DE102006039172A1

DE102006039172A1 - Laser beam focusing method for laser scanner system, involves detecting data, when light is absorbed, and using data for adjusting lens to compensate changes of characteristics of lens and objective, when lens and objective are heated

Info

Publication number: DE102006039172A1
Application number: DE200610039172
Authority: DE
Inventors: Peter Von Jan; Erwin Wagner; Alistair Baillie Gill
Original assignee: Raylase GmbH
Current assignee: Raylase GmbH
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-03-13
Also published as: ITMI20071647A1

Abstract

The method involves detecting data, which is in contact with heating of a lens (18) and an objective (26) of a laser scanner system (10), when laser light is absorbed. The data is used for adjusting the lens for partially compensating changes of optical characteristics of the lens and the objective, when the lens and the objective are heated. The lens is adjusted to a preset point based on an operating parameter of the scanner system at a time period before the preset point, and the data are generated by the parameter. Independent claims are also included for the following: (1) a device for focusing a laser beam of a laser scanner system (2) a laser scanner system with a control device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fokussieren eines Laserstrahls eines Laserscannersystems auf einer Zielfläche, bei dem die Position einer verstellbaren Linse während des Scannen zur Fokussierung verstellt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Laserscannersystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The The present invention relates to a method for focusing a Laser beam of a laser scanner system on a target surface, at the position of an adjustable lens during scanning for focusing is adjusted. Furthermore, the invention relates to a laser scanner system according to the preamble of claim 8.

Ein Laserscannersystem und ein Verfahren der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der DE 203 20 269 U1 bekannt. Ein solches Laserscannersystem wird typischerweise zum Abtasten, Beschriften, Markieren, Schneiden oder zur anderweitigen Bearbeitung der Oberfläche eines Werkstücks verwendet. Das System weist üblicherweise eine XY-Ablenkeinheit auf, die zwei entlang ihrer Längsachse drehbare Spiegel umfaßt, die typischerweise von galvanometrischen Motoren angetrieben werden. Die Spiegel werden als X- und Y-Spiegel bezeichnet, weil sie einen Laserstrahl in einer X- bzw. Y-Richtung ablenken können. Ein Laserstrahl, der in die Ablenkeinheit eintritt, wird typischerweise zuerst auf den verstellbaren X-Spiegel gerichtet, der den Laserstrahl dann auf den ebenfalls verstellbaren Y-Spiegel ablenkt, der seinerseits den Laserstrahl in Richtung der Zieloberfläche lenkt. Durch das Drehen des X- und des Y-Spiegels kann der Laserstrahl über die Oberfläche gescannt werden.A laser scanner system and a method of the type mentioned are, for example, from DE 203 20 269 U1 known. Such a laser scanner system is typically used for scanning, labeling, marking, cutting or otherwise machining the surface of a workpiece. The system typically includes an XY deflection unit comprising two mirrors rotatable along its longitudinal axis, which are typically driven by galvanometric motors. The mirrors are referred to as X and Y mirrors because they can deflect a laser beam in an X or Y direction. A laser beam entering the deflection unit is typically first directed onto the adjustable X-mirror, which then deflects the laser beam to the likewise adjustable Y-mirror, which in turn directs the laser beam toward the target surface. By rotating the X and Y mirrors, the laser beam can be scanned across the surface.

Durch die Ablenkung des Laserstrahls verändert sich dessen Wegstrecke zwischen der Laseroptik und der Zieloberfläche. Damit der Laserstrahl trotzdem an jedem Punkt auf der Zieloberfläche fokussiert ist, wird bei dem Laserscannersystem der eingangs genannten Art eine verstellbare Linse verwendet, deren Position entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Stellung der drehbaren Spiegel so eingestellt wird, daß der Laserstrahl fokussiert auf die Zieloberfläche auftrifft. Da die zur Fokussierung geeignete Position der verstellbaren Linse sich kontinuierlich mit der Bewegung der Ablenkspiegel ändert, wird die Verstellung der Linse auch als „Realzeit-Fokussierung" bezeichnet.By the deflection of the laser beam changes its path between the laser optics and the target surface. So that the laser beam anyway Focused at each point on the target surface is added the laser scanner system of the type mentioned an adjustable Lens used whose position along the propagation direction of the laser beam in dependence from the present Position of the rotatable mirror is adjusted so that the laser beam focused on the target surface incident. Since the position suitable for focusing the adjustable Lens changes continuously with the movement of the deflecting mirror becomes the adjustment of the lens also referred to as "real-time focusing".

