Scanfeldkorrektur

Beim Einsatz von Galvanometerspiegelscanner und Planfeld-Objektiven zur Laserstrahlablenkung entsteht ein zum Teil stark verzerrtes Arbeitsfeld. Der Galvanometerscanner erzeugt, dadurch dass die Drehpunkte der beiden Spiegelachsen nicht deckungsgleich sind, in der Y-Richtung eine starke kissenförmige Verzerrung. Die Planfeld-Optik hingegen erzeugt eine tonnenförmige Verzerrung in beiden Richtungen. Bei der Markierung eines Rechtecks wird diese überlagerte Verzerrung sichtbar.

Somit ist aber auch die Strahlablenkgeschwindigkeit in der Fokusebene nicht konstant, da das dx variiert und nur dt konstant ist. Zwar handelt es sich hier nur um Abweichungen im einstelligen Prozentbereich, diese können jedoch bei einem fiktiven Arbeitsfeld von 100 x 100 mm² bereits 4 mm (in der Randzone) betragen. Eine hochpräzise Mikrobearbeitung über das gesamte verfügbare Arbeitsfeld hinweg bedarf also zwingend einer Kompensation der Scanfeldverzerrung.

Bei der Scanfeldkorrektur wird ein mit dieser Verzerrung behaftetes Kreuzraster (bis zu 65 x 65 Punkte) markiert und die Koordinaten der Kreuzungspunkte mit automatisierten Messmaschinen hochgenau erfasst. Aus den gewonnen Datenpunkten kann das Arbeitsfeld nun wiederum so verzerrt werden, dass die ursprüngliche Verzerrung nahezu kompensiert wird. Der Laserstrahlfokus kann dann, je nach Objektivbrennweite, auf wenige Mikrometer genau im gesamten Arbeitsfeld positioniert werden.

In der Regel werden 9 x 9 Gitterpunkte im verzerrten Raster und eine iterative Korrektur verwendet. Bei der Auswertung eines 40 x 40 Punkte Rasters zeigen sich jedoch bereits feinere Asymmetrien und Ungleichmäßigkeiten im Scanfeld, sodass für eine hinreichende Scanfeldkorrektur in einem Durchgang eine Punktezahl von über 200 Punkten empfehlenswert ist. Wird aber keine Messmaschine verwendet ist der zeitliche Aufwand zur manuellen Erfassung mit mehreren Stunden sehr hoch. Am Laserinstitut Hochschule Mittweida wurde deshalb eine automatische Messroutine geschaffen, die zurzeit in der Lage ist, mehrere hundert Punkte pro Stunde zu erfassen. Durch Optimierung und Parallelisierung soll die Leistungsfähigkeit zukünftig auf mehrere tausend Punkte pro Stunde gesteigert werden.

 

Anlagentechnik:

  • präzises Aerotech 2D-Linearachssystem
  • digitales Mikroskop mit Mikrometer-Auflösung

 

Allgemeines:

  • automatische Bilderfassung, Konturerkennung und Auswertung mittels digitaler Bildverarbeitung
  • Aufbereitung der Datenpunkte
  • Weiterverarbeitung mit proprietären Programmen der Scansytemhersteller

 

Perspektiven/Ausblick:

  • Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit der digitalen Bildverarbeitung
  • Parallelisierung des Messprozesses
  • Integration der Messmaschine in verschiedene Anlagen
Projektanfragen / -koordination
Forschungsgruppenleiter
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Horst Exner
Tel.: +49 (0) 3727 / 58-1413
Fax: +49 (0) 3727 / 58-1867
eMail: exner(at)hs-mittweida.de