DE102011118540A1

DE102011118540A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Schneiden oder Trennen von Feststoffen durch Materialabtrag mittels energetischer Strahlung

Info

Publication number: DE102011118540A1
Application number: DE201110118540
Authority: DE
Inventors: Dr. Noll Reinhard; Achim Lenenbach; Cristian Tulea
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: DE102011118540B4; WO2013072033A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden oder Trennen von Feststoffen mittels energetischer Strahlung mit einem handgeführten Bearbeitungskopf. In dem handgeführten Bearbeitungskopf wird ein Bearbeitungsstrahl über eine dynamische Strahlablenkeinheit durch eine Strahlaustrittsöffnung geführt, durch die der Bearbeitungsstrahl auf einen Bearbeitungsort gerichtet werden kann. Durch eine in oder an dem Bearbeitungskopf angeordnete Bilderfassungseinheit werden während der Bearbeitung kontinuierlich Bilder eines den Bearbeitungsort umfassenden Bereiches des Feststoffs aufgenommen. Eine Bildauswerte- und Steuereinheit ermittelt aus den Bildern eine Fehlbewegung bei der manuellen Führung des Bearbeitungskopfes und steuert die dynamische Strahlablenkeinheit zu einer Strahllagekorrektur an, mit der die Fehlbewegung zumindest teilweise kompensiert wird. Mit der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren können bei der Durchführung handgeführter Schnitt- und Trennvorgänge in Feststoffen schmale Schnittfugenbreiten mit hoher Qualität erzeugt werden.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schneiden oder Trennen von Feststoffen unter Einsatz eines handführbaren Bearbeitungskopfes, mit dem ein Bearbeitungsstrahl, insbesondere ein Laserstrahl, auf einen Bearbeitungsort auf dem Feststoff gerichtet wird. Mit einer derartigen Vorrichtung und dem zugehörigen Verfahren lassen sich beispielsweise Schnitte in plattenförmigen Feststoffen wie beispielsweise Blechen oder Keramikplatten erzeugen. Weitere beispielhafte Anwendungsgebiete der Vorrichtung sind die Kraniotomie, die Wirbelsäulentherapie oder der Abtrag von Hartgewebe für operative Eingriffe in der Human- oder Veterinärmedizin.
Stand der Technik
Mit maschinengeführten Vorrichtungen zum Abtragen und Schneiden mit Laserstrahlung sind hohe Genauigkeiten in der Schnittführung erzielbar, da der Bearbeitungsstrahl durch die Maschinenachsen sehr genau geführt werden kann. Für einige Anwendungen sind jedoch handgeführte Systeme zum Schneiden mit Laserstrahlung erforderlich, wie sie beispielsweise aus dem Dokument von C. Schmid, „Handgeführte Lasermaterialbearbeitung mit Faserlasern" in „http://www.bias.de/Events/Archive/Faserlaserseminar/Vo rtraege/6 Schmid.pdf" bekannt sind. Mit diesen Systemen werden im Wesentlichen thermisch induzierte Schneidprozesse in technischen Werkstoffen (Metalle, Keramik, Kunststoffe) durchgeführt, mit denen plattenförmige Werkstücke durchgeschnitten werden. Durch die Hand führung werden Schnittbreiten erzeugt, die typischerweise deutlich größer als 1 mm sind. Es können daher nicht die Schnittfugenqualitäten eines maschinengeführten Laserschneidprozess erreicht werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Schneiden oder Trennen von Feststoffen mittels energetischer Strahlung mit einem handgeführten Bearbeitungskopf anzugeben, mit denen geringere Schnittfugenbreiten erzielbar sind.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung und dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sowie des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst einen handführbaren Bearbeitungskopf, in dem ein Bearbeitungsstrahl über eine dynamische Strahlablenkeinheit durch eine Strahlaustrittsöffnung geführt wird, durch die der Bearbeitungsstrahl mit dem Bearbeitungskopf auf einen Bearbeitungsort auf einen Feststoff gerichtet werden kann. Mit einer in oder an dem Bearbeitungskopf angeordneten Bilderfassungseinheit werden während einer Bearbeitung kontinuierlich Bilder des den Bearbeitungsort umfassenden Bereiches des Feststoffs aufgenommen.
Eine Bildauswerte- und Steuereinheit der Vorrichtung ermittelt aus den Bildern eine Fehlbewegung bei der manuellen Führung des Bearbeitungskopfes und steuert die dynamische Strahlablenkeinheit zu einer Strahllagekorrektur des Bearbeitungsstrahls an, mit der die durch den Bediener verursachte Fehlbewegung zumindest teilweise kompensiert wird.
Durch diese dynamische Strahllagekorrektur werden bei der Handführung verursachte Fehlbewegungen des Bedieners, wie beispielsweise Zitterbewegungen, vollständig oder zumindest teilweise kompensiert, so dass eine geringere Schnittfugenbreite und somit höhere Schnittfugenqualität erreicht werden. Dadurch wird bei Verwendung eines Kurzpulslasers zur Erzeugung des Bearbeitungsstrahls, bspw. eines ps-Lasers, eine hohe Prozesseffizienz erreicht, die ohne eine derartige Strahllagekorrektur nicht möglich wäre. Der Bediener führt den handführbaren Bearbeitungskopf dabei mit der Hand und wird von der Bildauswerte- und Steuereinheit als Assistenzsystem unterstützt. Durch das automatische Ausgleichen von Zitterbewegungen bei der Handführung kann eine schmale präzise Schnittfuge im Feststoff sowohl in ebener als auch in gekrümmter Plattengeometrie erzielt werden, deren makroskopischer Verlauf durch die Handführung bestimmt wird. Die Zitterbewegungen der Hand während der Bearbeitung würden sonst zu unkontrollierten Positionsschwankungen des Einwirkorts des Bearbeitungsstrahls auf den Feststoff führen.