Derartige Verfahren und Laserscannersysteme sind an sich bereits bekannt und werden auch schon in großem Umfang verwendet. Allerdings treten bei der Verwendung bisweilen Probleme mit der Fokussierung auf. Beispielsweise trat bei Anwendungen, in denen ein Werkstück mit einem Laserscannersystem der eingangs genannten Art geschnitten wurde, das Problem auf, daß der Laser manchmal das Werkstück vollständig durchtrennt, manchmal aber nicht. Offensichtlich war für dieses Verhalten eine Instabilität bei der Fokussierung verantwortlich.such Methods and laser scanner systems are already known and are already in great Scope used. However, in use sometimes occur Problems with focusing on. For example, in applications, in which a workpiece was cut with a laser scanner system of the type mentioned, the problem on that the Laser sometimes the workpiece Completely severed, but sometimes not. Obviously, this was for this Behavior an instability responsible for focusing.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Laserscannersystem der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen die Fokussierung des Laserstrahls auf der Zieloberfläche stabiler und zuverlässiger funktioniert.Of the The present invention is based on the object, a method and to provide a laser scanner system of the type mentioned above, where the focusing of the laser beam on the target surface more stable and more reliable works.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannt Art dadurch gelöst, daß Daten erfaßt werden, die mit einer Erwärmung von optischen Komponenten des Laserscannersystems in Folge von Absorption von Laserlicht in Beziehung stehen, und daß die Daten zur Verstellung der Linse verwendet werden, um Veränderungen der optischen Eigenschaften der Komponenten in Folge der Erwärmung zumindest teilweise zu kompensieren.These Task is characterized in a method of the type mentioned by solved, that data detected be that with a warming of optical components of the laser scanner system due to absorption of laser light, and that the data for adjustment The lens used to change the optical properties the components as a result of heating at least partially compensate.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Schwierigkeiten mit der Fokussierung auftreten können, wenn sich optische Komponenten, insbesondere die verstellbare Linse selbst, während des Betriebs durch Absorption von Laserlichts erwärmen. Beispielsweise kann sich innerhalb einer Linse ein thermischer Gradient einstellen, der zu einer Änderung der Brennweite der Linse führt. Auch können Temperaturveränderungen bei anderen optischen Komponenten dazu führen, daß sich die Divergenz des Strahls ändert. Diese Änderungen der optischen Eigenschaften können so stark sein, daß die Fokussierung des Laserstrahls auf der Zieloberfläche spürbar verschlechtert wird.Of the Invention is based on the finding that difficulties with the focus may occur, when optical components, in particular the adjustable lens myself, while of the operation by absorbing laser light. For example can a thermal gradient occur within a lens, to a change the focal length of the lens leads. Also, temperature changes other optical components cause the divergence of the beam to change. These changes of the optical properties be so strong that the Focusing the laser beam on the target surface is noticeably deteriorated.

Nachdem dieser Zusammenhang erkannt wurde, sieht die Erfindung vor, die Veränderungen der optischen Eigenschaften der Komponenten zumindest teilweise zu kompensieren. Dazu werden während des Betriebs des Laserscannersystems Daten erfaßt, die mit einer Erwärmung von optischen Komponenten des Lasersystems in Folge von Absorption von Laserlicht in Beziehung stehen, und diese Daten werden verwendet, um die Defokussierung durch eine Modifikation der Verstellung der Linse zu korrigieren.After this this relationship has been recognized, the invention provides, the Changes in the at least partially compensate for optical properties of the components. This will be done during the operation of the laser scanner system detects data associated with a heating of optical components of the laser system as a result of absorption of Laser light, and this data is used to defocus by modifying the adjustment of the Correct lens.

