CN112204444A - 射束扩展器和用于操作射束扩展器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射束扩展器(100)，该射束扩展器具有带有光入射开口(107)和光出射开口(109)的接纳管(105)。此外，该射束扩展器(100)包括至少一个光学单元(112)，该光学单元沿运动方向(117)可运动地布置在该接纳管(105)的光入射开口(107)与光出射开口(109)之间的射束路径中以便改变经由该光入射开口(107)输入的射束集束(110)的直径。该射束扩展器(100)还包括：与该光学单元(112)联接的引导单元(120)，该引导单元用于在该接纳管(105)中引导该光学单元(112)；以及与该引导单元(120)机械联接的线性驱动器联接单元(125)，以便将驱动元件(127)的运动或转动耦合和/或转换成该引导单元(120)的运动。

Description

射束扩展器和用于操作射束扩展器的方法

技术领域

本发明涉及一种射束扩展器、以及一种用于操作射束扩展器的方法。

背景技术

射束扩展器，也被称为“扩束器(Beam Expander)”，增大或者减小光束的、例如激光束的直径。由此，射束扩展器使得光学系统的各种元件可以彼此适配。因此例如在激光器的输出端处的激光束直径可以适配在物镜的输入端所需的直径。此类射束扩展器主要用在激光材料加工中。

透镜系统的最优化的光轴是功能良好的光学系统的基础。在安装射束扩展器时，射束扩展器应受到正确地调整，即在理想情况下位于光轴上。另外，使用者还应了解，在从射束扩展器出射之后的射束品质是否仍然正常。

发明内容

在此背景下，本发明提供一种经改进的射束扩展器、以及一种用于操作射束扩展器的经改进的方法。由以下说明中得出有利的构型。

在本发明中，提出一种射束扩展器，该射束扩展器具有以下特征：

-带有光入射开口和光出射开口的接纳管；

-至少一个光学单元，该光学单元沿运动方向可运动地布置在该接纳管的光入射开口与光出射开口之间的射束路径中以便改变经由该光入射开口输入的射束集束的直径；

-与该光学单元联接的引导单元，该引导单元用于在该接纳管中引导该光学单元；以及

-与该引导单元机械联接的线性驱动器联接单元，以便将驱动元件的运动或转动耦合和/或转换成该引导单元的运动。

接纳管可以被理解为柱体，该光学单元可运动地被安装在该柱体中。光学单元可以被理解为(例如透明的)诸如透镜或棱镜的射束成形元件，该射束成形元件例如被接纳在固持单元或者壳体单元中并且在其中被引导。然而，该光学单元例如还可以包含多个诸如透镜或棱镜的部件。该光学单元在此沿运动方向可运动地被安装在该接纳管中。引导单元可以被理解为同步件或轴颈，该同步件或轴颈连接该光学单元与该线性驱动器联接单元，从而将该线性驱动器联接单元的优选沿运动方向进行的运动传递给该光学单元，从而使得该光学单元同样沿该运动方向运动。在此，运动方向可以被理解为光学元件、引导单元或线性驱动器联接单元的例如沿着或者平行于运动轴线的一维运动可能性，其中能够实现沿第一方向并且随后沿与该第一方向相反的第二方向的这种运动。因此，运动方向表示如下运动轴线，光学单元、引导单元和/或线性驱动器联接单元能够在该运动轴线上运动或者与该运动轴线平行地运动。

在此提出的方案基于如下认识，即：当光学单元通过线性驱动器联接单元的作用借助于引导单元在运动方向上沿运动方向可运动地被安装在接纳管中时，射束扩展器可以在技术上非常简单地、成本有效地且精确工作地被制造。在此，能够使用具有非关键的公差要求的可广泛使用的部件，这些部件使得能够以较高性价比制造在此提出的射束扩展器。

特别有利的是在此提出的方案的实施方式，其中该线性驱动器联接单元具有彼此间隔开的至少两个螺母，这些螺母与作为驱动元件的螺纹杆相联接或者能够相联接，和/或这些螺母被设计为用于在作为驱动元件的该螺纹杆转动时促使该引导单元线性运动。在此提出的方案的这种实施方式提供如下优点：在螺纹杆作为驱动该线性驱动器联接单元或者使其运动的驱动元件转动时，使该线性驱动器联接单元的倾斜保持得尽可能小，这是因为通过彼此间隔开的螺母可以使该线性驱动器联接单元的运动方向与转轴轴线的偏差最小化。

尤其，根据另一个实施方式，该线性驱动器联接单元的该至少两个螺母可以大体上旋转固定地、角度固定地和/或相对于彼此不可运动地相连接或者被固定。这种实施方式提供如下优点：可以将螺纹杆的与螺母处于接合的区段选择得非常长且尽可能无间隙，由此可以沿着该转轴轴线进一步使该线性驱动器联接单元的间隙最小化。