Die Bildauswerte- und Steuereinrichtung kann hierbei in einer Ausgestaltung so ausgeführt sein, dass sie einen Verlauf einer durch den Bediener vorab gesetzten Schnittmarkierung auf dem Feststoff erkennt und die Strahllagekorrektur jeweils unabhängig von der Bewegung des handgeführten Bearbeitungskopfes so durchführt, dass der Bearbeitungsstrahl der Schnittmarkierung auf dem Werkstück folgt. Dies kann selbstverständlich nur innerhalb der durch die dynamische Strahlablenkeinheit möglichen maximalen Korrektur erfolgen. Eine Zitterbewegung wird in dieser Alternative jedoch problemlos ausgeglichen. Auch eine durch ungenaue Führung des Bearbeitungskopfes verursachte Abweichung wird in dieser Alternative kompensiert, solange diese Abweichung eine bestimmte Größe nicht überschreitet, die von der dynamischen Strahlablenkeinheit nicht mehr kompensierbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet, dass sie eine Zitterbewegung bei der manuellen Führung des Bearbeitungskopfes aus den Bildern erkennt und die dynamische Strahlablenkeinheit so ansteuert, dass die Zitterbewegung durch die Strahllagekorrektur zumindest teilweise kompensiert wird. Bei dieser Ausgestaltung erkennt die Vorrichtung vorzugsweise die Richtung der jeweils momentan auszuführenden Schnittkontur und damit aus den Bildern eine eventuell zu kompensierende Abweichung. Die Richtung der jeweils momentan auszuführenden Schnittkontur kann bspw. durch die momentane Drehlage des Bearbeitungskopfes um die Achse des Bearbeitungsstrahls oder eine dazu parallele Achse in Bezug auf den Feststoff erkannt werden. In einer Ausgestaltung des Bearbeitungskopfes mit Tubus und daran befestigtem Schaft, der in der Schnittfuge geführt wird, kann der Schaft auch mit einem oder mehreren Sensoren versehen sein, die eine Krafteinwirkung auf den Schaft durch eine vom Bediener ausgeführte Vorschubbewegung und somit die gewünschte Richtung erfassen. Ein Beispiel für derartige Sensoren sind Dehnungsmessstreifen im Schaft. Selbstverständlich bestehen auch noch andere Möglichkeiten, eine Zitterbewegung durch die Bildauswertung zu erkennen und dann entsprechend durch eine Strahllagekorrektur zumindest teilweise zu kompensieren.
Vorzugsweise ist die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet, dass sie bei Erreichen eines maximal möglichen Korrekturwertes der Strahllagekorrektur ein für den Bediener erkennbares Signal abgibt und die Bearbeitung unterbricht. Die dynamische Strahlablenkeinheit ist aufgrund der Konstruktion des Bearbeitungskopfes auf einen bestimmten Ablenkbereich beschränkt, so dass sie keine über diesen Ablenkbereich hinausgehende Strahllagekorrektur durchführen kann. Wird durch die Bildauswerteeinrichtung eine größere Abweichung erkannt, so wird dem Bediener die Überschreitung dieses Bereiches durch ein Signal angezeigt, so dass er darüber informiert ist. Die Bearbeitung kann dann wieder aufgenommen werden, sobald der Bediener den Bearbeitungskopf wieder in den korrigierbaren Bereich eingebracht hat.
Als Bearbeitungsstrahl wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung und dem vorgeschlagenen Verfahren vorzugsweise ein Laserstrahl eingesetzt. Der Bearbeitungskopf umfasst dabei in bekannter Weise eine Fokussieroptik zur Fokussierung des Laserstrahls auf den Bearbeitungsort. Auch weitere optische Elemente, insbesondere Umlenkelemente, können selbstverständlich für die Strahlführung im Bearbeitungskopf erforderlich sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist auch eine Einrichtung zur Verstellung der Fokuslage bzw. des Fokusabstandes vorgesehen, die zur Erzeugung des optimalen Materialabtrags angesteuert wird. Bei Verringerung der Restschichtdicke des Feststoffes durch den Materialabtrag kann dann die Fokuslage nachgeführt werden. Die vorgeschlagene Vorrichtung sowie das vorgeschlagene Verfahren sind nicht auf den Einsatz von Laserstrahlung beschränkt. Es können hierbei auch andere Bearbeitungsstrahlen, beispielsweise Elektronen- oder Ionenstrahlen zum Einsatz kommen, deren Strahllage in gleicher Weise korrigiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Vorrichtung in oder an dem handführbaren Bearbeitungskopf eine Messeinrichtung auf, die während der Bearbeitung eine Restschichtdicke des Feststoffs am Bearbeitungsort misst. Die Messeinrichtung ist dabei vorzugsweise so ausgebildet, dass sie bei Erreichen einer vorgebbaren Soll-Restschichtdicke oder bei vollständiger Durchtrennung des in der Regel plattenförmigen Feststoffs mit ebener oder gekrümmter Plattengeometrie ein für den Bediener erkennbares Signal abgibt und/oder automatisch die Bearbeitung unterbricht. Die Restdickenmessung kann zur Steuerung der Einrichtung zur Verstellung der Fokuslage sowie vor allem zur Steuerung des Materialabtrags verwendet werden, um eine definierte Restdicke zu erzeugen. Als Messeinrichtung für die Inline-Restdickenmessung zur Bestimmung der Restdicke des durchzutrennenden Materials während des Schneidvorgangs kann beispielsweise ein OCT-Sensor (OCT: Optical Coherence Tomography) eingesetzt werden.
Damit ermöglichen die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren die Durchführung handgeführter Schnitt- oder Trennvorgänge mit schmalen Schnittfugenbreiten und definierter Schnittfugentiefe in Feststoffen mit dem Bearbeitungsstrahl, insbesondere mit gepulster Laserstrahlung.
