DE102012016788A1

DE102012016788A1 - Polygon type laser scanner used in material processing field, has deflecting mirror whose mirror surface is three-dimensionally shaped such that laser beam is periodically guided along single or multiple curved scanning paths

Info

Publication number: DE102012016788A1
Application number: DE201210016788
Authority: DE
Inventors: Christoph Franz; Felix Schmitt
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2014-02-27

Abstract

The scanner has a rotary propelled deflecting mirror (7) through which an incident laser beam (4) is guided periodically along a scanning path (10) in a machining plane. The mirror surface (8) of the deflecting mirror is three-dimensionally shaped such that the laser beam is periodically guided along the single or multiple curved scanning paths. The deflecting mirror is disc or cylindrical-shaped. The mirror surface is a free-form surface. The mirror surface has the curvature which changes periodically in the direction of rotation.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laserscanner mit einem rotatorisch angetriebenen Umlenkspiegel, durch den ein auftreffender Laserstrahl periodisch entlang einer Abtastbahn in einer Bearbeitungsebene geführt wird. Die Erfindung betrifft auch die Ausgestaltung des Umlenkspiegels eines derartigen Laserscanners.The present invention relates to a laser scanner with a rotationally driven deflection mirror, through which an incident laser beam is guided periodically along a scanning path in a working plane. The invention also relates to the design of the deflection mirror of such a laser scanner.

Bei Materialbearbeitungsverfahren mit Laserstrahlung werden für die Führung der Laserstrahlung unter anderem auch Scannersysteme mit beweglichen Spiegeln eingesetzt, auch als Galvanometerscanner bezeichnet. Diese Spiegel lenken die Strahlung so über das Werkstück, dass der gewünschte Bearbeitungspfad mit der gewünschten Geschwindigkeit mit dem Laserstrahl abgetastet wird. Dieses Verfahren findet in nahezu allen Materialbearbeitungsverfahren der Lasertechnik Anwendungsmöglichkeiten. Die Bewegung erfolgt dabei nicht mehr rein linear, sondern wird mit einer weiteren Bewegungsart überlagert. Dadurch wird der jeweilige Bearbeitungsort mehrfach mit dem Laserstrahl durchfahren (Ortsmodulation), was je nach Parametrisierung Vorteile für die Prozessführung mit sich bringt. Zur örtlichen Modulation der Laserleistung werden in einigen Anwendungsfällen die Umlenkspiegel mit sehr hoher Frequenz so bewegt, dass mit dem Laserstrahl geschlossene Konturen wie bspw. Lissajous-Figuren periodisch abgetastet werden.In material processing methods with laser radiation scanner systems with movable mirrors are also used for guiding the laser radiation, also referred to as galvanometer scanner. These mirrors direct the radiation over the workpiece so that the desired processing path is scanned at the desired speed with the laser beam. This method finds application possibilities in almost all material processing methods of laser technology. The movement is no longer purely linear, but is superimposed with another type of movement. As a result, the respective processing location is repeatedly traversed by the laser beam (spatial modulation), which, depending on the parameterization, brings advantages for the process control. For local modulation of the laser power, the deflecting mirrors are moved at very high frequency in some applications so that closed contours such as, for example, Lissajous figures are scanned periodically with the laser beam.

