Kamerabasierte Prozessüberwachung in der Lasermaterialbearbeitung

22. August 2018

Um das Ergebnis der Lasermaterialbearbeitung direkt während der Bearbeitung beobachten und ggf. reagieren zu können, werden unter anderem kamerabasierte Prozessüberwachungsmethoden eingesetzt. Abhängig von der Anwendung sind dabei verschiedene Methoden möglich:

Bei der koaxialen Beobachtung durch das Scanobjektiv wird ein Teil des Lichts ausgehend von der Bearbeitungsfläche über das Scanobjektiv  durch den Scankopf  gelenkt und über einen Strahlteiler und ein Teleobjektiv auf einen Sensor abgebildet. Das Beobachtungsfeld wird somit immer zusammen mit dem Laserstrahl über das Bearbeitungsfeld geführt. Die Auflösung wird  durch die Apertur des Scanners begrenzt. Abbildungsfehler, die durch das Scannersystem und die Wellenlängendifferenz zwischen Laser und Beobachtungswellenlänge entstehen, können durch den Einsatz von multispektralen F-Theta Objektiven und eine aufwendige Kalibrierung verringert, aber nicht vollständig behoben werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Beobachtung eines Laserprozesses ist die Installation eines Objektivs mit seitlicher Ausrichtung auf die Bearbeitungsfläche. Durch die schräge Betrachtung entsteht abhängig von Kippwinkel, Arbeitsabstand und Feldgröße eine Weglängendifferenz von Objektiv zu Bearbeitungsfeld. Laut dem Scheimpflug-Prinzip kann die Unschärfe einer gekippten Objektebene durch eine ebenfalls
verkippte Sensorebene kompensiert werden. Um dies zu realisieren, bietet Sill Optics kundenspezifische Adapter an, die in das Objektiv sensorseitig integriert werden. Durch den Einsatz von telezentrischen bzw. bi-telezentrischen Objektiven kann die durch die Verkippung entstandene Verzeichnung deutlich reduziert werden.

Für transparente Werkstücke gibt es noch die spezielle Möglichkeit, die Bearbeitungsfläche von unten durch das Objekt zu betrachten. Da dabei jedoch nicht nur die Beobachtungswellenlänge sondern auch die Laserstrahlung in das Abbildungsobjektiv tritt, muss das Objektiv spezielle Designkriterien erfüllen z.B. Vermeidung von Absorptionsspitzen und Anpassung an die Laserleistung.

Wir beraten Sie gerne im Hinblick auf geeignete Methoden zur Prozessbeobachtung für Ihr System und empfehlen Ihnen eine passende Optik.