Der Abtrag des Materials mit dem Bearbeitungsstrahl erfolgt vorzugsweise in einem strömenden Fluid, insbesondere einem Gasstrom oder einer strömenden Flüssigkeit, mit dem das abgetragene Material und thermische Energie aus dem Wechselwirkungsbereich herausgetragen wird. Durch den Abtrag im strömenden Fluid sind beispielsweise hohe Laserpuls-Repetitionsfrequenzen ohne Übersprecheffekte aufeinander folgender Pulse erreichbar sowie hohe mittlere Laserleistungen einsetzbar. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass thermische Einflüsse auf das abzutragende Material durch das strömende Fluid weitgehend reduziert oder vollständig ausgeschlossen werden. Gerade bei der Laserbearbeitung lässt sich durch die Beaufschlagung des Bearbeitungsortes mit einer Flüssigkeitsströmung Laserstrahlung hoher mittlerer Leistung einsetzen, ohne das Material um den Bearbeitungsort thermisch zu schädigen. Die Bearbeitung erfolgt dabei in der Flüssigkeit bzw. unter der Flüssigkeitsoberfläche, da die Flüssigkeit den Bearbeitungsort vollständig bedeckt. Für die Beaufschlagung des Bearbeitungsortes mit dem Fluid ist mindestens eine Düse am handführbaren Bearbeitungskopf angeordnet, die mit einer entsprechenden Zuführung für das Fluid verbindbar ist.
Der handgeführte Bearbeitungskopf weist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einen Tubus auf, an dessen Ende die Strahlaustrittsöffnung ausgebildet ist. Dieser Tubus ist so bemessen, dass er den Bearbeitungsstrahl auf dem Weg zum Bearbeitungsort weitestgehend abschirmt, erstreckt sich im Falle eines fokussierten Laserstrahls als Bearbeitungsstrahl daher bis nahe an den Fokus des Laserstrahls. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist am Ende des Tubus, d. h. im Bereich der Strahlaustrittsöffnung, ein Schaft mit dem Tubus verbunden, der über den Tubus hinausragt. Der Schaft ist vorzugsweise lateral und gegen eine Drehbewegung um seine Längsachse fixiert und derart ausgebildet, dass er sich in eine bereits durch die Bearbeitung erzeugte Schnittfuge am Feststoff einführen lässt. Damit kann der Tubus und somit der handgeführte Bearbeitungskopf während der weiteren Bearbeitung über diesen Schaft lateral geführt werden, indem der Schaft während der weiteren Bearbeitung in der Schnittfuge geführt wird. Am Ende des Schafts, unterhalb der Schnittfuge, ist in einer Weiterbildung der Vorrichtung ein plattenförmiges Element befestigt, das auf der Achse des Bearbeitungsstrahls liegt und somit den Bearbeitungsstrahl bei vollständigem Durchdringen des Feststoffs blockt. Bei Nutzung eines derart ausgebildeten Bearbeitungskopfes mit dem Schaft und dem daran befestigten Element wird zu Beginn der Bearbeitung mit geeigneten Mitteln, beispielsweise mit einem Bohrer, eine Öffnung in den Feststoff eingebracht, durch den sich der Schaft mit dem daran befestigten Element einführen und das Element unterhalb des Bearbeitungsortes bringen lässt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Schaft in axialer Richtung mit einem Federmechanismus nach oben gezogen, so dass das plattenförmige Element beim Trennvorgang stets auf der Unterseite des Feststoffs anliegt. Beim Einführen des Schafts und des plattenförmigen Elements durch die vorbereitete Öffnung wird der Schaft z. B. manuell – gegen die Federkraft – nach unten gedrückt und mit einer kleinen Vorschubbewegung wird das plattenförmige Element auf die Unterseite des Feststoffs geführt. Der Schaft wird dann wieder freigegeben und nun über den Federmechanismus stets nach oben gezogen, so dass das plattenförmige Element mit definierter Kraft auf der Unterseite des Feststoffs anliegt. In einer medizintechnischen Anwendung am Schädel übernimmt das plattenförmige Element die Funktion des Duraablösers, d. h. sie trennt mit der Vorschubbewegung des Bearbeitungskopfes die an der Innenseite des Schädelknochens anhaftende Hirnhaut vom Schädelknochen und vermeidet so eine Verletzung der Hirnhaut.
Die Bilderfassungseinheit ist bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise durch eine Kamera und eine Beleuchtungseinrichtung realisiert, die so in oder an dem handgeführten Bearbeitungskopf angeordnet sind, dass die Bilder des den Bearbeitungsort umfassenden Bereiches koaxial zum Bearbeitungsstrahl aufgenommen werden. Im Falle der obigen Ausbildung des Bearbeitungskopfes mit einem Tubus werden die Bilder daher vorzugsweise durch den Tubus hindurch aufgezeichnet. Der Bearbeitungsstrahl sowie der Beleuchtungsstrahl werden durch Umlenkelemente und Strahlteiler geeignet im Bearbeitungskopf geführt. Zur Unterdrückung der vom Bearbeitungsort emittierten Sekundärstrahlung und reflektierten Bearbeitungsstrahlung werden vorzugsweise Filter vor der Kamera eingesetzt, die die Wellenlängen des Beleuchtungsstrahls weitestgehend passieren lassen, die Wellenlängen der Bearbeitungs- und Sekundärstrahlung jedoch weitestgehend blockieren. Die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung wird hiezu geeignet gewählt.
