S t u t t g a r t e r L a s e r t a g e ' 0 5

28.-30. S e p t e m b e r 2005 Photonics BW - LANDESSTIFTUNC B a d e n - W i i r r i e m b e r g

Techno log iezentr urn

T a g u n g s b a n d ' 0 5

@WILEY-vVCH ISBN: 3 - 5 2 7 - 4 0 5 5 3 - 4

Herausgeber:

Prof. Dr. Friedrich Dausinger Prof. Dr. Thomas Gra f Dipl.-lng. Friedemann Lichtner

IV SLT '05

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S t u t t g a r t e r L a s e r t a g e ' 0 5

28.-30. S e p t e m b e r 2005 Photonics BW - LANDESSTIFTUNC B a d e n - W i i r r i e m b e r g

Techno log iezentr urn

T a g u n g s b a n d ' 0 5

@WILEY-vVCH ISBN: 3 - 5 2 7 - 4 0 5 5 3 - 4

Herausgeber:

Prof. Dr. Friedrich Dausinger Prof. Dr. Thomas Gra f Dipl.-lng. Friedemann Lichtner

I1 SLT ‘05

Medienpartner Laser Technik Journal WILEY - VCH Verlag GmbH & Co. KGaA

Printed by DruckhausDiesbach GmbH, Weinheim (Germany)

ISBN 3-527-40553-4

Fur den Inhalt der Einzelbeitrage sind die Autoren verantwortlich.

0 2005 Forschungsgesellschaft fiir Strahlwerkzeuge mbH Pfaffenwaldring 43 70569 Stuttgart URL: http://www .fgsw.de

Vervielfaltigung nur mit Erlaubnis der FGSW

SLT ' 05 Ill

Veranstalter

Institut fiir Strahlwerkzeuge Universitat Stuttgart Pfaffenwaldring 43 D-70569 Stuttgart

Forschungsgesellschaft fiir Strahlwerkzeuge mbH Pfaffenwaldring 43 D-70569 Stuttgart

Technologiegesellschaft fiir Strahlwerkzeuge mbH Pfaffenwaldring 43 D-70569 Stuttgart

Organisation & Layout

Forschungsgesellschaft f ir Strahlwerkzeuge mbH

Koordination Friedemann Lichtner

Fachsitzungen und Moderatoren

Starkere Fokussierbarkeit in der Anwendung

Fortschritte in der Strahlquellenentwicklung

Zukunftsperspektiven

Aus der Praxis - f i r die Praxis I Aus der Praxis - fiir die Praxis I1 Abtragende Mikrobearbeitung I

Abtragende Mikrobearbeitung I1

Prozess-Sicherung

Friedrich Dausinger

Adolf Giesen

Thomas Graf

Eckhard Meiners

Kurt Mann

Christian Fohl

Christian Fohl

Christoph Deininger

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SLT '05 V

Grunwort

Zu den 4. Stuttgarter Lasertagen 2005 begriifie ich Sie herzlich. Gerne habe ich die Schirm- herrschaft f i r diese wichtige Veranstaltung iibernommen.

Die Lasertage haben sich einen ausgezeichneten Ruf envorben. Sie haben sich zu einer Insti- tution entwickelt, die weit iiber die Grenzen Baden-Wiirttembergs hinaus Forscher, Experten und Unternehmen auf dem Gebiet der Optischen Technologien zusammenfiihrt.

Die Optischen Technologien sind eine der Schliisseltechnologien des 2 1. Jahrhunderts. Sie weisen eine Vielzahl von Innovationspotenzialen fiir eine grol3e Breite von technologischen Anwendungen auf. Damit sind sie eine Grundlage und eine gute Voraussetzung fix weitere technologische Entwicklungen und Anwendungen in anderen Bereichen. Tatsachlich sind die Optischen Technologien Innovationstrager etwa auf Gebieten wie der Fertigungs- und Pro- duktionstechnik, der Mess- und Regeltechnik sowie der Sensorik, der Medizin- oder Informa- tionstechnik.

