WO2020035333A1 - Laserbearbeitungssystem und verfahren für ein laserbearbeitungssystem - Google Patents

Laserbearbeitungssystem und verfahren für ein laserbearbeitungssystem Download PDF

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WO2020035333A1
WO2020035333A1 PCT/EP2019/070907 EP2019070907W WO2020035333A1 WO 2020035333 A1 WO2020035333 A1 WO 2020035333A1 EP 2019070907 W EP2019070907 W EP 2019070907W WO 2020035333 A1 WO2020035333 A1 WO 2020035333A1
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measuring
laser
optical
optics
laser beam
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PCT/EP2019/070907
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Bert Schürmann
Niklas WECKENMANN
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Precitec Gmbh & Co. Kg
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    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting

Definitions

  • the present disclosure relates to a laser machining system that is set up for machining a workpiece with a laser beam, and a method for a laser machining system.
  • the present disclosure particularly relates to a laser processing head, e.g. for laser welding or laser cutting, with an optical coherence tomograph for measuring the distance to the workpiece.
  • the laser beam emerging from a laser light source or one end of a laser guide fiber is focused or bundled onto the workpiece to be machined with the aid of beam guidance and focusing optics.
  • the fiber beam For fiber material processing, in particular for fiber cutting or fiber welding, the fiber beam must exit the fiber processing head in a centered manner.
  • the fiber beam must be centered or centered with respect to an opening of the fiber processing head through which the fiber beam emerges from the processing head, in order to avoid undesired reflections of the fiber beam within the processing head and to ensure optimal processing.
  • the opening can be formed, for example, in a nozzle or a cutting nozzle. This central alignment of the fiber beam must be carried out each time a component of the fiber processing head is changed, for example when changing the nozzle, optics in the beam path of the fiber beam, the fiber source and the like.
  • the central alignment of the fiber beam is usually a tedious manual procedure, which involves, for example, repeating the steps of sticking an adhesive strip onto the opening, baking the position of the fiber beam and the opening therein, and manually shifting a focusing lens and thereby the position of the fiber beam perpendicularly to the beam axis until a centric position of the fiber beam with respect to the opening is determined.
  • a nozzle with a relatively large opening can be used, which can then be successively exchanged for nozzles with a smaller opening in order to increase the accuracy of the centering.
  • a laser machining system for machining a workpiece with a laser beam, preferably for cutting or welding a workpiece with a laser beam, comprising: a machining head with a housing that has an opening for an exit of the laser beam from the machining head and a measuring device which is set up to direct an optical measuring beam through the opening.
  • the laser processing system further comprises an optical unit for aligning the laser beam and the optical measuring beam, the optical unit being adjustable in order to adjust the laser beam and the optical measuring beam perpendicular to the optical axis of the processing head in the region of the opening.
  • the measuring device is also set up to determine a setting of the optical unit in accordance with the central alignment of the laser beam on the basis of measured values based on reflections of the optical measuring beam for different settings of the optical unit.
  • the optical unit can include measuring optics for aligning the optical measuring beam, the measuring optics being adjustable such that the optical measuring beam can be adjusted perpendicular to an optical axis of the machining head in the region of the opening.
  • the optical unit can include laser optics for aligning the laser beam, the laser optics being adjustable such that the laser beam can be adjusted perpendicular to the optical axis of the processing head in the region of the opening.
  • the measuring device can therefore be set up on the basis of measured values based on Reflections of the optical measuring beam, for example on a surface of a substrate or within the processing head, for different settings of the measuring optics are based on determining a setting of the laser optics in accordance with the central alignment of the laser beam.
  • the measuring optics can comprise at least one optical element arranged in the beam path of the measuring beam, which can be displaced or adjusted perpendicular to its optical axis and / or to a beam axis of the measuring beam in at least one direction x and / or y.
  • the laser optics can comprise at least one optical element arranged in the beam path of the laser beam, which can be displaced or adjusted in at least one direction x and / or y perpendicular to its optical axis and / or to a beam axis of the laser beam.
  • the different settings of the measuring optics or laser optics can include different positions of the measuring optics or laser optics in at least one direction x and / or y perpendicular to the optical axis of the machining head. In other words, the measuring optics or the laser optics can be displaceable or adjustable along this direction.
  • the various settings of the measuring optics or the laser optics can also include swiveling or tilting of the measuring optics or the laser optics about an axis perpendicular to the optical axis of the machining head.
  • the measuring device can also be set up to carry out the determined setting of the laser optics, ie to set the central alignment of the laser beam in this direction x and / or y accordingly.
  • a method for a central alignment of a laser beam in a processing head of a laser processing system for processing a workpiece with the laser beam comprising the steps: providing the processing head with a housing that has an opening for an exit of the laser beam from the processing head having; Directing an optical measuring beam onto an optical unit for aligning the laser beam and the optical measuring beam; Adjusting the optical measuring beam in at least one direction perpendicular to an optical axis of the machining head in the region of the opening by means of the optical unit; Determining a setting of the optical unit for aligning the laser beam in accordance with a central alignment of the laser beam in this at least one direction on the basis of measurement values which are based on reflections of the optical measuring beam for different settings of the optical unit in this at least one direction.
  • this includes Method: providing the machining head with a housing which has an opening for the laser beam to exit the machining head; Directing an optical measuring beam onto measuring optics for aligning the optical measuring beam; Adjusting the optical measuring beam in at least one direction perpendicular to an optical axis of the processing head in the region of the opening by means of the measuring optics; Determining a setting of a laser optics for aligning the laser beam in accordance with a central alignment of the laser beam in this at least one direction on the basis of measurement values which are based on reflections of the optical measurement beam for different settings of the measurement optics in this at least one direction.
  • the adjustment of the optical measuring beam can include shifting the measuring optics in the corresponding at least one direction x and / or y perpendicular to the optical axis of the measuring optics and / or to a beam axis of the measuring beam.
  • the different settings of the measuring optics can correspond to different positions of the measuring optics in this at least one direction x and / or y.
  • the method can further comprise adjusting the central alignment of the laser beam, for example in the x and / or y direction.
  • the method can further comprise at least one of the following steps: determining a distribution of distances between the machining head and the workpiece for different settings or positions of the measurement optics in the at least one direction x and / or y, the distribution of a shape of the opening corresponds; Determining a setting or position of the measurement optics, which corresponds to a center point of the opening in the at least one direction x and / or y, based on the distribution; and determining the setting of the laser optics for a central alignment of the laser beam in this direction x and / or y based on this setting or position.
  • the optical measuring beam can be directed through the opening onto a surface, for example onto the workpiece or a substrate, and a distance between the processing head and the surface can be determined based on a reflection of the optical measuring beam from the surface.
  • the measuring optics can first be shifted in a first direction x and then in a second direction y or simultaneously in both directions.
  • the at least one direction can comprise a first direction x and a second direction y perpendicular thereto.
  • the method can further include: so that a spatial structure arises and determining a position of the penetration on the basis of the measured values.
  • the position of the penetration can be determined with respect to a center point in a distribution of the measured values in the at least one direction.
  • the setting of the laser optics according to the central alignment of the laser beam can be based on the position of the penetration.
  • the processing head can be configured to carry out the method according to the present disclosure.
  • the method and / or laser processing system according to aspects of this disclosure may include one or more of the following preferred features:
  • the measuring optics are preferably arranged in the beam path of the measuring beam.
  • the measuring optics can also be set up to shift a beam axis of the measuring beam in the region of the opening in accordance with an adjustment of the measuring optics.
  • the beam path of the measuring beam and the laser beam can be formed separately in one area.
  • the determined setting can include a position of a laser optics in the beam path of the laser beam.
  • the laser optics can be displaceable or adjustable in at least one direction x and / or y perpendicular to their optical axis.
  • the laser optics can also be set up to shift a beam axis of the laser beam in the region of the opening in accordance with an adjustment of the laser optics.
  • the laser optics e.g. can be shifted or adjusted by an adjusting device in accordance with the determined setting.
  • the optical unit can comprise a common optical element which is arranged in the common beam path of the laser beam and the measuring beam.
  • the measuring optics and the laser optics can be realized by at least one common optical element which is arranged in the common beam path of the laser beam and the measuring beam, or the common optical element can be or comprise the measuring optics and the laser optics. Both the laser beam and the measuring beam can be directed through the common optical element.
  • the determined setting of the optical unit can here include an adjustment or a position of the common optical element in the at least one direction.
  • the common optical element can be set up to shift the beam axes of the laser beam and the measuring beam in accordance with a position of the common optical element. To set the centric alignment of the laser beam, the common optical element can be shifted or adjusted, for example by an adjusting device, in accordance with the determined setting.
  • the common optical element and / or the measuring optics and / or the laser optics can be part of or include a processing optics of the processing head.
  • the common optical element and / or the measuring optics and / or the laser optics may comprise one or more of the following elements: focusing optics for focusing the laser beam and / or the measuring beam, collimating optics for collimating the laser beam and / or the measuring beam, a fiber end , from which the laser beam and / or the measuring beam emerges, and a mirror, etc.
  • the reflections of the optical measuring beam can reflect on a surface outside the processing head and / or inside the processing head, e.g. inside a nozzle of the machining head.
  • the measuring device can also be set up to determine a distribution of measured values or measurement signals for different settings or positions of the measurement optics in the at least one direction x and / or y based on reflections of the optical measurement beam.
  • the distribution of measured values can be a distribution of distances, for example from a workpiece or between the machining head or a nozzle of the machining head and a workpiece.
  • the measured value distribution can correspond to a shape of the opening or map the shape of the opening.
  • the measuring device can also be set up to determine the setting or the position of the laser optics based on the measured value distribution in accordance with the central alignment of the laser beam.
  • the measuring device can be set up to determine a setting or position of the measuring optics, which corresponds to a center point of the opening in the at least one direction x and / or y, and based on this setting or position. tion of the measuring optics to determine the setting or position of the laser optics for the central alignment of the laser beam in this direction x and / or y.
  • the measuring device can be set up to direct the optical measuring beam for at least one corresponding setting of the measuring optics or at least one corresponding position of the measuring optics through the opening onto the workpiece and, based on a reflection of the optical measuring beam from the workpiece, a distance from the workpiece or between the machining head and the workpiece.
  • the measuring device can comprise an optical coherence tomograph.
  • the optical coherence tomograph can comprise a reference arm and a measuring arm and can be configured to direct the optical measuring light from the measuring arm through the opening in order to determine the distance to the workpiece based on the reflection from the workpiece and back-reflected light from the reference arm.
  • the processing head or the housing of the processing head can comprise a nozzle which has the opening.
  • a diameter of the opening can be known.
  • the measuring device can also be set up to determine the setting of the laser optics based on the diameter of the opening and the reflections of the optical measuring beam in accordance with the central alignment of the laser beam.
  • the measured value distribution can represent a norm of the opening. That is, the distribution may contain information about the edge of the opening.
  • the distribution can contain values for settings of the measuring optics in which the measuring beam hits through the opening and values for settings of the measuring optics where the measuring beam does not hit through the opening.
  • a displacement path or adjustment path of the measuring optics for at least one direction x and / or y can, for example, be selected such that at least the following settings can be set for this direction: a first setting or position of the measuring optics at which the measuring beam does not pass through the opening and / or remains in the processing head or reflects; and a second setting or position of the measuring optics at which the measuring beam passes through the opening and is reflected on a surface.
  • the setting or position of the measuring optics which corresponds to a center point of the opening in this direction, can be determined based on the position at which the sudden increase in the measured value distribution occurs.
  • a third position or setting of the measuring optics can be adjustable, at which the measuring beam likewise does not pass through the opening and / or remains or reflects in the processing head.
  • the third position or setting can be arranged along the adjustment or displacement direction such that the second position or setting is between the first and the third position or setting.
  • the third position of the measuring optics can be opposite the first position in the direction of displacement with respect to the opening.
