Fokuslagendetektion mittels Bearbeitungslaser (FoBeLas)

Ziel des Forschungsprojekts war es, eine konfokale Fokuslagendetektion mittels des Bearbeitungslasers auch auf rauen und geneigten Werkstückoberflächen zu ermöglichen.

Bei der scannerbasierten Lasermaterialbearbeitung ist eine präzise Erfassung der Fokuslage von großer Bedeutung, da sowohl die Bestrahlungsstärke am Werkstück als auch die Größe der erzeugten Struktur von der Fokuslage abhängen. Idealerweise sollte der Bearbeitungslaser selbst für eine automatisierte Fokuslagendetektion verwendet werden, da auf diese Art auch Schwankungen des Strahlprofils des Bearbeitungslasers, die sich ebenfalls auf die Fokuslage auswirken können, erfasst werden. Bisherige automatisierte konfokale Messmethoden setzen voraus, dass das Werkstück plan poliert ist und senkrecht vom Laser bestrahlt wird.

Beide Voraussetzungen werden häufig nicht erfüllt, da mit dem Laser auch raue oder räumlich gekrümmte Oberflächen bearbeitet werden. Dies kann bei der konfokalen Messmethode mit Hilfe des Bearbeitungslasers zu rauheitsbedingter Interferenz-Bildung (Speckles) führen, die eine Fokuslagendetektion anhand bekannter Auswertealgorithmen unmöglich macht. Ziel des Projekts war es daher, eine konfokale Fokuslagendetektion mittels des Bearbeitungslasers auch auf rauen und geneigten Werkstückoberflächen zu ermöglichen.

Zur Zielerreichung wurden bereits bekannte konfokale Algorithmen derart modifiziert, dass sie vom Speckle-behafteten Konfokal-Bild die konvexe Hüllfläche oder die gemittelte Intensität erfassen. Durch die verwendeten Auswerte-Algorithmen kann die Fokuslage in guter Übereinstimmung zur experimentell ermittelten Fokuslage bestimmt werden. Das Prinzip liefert bei einer Oberflächenneigung von bis zu ±8 ° und einer Oberflächenrauheit größer 5 µm reproduzierbare Ergebnisse mit einer Genauigkeit, die besser als die Rayleighlänge des verwendeten Bearbeitungslasers ist.