Stand der TechnikState of the art

Eine periodische Ablenkung der Laserstrahlung in einem Laserscanner, um dadurch den Laserstrahl mehrfach in kurzer Zeit über einen Bearbeitungsort zu führen, kann bspw. durch Rotation eines sog. Polygonspiegels erfolgen. Ein derartiger Polygonspiegel weist n Spiegelflächen auf, die in Form eines Polygons angeordnet sind. Dies ist schematisch in der Querschnittsdarstellung eines derartigen Polygonspiegels in 1 zu erkennen. In dieser Figur ist der Polygonspiegel 1 mit neun Spiegelflächen 2 dargestellt. Die Spiegelflächen 2 sind auf der Mantelfläche eines zylinderförmigen Spiegelkörpers ausgebildet. Der Polygonspiegel 1 wird mit Hilfe eines Motors mit sehr hoher Drehzahl um die Rotationsachse 3 in rotatorische Bewegung versetzt und lenkt dabei den auftreffenden Laserstrahl 4 so ab, dass er je Umdrehung n-fach eine geradlinige Bahn 5 in der Bearbeitungsebene abtastet. Allerdings lässt sich mit einem derartigen Polygonspiegel der Laserstrahl lediglich auf geradlinigen Bahnen führen.A periodic deflection of the laser radiation in a laser scanner, in order thereby to guide the laser beam multiply in a short time over a processing location, can take place, for example, by rotation of a so-called polygon mirror. Such a polygon mirror has n mirror surfaces, which are arranged in the form of a polygon. This is schematically illustrated in the cross-sectional view of such a polygon mirror in FIG 1 to recognize. In this figure is the polygon mirror 1 with nine mirror surfaces 2 shown. The mirror surfaces 2 are formed on the lateral surface of a cylindrical mirror body. The polygon mirror 1 is driven by a very high speed motor around the axis of rotation 3 set in rotational motion and thereby directs the incident laser beam 4 so that he turns every n-fold a straight line 5 scans in the working plane. However, with such a polygon mirror, the laser beam can only lead on straight tracks.

Für die periodische Erzeugung einer einfach oder mehrfach gekrümmten Abtastbahn werden derzeit Galvanometerscanner eingesetzt. Diese bestehen in der Regel aus zwei um senkrecht zueinander angeordnete Rotationsachsen kippbaren Spiegelelementen, die jeweils getrennt angetrieben werden. Durch geeignete Ansteuerung lässt sich dadurch der eintreffende Laserstrahl auf beliebig gekrümmten Abtastbahnen führen. Aufgrund physikalischer Grenzen können mit derartigen Galvanometerscannern allerdings keine ausreichend hohen Frequenzen einer periodischen Abtastung erzielt werden, wie sie für höhere Prozessgeschwindigkeiten in der Materialbearbeitung benötigt werden.Galvanometer scanners are currently used for the periodic generation of a single or multiple curved scanning path. These usually consist of two mirror elements which can be tilted about mutually perpendicular axes of rotation, which are each driven separately. By suitable control can thereby lead the incoming laser beam on arbitrarily curved scanning paths. However, due to physical limitations, such galvanometer scanners can not achieve sufficiently high periodic scan frequencies as are needed for higher process speeds in material processing.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen Laserscanner anzugeben, der eine Umlenkung bzw. Führung eines Laserstrahls periodisch entlang einer gekrümmten Abtastbahn mit hoher Frequenz ermöglicht.The object of the present invention is to provide a laser scanner which allows a deflection or guiding a laser beam periodically along a curved scanning path with high frequency.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Laserscanner gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Patentanspruch 9 gibt einen zur Verwendung in dem Laserscanner speziell ausgebildeten Umlenkspiegel an. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Laserscanners sowie des Umlenkspiegels sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The object is achieved with the laser scanner according to claim 1. Claim 9 indicates a specifically designed for use in the laser scanner deflection mirror. Advantageous embodiments of the laser scanner and the deflecting mirror are the subject of the dependent claims or can be found in the following description and the embodiments.

Der vorgeschlagene Laserscanner weist einen rotatorisch angetriebenen Umlenkspiegel auf, durch den ein auftreffender Laserstrahl periodisch entlang einer Abtastbahn in der Bearbeitungsebene geführt wird. Unter einem rotatorisch angetriebenen Umlenkspiegel ist hierbei ein Spiegel zu verstehen, der während des Betriebs des Laserscanners mehrere vollständige Umdrehungen um eine Rotationsachse ausführt, die durch ein Zentrum des Spiegelkörpers verläuft. Die Spiegelfläche dieses Umlenkspiegels ist so dreidimensional geformt, dass der Laserstrahl aufgrund der Rotation periodisch auf einer einfach oder mehrfach gekrümmten Abtastbahn geführt wird. Bei der Spiegelfläche handelt es sich dabei vorzugsweise um eine Freiformfläche.The proposed laser scanner has a rotationally driven deflection mirror, through which an incident laser beam is periodically guided along a scanning path in the working plane. A rotationally driven deflecting mirror here is to be understood as meaning a mirror which, during the operation of the laser scanner, executes several complete revolutions about an axis of rotation which runs through a center of the mirror body. The mirror surface of this deflecting mirror is shaped in such a way that the laser beam is periodically guided on a single or multiple curved scanning path due to the rotation. The mirror surface is preferably a free-form surface.

