Die OCT ist ein berührungsloses Messverfahren, das hochauflösende zwei- und dreidimensionale Aufnahmen semitransparenter Materialien liefern kann und ursprünglich für die Augenheilkunde entwickelt wurde. Mit seiner hohen Messfrequenz von mehreren Kilohertz ermöglicht es die OCT aber auch, Oberflächenabstände undurchsichtiger technischer Bauteile äußerst präzise zu vermessen. Damit lässt sich die Beschaffenheit von Werkstückoberflächen während eines laufenden Fertigungsprozesses überprüfen.
Gerade für die Laserbearbeitung ist dies besonders vorteilhaft, denn so kann in Echtzeit auf Veränderungen im Prozess reagiert werden. Das OCT-System wird koaxial, in einen gemeinsamen Strahlengang mit dem Laser, in das Bearbeitungsmodul integriert. Der Laser und das OCT-System nutzen eine gemeinsame Optik, jedoch bei unterschiedlichen Wellenlängen. Dadurch können Platz und der Installationsaufwand weiterer teurer Optiken gespart werden und Messungen direkt im Prozess durchgeführt werden.
Mit der OCT zum adaptiven Laserprozess
Das Fraunhofer IPT hat im Projekt „ESSIAL – Electrical Steel Structuring, Insulating and Assembling by means of the Laser Technologies“ ein OCT-System modular in ein bestehendes Laserbearbeitungssystem integriert. Da die Optik nicht die Anforderungen beider Systeme gleichermaßen erfüllen kann, wurde sie auf den Laserprozess ausgelegt.
Um zu vermeiden, dass das OCT-System während des Bearbeitungsprozesses durch das reflektierte Licht des Lasers Schaden nimmt, integrierten die Aachener Forschenden einen Strahlteiler in das Gesamtsystem. Dieser lenkt das Licht des Lasers ab und schützt so das OCT-Modul. Bei einer Messung trifft der Lichtstrahl des OCT-Systems durch die Optik leicht versetzt zum Bearbeitungslaser auf das Werkstück.
Um den Versatz zu korrigieren und den Messprozess des OCT-Systems unabhängig vom Laserprozess zu steuern, integrierten die Forscher zwei Scanner in das Gesamtsystem: Während der erste Scanner genutzt wird, um den Laserprozess zu steuern, lenkt der zweite den Lichtstrahl des OCT-Systems so, dass der Strahlversatz korrigiert wird. Zur Kompensation des Strahlversatzes haben die Fraunhofer-Forschenden ein Korrekturverfahren entwickelt, das seine Korrekturwerte auf Basis der eingesetzten Optiken bestimmt.
Auf diese Weise kann die Messung des OCT-Systems unabhängig vom Laserprozess erfolgen. Der Laserbearbeitungsprozess wird durch die Messung nicht beeinflusst und es können beliebig viele Messmuster festgelegt werden.
„Die Weiterentwicklung der maschinenintegrierten OCT ermöglicht es Anwendern und Herstellern von Laseranlagen und Sondermaschinen, vorher nicht verfügbare Prozessdaten zu gewinnen und diese für die Prozessüberwachung, zur Maschinenkalibrierung oder als Datengrundlage für neue Anwendungen mit künstlicher Intelligenz zu nutzen“, erläutert Fabian Zechel, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IPT.
Messeauftritte
Einen ersten funktionsfähigen Prototypen des OCT-unterstützen Laserbearbeitungssystems zeigt das Fraunhofer IPT vom 26. bis 29. April auf der Messe „LASER World of Photonics“ in München am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft in Halle A6, Stand 441.
Außerdem ist das hochauflösende OCT-System vom 3. bis 6. Mai 2022 auf der Control in Stuttgart am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft in Halle 6, Stand 6301 zu sehen.
