DE102015202195A1

DE102015202195A1 - Laser radiation deflecting element

Info

Publication number: DE102015202195A1
Application number: DE102015202195.5A
Authority: DE
Inventors: Jan Hannweber; Steffen Bonss; Moises Alberto Ortega Delgado; Andreas Wetzig; Patrick Herwig
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2016-08-11
Also published as: DE202016100593U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Laserstrahlung auslenkendes Element, das in einer Niederdruckatmosphäre betreibbar ist und eine Laserstrahlung reflektierende Fläche an einer Oberfläche eines Körpers aufweist. Der Körper ist an einem Rahmen mittels mindestens einem Federelement so befestigt ist, dass eine Verschwenkung des Körpers um mindestens eine Achse mittels eines elektrischen Antriebes erreichbar ist. Die der reflektierenden Fläche abgewandte Fläche des Körpers ist mit einer die Oberfläche vergrößernden Oberflächenstruktur ausgebildet. Allein oder zusätzlich kann die der reflektierenden Fläche abgewandte Fläche des Körpers mit einer elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen und des Infrarotlichts mit mindestens 50% emittierenden Beschichtung versehen sein.The invention relates to a laser radiation deflecting element which is operable in a low pressure atmosphere and has a laser radiation reflecting surface on a surface of a body. The body is fixed to a frame by means of at least one spring element so that a pivoting of the body about at least one axis by means of an electric drive can be achieved. The surface of the body facing away from the reflective surface is formed with a surface structure enlarging the surface. Alone or in addition, the surface of the body facing away from the reflective surface may be provided with electromagnetic radiation in the wavelength range of the near and infrared light with at least 50% emitting coating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserstrahlung auslenkendes Element, das in einer Niederdruckatmosphäre betreibbar ist und eine Laserstrahlung reflektierende Fläche an einer Oberfläche eines Körpers aufweist. Der Körper ist an einem Rahmen mittels mindestens eines Federelements so befestigt, dass eine Verschwenkung des Körpers um mindestens eine Achse mittels eines elektrischen Antriebes erreicht werden kann. Dabei handelt es sich um Torsionsfederelemente.The invention relates to a laser radiation deflecting element which is operable in a low pressure atmosphere and has a laser radiation reflecting surface on a surface of a body. The body is attached to a frame by means of at least one spring element so that a pivoting of the body about at least one axis by means of an electric drive can be achieved. These are torsion spring elements.

Solche Laserstrahlung reflektierenden und in ihrer Strahlungsrichtung verändernden Elemente sind aus der Mikromechanik bekannt und fallen unter den Begriff mikromechanische Elemente. Sie werden üblicherweise bei sehr kleinen Laserleistungen als Scanner oder für andere abbildende Anwendungen eingesetzt.Such laser radiation reflecting and changing in their radiation direction elements are known from micromechanics and fall under the term micromechanical elements. They are usually used for very small laser powers as a scanner or for other imaging applications.

Bei vielen Anwendungen bei der Laserbearbeitung sind aber höhere Laserleistungen erforderlich, was zu einer erheblichen Erhöhung der an den reflektierenden Elementen auftretenden Temperaturen führt, da eine 100-%-ige Reflexion der Laserstrahlung nicht erreichbar ist. Erhöhte Temperaturen wirken sich als unerwünschte Verformungen aus, die zu einer Veränderung der Strahlrichtung führen. Außerdem können sich das Widerstandsmoment und damit die Federcharakteristik von Federelementen verändern, was sich ebenfalls nachteilig auswirken kann, da sich beispielsweise die Resonanzfrequenzen temperaturabhängig verändern können.In many applications in laser processing, however, higher laser powers are required, which leads to a considerable increase in the temperatures occurring at the reflecting elements, since a 100% reflection of the laser radiation is not achievable. Elevated temperatures have the effect of undesirable deformations that change the direction of the jet. In addition, the moment of resistance and thus the spring characteristic of spring elements can change, which can also have a disadvantageous effect, since, for example, the resonance frequencies can change as a function of temperature.

