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Optical measurement system for the machine integrated monitoring and automation of laser micro machining processes

Optisches Messsystem für die maschinenintegrierte Überwachung und Automatisierung von Lasermikrobearbeitungsprozessen
 
: Mallmann, Guilherme Francisco

Aachen: Apprimus Verlag, 2017, XIV, 163 pp.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2017
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 4
ISBN: 978-3-86359-503-6
ISBN: 3-86359-503-3
German
Dissertation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Der industrielle Einsatz von Nano- und Pikosekunden-Lasersystemen für die Mikrobearbeitung gewinnt in verschiedenen Branchen und Anwendungen zunehmend an Bedeutung und hat sich als eines der wichtigsten Werkzeuge der Mikrofabrikationstechnik etabliert. Allerdings stellen die in der Mikroproduktionstechnik herrschenden engen Bauteiltoleranzen und kurzen Taktzeiten die Lasermikrobearbeitung vor immer neue Herausforderungen. Dabei spielt die Stabilität des Prozesses eine große Rolle: Da Laserprozesse durch unterschiedliche Maschinen-, Werkstück- und Umgebungsfaktoren beeinflusst werden. Insbesondere für die Präzisionsfertigung ist das Prozessfenster, also der Bereich der zulässigen Parameterabweichungen, extrem eng. Aus diesem Grund ist eine Prozessüberwachung und -steuerung für die Laser mikrobearbeitung von wesentlicher Bedeutung. Im Stand der Technik der Laserbearbeitung werden Systeme zur Prozessüberwachung und -steuerung eingesetzt, die auf prozessbedingten Phänomenen oder auf in situ Lasertriangulation und kapazitiven Sensoren basieren. Diese Techniken kämpfen jedoch mit systemimmanenten Nachteilen. Distanzmessverfahren auf Basis optischer, kurzkohärenter Interferometrie bieten dazu eine hochpräzise, ​​materialunabhängige Alternative zu den vorhandenen Techniken. In dieser Arbeit wird ein Konzept für die Prozessüberwachung bei der Laserbearbeitung erarbeitet und bewertet, die eine vielversprechende Lösung für die oben beschriebenen Anforderungen bietet. Der verfolgte Ansatz integriert ein optisches Messsystem im Strahlengang einer Lasermikrobearbeitu ngsmaschine und ermöglicht eine direkte Messung des aktuellen Zustands der bearbeiteten Mikro- und Makrostrukturen direkt in Maschinenkoordinaten. Grundlage des Konzeptes für die Prozessüberwachung ist ein optischer Sensor. Der Sensor basiert auf dem Prinzip der kurzkohärenten Interferometrie und ermöglicht materialunabhängige absolute Abstandsmessungen. Hauptkomponente des Messsystems ist eine optoelektronische Auswerteeinheit, die das Interferenzsignal im spektralen Bereich erfasst. Unter Verwendung eines Computers wird das aufgezeichnete Signal verarbeitet und anschließend der Abstand zwischen Abtastkopf und Werkstück bestimmt. Ein Prototyp des beschriebenen Messsystems sowie einer Lasermikrobearbeitungseinheit wurde gebaut und integriert, um die Funktionalität der beschriebenen Tech nik für die Lasermikrobearbeitung zu charakterisieren, bewerten und validieren.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-490313.html