Für die Materialbearbeitung wird bei der vorgeschlagenen Vorrichtung vorzugsweise ein Laser, insbesondere ein Kurzpulslaser eingesetzt. Dieser Laser kann außerhalb des handgeführten Bearbeitungskopfes angeordnet und über eine flexible oder gelenkige Strahlführung mit dem Bearbeitungskopf verbunden sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Faseroptik oder einen Gelenkspiegelarm handeln. Im Falle der Nutzung kleinerer Laser, beispielsweise von Halbleiterlasern, kann der Laser selbstverständlich auch im oder am handgeführten Bearbeitungskopf untergebracht sein. Auch die Bildauswerte- und Steuereinrichtung kann sowohl in oder an dem handgeführten Bearbeitungskopf als auch außerhalb dieses Bearbeitungskopfes angeordnet sein.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird somit ein Bearbeitungsstrahl mit einem handgeführten Bearbeitungskopf auf einen Bearbeitungsort auf einem Feststoff gerichtet, wobei durch eine in oder an dem Bearbeitungskopf angeordnete Bilderfassungseinheit während einer Bearbeitung kontinuierlich Bilder eines den Bearbeitungsort umfassenden Bereiches des Feststoffs aufgenommen werden. Aus den Bildern wird eine Fehlbewegung bei der manuellen Führung des Bearbeitungskopfes ermittelt und eine im Bearbeitungskopf angeordnete dynamische Strahlablenkeinheit zu einer Strahllagekorrektur angesteuert, mit der die Fehlbewegung zumindest teilweise kompensiert wird.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann sehr vorteilhaft auch im medizinischen Bereich eingesetzt werden, beispielsweise für neurochirurgische Operationen am Kopf oder an der Wirbelsäule. Hierbei können Zugänge – Kraniotomien – zum Operationsfeld hergestellt und Hartgewebeteile mit der Vorrichtung entfernt werden. Die Vorrichtung ermöglicht bei diesen Anwendungen den Verzicht auf bisher eingesetzte handgeführte mikrochirurgische Instrumente wie Bohrer und Knochenfräsen, die Knochenmaterial mechanisch abtragen. Der durch den Operateur beim Abtrag des Knochens mit der Fräse zu erzeugende hohe Anpressdruck mit dem Fräskopf auf den abzutragenden Knochen entfällt bei Nutzung der vorgeschlagenen Vorrichtung. Auch bei Operationen am Stütz- oder Bewegungsapparat sowie in der Mund- und Kieferchirurgie und bei Operationen am Gehörapparat können bisherige mechanische Operationswerkzeuge durch die vorgeschlagene Vorrichtung ersetzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung in schematischer Darstellung;
2 ein Beispiel für die Durchführung eines Schnittes mit der vorgeschlagenen Vorrichtung; und
3 ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Vorrichtung mit einem Gelenkspiegelarm zwischen Laser und handgeführtem Bearbeitungskopf.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die 1 und 2 zeigen beispielhaft das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine gepulste Laserstrahlquelle 1 erzeugt einen Laserstrahl 2, der über eine Strahlführung 3 einem handführbaren Bearbeitungskopf 19 – im Folgenden auch Handstück genannt – zugeleitet wird. Die Strahlführung 3 ist beispielsweise ein Gelenkspiegelarm oder eine Faseroptik.
Im Handstück 19 gelangt der Laserstrahl 4 über zwei Ablenkelemente 8, 5 zu einer Positioniereinheit 10, die den Laserstrahl in zwei Raumrichtungen (x- und y-Richtung, siehe Koordinatensystem 18 in 1) ablenkt und die Fokuslage des Laserstrahls (in z-Richtung) bestimmt. Der abgelenkte und in seiner Fokuslage beeinflusste Laserstrahl 11 wird über ein Ablenkelement 12 und eine Fokussierlinse 23 durch ein Fenster 24 in einem Tubus 19' geführt und erreicht den Wechselwirkungs- bzw. Bearbeitungsort 14 am Feststoff 15 als Bearbeitungsstrahl 13.
Im Feststoff 15 erzeugt der Laserstrahl eine Schnittfuge 16, die in 1 im Längsschnitt parallel zur x-Richtung dargestellt ist. Die y-Koordinate zeigt senkrecht zur Schnittfuge, die z-Koordinate zeigt in das Material hinein.
Der zu trennende Feststoff habe eine Dicke d 21. Im Einwirkbereich des gepulsten Laserstrahls wird eine Schnitttiefe d_s erzeugt, wobei gilt: d_s ≤ d (1)
Die Schnitttiefe ist also stets kleiner oder gleich groß wie die Dicke des plattenförmigen Feststoffs am Bearbeitungsort 14. Vorzugsweise wird d_s d gewählt, so dass eine Restdicke 22 verbleibt: d_r = d – d_s > 0.
Diese Restdicke wird mit einer koaxial zum gepulsten Laserstrahl geführten Messstrahlung inline, d. h. während des Abtragsprozesses, gemessen. Dazu wird der Messstrahl 7 z. B. eines OCT-Sensors 6 über das auch als Strahlvereiniger wirkende Element 5 mit dem Ablativnslaserstrahl 9 überlagert und der Positioniereinheit 10 zugeführt. Nach dem Austritt aus der Positioniereinheit 10 wird dieser Messstrahl zusammen mit dem Laserstrahl 11 über das Ablenkelement 12, die Fokussieroptik 23 und das Fenster 24 schließlich durch den Tubus 19' auf den Bearbeitungsort 14 gerichtet. Das rückgestreute Licht der Messstrahlung läuft antiparallel zum einfallenden Strahl über den gleichen Weg wieder zurück bis zum OCT-Sensor 6 wie durch die Doppelpfeile auf diesem Strahlpfad (13, 11, 9 und 7) angedeutet ist.
Der OCT-Sensor 6 bestimmt die Restdicke d_r 22. Vorzugsweise wird die Restdicke während des Materialabtrags gemessen. Das gewonnene Signal der Restdicke wird für die Steuerung der Laserstrahlquelle 1 und der Positioniereinheit 10 verwendet, um eine definierte Größe der Restdicke zu erzielen.