Der vorgeschlagene Laserscanner weist daher in ähnlicher Weise wie ein Polygonscanner einen rotatorisch angetriebenen Umlenkspiegel auf. Der Umlenkspiegel ist jedoch nicht aus ebenen Spiegelflächen zusammengesetzt, sondern weist eine durchgehende oder mehrere zusammengesetzte Spiegelflächen auf, die nicht eben sondern gekrümmt geformt sind. Die Spiegelfläche(n) sind so geformt, dass ein auftreffender Laserstrahl, der die Fläche unter einem bestimmten Winkel trifft, bei der Rotation des Spiegels auf die gewünschte einfach oder mehrfach gekrümmte Bewegungs- bzw. Abtastbahn, d. h. eine zweidimensionale Abtastbahn, abgelenkt wird. Durch entsprechende Ausgestaltung der dreidimensionalen Form der Spiegelfläche(n) können dadurch unterschiedliche Konturen wie bspw. Kreise, 8-förmige Konturen oder ähnliches periodisch als Abtastbahn erzeugt werden. Die erzeugte Kontur ist durch die Oberflächenkrümmungen der Spiegelfläche(n) des vorgeschlagenen Umlenkspiegels bzw. Laserscanners festgelegt.The proposed laser scanner therefore has, in a manner similar to a polygon scanner, a rotationally driven deflecting mirror. However, the deflecting mirror is not composed of flat mirror surfaces, but has a continuous or more composite mirror surfaces that are not flat but curved shaped. The mirror surface (s) are shaped such that an incident laser beam which strikes the surface at a certain angle is deflected during the rotation of the mirror to the desired single or multiple curved scanning path, ie a two-dimensional scanning path. By appropriate design of the Three-dimensional shape of the mirror surface (s) can thereby different contours such as, circles, 8-shaped contours or the like are generated periodically as a scanning path. The generated contour is determined by the surface curvatures of the mirror surface (s) of the proposed deflection mirror or laser scanner.

Mit dem vorgeschlagenen Laserscanner und dem zugehörigen Umlenkspiegel lassen sich sehr hohe örtliche Modulationsfrequenzen wie auch bei einem Polygonscanner erzeugen. Der vorgeschlagene Laserscanner ermöglicht im Gegensatz zu einem Polygonscanner jedoch die Erzeugung beliebig zweidimensional geformter periodischer Abtastbahnen. Weiterhin ermöglicht die vorgeschlagene Ausgestaltung des Laserscanners auch sehr vorteilhaft einen Betrieb mit hoher Laserleistung, da die Spiegelfläche des Umlenkspiegels unempfindlich gegenüber hohen Strahlungsintensitäten ausgebildet werden kann.With the proposed laser scanner and the associated deflection mirror can be very high local modulation frequencies as well as produce a polygon scanner. However, in contrast to a polygon scanner, the proposed laser scanner allows the generation of arbitrarily two-dimensionally shaped periodic scanning paths. Furthermore, the proposed embodiment of the laser scanner also very advantageously allows operation with high laser power, since the mirror surface of the deflection mirror can be made insensitive to high radiation intensities.

Vorzugsweise weist der Umlenkspiegel einen scheiben- oder zylinderförmigen Körper auf, durch dessen Mantelfläche die Spiegelfläche gebildet ist. Durch die Rotationssymmetrie eines derartigen Körpers kann dieser mit hoher Geschwindigkeit um seine Rotationsachse angetrieben werden. Eine eventuelle Unwucht aufgrund der besonderen Form der Spiegelfläche lässt sich durch Vorsehen oder Anbringen zusätzlichen Materials oder Entfernen von Material an den Stirnseiten des scheiben- oder zylinderförmigen Körpers korrigieren. Dies kann notwendig sein, wenn sehr hohe Drehzahlen bei der Rotation des Umlenkspiegels erreicht werden sollen.Preferably, the deflection mirror has a disk-shaped or cylindrical body, through the lateral surface of which the mirror surface is formed. Due to the rotational symmetry of such a body, it can be driven at high speed about its axis of rotation. A possible imbalance due to the particular shape of the mirror surface can be corrected by providing or attaching additional material or removing material on the end faces of the disc or cylindrical body. This may be necessary if very high speeds are to be achieved during the rotation of the deflection mirror.

