DE4213106A1

DE4213106A1 - Three=dimensional structuring of workpiece surface using UV laser beam - with flexible pattern prodn. device made of movable reflector rods or discs with openings cut into their circumferences

Info

Publication number: DE4213106A1
Application number: DE19924213106
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hinrichs; Joachim Dr Ing Balbach; Markus Dipl Phys Obert; Heilo Knies
Original assignee: LASERPRODUKT GmbH
Current assignee: LASERPRODUKT GmbH
Priority date: 1991-04-18
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1992-11-05

Abstract

Structuring the surface of workpieces using an UV laser beam source and a beam forming device in which the latter is a variable pattern shaping device which can be altered from one layer to another to selectively reflect part of the beam whilst allowing another part to be transmitted towards the workpiece. The depth of each layer produced on the workpiece is controlled by the pulsing or other parameter of the laser beam. ADVANTAGE - A reliable method of structuring a surface with complex geometrical shapes.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung bezieht sich ferner auf Strahlformungseinrichtungen entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 8 und 15.The invention relates to a method accordingly the preamble of claim 1. The invention relates accordingly also on beam shaping devices the preambles of claims 8 and 15.

Es sind zahlreiche Arbeitsverfahren zur dreidimensiona len Oberflächenstrukturierung von Werkstücken bekannt, genannt seien beispielsweise elektrochemische Abtragsver fahren, zerspanend wirkende Verfahren sowie spanlose Formgebungsverfahren wie z. B. Gießen, Walzen, Schmieden, Prägen und dergleichen. Entsprechend der geometrischen Komplexität der herzustellenden Oberfläche sind die meisten dieser bekannten Verfahren doch mit Unzulänglich keiten behaftet, die zum einen das Auflösungsvermögen, nämlich die kleinstmögliche herstellbare Struktur und zum anderen die Wirtschaftlichkeit betreffen. So bereitet beispielsweise die Erstellung natürlicher Oberflächen, deren geometrische Formen lediglich statistisch beschreib bar sind, mit Hinblick auf das erzielbare Auflösungsver mögen häufig Schwierigkeiten - darüber hinaus ist die Herstellung mit Mitteln der Gießtechnik stets mit Stoß kanten behaftet, so daß häufig eine arbeits- und lohn kostenintensive Nachbearbeitung unerläßlich ist. Als Beispiel sei in diesem Zusammenhang die Herstellung von Mutterwalzen für Prägevorgänge genannt, deren Endlosstruk tur nahtlos sein muß.There are numerous three-dimensional working methods len surface structuring of workpieces known, electrochemical ablation processes may be mentioned driving, machining processes and non-cutting Shaping processes such as B. casting, rolling, forging, Embossing and the like. According to the geometric The complexity of the surface to be produced are most of these known methods are inadequate that the resolution, namely the smallest possible structure and on the other, concern the economy. So prepare for example the creation of natural surfaces, whose geometric shapes only describe statistically are bar, with regard to the achievable dissolution ver often like difficulties - beyond that is Manufacturing with means of casting technology always with impact edges affected, so that often a labor and wages costly post-processing is essential. As An example in this context is the production of Mother rolls for embossing processes called, the endless structure must be seamless.

Zur Materialabtragung von Werkstückoberflächen sind darüber hinaus Lasersysteme bekannt, deren auf der Wirkung elektromagnetischer Strahlung beruhende Verwend barkeit einerseits von der eingesetzten Wellenlänge, der Betriebsart, z. B. kontinuierliche Strahlung oder gepulste Strahlung und dem zu bearbeitenden Werkstoff abhängt. So ist die Materialabtragung mittels eines bei einer Wellen länge von 10 600 nm kontinuierlich strahlenden CO₂-Lasers stets mit einer starken Temperaturerhöhung des Werkstücks und - in Abhängigkeit vom jeweiligen Werkstoff - mit thermisch bedingten Werkstoffschädigungen, Ablagerungen von verbranntem Material usw. verbunden. Diese, durch Erhitzung ausgelösten Werkstoffschädigungen können erhebliche Ungenauigkeiten bei der Mikrostrukturierung mit sich bringen. Je kurzwelliger andererseits ein Lasersystem ausgelegt ist, um so schwieriger wird die Erzeugung eines kontinuierlichen Strahlungsfeldes, so daß bei einem, bei einer Wellenlänge von 308 nm arbeiten den Excimerlaser praktisch nur ein gepulster Betrieb realisierbar ist. Andererseits ergibt sich aus den für den Excimerlaser typischen Pulslängen von 10 bis 50 ns und aufgrund der sehr kurzwelligen Strahlung der erheb liche Vorteil, daß eine Materialabtragung praktisch ohne wesentliche Wärmeeinwirkung auf den, der bestrahlten Stelle benachbarten Werkstoffbereich abläuft.For the removal of material from workpiece surfaces, laser systems are also known whose use based on the effect of electromagnetic radiation can be used on the one hand by the wavelength used, the operating mode, for. B. depends on continuous radiation or pulsed radiation and the material to be processed. Material removal by means of a CO ₂ laser that continuously radiates at a wavelength of 10 600 nm is always associated with a sharp increase in the temperature of the workpiece and - depending on the respective material - with thermally induced material damage, deposits of burnt material, etc. This material damage caused by heating can cause considerable inaccuracies in the microstructuring. On the other hand, the more short-wave a laser system is designed, the more difficult it is to generate a continuous radiation field, so that when the excimer laser operates at a wavelength of 308 nm, only pulsed operation is practically feasible. On the other hand, the pulse lengths of 10 to 50 ns typical for the excimer laser and the very short-wave radiation give the advantage of material removal that practically no significant heat is applied to the material area adjacent to the irradiated area.

Aus der JP 61-2 62 478 A ist eine Markierungsvorrichtung bekannt, bei welcher der Strahlengang einer Laserstrah lungsquelle - unmittelbar genannt sind ein Nd:YAG-Laser bzw. ein Excimerlaser - über eine Strahlformungseinrich tung auf das zu markierende Objekt gelenkt wird. Die Strahlformungseinrichtung besteht aus einem, aus Bildele menten matrixartig zusammengesetzten Bildfeld, welches der Umlenkung bzw. Reflexion des Strahlengangs in Rich tung auf das zu markierende Objekt dient. Die Reflexion wird bewirkt durch ein matrixartig aus einzelnen Bildele menten zusammengesetztes Bildfeld, wobei die einzelnen Bildelemente jeweils durch Spiegelflächen gebildet werden. Die Spiegelflächen befinden sich an den Enden von Spiegelträgern, die ihrerseits über Stößel mit Antriebselementen in Verbindung stehen und es sind demzufolge die Spiegelflächen zwischen einer aktiven, d. h. reflektierenden Position und einer aktiven bzw. nicht reflektierenden Position geradlinig verschiebbar. Es kann somit ein beliebig vorgebbares Bild durch geziel te Ansteuerung eines entsprechenden Musters an Bildele menten auf das Objekt zwecks Markierung desselben über tragen werden.From JP 61-2 62 478 A is a marking device known in which the beam path of a laser beam source - an Nd: YAG laser is named immediately or an excimer laser - via a beam shaping device is directed to the object to be marked. The Beam shaping device consists of a, from Bildele elements of a matrix-like composition, which the deflection or reflection of the beam path in Rich towards the object to be marked. The reflection is brought about by a matrix of individual images elements composite image field, the individual Image elements each formed by mirror surfaces will. The mirror surfaces are at the ends of mirror carriers, which in turn have plungers Drive elements are connected and there are consequently the mirror surfaces between an active, d. H. reflective position and an active or non-reflecting position can be moved in a straight line. It can thus be used to target an arbitrarily definable image te control of a corresponding pattern on Bildele elements on the object for the purpose of marking it will wear.

Aus Phys. Bl. 44, 1988, Nr. 12, Seiten 441, 442 sind deformierbare Spiegel bekannt, welche in der Astronomie zur Korrektur von Wellenfrontstörungen bei Teleskopen verwendet werden. Diese Spiegel können konstruktiv unter anderem durch segmentierte Spiegel gebildet werden, die einzeln antreibbar sind, und zwar geradlinig verschiebbar und/oder kippbar angebracht sind. Die Steuerung des einzelnen Spiegelelements dient in diesem Zusammenhang der Änderung der optischen Weglänge.From Phys. Bl. 44, 1988, No. 12, pages 441, 442 deformable mirrors known in astronomy for the correction of wavefront interference in telescopes be used. These mirrors can be used constructively other are formed by segmented mirrors that are individually drivable, and can be moved in a straight line and / or are tiltably attached. The control of the single mirror element serves in this context the change in the optical path length.

Schließlich ist aus "Laser- und Optoelektronik" 24 (1)/1992, Seiten 64 bis 67 ein Verfahren zur dreidimen sionalen Mikrostrukturierung mit einem Excimerlaser bekannt. Ausgehend von einem Meßsystem, welches der Erfassung und Speicherung der herzustellenden Mikrostruk tur bzw. der Daten einer Referenzgeometrie dient, erfolgt ein dieser Geometrie entsprechender schichtenweiser Materialabtrag entsprechend einer über die Energiedichte eines Pulses einstellbaren Abtragsrate. Es wird nur eine einzige Maskengeometrie verwendet und das Werkstück wird entsprechend den Daten der Referenzgeometrie rechnerge steuert positioniert. Da hier nur eine einzige Maskengeo metrie verwendet wird, ergibt sich eine demzufolge hohe Anzahl an Einzelabträgen.Finally, "Laser and Optoelectronics" is 24 (1) / 1992, pages 64 to 67 a method for three-dimen sional microstructuring with an excimer laser known. Starting from a measuring system, which the Acquisition and storage of the microstructure to be produced structure or the data of a reference geometry is used a layer-wise corresponding to this geometry Material removal corresponding to one over the energy density of a pulse adjustable ablation rate. It will only be one only mask geometry is used and the workpiece is computed according to the data of the reference geometry controls positioned. Since there is only one mask geo metry is used, there is consequently a high Number of individual orders.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und Einrichtungen der eingangs bezeichneten Art zu entwerfen, welche in einfacher Weise eine Bearbeitung mittels einer elektromagnetischen Strahlungsquelle, gedacht ist an eine UV-Laserstrahlungsquelle - ermöglichen.It is the object of the invention, a method and To design facilities of the type mentioned at the beginning, which is easy to edit using a electromagnetic radiation source, is thought of a UV laser radiation source - enable.