当光学单元和线性驱动器联接单元和/或引导单元能够大体上沿运动方向运动时，可以特别精确配合地实现在此提出的方案的实施方式。于是能够有利地使光学单元和线性驱动器联接单元和/或引导单元尽可能小地横向运动或者尽可能小地运动。通过这种方式，可以尽可能防止或者至少最小化该光学单元的射束轴线从该运动方向的倾斜。

此外，有利的是，在此提出的方案的实施方式，其中该引导单元这样与该线性驱动器联接单元相联接，以防止该线性驱动器联接单元围绕该驱动元件旋转或者转动。为此，例如可以使该引导单元与该线性驱动器联接单元产生接合或者反之亦然。在此提出的方案的这种实施方式提供如下优点：避免或者减小该线性驱动器联接单元与该引导单元之间的倾斜，从而使得可以尽可能精确地沿运动方向或者运动方向引导该引导单元，以便尽可能地避免射束扩展器的这两个部件之间的间隙。

根据另一个实施方式，该引导单元可以具有至少部分沿该引导单元的运动方向延伸的至少一个杆以及弹簧，该弹簧在或者能够在该杆的端部与该线性驱动器联接单元之间被张紧。在此，该杆例如可以被定向成大体上平行于该光学元件的运动轴线。在此提出的方案的这种实施方式提供如下优点：使该引导单元相对于运动方向或者运动轴线略微倾斜，以便由此提供对引导单元相对于光学单元的预加载。通过这种方式可以使该光学单元在运动经过该接纳管时的间隙最小化。

此外，根据一个特定的实施方式，可以设置有另外的弹簧，该另外的弹簧在该杆的与该杆的那个端部相反的另外的端部与该线性驱动器联接单元之间被张紧或者能够被张紧，尤其其中用于将该引导单元的运动传递到该光学单元上的引导轴颈在该端部与该另外的端部之间接合到该杆中。这种实施方式提供如下优点：可以引入在全部两个可能的运动方向上沿运动轴线将该引导单元预加载到该光学单元上，使得由此可以尽可能无间隙地或精确配合地设计光学单元沿前进方向和后退方向的运动。

此外，根据另一个实施方式，该弹簧和/或该另外的弹簧可以沿横向于该运动方向、尤其垂直于运动方向被定向的方向能够被张紧或者被张紧。这种实施方式提供如下优点：能够以较小的构造空间为该引导单元提供期望的预加载，其中由该弹簧和/或该另外的弹簧所施加的力可以借助弹簧悬架的非常简单的技术手段从期望的方向被提供。

此外，可以设想在此提出的方案的实施方式，其中该杆至少部分地具有L形，和/或其中该弹簧和/或该另外的弹簧能够被紧固或者被紧固在该杆的横向地、尤其垂直地从该运动方向延伸远离的区域中。在此提出的方案的这种实施方式提供了用于在技术上简单地实现对引导单元实施预加载的另外的可能性。

如果该光学单元具有布置在管状的透镜载体中的至少一个透镜和/或棱镜，那么可以特别无间隙地使光学单元沿运动轴线在运动方向上在接纳管中运动。特别地，管状的透镜载体在运动轴线的方向上的长度可以是透镜或棱镜的宽度的至少两倍、尤其至少五倍。

此外，作为用于操作根据在此提出的变体的射束扩展器的方法，在此提出的方案的实施方式是有利的，其中该方法具有以下步骤：

-使该驱动元件运动或者使其转动，以促使该引导元件或该光学单元沿运动方向运动。

这种实施方式提供如下优点：光学元件特别无间隙地或者精确配合地在接纳管中运动。

此外，根据另一个实施方式，在该运动的步骤中，可以促使该驱动元件的转动或者运动逆转，以便将该光学单元带入到期望的位置。这种实施方式提供如下优点：当尽可能总是从(单个)侧接近该光学单元的(期望的)位置时，通过逆转该驱动元件的转动或运动可以进一步减小剩余间隙误差的影响。

在此提出的方案还提供了一种控制装置，该控制装置被设计为以便以对应的装置来执行、操控或者实现在此提出的方法的变体的步骤。通过本发明的呈控制装置形式的这个实施变体还可以快速且高效地实现本发明的基本目的。

为此，该控制装置可以具有：用于处理信号或数据的至少一个计算单元；用于存储信号或数据的至少一个存储元件；通向传感器或执行器的至少一个接口，该至少一个接口用于读入传感器的传感器信号或者用于将控制信号输出给执行器；和/或用于读入或者输出被嵌入通信协议中的数据的至少一个通信接口。该计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中该存储元件可以是闪存存储器、EEPROM或者磁性存储元件。该通信接口可以被设计为用于无线和/或有线地读入或者输出数据，其中可以读入或者输出有线的数据的通信接口例如能够电学地或光学地从对应的数据传输导线读入这些数据或者将这些数据输出到对应的数据传输导线中。