Die geeignete dreidimensional geformte Spiegelfläche des Umlenkspiegels lässt sich bspw. durch eine Fräsbearbeitung eines entsprechenden scheiben- oder zylinderförmigen Körpers erzeugen. Derartige Fräsbearbeitungen lassen sich heutzutage mit sehr hoher Präzision bspw. mit einer Fünf-Achs-Fräsmaschine durchführen, deren Präzision für die vorliegende Anwendung ausreichend ist. Die auf diese Weise erzeugte dreidimensional geformte Mantelfläche wird anschließend geeignet poliert, bspw. mittels Laserpolieren, und anschließend mit einer geeigneten reflektiven Beschichtung versehen.The suitable three-dimensionally shaped mirror surface of the deflecting mirror can be produced, for example, by milling of a corresponding disk-shaped or cylindrical body. Such milling operations can nowadays be carried out with very high precision, for example with a five-axis milling machine whose precision is sufficient for the present application. The three-dimensionally shaped lateral surface produced in this way is then suitably polished, for example by means of laser polishing, and then provided with a suitable reflective coating.

Durch geeignete Wahl der dreidimensionalen Form der Spiegelfläche des Umlenkspiegels kann in gewissen Grenzen auch eine 3D-Bearbeitung am Werkstück oder eine Strahlformung (z. B. Fokussierung) des Laserstrahls erreicht werden. Durch ausreichend große Höhenunterschiede der unterschiedlichen Bereiche der Spiegelfläche wird der Fokus des Laserstrahls im Bereich der Bearbeitungsebene verschoben, wodurch die gewünschte 3D-Bearbeitung erreicht werden kann. Weiterhin ist es möglich, die Fokussieroptik für den Laserstrahl entsprechend in Strahlrichtung mit einem Antrieb verstellbar zu gestalten, so dass auch dadurch eine entsprechende Verschiebung des Fokus erreicht werden kann. Diese Technik lässt sich auch nutzen, um bspw. eine unerwünschte periodische Verschiebung des Fokus aufgrund der Form der Spiegelfläche während der Rotation des Umlenkspiegels zu kompensieren. Die Fokussieroptik wird dabei synchron zur Rotation des Umlenkspiegels bewegt.By suitable choice of the three-dimensional shape of the mirror surface of the deflecting mirror, 3D machining on the workpiece or beam shaping (eg focusing) of the laser beam can be achieved within certain limits. By sufficiently large height differences of the different areas of the mirror surface of the focus of the laser beam is moved in the working plane, whereby the desired 3D processing can be achieved. Furthermore, it is possible to make the focusing optics for the laser beam correspondingly adjustable in the beam direction with a drive, so that a corresponding shift of the focus can also be achieved thereby. This technique can also be used, for example, to compensate for an undesired periodic shift of the focus due to the shape of the mirror surface during the rotation of the deflection mirror. The focusing optics is thereby moved synchronously with the rotation of the deflection mirror.

Der vorgeschlagene Laserscanner lässt sich in allen Anwendungen einsetzen, bei denen ein Laserstrahl periodisch auf einer einfach oder mehrfach gekrümmten Abtastbahn in einer Bearbeitungsebene geführt werden soll. Dies betrifft vor allem Anwendungsgebiete in der Materialbearbeitung mit Laserstrahlung. Ein derartiger Laserscanner lässt sich dabei bspw. beim Abtragen, Löten, Schweißen oder Strukturieren von Werkstücken bzw. Werkstückmaterial einsetzen. Ähnliche Bearbeitungsverfahren finden sich auch in der Medizintechnik, in der der vorgeschlagene Laserscanner ebenfalls eingesetzt werden kann. Der Laserscanner lässt sich natürlich auch in anderen Bereichen bspw. in Gebieten der Messtechnik einsetzen, in denen ein zu vermessender Bereich mit Laserstrahlung abgetastet werden muss. In typischen Anwendungen wird der vorgeschlagene Laserscanner dabei von einem übergeordneten Achssystem über das Werkstück bewegt, um die für die Bearbeitung größerer Bereiche erforderliche Makrobewegung zu ermöglichen.The proposed laser scanner can be used in all applications in which a laser beam is to be guided periodically on a single or multiple curved scanning path in a working plane. This applies above all to areas of application in material processing with laser radiation. Such a laser scanner can be used, for example, in the removal, soldering, welding or structuring of workpieces or workpiece material. Similar processing methods can also be found in medical technology, in which the proposed laser scanner can also be used. Of course, the laser scanner can also be used in other areas, for example in areas of metrology, in which a region to be measured has to be scanned with laser radiation. In typical applications, the proposed laser scanner is moved over the workpiece by a higher-level axis system in order to enable the macro movement required for processing larger areas.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Der vorgeschlagene Laserscanner und der zugehörige Umlenkspiegel werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The proposed laser scanner and the associated deflecting mirror will be briefly explained again by means of embodiments in conjunction with the drawings. Hereby show:

1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Polygonscanners gemäß dem Stand der Technik; 1 a schematic cross-sectional view of a polygon scanner according to the prior art;

2 ein Beispiel für einen Laserscanner gemäß der vorliegenden Erfindung in einer schematischen Darstellung; 2 an example of a laser scanner according to the present invention in a schematic representation;

3 ein Beispiel für den Neigungswinkel der Spiegelfläche des vorgeschlagenen Umlenkspiegels in Abhängigkeit vom Bogenweg des rotierenden Umlenkspiegels; 3 an example of the angle of inclination of the mirror surface of the proposed deflection mirror in dependence on the arc path of the rotating deflection mirror;

4 Beispiele für Abtastbahnen, wie sie mit dem vorgeschlagenen Laserscanner periodisch erzeugt werden können; 4 Examples of scanning paths, as they can be generated periodically with the proposed laser scanner;

5 einen Schnitt entlang A-A' durch den Spiegelkörper der 2; und 5 a section along AA 'through the mirror body of 2 ; and

6 weitere Beispiele für Abtastbahnen, wie sie mit dem vorgeschlagenen Laserscanner periodisch erzeugt werden können. 6 Further examples of scanning paths, as they can be generated periodically with the proposed laser scanner.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to carry out the invention

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Polygonscanner gemäß dem Stand der Technik, wie er in der Beschreibungseinleitung bereits näher erläutert wurde. Mit einem derartigen Polygonscanner lassen sich zwar hohe Modulationsfrequenzen erzeugen, der Laserstrahl lässt sich jedoch nur auf einer geradlinigen Abtastbahn periodisch führen. 1 shows a schematic representation of an example of a polygon scanner according to the prior art, as it has already been explained in more detail in the introduction to the description. Although such a polygon scanner can generate high modulation frequencies, the laser beam can only be periodically guided on a straight-line scanning path.

2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für einen Laserscanner gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Umlenkspiegel im Querschnitt dargestellt ist. Der Umlenkspiegel 7 wird hierbei ebenfalls rotatorisch um die Rotationsachse 3 des Spiegelkörpers angetrieben. Der Umlenkspiegel 7 weist einen zylinderförmigen Spiegelkörper auf, dessen Mantelfläche als Spiegelfläche 8 ausgebildet ist. Die Spiegelfläche 8 ist eine Freiformfläche, die zur periodischen Erzeugung der gewünschten gekrümmten Abtastbahnen 10 in der Bearbeitungsebene geformt ist. Die Spiegelfläche 8 weist in diesem Beispiel eine gekrümmte Form auf, die sich über den Umfang des Spiegelkörpers periodisch wiederholt. Dies ist in der Figur durch die wellige Querschnittsform mit den schraffierten Bereichen angedeutet. 5 zeigt hierzu einen Schnitt entlang A-A' der 2, in dem die unterschiedliche Neigung der Spiegelfläche 8 des Umlenkspiegels 7 zur Richtung der Rotationsachse 3 in der Ebene senkrecht zur Rotationsrichtung erkennbar ist. Der Winkel der Spiegelfläche 8 zur Rotationsachse kann in Umfangs- bzw. Rotationsrichtung beispielsweise sinusförmig variieren. Auch andere Variationen sind selbstverständlich möglich. 2 shows a schematic representation of an example of a laser scanner according to the present invention, wherein the deflection mirror is shown in cross section. The deflection mirror 7 is also rotating around the axis of rotation 3 driven by the mirror body. The deflection mirror 7 has a cylindrical mirror body whose lateral surface as a mirror surface 8th is trained. The mirror surface 8th is a free-form surface used to periodically create the desired curved scan paths 10 is formed in the working plane. The mirror surface 8th has in this example a curved shape that repeats periodically over the circumference of the mirror body. This is indicated in the figure by the wavy cross-sectional shape with the hatched areas. 5 shows a section along AA 'the 2 in which the different inclination of the mirror surface 8th the deflecting mirror 7 to the direction of the axis of rotation 3 can be seen in the plane perpendicular to the direction of rotation. The angle of the mirror surface 8th to the axis of rotation may vary in the circumferential or rotational direction, for example, sinusoidal. Other variations are of course possible.