Baden-Wiirttemberg hat im Bereich der Optischen Technologien eine Spitzenposition. Viele bedeutende Unternehmen in Baden- Wurttemberg haben Kernkompetenzen auf diesem Gebiet und zahlen mit ihren Produkten weltweit zu den Marktfiihrern. Eine der Grundvoraussetzun- gen f i r diese Entwicklung ist die hervorragende Forschungslandschaft in Baden- Wiirttemberg. Diese konnte durch die Einrichtung eines Zentrums f i r Diagnostik laserbasier- ter Fertigungsverfahren, dessen Investitionen mit Mitteln der Zukunftsoffensive der Landes- regierung finanziert werden, weiter ausgebaut werden. Dam kommt die besonders gute und intensive Zusammenarbeit der Forschungseinrichtungen mit den Unternehmen, die entschei- dend zur Verbreitung von Laserverfahren in der produzierenden Industrie beigetragen haben.

Diese enge Zusammenarbeit spiegelt sich in eindrucksvoller Weise im P r o g r a m der Stutt- garter Lasertage 2005 wider. Bedeutende Vertreter aus verschiedenen Bereichen von Wirt- schaft und Wissenschaft werden neueste Entwicklungen und Innovationen der Lasertechnik ebenso wie ihren Einsatz in der industriellen Materialbearbeitung prasentieren. Namhafte Un- ternehmen stellen in einer begleitenden Firmenausstellung aktuelle Produktentwicklungen und fertigungstechnische Anwendungen vor.

Ich wunsche den Lasertagen Stuttgart einen erfolgreichen Verlauf und allen Teilnehmern zahlreiche interessante Begegnungen, Gesprache und Impulse fiirdie weitere Forschung und Entwicklung.

c*+ Wirtschaftsrninister Ernst Pfister, MdL und stellvertretender Ministerprasident des Landes Baden-Wiirtternberg

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SLT ‘05 Vll

Vorwort

Highlights und Innovationen aus der Fertigungstechnik mit Lasern fiihren vom 28. bis 30. September 2005 zum vierten Ma1 Laserexperten und Anwender in Stuttgart zusammen. Nach den auBerordentlich erfolgreichen bisherigen Stuttgarter Lasertagen mit zuletzt iiber 400 Teil- nehmern versprechen wir h e n auch unter der neuen Leitung in IFSW, FGSW und TGSW ein interessantes Programm.

Namhafte Vertreter aus Industrie und Wissenschaft zeigen beispielhafte Entwicklungen und neue Trends im industriellen Einsatz der Lasertechnik in unterschiedlichen Branchen wie dem Automobilbau, Maschinenbau und der Elektrotechnik auf. Aktuelle FuE-Arbeiten mit Ergeb- nissen neuer System und Verfahrenstechniken werden in den Labors des Instituts fiir Strahl- werkzeuge vorgefiihrt. Firmen stellen im Rahmen einer tagungsbegleitenden Ausstellung ihre neuesten Produktentwicklungen und beispielhafte Anwendungen in der Lasertechnik vor.

Der fachliche Schwerpunkt liegt in diesem Jahr auf dem Gebiet der Absicherung von Ferti- gungsverfahren. Ein Glanzpunkt der Veranstaltung ist die Eroffnung des neu gegriindeten Zentrums fiir Diagnostik laserbasierter Fertigungsverfahren. Zusatzlich prasentieren Teilneh- mer des BMBF-Projekt INESS auf dessen Abschlussveranstaltung am 30. September 2005 neueste Ergebnisse auf dem Gebiet der Prozesskontrolle beim LaserstrahlschweiBen, die in einem separat erscheinenden Schlussbericht zusammengefasst sind.

Prof. Dr. Thomas Graf, Leiter IFSW Prof. Dr. Friedrich Dausinger, stv. Leiter IFSW und Geschaftsfiihrer FGSW Dip1.-Ing. Friedemann Lichtner, Public Relations

V/// SLT '05

Der Laserstandort Stuttgart

Stuttgart ist das Zentrum einer Region, die auf dem Gebiet der Lasermaterialbearbeitung eine bedeutende Position einnimmt. Marktfihrende Laserhersteller und renommierte Anwender sind hier zu Hause. Anerkannte wissenschaftliche Institutionen und FuE- Partner tragen zu ei- ner fruchtbaren Wechselbeziehung zwischen Lehre, Forschung und industrieller Entwicklung bei.