Häufig werden diese reflektierenden Elemente im Resonanzbereich betrieben, um die erforderliche Leistung für eine Auslenkung oder Verschwenkung gering zu halten. Daher ist es bekannt, reflektierende Elemente in einem abgeschlossenen Raum anzuordnen, in dem ein reduzierter Innendruck bis hin zu Vakuumbedingungen eingehalten wird. Bei solchen Bedingungen bereitet die Wärmeabfuhr wegen des reduzierten Drucks zusätzliche Probleme.Frequently, these reflective elements are operated in the resonance region in order to keep the required power for a deflection or pivoting low. Therefore, it is known to arrange reflective elements in a closed space, in which a reduced internal pressure is maintained up to vacuum conditions. Under such conditions, heat removal poses additional problems because of the reduced pressure.

Für eine Kühlung solcher reflektierenden Elemente ist es aus DE 10 2012 005 546 A1 bekannt, Mikrokanäle in einem solchen Mikrospiegel auszubilden, durch die ein Kühlmedium geführt werden kann, um die Temperaturen zu reduzieren. Die Herstellung von Elementen mit Mikrokanälen für eine Kühlung ist aber sehr aufwändig, wenn sie bei Herstellungsverfahren für mikromechanische Elemente ausgebildet werden sollen. Da die Mikrokanäle durch oder entlang von Federelementen geführt werden müssen, wird deren Festigkeit reduziert und ihre Federcharakteristiken werden dadurch verändert. Eine reproduzierbare Herstellung ist so sehr schwierig.For a cooling of such reflective elements it is made DE 10 2012 005 546 A1 known to form microchannels in such a micromirror, through which a cooling medium can be performed in order to reduce the temperatures. However, the production of elements with microchannels for cooling is very complicated if they are to be formed in micromechanical element production processes. Since the microchannels must be guided through or along spring elements, their strength is reduced and their spring characteristics are thereby changed. A reproducible production is so very difficult.

Für Laserbearbeitungen, wie das Laserschweißen, -schneiden, die Modifikation von Werkstückoberflächen, insbesondere das Härten von Werkstückoberflächen sind Laserleistungen von mehreren hundert Watt bis hin zu mehreren Kilowatt erforderlich, so dass sich entsprechend hohe Intensitäten auf der reflektierenden Oberfläche bei den erforderlichen Brennfleckgrößen auf diesen Oberflächen ergeben. Die Intensitäten können dabei oberhalb 100 W/cm² liegen. Bisher werden daher entsprechend großformatige so genannte Scannerspiegel eingesetzt, bei deren Größen eine Kühlung relativ einfach realisiert werden kann. Diese Scannerspiegel können aber aufgrund ihrer Größe nur in einem unteren Frequenzbereich mit entsprechend geringen Geschwindigkeiten verschwenkt werden. Dadurch ist natürlich auch die Auslenk- bzw. Vorschubgeschwindigkeit des durch Reflexion ausgelenkten Laserstrahls limitiert.For laser processing, such as laser welding, cutting, modification of workpiece surfaces, in particular the hardening of workpiece surfaces laser powers of several hundred watts to several kilowatts are required, so that correspondingly high intensities on the reflective surface at the required focal spot sizes on these surfaces result. The intensities can be above 100 W / cm ² . So far, therefore, correspondingly large-sized so-called scanner levels are used, in whose sizes cooling can be relatively easily realized. Due to their size, however, these scanner mirrors can only be swiveled in a lower frequency range at correspondingly low speeds. As a result, of course, the deflection or feed rate of deflected by reflection laser beam is limited.

