Aus der EP 1020934A2 ist ein Laserbearbeitungsverfahren be- kannt, bei dem Laserstrahlen von mehreren Laserque. llen über eine Sammeloptik, beispielsweise über teildurchlässige Spie- gel oder einen rotierenden Ablenkspiegel, zu einem kombinier- ten Strahl zusammengeführt und dann auf einen gemeinsamen Zielpunkt gelenkt werden. Auf diese Weise kann der Zielpunkt mit Laserstrahlen unterschiedlicher Eigenschaften gleichzei- tig bearbeitet werden. Eine Fokussierung auf jeweils einen neuen Zielpunkt kann immer nur über die Ausgangsoptik für den gemeinsamen Strahl vorgenommen werden.

Aus der DE 4 009 859 sind ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung hoher Leistung bekannt, wobei die Einzelstrahlen von mehreren Lasern in ei- ner Sammeleinrichtung zu einem einzigen Ausgangsstrahl zusam- mengefaßt werden. Als Sammeleinrichtung können beispielsweise drehangetriebene Spiegel verwendet werden, die jeweils einen für einen Einzelstrahl bestimmten Reflexionsbereich besitzen, der sich immer nur über einen Teil des Rotationsbereiches er- streckt. Auch bei diesem Verfahren geht es darum, durch die Zusammenfassung der Einzelstrahlen einen kombinierten Strahl höherer Leistung zu erzeugen. Eine unabhängige Positionierung der Einzelstrahlen ist dabei nicht möglich.

Aus Patent Abstracts of Japan, Nr. 2000-190087 ist schließ- lich eine Laserbearbeitungsmaschine bekannt, bei der der Strahl eines Lasers über einen Polarisationsspiegel in zwei Strahlen aufgeteilt wird, welche dann über getrennte Ablenk- einheiten und über einen weiteren Polarisationsspiegel wieder zusammengeführt und über eine gemeinsame Linse auf das Werk- stück gelenkt werden. Die dort verwendeten Polarisationsspie- gel bedingen jedoch erhebliche Verluste der Laserstrahlen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ei- ne Vorrichtung zur punktuellen Bearbeitung eines Werkstücks mit Laserstrahlung anzugeben, wobei zwei oder mehr Laser- strahlen über eine möglichst einfache und raumsparende Optik auf ein gemeinsames Bearbeitungsfeld gelenkt werden können, um dort voneinander unabhängige Zielpunkte in möglichst schneller Abfolge zu bearbeiten.

Erfindungsgemäß wird dieses Ziel erreicht mit einem Verfah- ren, das folgende Schritte aufweist : - ein erster und mindestens ein zweiter Laserstrahl liefern zeitlich versetzte Pulssequenzen ; - jeder Laserstrahl wird über eine eigene Ablenkeinheit zweidimensional auf einen jeweiligen Zielpunkt positio- niert ; - die Laserstrahlen werden über mindestens eine rotierende Zerhackerscheibe mit lichtdurchlässigen und reflektieren- den Segmenten zeitlich versetzt auf eine gemeinsame Abbil- dungseinheit und über diese auf ihre jeweiligen unter- schiedlichen Zielpunkte gelenkt ; - die mindestens eine Zerhackerscheibe ist mit den Ablenk- einheiten derart synchronisiert, daß der erste Laserstrahl durch jeweils einen lichtdurchlässigen Bereich der mindes- tens einen Zerhackerscheibe auf die Abbildungseinheit fällt, während der zweite und gegebenenfalls jeder weitere Laserstrahl jeweils über ein reflektierendes Segment einer jeweiligen Zerhackerscheibe auf die Abbildungseinheit ge- lenkt wird, und

