Steigerung der Prozesswiederholbarkeit mittels Analyse akustischer Emissionen bei der Mikrolaserablation mit UV-Pikosekundenlasern

Auf Grund seiner flexiblen Einsatzmöglichkeiten findet der Laser als Werkzeug stetigen Einzug in viele innovative Bereiche der industriellen Produktion, wie der Elektronikbranche, der Automobilbranche, dem Solarsektor und der Medizintechnik. Der berührungslose und damit kraftfreie Abtrag mittels Laser erlaubt mittels Sublimation die schädigungsarme Strukturierung sehr harter Materialien, wie Stähle, Hartmetalle und Keramiken, aber auch sensibler Werkstoffe wie Glas und Silizium. Gerade in der Mikrofertigung sind die einzuhaltenden Toleranzen sehr gering und machen einen automatisierten, kontrollierten und geregelten Prozess unabdingbar. Die Integration von Sensoren und die Entwicklung von Kontroll- und Regelungseinheiten im Prozess sind ein wichtiger Bestandteil aktueller Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Beitrag zur Steigerung der Prozesswiederholbarkeit mittels Analyse akustischer Emissionen bei der Mikrolaserablation mit UV-Pikosekundenlasern zu leisten. Dafür wird das Prozessverständnis für das Verhalten der Laserablation bei variierenden Parametereinstellungen erarbeitet, indem der Einzelpuls-, Bahn-, Flächen- und 2½D-Abtrag untersucht wird. Zudem werden Entstehungsmechanismen von Löchern im Grund der Kavitäten untersucht und Abhilfemaßnahmen abgeleitet. Darauf aufbauend wird mit neuen Ansätzen zur Nutzung optischer und akustischer Prozessemissionen zur Fokuslagenpositionierung und -regelung die Wiederholbarkeit der Bearbeitungsqualität erhöht. Um eine objektive Bewertung der Fokuslage zur Werkstückoberfläche zu erzielen, werden prozessrelevante einheitliche Kriterien im Verhalten der akustischen Emission identifiziert. Dafür wird ein eigens entwickeltes LabVIEW-Programm implementiert, welches selbständig mit der Maschinensteuerung kommuniziert und den Fokus automatisch auf der Werkstückoberfläche positioniert. Mit der Analyse der akustischen Signale lässt sich automatisiert und reproduzierbar die Fokuslage und die Laserleistung einstellen.