在此，控制装置可以被理解为处理传感器信号并且取决于此输出控制信号和/或数据信号的电气设备。控制装置可以具有接口，该接口可以是硬件方式和/或软件方式设计的。在硬件方式设计的情况下，这些接口例如可以是包含该控制装置的各种不同功能的所谓系统ASIC的一部分。然而还可行的是，该接口是自有的集成电路或者至少部分由分立的构造元件组成。在软件方式设计的情况下，这些接口可以是例如与其他软件模块一起存在于微控制器上的软件模块。

有利的还有一种计算机程序产品或具有程序代码的计算机程序，该程序代码可以存储在机器可读载体或存储介质(如半导体存储器、硬盘存储器或光存储器)上并且尤其当该程序产品或程序在计算机或设备上实施时用于执行、实现和/或操控根据上述实施方式之一的方法的一个步骤或多个步骤。

附图说明

以下借助附图示例性地详细描述本发明。

在附图中：

图1以截面图示示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图；

图2示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的驱动部分的示意图；

图3以俯视图示出图1的根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图；

图4以截面图示示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的驱动和联接部分的示意图；

图5以具有透明壳体的3D视图示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图；

图6示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图，其中在没有壳体的情况下详细地描绘了联接位置；

图7示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图，其中以截面图示详细地展示了联接位置；

图8示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图，其中展示了限位开关；

图9以具有接口构件且没有壳体的3D视图示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器的示意图；以及

图10示出本发明实施例的流程图作为用于操作射束扩展器的方法。

具体实施方法

所描述的并且在附图中所示的实施例仅是示例性选择的。不同的实施例可以完全或者在单独特征方面彼此组合。还可以通过另外的实施例的特征来补充一个实施例。

为了将我们的手动致动的、可变的扩束器变成可成本有效地制造的、可电控的物镜，应有利地使用较少的、有利的部件。该物镜自身不一定需要是新开发的。

图1以截面图示示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图。射束扩展器100在此包括带有光入射开口107和光出射开口109的接纳管105(该接纳管也可以被称为壳体管并且例如可以被设计为柱形的管)。通过光入射开口107，激光束110(或者激光束110的射束集束)的光例如可以从(图1中出于清楚的原因而未明确展示的)激光单元被入射到接纳管105中并且被输送给光学单元112，该光学单元例如作为针对激光110的射束成形器或者射束扩展单元而起作用。光学单元112例如包括作为光学有效元件的一个(或者多个)透镜113，这些透镜被固持在光学单元112的管状的透镜载体114中或者穿过该管状的透镜载体被固持。透镜113例如可以被设计为散射透镜，其中在图1中展示了两个透镜113，以便根据期望的光学失真或偏转来使激光束110或激光束110的射束集束变形。此外，光学单元112沿运动方向117可运动地被布置在运动轴线115上，其中运动方向117可以包括前进运动和后退运动。

此外，光学单元112借助于引导单元120与线性驱动器联接单元125机械联接。现在如果(在图1中出于清楚的原因而未展示的)电动机使作为线性驱动器的部件的驱动元件127(例如螺纹杆或者马达转轴)转动或者运动，那么同样地线性驱动器联接单元125由于接合到驱动元件127中而进行运动。在此，驱动元件127可以有利地沿平行于运动轴线115的方向被定向，从而使得在驱动元件127转动时使线性驱动器联接单元125同样沿运动方向117运动，然而在与运动轴线115平行的轴线上运动。

为了在驱动元件127转动或运动时促使线性驱动器联接单元125进行这种运动，线性驱动器联接单元125有利地具有两个(转轴)螺母130，这些螺母是彼此间隔开的并且在不同部位或位置处与作为驱动元件127的螺纹杆产生接合。通过(转轴)螺母130的彼此间隔开的布置，可以实现使线性驱动器联接单元125尽可能平行地沿驱动元件127的延伸轴线运动，从而使得在线性驱动器联接单元125运动时驱动元件127与线性驱动器联接单元125之间的间隙或倾斜可以保持得尽可能得小，如下文还将详细阐述。为了实现两个(转轴)螺母130的这种间隔开的布置或定位，使用中间件132，在该中间件的相反的端部上各自紧固有(转轴)螺母130中的一个(转轴)螺母。同时通过这个中间件132还可以实现使两个(转轴)螺母130相对于彼此防扭转；因此，同样可以实现使线性驱动器联接单元125与驱动元件127之间的间隙减小。