  • There is therefore a sudden increase in the measured value distribution for example to the value of the distance to the surface or to the workpiece, corresponding to a first edge region of the opening as soon as the measurement optics are changed from the first setting to the second setting, and a sudden drop, for example from the value of the distance to the workpiece, corresponding to a second edge area of the opening, as soon as the measuring optics are moved from the second setting to the third setting.
  • the setting of the measuring optics corresponding to the middle between the sudden changes in value in the measured value distribution can be determined as a setting corresponding to the center of the opening in this direction.
  • the measuring optics can first be shifted in the first direction x and then in the second direction y or simultaneously in both directions.
  • the at least one direction can comprise a first direction x and a second direction y perpendicular thereto.
  • the measuring device is set up to measure the measured values when the measuring optics are shifted in the first direction and / or the measured values when the measuring optics are shifted in the second direction against the corresponding settings or adjustment positions of the measuring optics in the first and / or second direction.
  • the optical measuring beam runs through the measuring optics and / or through the opening essentially parallel to the laser beam.
  • the measuring beam and the laser beam can be coupled together into the laser processing head, for example through a common optical fiber.
  • the measuring beam and the laser beam be coupled separately from one another, ie at different positions on the laser processing head. If the measuring beam and the laser beam run coaxially through a common optical element, the position of the common optical element, which corresponds to a center point of the opening in the at least one direction x and / or y, can be the position of the common optical element for a central alignment of the Correspond to laser beams, ie these positions can be the same.
  • the measuring beam and the laser beam are offset at a predetermined distance from one another, this predetermined distance can be taken into account as an offset when determining the setting for a central alignment of the laser beam, such as the position of the common optical element or the laser optics.
  • the measuring device can be set up to adjust the offset and / or the setting for a central alignment of the laser beam, for example the position of the common optical element or the laser optics for a central alignment of the laser beam, from the position of a penetration on the surface consider.
  • the optical measuring beam can be a continuous or pulsed measuring beam, for example with a circular or oval diameter.
  • the optical measuring beam can have two or more partial beams.
  • the setting for a central alignment of the laser beam for example the position of the common optical element or the laser optics corresponding to the central alignment of the laser beam in the at least one direction x and / or y, can be determined automatically.
  • at least one automated and / or motorized adjusting device can be provided for displacing or adjusting the at least one common optical element or the measuring optics and / or the laser optics. If more optics are moved, appropriate actuating devices can be provided, or an actuating device is set up to adjust several optics.
  • the actuating device and / or a control of the actuating device can be connected to the measuring device in order to transmit the positions of the at least one common optical element, the measuring optics or the laser optics to the measuring device.
  • the optical measuring beam and the laser beam can have different wavelengths. In this way, reflected parts of the laser beam can be distinguished or separated from reflections of the optical measuring beam.
  • Embodiments of the disclosure are shown in the figures and are described in more detail in the fol lowing. Show it:
  • FIG. 1 shows a laser processing system with a processing head according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 shows a method for the central alignment of the measuring beam or the laser beam
  • FIGS. 3A and 3B show schematic representations of the opening and the penetration without or with a superimposed optical measuring beam
  • FIGS. 4A and 4B measured distance profiles in the x and y direction
  • FIG. 5 shows a laser processing system with a processing head according to a further embodiment of the present disclosure
  • FIG. 6 shows a flowchart of a method for a central alignment of a laser beam according to embodiments of the present disclosure
  • FIG. 7 shows a flow chart with further steps of the method for a central alignment of a laser beam according to embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a laser processing system 100 according to embodiments of the present disclosure.
  • the laser processing system 100 comprises a processing head 101, for example a laser cutting or laser welding head.
  • the laser machining system 100 comprises a laser device 110 for providing a laser beam 10 (also referred to as a “laser beam” or “machining laser beam”) and a measuring device for measuring a measured value, for example a distance between a workpiece 1 and the machining head 101, e.g. a nozzle.
  • the machining head or the nozzle has an opening 212 through which the laser beam 10 emerges from the machining head 101.
  • the laser processing system 100 or parts thereof, such as the processing head 101, can be movable along a processing direction 20 according to embodiments.
  • the machining direction 20 can be a cutting or welding direction and / or a direction of movement of the laser machining system 100, such as the machining head 101, with respect to the workpiece 1.
  • the processing direction 20 can be a horizontal direction.
  • the machining direction 20 can also be referred to as the “feed direction”.
  • the laser device 110 can have a fiber end 137 for coupling the laser beam 10 into the processing head and a collimator lens 112 for collimation of the laser beam 10.
  • the laser beam 10 is deflected or reflected by a suitable optical element or optics 103 by approximately 90 ° in the direction of the workpiece 1.
  • the measuring device can have a fiber end 138 for coupling an optical measuring beam 13 into the processing head 101.
  • the optics 103 for example a semitransparent mirror, can be set up to let light reflected back by the workpiece 1, for example, pass through to the measuring device.
  • the optical measuring beam and the laser beam can have different wavelengths, so that only back-reflected measuring light reaches the measuring device.
  • the coupling point of the laser beam 10 can be interchanged with that of the measuring beam 13, so that the measuring beam is deflected by 90 ° in the direction of the workpiece and the semitransparent mirror 103 reflects the measuring beam wavelength.
  • the measuring device can be set up to determine a distance from a workpiece 1.
  • the distance between the machining head and the workpiece surface or the distance between a nozzle arranged at the end of the machining head and the workpiece surface can be kept constant. The more constant the distance can be kept during machining, the more stable the machining process.
  • the measuring device can comprise a coherence tomograph 120 or can be a coherence tomograph 120.
  • the coherence tomograph 120 can comprise an evaluation unit 130 with a broadband light source (e.g. a superluminescent diode, SLD), which couples the measurement light into an optical waveguide 132.
  • a broadband light source e.g. a superluminescent diode, SLD
  • the measurement light is typically split into a reference arm 136 and a measurement arm, which leads into the processing head 101 via the laser end 138 of an optical waveguide.
  • the coherence tomograph 120 can further comprise a collimator optics 122, which is set up to collimate the optical measuring beam 13.
  • the collimator optics 122 can be integrated in the processing head 101 or mounted on the processing head 101.
  • the collimator optics 112 or 122 can be used to perform in an upstream adjustment step, e.g. a manual adjustment to align the optical axes of the measuring beam 13 and the laser beam 10 coaxially to one another in the area of a locating optics 124 (Ligur 1).
  • the collimator optics 112 or 122 can be displaced in the x and y directions, i.e. perpendicular to the optical axis of the laser beam 10 and the measuring beam 13, respectively.
  • a locating lens 124 is also provided, which is set up to focus the laser beam 10 and / or the optical measuring beam 13 on the workpiece 1.
  • the locating optics 124 can be a common locating optics, such as for example a locus lens, for the laser beam 10 and the measuring beam 13.
  • the laser beam 10 and the optical measurement beam 13 can run parallel or even coaxially at least in sections, and in particular can be coaxially superimposed at least in places.
  • the coherence tomograph 120 can be set up to couple the optical measuring beam 13 into a beam path of the laser device 110.
  • the optical measuring beam 13 and the laser beam 10 can be brought together in front of the collimator optics 122, ie in front of a common collimating optics 122 of the measuring and laser beams.
  • the beam paths of the measuring beam 13 and the laser beam 10 can be guided largely separately and can only be brought together after the collimator optics 122 and before the focusing optics 124, or after the focusing optics 124 and before the opening of the laser processing head 101.
  • the beam axes of the laser beam 10 and the measuring beam 13 can run parallel to one another or even coaxially at the level of the opening 212, and are preferably perpendicular to the workpiece surface.
  • the principle for distance measurement described here is based on the principle of optical coherence tomography, which takes advantage of the coherence properties of light with the help of an interferometer.
  • the optical measuring beam 13 is directed onto a surface 2 of the workpiece 1.
  • the measuring light reflected back from the surface is imaged by the focusing optics 124 onto the exit / entry surface of the optical waveguide 138, overlaid in the fiber coupler 134 with the back-reflected light from the reference arm 136 and then directed back into the evaluation unit 130.
  • the superimposed light contains information about the path length difference between the reference arm 136 and the measuring arm. This information is evaluated in the evaluation unit 130, as a result of which the user receives information about the distance between the surface of the workpiece and the processing head 101.
  • the measuring device can be set up for a central alignment of the laser beam with respect to the opening.
  • measuring optics in the beam path of the measuring beam 13 can be shifted in a plane perpendicular to the beam axis of the measuring beam 13 by an adjusting device.
  • the measuring optics is set up to move the measuring beam 13 accordingly when displaced perpendicular to its optical axis.
  • the measurement optics can include at least one of the fiber end 138, the collimation optics 122 and the focusing optics 124.
  • the measuring optics can alternatively also be designed to be pivotable.
  • the measuring optics are, for example, automatically shifted while the optical measuring beam 13 is directed through the measuring optics. In this way, measurement signals or values that are based on reflections of the measurement beam 13 can be recorded by the measurement device.
  • the measuring device can convert the measured values into intervals.
  • the corresponding measured values or distances can be plotted against the respective position of the measuring optics at different positions or at each position of the measuring optics. This results in a local signal distribution from which the center of the opening can be derived: If the measuring beam does not hit the opening 212, the optical measuring beam 13 can be reflected in the processing head. If, on the other hand, the measuring beam 13 hits a surface, e.g. hits the workpiece 1 or a centering substrate and is reflected, the measured value increases suddenly. A distance determined from the measured value can correspond to a distance from the workpiece 1 or from the centering substrate. This method is particularly suitable for a laser processing head with a common coupling of the laser beam and the measuring beam, as is described in relation to FIG. 5 below.
  • a signal distribution corresponding to the shape or cross section of the opening 212 can therefore be recorded and the position of the measuring optics corresponding to the center or center of the signal distribution can be determined.
  • the displacement or adjustment path of the measuring optics in one or each of the two directions can be so large that at least the following positions can be set in this direction: a first position of the measuring optics at which the measuring beam does not emerge from the opening 212 or in the processing head is reflected, and a second position of the measuring optics, at which the measuring beam strikes through the opening on a surface, for example on the workpiece or a centering substrate, and is reflected.
  • a third position of the measuring optics can also be adjustable, at which the measuring beam in turn reflects in the processing head or does not emerge from the opening.
  • the third position of the measuring optics can be opposite the first position in the processing head with respect to the opening 212.
  • the first and second (and optionally the third) position can be changed one after the other when the measuring optics are moved into a direction.
  • the displacement path of the measurement optics in the x and / or y direction can be set up such that an edge of the opening 212 can be represented in the measurement value with x and / or y displacement of the measurement optics, ie settings of the measurement optics with a measurement value corresponding to the distance to the surface and those without a measured value or with a measured value different from the distance to the surface in the x and / or y direction exist.
  • the measuring optics can be a common optical element, i.e. the measuring optics can be arranged in the common beam path of the laser beam 10 and the measuring beam 13 and can be set up to shift the laser beam 10 and the measuring beam 13 accordingly when they are displaced perpendicular to their optical axis.
  • the measurement optics are also the laser optics, or the measurement optics and the laser optics are realized by the common optical element. Therefore, a position of the common optical element corresponding to a central alignment of the laser beam can be determined based on the measured values.
  • the common optical element can comprise or be a focusing lens, a collimation lens, and / or a fiber end from which the laser beam and the measuring beam exit.
  • laser optics can be provided in the beam path of the laser beam 10, which can be adjusted in a plane perpendicular to the beam axis of the laser beam 10 by means of an actuating device, around the laser beam 10 to be positioned centrally in the opening 212.
  • the laser optics can include, for example, focusing optics, collimation optics, and / or a fiber end from which the laser beam emerges. The laser optics is set up to shift the laser beam 10 accordingly by moving the laser optics perpendicular to its optical axis.
  • a position of the laser optics can thus be determined on the basis of the measured values, which are based on the displacement of the measurement optics in the beam path of the measurement beam, in accordance with the central alignment of the laser beam.