Der Standort Stuttgart zeichnet sich durch anwendungsbezogene Kooperationen zwischen wissenschaftlichen Einrichtungen und bedeutenden Firmen aus, die sich in hohem MaSe in- novationsfordernd auswirken. Das Kompetenznetz "Photonics B W" spiegelt die gemeinsamen Bemuhungen von Wissenschaft und Wirtschaft wider, nachhaltig zum Fortschritt der Laser- technik beizutragen.

Die unter der neuen Leitung von IFSW und FGSW fortgefiihrte enge und sehr intensive Zu- sammenarbeit

des Instituts f i r Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universitat Stuttgart, der Forschungsgesellschaft fiir Strahlwerkzeuge mbH (FGS W) und seit neustem der Technologiegesellschaft fir Strahlwerkzeuge mbH (TGSW)

bundelt die vorhandenen Potenziale im Bereich Laserforschung und Laseranwendung. Die im Herbst 2004 gegriindete TGSW erweitert die operativen Instrumente mit der Abwicklung der reinen industriebezogenen Auftragsforschung .

Das an der FGSW in diesem Jahr mit Mitteln der Landesstiftung Baden-Wurttemberg einge- richtete "Zentrum fiir Diagnostik laserbasierter Fertigungsverfahren" unterstutzt die Industrie bei der Weiterentwicklung von Laserverfahren in Richtung Null-Fehler-Produktion.

Die Institute bieten weit reichende Dienste in den Bereichen Forschung, Anwendung und Be- ratung an. Sie verfiigen iiber eine ausgezeichnete technisch-wissenschaftliche Infiastruktur mit entsprechend ausgestatteten Labors und modernen Diagnose- und Messeinrichtungen. Die Verfahrensentwicklungen und Untersuchungen zu fertigungstechnischen Anwendungen des Lasers konnen sich auf die gesamte Palette der heute fur den industriellen Einsatz verfugbaren Gerate stutzen. Dam gehoren unterschiedliche Strahlquellen ebenso wie sich in ihren Eigen- schaften erganzende Bearbeitungsstationen f i r makro- und mikrotechnische Anwendungen.

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Inhalt

Zentrum fiir Diagnostik laserbasierter Fertigungsverfahren in der FGS W Friedrich Dausinger Prozesssicherung Rainer Bartl, Christian Elsner

Stiirkere Fokussierbarkeit in der Anwendung Anwendungspotential stark fokussierender Laser Jan Weberpals, Christoph Deininger, Friedrich Dausinger Roboscan - die Kombination von Industrieroboter und Hochleistungslaser zum Remote-SchweiSen Peter Rippl

Fortschritte in der Strahlquellenentwicklung Innovative Strahlquellen Peter Leibinger Laserstrahlquellen fir die Materialbearbeitung: Slab - Scheibe - Stab Ulr ich Hefter Femtosekunden- Scheibenlaser Martin Leitner, Adolf Giesen, Detlef Nickel, Christian Stolzenburg, Frank Bu tze WeiBes Laserlicht und seine Anwendungen Jorn Teipel, Diana Tiirke, Felix Hoss, Harald GieJen

Zukunftsperspektiven Lasermarkt: Weiteres Wachstum auf hohem Niveau Arnold Mayer Grenzen des Einsatzes der heutigen Lasertechnik aus Sicht des Automobil- herstellers. Der Faserlaser als die Antwort? Heutiger Status der Faserlaser- technologie. Klaus Loffler, Martin Serfert Strahlqualitat und Skalierbarkeit Adolf Giesen

