AUSGEWOBBELT – Bahnmodulation minimieren mit MEMS Scannern

Dresden, /

Deformation der Scannlinie durch Verkippung der Drehachse
Deformation der Scannlinie durch Verkippung der Drehachse

Laser werden zu Markierungs- und Bearbeitungszwecken in vielen Bereichen industriell eingesetzt. Um den steigenden Anforderungen an Präzision und Verarbeitungsgeschwindigkeit gerecht zu werden, kommen zur Lichtablenkung Scannersysteme zum Einsatz. Im Vergleich zu XY-Tischen bieten sie deutliche Vorteile hinsichtlich Positionier- und Wiederholgenauigkeit sowie eine sehr hohe Dynamik.

Konventionelle Systeme basieren auf Galvanometer-Scannern. Diese zeichnen sich durch eine typischerweise große Apertur aus. Allerdings begrenzt die makroskopische Bauform besonders bei hohen Geschwindigkeiten die Präzision der Bewegung. Die Anforderungen an die Achslagerung der Scanner sind hier besonders hoch. Eine charakteristische Größe der Bewegung ist die dynamische Verkippung des Spiegels senkrecht zur Drehachse. Sie erscheint als Taumelbewegung der Spiegelplatte und führt zu einer Deformation der projizierten Figur (siehe Abbildung). Diese Eigenschaft wird häufig als Wobble bezeichnet. Die ungewollte Verkippung der Spiegelplatte beim Betrieb konventioneller resonanter Galvanometer-Scanner liegt typischerweise im Bereich von 200 µrad.

Das Fraunhofer IPMS entwickelt seit Jahren resonante und quasi-statische Mikro-Scanner-Spiegel zur Lichtmodulation und -ablenkung im Kundenauftrag. Dabei handelt es sich um mikro-elektro-mechanische Systeme (MEMS) auf Siliziumbasis. Diese ermöglichen höchste Geschwindigkeiten der Bewegung bei höchster Präzision. Die Wissenschaftler konnten nun nachweisen, dass resonante Mikroscanner-Bauelemente typischer Designs lediglich eine Verkippung senkrecht zur Drehachse von weniger als 35 µrad aufweisen. Dabei beträgt die Frequenz der Bewegung 23 kHz, die mechanische Amplitude 9°.

Dr. André Dreyhaupt, Wissenschaftler in der Gruppe Produktentwicklung Mikroscanner, erklärt: »Die optischen MEMS-Strukturen des Fraunhofer IPMS sind prädestiniert für Anwendungen mit gleichzeitig hohen Anforderungen an Geschwindigkeit und Präzision der Bewegung.«

Über das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS

Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS führt kundenspezifische Entwicklungen in den Bereichen Mikrosystemtechnik und organische Leuchtdioden durch. Es ist dabei Partner von der ersten Idee über Machbarkeitsuntersuchungen bis zur Prototypenentwicklung. Die Produkte können in der eigenen Prozesslinie entwickelt und in Pilotserien gefertigt werden. Etwa 200 Wissenschaftler arbeiten mit modernstem Equipment an Projekten auf den Gebieten Sensor- und Aktuatorsysteme, Mikroscanner, Flächenlichtmodulatoren, Lifetronics und Organische Materialien und Systeme.