  • the laser beam 10 or the measuring beam 13 can be aligned centrally and simply in the laser processing head.
  • the method for setting a central alignment of the laser beam 10 or the measuring beam 13 with respect to the opening 212 of a housing 210 of the Laser processing head 101 according to an embodiment described in more detail.
  • the laser processing system shown in FIG. 1 or 5 can be used for this.
  • a simplified method for centric alignment by measuring reflections of an optical measuring beam 13 while simultaneously shifting a measuring optics is specified.
  • the displacement or adjustment of the measuring optics can be done automatically and / or by motor by means of an adjusting device (not shown).
  • the setting of a central alignment of the laser beam 10 can be carried out automatically and / or by motor by an adjusting device (not shown) by setting a corresponding position of the common optical element in the common beam path or by setting a laser optics in the beam path of the laser beam.
  • the laser processing system and the method for a central alignment of the laser beam are exemplarily explained using a common optical element in the common beam path of the laser beam and the measurement beam.
  • the invention is not limited to this, but in the case of separately running beam paths, laser optics can also be provided in the beam path of the laser beam for the central alignment of the laser beam in addition to the measuring optics in the beam path of the measuring beam.
  • the common optical element here the focusing optics 124
  • the focusing optics 124 is displaced in at least one of the directions x and y in a plane perpendicular to the beam axis of the laser beam 10 or measuring beam 13.
  • a beam axis of the measuring beam 13 (different broken lines) is also shifted in this direction.
  • a measured value for each position of the focusing optics 124 is determined based on a reflection of the optical measuring beam 13, for example within the housing 210 of the machining head or on the workpiece surface 2.
  • the distance d1 to the workpiece 1 is determined based on a reflection of the optical measuring beam 13 from the workpiece surface 2 and based on the light to be reflected back from the reference arm 136. If the optical measuring beam 13 does not strike through the opening 212, no measured value is obtained, or at least no measured value that corresponds to the distance dl.
  • the distance dl to the workpiece 1 can be known. However, if the measurement beam 13 hits at least partially through the opening 212, a measurement value is obtained for the corresponding position x of the focusing optics 124. chend the distance dl (see middle part of Figure 2).
  • the shape of the opening 212 can be represented by the distribution of the measured values, the center M of which corresponds to the position of the focusing optics 124 for a central alignment of the measuring beam 13 (see lower part of the figure 2).
  • the position of the focusing optics 124 for a central alignment of the measuring beam 13 in the x direction can therefore be determined as the center point of the distance of the x displacement, via which signals have been obtained from distance. The same applies to the position for a central alignment in the y direction.
  • the process for centric alignment can be carried out with the nozzle selected for the machining.
  • the determined position of the common optical element, here the focusing optics 124, for a central alignment of the measuring beam 13 can also correspond to the position of the common optical element for a central alignment of the laser beam 10.
  • the beam axis of laser beam 10 can be made in a known manner, e.g. with a known x and / or y offset, can be offset in parallel with respect to the beam axis of the measuring beam 13.
  • the measuring beam 13 and the laser beam 10 are coupled into the processing head or into the processing optics at two different positions. From this, it may not be possible to automatically infer the position of the laser beam 10 from the geometric position of the measuring beam 13. In this case, for example, a penetration 310 may be required, as a result of which the geometric position of the laser beam 10 with respect to the opening 212 is visible or can be measured. This is explained by way of example with reference to FIGS. 3A and 3B.
  • the laser processing head can move to a position x, y and z (in relation to the machine coordinate system) at which the beam centering is to take place.
  • the optical measuring beam 13 is then deflected, for example in a grid-like manner, in the xy plane by shifting the measuring optics in order to scan the opening 212, the surface O and the penetration 310 (topography measurement).
  • Other forms of movement are also conceivable for the scanning, for example circular, spiral, meandering, zigzag or the like.
  • FIGS. 4A and 4B each schematically show the measured value profile in the x direction and in the y direction around the position of the penetration 310.
  • the points XI and X2 corresponding to the abrupt signal rise or fall result in the center X3, which is located exactly in the middle.
  • the position X4 of the penetration 310 or the center of the penetration can be determined as the position of an extremum of the measured value, ie a measured value minimum or maximum, between the positions XI and X2.
  • the distance between the center point X3 and the position of the penetration X4 results in an offset DC.
  • the same is calculated in the Y direction.
  • the laser beam 10 can now be centered in the middle of the opening 212 by adjusting the corresponding position of the laser optics.
  • FIG. 5 A further embodiment of the laser processing system 100 is shown in FIG. 5, in which the laser beam 10 and the optical measuring beam 13 are coupled together, and thus coaxially, through the fiber end 238 of a common optical fiber 131 into the laser processing head 101 or into the processing optics.
  • the laser beam 10 from one The laser source and the measuring beam 13 of the measuring device can, for example, be introduced into the optical fiber 131 via a coupling unit 140, for example a fiber coupler.
  • the laser beam 10 and the measuring beam 13 pass coaxially through the optics of the machining head 101, for example the collimation optics 222 and the focusing optics 224.
  • the measuring optics and the laser optics are therefore designed as a common optical element in the common beam path.
  • the common optical element can therefore also be used to align the laser beam 10 centrally by means of a corresponding positioning.
  • the measuring beam 13 scans the inner geometry of the opening in the x and y direction at at least four positions.
  • the measuring beam 13 is deflected, for example, by the measuring optics or the common optical element being displaced in the x and y direction (perpendicular to the optical axis).
  • the measuring beam 13 is deflected, for example, in the + X direction and in the - x direction (XI and X2).
  • the center point X3 is determined from this and the measuring beam 13 is correspondingly centered on this position in the x direction.
  • the center is determined in the y direction and the beam is centered on this position in the y direction.
  • both the measuring beam 13 and the laser beam 10 are positioned centrally to the opening 121.
  • a common focusing optics 124 can be moved as the common optical element.
  • a common collimation optics 122 and / or the fiber end of the optical fiber 131, from which the laser beam and the measuring beam emerge together, can be shifted as the common optical element (cf. FIG. 5).
  • FIG. 6 shows a flow diagram of a method 400 for the central alignment of a laser beam in a processing head.
  • the method 400 may be implemented by the processing head or laser processing system of the present disclosure.
  • the processing head may be configured to execute the method 400 according to the present disclosure.
  • the method 400 comprises providing a processing head 101 with a housing 210 which has an opening 212 for the laser beam to exit the processing head 101.
  • the optical measuring beam 13 is directed onto the measuring optics in the beam path of the processing head 101.
  • the measuring optics are adjusted in at least one direction x and / or y perpendicular to the optical axis of the measuring optics or perpendicular to the beam axis of the measuring beam 13.
  • a setting of a laser optic is then determined in accordance with the central alignment of the laser beam 10 in this at least one direction x and / or y on the basis of measured values which are based on reflections of the optical measuring beam 13 for different positions of the measuring optics in this at least one direction x and / or y based. If the measuring optics and the laser optics are formed by the common optical element arranged in the common beam path of the laser beam and the measuring beam, which is set up to shift the beam axes of both the measuring beam and the laser beam, the setting can correspond to a position of the common optical element contain the centric alignment of the laser beam 10 in the respective direction.
  • the setting of the laser optics for example the position of the common optical element 124, is set, which speaks to the centric alignment of the laser beam 10.
  • the method 400 can include further steps: For example, as shown in Ligur 7, the adjustment of the measurement optics in block 430 can be a step 431 and / or 432, and the determination of the setting of the laser optics, for example the position of the common optical element, according to the central alignment of the laser beam 10 in block 440 include a step 441 and / or 442.
  • the opening 212 is scanned in the x direction, ie in a first direction perpendicular to an optical axis of the measuring optics or the beam axis of the measuring beam, by the optical measuring beam 13 by the measuring optics in the beam path of the measuring beam 13, such as the locating optics 124 , is shifted in this x direction.
  • the measuring beam can be deflected, for example, first in the + X direction, then in the -x direction (with the opening center as the coordinate origin).
  • a center point X3 of the distribution is determined from the measured value distribution in the x direction.
  • the opening 212 is in the y direction, ie in a second direction perpendicular to the optical axis of the measuring optics or the beam axis of the measuring beam, scanned by the optical measuring beam 13 by shifting the measuring optics in the y direction.
  • the measuring beam can be deflected, for example, first in the + y direction, then in the -y direction (with the opening center as the coordinate origin).
  • step 442 a center point Y3 of the distribution in the y direction is determined from the measured value distribution.
  • steps 421 and 422 can also be superimposed so that a topography measurement is carried out by scanning the measuring beam in the x and y direction in parallel or simultaneously.
  • the x position or the y position of the center of distribution X3 or Y3 can correspond to the position of the central alignment of the laser beam in the x or y direction
  • an offset can also be taken into account, which is either known or is determined by a penetration process, as described above.
  • the method 400 before the block 420 can include a step of baking a burn-in 310 into a surface O by means of the laser beam 10, and for example in or before block 440 a step of determining an offset DC and DU (see FIGS. 3B, 4A and 4B ) in the x and y direction based on a position X4 and Y4 of the penetration 310.
  • a laser processing system and a method for a laser processing system are specified, a simple and precise central alignment of a laser beam being made possible by optical coherence tomography.
  • the central alignment of the laser beam takes place in an automated process, in which a measuring optics is moved in a motorized plane in a plane perpendicular to an optical axis of the measuring optics in order to scan the outlet opening of the processing head with a measuring beam and a position of a laser optics accordingly to determine the centric orientation from it.

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Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, vorzugsweise für das Schneiden oder Schweißen eines Werkstücks mit einem Laserstrahl. Das Laserbearbeitungssystem umfasst einen Bearbeitungskopf mit einem Gehäuse, das eine Öffnung (212) für einen Austritt des Laserstrahls (10) aus dem Bearbeitungskopf (101) aufweist, eine Messeinrichtung (120), die dazu eingerichtet ist, einen optischen Messstrahl (13) durch die Öffnung (212) zu richten, und eine optische Einheit zum Ausrichten des Laserstrahls (10) und des optischen Messstrahls (13), wobei die optische Einheit einstellbar ist, um den Laserstrahl (10) und den optischen Messstrahl (13) senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) im Bereich der Öffnung (212) zu verstellen. Die Messeinrichtung (120) ist ferner dazu eingerichtet, anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls (13) für verschiedene Einstellungen der optischen Einheit basieren, eine Einstellung der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls (10) zu bestimmen.

Description

Laserbearbeitungssystem und Verfahren für ein Laserbearbeitungssystem
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Laserbearbeitungssystem, das für die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl eingerichtet ist, und ein Verfahren für ein Laserbe arbeitungssystem. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere einen Laserbearbei tungskopf, z.B. zum Laserschweißen oder Laserschneiden, mit einem optischen Kohä renztomographen zur Abstandsmessung zum Werkstück.
Stand der Technik
In einer Vorrichtung zur Materialbearbeitung mittels Laser, z.B. in einem Laserbearbei tungskopf etwa zum Laserschweißen oder Laserschneiden, wird der von einer Laserlicht quelle oder einem Ende einer Laserleitfaser austretende Laserstrahl mit Hilfe einer Strahl- führungs- und Fokussierungsoptik auf das zu bearbeitende Werkstück fokussiert oder ge bündelt.
