IntelliLab

Mit den steigenden Fähigkeiten von Laserstrahlquellen beziehungsweise deren zunehmenden Zugänglichkeit, wächst auch das Portfolio an Laserstrahlanwendungen. Unabhängig von der jeweiligen Anwendung ist es im Kontext der Wirtschaftlichkeit von Interesse, Prozesse möglichst schnell ablaufen zu lassen. Hier bieten sogenannte Galvanometerscanner (siehe Abb. 1 links) eine Möglichkeit, den einfallenden Laserstrahl über zwei bewegte Spiegel in der xy-Ebene abzulenken. Aufgrund der geringen Massenträgheit des Spiegelsystems können sehr hohe Dynamiken erreicht werden, wodurch der Laser in der Ebene mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s bewegt werden kann. Je nach Optik, welche nachgelagert an den Scanner angeschlossen ist, ergibt sich immer ein begrenztes Schreibfeld (z. B. 10 x 10 cm). Durch die Wahl einer anderen Optik lässt sich dies zwar vergrößern, hierdurch vergrößert sich aber auch der Strahldurchmesser auf der Auftrittsoberfläche. Jener muss aber prozessbedingt immer unter einem Maximalwert liegen. Um die Schreibfläche unter Beibehalt der hohen Dynamik des Galvanometerscanner und des Strahldurchmessers zu erweitern, wird dieser auf eine weitere xy-Kinematik platziert (siehe Abb.1 rechts). Entsprechend entsteht ein System mit redundanten xy-Achsen. Das größere xy-System ist aufgrund der größeren Masse vergleichsweise wenig dynamisch. Im Zusammenspiel der beiden Systeme kann der Scanner dann kontinuierlich oder diskontinuierlich im größeren xy-System bewegt werden, um die Bearbeitungsfläche zu erweitern. Im Stand der Technik und der Forschung gibt es unterschiedliche Ansätze, wie die vom Laser abzufahrende Sollbahn auf die zwei Systeme aufgeteilt werden kann. Im einfachsten Fall wird der Galvanometerscanner immer schrittweise bewegt, bis alle Schreibaufgaben im aktuellen Schreibfeld abgearbeitet sind (siehe Abb.2). Dies hat den Nachteil, dass die dem System überlagerten Fehler und Toleranzen an den Nahtstellen zwischen den Feldern sichtbar werden (siehe Abb2). Durch eine kontinuierliche Bewegung von beiden Achssystem können solche Fehler vermieden und die Produktivität des jeweiligen Laserprozesses gesteigert werden. Die Aufteilung der Sollbahn auf die zwei Systeme ist nun aber nicht mehr trivial.