Dynamische Scansysteme für UKP-Laser
Leistungsstarke Ultrakurzpulslaser mit hoher Repetitionsrate verlangen zumeist nach einem geringen lokalen Wärmeeintrag. Aus diesem Grund steigt die Nachfrage nach hohen Scangeschwindigkeiten mit höchster Präzision – für die existierenden Ablenkmechanismen eine echte Herausforderung.
Das Scansystem ›ExcelliScan‹ verfügt über die Scanahead-Regelungstechnik.
Um Produkte der Consumer-Electronics-Industrie herzustellen, müssen der Durchsatz und die Produktivität stetig gesteigert werden. Gleichzeitig ist in zahlreichen Branchen die industrielle Bearbeitung von Werkstücken im µm-Bereich erforderlich. In beiden Fällen werden Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser) verwendet, um durch ›Kalte Ablation‹ thermische Spannungen zu vermeiden und hochwertige Kanten zu erzielen. Dies erreicht man allerdings nur, wenn der räumliche Überlapp der Einzelpulse gering gehalten wird. Bei Repetitionsraten von mehreren Hundert Kilohertz sind die Anforderungen an die Dynamik des Scansystems sehr hoch. Bisherige Laser-Scansysteme stoßen dabei immer öfter an ihre Grenzen. Abhilfe schaffen hier drei Lösungen, die für UKP-Laser besonders geeignet sind:
• neuartige Regelungskonzepte für Galvanometerscanner,
• Polygonscanner für flächige Anwendungen,
• Präzessionsbohrsysteme.
Unvereinbarkeit aufgehoben
Galvanometerscanner beherrschen den Markt für Laserstrahlablenkungssysteme. Sie bestehen aus einer elektromagnetisch angetriebenen Drehachse, auf der ein Spiegel befestigt ist. Am anderen Ende der Achse befindet sich ein Winkelsensor. Galvanometerantrieb und Sensor bilden zusammen einen Servomotor, der über einen geschlossenen Regelkreis gesteuert wird. Um bei einer hohen Bearbeitungsdynamik die gewünschte Kontur exakt abfahren zu können, ist – genau wie für eine Regelung der Achsmotoren von CNC-Bearbeitungsmaschinen – die eingesetzte Regelung ausschlaggebend. Bislang werden hierzu meist konventionelle Regelungen ohne Vorsteuerung verwendet. Diese liefern, bei entsprechend angepasster Einstellung der Regelparameter, gute Ergebnisse, jedoch meist nur für einen spezifischen Anwendungsfall. Aufgrund der konstanten Beschleunigungszeit wird dabei die theoretisch mögliche Dynamik der Systeme nicht im gesamten Geschwindigkeitsbereich voll ausgenutzt.
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