Antrittsvorlesung Quo vadis Strahlwerkzeug Laser? Thomas Graf

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Aus der Praxis - fur die Praxis I Von der Platine zur lasergeschweiljten Hinterachse an Fahrzeugen Wolfgang Weil Roboterbasierte Lasermaterialbearbeitungssysteme - Neuentwicklungen und Anwendungen Axel Fischer Laserschweiljen an sicherheitsrelevanten Baugruppen f i r die Automobil- industrie - ,,Pyrotechnische Gasgeneratoren fiir Fahrer-Airbags" Uwe Schennerlein Praxisbericht Stahl- und Aluminium- Laserschweiljen ohne Zusatzmaterial Ruiner Hack Nd:YAG Laseranlagen-Schweil3en rnit hoher Strahlnutzungszeit Peter Hoffmann, Martin Hoffmann, Rolf Dierken

Aus der Praxis - fur die Praxis I1 Wirtschaftliches Laserschweiljen von Blechteilen mit YAG-Lasern Claus Thumm Der YAG-Laser im Formen- und Werkzeugbau Gerhard Stehle Dauerfeste Schweiljverbindungen mit YAG-Lasern an flexiblen metallischen Bauteilen Jochen Glas

Laseranwendungen bei ETO Magnetic KG Jens Groh

Aktuelle Schweilj-Strategien mit gepulsten YAG Lasern: Anwendungsbereiche und Grenzen Ronald Holtz, Matthias Jokiel

Abtragende Mikrobearbeitung I Materialbearbeitung rnit ultrakurzen Laserpulsen am IFS W - Aktueller Stand und zukunftige Ansatze Steffen Sommer, Christian Fohl, Friedrich Dausinger Laser Micromachining of Pyrex and Quartz Glass using Femtosecond Lasers Jens Hanel, Tino Petsch, Bernd Keiper, Gunter ReiJe, Steffen WeiJmantel, Robby Ebert, Horst Exner Innovative Anwendungen der Laserbearbeitung im Werkzeug- und Formenbau Ralph Mayer Neue Impulse fk die Mikrobearbeitung Jiirgen Stollhof Prazises Schneiden rnit YAG Lasern Tobias Wagner

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Abtragende Mikrobearbeitung I1 Neue Anwendungen und Trends in der Mikromaterialbearbeitung Gerd Spiecker Bringt die Pulsformung Vorteile beim Laserbohren? Ulrich Diirr, Pauline Jannin Lasertechnologie in der Papier- und Verpackungsindustrie Hansjorg Rohde Prazisionsbohrungen in Stahl- ein Technologievergleich Roswitha Giedl- Wagner, Hans Joachim Helm1 Trepanieroptik fi das hochprazise Wendelbohrenin der Serienproduktion Christian Fohl, Sven Wartenberg, Friedrich Dausinger

Prozess-Sicherung Vorstellung des Verbundprojektes 'TNESS" -Prozess-Sicherung beim Laser- strahlschweiljen Jiirgen Miiller-Borhanian Anforderungen an moderne QS-Systeme beim Laserhybridschweiljen von Aluminium- Strukturen Jens Biihler, RalfBernhardt, Ulix Gottsch, Christoph Deininger Strahlvermessung - der Weg zum qualifizierten Werkzeug in der Lasermateri- albearbeitung Harald Schwede Reduzierte Fertigungskosten durch flexible Weldwatcher@ Prozessubenva- chung Martin Stiirmer Methoden der Prozessubenvachung und Qualitatssicherung beim Laserstrahl- fiigen: Vorteile der Kombination verschiedener Sensortechniken Markus Kogel-Hollacher, Thomas Nicolay Innovative Bildverarbeitung f i r die ijbenvachung von Laserprozessen - Industrielle Applikation und Zukunfisperspektiven Jorg Beersiek, SajJad Qureshi Qualifizierung eines Prozessubenvachungssystems f i r IO/NIO-Entscheidungen mittels Optimierungsstrategien Thomas Griinberger Laserverbindungen vollautomatisch auf Qualitat uberprtifen - Anwendungs- beispiele aus der Automobilindustrie Daniel Wildmann, Joachim Schwarz, Hans Hart1 Lichtschnittsensorik beim Laserstrahlschweiljen Heiko Falldorf

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positioning and focusing laser beams