Bei vielen Anwendungen ist aber eine extrem schnelle Bewegung eines Laserbrennflecks bei der Bearbeitung gewünscht, um mit hohen Laserstrahlintensitäten bei gleichzeitig geringem Wärmeeintrag in ein zu bearbeitendes Werkstück arbeiten zu können. Dazu bieten sich aber Mikrospiegel, wie sie aus der Mikromechanik bekannt sind, an. Bei diesen tritt aber das bereits erwähnte Temperaturproblem auf.In many applications, however, an extremely fast movement of a laser focal spot during processing is desired in order to be able to work with high laser beam intensities with at the same time low heat input into a workpiece to be machined. However, micromirrors, as known from micromechanics, are available for this purpose. In these, however, the already mentioned temperature problem occurs.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Laserbearbeitung anzugeben, bei der eine Auslenkung eines Laserstrahls mit einem diese Strahlung mit hoher Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung reflektierenden Element, auch bei erhöhten Intensitäten mit denen ein Laserstrahl auf eine reflektierende Oberfläche auftrifft, erreichbar sind, ohne dass eine nachteilige Beeinflussung infolge erhöhter Erwärmung auf die Laserstrahlauslenkung oder gar eine Beschädigung auftritt.It is therefore an object of the invention to provide possibilities for laser processing, in which a deflection of a laser beam with a high-speed and / or acceleration reflecting this radiation element, even at elevated intensities with which a laser beam impinges on a reflective surface, can be achieved without an adverse effect due to increased heating on the laser beam deflection or even damage occurs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Laserstrahlung auslenkenden Element, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.According to the invention this object is achieved with a laser radiation deflecting element having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features described in the subordinate claims.

Das erfindungsgemäße Laserstrahlung auslenkende Element wird in Niederdruckatmosphäre betrieben und es weist eine Laserstrahlung reflektierende Fläche an einer Oberfläche eines Körpers auf. Der Körper ist an einem Rahmen mittels mindestens eines Federelements so befestigt, dass eine Verschwenkung des Körpers um mindestens eine Achse mittels eines elektrischen Antriebes erreichbar ist.The laser radiation deflecting element according to the invention is operated in a low-pressure atmosphere and has a surface reflecting a laser radiation on a surface of a body. The body is fixed to a frame by means of at least one spring element so that a pivoting of the body about at least one axis by means of an electric drive can be achieved.

Die der reflektierenden Fläche abgewandte Fläche des Körpers ist in einer erfindungsgemäßen Alternative mit einer die Oberfläche vergrößernden Oberflächenstruktur ausgebildet. Bei einer weiteren Alternative ist die der reflektierenden Fläche abgewandte Oberfläche des Körpers mit einer elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen und des Infrarotlichts mit mindestens 50% emittierenden Beschichtung versehen. Beide Alternativen können allein aber auch gemeinsam realisiert sein.The surface of the body facing away from the reflective surface is in an alternative according to the invention with a surface enlarging Surface structure formed. In a further alternative, the surface of the body facing away from the reflective surface is provided with electromagnetic radiation in the wavelength range of the near and the infrared light with at least 50% emitting coating. Both alternatives can be realized alone but also together.

Für einen Betrieb in einer Niederdruckatmosphäre, also bei einem gegenüber dem normalen Atmosphärendruck in der Umgebung kleineren Innendruck, kann der Rahmen oder ein Gehäuse entsprechend ausgebildet sein, so dass der erniedrigte Druck eingehalten werden kann. Zumindest die Oberfläche, durch die ein Laserstrahl auf die reflektierende Fläche auftreffen und durch die der reflektierte Laserstrahl wieder austreten kann, ist dabei für die eingesetzte Laserstrahlung transparent. Der an der Oberfläche reflektierte und absorbierte Anteil der Laserstrahlung sollte so klein wie möglich gehalten werden und maximal 5% betragen.For operation in a low-pressure atmosphere, ie at a lower internal pressure relative to the normal atmospheric pressure in the environment, the frame or a housing can be designed accordingly, so that the reduced pressure can be maintained. At least the surface through which a laser beam impinges on the reflecting surface and through which the reflected laser beam can emerge again is transparent to the laser radiation used. The fraction of laser radiation reflected and absorbed at the surface should be kept as small as possible and should not exceed 5%.

Da erwärmte Oberflächen eine Wärmestrahlung in Richtung kleinerer Temperaturen emittieren kann eine vergrößerte Oberfläche, wie sie mit einer ausgebildeten Oberflächenstruktur erreichbar ist, eine erhöhte Wärmemenge emittieren und so kann die Temperatur des Körpers mit dem daran angreifendem mindestens einen Federelement reduziert werden.Because heated surfaces emit heat radiation toward lower temperatures, an increased surface area achievable with a formed surface structure can emit an increased amount of heat, and thus the temperature of the body with the at least one spring element engaging therewith can be reduced.