Diese Aufgabe ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst.This task is in a generic method by the features of the characterizing part of the claim 1 solved.

Erfindungsgemäß wird von einem, die zu bearbeitende Werkstückoberfläche nach Maßgabe der Art der Bearbeitung digital beschreibenden Bild ausgegangen, welches auf die Oberfläche des Werkstücks projiziert wird, wobei die, einem jeden der Bildelemente zugeordnete Teilstrahlung mit dem Ziel einer bildelementspezifischen Einwirkung auf den Werkstoff des Werkstücks gesteuert wird. Es wird die in einem jeden Bildelement übertragene Strahlungs leistung der UV-Laserstrahlungsquelle im Sinne der gewünschten Bearbeitung bemessen, wobei von der Gesamt strahlung ausgegangen wird und wobei zur selektiven Unterdrückung der in einzelnen Bildelementen anfallenden Teilstrahlung eine Strahlformungseinrichtung vorgesehen ist. Darüber hinaus, insbesondere in Anpassung an den jeweiligen Werkstoff können Parameter der Strahlung entsprechend angepaßt werden, wie z. B. Pulsenergie, Pulsfolgefrequenz, Pulslänge, Pulszahl, Energiedichte, Divergenz usw. Die Strahlformungseinrichtung wird ent sprechend der Art der Bearbeitung ausgesteuert und ist vorzugsweise numerisch steuerbar ausgebildet. Die Abbil dung des aus Bildelementen zusammengesetzten Bildfeldes kann auf der Werkstückoberfläche unter Zwischenanordnung eines geeigneten optischen Systems vergrößert oder verkleinert erfolgen. Die zu bearbeitende Werkstückober fläche kann eben, jedoch auch beliebigerweise gekrümmt ausgebildet sein. Indem mehrere der genannten Bildfelder auf der Werkstückoberfläche aneinander gesetzt werden, besteht die Möglichkeit einer nahtlosen Bearbeitung der gesamten zu bearbeitenden Werkstückoberfläche. Im Regel fall wird von einem ebenen Bild und demzufolge ebenen Bildelementen ausgegangen - es ist grundsätzlich jedoch auch denkbar, von gekrümmten Bildelementen auszugehen, um insoweit bereits eine zur Vergrößerungs- oder Ver kleinerungszwecken benötigte fokussierende Wirkung bereitzustellen. Man erkennt, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf die Erzeugung einer numerisch variierbaren Maske zielt, die auf die zu bearbeitende Oberfläche projiziert wird, wobei die, sich auf die Art der Bearbei tung beziehende bildelementspezifische Information durch die jeweils generierte Maskenkonfiguration in Verbindung mit der jeweiligen Teilstrahlung gegeben ist. Das Ziel der Bearbeitung ist eine allgemeine Oberflächenstruktu rierung nach Art eines vorgegebenen dreidimensionalen Musters. Erfindungswesentlich ist, daß die im Rahmen eines Bildfeldes zu erstellende räumliche Struktur, welches ein entsprechendes Abtragen von Werkstoff voraus setzt, schichtenweise hergestellt wird. Die räumliche Struktur wird somit in aufeinander folgende Schichten unterteilt, die beispielsweise eine gleiche Dicke haben können und deren Umfangsgeometrie derjenigen der genann ten Struktur am Ort der jeweiligen Schicht entspricht. Jeder Schicht ist ein Muster von Bildelementen des jeweiligen Bildfeldes zugeordnet, welches Muster der Umfangsgeometrie entspricht. Naturgemäß können innerhalb einer solchen, durch eine geschlossene Kurve beschreib baren Umfangsgeometrie auch Bereiche vorhanden sein, in denen kein Werkstoffabtrag erfolgt. Die Tiefe einer Schicht ist beispielsweise über die Anzahl der pro Bildelement aufgebrachten Pulse steuerbar. Das erfin dungsgemäße Verfahren pulsiert somit darauf, daß über eine Strahlformungseinrichtung in flexibler Weise und insbesondere schnell jeweils schichtenspezifische Masken konfigurationen bereit gestellt werden, welche in Verbin dung mit einer UV-Laserstrahlungsquelle einen genau steuerbaren, wiederum schichtenspezifischen Werkstoffab trag ermöglichen. Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß ausgehend von einem digital kodierten Bild des Werkstoffabtrags, nämlich der obengenannten räumlichen Struktur in wirtschaftlicher Weise und - aufgrund der Art der eingesetzten Strahlungsquelle - mit hohem Auflösungsvermögen Mikrostrukturierungen vorgenommen werden können. Anwendung findet dieses Verfahren hauptsächlich bei Werkstücken aus polymeren Werkstoffen. Lediglich als Beispiel sei die Herstellung eines nahtlosen Profils einer Mutterwalze für Prägevor gänge genannt. Die Verwendung einer im UV-Wellenlängen bereich arbeitenden Strahlungsquelle, z. B. eines Excimer lasers ist von besonderem Vorteil aufgrund ihrer kurzen Wellenlänge und der Größenordnung der übertragenen Photonenenergie, welche bei polymeren Werkstoffen in etwa der Dissoziationsenergie entspricht, so daß eine solche Strahlungsquelle insbesondere zu Präzisionsarbei ten geeignet ist, da kleinste Abtragungsraten durch Variation der üblichen Strahlungsparameter möglich sind. Einzelne, aus Bildelementen zusammengesetzte Bildfelder können im Rahmen größerer Flächen praktisch nahtlos aneinandergesetzt werden, so daß auch Nachbearbeitungen zwecks Entfernung von Nahtstellen entfallen.According to the invention, the one to be processed Workpiece surface in accordance with the type of processing digital descriptive image, which is based on the Surface of the workpiece is projected, the partial radiation associated with each of the picture elements with the aim of a pixel-specific impact is controlled on the material of the workpiece. It will the radiation transmitted in each picture element performance of the UV laser radiation source in the sense of desired machining, taking from the total radiation is assumed and being selective Suppression of those occurring in individual picture elements Partial radiation a beam shaping device is provided is. In addition, especially in adaptation to the respective material can have parameters of radiation be adjusted accordingly, such as. B. pulse energy, Pulse repetition frequency, pulse length, pulse number, energy density, Divergence, etc. The beam shaping device is removed controlled according to the type of processing and is preferably designed to be numerically controllable. The fig extension of the image field composed of image elements can on the workpiece surface with intermediate arrangement of a suitable optical system enlarged or made smaller. The workpiece to be machined The surface can be flat, but it can also be curved at will be trained. By using several of the image fields mentioned put together on the workpiece surface, there is the possibility of seamless processing of the entire workpiece surface to be machined. As a rule Fall is from a flat picture and consequently flat Image elements ran out - but it is basically also conceivable to start from curved picture elements, to the extent already a to enlarge or Ver Focusing effect needed for reduction purposes to provide. It can be seen that the invention Procedure for generating a numerically variable Mask that targets the surface to be machined is projected, depending on the type of machining device-related information by the respectively generated mask configuration in connection is given with the respective partial radiation. The goal processing is a general surface structure ration in the manner of a predetermined three-dimensional Pattern. It is essential to the invention that the within spatial structure to be created of an image field, which requires a corresponding removal of material sets, is produced in layers. The spatial Structure is thus in successive layers divided, for example, have the same thickness can and the circumferential geometry of those called corresponds to the structure at the location of the respective layer. Each layer is a pattern of picture elements of the assigned to each image field, which pattern the Corresponds to the circumferential geometry. Naturally, within of such, described by a closed curve circumferential geometry also areas are available in where there is no material removal. The depth of one For example, shift is about the number of per Image element applied pulses controllable. That invented Process according to the invention thus pulsates that over a beam shaping device in a flexible manner and especially quickly each layer-specific masks configurations are provided, which are in Verbin with a UV laser radiation source controllable, again layer-specific material enable support. The particular advantage of this procedure is that starting from a digitally encoded Image of the material removal, namely the above spatial structure in an economical manner and - due to the type of radiation source used - with high resolution microstructuring can be made. This applies Process mainly for workpieces made of polymer Materials. The production is only an example of a seamless profile of a mother roll for embossing called gears. The use of an in UV wavelengths area working radiation source, e.g. B. an excimer lasers is particularly advantageous due to its short Wavelength and the magnitude of the transmitted Photon energy, which in polymeric materials in corresponds approximately to the dissociation energy, so that a such radiation source in particular for precision work is suitable because the lowest removal rates are Variation of the usual radiation parameters are possible. Individual image fields composed of image elements can be practically seamless in the context of larger areas be put together, so that post-processing to remove seams.

Das zu bearbeitende Werkstück wird zweckmäßigerweise während der Bearbeitung entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 relativ zu dem Wirkungsbereich der Strah lungsquelle mittels einer besonderen Positioniereinrich tung positioniert. Letztere ist vorzugsweise digital steuerbar ausgebildet.The workpiece to be machined is expedient during processing according to the characteristics of the Claim 3 relative to the effective range of the beam source using a special positioning device tion positioned. The latter is preferably digital designed to be controllable.

Die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind auf Varianten des Funktionsprinzips der Strahlformungseinrichtung gerichtet, wobei erfindungsgemäß sowohl Strahlformungs einrichtungen mit reflektierend wirkenden optischen Systemen als auch Strahlformungseinrichtungen mit Strah lungsdurchgangssystemen Verwendung finden können.The features of claims 4 and 5 are on variants the principle of operation of the beam shaping device directed, according to the invention both beam shaping facilities with reflective optical Systems as well as beam shaping devices with beam passage systems can be used.

Die Merkmale der Ansprüche 6 und 7 sind auf Varianten der Steuerung des Abtragsvorgangs gerichtet. Es ist grundsätzlich möglich, über eine, dem jeweiligen Werk stoff angepaßte Bemessung der Strahlungsparameter die Schichttiefe einer einzelnen Schicht zu bemessen. Dies kann bei gegebener Pulslänge und Pulsenergie beispiels weise über die Pulszahl geschehen. Es ist alternativ jedoch auch möglich, ein Regelungssystem zu installieren, bei welchem der Bearbeitungsfortschritt gemessen und die weitere Bearbeitung, insbesondere die Bemessung der Strahlungsparameter nach Maßgabe des festgestellten Bearbeitungsfortschritts ausgerichtet wird.The features of claims 6 and 7 are on variants directed the control of the removal process. It is basically possible, via one, the respective work Dimensioning of the radiation parameters adapted to the material To measure layer depth of a single layer. This can for example with a given pulse length and pulse energy happen wisely about the pulse number. It is alternative but also possible to install a control system at which the machining progress is measured and the further processing, in particular the dimensioning of the Radiation parameters in accordance with the determined Machining progress is aligned.