- wobei jeder Laserstrahl über seine zugehörige Ablenken- heit jeweils dann auf einen neuen Zielpunkt positioniert wird, während ein anderer Laserstrahl seinen Zielpunkt be- arbeitet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei oder mehr La- serstrahlen über unabhängige Ablenkeinheiten, vorzugsweise Galvo-Spiegeleinheiten, auf ein gemeinsames Bearbeitungsfeld zusammengeführt, ohne daß die Ablenkeinheiten sich gegensei- tig behindern. Die Zusammenführung erfolgt über drehbare Zerhackerspiegel verlustfrei auf ein gemeinsames Objektiv, vorzugsweise eine F-Theta-Linse, so daß die Strahlen jeweils senkrecht auf das Werkstück treffen. Durch die zeitlich ver- setzte Zusammenführung der einzelnen Laserstrahlen kann je- weils der eine Strahl über seine unabhängige Ablenkeinheit auf das neue Ziel positioniert werden, während ein anderer Strahl gerade seinen Zielpunkt bearbeitet. Dadurch läßt sich eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, insbesondere beim Boh- ren von Löchern in Leiterplatten, erzielen.

Je nach Art der verwendeten Laser und der erforderlichen E- nergie können die zusammengeführten Laserstrahlen von ver- schiedenen Lasern stammen. Es ist aber auch durchaus vorteil- haft, zunächst den Strahl eines einzigen Lasers mittels einer oder mehrerer Zerhackerscheiben in Einzelstrahlen aufzutei- len, diese über jeweils eigene Ablenkeinheiten zu führen und sie dann mit entsprechenden Zerhackerscheiben auf die gemein- same Abbildungseinheit zusammenzuführen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur punktuellen Bearbeitung eines Werkstückes weist folgende Merkmale auf : - mindestens eine Laserquelle zur Erzeugung eines ersten und mindestens eines zweiten Laserstrahls mit jeweils zeitlich gegeneinander versetzten Impulsfolgen, - eine erste Ablenkeinheit für den ersten Laserstrahl und eine zweite Ablenkeinheit für den zweiten Laserstrahl, wo-

bei die beiden Laserstrahlen nach Durchlaufen der Ablenk- einheiten einen Winkel zueinander bilden, - eine gemeinsame, den Ablenkeinheiten nachgeschaltete Ab- bildungseinheit, - einen relativ zu der Abbildungseinheit positionierbaren Werkstückträger, - eine erste drehbare Zerhackerscheibe mit lichtdurchlässi- gen und reflektierenden Segmenten, welche mit ihrer Refle- xionsebene in der Winkelhalbierenden zwischen dem ersten und dem zweiten Laserstrahl derart angeordnet ist und mit der Steuerung der Laserquellen derart synchronisiert ist, daß der erste Laserstrahl jeweils durch ein lichtdurchläs- siges Segment der Zerhackerscheibe direkt auf die Abbil- dungseinheit fällt und der zweite Laserstrahl durch ein reflektierendes Segment der Zerhackerscheibe auf die Ab- bildungseinheit gelenkt wird und - wobei die Ablenkeinheiten derart mit der Zerhackerscheibe synchronisiert sind, daß jeweils ein Laserstrahl auf einen neuen Zielpunkt positioniert wird, während der andere La- serstrahl einen Zielpunkt bearbeitet.

Die Vorrichtung kann durch Einsatz zusätzlicher Ablenkeinhei- ten und Zerhackerscheiben auf die Zusammenführung von mehr als zwei Laserstrahlen erweitert werden, wobei diese Laser- strahlen jeweils von verschiedenen Laserquellen oder durch entsprechende Zerhackerscheiben aus einer einzigen Laserquel- le gewonnen werden können.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die lichtdurch- lässigen und reflektierenden Segmente der Zerhackerscheibe bzw. Zerhackerscheiben jeweils in Abstimmung mit der Rotati- onsgeschwindigkeit der Zerhackerscheiben und mit der Wieder- holfrequenz der jeweiligen Laserquelle so bemessen, daß alle für die Bearbeitung eines Zielpunktes (zum Beispiel Bohren eines Loches) erforderlichen Pulse über ein einziges Segment einer Zerhackerscheibe auf den Zielpunkt gelenkt werden. So-

mit kann mit jedem neuen Segment auch ein neuer Zielpunkt an- gesteuert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an- hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung, Figur 2 eine Draufsicht auf eine in der Vorrichtung von Figur 1 verwendete Zerhackerscheibe, Figur 3 eine abgewandelte Vorrichtung zur Laserbearbeitung mit drei aus einer einzigen Laserquelle gewonnenen Laser- strahlen und Figur 4 eine Draufsicht auf zwei in Figur 3 verwendete Zerha- ckerscheiben.