Für die Fasermaterialbearbeitung, insbesondere für das Faserschneiden oder Faserschwei ßen, muss der Faserstrahl zentriert aus dem Faserbearbeitungskopf austreten. Insbesondere muss der Faserstrahl mittig bzw. zentriert bezüglich einer Öffnung des Faserbearbeitungs kopfs, durch die der Faserstrahl aus dem Bearbeitungskopf austritt, ausgerichtet sein, um unerwünschte Reflexionen des Faserstrahls innerhalb des Bearbeitungskopfes zu vermeiden und eine optimale Bearbeitung zu gewährleisten. Die Öffnung kann beispielsweise in einer Düse bzw. einer Schneiddüse ausgebildet sein. Diese zentrische Ausrichtung des Faser strahls muss bei jedem Wechsel einer Komponente des Faserbearbeitungskopfes durchge führt werden, z.B. bei einem Wechsel der Düse, einer Optik im Strahlengang des Faser strahls, der Faserquelle und ähnlichem. Das zentrische Ausrichten des Faserstrahls ist übli cherweise eine mühsame manuelle Prozedur, die beispielsweise eine Wiederholung der Schritte Aufkleben eines Klebestreifens auf die Öffnung, Einbrennen der Position des Fa serstrahls sowie der Öffnung in denselben, und manuelles Verschieben einer Fokussieroptik und dadurch der Position des Faserstrahls senkrecht zur Strahlachse umfasst, bis eine zentri sche Position des Faserstrahls bezüglich der Öffnung festgestellt wird. Dabei muss eine Düse mit relativ großer Öffnung verwendet werden, die dann sukzessive gegen Düsen mit kleinerer Öffnung getauscht werden kann, um die Genauigkeit der Zentrierung zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Laserbearbeitungssystem für die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl und ein Verfahren für die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl anzugeben, die eine präzise und einfache Zentrie rung des Laserstrahls ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhaf te Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl angegeben, vorzugsweise für das Schneiden oder Schweißen eines Werkstücks mit einem Laserstrahl, umfassend: einen Be arbeitungskopf mit einem Gehäuse, das eine Öffnung für einen Austritt des Laserstrahls aus dem Bearbeitungskopf aufweist, und eine Messeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen optischen Messstrahl durch die Öffnung zu richten. Das Laserbearbeitungssystem umfasst ferner eine optische Einheit zum Ausrichten des Laserstrahls und des optischen Messstrahls, wobei die optische Einheit einstellbar ist, um den Laserstrahl und den optischen Messstrahl senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs im Bereich der Öffnung zu verstellen. Die Messeinrichtung ist ferner dazu eingerichtet, anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls für verschiedene Einstellungen der optischen Einheit basieren, eine Einstellung der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laser strahls zu bestimmen. Die optische Einheit kann eine Messoptik zum Ausrichten des opti schen Messstrahls umfassen, wobei die Messoptik so einstellbar ist, dass der optische Mess strahl senkrecht zu einer optischen Achse des Bearbeitungskopfs im Bereich der Öffnung verstellbar ist. Außerdem kann die optische Einheit eine Laseroptik zum Ausrichten des Laserstrahls umfassen, wobei die Laseroptik so einstellbar ist, dass der Laserstrahl senk recht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs im Bereich der Öffnung verstellbar ist. Die Messeinrichtung kann daher dazu eingerichtet sein, anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls, beispielsweise an einer Oberfläche eines Substrats oder innerhalb des Bearbeitungskopfes, für verschiedene Einstellungen der Messoptik basieren, eine Einstellung der Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls zu bestimmen. Die Messoptik kann mindestens ein im Strahlengang des Messstrahls ange ordnetes optisches Element umfassen, das in mindestens einer Richtung x und/oder y senk recht zu seiner optischen Achse und/oder zu einer Strahlachse des Messstrahls verschiebbar bzw. verstellbar ist. Ebenso kann die Laseroptik mindestens ein im Strahlengang des Laser strahls angeordnetes optisches Element umfassen, das in mindestens einer Richtung x und/oder y senkrecht zu seiner optischen Achse und/oder zu einer Strahlachse des Laser strahls verschiebbar bzw. verstellbar ist. Die verschiedenen Einstellungen der Messoptik bzw. der Laseroptik können verschiedenen Positionen der Messoptik bzw. der Laseroptik in mindestens einer Richtung x und/oder y senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungs kopfs umfassen. Mit anderen Worten kann die Messoptik bzw. die Laseroptik entlang dieser Richtung verschiebbar oder verstellbar sein. Die verschiedenen Einstellungen der Messoptik bzw. der Laseroptik können aber auch Verschwenkungen bzw. Verkippungen der Messoptik bzw. der Laseroptik um eine Achse senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs umfassen. Die Messeinrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, die ermittelte Einstellung der Laseroptik vorzunehmen, d.h. die zentrische Ausrichtung des Laserstrahls in dieser Richtung x und/oder y entsprechend einzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren für eine zentrische Ausrichtung eines La serstrahls in einem Bearbeitungskopf eines Laserbearbeitungssystems zur Bearbeitung eines Werkstücks mit dem Laserstrahl, umfassend die Schritte: Bereitstellen des Bearbeitungs kopfes mit einem Gehäuse, das eine Öffnung für einen Austritt des Laserstrahls aus dem Bearbeitungskopf aufweist; Richten eines optischen Messstrahls auf optische Einheit zum Ausrichten des Laserstrahls und des optischen Messstrahls; Verstellen des optischen Mess strahls in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achse des Bearbeitungs kopfs im Bereich der Öffnung mittels der optischen Einheit; Bestimmen einer Einstellung der optischen Einheit zum Ausrichten des Laserstrahls entsprechend einer zentrischen Aus richtung des Laserstrahls in dieser mindestens einen Richtung anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls für verschiedene Einstellungen der optischen Ein heit in dieser mindestens einen Richtung basieren. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren: Bereitstellen des Bearbeitungskopfes mit einem Gehäuse, das eine Öffnung für einen Austritt des Laserstrahls aus dem Bearbeitungskopf aufweist; Richten eines optischen Messstrahls auf eine Messoptik zum Ausrichten des optischen Messstrahls; Verstellen des optischen Messstrahls in mindestens einer Richtung senkrecht zu einer optischen Achse des Bearbeitungskopfs im Bereich der Öffnung mittels der Messoptik; Bestimmen einer Einstel lung einer Laseroptik zum Ausrichten des Laserstrahls entsprechend einer zentrischen Aus richtung des Laserstrahls in dieser mindestens einen Richtung anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls für verschiedene Einstellungen der Messoptik in dieser mindestens einen Richtung basieren. Das Verstellen des optischen Messstrahls kann ein Verschieben der Messoptik in der entsprechenden mindestens einen Richtung x und/oder y senkrecht zur optischen Achse der Messoptik und/oder zu einer Strahlachse des Messstrahls umfassen. Mit anderen Worten können die verschiedenen Einstellungen der Messoptik verschiedenen Positionen der Messoptik in dieser mindestens einen Richtung x und/oder y entsprechen.
Das Verfahren kann ferner Einstellen der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls, z.B. in x und/oder y Richtung, umfassen. Das Verfahren kann ferner mindestens einen der folgenden Schritte umfassen: Bestimmen einer Verteilung von Abständen zwischen dem Bearbei tungskopf und dem Werkstück für verschiedene Einstellungen bzw. Positionen der Messop tik in der mindestens einen Richtung x und/oder y, wobei die Verteilung einer Form der Öffnung entspricht; Bestimmen einer Einstellung bzw. Position der Messoptik, die einem Mittelpunkt der Öffnung in der mindestens einen Richtung x und/oder y entspricht, basie rend auf der Verteilung; und Bestimmen der Einstellung der Laseroptik für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls in dieser Richtung x und/oder y basierend auf dieser Einstel lung bzw. Position. Für mindestens eine entsprechende Einstellung der Messoptik kann der optische Messstrahl durch die Öffnung auf eine Oberfläche, z.B. auf das Werkstück oder ein Substrat, gerichtet werden und basierend auf einem Reflex des optischen Messstrahls von der Oberfläche ein Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und der Oberfläche bestimmt werden. Hierbei kann die Messoptik erst in eine erste Richtung x und anschließend in eine zweite Richtung y oder gleichzeitig in beide Richtungen verschoben werden. Die mindes tens eine Richtung kann eine erste Richtung x und eine darauf senkrecht stehende zweite Richtung y umfassen. Das Verfahren kann ferner umfassen: Einbrennen eines Einbrands, sodass eine räumliche Struktur entsteht, und Bestimmen einer Position des Einbrands an hand der Messwerte. Die Position des Einbrands kann bezüglich eines Mittelpunkts in einer Verteilung der Messwerte in der mindestens einen Richtung bestimmt werden. Das Be stimmen der Einstellung der Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrichtung des La serstrahls kann basierend auf der Position des Einbrands erfolgen. Zudem kann der Bearbei tungskopf eingerichtet sein, um das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszu führen.
Das Verfahren und/oder das Laserbearbeitungssystem gemäß Aspekten dieser Offenbarung kann eines oder mehrere der folgenden bevorzugten Merkmale umfassen:
Die Messoptik ist vorzugsweise im Strahlengang des Messstrahls angeordnet. Die Messop tik kann ferner eingerichtet sein, eine Strahlachse des Messstrahls im Bereich der Öffnung entsprechend einer Verstellung der Messoptik zu verschieben.
Der Strahlengang des Messstrahls und des Laserstrahls können in einem Bereich getrennt ausgebildet sein. Die ermittelte Einstellung kann in diesem Fall eine Position einer Laserop tik im Strahlengang des Laserstrahls umfassen. Die Laseroptik kann in mindestens einer Richtung x und/oder y senkrecht zu ihrer optischen Achse verschiebbar bzw. verstellbar sein. Die Laseroptik kann ferner dazu eingerichtet sein, eine Strahlachse des Laserstrahls im Bereich der Öffnung entsprechend einer Verstellung der Laseroptik zu verschieben. Zum Einstellen der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls kann also die Laseroptik, z.B. durch eine Stelleinrichtung, entsprechend der ermittelten Einstellung verschoben bzw. verstellt werden.
Die optische Einheit kann ein gemeinsames optisches Element umfassen, das im gemeinsa men Strahlengang des Laserstrahls und des Messstrahls angeordnet ist. Das heisst, die Messoptik und die Laseroptik können durch mindestens ein gemeinsames optisches Element realisiert sein, das im gemeinsamen Strahlengang des Laserstrahls und des Messstrahls an geordnet ist, bzw. das gemeinsame optische Element kann die Messoptik und die Laseroptik sein oder umfassen. Sowohl der Laserstrahl als auch der Messstrahl können durch das ge meinsame optische Element gerichtet sein. Die ermittelte Einstellung der optischen Einheit kann hier eine Einstellung oder eine Position des gemeinsamen optischen Elements in der mindestens einen Richtung umfassen. Das gemeinsame optische Element kann dazu einge richtet sein, die Strahlachsen des Laserstrahls und des Messstrahls entsprechend einer Ver stellung des gemeinsamen optischen Elements zu verschieben. Zum Einstellen der zentri schen Ausrichtung des Laserstrahls kann also das gemeinsame optische Element, z.B. durch eine Stelleinrichtung, entsprechend der ermittelten Einstellung verschoben bzw. verstellt werden.
Das gemeinsame optische Element und/oder die Messoptik und/oder die Laseroptik kann ein Teil einer Bearbeitungsoptik des Bearbeitungskopfes sein oder einen solchen umfassen. Beispielsweise kann das gemeinsame optische Element und/oder die Messoptik und/oder die Laseroptik eines oder mehrere der folgenden Elemente umfassen: eine Fokussieroptik zum Fokussieren des Laserstrahls und/oder des Messstrahls, eine Kollimationsoptik zum Kollimieren des Laserstrahls und/oder des Messstrahls, ein Faserende, aus der der Laser strahl und/oder der Messstrahl austritt, und einen Spiegel, o.ä..
Die Reflexe des optischen Messstrahls können Reflexe an einer Oberfläche außerhalb des Bearbeitungskopfes und/oder innerhalb des Bearbeitungskopfes, z.B. innerhalb einer Düse des Bearbeitungskopfes, umfassen.