Die eingangs bezeichneten Aufgabe ist bei einer ersten gattungsgemäßen Strahlformungseinrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 8 gelöst.The task described at the outset is for a first one Generic beam shaping device by the Features of the characterizing part of claim 8 solved.

Ausgangspunkt ist hiernach ein Bildfeld der Strahlfor mungseinrichtung, welches als Spiegelfläche ausgebildet ist, so daß demzufolge die obengenannten Bildelemente durch Spiegelelemente gebildet werden. Die Spiegelelemente sind individuell zwischen zwei Positionen bewegbar, nämlich einer ersten, in welcher das Spiegelelement die auftreffende Teilstrahlung überträgt und einer zweiten, in der diese Teilstrahlung unterdrückt wird. Zu diesem Zweck befinden sich die Spiegelelemente jeweils an den Enden von Stößeln, denen ein Steuerungssystem zugeordnet ist, welches der definierten Überführung einzelner Stößel zwischen den genannten Positionen dient. Bei dieser Ausführungsform überträgt die Spiegelfläche somit ein Teilstrahlungsmuster entsprechend der Position der einzelnen Stößel in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück. Es kann sich grundsätzlich um ebene Spiegel elemente, jedoch auch gekrümmte Spiegelelemente handeln, die in Verbindung mit einem optischen Übertragungssystem eine vergrößernde oder verkleinernde Abbildung des genannten Musters auf der Werkstückoberfläche bewirken. Erfindungswesentlich ist, daß das Steuerungssystem ein Anriebssystem umfaßt, welches mit Hinblick auf eine schichtenweise Bearbeitung des Werkstücks hin ausgerich tet ist. In Abweichung von einem eingangs dargelegten reinen Markierungssystem, bei welchem die im Rahmen eines Bild- oder Spiegelelements übertragene Teilstrah lung lediglich der Durchführung von Prägevorgängen, somit der Werkstoffabtragung in lediglich einer Schicht dient, ist das erfindungsgemäße Steuerungssystem zur Herstellung beliebiger dreidimensionaler Strukturierun gen eingerichtet, welches bedeutet, daß unterschiedliche, sich beispielsweise in ihrer Umfangsgeometrie unterschei dende Schichten nacheinander abgetragen werden, so daß beliebige Tiefenstrukturierungen vorgenommen werden können. Die aus einzelnen Spiegelelementen zusammenge setzte Spiegelfläche wird somit als ein flexibles Masken system benutzt, über welches in einfacher und insbeson dere schneller Weise unterschiedliche Maskenkonfigura tionen bereitgestellt werden können, um aufeinander folgende schichtenspezifische Bearbeitungen vornehmen zu können.The starting point is an image field of the Strahlfor mungseinrichtung, which is designed as a mirror surface is, so that the above picture elements are formed by mirror elements. The mirror elements can be moved individually between two positions, namely a first, in which the mirror element transmits incident partial radiation and a second, in which this partial radiation is suppressed. To this Purpose are the mirror elements on each Ends of plungers to which a control system is assigned is which of the defined transfers individual Plunger between the above positions. At this embodiment thus transmits the mirror surface a partial radiation pattern corresponding to the position of the individual plunger in the direction of the to be machined Workpiece. Basically, it can be flat mirrors act elements, but also curved mirror elements, which in connection with an optical transmission system an enlarging or reducing picture of the effect mentioned pattern on the workpiece surface. It is essential to the invention that the control system is a Drive system includes, which with regard to a Machining the workpiece in layers is. In deviation from one set out at the beginning pure marking system, in which the in the frame a partial beam transmitted by an image or mirror element only the execution of embossing processes, thus material removal in just one layer serves, the control system according to the invention is for Production of any three-dimensional structuring gene set up, which means that different, differ, for example, in their circumferential geometry Ending layers are removed one after the other, so that any depth structuring can be made can. The put together from individual mirror elements set mirror surface is thus considered a flexible mask system used, about which in simple and in particular different mask configurations ions can be provided to each other make the following shift-specific edits can.

Die Merkmale der Ansprüche 9 und 10 sind auf eine beson ders vorteilhafte Ausgestaltung der Spiegelflächen gerich tet. Diese sind hiernach unmittelbar als Verspiegelungen der Stirnseiten beispielsweise prismatischer Glasstäbe ausgebildet, welch letztere die Stößel bilden. Die aus einer Vielzahl von Spiegelelementen zusammengesetzte Spiegelfläche kann auf diese Weise sehr klein ausgebildet sein, so daß insbesondere in Verbindung mit einem der Strahlungsübertragung dienenden, verkleinert wirkenden optischen System kleinstmögliche Strukturierungen vorge nommen werden können.The features of claims 9 and 10 are special ders advantageous embodiment of the mirror surfaces tet. According to this, these are immediately mirrored the end faces of prismatic glass rods, for example trained, the latter form the plunger. From a large number of mirror elements Mirror surface can be made very small in this way be, so that in particular in connection with one of the Radiation transmission serving, smaller acting optical system the smallest possible structuring can be taken.

Die Merkmale des Anspruchs 12 sind auf eine Variante der Ausbildung der Spiegelelemente sowie der Stößel gerichtet. Die Spiegelelemente werden hiernach durch Verspiegelun gen von Kappen gebildet, die ihrerseits lösbar auf einzelne Stößel aufgesetzt sind. Die Stößel als solche können hiernach als Stahlstäbe oder dergleichen ausgebil det sein, wohingegen die Kappen aus Kupfer, Aluminium, Stahl oder einem Quarzwerkstoff bestehen. Die Spiegel elemente sind vorzugsweise rechteckig, quadratisch, polygonal oder auch kreisförmig ausgebildet. Sie sind im übrigen unter Belassung kleinstmöglicher Spalte unter einander angeordnet.The features of claim 12 are based on a variant of Training of the mirror elements and the plunger directed. The mirror elements are then mirrored gene formed by caps, which in turn releasably individual plungers are attached. The plunger as such can then be trained as steel rods or the like det, whereas the caps made of copper, aluminum, Steel or a quartz material exist. The mirrors elements are preferably rectangular, square, polygonal or circular. You are in remaining under the smallest possible column under arranged one another.

Die Bemessung der Abstände der Positionen der Stößel in Verbindung mit den Seitenlängen der Spiegelelemente entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 13 bewirken bei einer unter einem Winkel von 45° auftreffenden Laser strahlung, daß eine auf ein sich in der zurückgezogenen Stellung befindliches Spiegelelement auftreffende Teil strahlung in sich selbst reflektiert wird.The dimensioning of the distances of the positions of the rams in Connection with the side lengths of the mirror elements according to the features of claim 13 cause a laser striking at an angle of 45 ° radiation that one on one in the retired Position of the mirror element striking the part radiation is reflected in itself.

Die eingangs bezeichnete Aufgabe ist bei einer gattungs gemäßen Strahlformungseinrichtung auch durch die Merkma le des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 15 gelöst. Erfindungswesentlich ist hiernach die Verwendung einer Durchgangsoptik, welche durch Ausnehmungen wenigstens einer in definierter Weise drehbar gelagerten Scheibe gebildet wird, die mit einem Steuerungssystem in Verbin dung steht. Die Ausnehmungen bilden ein Muster entlang beispielsweise eines oder mehrerer Teilkreise der Scheibe, wobei die einzelne Ausnehmung jeweils ein Bildelement eines Bildfeldes bildet, wobei einzelne oder mehrere Ausnehmungen einander benachbart angeordnet sind und unterschiedliche Bildelementmuster bilden. In den Strah lungsbereich der Strahlungsquelle, welche wiederum als UV-Laserstrahlungsquelle ausgestaltet ist, können einzel ne Muster von Bildelementen bzw. Ausnehmungen durch entsprechende Drehung der Scheibe überführt werden, so daß in einer bestimmten Drehwinkelstellung jeweils das, sich im Strahlengang der Strahlungsquelle befindliche Ausnehmungsmuster für eine Übertragung von Strahlung zur Verfügung steht und somit das auf die Werkstückoberfläche projizierte Bildfeld bestimmt. Die genannten Muster von Ausnehmungen bzw. Bildelementen können entlang eines, jedoch auch mehrerer Teilkreise angeordnet sein, wobei ggf. die Scheibe dahingehend zusätzlich bewegbar ist, daß unterschiedliche Teilkreise jeweils in den Strahlen gang der Strahlungsquelle bewegt werden können. Im Ergebnis ist eine solche Strahlformungseinrichtung somit dadurch gekennzeichnet, daß das auf die Werkstückober fläche projizierte Bildelementmuster durch die Stellung der Scheibe gegeben ist. Es können auch mehrere, z. B. zwei Scheiben koaxial drehbar angeordnet sein, so daß das Bildelementmuster durch die Überlagerung zweier Ausnehmungen bzw. Ausnehmungsmuster gebildet wird.The task described at the outset is for a generic according beam shaping device also by the Merkma le of the labeling part of claim 15 solved. The use of a is essential to the invention Through optics, which at least through recesses a disk rotatably mounted in a defined manner is formed, which is linked to a control system manure stands. The recesses form a pattern along for example one or more part circles of the disk, the individual recess being a picture element an image field, with one or more Recesses are arranged adjacent to each other and form different picture element patterns. In the beam tion range of the radiation source, which in turn as UV laser radiation source is configured individually ne pattern of picture elements or recesses appropriate rotation of the disc are transferred, so that in a certain angle of rotation position that located in the beam path of the radiation source Recess pattern for transmission of radiation to Is available and therefore on the workpiece surface projected image field determined. The mentioned patterns from Recesses or picture elements can be along a however, several partial circles can also be arranged, wherein if necessary, the pane is additionally movable in this respect, that different pitch circles each in the rays Gang of the radiation source can be moved. in the The result is such a beam shaping device characterized in that on the workpiece upper area projected picture element patterns by the position the disc is given. Several, e.g. B. two discs can be arranged coaxially rotatable, so that the picture element pattern by superimposing two Recesses or recess pattern is formed.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 16 wird das Bildfeld durch zwei, sich innerhalb des Strahlengangs einer Strahlungsquelle überlappende, im Umfangsbereich entlang wenigstens eines Teilkreises wiederum mit Aus nehmungen versehener Scheiben gebildet. Die Ausnehmungen bilden wiederum jeweils einzelne Bildelemente eines Bildfeldes und das, auf die Oberfläche des Werkstücks projizierte Bildfeld ergibt sich bei dieser Variante aus der Überlagerung der Bildfelder zweier Scheiben. Es bringt dies den Vorteil mit sich, daß eine höhere Abbil dungsgenauigkeit erreicht wird, da aus der Ausnehmungs geometrie resultierende Ungenauigkeiten auf diese Weise ausgeblendet werden können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß aus der Überlagerung in einfacher Weise komplexere Abbildungsmuster hergestellt werden können, und zwar lediglich aus der Kombination einfacher geome trischer Grundformen der Ausnehmungen, beispielsweise in der Form von Rechtecken. Die Ausnehmungen sind auf beiden Scheiben grundsätzlich wiederum entlang eines Teilkreises angeordnet. Sie können jedoch auch entlang mehrerer Teilkreise angeordnet sein, so daß sich in Verbindung mit einer entsprechenden Verschiebbarkeit der Scheiben relativ zum Strahlengang vielfältige Bildele mentmuster - als Ergebnis der Überlagerung einzelner Ausnehmungsmuster der Scheiben bereitstellen lassen. Im Bedarfsfall können auch mehr als zwei Scheiben innerhalb eines Strahlengangs zwecks Bildung eines Bildelementmu sters überlagert werden. According to the features of claim 16 Image field by two, located within the beam path a radiation source overlapping in the peripheral area along at least a partial circle with Off Recipients of discs provided. The recesses each form individual picture elements Image field and that, on the surface of the workpiece projected image field results from this variant the superimposition of the image fields of two panes. It this has the advantage that a higher Abbil accuracy is achieved because of the recess geometry resulting inaccuracies in this way can be hidden. Another advantage lies in that from the overlay in a simple manner more complex imaging patterns can be made and only from the combination of simple geome trical basic shapes of the recesses, for example in the form of rectangles. The recesses are open in principle both disks along one Partial circle arranged. However, you can also go along be arranged several circles so that in Connection with a corresponding displaceability of the Disks various images relative to the beam path ment pattern - as a result of the overlay of individual Have the cutout pattern of the slices available. in the If necessary, you can also have more than two disks within an optical path to form a picture element sters are superimposed.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele einer Strahlformungseinrichtung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is described below with reference to the Exemplary embodiments shown in the drawings a beam shaping device will be explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Verwendung einer ersten Ausführungsform einer Strahlformungseinrichtung; Fig. 1 is a block diagram of the use of a first embodiment of a beam shaping device;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Strahlformungseinrichtung; Fig. 2 is a perspective view of a first embodiment of a beam shaping device;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung der Gesamtheit der zur Strahlformung benutzten Elemente einer Vorrich tung gemäß Fig. 2; Fig. 3 is a perspective view of the entirety of the elements used for beam shaping a device according to Fig. 2;