现在线性驱动器联接单元125借助于一个或多个接触杆135机械地与引导单元120相连接，其中接触杆135与中间件132(例如与中间件132中的孔)产生接合。由此，同样可以实现尽可能无间隙地或至少精确配合地将线性驱动器联接单元125的运动传递到引导单元120上。特别地，在图1中展示了这样的实施例，在该实施例中设置有两个接触杆135，在这两个接触杆之间引导作为引导单元120的传递元件137的柱形的螺栓，该螺栓自身接合在(作为销夹座或者螺栓夹座的)引导轴颈139中，该引导轴颈进而与光学单元112的孔产生接合，以便在引导单元120运动时将这个运动传递到光学单元112上。此外，引导轴颈139被引导穿过接纳管105的长孔形的开口140并且可以沿运动方向117在这个开口140中运动。为了使在将引导单元120的运动传递到光学单元112上时所引起的间隙尽可能得小，引导轴颈139可以直接被拧接到光学单元112的对应的孔中或者以其他方式被固定，使得可以将引导单元120的运动直接传递到光学单元112上。在此，引导轴颈139有利地大体上横向(尤其垂直)于运动方向117或者运动轴线115被定向。有利地，引导轴颈139还可以在透镜载体114的端部处接合到这个透镜载体中，这是因为由此引导单元120的下文还将详细描述的期望的倾斜作用具有尽可能大的效果。

为了实现使光学单元112在接纳管105中沿运动轴线115尽可能无间隙地或者至少精确配合地运动，光学单元112被施加预加载，这种预加载通过使引导单元120相对于线性驱动器联接单元125与光学单元112之间的轴线或距离略微倾斜来实现。由此可以实现，通过使光学单元112的光轴不再严格地平行于运动轴线115延伸，使得透镜载体114的边缘例如贴靠接纳管105并且在光学单元112运动时沿着运动轴线115沿接纳管105滑动。这促使光学单元112与接纳管105之间的间隙减小。

现在，引导单元120的倾斜通过杆150的布置来实现，该杆被固定在引导单元120上并且在该杆的端部上钩挂有至少一个弹簧155。杆150大体上平行于运动轴线115地被定向(如果弹簧155并没有钩挂在杆150的端部上)并且被布置在接纳管105的与光学单元112相反的一侧上。杆150在此被设计成使得杆150的接合有弹簧155的端部被布置成与引导轴颈130或传递元件137相距一定的距离，从而使得通过由弹簧155引入的力和杆作用来实现引导单元120的倾斜。

根据图1所展示的实施例，杆150还具有L形的区段，使得杆150的钩挂有弹簧155的端部并不位于杆150的大体上平行于运动轴线115定向的那部分上。此外，弹簧155在杆150的以上已经描述的端部与固定元件160之间被张紧，该固定元件不可运动地被紧固在线性驱动器联接单元125上，例如被安置在中间体132上。

附加地，在(与弹簧155接合到杆150中的端部相反的)另外的端部上，杆150还可以同样具有用于另外的弹簧155'的接合点。在此，这个另外的弹簧155'例如可以被紧固在另外的固定元件160'上，该另外的固定元件被固定在线性驱动器联接单元125上。于是，引导轴颈139例如可以位于这两个端部之间。通过这种方式，在线性驱动器联接单元125前进运动和后退运动时可以对引导单元120或光学单元112施以预加载(这种预加载例如在沿前进方向和沿后退方向运动时是不同的)，于是这种预加载对减小或者避免光学单元112与接纳管105之间的间隙产生有利影响。通过这种措施例如同样可以实现：可以总是从同一侧接近光学单元112的期望位置，从而确保在调节光学单元112或使其运动之后该间隙保持不变，而与光学单元112沿运动方向117的期望位置前方的区域中或者光学单元112沿运动方向117的期望位置后方的区域中的、尽可能不同的间隙范围无关。

弹簧155和/或另外的弹簧155'例如可以被设计为螺旋弹簧。

此外，激光110或由激光束110形成的射束集束可以在通过接纳管105的光出射开口109之后透射过一个或多个另外的光学部件165(例如透镜)。此外，激光110或由激光束110形成的射束集束可以在其通过光入射开口107进入到接纳管105之前就已经透射过一个或多个光学部件170。在图1中，激光110在通过光入射开口107进入之前就已经透射的这样的光学部件170可以是与光学单元112连同引导单元120类似的单元，其中与线性驱动器联接单元125类似的单元出于清楚的原因在图1中未详细展示。

图2以放大的图示示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的驱动部分的示意图。在此，进而可以从图2看到，(多个)接触杆135如何接合在传递元件137周围，以使引导单元120在驱动元件127运动时在开口1410中运动。弹簧155和155'横向于、尤其垂直于运动方向117被张紧，从而可以实现引导单元120的倾斜，这种倾斜自身再次促使光学单元112与接纳管105之间的间隙减小。