Die Messeinrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, basierend auf Reflexen des opti schen Messstrahls eine Verteilung von Messwerten bzw. Messsignalen für verschiedene Einstellungen bzw. Positionen der Messoptik in der mindestens einen Richtung x und/oder y zu bestimmen. Die Verteilung von Messwerten kann eine Verteilung von Abständen, bei spielsweise zu einem Werkstück bzw. zwischen dem Bearbeitungskopf bzw. einer Düse des Bearbeitungskopfes und einem Werkstück, sein. Die Messwertverteilung kann einer Form der Öffnung entsprechen bzw. die Form der Öffnung abbilden. Die Messeinrichtung kann ferner dazu eingerichtet sein, basierend auf der Messwertverteilung die Einstellung bzw. die Position der Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls zu be stimmen. Beispielsweise kann die Messeinrichtung eingerichtet sein, eine Einstellung bzw. Position der Messoptik, die einem Mittelpunkt der Öffnung in der mindestens einen Rich tung x und/oder y entspricht, zu bestimmen und basierend auf dieser Einstellung bzw. Posi- tion der Messoptik die Einstellung bzw. Position der Laseroptik für die zentrische Ausrich tung des Laserstrahls in dieser Richtung x und/oder y zu bestimmen.
Die Messeinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den optischen Messstrahl für mindestens eine entsprechende Einstellung der Messoptik bzw. an mindestens einer entsprechenden Position der Messoptik durch die Öffnung auf das Werkstück zu richten und basierend auf einem Reflex des optischen Messstrahls vom Werkstück einen Abstand zum Werkstück bzw. zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück zu bestimmen. Die Messeinrich tung kann einen optischen Kohärenztomographen umfassen. Der optische Kohärenztomo graph kann einen Referenzarm und einen Messarm umfassen und dazu eingerichtet sein, das optische Messlicht aus dem Messarm durch die Öffnung zu richten, um den Abstand zum Werkstück basierend auf dem Reflex vom Werkstück und zurückreflektiertem Licht aus dem Referenzarm zu bestimmen.
Der Bearbeitungskopf bzw. das Gehäuse des Bearbeitungskopfes kann eine Düse umfassen, die die Öffnung aufweist. Ein Durchmesser der Öffnung kann bekannt sein. Die Messein richtung kann ferner dazu eingerichtet sein, basierend auf dem Durchmesser der Öffnung und den Reflexen des optischen Messstrahls die Einstellung der Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls zu bestimmen.
Die Messwertverteilung kann eine Lorm der Öffnung abbilden. Das heißt, die Verteilung kann Informationen über den Rand der Öffnung enthalten. Hierfür kann die Verteilung Wer te für Einstellungen der Messoptik, bei denen der Messstrahl durch die Öffnung trifft, und Werte für Einstellungen der Messoptik, bei denen der Messstrahl nicht durch die Öffnung trifft, enthalten. Ein Verschiebeweg oder Verstellweg der Messoptik für mindestens eine Richtung x und/oder y kann beispielsweise so gewählt sein, dass zumindest folgende Ein stellungen für diese Richtung einstellbar sind: eine erste Einstellung bzw. Position der Messoptik, an der der Messstrahl nicht durch die Öffnung tritt und/oder im Bearbeitungs kopf verbleibt bzw. reflektiert; und eine zweite Einstellung bzw. Position der Messoptik, an der der Messstrahl durch die Öffnung tritt und an einer Oberfläche reflektiert wird. Dadurch ergibt sich in der Verteilung von basierend auf den Reflexen des optischen Messstrahls er mittelten Messwerten bzw. in der Ab Stands Verteilung ein sprunghafter Anstieg auf einen Wert, der einem (optional vorbekannten) Abstand zum Werkstück entsprechen kann. Bei bekanntem Öffnungsdurchmesser kann basierend auf der Position, an der der sprunghafte Anstieg in der Messwertverteilung auftritt, die Einstellung bzw. Position der Messoptik be stimmt werden, die einem Mittelpunkt der Öffnung in dieser Richtung entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann eine dritte Position bzw. Einstellung der Messoptik einstellbar sein, an der ebenfalls der Messstrahl nicht durch die Öffnung tritt und/oder im Bearbeitungskopf verbleibt bzw. reflektiert. Die dritte Position bzw. Einstellung kann entlang der Verstell- bzw. Verschieberichtung so angeordnet sein, dass die zweite Position bzw. Einstellung zwi schen der ersten und der dritten Position bzw. Einstellung liegt. Mit anderen Worten kann die dritte Position der Messoptik der ersten Position in der Verschieberichtung bezogen auf die Öffnung gegenüberliegen. In der Messwertverteilung ergibt sich daher ein sprunghafter Anstieg, z.B. auf den Wert des Abstands zur Oberfläche bzw. zum Werkstück, entsprechend einem ersten Randbereich der Öffnung, sobald die Messoptik von der ersten Einstellung in die zweite Einstellung verstellt wird, und ein sprunghafter Abfall, z.B. von dem Wert des Abstands zum Werkstück, entsprechend einem zweiten Randbereich der Öffnung, sobald die Messoptik von der zweiten Einstellung in die dritte Einstellung verstellt wird. Die Ein stellung der Messoptik entsprechend der Mitte zwischen den sprunghaften Wertveränderun gen in der Messwertverteilung kann als Einstellung entsprechend dem Mittelpunkt der Öff nung in dieser Richtung ermittelt werden. Für eine Ausrichtung in beiden Richtungen x und y kann die Messoptik erst in die erste Richtung x und anschließend in die zweite Richtung y oder gleichzeitig in beiden Richtungen verschoben werden. Die mindestens eine Richtung kann eine erste Richtung x und eine darauf senkrecht stehende zweite Richtung y umfassen. In einem Ausführungsbeispiel ist die Messeinrichtung dazu eingerichtet, die Messwerte bei einer Verschiebung der Messoptik in die erste Richtung und/oder die Messwerte bei einer Verschiebung der Messoptik in die zweite Richtung gegen die entsprechenden Einstellun gen bzw. Verstellpositionen der Messoptik in der ersten und/oder zweiten Richtung aufzu tragen.
In einem Ausführungsbeispiel verläuft der optische Messstrahl durch die Messoptik und/oder durch die Öffnung im Wesentlichen parallel zum Laserstrahl. Der Messstrahl und der Laserstrahl können gemeinsam in den Laserbearbeitungskopf, z.B. durch eine gemein same Lichtleitfaser, eingekoppelt sein. Alternativ können der Messstrahl und der Laserstrahl getrennt voneinander, d.h. an unterschiedlichen Positionen am Laserbearbeitungskopf, ein gekoppelt sein. Falls der Messstrahl und der Laserstrahl koaxial durch ein gemeinsames optisches Element verlaufen, kann die Position des gemeinsamen optischen Elements, die einem Mittelpunkt der Öffnung in der mindestens einen Richtung x und/oder y entspricht, der Position des gemeinsamen optischen Elements für eine zentrische Ausrichtung des La serstrahls entsprechen, d.h. diese Positionen können gleich sein. Sollte der Messstrahl und der Laserstrahl mit einem vorgegebenen Abstand zueinander versetzt verlaufen, kann dieser vorgegebene Abstand als Offset bei der Bestimmung der Einstellung für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls, wie etwa die Position des gemeinsamen optischen Elements oder der Laseroptik, berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Messein richtung eingerichtet sein, aus der Position eines Einbrands auf der Oberfläche den Offset und/oder die Einstellung für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls, z.B. die Position des gemeinsamen optischen Elements oder der Laseroptik für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls, zu berücksichtigen.
Der optische Messstrahl kann ein kontinuierlicher oder gepulster Messstrahl sein, bei spielsweise mit kreisförmigem oder ovalem Durchmesser. Alternativ kann der optische Messstrahl zwei oder mehrere Teilstrahlen aufweisen.
Die Einstellung für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls, z.B. die Position des ge meinsamen optischen Elements oder der Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrich tung des Laserstrahls in der mindestens einen Richtung x und/oder y, kann automatisiert bestimmt werden. Hierfür kann mindestens eine automatisierte und/oder motorische Stel leinrichtung zum Verschieben bzw. Verstellen des mindestens einen gemeinsamen opti schen Elements oder der Messoptik und/oder der Laseroptik vorgesehen sein. Werden meh re Optiken verschoben, können jeweils entsprechende Stelleinrichtungen vorgesehen sein, oder eine Stelleinrichtung ist zum Verstellen mehrerer Optiken eingerichtet. Die Stellein richtung und/oder eine Steuerung der Stelleinrichtung kann mit der Messeinrichtung ver bunden sein, um die Positionen des mindestens einen gemeinsamen optischen Elements, der Messoptik bzw. der Laseroptik an die Messeinrichtung zu übermitteln. Der optische Messstrahl und der Laserstrahl können unterschiedliche Wellenlängen aufwei sen. Auf diese Weise können reflektierte Teile des Laserstrahls von Reflexen des optischen Messstrahls unterschieden bzw. getrennt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden im Fol genden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Laserbearbeitungssystem mit einem Bearbeitungskopf gemäß einer Ausfüh rungsform der vorliegenden Offenbarung,
Figur 2 ein Verfahren zur zentrischen Ausrichtung des Messstrahls bzw. des Laserstrahls,
Figuren 3A und 3B schematische Darstellungen der Öffnung und des Einbrands ohne bzw. mit überlagertem optischen Messstrahl,
Figuren 4A und 4B gemessene Abstandsprofile in x und y Richtung,
Figur 5 ein Laserbearbeitungssystem mit einem Bearbeitungskopf gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung,
Figur 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens für eine zentrische Ausrichtung eines Laser strahls gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, und
Figur 7 ein Flussdiagramm mit weiteren Schritten des Verfahrens für eine zentrische Aus richtung eines Laserstrahls gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
Ausführungsformen der Offenbarung
Im Folgenden werden, sofern nicht anders vermerkt, für gleiche und gleichwirkende Ele mente gleiche Bezugszeichen verwendet. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Laserbearbeitungssystems 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Laserbearbeitung s System 100 um fasst einen Bearbeitungskopf 101, beispielsweise einen Laserschneid- oder Laserschweiß kopf.
Das Laserbearbeitungssystem 100 umfasst eine Laservorrichtung 110 zum Bereitstellen eines Laserstrahls 10 (auch als„Laserstrahl“ oder„Bearbeitungslaserstrahl“ bezeichnet) und eine Messeinrichtung zum Messen eines Messwerts, beispielsweise eines Abstands zwi schen einem Werkstück 1 und dem Bearbeitungskopf 101, z.B. einer Düse. Der Bearbei tung skopf bzw. die Düse weist eine Öffnung 212 auf, durch die der Laserstrahl 10 aus dem Bearbeitungskopf 101 austritt.
Das Laserbearbeitungssystem 100 oder Teile davon, wie beispielsweise der Bearbeitungs kopf 101, kann gemäß Ausführungsformen entlang einer Bearbeitungsrichtung 20 bewegbar sein. Die Bearbeitungsrichtung 20 kann eine Schneid- bzw. Schweißrichtung und/oder eine Bewegungsrichtung des Laserbearbeitungssystems 100, wie beispielsweise des Bearbei tungskopfes 101, bezüglich des Werkstücks 1 sein. Insbesondere kann die Bearbeitungsrich tung 20 eine horizontale Richtung sein. Die Bearbeitungsrichtung 20 kann auch als„Vor schubrichtung“ bezeichnet werden.
Die Laservorrichtung 110 kann ein Faserende 137 zum Einkoppeln des Laserstrahls 10 in den Bearbeitungskopf und eine Kollimator- Optik 112 zur Kollimation des Laserstrahls 10 aufweisen. Innerhalb des Bearbeitungskopfes 101 wird der Laserstrahl 10 durch ein geeig netes optisches Element oder Optik 103 um etwa 90° in Richtung des Werkstücks 1 abge lenkt bzw. reflektiert. Die Messeinrichtung kann ein Faserende 138 zum Einkoppeln eines optischen Messstrahls 13 in den Bearbeitungskopf 101 aufweisen. Die Optik 103, bei spielsweise ein halbdurchlässiger Spiegel, kann dazu eingerichtet sein, beispielsweise vom Werkstück 1 zurückreflektiertes Licht zur Messeinrichtung durchtreten zu lassen. Der opti sche Messstrahl und der Laserstrahl können unterschiedliche Wellenlängen aufweisen, so- dass nur zurückreflektiertes Messlicht zur Messeinrichtung gelangt. Selbstverständlich kann der Einkopplungspunkt des Laserstrahls 10 mit dem des Messstrahls 13 vertauscht sein, sodass der Messstrahl um 90° in Richtung des Werkstücks umgelenkt wird und der halb durchlässige Spiegel 103 die Messstrahlwellenlänge reflektiert.