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Autorenindex

Bartl, R., 7 Beersiek, J., 177 Bernhardt, R., 163 Biihler, J., 163 Butze, F., 35 Dausinger, F., 1, 13, 113, 151 Deininger, C., 13, 163 Dierken, R., 87 Dun, U., 141 Ebert, E., 119 Elmer, Ch., 7 Exner, H., 119 Falldorf, K., 189 Fischer, A., 71 Fohl, Ch., 113, 151 Giedl-Wagner, R., 149 Giesen, A., 35,55 GieBen, H., 41 Glas, J., 99 Gottsch, U., 163 Graf, Th., 59 Groh, J., 101 Griinberger, Th., 18 1 Hack, R., 83 Hanel, J., 119 Hartl, H., 185 Hefter, U., 31 Helml, H.J., 149 Hoffmann. M., 87 Hoffmann, P., 87 Holtz, R., 105 Hoss, F., 41 Jannin, P., 141 Jokiel, M., 105 Keiper, B., 119 Kogel-Hollacher, M., 173 Leibinger, P., 25 Leitner, M., 35 Loffler, IS., 51

Mayer, A., 47 Mayer, R., 125 Muller-Borhanian, J., 159 Nickel, D., 35 Nicolay, Th., 173 Petsch, T., 119 Qureshi, S., 177 ReiBe, G., 119 Rohde, H., 145 Rippl, P., 19 Schennerlein, U., 77 Schwarz, J., 185 Schwede, H., 167 Seifert, M., 51 Spiecker, G., 139 Sommer, S., 113 Stehle, G., 97 Stollhof, J., 129 Stolzenburg, Ch., 35 Stiimer, M., 171 Teipel, J., 41 Thunun, C., 93 Tiirke, D., 41 Wagner, T., 133 Wartenberg, S., 15 1 Weberpals, J., 13 Weil, W., 65 WeiBmantel, S., 119 Wildmann, D., 185

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Aussteller Stuttgarter Lasertage 2005

DEUTSCHLAND

I 10 ERLAS: COI-EREilT

BERTHOLD LEIBINGER STIPTIJNG

- A N D E S S T I F T U N C 9 N d e n - VJ u r t t e m h e r g

LASER

Photonics BW Kompetenm Optishe TechnalOglan

PRECITEC

II) PRiMES OmbH quality control & diagnosis systems

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Zentrum fur Diagnostik laserbasierter Fertigungs- verfahren in der FGSW Friedrich Dausinger Forschungsgesellschaft f i r Strahlwerkzeuge mbH, Pfaffenwaldring 43, D-70569 Stuttgart

Der globalisierte Wettbewerb erzwingt, bei steigender Produktvielfalt Entwicklungs- zeiten weiter zu verkiirzen und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken. Ein wesentli- cher Beitrag dazu kann durch Vermeidung von Ausschuss erreicht werden, wofiir sichere Ver- fahren und zuverlassige Uberwachungseinrichtungen erforderlich sind. Um dies zu erreichen sind fundierte Kenntnisse uber die Ursache sporadisch auftretender Prozessinstabilitaten er- forderlich, die jedoch selbst bei vielfach industriell eingesetzten Laserverfahren zum Schnei- den, Schweiljen und Bohren nicht vorliegen. Dies liegt daran, dass auf experimentellen Weg nur sehr schwierig Auskunft uber Prozessstorungen erhalten werden kann, welche meist auf extrem kurzen Zeitskalen und raumlichen Dimensionen im Mikrometerbereich meist unter- halb der Werkstiickoberflache ablaufen. Angesichts der Komplexitat und Schwierigkeit der Aufgabe ist eine Kombination unterschiedlicher Analyseverfahren erforderlich, die hochst- mogliche zeitliche und raumliche Auflosung bieten.