Die in Figur 1 gezeigte Laserbearbeitungsvorrichtung besitzt einen Werkstückträger 10, auf welchem ein Werkstück 1 ange- ordnet und fixiert ist. In an sich bekannter Weise kann der Werkstückträger 10 in mindestens zwei Richtungen (X-Richtung und Y-Richtung) verfahren werden, um das Werkstück 1 bzw. je- weils einen bestimmten Arbeitsbereich des Werkstücks in die richtige Bearbeitungsposition gegenüber einer Laserstrahlung zu bringen. Auch eine Relativbewegung in einer dritten Rich- tung (Z-Richtung) ist denkbar, um den Abstand und damit die Fokussierung gegenüber einer Laserstrahloptik zu verändern.

Um auf dem Werkstück 1 vorgegebene Zielpunkte 11 und 12 zu bearbeiten, vorzugsweise um Löcher zu bohren, sind in dem ge- zeigten Beispiel zwei Laserquellen 2 und 3 vorgesehen, deren Laserstrahlen 21 und 31 über eine erfindungsgemäße Optik zu- sammengeführt werden, um auf dem Werkstück die voneinander unabhängigen Zielpunkte 11 und 12 zu bearbeiten. Der Laser- strahl 21 wird über eine Ablenkeinheit 23 mit zwei Galvo- Spiegeln 24 und 25 nach zwei Richtungen abgelenkt, so daß er über eine Abbildungseinheit 14, vorzugsweise eine F-Theta- Linse, auf den vorgegebenen Zielpunkt 11 gelenkt wird.

Von einem zweiten Laser 3 wird ein Laserstrahl 31 über einen Umlenkspiegel 32 auf eine Ablenkeinheit 33 mit zwei Galvo- Spiegeln 34 und 35 und von dort über eine rotierende Zerha- ckerscheibe 4 mit dem Strahl 21 zusammengeführt und über die Abbildungseinheit 14 senkrecht auf den Zielpunkt 12 der Lei- terplatte 1 gelenkt. Da die Ablenkeinheiten 23 und 33 unab- hängig voneinander einstellbar sind, können die beiden Strah- len 21 und 31 auch unabhängig voneinander jeweils senkrecht zur Leiterplattenoberfläche auf ihre unterschiedlichen Ziel- punkte 11 und 12 gerichtet werden.

Zur Zusammenführung der beiden Laserstrahlen 21 und 31 ist in der Winkelhalbierenden an der Stelle des Zusammentreffens beider Strahlen die drehbare Zerhackerscheibe 4 angeordnet ; im Idealfall treffen die beiden Strahlen senkrecht aufeinan- der, so daß die Zerhackerscheibe mit ihrer Ebene unter 45° zu den beiden Strahlen steht.