Mit dem Tubus 19' verbunden ist ein Schaft 20, der durch die bereits erzeugte Schnittfuge 16 auf die Unterseite des Feststoffs 15 reicht (siehe 1). Am Ende des Schafts befindet sich eine Platte 20'. Schaft 20 und Platte 20' sind so am Tubus 19' montiert, dass die Platte 20' sich unterhalb der gedachten Verlängerung des Bearbeitungsstrahls 13 befindet. Beispielsweise hat die Platte 20' kreisförmige Gestalt und steht senkrecht auf dem Schaft 20. Der Schaftquerschnitt ist so gewählt, dass seine größte Abmessung kleiner ist als die Schnittfugenbreite. Auf diese Weise kann er mit dem Handstück 19 in der bereits erzeugten Schnittfuge 16 bewegt werden. Alternativ kann die Platte 20' z. B. zur Bearbeitung stark gekrümmter Flächen – wie in der Wirbelsäulenchirurgie – entfallen.
Der Bediener bewegt manuell das Handstück 19 mit dem Tubus 19' und dem damit verbundenen Schaft 20 in x-Richtung. Handstück und Tubus stehen näherungsweise senkrecht auf der Oberfläche des Feststoffs 15. Der Schaft ermöglicht eine laterale Führung des Handstücks (Einschränkung des Bewegungsspielraums in y-Richtung am Ort des Schafts 20).
Weiterhin gibt der Schaft 20 dem Bediener eine haptische Rückkopplung. Mit dem Schaft 20 kann der Bediener ein Stück des Feststoffs, das zuvor mit dem gepulsten Laserstahl bis auf die Restdicke abgetragen wurde, durch mechanische Einwirkung mit dem Schaft herauslösen. Die dafür erforderliche Kraft hängt von den werkstofflichen Eigenschaften des Feststoffs und der Größe der Restdicke ab. Das mechanisch abgelöste oder abgebrochene Stückchen wird über das strömende Fluid aus der Wechselwirkungszone getragen.
Das Fluid wird über eine Düse 19''', auch als Effusionsdüse bezeichnet, sowie im vorliegenden Beispiel zusätzlich über eine Anordnung mehrerer weiterer Düsen 19'' (Düsenkranz) am oder im Tubus 19' in den Wechselwirkungsbereich eingeströmt. Aus dem Düsenkranz strömt das Fluid in Richtung unteres Ende des Tubus 19' und hält abgetragende Partikel vom Fenster 24 fern sowie den Strahlpropagationsweg zwischen dem Fenster 24 und dem Bearbeitungs- bzw. Wechselwirkungsort 14 frei. Die Effusionsdüse 19''' ist mit ihrem Austrittsende möglichst nahe am Wechselwirkungsbereich angeordnet. Aus dieser Düse wird das Fluid mit großer lokaler Strömungsgeschwindigkeit auf den Bearbeitungsort 14 gerichtet. Dadurch wird die lokale Austauschrate im Wechselwirkungsbereich weiter erhöht und damit die Abtragseffizienz gesteigert.
Der Abtrags- und Messvorgang wird vorzugsweise im Fluid durchgeführt, so dass beispielsweise das Innere des Tubus 19' bis zum optischen Fenster 24 und Teile der Schnittfuge 16 insbesondere im Bereich des Bearbeitungsortes 14 vollständig mit dem Fluid gefüllt sind. Als Fluid kommen insbesondere wässrige Lösungen, wie z. B. destilliertes Wasser, Kochsalzlösungen etc. in Betracht. Durch die Anordnung des Fensters 24 im unteren Bereich des Tubus 19' wird das Fluidvolumen zwischen dem Fenster 24 und dem Feststoff 15 minimiert und damit ein schnellerer Fluidaustausch (Volumeneinheit pro Zeiteinheit) erzielt. Letzteres ist wiederum für eine hohe Abtragseffizienz und zur Vermeidung von thermischen Schädigungen des Feststoffs wichtig.
Die Wellenlänge des Ablationslasers 1 ist so gewählt, dass sie im Fluid, wie z. B. in einer wässrigen Lösung, nur eine geringe Absorption aufweist. Für wässrige Lösungen wird vorzugsweise eine Wellenlänge im grünen Spektralbereich gewählt, wie z. B. die verdoppelte Grundschwingung eines Nd:YAG Lasers bei 532 nm.
Das Emissionsspektrum der Strahlquelle des OCT-Sensors 5 wird so gewählt, dass einerseits das Fluid mit geringer Absorption durchdrungen wird und andererseits die Restdicke des Feststoffs vermessen werden kann. Das heißt, dass die Messstrahlung zumindest z. B. in der Lage sein muss, den Feststoff im Bereich der Restdicke zu durchdringen und somit ein OCT-Signal sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite zu gewinnen. Beispielsweise beträgt die Restdicke eines Schädelknochens 1 μm bis 1 mm.
Ist der Feststoff 15 ein Hartgewebe, wie z. B. ein Knochen, wird ein Schwerpunkt des Emissionsspektrums der Strahlquelle des OCT-Sensors im Bereich von 700 bis 1100 nm gewählt. Beispielsweise wird eine Superlumineszenzdiode mit einer maximalen Emission bei 905 nm gewählt.
Die optischen Komponenten 5, 10, 12, 23, 24 sind so beschaffen, dass sie sowohl die Wellenlänge des Ablationslasers 1 als auch die Wellenlänge des OCT-Sensors 6 hinreichend reflektieren oder transmittieren.