In der Forschungsgesellschaft fiir Strahlwerkzeuge mbH (FGSW) wird ein ,,Zentrum fiir Diagnostik laserbasierter Fertigungsverfahren" eingerichtet. Zur Ausstattung des Zent- rums zahlen modernste Diagnose- und Messeinrichtungen, welche die oben genannten Anfor- derungen erfillen und in dieser Zusammenstellung weltweit einmalig sind. Die finanziellen Mittel zur Beschafhng der Gerate wurden im Rahmen der Zukunftsoffensive I11 des Landes Baden-Wiirttemberg bereitgestellt. Die vielseitige Diagnostikausstattung des Zentrums er- moglicht der FGS W Projekte zur Aufklarung qualitatsmindernder Prozessstorungen durchzu- fiihren sowie die Industrie bei der Losung akuter Fertigungsprobleme zu unterstiitzen.

Die Ausstattung des ,,Zentrums fiir Diagnostik laserbasierter Fertigungsverfahren" wird nach vollstandigem Ausbau folgende Gerate und Messeinrichtungen umfassen, auf die nachfolgend naher eingegangen wird. Die Reihenfolge derGerate ergibt sich aus dem Ablauf der Beschaffung, die Ende 2005 abgeschlossen sein soll:

Echtzeit-Bildverarbeitungssystem Strahl-Diagnostik Pikosekundenlaser Topographie-Messsystem Hochgeschwindigkeits-Farbvideo Hochgeschwindigkeits-Infrarotkamera Nanosekundenlaser Kurzzeitdiagnostik mit ICCD-Kamera Hochgeschwindigkeits-handling system Hochgeschwindigkeits- Spektrometer Lichtschnitts y stem Hochgeschwindigkeits-Mikrofokus-Rontgenanlage

2 SLT '05

Echtzeit-Bildverarbeitung

Mit Hilfe des Echtzeit-Bildverarbeitungssystems kann die Echtzeitfahigkeit von Bild- verarbeitungsalgorithmen zur Erfassung der Schmelzbad- und Kapillargeometrie beim Laser- strahlschweil3en untersucht werden. Um eine hinreichende Bildwiederholrate verarbeiten zu konnen ist der Einsatz spezieller Beschleunigerhardware (DSP: Digital Signal Processor) in Verbindung rnit schnellen Berechnungsroutinen notig. Das System stellt eine selbststbdige, echtzeitfahige, sehr schnelle Bildverarbeitungseinheit mit kompletter Prozessperipherie dar. Es lasst den flexiblen Einsatz von Bildverarbeitungsalgorithmen zu und bietet zudem die Moglichkeit, die Daten von Einzeldetektorsignalen und Bilddaten synchron zu erfassen und korreliert auszuwerten. In Verbindung mit einer oder mehreren Hochgeschwindigkeitsdetek- toren konnen somit Prozessaufhahmen erfasst, ausgewertet und die Ergebnisse zur Kontrolle ausgegeben werden.

Strahl-Diagnostik

Der Einsatz von Laserstrahlung als Werkzeug erfordert die genaue Kenntnis der Ei- genschaften des eingesetzten Laserstrahls. Die Sicherstellung einer hohen Bearbeitungsquali- tat hangt bei allen Bearbeitungsprozessen mal3geblich von der Qualitat des Laserstrahls ab. Ein kamerabasiertes Strahldiagnostiksystem mit hoher Dynamik ermoglicht eine prazise Mes- sung der Ausbreitungseigenschaften des Strahls wie zum Beispiel Taillenlage, Taillendurch- messer, Divergenzwinkel und Fokussierbarkeit. Mit Hilfe eines solchen Systems konnen Ver- anderungen des Lasers wie auch des optischen Systems, die zum Beispiel durch thermische Effekte oder Zerstorung von Komponenten entstehen, detektiert werden. Das Strahldiagnos- tiksystem ist im Wellenlbgenbereich 190 nm bis 1100 nm fiir Puls- und Dauerstrichlaser einsetzbar. Die Vermessung des Laserstrahls erfolgt nach DIN IS0 11 146.