Fig. 4 eine Darstellung eines einzelnen Elements der Gesamtheit gemäß Fig. 3; FIG. 4 shows a representation of a single element of the entirety according to FIG. 3;

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausführungs form des der Vorrichtung gemäß Fig. 2 zugeordneten Antriebs; Fig. 5 is a schematic representation of a first execution form of the apparatus of Figure 2 associated drive.

Fig. 6 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungs form des in der Vorrichtung gemaß Fig. 2 zugeordneten Antriebs; Fig. 6 is a schematic view of another form of execution ACCORDANCE in the device 2 the associated drive.

Fig. 7 eine Abwandlung einer Einzelheit VII der Fig. 6; Fig. 7 shows a modification of a detail VII of Fig. 6;

Fig. 8 eine Vorderansicht einer anderen Strahlformungs einrichtung; Fig. 8 is a front view of another beam shaping device;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Einrichtung gemäß Pfeil IX der Fig. 8 in teilweise geschnittener Darstellung; Fig. 9 is a side view of the device according to the arrow IX of Figure 8 in a partially sectional view; FIG.

Fig. 10 eine Draufsicht auf die Einrichtung gemäß Pfeil X der Fig. 8; Fig. 10 is a plan view of the device according to arrow X of Fig. 8;

Fig. 11 eine isolierte teilweise geschnittene Darstellung der Ansicht des vorderseitigen Führungsblocks der Ein richtung gemäß Pfeil XI der Fig. 9; Fig. 11 is an isolated partially sectioned view of the front guide block of a direction according to arrow XI of Fig. 9;

Fig. 12 eine isolierte teilweise geschnittene Darstellung des hinteren Führungsblockes in einer Ansicht gemäß Pfeil XII der Fig. 9; FIG. 12 is an isolated partial sectional view of the rear guide block in a view according to arrow XII of Fig. 9;

Fig. 13 eine Darstellung eines Längsschnitts des Endbe reichs eines Stößels mit aufgesetzter Kappe in Schnitt darstellung; Figure 13 is an illustration of a longitudinal section of the Endbe range of a plunger with cap attached in section.

Fig. 14 eine Darstellung eines Querschnitts entsprechend einer Ebene XIV-XIV der Fig. 13; FIG. 14 shows an illustration of a cross section corresponding to a plane XIV-XIV of FIG. 13;

Fig. 15 eine schematische Darstellung des Bewegungsbe reichs der Spiegelkappen; FIG. 15 is a schematic diagram of the realm of Bewegungsbe mirror covers;

Fig. 16 eine Schnittdarstellung entsprechend einer Ebene XVI-XVI der Fig. 9; Fig. 16 is a sectional view corresponding to a plane XVI-XVI of Fig. 9;

Fig. 17 ein Prinzipschaltbild der Verwendung einer anderen Ausführungsform einer Strahlformungseinrichtung; FIG. 17 is a schematic diagram of the use of another embodiment of a beam shaping device;

Fig. 18 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Strahlfor mungseinrichtung gemäß Fig. 17; Fig. 18 shows a first embodiment of a Strahlfor determining unit shown in FIG. 17;

Fig. 19 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Strahlfor mungseinrichtung gemäß Fig. 17; Fig. 19 shows a second embodiment of a Strahlfor determining unit shown in FIG. 17;

Fig. 20, 21 schematische Darstellungen von Ausnehmungs mustern der Strahlformungseinrichtung gemäß Fig. 19; Fig. 20, 21 schematic illustrations of recessing pattern of the beam forming apparatus shown in FIG. 19;

Fig. 22 eine Prinzipdarstellung des Zusammenwirkens der beiden Muster gemäß den Fig. 20, 21; FIG. 22 is a schematic diagram of the interaction of the two patterns shown in Figs 20, 21.;

Fig. 23 eine perspektivische Darstellung des Arbeitser gebnisses unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Strahlformungseinrichtung gemäß Fig. 18. Fig. 23 is a perspective view of the Arbeitser gebnisses using a beam shaping device according to the invention according to Fig. 18.

Mit 1 ist in Fig. 1 eine Strahlungsquelle für Laserstrah lung, hier ein Excimerlaser bezeichnet dessen Strahlengang über eine Reihe von, der Strahlformung dienenden Zwischen elementen zu einem flächenhaften Werkstück 2 führt. Die Zwischenelemente umfassen im wesentlichen einen Spiegel 3, dessen Ebene sich unter einem Winkel von 45° zu den parallel auftreffenden Strahlengang erstreckt und der eine dementsprechende Umlenkung um 90° bewirkt, und zwar in Richtung auf eine erfindungsgemäße Strahlformungsein richtung 4 hin, deren Aufbau im folgenden noch zu erläu tern sein wird. Die Strahlformungseinrichtung ist ihrer seits derart angeordnet, daß die auf sie auftreffende Strahlung wiederum um 90° umgelenkt wird und über ein optisches System 5 auf das Werkstück 2 gelangt. Das optische System dient der Einstellung eines bestimmten Abbildungsmaßstabes und kann beispielsweise aus einer ersten Linse 5′ mit einer Brennweite von 500 mm und einer zweiten Linse 5′′ mit einer Brennweite von 50 mm bestehen. Diese Angaben sind jedoch lediglich beispielhaft zu verstehen.With 1 in Fig. 1 is a radiation source for laser radiation treatment, here an excimer laser denotes the beam path over a number of, the beam shaping intermediate elements leads to a flat workpiece 2 . The intermediate elements essentially comprise a mirror 3 , the plane of which extends at an angle of 45 ° to the beam path incident in parallel and which causes a corresponding deflection by 90 °, in the direction of a beam shaping device 4 according to the invention, the construction of which follows still to be explained. The beam shaping device is arranged in such a way that the radiation impinging on it is in turn deflected by 90 ° and reaches the workpiece 2 via an optical system 5 . The optical system is used to set a certain imaging scale and can for example consist of a first lens 5 'with a focal length of 500 mm and a second lens 5 ''with a focal length of 50 mm. However, this information is only to be understood as an example.

In dem Strahlengang zwischen dem Spiegel 3 und der Strahlungsquelle 1 befinden sich ferner noch ein Strahl abschwächer 6 und Strahlbegrenzer 7, welch letzterer lediglich in der Formatierung des Strahlengangs dient. Wesentlich für dieses in Fig. 1 gezeigte Prinzipschalt bild ist somit eine Strahlformungseinrichtung 4, deren Abbildung auf bestimmten, im folgenden noch zu erläutern den, gezielt steuerbaren Reflexionseigenschaften beruht. In the beam path between the mirror 3 and the radiation source 1 there are also a beam attenuator 6 and beam limiter 7 , the latter only serving to format the beam path. Thus is essential for this image in Fig. 1 shown a schematic circuit beam shaping device 4, the illustration to explain in particular, hereinafter the still based, selectively controllable reflective properties.

