise großen aktiven Detektorfläche hat den Vorteil, dass insbesondere bei einer Anordnung des Detektors in räumlicher Nähe zu dem
Abschattungselement Beugungseffekte an der Vorderkante des Abschattungselements keine Rolle spielen, da sämtliche Beu- gungsmaxima mit nennenswerter Intensität auf die vergleichs¬ weise große Detektorfläche auftreffen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Abschattungs¬ element mehrere Kanten aufweist und bei der eine Flächen- Positioniereinrichtung eine beliebige Bewegung des Abschat- tungselements innerhalb einer xy-Ebene ermöglicht, erlaubt durch ein geschicktes Anordnen der Kanten und der Bewegungs- richtungen des Abschattungselements, welche bevorzugt senk¬ recht zu den Kanten verlaufen, eine Strahlprofilvermessung aus verschiedenen Richtungen. Somit ist eine zweidimensionale Auftragung des gemessenen Strahlprofils möglich. Je größer die Anzahl der Kanten und der entsprechenden durchgeführten Verfahrbewegungen des Abschattungselements ist, um so genauer kann das transversale Strahlprofil des Laserstrahls vermessen werden.
Die Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Abschattungs¬ element relativ zu der Positioniereinrichtung drehbar gela¬ gert ist, ermöglicht eine Vielzahl von Strahlprofilvermessun¬ gen entlang beliebiger Richtungen und somit eine besonders genaue Vermessung des zweidimensionalen Strahlprofils.
Die Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Abschattungs¬ element zusätzlich entlang des Laserstrahls verschoben werden kann, ermöglicht die Vermessung des Strahlprofils entlang einer weiteren Dimension, so dass wichtige Kenngrößen für die Strahlqualität wie beispielsweise der Wert M2 genau bestimmt werden können. Da mit der Vermessung des Strahlprofils stets auch der Durchmesser des Laserstrahls gemessen wird, kann durch eine Vermessung des Strahlprofils an unterschiedlichen Stellen entlang des Strahlengangs des Laserstrahls auf einfa- che Weise und mit hoher Präzision die genaue Lage der Fokus¬ ebene des Laserstrahls bestimmt werden.
Die zweite vorrichtungsbezogene Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch, eine Laserbearbeitungsmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere zum Bohren und/oder Struktu¬ rieren von elektronischen Schaltungssubstraten mit den Merk- malen des unabhängigen Anspruchs 14. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitungsmaschine umfasst eine Laserquelle, eine Ablenkungseinheit und eine Abbildungsoptik, um einen von der Laserquelle emittierten Laserstrahl auf eine jeweilige Bear¬ beitungsposition des Werkstücks zu lenken. Die Laserbearbei- tungsmaschine umfasst ferner eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die oben beschriebene Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls auf einfache Weise in eine Laserbearbei¬ tungsmaschine implementiert werden kann, so dass zur Strahl¬ profilvermessung der Betrieb der Laserbearbeitungsmaschine ohne große apparative Umbauten lediglich für kurze Zeit unterbrochen werden muss.
Die Laserbearbeitungsmaschine nach Anspruch 15 hat den Vor¬ teil, dass zur Bewegung des Abschattungselements eine Positi¬ oniereinrichtung verwendet wird, welche bei bekannten Laser¬ bearbeitungsmaschinen zur Positionierung des Werkstücks relativ zu einem Bearbeitungsfeld ohnehin vorhanden ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
In der Zeichnung zeigen Figur 1 eine Laserbearbeitungsmaschine in schematischer Darstellung, Figur 2 eine perspektivische Darstellung einer Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils, Figur 3a, 3b und 3c eine schematische Darstellung von ver¬ schiedenen Abschattungselementen in Verbindung mit
jeweils bevorzugten Verfahrbewegungen des Abschat- tungselements in einer Draufsicht und Figur 4 den Verlauf einer beispielhaft gemessenen Messkurve des Verlaufs der gemessenen Laserleistung in Abhän- gigkeit von dem Verfahrweg und der daraus ermittelten Auswertekurve.
An dieser Stelle bleibt anzumerken, dass sich in der Zeich¬ nung die Bezugszeichen einander entsprechender Komponenten lediglich in ihrer ersten Ziffer unterscheiden.
Figur 1 zeigt eine Laserbearbeitungsmaschine 100, bei der eine Laserlichtquelle 110 einen Laserstrahl 111 emittiert, welcher zur Materialbearbeitung über eine Ablenkeinheit 120 und eine Abbildungsoptik 125 auf ein nicht dargestelltes Werkstück gelenkt wird. Zur Bearbeitung wird das Werkstück auf einem Positioniertisch 137 befestigt, welcher durch eine entsprechende Bewegung eine beliebige Positionierung des Werkstücks innerhalb eines Bearbeitungsfeldes der Laserbear- beitungsmaschine 100 ermöglicht. Die Ablenkeinheit 120 weist zwei Ablenkspiegel 121 auf, welche um zueinander senkrecht angeordneten Achsen schwenkbar sind. In der schematischen Darstellung von Figur 1 ist lediglich ein Ablenkspiegel 121 dargestellt.