Die Positioniereinheit 10 enthält vorzugsweise zwei 2D-Scannerspiegel. Unter einem 2D-Scannerspiegel wird ein Spiegel verstanden, der in zwei Raumrichtungen (zweidimensional = 2D) abgelenkt werden kann. Alternativ können einer oder beide 2D-Scannerspiegel durch zwei 1D-Scannerspiegel ersetzt werden. Einer der beiden 2D-Scannerspiegel wird zur kontinuierlichen Führung des Laserstrahls zum Materialabtrag über die zu bearbeitende Oberfläche in zwei Dimensionen verwendet. Der zweite 2D-Scannerspiegel in der Positioniereinheit 10 wird zur dynamischen Strahllagekorrektur verwendet und dient dazu, die Zitterbewegungen des Bedieners bei der manuellen Führung des Handstücks 19 auszugleichen.
In einer anderen Ausführungsform können beide Aufgaben – kontinuierliche Strahlführung und dynamische Strahllagekorrektur – von einem einzigen 2D-Scannerspiegel übernommen werden.
Die Positioniereinheit 10 enthält neben den Scannerspiegeln noch eine Verstelleinheit für die axiale Lage (z-Richtung in 1) des Laserfokus im Bearbeitungsraum. Diese Verstelleinheit wird z. B. mit einer Teleskopoptik ausgeführt, die bspw. motorisch verstellbar sein kann.
Für die dynamische Strahllagekorrektur wird der Feststoff innerhalb des Bereichs der dem Feststoff zugewandten Öffnung des Tubus 19' mit einer Kamera 17 koaxial beobachtet. Dazu wird der Wechselwirkungsbereich 14 mit einer – in 1 nicht dargestellten – Strahlquelle beleuchtet, deren Licht an der Oberfläche des Feststoffs und der Schnittfuge gestreut und zur Bildgebung verwendet wird. Dabei können sowohl Hellfeld- als auch Dunkelfeldbeleuchtungsanordnungen verwendet werden.
Die Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlquelle und ihre Bestrahlungsstärke sind so gewählt, dass trotz der durch den Laserabtrag bedingten breitbandigen Plasmastrahlung am Wechselwirkungsort ein auswertbares Bild der Abtragsszenerie und ihrer Umgebung aufgenommen werden kann. Vorzugsweise wird eine schmalbandige Laserstrahlquelle für die Beleuchtung verwendet, z. B. mit der Wellenlänge 808 nm. Vor der Kamera 17 befindet sich ein Filterelement 17', das die Beleuchtungswellenlänge transmittiert und die Störstrahlung des Plasmaeigenleuchtens des Abtragsprozesses als auch die Streustrahlung des Ablationslaserlichts und des OCT-Messstrahls weitgehend unterdrückt. Als Beleuchtungsstrahlquelle wird vorzugsweise eine Laserdiode im Emissionsbereich zwischen 600 nm und 1000 nm gewählt, wie z. B. bei 808 nm.
2 illustriert das Verfahren zur Erzeugung handgeführter Laserschnitte in plattenförmigen oder gekrümmten Feststoffen. In den Feststoff 15 wird mit herkömmlichen Methoden eine Zugangsöffnung 25 erstellt, z. B. durch einen Bohrer. Der Durchmesser dieser Durchgangsbohrung ist so gewählt, dass die Platte 20' am Schaft 20 des Handstücks 19 durchgeführt werden kann.
Der Bediener hat zuvor die gewünschte Schnittkontur 26 auf dem Feststoff 15 markiert oder in seiner Vorstellung festgelegt. Nun führt der Bediener das Handstück 19 in der Richtung 27 entlang der Markierung oder gemäß seiner Vorstellung der Schnittkontur 26. Aufgrund der manuellen Führung und der endlichen Breite der Markierung kann er dies nur mit begrenzter Genauigkeit durchführen.
Eie Recheneinheit und ein Programm (Bildverarbeitungsalgorithmus) werten kontinuierlich die Daten der Kamera 17 und des – z. B. OCT-Sensors 6 – aus. Die Kameradaten werden für ein Verfolgen (Tracking) von Merkmalen der Feststoffoberfläche, der Markierung – sofern vorhanden – und der erzeugten Schnittgeometrie verwendet. Aus dem Tracking werden Steuersignale für den dynamischen 2D-Scanner in der Positioniereinheit 10 abgeleitet, so dass trotz einer Zitterbewegung bei der manuellen Führung des Handstücks 19 der Ablationslaserstrahl auf die Schnittfuge geführt wird und eine optimale Abtragsrate (Volumen des abgetragenen Feststoffs pro Zeiteinheit) und Abtragsgeometrie erzielt wird. Eine optimale Abtragsrate wird erzielt, wenn der Laserstrahl mit einer definierten Scanbewegung (in x- und y-Richtung, siehe 1) im Bereich der zu erzeugenden Schnittfuge bewegt wird.
Die beschriebene Kompensation ist nur innerhalb eines begrenzten Fangbereichs möglich. Wird die Grenze des Fangbereichs erreicht, so erzeugt die Recheneinheit eine Signalisierung – z. B. durch Leuchtzeichen oder Signaltöne am Handstück oder den zugehörigen Peripheriegeräten – so dass der Bediener erkennt, dass die Grenze des Fangbereichs erreicht ist. In diesem Fall wird die Laserablation unterbrachen.
Vorzugsweise wird die Signalisierung so gestaltet, dass der Bediener erfährt, in welcher Richtung er das Handstück bewegen muss, um wieder in den Fangbereich zu gelangen. Ist das Handstück wieder im Fangbereich, wird der Abtragsprozess fortgesetzt.
Die OCT-Messungen oder andere optische Messverfahren erfassen die Restdicke. Wird ein zuvor definierter Schwellwert für die Restdicke erreicht oder unterschritten, so wird der Abtragsprozess an dieser Stelle abgebrochen. Eine Signalisierung zeigt dem Bediener an, dass er ein gedünntes Stückchen mit dem Schaft 20 herauslösen kann.
Alternativ kann der Feststoff komplett durchtrennt werden. Dies ist z. B. bei nicht-klinischen Applikationen möglich.