图3以俯视图示出图1的根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图。可以看到具有螺母103的线性驱动器联接单元125以及引导单元120的部件，特别是弹簧155和155'以及固定元件160和160'。还可以看到电动机300，该电动机驱动驱动元件127或者可以使该驱动元件旋转，以使线性驱动器联接单元125线性地运动。同样可以看到位于另外的部件170中的、与线性驱动器联接单元125相对应的单元，该另外的部件可以使另外的光学单元运动，如其在图1的图示中的右侧所描绘的。

图4以截面图示示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的驱动和联接部分的示意图。在图4中例如示意性地展示了电动机300，该电动机被设计成用于使驱动元件127(在此为螺纹杆)旋转或转动，以促使线性驱动器联接单元125进行线性运动。从图4的截面图示中同样可以看到：(多个)螺母130角度固定地、即扭转固定地互相连接或者与中间件132相连接，在此例如通过螺母130与中间件132之间的螺栓连接件410。通过这种方式可以非常高效地防止或者至少减小驱动元件127与螺母对130之间的间隙。

通常关于机动化的扩束器的类别可以实施的是：这些扩束器在大多数情况下以专门结构来实施或者被实施为用于可手动调节的扩束器的升级装备。为此目的，通常使用转动式的驱动器。旋转运动在此藉由螺纹被转换成线性运动。螺纹可以位于马达轴上或者位于透镜轴线上。迄今为止已经以不同方式实现了马达与可z向调节的透镜之间的精确且几乎没有副作用的联接，然而通常并没有令人满意地实现。在“附加”解决方案中，齿轮传动装置或皮带传动装置确保在其他自由度解耦的情况下进行转动式的联接。因为该螺纹具有较大的外直径，所以可以提供足够大的力矩以便能够使该螺纹可靠地运动。对透镜定中心通过遵守公差链来实现。这个实施方式在材料成本及工作耗费上是廉价的，然而运动更缓慢且有磨损。

以此为基础的问题的一个方面，即，使用带有有间隙的螺母的步进马达，以使有间隙的、在Z方向上可调节的物镜部件(即与图1所示的运动轴线115对应的可运动的部件)运动，在第一次试验中导致在进行这种运动时产生较大的逆转间隙(最大达0.5mm)并且偶尔导致激光束110的射束轴线出现肉眼可见的摆动(射束指向误差)。

在针对以上所述问题的一些可能的解决方案中使用平稳运行的精密引导件。马达转轴以明确限定地解耦的方式连接到线性工作台。由于该公差链相当长，因此可以假定：除了较昂贵的部件外，在对所有透镜进行定中心装配时还需要更多的手工作业。

可以从不同的方面看出在此提出的方案与已知方案的区别：例如，对透镜进行定中心可以藉由机制公差来实现，然而螺纹转轴是单独地安置的，使得在较长的使用寿命期间实现较大的速度，然而可以省去额外的、公差严格的部件。

通过在此提出的方案相比于已知方案的多种改变实现了足够好的引导。根据各个实施例，这些改变涉及了以下方面：

(1)每个螺纹转轴127使用两个螺母130；

(2)螺母130相对于彼此进行预加载；

(3)螺母组130与透镜组或光学单元112进行静态确定的接触；

(4)透镜组或光学单元112与其引导件或引导单元120进行经限定的预加载，和/或；

(5)从单侧接近光学单元112在接纳管105中的目标位置。

借助在此所提出的措施中的一个或多个措施可以在透镜上实现5μm的单步宽度，其中可能仅需要略微增大材料使用。

为了能够实现上述方面，例如可以提供线性驱动器，该线性驱动器包括以下部件，其中根据需要还可以两倍地实施这个线性驱动器，如这例如在图1、图3或图4中已经通过另外的部件170所示出的。这种线性驱动器例如可以具有以下元件：