Dieser Effekt kann auch mit einer elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des nahen und des Infrarotlichts mit mindestens 50% emittierenden Beschichtung erreicht werden. Die Beschichtung kann mit Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphit, AlTiN, oder NiCr gebildet sein. Kohlenstoffnanoröhrchen sollten dabei aber in einer Matrix eingebettet sein, die aus einem Werkstoff gebildet ist, der für die von der Beschichtung emittierte elektromagnetische Strahlung entsprechend transparent ist, so dass die 50% eingehalten werden können. Graphit, AlTiN oder NiCr können als eine Schicht allein genutzt werden.This effect can also be achieved with an electromagnetic radiation in the wavelength range of the near and the infrared light with at least 50% emitting coating. The coating can be formed with carbon nanotubes, graphite, AlTiN, or NiCr. However, carbon nanotubes should be embedded in a matrix that is formed from a material that is correspondingly transparent to the electromagnetic radiation emitted by the coating, so that the 50% can be maintained. Graphite, AlTiN or NiCr can be used as one layer alone.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die reflektierende Fläche die jeweilige Laserstrahlung zu mehr als 95% reflektiert. Dadurch kann die Erwärmung des Körpers und des/der Federelemente(s) begrenzt werden, da nur ein geringer Anteil der Laserstrahlung absorbiert wird.It is also advantageous if the reflective surface reflects the respective laser radiation to more than 95%. As a result, the heating of the body and of the / the spring elements (s) are limited, since only a small proportion of the laser radiation is absorbed.

Besonders vorteilhaft sollte in einem Abstand zur mit der Beschichtung versehenen Oberfläche, an der Seite an der die Beschichtung und/oder die Oberflächenstruktur ausgebildet ist, mindestens ein Kühlelement angeordnet, am Rahmen oder an einem Gehäuse ausgebildet sein. Durch den so erreichbaren Temperaturgradienten zwischen der entsprechenden Oberfläche des Körpers, von der die Emission erfolgt und dem mindestens einen Kühlelement kann die Wärmeabfuhr erhöht und so die Temperatur des Körpers mit dem/den Federelement(en) besser verringert werden. Der Abstand sollte jedoch mindestens so groß sein, dass eine Berührung des Körpers beim Verschwenken am Kühlelement vermieden werden kann. Ansonsten sollte der Abstand so klein, wie möglich gehalten werden und möglichst maximal 10% größer sein, als der Abstand, bei der eine Berührung des Körpers am Kühlelement beim Verschwenken auftreten würde.Particularly advantageously, at least one cooling element should be arranged on the frame or on a housing at a distance from the surface provided with the coating, on the side on which the coating and / or the surface structure is formed. By thus achievable temperature gradient between the corresponding surface of the body from which the emission takes place and the at least one cooling element, the heat dissipation can be increased and thus the temperature of the body with the / the spring element (s) can be better reduced. However, the distance should be at least so great that a contact of the body when pivoting on the cooling element can be avoided. Otherwise, the distance should be kept as small as possible, and possibly a maximum of 10% greater than the distance at which a contact of the body would occur on the cooling element during pivoting.

Eine die Oberfläche vergrößernde Oberflächenstruktur kann vielfältig ausgebildet sein. So können beispielsweise Erhebungen und Vertiefungen nebeneinander ausgebildet oder angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es aber, wenn der Körper im Bereich mindestens einer Torsionsachse eine parallel zur jeweiligen Torsionsachse ausgerichtete Erhebung, die die Schichtdicke und die Oberfläche an der der reflektierenden Schicht abgewandten Seite vergrößert, am Körper ausgebildet ist. Dadurch kann das Trägheitsmoment bei Verschwenkungsbewegungen um die jeweilige Torsionsachse kleiner gehalten werden, als dies bei Erhebungen, die weiter weg von einer Torsionsachse angeordnet sind, der Fall ist. Bei einem Körper, der in Bezug zu zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Torsionsachsen verschwenkbar ist, können Erhebungen entlang beider Torsionsachsen vorhanden sein und sich senkrecht schneiden. Die Erhebung(en) kann/können konvex gekrümmt sein.A surface-enlarging surface structure can be designed in many ways. For example, elevations and depressions may be formed or arranged next to one another. However, it is particularly advantageous if the body in the region of at least one torsion axis is formed on the body parallel to the respective torsion axis elevation, which increases the layer thickness and the surface on the side facing away from the reflective layer. As a result, the moment of inertia during Verschwenkungsbewegungen can be kept smaller around the respective torsion axis, as is the case with elevations, which are arranged further away from a torsion axis, the case. In a body that is pivotable with respect to two torsion axes oriented perpendicular to each other, bumps along both torsion axes may be present and intersect vertically. The elevation (s) may be convexly curved.