Bezüglich der Daten, die für diese Kompensation herangezogen werden, besteht grundsätzlich keine Einschränkung, und so ist es beispielsweise möglich, die Temperaturen oder Temperaturveränderungen von optischen Komponenten auf irgendeine geeignete Art zu messen. Vorzugsweise werden diese Daten jedoch durch Betriebsparameter des Laserscannersystems gebildet. Untersuchungen der Erfinder haben ergeben, daß bereits durch Betriebsparameter des Laserscannsystems, die ohne großen Aufwand ermittelt werden können, die Temperatureinflüsse mit ausreichender Genauigkeit abgeschätzt bzw. vorhergesagt werden können, um eine wirksame Korrektur der Fokussierung vornehmen zu können.Regarding the Data for This compensation is used, there is basically no restriction and so it is possible, for example, the temperatures or temperature changes of optical components in any suitable way. Preferably, these are However, data formed by operating parameters of the laser scanner system. Investigations by the inventors have shown that already by operating parameters of the laser scanning system, which can be determined easily can, the temperature influences be estimated or predicted with sufficient accuracy can, to make an effective correction of the focus.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden beispielsweise die Leistung des Lasers und/oder die relative Einschaltdauer des Lasers, wenn er gepulst betrieben wird, herangezogen, um die Position der verstellbaren Linse zu modifizieren, um dadurch eine gute Fokussierung auf der Zielfläche zu erreichen. Denn die Leistung des Lasers bestimmt ganz wesentlich die Erwärmung der betreffenden optischen Komponenten, so daß sich ein enger Zusammenhang zwischen der Laserleistung und der benötigten Verstellung der verstellbaren Linse ermitteln läßt.In a preferred embodiment, for example, the power of the laser and / or the laser duty cycle, when pulsed, is used to modify the position of the adjustable lens to thereby achieve good focus on the target surface. Because the power of the laser determines very much the heating of the respective optical components, so that it is possible to determine a close relationship between the laser power and the required adjustment of the adjustable lens.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die verstellbare Linse zu einem gegebenen Zeitpunkt basierend auf Betriebsparametern aus einer Zeitspanne vor dem gegebenen Zeitpunkt verstellt. Dadurch können Gedächtniseffekte berücksichtigt werden, die auf einer gewissen Trägheit der Wärmeentwicklung gegenüber der Intensität des Laserlichts beruhen. Beispielsweise dauert es eine gewissen Zeit, bis sich bei einem Laserstrahl konstanter Leistung bzw. Intensität ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat, und ebenso dauert es eine Weile, bis sich die Komponente nach einer Verringerung der Intensität des Laserlichts abgekühlt hat.In In an advantageous development, the adjustable lens is added at a given time based on operating parameters Period of time adjusted before the given time. This can create memory effects considered be based on a certain inertia of heat generation over the intensity based on the laser light. For example, it takes a certain amount of time Time until a thermal power of a laser beam of constant power or intensity Balance, and it takes a while, too, until the component after a reduction in the intensity of the laser light chilled Has.

Insbesondere wird die Verstellung der verstellbaren Linse vorzugsweise basierend auf einer oder mehreren Zeitkonstanten durchgeführt, die charakterisieren, wie schnell sich Änderungen in einem Betriebsparameter auf Änderungen in optischen Eigenschaften von Komponenten des Laserscannersystems auswirken. Die Erfahrungen der Erfinder haben gezeigt, daß die relevanten Effekte oft bereits mit einem einfachen Zeitkonstantenmodell so genau modelliert werden können, daß eine zuverlässige Fokussierung erreicht wird.Especially For example, the adjustment of the adjustable lens is preferably based performed on one or more time constants that characterize how fast changes are in an operating parameter to changes in optical properties of components of the laser scanner system impact. The experiences of the inventors have shown that the relevant Effects often already with a simple time constant model so can be accurately modeled, that one reliable Focusing is achieved.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Position der verstellbaren Linse durch eine Kombination einer ersten Steuergröße, die für die Fokussierung des Laserstrahls in Abhängigkeit mit dem Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Zielfläche bestimmt ist, und einer zweiten Steuergröße, die aus den genannten Daten ermittelt wird, gesteuert. Die erste Steuergröße kann dieselbe sein, die in bisherigen Laserscannersystemen für die Realzeitfokussierung bereits verwendet wird. Die zweite Steuergröße wird wie oben beschrieben anhand der erfaßten Daten ermittelt und mit der ersten Steuergröße kombiniert. In vielen Fällen wird es ausreichen, die erste und die zweite Steuergröße einfach zu addieren. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet, wenn die Funktionalität der vorliegenden Erfindung in bestehenden Laserscannersystemen nachgerüstet werden soll. Dann brauchen lediglich Mittel bereitgestellt zu werden, um die zweite Steuergröße zu ermitteln, und Mittel, um die erste und die zweite Steuergröße zu kombinieren.In In a particularly advantageous embodiment, the position the adjustable lens by a combination of a first control variable, the for the Focusing the laser beam as a function of the point of impact of the laser beam on the target surface is determined, and a second control variable consisting of said data is determined, controlled. The first control variable may be the same, the in previous laser scanner systems for real-time focusing already used. The second control variable is as described above based on the detected Data is determined and combined with the first control variable. In many cases it will suffice to simply add the first and second control variables. These embodiment is particularly suitable if the functionality of the present Be retrofitted invention in existing laser scanner systems should. Then all that is needed is to be provided with funds to determine the second control variable and means for combining the first and second control variables.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Darin zeigen:Further Advantages and features of the present invention will become apparent the following description in which the invention with reference to an embodiment with reference to the attached Drawings closer explained becomes. Show:

1 eine schematische Darstellung des Laserscannersystems nach einer Weiterbildung der Erfindung; und 1 a schematic representation of the laser scanner system according to a development of the invention; and

2 ein Blockdiagramm, in dem die Steuerung der Verstellung der Position der Linse dargestellt ist. 2 a block diagram in which the control of the adjustment of the position of the lens is shown.

1 zeigt ein Laserscannersystem 10 nach einer Weiterbildung der Erfindung. Das Laserscannersystem 10 umfaßt einen Laser 12, der einen Laserstrahl 14 erzeugt. Der Laserstrahl 14 verläuft durch eine schematisch dargestellte Linsenvorrichtung 16, die eine verstellbare Linse 18 umfaßt, bei der es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um eine Kollimatorlinse handelt. Die Linsenvorrichtung 16 ist von einer Steuerungseinrichtung 20 über eine Signalleitung 22 derart ansteuerbar, daß die Linse 18 entlang der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 14 hin- und herbewegt werden kann, wie durch den Doppelpfeil 24 angedeutet ist. Konkrete Ausgestaltungen der Linsenvorrichtung 16 sind beispielsweise in der DE 203 20 269 U1 beschrieben und werden hier nicht im Detail diskutiert. 1 shows a laser scanner system 10 according to a development of the invention. The laser scanner system 10 includes a laser 12 , a laser beam 14 generated. The laser beam 14 passes through a schematically illustrated lens device 16 that has an adjustable lens 18 which is a collimator lens in the embodiment shown. The lens device 16 is from a controller 20 via a signal line 22 so controllable that the lens 18 along the propagation direction of the laser beam 14 can be moved back and forth, as by the double arrow 24 is indicated. Concrete embodiments of the lens device 16 are for example in the DE 203 20 269 U1 and are not discussed in detail here.

Der Laserstrahl 14 verläuft weiter durch ein Objektiv 26 und über einen X-Ablenkspiegel 28 und einen Y-Ablenkspiegel 30 auf eine Zieloberfläche 32, bei der es sich beispielsweise um eine zu schneidende Folie oder eine Chipkarte handeln könnte, deren Oberfläche mit Hilfe des Laserstrahls 14 markiert werden soll.The laser beam 14 continues through a lens 26 and via an X-deflecting mirror 28 and a Y-deflecting mirror 30 on a target surface 32 which could, for example, be a foil or a chip card to be cut, the surface of which with the aid of the laser beam 14 should be marked.

Der X-Spiegel 28 und der Y-Spiegel 30 sind jeweils durch einen zugehörigen galvanometrischen Motor 34 bzw. 36 verstellbar. Die galvanometrischen Motoren (auch als „Galvos" bezeichnet) sind ebenfalls über Signalleitungen 22 mit der Steuerungseinrichtung 20 verbunden. Schließlich verbindet eine weitere Steuerungsleitung 22 den Laser 12 und die Steuerungseinrichtung 20.The X-mirror 28 and the Y-mirror 30 are each by an associated galvanometric motor 34 respectively. 36 adjustable. The galvanometric motors (also called "Galvos") are also via signal lines 22 with the control device 20 connected. Finally, another control line connects 22 the laser 12 and the controller 20 ,

