DE10039341A1 - Stereomikroskop mit Bearbeitungslaser und intergriertem Scanningsystem - Google Patents

Abstract

Die beschriebene Anordnung dient zur Mikromaterialbearbeitung mit Laserstrahlung im Bereich unterhalb von 20 mum Spotgröße. Sie beinhaltet neben einer optimalen visuellen Kontrolle der Bearbeitung mit einem Stereomikroskop auch eine integrierte Scanneinrichtung für den Laserstrahl.

Description

Mikromaterialbearbeitung mit Festkörperlasersystemen ist eine bereits gut eingeführte Technik, die aufgrund ihrer physikalischen Vorteile immer breitere Anwendungen findet. Das Anwendungsfeld reicht hier von vielfältigen Bearbeitungen im Metallbereich (Schweißen, Bohren, Schneiden, Markieren) bis hin zur Medizin und Biologie. Viele spezielle Bearbeitungsaufgaben lassen sich nur mit Lasern durchführen. Wichtig für das Bearbeitungsergebnis ist neben dem kleinen Spotdurchmesser des Laserstrahls auf dem Werkstück bzw. der Probe eine gute, visuelle Kontrolle der Bearbeitung. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist die Benutzung eines Stereomikroskops, in dessen Strahlengang der Laser eingekoppelt wird. Bei den zur Zeit benutzten Aufbauten geschieht die Einkopplung des Laserstrahls in den Strahlengang des Mikroskops über einen feststehenden, dichroitischen Spiegel (1c), der gleichzeitig von dem Beobachtungs- (1g) und dem Laserstrahlengang (1h) benutzt wird. Die Fokussierung des Lasers (1e) und die Beobachtung geschieht mit dem gleichen Objektiv (1d). Um einen kleineren Spotdurchmesser des Laserstrahls (1h) auf dem Werkstück bzw. der Probe (1i) zu ermöglichen, wird der Laserstrahl mit einem Teleskop (1f) geeignet aufgeweitet. Die Beobachtung des Bearbeitungsvorganges geschieht über einen Vergrößerungswechsler oder eine Zoomoptik (1b) mittels der Mikroskopokulare (1a) oder einer CCD-Kamera.

Die Justierung des Laserstrahls relativ zum Werkstück sowie eine gezielte Bearbeitung wird über die Verschiebung des Werkstücks relativ zum Mikroskop realisiert. Die Position des Laserstrahls, innerhalb des mit dem Mikroskop beobachteten Bereichs, bleibt dabei fest. Arbeitsphysiologisch ist diese Art der Beobachtung aber eher ungünstig, da sich bei der Bearbeitung immer das ganze Bild bewegt und es so eher zu Ermüdungserscheinungen kommt. Für ein ermüdungsfreieres Arbeiten wäre es besser, wenn sich nur der Laserstrahl bewegen würde. Die Aufgabe besteht also darin, ein Gerät zu schaffen, das eine fixe Position des Werkstücks und gleichzeitig eine Bewegung des Laserspots ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass kein feststehender, dichroitischer Spiegel (1c) sondern ein kippbarer Umlenkspiegel (2a) für den Laserstrahlengang verwendet wird. Ein weiterer, wichtiger Vorteil dieser Anordnung besteht in der deutlich kompakteren Bauform. Es kann auf eine motorische Bewegung des Werkstücks verzichtet werden. Die hier bisher benutzten Translationselemente haben aufgrund der notwendigen, hohen, räumlichen Auflösung eine relativ große Bauform (vorgespannte Spindeln, etc).

In Abb. 2 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Umlenkung mittels eines piezoelektrisch angetriebenen Taumeltisches (2b) erfolgt. Solche Bauteile lassen sich aufgrund ihrer kompakten Außenmaße problemlos in ein Stereosmikroskop integrieren. Bei einem Winkelbereich des Taumeltisches (2b) von 4 mrad und einer Brennweite des Objektivs (2d) von 50 mm ergibt sich beispielsweise ein Scannbereich von 200 µm × 200 µm. Der Fokusdurchmesser eines Grundmodelasers mit einer Wellenlänge von 1064 nm in einem solchen Aufbau liegt verglichen hierzu bei ca. 5 µm. Die Fokusgröße auf dem Werkstück und die genaue Position der Strahltaille relativ zur Beobachtungsebene des Mikroskops läßt sich über das Teleskop (2c) einstellen. Zur Einstellung des Taillendurchmessers muß die Vergrößerung des Teleskops einstellbar sein; zur Einstellung der Taillenlage wird die Divergenz des Strahls hinter dem Teleskop verändert.

Claims (2)

1. Eine Laserbearbeitungsanlage, bestehend aus einem Stereomikroskop und einem in das Mikroskop eingekoppelten Laser, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkung des Laserstrahls in die Richtung der optischen Achse des Mikroskops mit einem kippbaren Spiegel derart erfolgt, dass die Verschiebung des Laserspots auf dem Werkstück mittels der Spiegelverkippung realisiert wird.

2. Eine Laserbearbeitungsanlage, bestehend aus einem Stereomikroskop und einem in das Mikroskop eingekoppelten Laser, dadurch gekennzeichnet, dass für die Umlenkung des Laserstrahls in Richtung der optischen Achse ein feststehender Spiegel benutzt wird und die Winkelablenkung des Laserstrahls außerhalb des Mikroskops erfolgt.