Die Zerhackerscheibe 4 mit der Drehachse 43 besitzt, wie in Figur 2 gezeigt ist, abwechselnd lichtdurchlässige Segmente 41 und reflektierende Segmente 42. Dabei ist die Umdrehungs- zahl der Zerhackerscheibe 4 mit den Güteschaltern der beiden Laser 2 und 3 so synchronisiert, daß jeweils die Laserstrah- len 21 ungebrochen durch ein lichtdurchlässiges Segment 41 der Zerhackerscheibe 4 unmittelbar zur Linse 14 gelenkt wer- den, während die Laserstrahlen 31 des Lasers 3 jeweils auf ein reflektierendes Segment 42 treffen und von dort in die gleiche Richtung wie die Laserstrahlen 21 auf die Linse 14 gelenkt werden. Die Segmente 41 und 42 der Zerhackerscheibe sind jeweils so bemessen, daß alle Pulse 26 bzw. 36 eines La- serstrahls 21 bzw. 31, die für die Bearbeitung eines Ziel- punktes, also zum Beispiel für das Bohren eines Loches am Zielpunkt 11 bzw. 12, erforderlich sind, durch ein einziges Segment 41 passieren bzw. von einem einzigen Segment 42 abge- lenkt werden, so daß jeweils nach Durchlaufen eines solchen Segmentes das betreffende Ziel voll bearbeitet ist. Wenn bei- spielsweise alle Impulse 26 des Laserstrahls 21, die für das

Bohren eines Loches am Zielpunkt 11 erforderlich sind, durch das betreffende Segment 41 gegangen sind, ist an dem Ziel- punkt 11 ein Loch fertiggebohrt. Während dann beim Weiterdre- hen der Zerhackerscheibe 4 der Laserstrahl 31 auf ein Segment 42 trifft und alle Pulse 36 einer Sequenz des Laserstrahls 32 über das Segment 42 auf den Zielpunkt 12 gelenkt werden, um dort das nächste Loch zu bohren, kann der Strahlengang des Laserstrahls 21 über die Ablenkeinheit 23 bereits auf ein weiteres Ziel positioniert werden, so daß für das Positionie- ren der jeweiligen Laserstrahlen auf ein neues Ziel keine Zeit verloren geht.

In Figur 3 ist eine etwas abgewandelte Ausführungsform der Anordnung von Figur 1 gezeigt. In diesem Fall ist lediglich beispielshalber ein einziger Laser 5 vorgesehen, dessen Strahl über Zerhackerscheiben 6 und 7 aufgeteilt wird. Diese Zerhackerscheiben 6 und 7 sind mit lichtdurchlässigen und re- flektierenden Segmenten versehen, so daß je nach Winkelstel- lung der beiden Zerhackerscheiben ein erster Laserstrahl 51, ein zweiter Laserstrahl 61 und ein dritter Laserstrahl 71 er- zeugt werden. Die Verteilung der lichtdurchlässigen Segmente 66 bzw. 76 und der reflektierenden Segmente 67 und 77 ist ähnlich wie bei den später noch beschriebenen Zerhackerschei- ben 8 und 9 mit ihren lichtdurchlässigen Segmenten 81 und 91 sowie den reflektierenden Segmenten 82 und 92, wie sie in Fi- gur 4 dargestellt sind.

Der durch lichtdurchlässige Segmente 66 und 76 der beiden Zerhackerscheiben 6 und 7 gehende erste Laserstrahl 51 wird über einen Umlenkspiegel 52 auf eine Ablenkeinheit 53 mit Galvo-Spiegeln 54 und 55 gelenkt, mit denen er auf einen vor- gegebenen Zielpunkt 11 positioniert werden kann. Im optischen Pfad zwischen der Ablenkeinheit 53 und der Linse 14 sind zwei drehbare Zerhackerscheiben jeweils unter einem Winkel von 45° angeordnet, die wie die Zerhackerscheibe 4 lichtdurchlässige und reflektierende Segmente 81 und 82 bzw. 91 und 92 aufwei- sen. Wenn beide Zerhackerscheiben 8 und 9 jeweils ein licht-

durchlässiges Segment 81 bzw. 91 im Strahlengang des Laser- strahls 51 aufweisen, kann also dieser Laserstrahl 51 über die Linse 14 auf den Zielpunkt 11 gelangen.