Zur Vermessung des Strahlprofils ist ein Abschattungselement 140 mit einer scharfen Vorderkante 141 vorgesehen, welches über eine Halterung 136 an dem Positioniertisch 137 befestigt ist. Ferner ist ein Detektor 130 vorgesehen, welcher eine dem Laserstrahl 111 zugewandte aktive Detektorfläche 131 auf¬ weist. Der Detektor 130 ist über eine Halterung 135 und die Halterung 136 an dem Positioniertisch 137 befestigt. Bei einer transversalen Bewegung des Positioniertisches 137 führt eine teilweise Abschattung des Laserstrahls 111 somit zu einem Messsignal, welches direkt proportional zu der Laser¬ leistung ist, welche auf die aktive Detektorfläche 131 trifft.
Die Laserbearbeitungsmaschine 100 weist ferner eine Steuer¬ einheit 160 auf, welche über eine Steuerleitung 176 mit der Laserlichtquelle 110, über eine Steuerleitung 175 mit der Ablenkeinheit 120, über eine Steuerleitung 171 mit der Posi¬ tioniereinrichtung 138 und über eine Messleitung 170 mit dem Detektor 130 gekoppelt ist. Die Steuereinheit 160 weist eine Auswerteeinheit 160a auf, welche in Form von Hardware und/oder in Form von Software realisiert sein kann. Außerdem ist die Steuereinheit 160 mit einer Ein- und Ausgabeeinheit 160b gekoppelt, welche als Schnittstelle zu einer Bedienper¬ son oder zu weiteren Datenverarbeitungsanlagen dient.
Die Auswerteeinheit 160a dient der Erfassung der von dem Detektor 130 gemessenen Laserleistung in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Abschattungselements 140. Die Positi¬ on des Abschattungselements 140 wird dabei über die Steuer¬ leitung 171 zwischen der Steuereinheit 160 und der Positio¬ niereinrichtung 138 in Form von entsprechenden Daten überge- ben.
Die Positioniereinrichtung 138 ermöglicht eine beliebige dreidimensionale Verschiebung des Positioniertisches 137, so dass das Abschattungselement 140 nicht nur senkrecht zu dem Laserstrahl 111, sondern auch parallel zu dem Laserstrahl 111 bewegt werden kann. Somit kann sukzessive das Strahlprofil des Laserstrahls 111 an verschiedenen Stellen des Strahlen¬ gangs vermessen und der Laserstrahl 111 somit genau charakte¬ risiert werden. Damit lassen sich wichtige Kenngrößen für die Strahlqualität wie beispielsweise der Wert M2 bestimmen.
Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle des Positionierti¬ sches 137 auch das optische System der Laserbearbeitungsma¬ schine 100, nämlich die Laserlichtquelle 110, die Ablenkein- heit 120 und die fokussierende Abbildungsoptik 125 verschoben werden können, so dass ebenfalls eine Relativbewegung zwi-
sehen der Vorderkante 141 und dem Laserstrahl 111 erzeugt wird.
Die Auswertung der von dem Detektor 130 in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Abschattungselements 140 gemesse¬ nen Laserleistung wird an späterer Stelle anhand von Figur 4 erläutert.
Figur 2 zeigt in einer perspektivischen schematischen Dar- Stellung eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls 211. Das Eindringen des Abschattungsele¬ ments 240 in den Bereich des Laserstrahls 211 bewirkt strom¬ abwärts des Abschattungselements 240 eine Abschattung eines Teils des Laserstrahls 211, so dass auf den nicht dargestell- ten Detektor, welcher sich unterhalb einer Öffnung 239a innerhalb eines Grundelements 239 befindet, eine entsprechend reduzierte Laserleistung trifft. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind das die Vorderkante 241 aufweisende Abschattungselement 240, die Halterung 236 und das Grundele- ment 239 einstückig ausgebildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass in Figur 2 Beugungseffekte, welche an der Vorderkante 241 des Abschattungselements 240 auftreten, nicht dargestellt sind. Diese Beugungseffekte sind jedoch insbesondere dann zu vernachlässigen, wenn unterhalb der Öffnung 239a ein Detektor angeordnet ist, welcher eine hinreichend große aktive Detektorfläche aufweist. Dann werden zumindest diejenigen Beugungsmaxima von dem Detektor erfasst, welche einen signifikanten Beitrag zu der das Abschattungs- element 240 passierenden Strahlungsleistung beitragen.