Die Messeinrichtung kann eingerichtet sein, einen Abstand zu einem Werkstück 1 zu be stimmen. Dadurch kann der Abstand zwischen Bearbeitungskopf und Werkstückoberfläche bzw. der Abstand zwischen einer am Ende des Bearbeitungskopfes angeordneten Düse und der Werkstückoberfläche konstant gehalten werden. Je konstanter der Abstand während der Bearbeitung gehalten werden kann, desto stabiler läuft der Bearbeitungsprozess.
Die Messeinrichtung kann einen Kohärenztomographen 120 umfassen oder kann ein Kohä renztomograph 120 sein. Der Kohärenztomograph 120 kann eine Auswerteeinheit 130 mit einer breitbandigen Lichtquelle (z.B. einer Superlumineszenzdiode, SLD) umfassen, die das Messlicht in einen Lichtwellenleiter 132 koppelt. In einem Strahlteiler 134, der vorzugswei se einen Laserkoppler aufweist, wird das Messlicht typischerweise in einen Referenzarm 136 und einen Messarm aufgespalten, der über das Laserende 138 eines Lichtwellenleiters in den Bearbeitungskopf 101 führt. Der Kohärenztomograph 120 kann ferner eine Kollima tor-Optik 122 umfassen, die eingerichtet ist, um den optischen Messstrahl 13 zu kollimie- ren. Die Kollimator-Optik 122 kann in den Bearbeitungskopf 101 integriert oder am Bear beitungskopf 101 montiert sein. Außerdem kann die Kollimator-Optik 112 oder 122 ver wendet werden, um in einem vorgelagerten Justageschritt, z.B. eine manuelle Justage, die optischen Achsen des Messstrahls 13 und des Laserstrahls 10 im Bereich einer Lokussierop- tik 124 koaxial zueinander auszurichten (Ligur 1). Hierfür kann die Kollimator-Optik 112 oder 122 verschiebbar in x- und y- Richtung, d.h. senkrecht zur optischen Achse des Laser strahls 10 bzw. des Messstrahls 13, gestaltet sein.
Im Bearbeitungskopf 101 ist ferner eine Lokussier-Optik 124 vorgesehen, die eingerichtet ist, um den Laserstrahl 10 und/oder den optischen Messstrahl 13 auf das Werkstück 1 zu fokussieren. Die Lokussier-Optik 124 kann eine gemeinsame Lokussier-Optik, wie bei spielsweise eine Lokuslinse, für den Laserstrahl 10 und den Messstrahl 13 sein.
In einigen Ausführungsformen können der Laserstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 zumindest streckenweise parallel oder sogar koaxial verlaufen, und können insbesondere zumindest streckenweise koaxial überlagert sein. Beispielsweise kann der Kohärenztomo graph 120 eingerichtet sein, um den optischen Messstrahl 13 in einen Strahlengang der La servorrichtung 110 einzukoppeln. Die Zusammenführung des optischen Messstrahls 13 und des Laserstrahl 10 kann vor der Kollimator- Optik 122, d.h. vor einer gemeinsamen Kollima tor-Optik 122 des Mess- und Laserstrahls, erfolgen. Alternativ können die Strahlengänge des Messstrahls 13 und des Laserstrahls 10 weitgehend getrennt geführt und erst nach der Kollimator-Optik 122 und vor der Fokussier-Optik 124, oder nach der Fokussier-Optik 124 und vor der Öffnung des Laserbearbeitungskopfes 101 zusammengeführt werden. Die Strahlachsen des Laserstrahls 10 und des Messstrahls 13 können auf Höhe der Öffnung 212 parallel zueinander oder sogar koaxial verlaufen, und stehen bevorzugt senkrecht auf der W erkstückoberfläche .
Das hier beschriebene Prinzip zur Abstandsmessung beruht auf dem Prinzip der optischen Kohärenztomographie, die sich unter Zuhilfenahme eines Interferometers die Kohärenzei genschaften von Licht zunutze macht. Zur Abstandsmessung wird der optische Messstrahl 13 auf eine Oberfläche 2 des Werkstücks 1 gelenkt. Das von der Oberfläche zurückreflek tierte Messlicht wird durch die Fokussier-Optik 124 auf die Austritts-/Eintrittsfläche des Lichtwellenleiters 138 abgebildet, im Faserkoppler 134 mit dem zurückreflektierten Licht aus dem Referenzarm 136 überlagert und anschließend zurück in die Auswerteeinheit 130 gelenkt. Das überlagerte Licht enthält Informationen über den Weglängenunterschied zwi schen dem Referenzarm 136 und dem Messarm. Diese Informationen werden in der Aus werteeinheit 130 ausgewertet, wodurch der Benutzer Informationen über den Abstand zwi schen der Oberfläche des Werkstücks und dem Bearbeitungskopf 101 erhält.
Die Messeinrichtung kann für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls bezüglich der Öffnung eingerichtet sein. Um den Laserstrahl 10 zentrisch in der Öffnung 212 zu positio nieren, kann eine Messoptik im Strahlengang des Messstrahls 13, in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse des Messstrahls 13 durch eine Stelleinrichtung verschoben werden. Die Messoptik ist eingerichtet, bei Verschiebung senkrecht zu ihrer optischen Achse den Mess strahl 13 entsprechend zu verschieben. Beispielsweise kann die Messoptik mindestens eines von dem Faserende 138, der Kollimationsoptik 122 und der Fokussieroptik 124 umfassen. Die Messoptik kann alternativ auch schwenkbar ausgebildet sein. Die Messoptik wird, z.B. automatisch verschoben, während der optische Messstrahl 13 durch die Messoptik gerichtet wird. So können Messsignale bzw. -werte, die auf Reflexen des Messstrahls 13 beruhen, durch die Messeinrichtung aufgenommen werden. Die Mess einrichtung kann die Messwerte in Abstände umwandeln.
Zu verschiedenen Positionen oder zu jeder Position der Messoptik können die entsprechen den Messwerte bzw. Abstände gegen die jeweilige Position der Messoptik aufgetragen wer den. Daraus ergibt sich eine örtliche Signalverteilung, aus der sich das Zentrum der Öffnung ableiten lässt: Wenn der Messstrahl nicht die Öffnung 212 trifft, kann der optische Mess strahl 13 im Bearbeitungskopf reflektiert werden. Wenn der Messstrahl 13 hingegen durch die Öffnung 212 auf eine Oberfläche, z.B. auf das Werkstück 1 oder auf ein Zentrier Substrat trifft und reflektiert wird, steigt der Messwert sprunghaft an. Ein aus dem Messwert be stimmter Abstand kann einem Abstand zum Werkstück 1 bzw. zum Zentrier Substrat ent sprechen. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für einen Laserbearbeitungskopf mit gemeinsamer Einkopplung von Laserstrahl und Messstrahl, wie es in Bezug auf Figur 5 unten beschrieben ist.
Bei Verschieben der Messoptik in zwei aufeinander senkrecht stehende Richtungen x, y kann daher eine Signal Verteilung entsprechend der Form bzw. des Querschnitts der Öffnung 212 aufgenommen und dadurch die Position der Messoptik, die dem Zentrum bzw. Mittel punkt der Signalverteilung entspricht, ermittelt werden. Der Verschiebeweg oder Verstell weg der Messoptik in einer oder jeder der zwei Richtungen kann dafür so groß sein, dass in dieser Richtung zumindest folgende Positionen einstellbar sind: eine erste Position der Messoptik, an der der Messstrahl nicht aus der Öffnung 212 austritt oder im Bearbeitungs kopf reflektiert wird, und eine zweite Position der Messoptik, an der der Messstrahl durch die Öffnung auf eine Oberfläche, z.B. auf das Werkstück oder ein Zentrier Substrat, trifft und reflektiert wird. Es kann weiterhin eine dritte Position der Messoptik einstellbar sein, an der der Messstrahl wiederum im Bearbeitungskopf reflektiert bzw. nicht aus der Öffnung aus tritt. Die dritte Position der Messoptik kann der ersten Position im Bearbeitungskopf bezo gen auf die Öffnung 212 gegenüberliegen. Die erste und zweite (und optional die dritte) Position können in dieser Reihenfolge hintereinander bei Verschieben der Messoptik in ei- ner Richtung durchlaufen werden. In jedem Fall kann der Verschiebeweg der Messoptik in x und/oder y Richtung so eingerichtet sein, dass ein Rand der Öffnung 212 im Messwert bei x und/oder y Verschiebung der Messoptik darstellbar ist, d.h. dass Einstellungen der Messoptik mit einem Messwert entsprechend dem Abstand zur Oberfläche und solche ohne Messwert bzw. mit einem Messwert verschieden vom Abstand zur Oberfläche in x und/oder y Richtung existieren.
Die Messoptik kann ein gemeinsames optisches Element sein, d.h. die Messoptik kann im gemeinsamen Strahlengang von Laserstrahl 10 und Messstrahl 13 angeordnet sein und dazu eingerichtet sein, bei einer Verschiebung senkrecht zu ihrer optischen Achse den Laserstrahl 10 und den Messstrahl 13 entsprechend zu verschieben. In diesem Fall ist die Messoptik auch die Laseroptik, bzw. die Messoptik und die Laseroptik sind durch das gemeinsame optische Element realisiert. Daher kann anhand der Messwerte eine Position des gemeinsa men optischen Elements entsprechend einer zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls be stimmt werden. Beispielsweise kann das gemeinsame optische Element eine Fokussieroptik, eine Kollimationsoptik, und/oder ein Faserende, aus dem der Laserstrahl sowie der Mess strahl austritt, umfassen oder sein. Alternativ kann bei getrenntem Strahlengang von Laser strahl 10 und Messstrahl 13 zusätzlich zur Messoptik im Strahlengang des Messstrahls 13 eine Laseroptik im Strahlengang des Laserstrahls 10 vorgesehen sein, die in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse des Laserstrahls 10 durch eine Stelleinrichtung verstellbar ist, um den Laserstrahl 10 zentrisch in der Öffnung 212 zu positionieren. Die Laseroptik kann bei spielsweise eine Fokussieroptik, eine Kollimationsoptik, und/oder ein Faserende, aus dem der Laserstrahl austritt, umfassen. Die Laseroptik ist eingerichtet, durch Verschiebung der Laseroptik senkrecht zu ihrer optischen Achse den Laserstrahls 10 entsprechend zu ver schieben. Somit kann anhand der Messwerte, die auf der Verschiebung der Messoptik im Strahlengang des Messstrahls basieren, eine Position der Laseroptik entsprechend der zent rischen Ausrichtung des Laserstrahls bestimmt werden. Auf diese Weise kann einfach und automatisiert der Laserstrahl 10 bzw. der Messstrahl 13 im Laserbearbeitungskopf zentrisch ausgerichtet werden.