(1)例如与图3或图4的电动机300相对应的步进马达(例如在几何形状实施方式NEMA 8中)；

(2)被整合在该步进马达中的作为驱动元件127的螺纹转轴(例如在实施方式TR5x1中)；

(3)在该螺纹转轴上前进的螺母130(例如在由塑料或替代性地由黄铜制成的实施方式TR 5x1中，其中这种组件的成本估计可能是非常低的)；

(4)扩束器，例如在实施方式1x-8x中，该实施方式具有沿Z方向被引导的透镜(在“柱体中引导柱体”，例如呈在图1中所示的、在接纳管中引导光学单元的形式)。

由此可以实现的名义上的全步分辨率

为例如5μm，并且对于具有成本有效且可广泛使用的构件的扩束器100而言，这可以被认为是非常精确的。

然而，在螺纹转轴螺母和透镜夹座引导管的成对部分上经常出现寄生间隙。借助在此提出的方案可以产生线性运动，在该线性运动中可以利用全步分辨率。

对该射束扩展器的部件的布置和用于操作这种射束扩展器的方法能够实现产生由明显有公差的部件形成的所需的透镜轴线，然而这些部件非常好地适用于所提出的用途。

通过在此提出的方案，在从步进马达300转动到光学单元112的透镜移位的传递链中设置三个可运动的接触位置：在螺母130与螺纹转轴127之间、在螺母130与销139或透镜夹座或透镜载体114上的引导单元120之间、或者在透镜夹座或透镜载体114与作为接纳管105的壳体管之间。这些接触位置中的每个接触位置均可以通过其他方式方法来影响运动的正确传递。主要的误差影响是在松动的接触位置上产生的逆转间隙以及由于马达300和转轴127的运行误差的传播而引起的射束指向变化。较小的逆转间隙可以通过硬联接来实现，较小的运行误差传播通过软联接来实现。相互矛盾的要求需要多种不同的应对措施，以减弱干扰的影响。

作为这些应对措施中的第一应对措施，可以根据在此提出的方案来增大螺母长度和/或提供螺纹预加载。转轴螺纹127与螺母螺纹130之间的间隙对允许螺母130沿着转轴轴线127的位置偏离以及转轴127的轴线与螺母130的轴线之间的倾斜。

在螺母130与转轴127之间的配合对给定的情况下，如果将螺纹转轴127的与(多个)螺母130处于接合的螺纹件选择得较长，那么倾斜变得较小。这在此通过串联地使用两个螺母130来实现，这些螺母角度固定地、即扭转固定地(例如与图1对应地通过中间件132)相互连接。这两个螺母130相互连接成使得可以选择其沿着柱体轴线的距离。在装配时，将这个距离选择成使得沿Z方向(即在运动方向117上)的间隙减小到运行所需的比例。

增大(多个)螺母130的支撑长度，其方式为使用两个子螺纹件作为具有可选距离(该距离可以通过中间件132来设定)的两个螺母130。根据在此提出的方案的一个方面，因此能够使用两个可用的螺母130，这些螺母能够以被限定在共用的载体或中间件312中的方式被夹紧。

螺母130或多个螺母130与引导单元120的控制销或引导轴颈139(该控制销或该引导轴颈与该透镜夹座相连接)之间的接触位置应尽可能准确地沿移位方向(即或者运动方向117)是固定的，同时防止螺母130转动，然而应使所有其他自由度保持开放状态，从而使得转轴127在马达的轴承中的摆动不会引起一级错误。这是通过受弹簧力加载的两个单点接触部来实现的，从而使得部件的位置受限定地保持在被锁定的自由度的两个作用方向上。

该接触部在Z方向(即在运动方向117上)存在于作为接触杆135的柱销(其属于螺母130或者属于线性驱动器联接单元125)与作为传递元件137的柱销或引导轴颈139或柱形螺栓头部(其属于引导单元120)之间，并且与作为光学单元112的运动的透镜夹座机械联接。螺母130的转动藉由螺母130中的作为传递元件135的同一柱销被锁定，该柱销在透镜夹座组件或光学单元112上找到优选点状地作用的第二支撑点。这个第二支撑点垂直于第一接触点。

对接触点的预紧可以彼此独立地借助两个垂直于彼此的弹簧155或者155'来设定或者使用单独的、成对角线作用的弹簧155。在这种情况下，藉由弹簧155的安装角度来执行对预紧力的分配。

因此提出这样的方案，在该方案中接触部在Z方向上(即在运动方向117上)在作为接触杆135的销(右侧)与作为传递元件137的柱形螺栓头部之间产生并且借助弹簧155被预紧。销或接触杆135并不贴靠左侧。(这仅在超出行进路径的错误情况下才生效。)

如上所述，还可以设定对柱体的预加载。透镜的可Z向移位的夹座(即光学单元112)在作为接纳管105的壳体管中被引导。因此，可以容易地、磨损少且精确地实现，应藉由所参与的柱面的直径来调节较小的间隙。这个(所需的)间隙在进行单侧的、交替的力引入时促使透镜夹座或透镜载体114倾斜。透镜倾斜并且还可以侧向地移位。透镜中心于是位于光轴外。激光束110的方向在此发生变化。这个射束指向误差可能影响使用。

当该夹座被施加有力矩时，该夹座的倾斜减小，从而使被引导的柱体作为透镜载体114在单侧贴靠管柱体105。这个力矩在此通过以下方式生成，即在该夹座的销处安置杆150，该杆被施加有弹簧155或155'中的一个弹簧的弹簧力。