Die Figuren 3a, 3b und 3c zeigen unterschiedliche Abschat- tungselemente 340a, 340b, 340c, welche mittels einer nicht dargestellten Positioniereinrichtung parallel zu der Detek- torfläche 331 entlang verschiedener Bewegungsrichtungen 342a, 342b, 342c bewegt werden können. Die Bewegungsrichtungen 342a, 342b, 342c sind dabei so gewählt, dass sie senkrecht zu
Kanten 341a, 341b, 341c der Abschattungselemente 340a, 340b, 340c verlaufen. Je höher die Anzahl der zueinander winklig angeordneten Kanten, desto genauer kann das Strahlprofil vermessen werden, da durch eine entsprechende Bewegung des Abschattungselements 340a, 340b, 340c das Strahlprofil des Laserstrahls aus unterschiedlichen Richtungen vermessen werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass ebenso ein drehbar an der Positioniereinrichtung befestigtes Abschattungselement ver¬ wendet werden kann, so dass durch eine entsprechende Drehung im Prinzip das Strahlprofil aus beliebig vielen verschiedenen Richtungen durch eine Kombination von einer Bewegung der Positioniereinrichtung in x- und einer Bewegung in y-Richtung vermessen werden kann.
Figur 4 zeigt eine Messkurve 480, welche in einem Koordina¬ tensystem aufgetragen ist, bei der als Abszisse die jeweilige Position des Abschattungselements und als Ordinate die von dem Detektor gemessene Laserleistung I aufgetragen ist. Die Position des Abschattungselements ist als Abstand d von der Strahlmitte aufgetragen. Der Abstand d und die Laserleistung I sind jeweils in willkürlichen Einheiten aufgetragen.
Die Messkurve 480 kann durch Differenzieren nach der Position des Abschattungselements in eine Auswertekurve 481 transfor¬ miert werden, welche abgesehen von einem Messrauschen eine symmetrische, annähernd gaußförmige Form aufweist. Aus der Auswertekurve 481 lassen sich unmittelbar die genaue Position des Laserstrahls und der Durchmesser des Laserstrahls entneh¬ men.
Zusammenfassend bleibt festzustellen: Die Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen des Strahlprofils eines Laserstrahls 111 innerhalb einer Laserbearbeitungsmaschine 100. Erfindungsgemäß wird der Laserstrahl 111 auf einen Detektor 130 gerichtet und die
auftreffende Strahlungsleistung gemessen. Ein Abschattungs- element 140, welches eine Vorderkante 141 aufweist, wird mittels einer Positioniereinrichtung 138 relativ zu dem Laserstrahl 111 entlang einer ersten Bewegungsrichtung derart bewegt, dass im Verlauf der Bewegung die Vorderkante 141 den Laserstrahl 111 in seiner gesamten transversalen Ausdehnung durchdringt und somit die von dem Detektor 130 gemessene Strahlungsleistung von der Position des Abschattungselements 140 abhängt. Mittels einer Auswerteeinheit 160a wird die von dem Detektor 130 gemessene Strahlungsleistung in Abhängigkeit von der Position des Abschattungselements 140 erfasst. Durch ein Ableiten der von der Auswerteeinheit 160a erfassten Messkurve 480 nach der Position des Abschattungselements 140 erhält man eine Auswertekurve 481, welche unmittelbar das gemessene Strahlprofil widerspiegelt. Durch eine Verfahrbewe¬ gung des Abschattungselements 140 entlang verschiedener Bewegungsrichtungen in Verbindung mit einer zu der jeweiligen Bewegungsrichtung senkrechten Orientierung einer Kante 141 des Abschattungselements kann das Strahlprofil des Laser- Strahls 111 zweidimensional ermittelt werden. Durch eine Verschiebung des Abschattungselements 140^ längs des Laser¬ strahls 111 kann das Strahlprofil an verschiedenen Stellen des Strahlengangs vermessen und somit sowohl die Fokusebene genau bestimmt als auch wichtige Parameter für die Strahlqua- lität ermittelt werden. Die Erfindung schafft ferner eine Laserbearbeitungsmaschine 100, bei der auf vorteilhafte Weise die oben genannte Vorrichtung zum Vermessen des Strahlpro¬ fils, zur Bestimmung der Fokuslage und zur Bestimmung der Position des Laserstrahls 111 implementiert ist, so dass eine Vermessung der genannten Größen ohne eine längere Unterbre¬ chung des Betriebs der Laserbearbeitungsmaschine 100 möglich ist.