Mit Bezug auf Figur 2 wird das Verfahren zum Einstellen einer zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls 10 bzw. des Messstrahls 13 bezüglich der Öffnung 212 eines Gehäuses 210 des Laserbearbeitungskopfes 101 gemäß einer Ausführungsform genauer beschrieben. Hierzu kann das in Figuren 1 oder 5 gezeigte Laserbearbeitungssystem eingesetzt werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein vereinfachtes Verfahren zur zentrischen Ausrich tung durch Messung von Reflexen eines optischen Messstrahls 13 bei gleichzeitigem Ver schieben einer Messoptik angegeben. Das Verschieben bzw. Verstellen der Messoptik kann automatisch und/oder motorisch durch eine Stelleinrichtung (nicht gezeigt) erfolgen. An schließend kann das Einstellen einer zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls 10 durch Ein stellen einer entsprechenden Position des gemeinsamen optischen Elements im gemeinsa men Strahlengang bzw. durch Einstellen einer Laseroptik im Strahlengang des Laserstrahls automatisch und/oder motorisch durch eine Stelleinrichtung (nicht gezeigt) erfolgen. Im Folgenden wird das Laserbearbeitungssystem bzw. das Verfahren für eine zentrische Aus richtung des Laserstrahls beispielhaft anhand eines gemeinsamen optischen Elements im gemeinsamen Strahlengang des Laserstrahls und des Messstrahls erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern es kann bei getrennt verlaufenden Strahlengängen auch eine Laseroptik im Strahlengang des Laserstrahls für die zentrische Ausrichtung des Laserstrahls zusätzlich zur Messoptik im Strahlengang des Messstrahls vorgesehen sein.
In einem Beispiel wird das gemeinsame optische Element, hier die Fokussieroptik 124, in einer Ebene senkrecht zur Strahlachse des Laserstrahls 10 bzw. Messstrahls 13 in mindes tens einer der Richtungen x und y verschoben. Dadurch wird, wie in Figur 2 exemplarisch im oberen Teil für eine Verschiebung in x Richtung dargestellt, auch eine Strahlachse des Messstrahls 13 (unterschiedliche Strichelung) in dieser Richtung verschoben. Gleichzeitig mit der Verschiebung der Fokussieroptik 124 wird basierend auf einem Reflex des opti schen Messstrahls 13, z.B. innerhalb des Gehäuses 210 des Bearbeitungskopfes oder an der Werkstückoberfläche 2, ein Messwert zu jeder Position der Fokussieroptik 124 ermittelt. In einer Ausführung wird hierbei der Abstand dl zum Werkstück 1 basierend auf einem Reflex des optischen Messstrahls 13 von der Werkstückoberfläche 2 und basierend auf dem zu rückreflektierten Licht aus dem Referenzarm 136 bestimmt. Trifft der optische Messstrahl 13 nicht durch die Öffnung 212, wird kein Messwert erhalten, oder zumindest kein Mess wert, das dem Abstand dl entspricht. Der Abstand dl zum Werkstück 1 kann hierbei be kannt sein. Trifft der Messstrahl 13 jedoch zumindest teilweise durch die Öffnung 212, ergibt sich für die entsprechende Position x der Fokussieroptik 124 ein Messwert entspre- chend dem Abstand dl (siehe mittlerer Teil der Figur 2). Bei Verschiebung der Fokussier optik 124 in x und y Richtung senkrecht zur Strahlachse kann die Form der Öffnung 212 durch die Verteilung der Messwerte abgebildet werden, deren Mittelpunkt M der Position der Fokussieroptik 124 für eine zentrische Ausrichtung des Messstrahls 13 entspricht (siehe unterer Teil der Figur 2). Die Position der Fokussieroptik 124 für eine zentrische Ausrich tung des Messstrahls 13 in x Richtung kann daher als Mittelpunkt der Strecke der x Ver schiebung, über die Ab Stands Signale erhalten wurden, ermittelt werden. Dasselbe gilt für die Position für eine zentrische Ausrichtung in y Richtung.
Da die gesamte Öffnung 212 in der Verteilung der Messignale abgebildet werden kann, kann eine Öffnung mit beliebigen Durchmesser gewählt werden. Somit kann das Verfahren zur zentrischen Ausrichtung gleich mit der für die Bearbeitung gewählten Düse durchge führt werden.
Bei koaxialem Verlauf des Laserstrahls 10 und des Messstrahls 13 kann die ermittelte Posi tion des gemeinsamen optischen Elements, hier der Fokussieroptik 124, für eine zentrische Ausrichtung des Messstrahls 13 auch der Position des gemeinsamen optischen Elements für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls 10 entsprechen. Dies ist insbesondere bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Fall, bei dem der Laserstrahl 10 und der Messstrahl 13 durch eine Lichtleitfaser koaxial in den Bearbeitungskopf bzw. in die Bear beitungsoptik des Bearbeitungskopfes eingekoppelt ist. Alternativ kann die Strahlachse des Laserstrahls 10 auf bekannte Weise, z.B. mit bekanntem x und/oder y Offset, bezüglich der Strahlachse des Messstrahls 13 parallel versetzt sein.
In der Ausführungsform des Laserbearbeitungssystems gemäß Figur 1 werden der Mess strahl 13 und der Laserstrahl 10 allerdings an zwei verschiedenen Positionen in den Bear beitungskopf bzw. in die Bearbeitungsoptik eingekoppelt. Daraus kann möglicherweise von der geometrischen Lage des Messstrahls 13 nicht automatisch auf die Lage des Laserstrahls 10 rückgeschlossen werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein Einbrand 310 erforder lich sein, wodurch die geometrische Lage des Laserstrahls 10 bezüglich der Öffnung 212 sichtbar wird bzw. gemessen werden kann. Dies wird exemplarisch anhand Figuren 3A und 3B erläutert. In einem ersten Schritt kann der Laserbearbeitungskopf auf eine Position x, y und z (bezo gen auf das Maschinenkoordinatensystem) verfahren, an der die Strahlzentrierung erfolgen soll. Diese Position kann sich auf einer Oberfläche O eines Substrats befinden, beispielswei se des Werkstücks 1 oder einer gesonderten Zentrierstation. Die z-Richtung bezeichnet hierbei die Richtung parallel zur Laserstrahlachse im Bereich der Öffnung 212, die x- und y-Richtungen liegen in einer Ebene senkrecht dazu. In einem zweiten Schritt wird der La serstrahl 10 mit definierten Parametern für eine definierte Zeitdauer auf die Oberfläche O gezündet. Auf der Oberfläche O entsteht, wie in Figuren 3A und 3B gezeigt, eine räumliche Struktur, ein sogenannter Einbrand 310, die zumindest in einer Ebene x, y geometrisch er fasst werden kann. Eine Position des Laserbearbeitungskopfes kann während des Strahl zentriervorgangs zumindest in x und y Richtung konstant gehalten werden. Im Anschluss wird der optische Messstrahl 13, z.B. rasterartig, in der x-y-Ebene durch Verschiebung der Messoptik ausgelenkt, um somit die Öffnung 212, die Oberfläche O und den Einbrand 310 abzutasten (Topographie-Messung). Auch weitere Bewegungsformen sind für die Abtastung denkbar, z.B. kreisförming, spiralförmig, mäanderartig, zickzackartig o.ä.. Somit ergibt sich zu jeder x, y Koordinate ein Messwert, d.h. ein Abstandswert. In den Figuren 4A und 4B ist jeweils das gemessene Messwertprofil in x Richtung und in y Richtung um die Position des Einbrands 310 schematisch dargestellt. Aus den Punkten XI und X2 entsprechend dem sprunghaften Signalanstieg bzw. -abfall ergibt sich der Mittelpunkt X3, welcher sich genau mittig dazu befindet. Die Position X4 des Einbrands 310 bzw. des Zentrums des Einbrands kann als Position eines Extremums des Messwerts, d.h. eines Messwertminimums oder - maximums, zwischen den Positionen XI und X2 bestimmt werden. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt X3 und der Position des Einbrands X4 ergibt einen Offset DC. Dasselbe wird in Y-Richtung berechnet. Mit den Offsets DC und DU kann nun der Laserstrahl 10 mittig zur Öffnung 212 durch Einstellung der entsprechenden Position der Laseroptik zentriert werden.
Eine weitere Ausführungsform des Laserbearbeitungssystems 100 ist in Figur 5 gezeigt, in dem der Laserstrahl 10 und der optische Messstrahl 13 gemeinsam, und somit koaxial, durch das Faserende 238 einer gemeinsamen Lichtleitfaser 131 in den Laserbearbeitungs kopf 101 bzw. in die Bearbeitungsoptik eingekoppelt werden. Der Laserstrahl 10 von einer Laserquelle und der Messstrahl 13 der Messeinrichtung können beispielsweise über eine Kopplungseinheit 140, z.B. einen Faserkoppler, in die Lichtleitfaser 131 eingeführt werden. Der Laserstrahl 10 und der Messstrahl 13 durchlaufen koaxial die Optiken des Bearbei tungskopfes 101, z.B. die Kollimationsoptik 222 und die Fokussieroptik 224. Das hat den Vorteil, dass ein Einbrand auf einer Oberfläche O für die Strahlzentrierung nicht erforder lich ist, da die optische Information des Messstrahls 13 einen direkten Rückschluss auf die Lage des Laserstrahls 10 ermöglicht. Die Messoptik und die Laseroptik sind daher als ge meinsames optisches Element im gemeinsamen Strahlengang ausgebildet. Das gemeinsame optische Element kann daher auch verwendet werden, durch eine entsprechende Positionie rung den Laserstrahl 10 zentrisch auszurichten. Ähnlich wie es oben beschrieben ist, tastet der Messstrahl 13 die Innengeometrie der Öffnung in x und y Richtung an zumindest vier Positionen ab. Die Auslenkung des Messstrahls 13 erfolgt beispielsweise dadurch, dass die Messoptik bzw. das gemeinsame optische Element in x und y Richtung (senkrecht zur opti schen Achse) verschoben wird. Zuerst wird der Messstrahl 13 bspw. in +X Richtung und in - x Richtung ausgelenkt (XI und X2). Daraus wird der Mittelpunkt X3 ermittelt und der Messstrahl 13 wird entsprechend auf diese Position in x Richtung zentriert. Anschließend wird analog dazu ausgehend von dem Punkt X3 die Mitte in y Richtung ermittelt und der Strahl auf diese Position in y Richtung zentriert. Nun sind sowohl der Messstrahl 13 als auch der Laserstrahl 10 zentrisch zur Öffnung 121 positioniert. In einem Beispiel kann eine gemeinsame Fokussier-Optik 124 als das gemeinsame optische Element verschoben wer den. Es können aber auch alternativ oder zusätzlich eine gemeinsame Kollimations-Optik 122 und/oder das Faserende der Lichtleitfaser 131, aus dem der Laserstrahl und der Mess strahl gemeinsam austreten, als das gemeinsame optische Element verschoben werden (vgl. Figur 5).
Figur 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zur zentrischen Ausrichtung eines Laserstrahls in einem Bearbeitungskopf. Das Verfahren 400 kann durch den Bearbeitungs kopf bzw. das Laserbearbeitungssystem der vorliegenden Offenbarung implementiert wer den. Zudem kann der Bearbeitungskopf eingerichtet sein, um das Verfahren 400 gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen. Das Verfahren 400 umfasst im Block 410 ein Bereitstellen eines Bearbeitungskopfes 101 mit einem Gehäuse 210, das eine Öffnung 212 für einen Austritt des Laserstrahls aus dem Bearbeitungskopf 101 aufweist. Im Block 420 wird der optische Messstrahl 13 auf die Messoptik im Strahlengang des Bearbeitungskopfes 101 gerichtet. Währenddessen wird im Block 430 die Messoptik in mindestens einer Richtung x und/oder y senkrecht zur optischen Achse der Messoptik bzw. senkrecht zur Strahlachse des Messstrahls 13 verstellt. Im Block 440 wird dann eine Einstellung einer Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls 10 in dieser mindestens einen Richtung x und/oder y anhand von Messwer ten ermittelt, die auf Reflexen des optischen Messstrahls 13 für verschiedene Positionen der Messoptik in dieser mindestens einen Richtung x und/oder y basieren. Wenn die Messoptik und die Laseroptik durch das im gemeinsamen Strahlengang des Laserstrahls und des Mess strahls angeordnete gemeinsame optische Element ausgebildet sind, das eingerichtet ist, die Strahlachsen sowohl des Messstrahls als auch des Laserstrahls zu verschieben, kann die Einstellung eine Position des gemeinsamen optischen Elements entsprechend der zentri schen Ausrichtung des Laserstrahls 10 in der jeweiligen Richtung enthalten. Im Block 450 wird die Einstellung der Laseroptik, also beispielsweise die Position des gemeinsamen opti schen Elements 124, eingestellt, die der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls 10 ent spricht.