因此，提出这样的方案，在该方案中垂直的弹簧155'将力矩带入到(多个)螺母130中，该螺母使作为接触杆135的转动式定位销压靠杆150的一部分(参见下文，接触位置)。杆150中的力引入点同时生成力矩，该力矩使光学单元112的被设计为左侧透镜的引导柱体的透镜载体114可重现地贴靠到管柱体/接纳管105中并且因此在运动方向逆转时减小倾斜。

此外，有利之处在于用于使光学单元112移位的专门操控。因此，以上所提到的措施促使该传递链中的逆转间隙最小化。还可以观察到5至15μm的较小的剩余逆转间隙。然而，当总是从一侧接近(多个)透镜或光学单元112的位置时，可以进一步减小这个剩余误差的影响。如果这些透镜来自“错误的方向”，那么这些透镜可能越过指定位置并且于是缩回一些马达步进。只要这仅是单独的(在此例如3个)马达步进，那么定位时间只稍微延长。

对光学单元112的运动的控制或操控可以与专门的操控装置相联接。操控装置可以被理解为处理传感器信号并且取决于这些传感器信号输出控制信号和/或数据信号的电气设备。操控装置可以具有接口，该接口可以是硬件方式和/或软件方式设计的。在硬件方式形成的情况下，这些接口例如可以是包含该设备的各种不同功能的所谓系统ASIC的一部分。然而还可行的是，该接口是自有的集成电路或者至少部分由分立的构造元件组成。在软件方式设计的情况下，这些接口可以是例如与其他软件模块一起存在于微控制器上的软件模块。

图5以具有透明壳体500的3D视图示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图。壳体500可以例如是挤压壳体。同样可以看到引导单元120，该引导单元在此现在部分地被设计为包围接纳管105的环。现在为了能够识别出引导单元120的准确位置，例如设置有电路板510，该电路板配备有霍尔传感器，以便能够在作为金属环的引导单元120的实施方式中识别出这个引导单元120相对于在图5中未明确展示的运动轴线的位置。在图5中还设置有用于驱动器(例如电动机300)和/或传感器的固持件520。电动机300例如可以由布置在电路板530上的控制单元来操控。最后，在图5中还可以看到用于将壳体500壳体紧固在另外的载体上的凸缘540和用于改变诸如透镜的光学部件的设定单元550，这些光学部件在光路上被布置在接纳管105的光出射开口之后。

图6示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图，其中在没有壳体的情况下详细地描绘了联接位置。在此，进而可以看到引导单元120，该引导单元现在被设计为环形的并且在下端具有带有磁体的滑动销600，该滑动销然后例如可以藉由电路板510的霍尔传感器被引导，以便识别出引导单元120的准确位置。还可以看到用于将力从一个/多个螺母130传递到镜筒或光学单元上的杆150，该光学单元自身出于清楚的原因未在图6中明确指出。还可以看到接触杆135，这些接触杆被设计为柱形的销并且用作同步件或止挡件。

图7示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图，其中以截面图示详细地展示了联接位置。在此，在分图7A中进而可以看到引导单元120和线性驱动器联接单元125连同弹簧155和155'，该线性驱动器联接单元对引导单元120或光学单元112施以预加载，其中这个光学单元112被设计为具有滑动镜头的镜筒并且借助于引导单元120的销139被带动。从分图7A中还示出具有两个螺母130以及中间件132的线性驱动器联接单元125。

在分图7B中展示了穿过根据本发明实施例的线性驱动器联接单元125和引导单元120的一部分的截面图示。可以看到，穿过线性驱动器联接单元125的截面在中间件132的区域中实现，其中还展示了，接触杆135穿过孔被引导穿过中间件132。接触杆135还可以相对于水平线以一定的角度(例如3°)在螺纹杆127与杆150的距离之间被定向，这抵抗接触杆135与杆150之间的夹持。中间件132还可以通过夹紧不松动地安装的螺母130来固持(该螺母被设计到螺栓连接件710上)，从而使得螺母130之间不需要存在与作为驱动元件127的螺纹杆的接触，原因在于螺母130藉由作为夹具的这个螺栓连接件710被固持在一起。

图8示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图，其中在底视图中可以看到例如位于电路板510上的限位开关800。在此，在环形设计的引导单元120的下端布置有开关引脚，在到达最大偏转的位置(即引导单元120不再能够在一定的运动方向上进一步运动的位置)时，该开关引脚以机械方式形成对应的接触并且因此输出对应的限位信号，以便可以发出引导单元120仅仍在另一个运动方向上运动的信号。