Die Wirkung der Strahlformungseinrichtung 4 besteht im wesentlichen darin, daß der Strahlengang der Strahlungs quelle in einzelne Bildelemente zerlegt wird, und zwar derart, daß die in einem jedem Bildelement anfallende Teilstrahlung gezielt unterdrückt oder reflektiert werden kann. Das somit durch die Strahlformungseinrich tung 4 gegebene Bildmuster gelangt auf das Werkstück 2 und es wird dieses entsprechend der den einzelnen Bild elementen zugeordneten Teilstrahlung selektiv dreidimen sional bearbeitet, wobei beliebige dreidimensionale Gestaltungen möglich sind.The effect of the beam shaping device 4 consists essentially in that the beam path of the radiation source is broken down into individual picture elements, in such a way that the partial radiation occurring in each picture element can be specifically suppressed or reflected. The image pattern thus given by the beam shaping device 4 reaches the workpiece 2 and this is selectively processed three-dimensionally in accordance with the partial radiation assigned to the individual image elements, any three-dimensional designs being possible.

Es wird im folgenden zunächst Bezug genommen auf die Fig. 2 bis 4, welche ein erstes Ausführungsbeispiel einer reflektierend wirkenden Strahlformungseinrichtung 4 zeigen.In the following, reference is first made to FIGS. 2 to 4, which show a first exemplary embodiment of a reflective beam shaping device 4 .

Die Strahlformungseinrichtung 4 besteht aus einem Gehäuse 8, innerhalb welchem eine Reihe von untereinander gleich beschaffenen quaderförmigen Stößel 9 in Richtung der Pfeile 10 geradlinig verschiebbar angeordnet sind. Die Stößel 9 liegen unmittelbar aneinander und bilden einen quaderförmigen Block, der innerhalb des Gehäuses 8 über Platten 11, 12, die sich jeweils parallel zu zwei Begren zungsflächen dieses Blockes erstrecken, genau geführt ist. Eine Stirnseite 13 eines jeden, der aus Glas, beispielsweise ein synthetisches Kieselglas bestehenden Stößel ist verspiegelt und es bilden die im Querschnitt quadratischen Stößel - wie Fig. 2 zeigt - mit ihren verspiegelten Stirnseiten 13 ein matrixartiges, zur Reflexion auftreffender Laserstrahlung befähigtes Bild 14. Lediglich beispielhaft sei erwähnt, daß die einzel nen Stößel 9 Querschnitte von ca. 1 mm² aufweisen können sowie Längen von 40 mm. Die reflektierende Stirnfläche sowie die aneinander liegenden Seitenflächen sind poliert und weisen Abweichungen von der Planität von weniger als 200 nm und Rauhheit von weniger als 100 nm auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Bild 14, welches sich demzufolge in einer offenen Stirnseite des Gehäuses 8 befindet aus insgesamt 25 Bildelementen zusammengesetzt.The beam shaping device 4 consists of a housing 8 , within which a number of cuboidal plungers 9 of identical design are arranged such that they can be displaced in a straight line in the direction of the arrows 10 . The plunger 9 lie directly against one another and form a cuboid block, which is precisely guided within the housing 8 via plates 11, 12 , each of which is parallel to two limita- tion surfaces of this block. One end face 13 of each, the group consisting of glass, for example a synthetic silica glass plunger is mirrored and form the square in cross-section plunger - as FIG. 2 shows - with their mirrored end faces 13, a matrix-like, UNTRAINED for reflecting incident laser radiation Figure 14. By way of example only, it should be mentioned that the individual plungers 9 can have cross sections of approximately 1 mm ² and lengths of 40 mm. The reflecting end face and the side faces lying against one another are polished and have deviations from the flatness of less than 200 nm and roughness of less than 100 nm. In the exemplary embodiment shown, the image 14 , which is consequently located in an open end face of the housing 8, is composed of a total of 25 image elements.

Mit 15 ist ein Antrieb bezeichnet, dessen Funktion darin besteht, einen jeden der Stößel 9 individuell in Richtung der Pfeile 10 anzutreiben, und zwar derart, daß die einzelnen verspiegelten Stirnseiten 13 zwischen einer Reflexionsstellung einerseits und einer nicht reflektie renden Stellung andererseits verschiebbar sind, so daß entsprechend der Position der einzelnen Stößel 9 ein bestimmtes Muster von Bildelementen des Bildes 14 vorge geben ist, welches auf das zu strukturierende Werkstück projiziert wird. 15 with a drive is designated, the function of which is to drive each of the plunger 9 individually in the direction of arrows 10 , in such a way that the individual mirrored end faces 13 between a reflection position on the one hand and a non-reflecting position on the other hand are displaceable, so that according to the position of the individual plunger 9, a certain pattern of picture elements of the image 14 is given, which is projected onto the workpiece to be structured.

Mit 16 sind in Fig. 2 schematisch Verbindungselemente angedeutet, welche der Ankopplung der Stößel 9 an den Antrieb 15 dienen. Diese Verbindungselemente sowie der Antrieb werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 erläutert, wobei die hier beschriebe nen Ausführungsformen jedoch lediglich beispielhaft zu werten sind.With 16 in Fig. 2 connecting elements are schematically indicated, which serve to couple the plunger 9 to the drive 15 . These connecting elements and the drive are explained below with reference to FIGS. 5 to 7, the embodiments described here, however, are only to be assessed as examples.

Die Verbindungselemente 16 können als Stahldrähte ausge bildet sein, deren, den Stößeln 9 zugekehrtes Ende mit letzteren verklebt ist. Das den Stößeln abgekehrte Ende der Verbindungselemente 16 wird gemäß Fig. 5 innerhalb des Gehäuses 8 nacheinander über zwei, in Längsrichtung der Verbindungselemente 16 mit Abstand voneinander angeordnete, der Aufspreizung des Bündels aus Verbin dungselementen 16 dienende Gitter 17, 18 geführt und es stehen die Verbindungselemente einzeln über Bowdenzüge 19 mit Antriebselementen 20 in Verbindung, welche zur Erzeugung einer geradlinigen Bewegung in Richtung der Pfeile 21 dienen.The connecting elements 16 can be formed out of steel wires, the end of which facing the plunger 9 is glued to the latter. The the rams facing away from the end of the connecting elements 16 is shown in FIG. 5 arranged within the housing 8 successively over two, in the longitudinal direction of the connecting elements 16 at a distance apart, the spreading of the bundle of Verbin-making elements 16 serving grid 17, 18, and there are the connecting elements individually via Bowden cables 19 in connection with drive elements 20 , which serve to produce a linear movement in the direction of the arrows 21 .

Mit 22, 23 sind jeweils Halterungen für die Bowdenzüge bezeichnet, deren Zugelemente an beiden Enden über Klemm hülsen 24 mit den Verbindungselementen 16 einerseits sowie den Antriebselementen 20 andererseits in Verbindung stehen.With 22 , 23 brackets for the Bowden cables are designated, the tension elements at both ends via clamping sleeves 24 with the connecting elements 16 on the one hand and the drive elements 20 on the other hand.

Dieses Grundkonzept ist in Fig. 6 lediglich dahingehend abgewandelt, daß anstelle individueller Bowdenzüge Stahldrähte 25 benutzt werden, die über Klemmhülsen 24 mit den Verbindungselementen 16 einerseits und Antriebs elementen 20 andererseits in Verbindung stehen.This basic concept is only modified in Fig. 6 in that steel wires 25 are used instead of individual Bowden cables, which are connected via connecting sleeves 24 with the connecting elements 16 on the one hand and drive elements 20 on the other hand.

Mit 26 ist ein Anschlag für die Klemmhülsen 24 bezeichnet. Die Antriebselemente können beispielsweise als Hubmagne te ausgebildet sein, deren ausgangsseitige geradlinige, zwischen zwei Endpunkten verlaufende Hubbewegung 20′ - wie die Fig. 6 und 7 zeigen - auf die Stahldrähte 25 bzw. die Bowdenzüge 19 übertragbar ist. Wesentlich ist, daß jedem Stahldraht 25 bzw. jedem einzelnen Bowdenzug 19 ein individuelles Antriebselement 20 zugeordnet ist.With 26 a stop for the clamping sleeves 24 is designated. The drive elements can be formed, for example, as a lifting magnet, the output-side rectilinear lifting movement 20 'running between two end points - as shown in FIGS. 6 and 7 - can be transferred to the steel wires 25 or the Bowden cables 19 . It is essential that each steel wire 25 or each individual Bowden cable 19 is assigned an individual drive element 20 .

Mit 27 ist in den Fig. 1 und 2 eine weitere, im Rahmen des Prinzipschaltbildes gemäß Fig. 1 einsetzbare erfin dungsgemäße Strahlformungseinrichtung in ihrer Gesamtheit bezeichnet. Diese besteht aus einem global quaderförmigen Grundkörper, der eine Grundplatte 28, eine Deckplatte 29, einen vorderseitigen 30 und einen hinterseitigen Führungsblock 31 umfaßt. Die Führungsblöcke 30, 31 werden zwischen Grund- und Deckplatte über diese Komponenten durchdringende Schrauben in Verbindung mit Paßstiften in ihrer jeweiligen Lage fixiert. Es ist diese Einrichtung in zeichnerisch nicht dargestellter Weise beim prak tischen Betrieb über ihre Grundplatte 28 auf einer Unterlage befestigt, wobei ihre Vorderseite 32 einem zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellten Lasersystem zugekehrt ist. 27 1 usable OF INVENTION dung proper beam shaping device is shown in Figs. 1 and 2, a further, under the principle circuit diagram shown in Fig. Designated in its entirety. This consists of a globally rectangular base body, which comprises a base plate 28 , a cover plate 29 , a front 30 and a rear guide block 31 . The guide blocks 30, 31 are fixed in their respective position between the base plate and the cover plate by means of screws penetrating these components in connection with dowel pins. It is this device attached in a manner not shown in the drawing in practical operation on its base 28 on a base, its front 32 facing a laser system, also not shown in the drawing.