Trifft der Ausgangsstrahl des Lasers 5 in der Zerhackerschei- be 7 auf ein lichtdurchlässiges Segment 76 und an der Zerha- ckerscheibe 6 auf ein reflektierendes Segment 67, so wird ein Laserstrahl 61 erzeugt, der über einen Umlenkspiegel 62 einer Ablenkeinheit 63 mit zwei Galvo-Spiegeln 64 und 65 zugeführt wird. Dort wird er auf die Position eines zweiten Zielpunktes 12 eingestellt. Die Zerhackerscheiben 8 und 9 sind wie die Zerhackerscheiben 6 und 7 so synchronisiert, daß der Laser- strahl 61 an der Zerhackerscheibe 8 auf ein reflektierendes Segment 82 und dann an der Zerhackerscheibe 9 auf ein licht- durchlässiges Segment 91 trifft, so daß er über die Linse 14 dem Zielpunkt 12 zugeführt werden kann.

In vergleichbarer Weise wird dann, wenn die Zerhackerscheibe 7 dem Ausgangsstrahl des Lasers 5 ein reflektierendes Segment 77 zuwendet, ein Laserstrahl 71 gebildet und über den Umlenk- spiegel 72 einer Ablenkeinheit 73 mit den Galvo-Spiegeln 74 und 75 zugeführt. Über diese Ablenkeinheit 73 kann der Laser- strahl 71 bereits zu der Zeit, wenn der Laserstrahl 51 oder der Strahl 61 auf ihren zugehörigen Zielpunkt 11 oder 12 treffen, auf einen neuen Zielpunkt 13 voreingestellt werden.

Wenn dann die Zerhackerscheiben 6,7, 8 und 9 eine Winkel- stellung einnehmen, bei der der Laserstrahl 71 gebildet wird und über die Ablenkeinheit 73 auf ein reflektierendes Segment 92 der Zerhackerscheibe 9 trifft, wird er auf die voreinge- stellte Position zum Zielpunkt 13 auf der Leiterplatte 1 ge- lenkt.

Der Aufbau der Zerhackerscheiben 8 und 9, der auch dem der Zerhackerscheiben 6 und 7 entspricht, ist in Figur 4 skiz- ziert. Entsprechend den vorgesehenen drei Laserstrahlen, die zusammengeführt werden sollen, weisen die Zerhackerscheiben jeweils drei Segmente auf, und zwar jeweils zwei lichtdurch-

lässige Segmente 81 bzw. 91 und ein reflektierendes Segment 82 bzw. 92. Die reflektierenden Segmente sind gegeneinander so versetzt, daß nacheinander die Laserstrahlen 51,61 und 71 zur Linse 14 und zu den Zielpunkten 11,12 und 13 gelenkt werden. In Figur 4 sind die beiden Zerhackerscheiben 8 und 9 übereinander in gleicher Phase dargestellt. Wenn also die beiden in der Figur jeweils oben liegenden lichtdurchlässigen Segmente 81 und 91 im Strahlengang des Laserstrahls 51 über- einander liegen, wird dieser Strahl 51 bis zur Linse 14 durchgelassen. Wenn in der Zerhackerscheibe 8 ein reflektie- rendes Segment 82 im Strahlengang liegt und darunter die Zerhackerscheibe 9 ein lichtdurchlässiges Segment 91 im Strahlengang aufweist, wird der Strahl 61 durchgelassen, und wenn die Zerhackerscheibe 8 ein lichtdurchlässiges Segment 81 über einem reflektierenden Segment 92 der Zerhackerscheibe 9 aufweist, wird lediglich der Laserstrahl 71 zur Linse 14 und zum Werkstück durchgeleitet. Wie bereits erwähnt, sind die Zerhackerscheiben 8 und 9 mit den Zerhackerscheiben 6 und 7 synchronisiert, so daß jeweils der gleiche Laserstrahl 51,61 oder 71 zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer bestimmten Zahl von Pulsen vom Laser 5 zu der betreffenden Ablenkeinheit und von der betreffenden Ablenkeinheit zum Werkstück durchge- lassen wird.

Natürlich ist die Zahl der auf diese Weise zusammenführbaren Laserstrahlen nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Auch können die Segmente in den Ablenkscheiben jeweils ein Vielfaches der Zahl der verwendeten Laserstrahlen betragen.