图9以具有接口构件且没有壳体的3D视图示出根据本发明实施例的(机动化的)射束扩展器100的示意图。展示了带有位于SM2螺纹上的根据客户期望的孔图的前凸缘910、和带有ANYBUS的LP-BEX-M接口920、以及用于借助MICOS固持件接纳的适配器环930

还示例性地展示了用于固定在OWIS导轨系统或MICOS导轨系统上的、具有夹紧直径

的MICOS固持件940、以及用于径向夹紧的、具有直径

的柱体950，在该柱体中可以实现围绕Li3的取向。

图10示出本发明实施例的流程图作为用于操作根据在此提出的变体的射束扩展器的方法1000，其中方法1000具有如下步骤1010：使驱动元件运动或者转动，以促使引导元件或光学单元沿运动方向运动。

此外，可以重复以及以与所描述的不同的顺序来实施本发明的方法步骤。

如果一个实施例在第一特征与第二特征之间包括“和/或”的连词，则应理解为，该实施例根据一个实施方式具有第一特征和第二特征并且根据一个另外的实施方式仅具有第一特征或者仅具有第二特征。

Claims (15)

1.一种射束扩展器(100)，具有以下特征：

-带有光入射开口(107)和光出射开口(109)的接纳管(105)；

-至少一个光学单元(112)，该光学单元沿运动方向(117)可运动地布置在该接纳管(105)的光入射开口(107)与光出射开口(109)之间的射束路径中以便改变经由该光入射开口(107)输入的射束集束(110)的直径；

-与该光学单元(112)联接的引导单元(120)，该引导单元用于在该接纳管(105)中引导该光学单元(112)；以及

-与该引导单元(120)机械联接的线性驱动器联接单元(125)，以便将驱动元件(127)的运动或转动耦合和/或转换成该引导单元(120)的运动。

2.根据权利要求1所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该线性驱动器联接单元(125)具有彼此间隔开的至少两个螺母(130)，这些螺母与作为驱动元件(127)的螺纹杆相联接或者能够相联接，和/或这些螺母被设计为用于在作为驱动元件(127)的该螺纹杆转动时促使该引导单元(120)线性运动。

3.根据权利要求2所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该线性驱动器联接单元(125)的该至少两个螺母(130)大体上旋转固定地、角度固定地和/或相对于彼此不可运动地相连接或者被固定。

4.根据前述权利要求之一所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该光学单元和该线性驱动器联接单元和/或该引导单元是能够大体上沿该运动方向运动的。

5.根据前述权利要求之一所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该引导单元(120)以防止该线性驱动器联接单元围绕该驱动元件(127)旋转或者转动的方式与该线性驱动器联接单元(125)相联接。

6.根据前述权利要求之一所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该引导单元(120)具有至少部分地沿该引导单元(120)的运动方向(117)延伸的至少一个杆(150)以及弹簧(155)，该弹簧在该杆(150)的端部与该线性驱动器联接单元(125)之间被张紧或者能够被张紧。

7.根据权利要求6所述的射束扩展器(100)，其特征在于还包括另外的弹簧(155')，该另外的弹簧在该杆(150)的与该杆(150)的所述端部相反的另外的端部与该线性驱动器联接单元(125)之间被张紧或者能够被张紧，其中用于将该引导单元(120)的运动传递到该光学单元(112)上的引导轴颈(139)在该端部与该另外的端部之间接合到该杆(150)中。

8.根据权利要求6或7之一所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该弹簧和/或该另外的弹簧沿横向于该运动方向、尤其垂直于运动方向被定向的方向能够被张紧或者被张紧。

9.根据权利要求6至8之一所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该杆(150)至少部分地具有L形，和/或其中该弹簧(155)和/或该另外的弹簧(155')能够被紧固或者被紧固在该杆(150)的横向地、尤其垂直地从该运动方向延伸远离的区域中。

10.根据前述权利要求之一所述的射束扩展器(100)，其特征在于，该光学单元(112)具有至少一个透镜(113)，该至少一个透镜被布置在管状的透镜载体(114)中。

11.一种用于操作根据前述权利要求1至10之一所述的射束扩展器(100)的方法(1000)，其中该方法(1000)具有以下步骤：

-使该驱动元件运动或者使其转动(1010)，以促使该引导元件或该光学单元沿运动方向运动。

12.根据权利要求11所述的方法(1000)，其特征在于，在该运动的步骤(1010)中，促使该驱动元件(127)的转动或者运动逆转，以便将该光学单元(112)带入到期望的位置。

13.一种控制装置，该控制装置被配置成用于在对应单元中实施和/或操控根据前述权利要求之一所述的该方法(1000)的步骤。

14.一种计算机程序，该计算机程序被配置成用于实施和/或操控根据前述权利要求之一所述的方法的步骤。

15.一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有根据权利要求14所述的计算机程序。

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