Im folgenden wird die Funktion des Laserscannersystems von 1 beschrieben. Durch geeignete Ansteuerung der galvanometrischen Motoren 34 und 36 wird der Laserstrahl 14 über die Zielfläche 32 gescannt. Dabei bewirkt eine Drehung des X-Ablenkspiegels 28 durch den galvanometrischen Motor 34 eine Ablenkung des Laserstrahls in X-Richtung auf der Zieloberfläche 32, und eine Drehung des Y-Ablenkspiegels 30 durch den galvanometrischen Motor 36 eine Ablenkung des Laserstrahls 14 in Y-Richtung auf der Zielfläche 32.The following describes the function of the laser scanner system 1 described. By suitable control of the galvanometric motors 34 and 36 becomes the laser beam 14 over the target area 32 scanned. This causes a rotation of the X-deflecting mirror 28 through the galvanometric motor 34 a deflection of the laser beam in the X direction on the target surface 32 , and a rotation of the Y-deflecting mirror 30 through the galvanometric motor 36 a deflection of the laser beam 14 in the Y direction on the target area 32 ,

Der Laserstrahl 14 wird auf der Zieloberfläche 32 fokussiert. Da die Zielfläche 32 eben ist, ändert sich beim Scannen die Weglänge des Laserlichts zwischen dem Objektiv 26 und dem Auftreffpunkt des Laserstrahls 14 auf der Zieloberfläche. Zur Bearbeitung der Zieloberfläche 32 muß der Laserstrahl 14 trotz der unterschiedlichen Laufwege an allen Huftreffpunkten auf der Zieloberfläche 32 fokussiert werden. Diese Fokussierung an allen Punkten einer ebenen Zielfläche wird auch als „Field-Flattening" bezeichnet.The laser beam 14 will be on the target surface 32 focused. Because the target area 32 is the same, the path length of the laser light between the lens changes during scanning 26 and the point of impact of the laser beam 14 on the target surface. To edit the target surface 32 the laser beam must 14 despite the different routes at all hooves on the target surface 32 be focused. This focusing at all points of a flat target surface is also referred to as "field flattening".

Bei dem System 10 von 1 wird das „Field-Flattening" durch die Linsenvorrichtung 16 bewerkstelligt. Für jeden Auftreffpunkt auf der Zieloberfläche 32 gibt es eine Position der verstellbaren Linse 18, bei der der Laserstrahl 14 im Auftreffpunkt fokussiert ist. Beim Abscannen der Zieloberfläche 32 wird daher die verstellbare Linse 18 durch Steuerung der Steuerungseinrichtung 20 stets in diese geeignete Position gefahren. Diese Art der Fokussierung wird daher auch als Realzeitfokussierung bezeichnet.In the system 10 from 1 becomes the "field flattening" through the lens device 16 accomplished. For each impact point on the target surface 32 is there a position of the adjustable lens 18 in which the laser beam 14 is focused at the point of impact. When scanning the target surface 32 therefore becomes the adjustable lens 18 by controlling the control device 20 always driven to this appropriate position. This type of focusing is therefore also referred to as real-time focusing.

Außerdem empfangt die Steuerungseinrichtung 20 während des Scannbetriebs über die Signalleitung 22 Betriebsparameter des Lasers 12, die mit einer Erwärmung von optischen Komponenten des Laserscannsystems 10, also beispielsweise der verstellbaren Linse 18 oder des Objektivs 26 in Folge von Absorption von Laserlicht in Beziehung stehen. Im konkreten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesen Betriebsparametern um die Leistung des Lasers und dessen relativer Einschaltdauer bzw. Tastverhältnis im Pulsbetrieb. Je höher die Leistung des Lasers 12 ist und je größer die relative Einschaltdauer ist, desto stärker erwärmen sich die optischen Komponenten. Durch die Erwärmung der optischen Komponenten können sich deren optische Eigenschaften ändern. Beispielsweise kann sich in der verstellbaren Linse 18 ein Temperaturgradient ausbilden, der zu einer Änderung ihrer Brennweite führt. Das bedeutet, daß eine Realzeitfokussierung, die bei niedrigen Laserleistungen einwandfrei funktioniert, bei hohen Laserleistungen und entsprechender Erwärmung der optischen Komponenten eine ungenügende Fokussierung auf der Zieloberfläche 32 zur Folge hat. Um diesen Änderungen in den Eigenschaften der optischen Komponente Rechnung zu tragen, werden die Betriebsparameter des Lasers 12 in die Steuerungseinheit 20 eingegeben, und die Steuerungseinheit 20 modifiziert das Steuerungssignal für die Linseneinheit 16 derart, daß die beschriebenen Änderungen kompensiert werden und der Laserstrahl 14 auf der Zieloberfläche 32 stets fokussiert bleibt.In addition, the controller receives 20 during the scanning operation via the signal line 22 Operating parameters of the laser 12 which involves heating of optical components of the laser scanning system 10 , so for example the adjustable lens 18 or the lens 26 due to absorption of laser light. In the concrete exemplary embodiment, these operating parameters are the power of the laser and its relative duty cycle or duty cycle in pulse mode. The higher the power of the laser 12 is and the larger the duty cycle, the more the optical components heat up. Heating of the optical components can change their optical properties. For example, in the adjustable lens 18 form a temperature gradient that leads to a change in their focal length. This means that a real-time focusing, which works well at low laser powers, insufficient focusing on the target surface at high laser powers and corresponding heating of the optical components 32 entails. To account for these changes in the characteristics of the optical component, the operating parameters of the laser become 12 in the control unit 20 entered, and the control unit 20 modifies the control signal for the lens unit 16 such that the changes described are compensated and the laser beam 14 on the target surface 32 always focused.