Die Führungsblöcke 30, 31 sind jeweils mit zwölf, sich in Richtung der Pfeile 33 erstreckenden Bohrungen 34 verse hen, welche in der Form zweier, untereinander angeord neter Gruppen vorgesehen sind. Die Anordnungen der Führungsblöcke 30, 31 in Verbindung mit den Bohrungen erfolgt in jedem Fall derart, daß letztere paarweise fluchtend zueinander verlaufen. Jeweils zwei zueinander fluchtende Bohrungen 34 dienen der Aufnahme eines zylin drischen Stößels 35, dessen beide, aus den Führungs blöcken 30, 31 herausragende Enden Kappen 36, 36′ tragen, welche strukturell im wesentlichen gleich ausgebildet sein können. Die Kappen weisen jeweils ebene Stirnseiten auf und es sind die, der Vorderseite 32 zugekehrten Kappen stirnseitig mit einer Verspiegelung 37 versehen, bzw. einem Spiegelelement 37 auf deren/dessen Bedeutung im folgenden noch näher eingegangen werden wird. Die Herstellung oder Ausbildung der Verspiegelung kann grundsätzlich beliebig vorgenommen werden, soweit deren Eignung zur Reflexion der jeweiligen Strahlung gegeben ist.The guide blocks 30 , 31 are each hen with twelve, in the direction of arrows 33 extending holes 34 verses, which are provided in the form of two groups arranged one below the other. The arrangement of the guide blocks 30 , 31 in connection with the bores is in any case such that the latter run in pairs in alignment with one another. Each two aligned holes 34 serve to receive a cylin drical plunger 35 , both of which, from the guide blocks 30 , 31 projecting ends 36 , 36 'wear which can be structurally substantially the same. The caps each have flat end faces, and there are the, 32 caps facing the end face provided with a mirror coating of the front side 37, and a mirror element 37 on their / its meaning in the following will be discussed in more detail. The production or formation of the mirroring can in principle be carried out as long as it is suitable for reflecting the respective radiation.

Jeder Stößel ist mit einer Anfasung 38 versehen, durch deren Längenbemessung in Verbindung mit einer entspre chenden Querschnittsgestaltung der Bohrungen 34 des rückseitigen Führungsblockes 31 die Stößel unverlierbar gehalten sind.Each plunger is provided with a chamfer 38, the rear guide block 31, the tappets are held captive by the length measurement in combination with a entspre sponding cross-sectional configuration of the holes 34th

Die Rückseite 39 der Strahlformungseinrichtung bildet die Antriebsseite der Stößel und es stehen die dieser Seite zugeordneten Kappen 36′ mit einem zeichnerisch nicht dargestellten geeigneten Antriebssystem in Verbin dung, über welches jeder Stößel individuell in Richtung der Pfeile 33 antreibbar ist. Die Stößelbewegung erfolgt zwischen zwei Grenzstellungen, von denen die eine, nämlich die Rückzugsstellung in Fig. 9 wiedergegeben ist. In dieser zuletzt genannten Stellung werden die Rückseiten einer jeden Kappe 36′ durch eine Blattfeder 40 hintergriffen, so daß die Bewegung in die andere Grenzstellung entgegen der elastischen Rückstellkraft dieser Blattfeder 40 erfolgt. Es ist die Rückzugsstel lung im übrigen durch ein Anliegen der Rückseiten einer jeden Kappe 36 an den dieser zugekehrten Stirnseite des vorderen Führungsblockes 30 charakterisiert. Mit 41 sind Dämpfungselemente bezeichnet, die antriebsseitig vorge sehen sind - vergleichbare Dämpfungselemente können jedoch auch zwischen den Rückseiten der Kappen 36 und dem Führungsblock 31 vorgesehen sein.The back 39 of the beam shaping device forms the drive side of the plunger and there are associated caps 36 'associated with a suitable drive system, not shown, in connection, via which each plunger can be individually driven in the direction of arrows 33 . The tappet movement takes place between two limit positions, of which one, namely the retracted position, is shown in FIG. 9. In this last-mentioned position, the rear sides of each cap 36 'are engaged by a leaf spring 40 , so that the movement into the other limit position takes place against the elastic restoring force of this leaf spring 40 . It is the withdrawal position in the rest characterized by an abutment of the rear sides of each cap 36 on the end face thereof facing the front guide block 30 . With 41 damping elements are designated, which are seen on the drive side - comparable damping elements can, however, also be provided between the rear sides of the caps 36 and the guide block 31 .

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, weisen die Kappen 36 einen quadratischen Querschnitt auf und es sind diese in Verbindung mit den Bohrungen derart ausgestaltet bzw. angeordnet, daß sich - unter Belassung kleinstmöglicher Spalte 42 zwischen den einzelnen Spie gelelementen 37 eine rechteckige Spiegelfläche 43 ergibt, die aus zwölf Spiegelelementen 37 zusammengesetzt ist. Diese Spiegelelemente 37 liegen in beiden Grenzstellun gen der Stößel 35 in einer gemeinsamen Ebene.As can be seen in particular in FIGS. 1 and 2, the caps 36 have a square cross section and these are designed or arranged in connection with the bores in such a way that - while leaving the smallest possible column 42 between the individual mirror elements 37 a rectangular one Mirror surface 43 results, which is composed of twelve mirror elements 37 . These mirror elements 37 are in two limit positions of the plunger 35 in a common plane.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Befestigung der Kappen 36′ auf den Stößeln 35 und es ist die Befestigung der Kappe 36 praktisch identisch ausgebildet. Zur Befestigung einer jeden Kappe 36′ ist eine Klemmschraube 44 vorgese hen, welche in der einen Seitenfläche der Kappe 36′ versenkt angeordnet ist und mit einer entsprechenden Senkung des Stößels 35 zwecks Befestigung der Kappe 36′ in Eingriff bringbar ist. Wie Fig. 3 erkennen läßt, weist die Deckplatte 29 auf ihrer Rückseite 39 eine Ausnehmung 45 auf - gleiches gilt für die Grundplatte 28 - so daß die Klemmschrauben 44 der Kappen 36′ leicht zugänglich sind, welche sich innerhalb dieser Ausnehmung 45 befinden. Um eine entsprechende Zugänglichkeit der Klemmschrauben der vorderseitigen Kappen 36 zu gewähr leisten, sind sowohl die Grundplatte 28 als auch die Deckplatte 29 mit jeweils sechs Bohrungen 46 versehen, die sich - bezogen auf die Rückzugsstellung der Stößel - jeweils genau oberhalb der entsprechenden Klemmschrauben befinden. FIGS. 6 and 7 show the attachment of the caps 36 'at the tappets 35 and is formed virtually identical to the attachment of the cap 36. For fastening each cap 36 'is a clamping screw 44 vorgese hen, which is arranged sunk in one side surface of the cap 36 ' and can be brought into engagement with a corresponding lowering of the plunger 35 for the purpose of fastening the cap 36 '. . As can be Figure 3 is seen, the cover plate 29 on its back side 39 a recess 45 - the same applies to the base plate 28 - so that the clamping screws of the caps 36 are 44 'easily accessible, which are located within this recess 45. In order to ensure a corresponding accessibility of the clamping screws of the front caps 36 , both the base plate 28 and the cover plate 29 are each provided with six bores 46 , which - in relation to the retracted position of the plunger - are each located exactly above the corresponding clamping screws.

Die Fig. 11, 12 und 16 lassen die Beschaffenheit der Führungsblöcke 30, 31 und insbesondere der auf einen Teilquerschnitt reduzierten Bohrungen 34 des hinteren Führungsblockes 31 erkennen. Figs. 11, 12 and 16 can be the nature of the guide blocks 30, 31 and in particular the reduced cross-section of a part of holes 34 of the rear guide block 31 seen.

Der Abstand der Grenzstellungen der Stößel 35 steht in einem bestimmten Verhältnis zur Fläche, insbesondere der Seitenlänge der quadratischen Spiegelelemente 37. Hierzu wird auf Fig. 15 Bezug genommen, wobei die Seitenlänge eines Spiegelelementes mit 47 und der axiale Abstand zwischen den Grenzstellungen der Stößel mit 35 bezeich net ist. Die Kappen 36′′ und 36′′′ befinden sich in dieser Darstellung in der Spiegelungsposition, während sich die Kappe 36 ^IV in der Rückzugsstellung befindet. Um zu gewährleisten, daß die, unter einem Winkel von 45° auf die Ebene der Spiegelfläche 43 auftreffende Strah lung ausschließlich von den Spiegelelementen 37 reflek tiert wird, die sich in der Spiegelungsposition befinden und nicht von denjenigen, die sich in der Rückzugsstel lung befinden, sind die Spiegelelemente 37 sowie der Abstand 48 derart bemessen, daß der Abstand 48 wenigstens dem halben Wert der Seitenlänge 47 entspricht. Man erkennt für diesen Fall anhand der der Zeichnung entnehm baren geometrischen Randbedingungen, daß eine zwischen den Kappen 36′′ und 36′′′ auftreffende Strahlung ledig lich in Richtung der auftreffenden Strahlung, somit in sich reflektiert wird, so daß das Spiegelelement 36 ^IV keinen Reflexionsbeitrag in der Richtung 49 liefert. Die Seitenflächen 50 sind diffus ausgebildet.The distance between the limit positions of the plungers 35 is in a specific relationship to the surface, in particular the side length of the square mirror elements 37 . For this purpose, reference is made to FIG. 15, the side length of a mirror element being designated by 47 and the axial distance between the limit positions of the plunger being designated by 35 . The caps 36 '' and 36 '''are in this representation in the mirroring position, while the cap 36 ^{IV is} in the retracted position. In order to ensure that the radiation hitting the plane of the mirror surface 43 at an angle of 45 ° is reflected exclusively by the mirror elements 37 which are in the mirroring position and not by those who are in the retracted position. the mirror elements 37 and the distance 48 are dimensioned such that the distance 48 corresponds to at least half the value of the side length 47 . It can be seen in this case from the drawing bleen geometrical boundary conditions that a between the caps 36 '' and 36 '''incident radiation single Lich in the direction of the incident radiation, thus reflected in itself, so that the mirror element 36 ^IV none Reflection contribution in the direction 49 provides. The side surfaces 50 are designed to be diffuse.