An einem erfindungsgemäßen Element sollten die nachfolgenden Parameter eingehalten werden. Dies trifft auf mindestens einen aber auch auf mehrere beliebig miteinander kombinierbare Parameter zu:

– das Element sollte zur Reflexion von Laserstrahlung, die mit einer Energiedichte von mindestens 100 W/cm² auf die reflektierende Oberfläche auftrifft,
– für eine Auslenkung bei einer Verschwenkung um mindestens 0,01° und maximal 5° um eine Mittenlage,
– für eine Verschwenkung um eine Mittenlage mit einer Frequenz von mindestens 3 kHz,
– mit einer reflektierenden Fläche mit einem Durchmesser oder einer kleinsten Flächendiagonale von mindestens 5 mm

ausgebildet sein.On an element according to the invention, the following parameters should be adhered to. This applies to at least one but also to several parameters that can be combined with one another in any way:

The element should reflect laser radiation incident on the reflecting surface with an energy density of at least 100 W / cm ² ,
For a deflection with a pivoting of at least 0.01 ° and a maximum of 5 ° about a center position,
For a pivoting about a center position with a frequency of at least 3 kHz,
- with a reflective surface with a diameter or a smallest surface diagonal of at least 5 mm

be educated.

Die reflektierende Beschichtung kann mit einer metallischen Grundschicht aus Al, Au oder Ag, die unmittelbar auf einer Oberfläche des Körpers ausgebildet ist, sowie einem auf der Grundschicht ausgebildeten Mehrschichtsystem bestehen. Das Mehrschichtsystem kann mit alternierend angeordneten Schichten aus TiO, MgO oder SiO₂ gebildet sein. So kann ein Mehrschichtsystem, bei dem immer eine Schicht aus SiO₂ zwischen zwei Schichten aus mindestens einem der beiden anderen genannten Oxide angeordnet ist, eingesetzt werden. Die Schichtdicken können unter Berücksichtigung der jeweiligen Wellenlänge der Laserstrahlung so gewählt werden, dass ein Interferenzschichtsystem gebildet ist.The reflective coating may consist of a metallic base layer of Al, Au or Ag formed directly on a surface of the body and a multilayer system formed on the base layer. The multilayer system may be formed with alternately arranged layers of TiO, MgO or SiO ₂ . So For example, a multilayer system in which a layer of SiO _{2 is} always arranged between two layers of at least one of the other two oxides mentioned can be used. Taking into account the respective wavelength of the laser radiation, the layer thicknesses can be selected such that an interference layer system is formed.

Das Kühlelement kann als Flüssigkeits- und/oder Luftkühlelement ausgebildet sein. Allein oder zusätzlich kann es in Richtung auf die mit der Beschichtung versehene Oberfläche mit einer konkav gekrümmten Oberfläche ausgebildet sein. Mit einer solchen Krümmung kann die nutzbare Oberfläche vergrößert werden. Außerdem kann die Verschwenkbewegung ohne ein Anstoßen des Körpers sicherer durchgeführt werden.The cooling element may be formed as a liquid and / or air cooling element. Alone or in addition, it may be formed in the direction of the surface provided with the coating with a concavely curved surface. With such a curvature, the usable surface can be increased. In addition, the pivoting movement can be carried out safely without impacting the body.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein Beispiel eines auslenkbaren Elements mit einem verschwenkbaren Körper, an dem zwei Federelemente vorhanden sind; 1 an example of a deflectable element with a pivotable body, on which two spring elements are present;

2 einen Körper mit einer reflektierenden Fläche und einer dieser abgewandten Fläche, an der eine Oberflächenstrukturierung ausgebildet ist und 2 a body having a reflective surface and a surface facing away from this, on which a surface structuring is formed, and

3 in einer schematischen Darstellung die Funktion eines Beispiels für ein erfindungsgemäßes Laserstrahlung auslenkendes Element. 3 in a schematic representation of the function of an example of an inventive laser radiation deflecting element.