Man beachte, daß für diese Art der Modifikation der Steuerung kein tieferes Verständnis der genauen Zusammenhänge benötigt wird; beispielsweise muß nicht analysiert werden, welche der optischen Komponenten sich im einzelnen wie und bei welcher Temperatur ändert. Statt dessen kann der Zusammenhang zwischen den Betriebsparametern, also beispielsweise der Laserleistung, und der benötigten Korrektur der Position der Linse 18 in einfachen Experimenten direkt bestimmt werden, und dieser Zusammenhang kann darin bei der Steuerung der Position der verstellbaren Linse 18 berücksichtigt werden.Note that for this type of modification of the control no deeper understanding of the exact relationships is needed; for example, it does not need to be analyzed which of the optical components changes in detail as and at what temperature. Instead, the relationship between the operating parameters, such as the laser power, and the required correction of the position of the lens 18 can be determined directly in simple experiments, and this relationship can be used in controlling the position of the adjustable lens 18 be taken into account.

In 2 ist in einem Blockdiagramm schematisch dargestellt, wie die Steuerung in einer bevorzugten Ausführungsform konkret geschieht. In 2 sind zwei Laser-Modulationssignale 38 bzw. 40 gezeigt. Die Laser-Modulationssignale 38 und 40 sind pulsbreitenmodulierte Signale, deren Tastverhältnis bzw. relative Einschaltdauer die effektive Laserleistung vorgeben. Beispielsweise bewirkt das Modulationssignal 38 mit seiner geringeren relativen Einschalt dauer eine geringere effektive Laserleistung und damit geringe Erwärmung der optischen Komponenten als das Modulationssignal 40.In 2 is shown schematically in a block diagram, as the control actually happens in a preferred embodiment. In 2 are two laser modulation signals 38 respectively. 40 shown. The laser modulation signals 38 and 40 are pulse-width-modulated signals whose duty cycle or duty cycle dictate the effective laser power. For example, the modulation signal causes 38 with its lower relative switch-on duration, a lower effective laser power and thus low heating of the optical components as the modulation signal 40 ,

Die Modulationssignale 38 bzw. 40 werden in ein Mittelwertsmodul 42 eingegeben, das den Mittelwert des Modulationssignals 38 bzw. 40 ausgibt, der im folgenden „Leistungswert" genannt wird und die gegenwärtige effektive Leistung des Lasers 12 repräsentiert. Wenn die Leistung des Lasers im Anstieg begriffen ist, wird der Leistungswert in einen Anstiegsfilter 44 eingegeben, dessen Zeit-Kennlinie 46 schematisch angedeutet ist. Die Zeitkonstante des Anstiegsfilters 44 ist einstellbar zwischen 0,1 bis 5 Sekunden. Diese Zeitkonstante entspricht der Zeitkonstante, gemäß der sich die optischen Komponenten in Folge der Bestrahlung erwärmen. Der Filter bewirkt somit, daß eine Änderung des Leistungswertes nicht unmittelbar Einfluß auf die Steuerung der Linsenposition nimmt, sondern mit derselben Verzögerung, mit der sich die optischen Komponenten nach einer Erhöhung der Leistung erwärmen.The modulation signals 38 respectively. 40 become an average module 42 entered, which is the mean of the modulation signal 38 respectively. 40 hereafter called "power value" and the current effective power of the laser 12 represents. As the power of the laser increases, the power value becomes a slew filter 44 entered, whose time characteristic 46 is indicated schematically. The time constant of the rising filter 44 is adjustable between 0.1 to 5 seconds. This time constant corresponds to the time constant according to which the optical components heat up as a result of the irradiation. The filter thus causes a change in the power value not to have an immediate effect on the control of the lens position, but with the same delay with which the optical components heat up after an increase in power.