Das Handstück ist durch Schutzeinrichtungen so gestaltet, dass für den Bediener ein Lasersystem der Klasse 1 vorliegt. Dazu wird der Tubus 19' am dem Feststoff zugewandten Ende mit einer flexiblen Muffe versehen, die den Austritt gestreuter Laserstrahlung aus dem Wechselwirkungsbereich verhindert. Der Durchtritt der Laserstrahlung auf die Rückseite des Feststoffs wird einerseits dadurch verhindert, dass der Abtrag nur bis auf eine endliche Restdicke erfolgt und andererseits durch die Platte 20' blockiert wird.
Für den Ablationslaser wird vorzugsweise ein Pikosekundenlaser verwendet. Dieser arbeitet mit Pulsfrequenzen zwischen 1 kHz und 1000 MHz, bei mittleren Leistungen von 1 W bis 1000 W. Die Pulsdauer beträgt < 500 ps. Alternativ werden Nanosekunden- oder Femtosekunden-Pulse verwendet.
3 zeigt ein Beispiel für eine Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung mit einem Gelenkspiegelarm als Strahlführung 3 zwischen einem stationären Teil 28 der Vorrichtung und dem handgeführten Bearbeitungskopf 19. Eine derartige Ausgestaltung bietet sich für eine Anwendung in der Kraniotomie an, wie dies in der Figur angedeutet ist. In dem stationären Teil 28 der Vorrichtung befinden sich der Laser sowie die Bildauswerte- und Steuereinrichtung, die über entsprechende, ebenfalls im oder am Gelenkspiegelarm geführte Kabel mit den entsprechenden Komponenten des handgeführten Bearbeitungskopfes 19 verbunden sind.
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das zugehörige Verfahren ermöglichen die Erzeugung präziser schmaler Schnitte in Feststoffen mit einem handgeführten Bearbeitungskopf und geeigneter Bearbeitungsstrahlung, insbesondere gepulster Laserstrahlung. Durch Nutzung eines Tubus mit einem darüber hinaus stehenden Schaft wird eine haptische Kopplung durch Abtrag bis auf eine definierte Restdicke und manuelles Herauslösen des gedünnten Feststoffteils mit dem Schaft ermöglicht. Der Abtrag erfolgt vorzugsweise in einer strömenden Flüssigkeit zum Abtransport des abgetragenen Materials und zur Vermeidung thermischer Schädigungen am Feststoff. Mit der Vorrichtung werden mechanische Drehimpulseinwirkungen auf den Feststoff vermieden, wie sie beispielsweise beim Fräsen auftreten. Damit sinken bei medizinischen Anwendungen die dadurch bedingten Verletzungsrisiken für einen Patienten. Die Vorrichtung bietet Schutz vor Durchdringung des Feststoffs mit der ablatierten Laserstrahlung durch das Restdickenprinzip und eine zusätzliche Platte, so dass eine Laserklasse 1 erreichbar ist. Der Abtrag der Feststoffe erfolgt ohne die Bewegung träger Massen, so dass sich der Abtragprozess auch instantan beenden lässt. Im Falle klinischer Anwendungen wird mit der Vorrichtung eine erhöhte Operationssicherheit bei reduzierten Verletzungsgefahren erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Gepulste Laserstrahlquelle
2: Laserstrahl
3: Strahlführung
4: Laserstrahl
5: Ablenkelement, Strahlvereiniger
6: OCT-Sensor
7: Messstrahl
8: Ablenkelement
9: Laserstrahl
10: Positioniereinheit
11: Laserstrahl
12: Ablenkelement
13: Bearbeitungs- bzw. Ablationsstrahl
14: Bearbeitungsort
15: Feststoff
16: Schnittfuge
17: Kamera
17': Filter
18: Koordinatensystem
19: handgeführter Bearbeitungskopf
19': Tubus
19'': Düsenkranz
19''': Düse
20: Schaft
20': Platte
21: Dicke d
22: Restdicke d_r
23: Fokussierlinse
24: Fenster
25: Zugangsöffnung
26: gewünschte Schnittkontur
27: Schnittrichtung
28: stationärer Teil der Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

C. Schmid, „Handgeführte Lasermaterialbearbeitung mit Faserlasern” in „http://www.bias.de/Events/Archive/Faserlaserseminar/Vo rtraege/6 Schmid.pdf” [0002]

Claims

Vorrichtung zum Schneiden oder Trennen von Feststoffen durch Materialabtrag, mit – einem handführbaren Bearbeitungskopf (19), in dem ein Bearbeitungsstrahl (13) über eine dynamische Strahlablenkeinheit (10) durch eine Strahlaustrittsöffnung geführt wird, durch die der Bearbeitungsstrahl (13) mit dem Bearbeitungskopf (19) auf einen Bearbeitungsort (14) auf einem Feststoff (15) gerichtet werden kann, – eine in oder an dem Bearbeitungskopf (19) angeordnete Bilderfassungseinheit (17), mit der während einer Bearbeitung kontinuierlich Bilder eines den Bearbeitungsort (14) umfassenden Bereiches des Feststoffes (15) aufgenommen werden, und – einer Bildauswerte- und Steuereinheit, die aus den Bildern eine Fehlbewegung bei einer manuellen Führung des Bearbeitungskopfes (19) ermittelt und die dynamische Strahlablenkeinheit (10) zu einer Strahllagekorrektur ansteuert, mit der die Fehlbewegung zumindest teilweise kompensiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie eine Zitterbewegung bei der manuellen Führung des Bearbeitungskopfes (19) erkennt und die dynamische Strahlablenkeinheit (10) so ansteuert, dass die Zitterbewegung durch die Strahllagekorrektur zumindest teilweise kompensiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie einen Verlauf einer Schnittmarkierung auf dem Feststoff (15) erkennt und die Strahllagekorrektur so durchführt, dass der Bearbeitungsstrahl (13) der Schnittmarkierung auf dem Feststoff (15) folgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie eine Richtung der jeweils momentan auszuführenden Schnittkontur durch eine momentane Drehlage des Bearbeitungskopfes (19) um die Achse des Bearbeitungsstrahls (13) oder eine dazu parallele