In 1 ist stark schematisiert und vereinfacht ein Körper 1 an dem zwei Federelemente 2 ausgebildet sind, dargestellt. Der Körper 1 wird mittels der Federelemente 2, die als Torsionsfederelemente wirken an einem nicht dargestellten Rahmen oder Gehäuse gehalten. Der Körper 1 kann um die mit der Ausrichtung der Federelemente 2 vorgegebene Achse verschwenkt werden. Körper 1 und Federelemente 2 sind wie auch ein geeigneter Rahmen aus Silizium gebildet.In 1 is highly schematized and simplifies a body 1 on the two spring elements 2 are formed shown. The body 1 is by means of the spring elements 2 , which act as torsion spring elements held on a frame or housing, not shown. The body 1 can be around with the alignment of the spring elements 2 be pivoted predetermined axis. body 1 and spring elements 2 are formed as well as a suitable frame of silicon.

Der Körper 1 weist eine reflektierende Fläche 1.1 auf, auf die ein Laserstrahl 4 gerichtet und mit einer gezielten Verschwenkung des Körpers 1 um seine Rotatationsachse definiert entlang einer Achse ausgelenkt werden kann. Bei einer nicht gezeigten Ausführung, bei der zusätzlich zwei weitere Federelemente, die senkrecht zu den gezeigten Federelementen 2 ausgerichtet sein können, kann eine zweidimensionale Auslenkung des von der Fläche 1.1 reflektierten Laserstrahls 4 erreicht werden.The body 1 has a reflective surface 1.1 on top of that a laser beam 4 directed and with a targeted pivoting of the body 1 can be deflected about its axis of rotation defined along an axis. In an embodiment not shown, in addition to two further spring elements, which are perpendicular to the spring elements shown 2 can be aligned, a two-dimensional deflection of the surface 1.1 reflected laser beam 4 be achieved.

In einem Abstand zur der reflektierenden Fläche 1.1 abgewandten Fläche 1.2 ist ein Kühlelement 3 angeordnet, bei dem eine kleinere Temperatur als der Betriebstemperatur des Körpers 1 eingehalten ist. Je größer die Temperaturdifferenz, umso größer ist die erreichbare Kühlwirkung am Körper 1.At a distance to the reflective surface 1.1 opposite surface 1.2 is a cooling element 3 arranged at a lower temperature than the operating temperature of the body 1 is complied with. The greater the temperature difference, the greater the achievable cooling effect on the body 1 ,

Auf der Oberfläche des Körpers 1 auf die der Laserstrahl 4 auftrifft ist zuerst eine Grundschicht aus Silber aufgebracht. Darüber ist ein Mehrschichtsystem aus alternierend übereinander angeordneten Einzelschichten aus TiO und SiO₂ mit insgesamt 10 Schichtpaaren ausgebildet, um die Reflektivität sicher oberhalb 95% zu halten.On the surface of the body 1 on the the laser beam 4 First, a base layer of silver is applied. In addition, a multi-layer system of alternating superimposed individual layers of TiO and SiO ₂ with a total 10 Layer pairs formed to keep the reflectivity safely above 95%.

Die reflektierende Fläche 1.1 hat einen Außendurchmesser von 4,5 mm, so dass der Brennfleck des auftreffenden Laserstrahls 4 auch bei größeren Verschwenkwinkeln sicher auf die reflektierende Fläche 1.1 auftrifft. Der Körper 1 hat eine Dicke von 2 mm.The reflective surface 1.1 has an outside diameter of 4.5 mm, so that the focal spot of the incident laser beam 4 Safe on the reflective surface even with larger swiveling angles 1.1 incident. The body 1 has a thickness of 2 mm.