Falls der Leistungswert im Abstieg begriffen ist, wird er in einen Abstiegsfilter 48 eingegeben, dessen Zeitkennlinie 50 schematisch angedeutet ist. Der Abstiegsfilter 48 wird ebenfalls durch eine Zeitkonstante charakterisiert, die jedoch in der Regel höher sein wird, als diejenige des Anstiegsfilters, da sich die optischen Komponenten schneller durch Laserlicht erwärmen lassen, als sie sich danach wieder abkühlen. In der gezeigten Ausführungsform läßt sich die Zeitkonstante des Abstiegsfilters zwischen 0,1 und 10 Sekunden einstellen.If the power value is declining, it becomes a descent filter 48 entered, whose time characteristic 50 is indicated schematically. The descent filter 48 is also characterized by a time constant, which, however, will generally be higher than that of the slew filter, since the optical components can be heated faster by laser light than they then cool down again. In the embodiment shown, the time constant of the descent filter can be set between 0.1 and 10 seconds.

Ferner ist in 2 ein Pufferspeicher 52 gezeigt, in dem das herkömmliche Steuerungssignal 54 für die Realzeitfokussierung für eine gewissen Anzahl von Zeitschritten gespeichert ist. In dem Addierer 56 werden das herkömmliche Steuerungssignal 54 und der gefilterte Leistungswert addiert, um ein kombiniertes Steuerungssignal 58 zu erzeugen, welches dann in die Linsenvorrichtung 16 eingegeben wird, um die Linse 18 zu verstellen.Furthermore, in 2 a cache 52 shown in which the conventional control signal 54 is stored for real-time focusing for a certain number of time steps. In the adder 56 become the conventional control signal 54 and the filtered power value adds to combined control signal 58 which then into the lens device 16 is entered to the lens 18 to adjust.

In der Ausführungsform von 2 wird also einfach ein Korrektursignal für das herkömmliche Steuerungssignal erzeugt. Auch liegt der einfachen Lösung mit dem Mittelwertsmodul 42 die Annahme einer linearen Beziehung zwischen der effektiven Laserleistung und der Ver schiebung des Steuerungssignals zugrunde. Tatsächlich haben die Erfinder jedoch festgestellt, daß sich bereits mit einem derart einfachen Kompensationsmodell die eingangs genannten Fokussierungsprobleme in vielen Fällen vollkommen zufriedenstellend lösen lassen. Ein besonderer Vorteil dieses einfachen Kompensationsverfahrens besteht darin, daß es sich ohne großen Aufwand bei bestehenden Laserscannersystemen nachrüsten läßt.In the embodiment of 2 Thus, a correction signal for the conventional control signal is simply generated. Also, the simple solution is the mean value module 42 the assumption of a linear relationship between the effective laser power and the displacement of the control signal Ver. In fact, however, the inventors have found that even with such a simple compensation model, the above-mentioned focusing problems can be solved completely satisfactorily in many cases. A particular advantage of this simple compensation method is that it can be easily retrofitted to existing laser scanner systems.

Eine Reihe von Verfeinerungen des in 2 konkret beschriebenen Kompensationsverfahrens sind denkbar. Beispielsweise kann anstelle eines linearen Zusammenhangs zwischen der effektiven Laserleistung und dem geeigneten Kompensationssignal eine genauere Beziehung experimentell ermittelt und gespeichert werden. Auch ist es möglich, die Abhängigkeit des Kompensationssignals vom Auftreffpunkt des Laserstrahls auf der Zielfläche 32 zu berücksichtigen.A number of refinements of the in 2 Concretely described compensation method are conceivable. For example, instead of a linear relationship between the effective laser power and the appropriate compensation signal, a more accurate relationship may be determined experimentally and stored. It is also possible, the dependence of the compensation signal from the point of impact of the laser beam on the target surface 32 to take into account.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The in the foregoing description, claims and drawings Features can both individually and in any combination for the realization the invention in its various embodiments of importance be.