Pikosekundenlaser

Auf dem Gebiet des Mikrostrukturierens und -bohrens lasst sich rnit Pikosekundenla- sern eine bislang unerreichbare Prazision erzielen. Allerdings kann die erforderliche Wirt- schaftlichkeit erst durch neuartige Lasersysteme mit hohen Pulswiederholraten realisiert wer- den. Die hierbei auftretenden Wechselwirkungen zwischen dem Laserstrahl und dem abstro- menden Materialdampf bzw . dem Plasma und die daraus resultierenden Konsequenzen fir das Bearbeitungsergebnis sind bislang jedoch noch weitgehend unverstanden. Mit Hilfe des hoch- repetierenden Pikosekundenlasers ist es moglich, in diesem Bereich Untersuchungen zurn Verdampfungsprozess und zur Plasmadynamik bei verschiedenen Wellenlangen und Repetiti- onsraten durchzufiihren und so zur Einfiihrung und Absicherung industrieller Prozesse beizu- tragen.

Topograp hie-Messsystem

Die quantitative und visuelle Erfassung mikro- und nanoskopischer Strukturen die rnit Laserpulsen zurn Beispiel f ir tribologische Anwendungen hergestellt werden, kann rnit her- kommlichen Messmethoden (Auflichtmikroskopie, Rauheitsmessgerat / Tastschnittmessgerat) nicht zuverlassig erfolgen. Besonders die Tiefenmessung, sowie die daraus erfolgende Volu- menbestimmung sind bei zerklufteten Geometrien unter 50 pm nicht mehr aussagekraftig. Die konfokale Mikroskopie ermoglicht eine schnelle, beriihrungslose Vermessung und Visualisie- rung von Strukturen im Bereich einiger Millimeter bis hin zu wenigen Mikrometern. Das

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Abb.1: Beispiel f i r mit konfokaler Mikroskopie vermessener 3D-Struktur.

Gerat zeichnet sich durch seinen gro- fie, Messbereich, sowie eine grolje Material- und Oberflachenvariabilitat, speziell fiir technische Oberflachen, aus. Seine besondere konfokale An- ordnung ermoglicht eine axiale Auflo- sung von weniger als 5 nm. Gleichzei- tig wird die hochste laterale Auflo- sung, die mit optischen Profilometern erreichbar ist, erzielt. Damit ist es moglich Oberflachentopographien von kleinsten Nuten und Bohrungen bis hin zu Schweiljnahtoberraupen zu analy- sieren. Zur Vermessung wird die Probe auf dem Messtisch positioniert und die Konfokaleinheit in z-Richtung vollau- tomatisch bewegt. Aus den konfokalen

Einzelbildern setzt der Computer hochaufgeloste 3D-Topographien zusammen. Oberflachen- strukturen konnen so direkt flachenhaft und beriihrungsfiei aufgenommen werden. Daraus lassen sich des Weiteren Rauheitswerte und Volumen bestimmen.

Hochgeschwindigkeits-Video

Abb.2: Schmelzbadaufnahmen im Falschfarben- modus beim LaserstrahlschweiJen. Die Kapillar- region (gelb), das Schmelzbad (blau) und die Schmelzfront (rot) sind deutlich erkennbar.

Fiir das Prozessverstandnis hochdynamischer Vorgange ist eine digitale Hochgeschwindigkeits-Video- kamera unerlasslich. Zum Beispiel treten beim Laserstrahlschweifien Stro- mungsgeschwindigkeiten im Schmelz- bad auf, die um Grofienordnungen grofier als die Vorschubsgeschwindig- keit des Lasers sind und die zu Prozess- instabilitat fiihren konnen. Die Visuali- sierung der Schmelzbaddynamik hilft die Nahtqualitat mindernde Vorgange wie Schmelzauswurf und Spritzer- bildung zu erfassen. Mit Kameraver- schlusszeiten im Mikrosekundenbe-

reich sowie Aufzeichnungsgeschwindigkeiten im kHz-Regime in Vollauflosung und uber 100 kHz bei reduzierter Auflosung werden detaillierte Aufzeichnungen des Bearbeitungspro- zesses ermoglicht. Weiterhin kann das Vordringen des Bohrlochs beim Laserstrahlbohren keramischer Werkstoffe in Kombination mit gepulstem Beleuchtungslaser detailliert verfolgt werden. Dadurch konnen weitere Erkenntnisse uber den Ablauf des Bohrprozesses erzielt werden.