Hierbei kann das Verfahren 400 weitere Schritte umfassen: Beispielsweise kann, wie in Ligur 7 gezeigt, das Verstellen der Messoptik im Block 430 einen Schritt 431 und/oder 432, und das Bestimmen der Einstellung der Laseroptik, z.B. die Position des gemeinsamen opti schen Elements, entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls 10 im Block 440 einen Schritt 441 und/oder 442 umfassen. Im Schritt 431 wird die Öffnung 212 in x Richtung, d.h. in einer ersten Richtung senkrecht zu einer optischen Achse der Messoptik oder der Strahlachse des Messstrahls, durch den optischen Messstrahl 13 abgetastet, indem die Messoptik im Strahlengang des Messstrahls 13, wie beispielsweise die Lokussieroptik 124, in eben dieser x Richtung verschoben wird. Hierfür kann der Messstrahl beispielsweise erst in +X Richtung, dann in -x Richtung ausgelenkt werden (mit dem Öffnungsmittelpunkt als Koordinatenursprung). Im Schritt 441 wird aus der Messwertverteilung in x Richtung ein Mittelpunkt X3 der Verteilung bestimmt. Im Schritt 432 wird die Öffnung 212 in y Richtung, d.h. in einer zweiten Richtung senkrecht zur optischen Achse der Messoptik oder der Strahlachse des Messstrahls, durch den optischen Messstrahl 13 abgetastet, indem die Messoptik in der y Richtung verschoben wird. Hierfür kann der Messstrahl beispielsweise erst in +y Richtung, dann in -y Richtung ausgelenkt werden (mit dem Öffnungsmittelpunkt als Koordinatenursprung). Im Schritt 442 wird aus der Messwertverteilung ein Mittelpunkt Y3 der Verteilung in y Richtung bestimmt. Anstelle eines sequentiellen Abtastens in x Rich tung und in y Richtung können die Schritte 421 und 422 auch überlagert sein, sodass eine Topographiemessung durch Abtasten des Messstrahls in x und y Richtung parallel oder gleichzeitig durchgeführt wird.
Bei koaxialer Einkopplung des Messstrahls und des Laserstrahls in den Bearbeitungskopf, wie beispielsweise in Figur 5 gezeigt, kann die x Position bzw. die y Position des Vertei lung smittelpunkts X3 bzw. Y3 der Position der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls in x bzw. y Richtung entsprechen. Wird der Messstrahl 13 unabhängig vom Laserstrahl 10 in den Bearbeitungskopf eingekoppelt, wie etwa in Figur 1 gezeigt, kann zusätzlich ein Offset berücksichtigt werden, der entweder bekannt ist oder durch einen Einbrandvorgang, wie oben beschrieben, bestimmt wird. Hierfür kann das Verfahren 400 vor dem Block 420 einen Schritt Einbrennen eines Einbrands 310 in eine Oberfläche O mittels des Laserstrahls 10 enthalten, sowie beispielsweise im oder vor Block 440 einen Schritt Bestimmen eines Off sets DC und DU (siehe Figuren 3B, 4A, und 4B) in x und y Richtung basierend auf einer Position X4 und Y4 des Einbrands 310.
Erfindungsgemäß wird ein Laserbearbeitungssystem sowie ein Verfahren für ein Laserbear beitungssystem angegeben, wobei durch optische Kohärenztomographie eine einfache und präzise zentrische Ausrichtung eines Laserstrahls ermöglicht wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt die zentrische Ausrichtung des Laserstrahls in einem automati sierten Prozess, bei dem eine Messoptik motorisch in einer Ebene senkrecht zu einer opti schen Achse der Messoptik verfahren wird, um mit einem Messstrahl die Austrittsöffnung des Bearbeitungskopfes abzutasten und eine Position einer Laseroptik entsprechend der zentrischen Ausrichtung daraus zu bestimmen. Dadurch können mühsame und manuelle Prozesse zur zentrischen Ausrichtung vermieden und eine Genauigkeit erhöht werden.

Claims

Ansprüche
1. Laserbearbeitungssystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem Laserstrahl (10), umfassend:
einen Bearbeitungskopf (101) mit einem Gehäuse (210), das eine Öffnung (212) für einen Austritt des Laserstrahls (10) aus dem Bearbeitungskopf (101) aufweist,
eine Messeinrichtung (120), die dazu eingerichtet ist, einen optischen Messstrahl (13) durch die Öffnung (212) zu richten, und
eine optische Einheit zum Ausrichten des Laserstrahls (10) und des optischen Mess- Strahls (13), wobei die optische Einheit einstellbar- ist, um den Laserstrahl (10) und den optischen Messstrahl (13) senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) im Bereich der Öffnung (212) zu verstellen,
wobei die Messeinrichtung (120) dazu eingerichtet ist, anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls (13) für verschiedene Einstellungen der optischen Einheit basieren, eine Einstellung der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Aus richtung des Laserstrahls (10) zu bestimmen.
2. Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die optische Einheit umfasst: eine Messoptik (122, 124, 138; 222, 224, 238) zum Ausrichten des optischen Mess- Strahls (13), wobei die Messoptik (122, 124, 138; 222, 224, 238) einstellbar ist, um den op tischen Messstrahl (13) senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) im Be reich der Öffnung (212) zu verstellen, und
eine Laseroptik (137, 124; 238, 222, 224) zum Ausrichten des Laserstrahls (10), wobei die Laseroptik (137, 124; 238, 222, 224) einstellbar ist, um den Laserstrahl (10) senk- recht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) im Bereich der Öffnung (212) zu verstellen,
wobei die Messeinrichtung (120) dazu eingerichtet ist, basierend auf den Reflexen des optischen Messstrahls (13) für verschiedene Einstellungen der Messoptik eine Einstellung der Laseroptik entsprechend einer zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls (10) zu bestimmen.
3. Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die optische Einheit ein gemeinsames optisches Element (124, 222, 224, 238) umfasst, das in einem gemeinsamen Strah lengang des Laserstrahls (10) und des Messstrahls (13) angeordnet und dazu eingerichtet ist, durch Verschiebung des gemeinsamen optischen Elements (124, 222, 224, 238) in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) entsprechend eine Strahlachse des Laserstrahls (10) und des Messstrahls (13) nach Austritt aus der Öffnung (212) zu verschieben.
4. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (120) ferner dazu eingerichtet ist, basierend auf den Reflexen des optischen Messstrahls (13) eine Verteilung von Messwerten für verschiedene Einstellungen der optischen Einheit zu bestimmen, wobei die Messwertverteilung einer Form der Öffnung (212) entspricht.
5. Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 4, wobei die Messeinrichtung (120) eingerichtet ist, eine Einstellung der optischen Einheit, die einem Mittelpunkt der Öffnung (212) entspricht, zu bestimmen und basierend auf dieser Einstellung die Einstellung der optischen Einheit für die zentrische Ausrichtung des Laserstrahls (10) zu bestimmen.
6. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die
Messoptik (124; 222; 224, 238) eingerichtet ist, die Öffnung (212) in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) mit dem Messstrahl (13) abzutasten.
7. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (120) einen optischen Kohärenztomographen umfasst.
8. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die optische Einheit eingerichtet ist, dass zumindest eine erste Einstellung, an der der Mess strahl (13) nicht durch die Öffnung (212) tritt, und eine zweite Einstellung, an der der Mess- strahl (13) durch die Öffnung (212) tritt und an einer Oberfläche (O) reflektiert wird, ent- lang einer Richtung (x, y) einstellbar sind.
9. Laserbearbeitungssystem nach Anspruch 8, wobei die Messeinrichtung (120) einge richtet ist, eine Position (X4, Y4) eines Einbrands (310) in der Oberfläche (O) basierend auf den Reflexen zu ermitteln und basierend auf der Position (X4, Y4) des Einbrands (310) die Einstellung der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laser- Strahls (10) zu bestimmen.
10. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (120) eingerichtet ist, die Einstellung der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls (10) automatisiert zu bestimmen.
11. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner umfas send mindestens eine automatisierte und/oder motorische Stelleinrichtung zum Einstellen der optischen Einheit.
12. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Reflexe des optischen Messstrahls (13) Reflexe an einer Oberfläche (O) außerhalb des Be arbeitungskopfes (101) und/oder innerhalb des Bearbeitungskopfes (101) umfassen.
13. Laserbearbeitungssystem nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die optische Einheit eines oder mehrere von einer Fokussieroptik (124, 224) zum Fokussieren des Laserstrahls (10) und/oder des Messstrahls (13), einer Kollimationsoptik (112, 122, 222) zum Kollimieren des Laserstrahls (10) und/oder des Messstrahls (13), einem Faserende (137, 138, 238) zum Einfuhren des Laserstrahls (10) und/oder des Messstrahls (13) in den Bearbeitungskopf (101) und/oder einem Spiegel umfasst.
14. Verfahren für eine zentrische Ausrichtung eines Laserstrahls (10) in einem Bearbei tungskopf (101) eines Laserbearbeitungssystems zur Bearbeitung eines Werkstücks (1) mit dem Laserstrahl (10), umfassend:
Bereitstellen (410) des Bearbeitungskopfes (101) mit einem Gehäuse (210), das eine
Öffnung (212) für einen Austritt des Laserstrahls (10) aus dem Bearbeitungskopf (101) aufweist;
Richten (420) eines optischen Messstrahls (13) auf eine optische Einheit zum Aus richten des Laserstrahls (10) und des optischen Messstrahls (13); Verstellen (430) des optischen Messstrahls (13) in mindestens einer Richtung (x, y) senkrecht zu einer optischen Achse des Bearbeitungskopfs (101) im Bereich der Öffnung (212) mittels der optischen Einheit;
Bestimmen (440) einer Einstellung der optischen Einheit entsprechend einer zentri- sehen Ausrichtung des Laserstrahls (10) in dieser mindestens einen Richtung (x, y) anhand von Messwerten, die auf Reflexen des optischen Messstrahls (13) für verschiedene Einstel lungen der optischen Einheit in dieser mindestens einen Richtung (x, y) basieren.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei Bestimmen (440) einer Einstellung der opti- sehen Einheit entsprechend einer zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls (10) umfasst:
Bestimmen (431, 432) einer Verteilung von Messwerten für verschiedene Einstel lungen der optischen Einheit, wobei die Verteilung einer Form der Öffnung (212) entspricht; und
Bestimmen (441, 442) einer Einstellung der optischen Einheit, die einem Mittel- punkt der Öffnung (212) in der mindestens einen Richtung (x, y) entspricht, basierend auf der Verteilung;
wobei das Bestimmen (440) der Einstellung der optischen Einheit für eine zentrische Ausrichtung des Laserstrahls (10) in dieser Richtung (x, y) basierend auf dieser Einstellung entsprechend dem Mittelpunkt der Öffnung (212) erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, ferner umfassend:
Einbrennen eines Einbrands (310) in der Oberfläche (O), sodass eine Struktur ent steht; und
Bestimmen einer Position (X4, Y4) des Einbrands (310) auf der Oberfläche (O) an hand der Messwerte;
wobei Bestimmen (440) der Einstellung der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Ausrichtung des Laserstrahls (10) in dieser mindestens einen Richtung (x, y) basie rend auf der Position (X4, Y4) des Einbrands (310) erfolgt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner umfassend:
Einstellen der optischen Einheit entsprechend der zentrischen Ausrichtung des La serstrahls (10) in x und/oder y Richtung.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Messwerte jeweils Ab ständen zu einer reflektierenden Oberfläche entsprechen, an der die jeweiligen Reflexe des optischen Messstrahls (13) entstehen.
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