Im praktischen Betrieb kann die Strahlformungseinrich tung 1 - wie in Fig. 8 sehr schematisch angedeutet - mit einem an der Stelle 51 befindlichen Lasersystem, vorzugsweise einem Excimerlaser zusammenwirken, dessen Strahlung unter einem Winkel von 45° zur Ebene der Spiegelfläche 43 orientiert ist, wobei die, in der Richtung 49 reflektierte Strahlung auf ein an der Stelle 52 befindliches Werkstück 53 trifft, dessen Oberfläche 54 dreidimensional zu strukturieren ist. Ausgangspunkt dieser Oberflächenstrukturbildung ist die Abbildung des sich aus der Stellung der einzelnen Spiegelelemente 37 ergebenden Flächenmusters in die Ebene 54, wodurch es in dieser Ebene zu einem, entsprechend dem Muster vorgege benen Werkstoffabtrag kommt, dessen Tiefe in den be strahlten Flächenabschnitten bei gegebenen Werkstoff des Werkstücks 53 sowie Wellenlänge des Excimerlasers von der Pulsenergie, der Pulsdauer der Pulszahl und sonsti gen Strahlungsparametern abhängt. Entsprechend der sehr kurzwelligen, im UV-Bereich gelegenen oder durch kürzere Wellenlängen charakterisierten Strahlung lassen sich kleinstmögliche Konturen innerhalb der Oberfläche 54 abtragen, wobei die thermische Beeinflussung des Werk stoffs kleinstmöglich gehalten werden kann. Zeichnerisch nicht dargestellt ist ein, zwischen der Strahlformungs einrichtung 27 und der Oberfläche 54 angeordnetes op tisches Übertragungssystem, welches der Anpassung der Größenverhältnisse dient, wobei hauptsächlich an eine Verkleinerung des Musters der Spiegelelemente gedacht ist. Im Rahmen dieses optischen Übertragungssystems kann von den üblichen Techniken der Vergrößerung oder der Verkleinerung eines Bildmusters Gebrauch gemacht werden, wobei hierauf nicht näher eingegangen werden soll.In practical operation, the Beamformungseinrich device 1 - as indicated very schematically in Fig. 8 - interact with a laser system located at point 51 , preferably an excimer laser, the radiation of which is oriented at an angle of 45 ° to the plane of the mirror surface 43 , the , radiation reflected in the direction 49 strikes a workpiece 53 located at point 52 , the surface 54 of which is to be structured three-dimensionally. The starting point of this surface structure formation is the mapping of the surface pattern resulting from the position of the individual mirror elements 37 into the plane 54 , as a result of which, in accordance with the pattern, material removal occurs, the depth of which in the irradiated surface sections for a given material of the workpiece 53 and the wavelength of the excimer laser depend on the pulse energy, the pulse duration, the number of pulses and other radiation parameters. Corresponding to the very short-wave radiation located in the UV range or characterized by shorter wavelengths, the smallest possible contours can be removed within the surface 54 , the thermal influence on the material being kept as small as possible. Not shown in the drawing is a, between the beam shaping device 27 and the surface 54 arranged optical transmission system, which is used to adjust the size ratios, mainly intended to reduce the pattern of the mirror elements. Within the scope of this optical transmission system, use can be made of the customary techniques of enlarging or reducing an image pattern, but this will not be discussed in more detail here.

Der an sich bei der Abbildung störende Einfluß der zwangsläufig mit abgebildeten Spalte 42 kann beispiels weise dadurch eliminiert werden, daß - in Verbindung mit einem optischen Übertragungssystem - die Ebene 54 und/ oder die Ebene der Spiegelfläche 43 in Richtung der optischen Achse des genannten Systems versetzt angeord net werden. Durch diese Defokussierung, welche innerhalb eines bestimmten Bereichs in Richtung der optischen Achse des Übertragungssystems möglich ist, kann eine Spaltabbildung minimiert werden.The intrinsically disruptive influence of the column 42 , which is inevitably depicted, can be eliminated, for example, by the fact that - in conjunction with an optical transmission system - the plane 54 and / or the plane of the mirror surface 43 are displaced in the direction of the optical axis of the system mentioned to be ordered. By this defocusing, which is possible within a certain range in the direction of the optical axis of the transmission system, a gap image can be minimized.

Die Anwendung der Strahlformungseinrichtung setzt ein Antriebssystem voraus, über welches die einzelnen Stößel selektiv aus ihrer Rückzugsstellung in die Spiegelungs position überführbar und in dieser während eines ausrei chenden, wenigstens einer Pulsdauer entsprechenden Zeitintervalls gehalten werden kann. Es wird ferner ein digitalisiert vorgegebenes Muster der abzubildenden Struktur vorausgesetzt, so daß das Antriebssystem der Strahlformungseinrichtung über ein, dieses Muster be schreibendes Programm steuerbar ist.The application of the beam shaping device begins Drive system ahead, over which the individual plungers selectively from their retreat to the mirror position can be transferred and in this during a run appropriate, corresponding to at least one pulse duration Time interval can be kept. It also becomes a digitizes the given pattern of the trainees Structure provided that the drive system of the Beam shaping device over a, this pattern be writing program is controllable.

Das Antriebssystem kann beispielsweise entsprechend demjenigen der Fig. 5 bis 7 ausgestaltet sein.The drive system can be configured, for example, in accordance with that of FIGS. 5 to 7.

Für die Bearbeitung allgemeiner Werkstücke ist ferner erforderlich, daß die Strahlformungseinrichtung 4, 27 und/oder das Werkstück relativ zueinander beweglich gehalten werden, so daß die gesamte, zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks in diesem Sinne strukturierbar ist. Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß nahtlose Oberflächenstrukturen herstellbar sind, wobei die zu bearbeitende Oberfläche 54 eine Ebene, jedoch auch eine allgemein gekrümmte Fläche sein kann. Beispielsweise kann es sich bei den Werkstücken 53 um Prägewerkzeuge, insbesondere Prägewalzen handeln, die als Mutterwerkzeu ge für Prägevorgänge dienen. Auch über Relativbewegungen zwischen Werkzeug und Strahlformungseinrichtung, bei spielsweise oszillierende Bewegungen kann die Spaltabbil dung unterdrückt werden.For the machining of general workpieces, it is also necessary that the beam shaping device 4, 27 and / or the workpiece are kept movable relative to one another, so that the entire surface of the workpiece to be machined can be structured in this sense. It is particularly advantageous here that seamless surface structures can be produced, the surface 54 to be machined being a plane, but also a generally curved surface. For example, the workpieces 53 can be embossing tools, in particular embossing rollers, which serve as mother tools for embossing processes. The gap image can also be suppressed by means of relative movements between the tool and the beam shaping device, for example with oscillating movements.

Fig. 17 zeigt ein Prinzipschaltbild, in welchem eine Strahlformungseinrichtung 55 Verwendung findet, deren Funktionsprinzip in Abweichung von demjenigen gemäß Fig. 1 auf einer Durchgangsoptik beruht. FIG. 17 shows a basic circuit diagram in which a beam shaping device 55 is used, the functional principle of which, in deviation from that according to FIG. 1, is based on through optics.

Mit 56 ist wiederum eine Strahlungsquelle bezeichnet, deren Strahlengang über ein Strahlabschwächer 57, einen Strahlbegrenzer 58, die Strahlformungseinrichtung 55 und ein optisches System 59 auf ein ebenes Werkstück 60 trifft. Der Strahlabschwächer 57, der Strahlbegrenzer 58 und das optische System 59 können in gleicher Weise wie die entsprechenden Elemente gemäß Fig. 1 ausgebildet sein. 56 in turn designates a radiation source whose beam path strikes a flat workpiece 60 via a beam attenuator 57 , a beam limiter 58 , the beam shaping device 55 and an optical system 59 . The beam attenuator 57 , the beam limiter 58 and the optical system 59 can be designed in the same way as the corresponding elements according to FIG. 1.

Als Strahlformungseinrichtung dient gemäß Fig. 18 im einfachsten Fall eine um ihre Achse 61 in definierter Weise drehbare Scheibe 62, deren peripherer Bereich mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 63 versehen ist, die in ihrer Geometrie und absoluten Größe unterschiedlich bemessen sind. Die Scheibe 62 steht mit einem nicht dargestellten Antrieb in Verbindung, der schrittweise Drehbewegungen derart ermöglicht, daß jeweils der Ausneh mungen 63 in den Strahlengang verschwenkt werden, und zwar derart, daß lediglich eine der gezeigten Ausnehmun gen für einen Strahlungsdurchtritt zur Verfügung steht, so daß lediglich diese eine Ausnehmung in einer, durch das optische System 59 bestimmten Größe auf die Ober fläche des Werkstücks 60 abgebildet wird.In the simplest case, the beam shaping device according to FIG. 18 is a disk 62 which can be rotated in a defined manner about its axis 61 , the peripheral area of which is provided with a large number of recesses 63 which have different dimensions and absolute sizes. The disc 62 is connected to a drive, not shown, which allows incremental rotary movements such that the Ausneh measures 63 are pivoted into the beam path, in such a way that only one of the shown recesses is available for a radiation passage, so that only this one recess in a size determined by the optical system 59 is imaged on the upper surface of the workpiece 60 .

Fig. 19 zeigt eine Variante, bei der zwei Scheiben 64, 65 um ihre jeweiligen, zueinander parallel verlaufenden Achsen 66, 67 in definierter Weise drehbar gelagert sind, und zwar derart, daß sich die Ebenen der Scheiben in einem Bereich 68 überdecken. Beide Scheiben sind mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 69 im peripheren Bereich versehen, die sich wiederum in ihrer geometrischen Gestalt und ihrer absoluten Größe unterscheiden, jedoch entlang eines Teilkreises angeordnet sind. Die Scheiben 64, 65 stehen wiederum mit einem zeichnerisch nicht dargestellten Antrieb in Verbindung. Fig. 19 shows a variant in which two discs 64 are mounted 65 about their respective, mutually parallel shafts 66 67 in a defined manner rotatable in such a manner that the planes of the disks overlap in a region 68. Both disks are provided with a large number of recesses 69 in the peripheral area, which in turn differ in their geometric shape and their absolute size, but are arranged along a pitch circle. The disks 64 , 65 are in turn connected to a drive, not shown in the drawing.

Die Ausnehmungen 69 beide Scheiben 64, 65 wirken in dem Bereich 68 bei der Strahlformung zusammen, wobei zur Erläuterung dieses Zusammenwirkens im folgenden auf die Fig. 20 bis 22 Bezug genommen wird.The recesses 69 and the two disks 64 , 65 cooperate in the region 68 during the beam shaping, reference being made below to FIGS. 20 to 22 to explain this interaction.

Es können auch zwei Scheiben in zueinander koaxialer Anordnung eingesetzt werden, deren Ausnehmungen sich überdecken.There can also be two disks in coaxial with each other Arrangement are used, the recesses are cover up.