Bei geeigneter Ausgestaltung der dreidimensionalen Form dieser Spiegelfläche 8 kann ein durch einen Laser 6 auf die Spiegelfläche 8 gerichteter Laserstrahl 4 bei Rotation des Umlenkspiegels 7 um seine Rotationsachse 3 während einer vollständigen Rotation mehrfach auf einer ein- oder mehrfach gekrümmten Abtastbahn 10 in der Bearbeitungsebene geführt werden. Der motorische Antrieb für die Rotation des Umlenkspiegels 7 um die Rotationsachse 3 ist in dieser Figur nicht dargestellt. Die Figur zeigt jedoch schematisch eine Fokussieroptik 9, die den eintreffenden Laserstrahl 4 auf die Bearbeitungsebene fokussiert. Wie mit dem Doppelpfeil angedeutet, kann diese Fokussieroptik 9 in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 4 durch einen bspw. motorischen Antrieb verschoben werden, um ein Werkstück mit einer nicht ebenen Oberflächenform durch entsprechende Verschiebung des Fokus bearbeiten zu können, das zur Bearbeitung relativ zum Laserscanner bewegt wird. Auch eine Kompensation einer eventuell durch die Oberflächenform des Spiegels 8 erzeugten periodischen Verschiebung des Fokus kann durch entsprechende Gegenbewegung der Fokussieroptik 9 kompensiert werden.With a suitable embodiment of the three-dimensional shape of this mirror surface 8th can a through a laser 6 on the mirror surface 8th directed laser beam 4 during rotation of the deflecting mirror 7 around its axis of rotation 3 during a complete rotation several times on a single or multiple curved scanning path 10 be guided in the processing level. The motor drive for the rotation of the deflection mirror 7 around the axis of rotation 3 is not shown in this figure. However, the figure shows schematically a focusing optics 9 that the incoming laser beam 4 focused on the working plane. As indicated by the double arrow, this focusing optics 9 in the propagation direction of the laser beam 4 be moved by a. For example, motor drive to edit a workpiece with a non-planar surface shape by appropriate displacement of the focus, which is moved for processing relative to the laser scanner. Also a compensation of a possible due to the surface shape of the mirror 8th generated periodic shift of the focus can be achieved by appropriate counter-movement of the focusing optics 9 be compensated.

Durch Ausbildung der Spiegelfläche 8 als Freiformfläche lassen sich mit einem derartigen Umlenkspiegel bei entsprechender Gestaltung der Freiformfläche nahezu beliebige einfach oder mehrfach gekrümmte, vorzugsweise in sich geschlossene Abtastbahnen in der Bearbeitungsfläche periodisch abfahren. 3 zeigt ein einfaches Beispiel für eine Ausgestaltung einer derartigen Spiegelfläche. In der Figur ist die Abhängigkeit des Neigungswinkels der Spiegelfläche in der Ebene senkrecht zur Umfangsrichtung gegenüber der Rotationsachse gegen den Bogenweg l des rotierenden Spiegelkörpers aufgetragen, wie er in 2 angedeutet ist. Die Neigung der Spiegelfläche in Umfangsrichtung kann in vergleichbarer Weise verlaufen. Neben der hier dargestellten Sinusform lassen sich selbstverständlich beliebige andere periodische Neigungsverläufe nutzen, wie sie für die jeweils gewünschte Abtastfigur erforderlich sind.By forming the mirror surface 8th As a free-form surface, with such a deflecting mirror, if the free-form surface is designed appropriately, almost any single or multiple curved, preferably self-contained scanning paths in the processing surface can be periodically traversed. 3 shows a simple example of an embodiment of such a mirror surface. In the figure, the dependence of the angle of inclination of the mirror surface in the plane perpendicular to the circumferential direction relative to the axis of rotation is plotted against the sheet path l of the rotating mirror body, as in 2 is indicated. The inclination of the mirror surface in the circumferential direction can run in a comparable manner. In addition to the sinusoidal shape shown here, of course, any other periodic pitch gradients can be used, as they are required for the respective desired Abtastfigur.