Achse in Bezug auf den Feststoff (15) erkennt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie bei Erreichen eines maximal möglichen Korrekturwertes der Strahllagekorrektur ein für einen Bediener erkennbares Signal abgibt und die Bearbeitung unterbricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Düse (19'', 19''') am handführbaren Bearbeitungskopf (19) angeordnet ist, über die der Bearbeitungsort (14) während der Bearbeitung mit einer Fluidströmung beaufschlagbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlaustrittsöffnung an einem Ende eines Tubus (19') ausgebildet ist, der den Bearbeitungsstrahl (13) auf dem Weg zum Bearbeitungsort (14) abschirmt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Strahlaustrittsöffnung ein Schaft (20) über den Tubus (19') hinausragt, der starr mit dem Tubus verbunden und so ausgebildet ist, dass er sich in eine durch die Bearbeitung erzeugte Schnittfuge (16) am Feststoff (15) einführen lässt und dadurch eine laterale Führung des Tubus (19') während der Bearbeitung ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem dem Tubus (19') gegenüberliegenden Ende des Schafts (20) ein plattenförmiges Element (20') angebracht ist, das die durch den Tubus (19') verlaufende Achse des Bearbeitungsstrahls (13) schneidet.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildauswerte- und Steuereinheit so ausgebildet ist, dass sie eine Richtung der jeweils momentan auszuführenden Schnittkontur aus einer Krafteinwirkung auf den Schaft (20) durch eine vom Bediener ausgeführte Vorschubbewegung erkennt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem handführbaren Bearbeitungskopf (19) eine Messeinrichtung (6) angeordnet ist, die während der Bearbeitung eine Restschichtdicke (22) des Feststoffs (15) am Bearbeitungsort (14) misst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (6) so ausgebildet ist, dass sie bei Erreichen einer Soll-Restschichtdicke oder bei einer vollständigen Durchtrennung des Feststoffs (15) ein für einen Bediener erkennbares Signal abgibt und/oder die Bearbeitung unterbricht.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (6) einen OCT-Sensor umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Strahlablenkeinheit (10) mindestens eine 2D-Scaneinheit umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungseinheit (17) so angeordnet ist, dass die Bilder des den Bearbeitungsart (14) umfassenden Bereiches des Feststoffs (15) koaxial zum Bearbeitungsstrahl (13) aufgenommen werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen außerhalb des handführbaren Bearbeitungskopfes (19) angeordneten Laser (1) zur Erzeugung eines Laserstrahls (2) als Bearbeitungsstrahl aufweist, wobei der Laserstrahl (2) über eine biegsame oder gelenkige Strahlführungseinrichtung (3) in den Bearbeitungskopf (19) geführt wird.
verfahren zum Schneiden oder Trennen von Feststoffen durch Materialabtrag, bei dem ein Bearbeitungsstrahl (13) mit einem handgeführten Bearbeitungskopf (19), in dem der Bearbeitungsstrahl über eine dynamische Strahlablenkeinheit (10) durch eine Strahlaustrittsöffnung gelenkt wird, auf einen Bearbeitungsort (14) auf einem Feststoff (15) gerichtet wird, wobei durch eine in oder an dem Bearbeitungskopf (19) angeordnete Bilderfassungseinheit (17) während einer Bearbeitung kontinuierlich Bilder eines den Bearbeitungsort (14) umfassenden Bereiches des Feststoffs (15) aufgenommen werden, aus den Bildern eine Fehlbewegung bei der manuellen Führung des Bearbeitungskopfes (19) ermittelt und die dynamische Strahlablenkeinheit (10) zu einer Strahllagekorrektur angesteuert wird, mit der die Fehlbewegung zumindest teilweise kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsort (14) während der Bearbeitung mit einer Fluidströmung beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein handgeführter Bearbeitungskopf (19) eingesetzt wird, bei dem die Strahlaustrittsöffnung an einem Ende eines Tubus (19') ausgebildet ist, der den Bearbeitungsstrahl (13) auf dem Weg zum Bearbeitungsort (14) abschirmt.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein handgeführter Bearbeitungskopf (19) eingesetzt wird, bei dem die Strahlaustrittsöffnung an einem Ende eines Tubus (19') ausgebildet ist, der den Bearbeitungsstrahl (13) auf dem Weg zum Bearbeitungsort (14) abschirmt, wobei im Bereich der Strahlaustrittsöffnung ein Schaft (20) über den Tubus (19') hinausragt, der starr mit dem Tubus verbunden ist, und dass der Schaft (20) in eine durch die Bearbeitung erzeugte Schnittfuge (16) am Feststoff (15) eingeführt und während der Bearbeitung in der Schnittfuge (16) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Bearbeitungsart (14) während der Bearbeitung durch den Tubus (19') hindurch mit einer Flüssigkeitsströmung beaufschlagt wird, so dass sich der Tubus (19') zumindest teilweise mit der Flüssigkeit füllt und die Bearbeitung in der Flüssigkeit erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass während der Bearbeitung über eine am oder im Bearbeitungskopf (19) angeordnete Messeinrichtung (6) eine Restschichtdicke (22) des Feststoffs (15) am Bearbeitungsort (14) gemessen und bei Erreichen einer Soll-Restschichtdicke oder bei einer vollständigen Durchtrennung des Feststoffs (15) ein für einen Bediener erkennbares Signal abgegeben und/oder die Bearbeitung automatisch unterbrochen wird.