Die Fig. 20 und 21 zeigen jeweils - in geradliniger Abwicklung - aufeinander folgende Ausnehmungen 69′ der einen Scheibe und 69′′ der jeweils anderen Scheibe. Lediglich beispielhaft sind jeweils fünf aufeinanderfol gende Ausnehmungen 69′, 69′′ dargestellt. Die absolute Größe der Ausnehmungen sowie deren Abstand voneinander sind derart bemessen, daß in dem genannten Bereich 68 gemäß Fig. 19 jeweils die eine Ausnehmung der einen Scheibe 64 mit jeweils einer Ausnehmung der anderen Scheiben 65 zur Überdeckung gebracht werden kann und es sind die, sich aus den in den Fig. 20 und 21 gegenüber stehenden Ausnehmungen ergebenden Überdeckungsmuster jeweils in Fig. 22 dargestellt. Figs. 20 and 21 show in each case - in a rectilinear processing - successive recesses 69 'of one disc and 69' 'of the other disc. By way of example only, five consecutive recesses 69 ', 69 ''are shown. The absolute size of the recesses and their spacing from one another are dimensioned such that, in the region 68 shown in FIG. 19, one recess of one disk 64 can be made to overlap with one recess of the other disks 65 and they are, themselves from the overlap patterns resulting in opposite recesses in FIGS. 20 and 21 each shown in FIG. 22.

Die Überdeckung dient der Ausblendung der Eckenbereiche der einzelnen, in den Fig. 20 und 21 rechteckig ausgebil deten Ausnehmungen. Denn diese Kanten würden aufgrund von Beugungseffekten nicht exakt als Kanten abbildbar sein und es tritt dieser Abbildungsfehler um so stärker in Erscheinung, je kleiner die absoluten Abmessungen der jeweiligen Ausnehmung sind. Durch die Ausblendung ent stehen somit zwar wiederum rechteckige bzw. quadratische Strahlengänge bzw. Teilstrahlengänge, deren Querschnitts gestalt jedoch weitestgehend frei von Abbildungsfehlern ist.The overlap serves to hide the corner areas of the individual recesses which are rectangular in FIGS . 20 and 21. Because these edges would not be able to be reproduced exactly as edges due to diffraction effects, and this aberration becomes more apparent the smaller the absolute dimensions of the respective recess. The blanking ent in turn results in rectangular or square beam paths or partial beam paths, but their cross-sectional shape is largely free of aberrations.

Mit der Überdeckung wird jedoch darüber hinaus - wie insbesondere die Fig. 22 erkennen läßt - innerhalb eines, durch den Bereich 68 maximal umgrenzten Bildfeld durch entsprechende Kombination von Ausnehmungen der einzelnen Scheiben ein praktisch beliebig variierbares Abbildungsmuster ermöglicht, welches auf das zu bearbei tende Werkstück projiziert wird. Dieses Abbildungsmuster ist matrixartig aus Bildelementen zusammengesetzt, in denen entweder eine Strahlung übertragen wird oder nicht. Im Ergebnis ergibt sich somit aufgrund der Über deckung der beiden Scheiben und der beliebigen Kombinier barkeit von Ausnehmungsmustern eine Wirkung, die derjeni gen der oben beschriebenen Strahlformungseinrichtungen 4, 27, deren Funktionsprinzip eine Reflexionsoptik ist, vergleichbar ist. With the overlap, however, as can be seen in particular in FIG. 22, an image pattern which is practically arbitrarily variable and which projects onto the workpiece to be machined is made possible within an image field which is maximally delimited by the area 68 by a corresponding combination of recesses in the individual disks becomes. This imaging pattern is composed of matrix elements consisting of pixels in which radiation is either transmitted or not. The result is thus due to the overlap of the two disks and the arbitrary combinability of recess patterns, an effect comparable to that of the beam shaping devices 4 , 27 described above, whose principle of operation is a reflection optic, is comparable.

Fig. 23 schließlich zeigt einen Ausschnitt eines Werk stücks, welches aus Araldit besteht und dessen Oberfläche 70 innerhalb eines etwa quadratischen Bereichs 71 unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Strahlformungseinrich tung gemäß Fig. 18 bearbeitet worden ist. Das Werkstück hatte eine Dicke von 1 mm und es wurde eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 308 nm gearbeitet. Die Pulsfre quenz betrug 10 Hz und es wurde mit 50 Puls je Maske mit einer Energiedichte von 2,4 Jcm^-2 gearbeitet. Figure 23 finally. Shows a section of a workpiece, which consists of Araldite and the surface 70 within an approximately square area 71 using a Strahlformungseinrich invention tung Fig invention. Has been processed 18th The workpiece had a thickness of 1 mm and radiation with a wavelength of 308 nm was worked. The pulse frequency was 10 Hz and 50 pulses per mask with an energy density of 2.4 Jcm ^{-2 were used} .

Der Bereich 71 hatte eine Kantenlänge von 475 µm und eine der gezeigten quadratischen Stufen 72 hatte eine Kantenlänge von 95 µm. Man erkennt, daß innerhalb des Bereichs 71 selektiv Material abgetragen ist, und zwar in unterschiedlichen, senkrecht zu der Oberfläche 70 orientierten Stufungen, wobei das Muster der Stufungen wiederum durch entsprechende Steuerung der Strahlformungs einrichtung 62 erzeugt wurde.The area 71 had an edge length of 475 μm and one of the square steps 72 shown had an edge length of 95 μm. It can be seen that material is selectively removed within the area 71 , specifically in different gradations oriented perpendicular to the surface 70 , the pattern of the gradations in turn being generated by corresponding control of the beam shaping device 62 .

Claims

1. Process for machining the surfaces of workpieces ( 2 , 53 , 60 ),

the radiation from a UV laser radiation source ( 1 , 56 ) is directed onto the surface to be processed via a beam shaping device ( 4 , 27 , 55 ),
- The beam shaping device ( 4 , 27 , 55 ) projects on the output side an image field composed of image elements onto the workpiece surface and
the partial radiation associated with each picture element can be individually controlled in accordance with the target geometry of the workpiece surface to be produced,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

- That the beam shaping device ( 4 , 27 , 55 ) is controlled with a view to layer-by-layer processing, in particular material removal, each layer preferably having the same depth, but a surface pattern corresponding to the pattern of the control states of the individual picture elements on processed and non-processed surface elements has and
- That the individual, successive layers for the production of the three-dimensional target geome the workpiece can be machined one after the other.

2. The method according to claim 1, characterized in that that create multiple image fields according to the the target geometry are put together.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece to be machined ( 2 , 53 , 60 ) is positioned relative to the image field of the beam path by means of a positioning device.

4. The method according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that a reflective acting optical system is used as the beam shaping device ( 4 , 27 ), via which the decomposition of the radiation of the radiation source ( 1 , 56 ) into picture elements of a Image field is effected.

5. The method according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that a continuous optical system is used as the beam shaping device ( 55 ), via which the radiation of the radiation source is broken down into picture elements of an image field.

6. The method according to any one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the depth of a Layer according to the picture element specific Pulse number of radiation or other radiation para meter is controlled.

7. The method according to any one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that the depth of a Layer measured pixel-specific and with a pixel-specific target value is compared and that the further pixel-specific Bear processing according to the determined deviation between actual and setpoint.

8. beam shaping device ( 4 , 27 ) for use in the context of a method according to one of the preceding claims 1 to 4 or 6, 7,

- With a reflective effect, composed of image elements and image field
with a control system for the selective transfer of each image element between a position that suppresses the partial radiation that can be traced back to it and a position that transmits this partial radiation,
- The image field as a mirror surface ( 43 ) and the image elements as mirror elements ( 37 ) are formed and
the mirror elements are arranged at the ends of plungers ( 9 , 35 ) which are accommodated in a housing so as to be displaceable in a straight line,

characterized,

- That the control system comprises a drive system which is determined and designed for the layer- and pixel-specific positioning of a plunger ( 9 , 35 ) between a retraction position which suppresses reflection on the one hand and a reflection position on the other.

9. beam shaping device according to claim 8, characterized in that the plunger ( 9 ) are cuboid and directly on the end face the mirror elements formed as a mirror or as mirrored end faces.

10. Beam shaping device according to claim 8 or 9, characterized in that the plunger ( 9 ) consist of glass or a comparable material.

11. Beam shaping device according to one of the preceding claims 8 to 10, characterized in that the plunger ( 9 ) extend parallel to one another.

12. Beam shaping device according to claim 8 or 11, characterized in that the plunger ( 35 ) are provided on the end face with caps ( 36 ), that the caps ( 36 ) carry the mirror elements ( 43 ) and that the caps ( 36 ) are preferably made of copper, Aluminum, steel or a quartz material exist.

13. Beam shaping device according to one of the preceding claims 8 to 12, characterized in that at a substantially incident at an angle of 45 ° radiation the distance ( 48 ) between the reflection position on the one hand and the retraction position on the other hand at least half the value of the side length of the Mirror element ( 37 ) or the matrix area corresponds.

14. Beam shaping device according to one of the preceding claims 8 to 13, characterized in that the mirror surface ( 43 ) and the mirror elements ( 37 ) are rectangular, square, circular or generally polygonal.

15. beam shaping device ( 55 ) for use in the context of a method according to one of claims 1 to 3 or 5 to 7, with a continuous optical system for forming an image field composed of picture elements, characterized by

- At least one rotatably mounted, at least partially located in the beam path of a UV laser radiation source, in the peripheral region with recesses ( 63 ) provided disc ( 62 ) and
a control system for the defined rotation of the disk in increments of angles,
- The recesses ( 63 ) are designed as through openings which are arranged along at least one partial circle,
- Wherein the recesses ( 63 ) each represent image elements which are arranged individually or in groups within an image field and
- wherein such an image field can preferably be converted into the beam path of the radiation source by rotating the disk ( 62 ).

16. Beam shaping device according to claim 15, characterized in that within the beam path of the radiation source, at least two disks ( 64 , 65 ) overlap one another in an area ( 68 ) and are rotatably mounted about mutually parallel axes,

- that each disc is assigned a control system for angularly defined rotation,
- That the area ( 68 ) covers at least one image field and
- That the resulting in the image field for a radiation passage picture element constellation from the superposition of the picture elements or recesses ( 69 ) of the discs ( 64 , 65 ) is formed.

17. Beam shaping device according to claim 15 or 16, characterized in that a beam limiter ( 7 , 58 ) is arranged in the beam path of the radiation source in front of the / the discs ( 64 , 65 ).