4 zeigt hierzu drei Beispiele für Abtastbahnen 10, eine Kreisbahn und zwei Lissajous-Figuren, wie sie mit dem vorgeschlagenen Laserscanner generiert werden können. 6 zeigt drei weitere Beispiele, ein Beispiel für eine Abtastbahn 10 in Form eines Kreises mit unstetiger Ablenkung, ein Beispiel für eine Abtastbahn 10 mit beliebiger, stetiger Kontur und ein Beispiel für eine Abtastbahn 10 mit beliebiger, unstetiger Kontur. Die insgesamt sechs Beispiele zeigen hierbei jeweils eine Draufsicht auf die Bearbeitungsebene. 4 shows three examples of scanning paths 10 , a circular path and two Lissajous figures, as they can be generated with the proposed laser scanner. 6 shows three more examples, an example of a scanning path 10 in the form of a circle with discontinuous deflection, an example of a scanning path 10 with any continuous contour and an example of a scan path 10 with any, discontinuous contour. The six examples each show a top view of the working plane.

Derartige Figuren lassen sich beim vorgeschlagenen Laserscanner und zugehörigen Umlenkspiegel auch durch Aneinanderreihung von n Spiegelflächen entlang des Umfangs des Umlenkspiegels ähnlich einem Polygonscanner erzeugen, wobei dann die einzelnen Spiegelflächen entsprechend gekrümmt ausgeführt sind.Such figures can be produced in the proposed laser scanner and associated deflection mirror also by juxtaposition of n mirror surfaces along the circumference of the deflecting mirror similar to a polygon scanner, in which case the individual mirror surfaces are designed to be curved accordingly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Polygonspiegelpolygon mirror
22: plane Spiegelflächenplane mirror surfaces
33: Rotationsachseaxis of rotation
44: Laserstrahllaser beam
55: geradlinige Abtastbahnstraight-line scanning path
66: Laserlaser
77: Umlenkspiegeldeflecting
88th: Spiegelflächemirror surface
99: Fokussieroptikfocusing optics
1010: gekrümmte Abtastbahncurved scanning path

Claims

Laser scanner with a rotatory driven deflection mirror ( 7 ), through which an incident laser beam ( 4 ) periodically along a scanning path ( 10 ) is guided in a working plane, characterized in that the mirror surface ( 8th ) of the deflection mirror ( 7 ) is shaped so that the laser beam ( 4 ) periodically on a single or multiple curved scanning path ( 10 ) to be led.

Laser scanner according to claim 1, characterized in that the deflecting mirror ( 7 ) has a disk-shaped or cylindrical body, through the lateral surface of which the mirror surface ( 8th ) is formed.

Laser scanner according to claim 1 or 2, characterized in that the mirror surface ( 8th ) is a freeform surface.

Laser scanner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mirror surface ( 8th ) in a plane perpendicular to a direction of rotation of the deflecting mirror ( 7 ) about a rotation axis ( 3 ) an angle with respect to the axis of rotation ( 3 ) which changes periodically in the direction of rotation.

Laser scanner according to one of claims 1 to 3, characterized in that the mirror surface ( 8th ) in a plane perpendicular to a direction of rotation of the deflecting mirror ( 7 ) has at least one curvature which changes periodically in the direction of rotation.

Laser scanner according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mirror surface ( 8th ) is shaped so that the laser beam ( 4 ) on a self-contained scanning path ( 10 ) to be led.

Laser scanner according to claim 6, characterized in that the self-contained scanning path ( 10 ) is a Lissajous figure.

Laser scanner according to any of claims 1 to 7, characterized in that the laser scanner (a focusing optical system 9 ) for generating a focus of the laser beam ( 4 ) in the region of the working plane, wherein the focusing optics ( 9 ) is connected to a drive through which the focusing optics ( 9 ) can be adjusted to shift the focus.

Deflection mirror, which is designed for a laser scanner according to one of the preceding claims.