1010: LaserscannersystemLaser scanning system
1212: Laserlaser
1414: Laserstrahllaser beam
1616: Linsenvorrichtunglens device
1818: Verstellbare Linseadjustable lens
2020: Steuerungseinrichtungcontrol device
2222: Signalleitungsignal line
2424: Doppelpfeildouble arrow
2626: Objektivlens
2828: X-VerstellspiegelX-translating mirror
3030: Y-VerstellspiegelY translating mirror
3232: Zielflächetarget area
34, 3634 36: Galvanometrische Motorengalvanometric Engines
3838: Laser-ModulationssignalLaser modulation signal
4040: Laser-ModulationssignalLaser modulation signal
4242: MittelwertsmodulAveraging module
4444: Anstiegsfilterincrease filter
4646: Zeitkennlinie des Anstiegsfilters 44 Time characteristic of the rising filter 44
4848: Abstiegsfilterdescent filter
5050: Zeitkennlinie des Abstiegsfilters 48 Time characteristic of the descent filter 48
5252: Pufferspeicherbuffer memory
5454: Steuerungssignalcontrol signal
5656: Addiereradder
5858: Kombiniertes Steuerungssignalcombined control signal

Claims

Method for focusing a laser beam ( 14 ) of a laser scanner system ( 10 ) on a target surface ( 32 ), in which the position of an adjustable lens ( 18 ) is adjusted during the scanning for focusing, characterized in that data is detected, which is associated with a heating of optical components ( 18 . 26 ) of the laser system ( 10 ) due to absorption of laser light and that the data for adjusting the lens ( 18 ) can be used to detect changes in the optical properties of the components ( 18 . 26 ) due to the heating at least partially compensate.

Method according to Claim 1, in which the data are stored by operating parameters of the laser scanner system ( 10 ) are formed.

Method according to Claim 2, in which the operating parameters determine the power of the laser ( 12 ) and / or a relative duty cycle of the laser ( 12 ).

Method according to Claim 2 or 3, in which the adjustable lens ( 18 ) is adjusted at a given time based on operating parameters from a time period before the given time.

Method according to one of claims 2 to 4, wherein the adjustment is performed based on one or more time constants, which characterize how quickly changes in an operating parameter to changes in optical properties of components ( 18 . 26 ) of the laser scanner system.

Method according to one of the preceding claims, in which the position of the adjustable lens ( 18 ) by a combination of a first control variable ( 54 ) used for focusing the laser beam ( 14 ) as a function of the point of impact of the laser beam ( 14 ) on the target surface ( 32 ) and a second control variable determined from said data.

Apparatus according to claim 6, wherein said Combination is an addition of the two control variables.

Laser scanner system ( 10 ) with a deflection unit ( 28 . 30 . 34 . 36 ), which is suitable, a laser beam ( 14 ) over a target area ( 32 ), a lens device ( 16 ), the at least one lens ( 18 ), which in the path of the laser beam ( 14 ) is arranged and whose position is adjustable, and a control device ( 20 ), which is suitable, the lens device ( 16 ) for adjusting the position of the at least one lens ( 18 ) to control the laser beam ( 14 ) on the target surface ( 32 ), characterized in that the control device ( 20 ) is designed to detect changes in the optical properties of components ( 18 . 26 ) of the laser scanner system ( 10 ), which are caused by heating due to absorption of laser light, at least partially compensate.

Laser scanner system ( 10 ) according to claim 8, in which the control device ( 20 ) has an input for data, in particular for operating parameters of the laser scanner system, which is associated with the heating of optical components ( 18 . 26 ) of the laser scanner system ( 10 ).

Laser scanner system ( 10 ) according to claim 9, wherein the operating parameters are the power of a laser ( 12 ) and / or a relative duty cycle of the laser ( 12 ).

Laser scanner system ( 10 ), in which the control device ( 20 ) is designed to carry out a method according to one of claims 1 to 8.