Das Kühlelement 3 kann mit kalter Flüssigkeit oder kaltem Gas gekühlt werden, wobei dies mit Kanälen erreichbar ist, die durch sein Inneres geführt sind. Die flächige Ausdehnung des Körpers 1 sollte kleiner als die Fläche des Kühlelements 3 sein, die der Fläche 1.2 zugewandt ist.The cooling element 3 can be cooled with cold liquid or cold gas, this being achievable with channels passing through its interior. The flat extension of the body 1 should be smaller than the area of the cooling element 3 be that of the plane 1.2 is facing.

In 2 ist der Körper 1 aus zwei unterschiedlichen Richtungen gezeigt. So zeigt die linke Darstellung die reflektierende Fläche 1.1 auf die ein Laserstrahl 4 auftreffen kann. Die rechte Darstellung zweigt die der reflektierenden Fläche 1.1 abgewandte Fläche 1.2. Auf der Fläche 1.2 ist eine Oberflächenstrukturierung mit regelmäßig nebeneinander angeordneten Erhebungen und Vertiefungen in einer Reihen- und Spaltenanordnung gezeigt. Mit einer Oberflächenstrukturierung unabhängig von der konkreten Ausführung sollte die Oberfläche um mindestens 25% gegenüber einer ebenen planaren Fläche vergrößert sein.In 2 is the body 1 shown from two different directions. So the left picture shows the reflecting surface 1.1 on the a laser beam 4 can hit. The right representation branches off the reflective surface 1.1 opposite surface 1.2 , On the surface 1.2 a surface structuring is shown with regularly juxtaposed ridges and depressions in a row and column arrangement. With a surface structuring independent of the concrete design, the surface should be increased by at least 25% compared to a flat planar surface.

Allein oder zusätzlich kann die Fläche 1.2 auch mit einer Schicht aus AlTiN beschichte sein. Mit einer solchen oder einer mit einem anderen dazu geeigneten Werkstoffgebildeten Schicht, kann deutlich mehr elektromagnetische Strahlung mit geeigneten Wellenlängen in Richtung eines Kühlelements 3 emittiert und dadurch der Körper 1 besser gekühlt werden. Dies ist schematisch in 3 veranschaulicht.Alone or in addition, the area can 1.2 also be coated with a layer of AlTiN. With such or a layer formed with another suitable material, significantly more electromagnetic radiation with suitable wavelengths in the direction of a cooling element can be produced 3 emits and thereby the body 1 be better cooled. This is schematically in 3 illustrated.

In nicht dargestellter Form können der Körper 1 mit den Federelementen 2, mindestens ein Kühlelement 3 sowie Antriebselemente eines elektrostatischen Antriebs in einem Gehäuse aufgenommen sein, in dem ein gegenüber der Umgebung kleinerer Innendruck eingehalten ist. Dadurch kann der Luftwiderstand des sich verschwenkenden Körpers 1 verringert werden, wodurch wiederum die erforderlichen Antriebskräfte verringert und die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung der Verschwenkbewegung erhöht werden.In unillustrated form, the body can 1 with the spring elements 2 , at least one cooling element 3 As well as drive elements of an electrostatic drive be accommodated in a housing in which a relation to the environment smaller internal pressure is maintained. This can reduce the air resistance of the swiveling body 1 be reduced, which in turn reduces the required driving forces and the speed and acceleration of the pivoting movement can be increased.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102012005546 A1 [0005]

Claims

Laser radiation deflecting element which is operable in a low pressure atmosphere and a laser radiation reflecting surface ( 1.1 ) on a surface of a body ( 1 ), and the body on a frame by means of at least one spring element ( 2 ) is fixed so that a pivoting of the body ( 1 ) is reachable by at least one axis by means of an electric drive, characterized in that the reflecting surface ( 1.1 ) opposite surface ( 1.2 ) of the body ( 1 ) is formed with a surface enlarging surface structure and / or the reflective surface ( 1.1 ) opposite surface ( 1.2 ) of the body ( 1 ) is provided with an electromagnetic radiation in the wavelength range of the near and the infrared light with at least 50% emitting coating.

Element according to claim 1, characterized in that the coating is formed with carbon nanotubes, graphite, AlTiN, or NiCr, wherein carbon nanotubes are embedded in a matrix, and / or the reflective surface ( 1.1 ) reflects the respective laser radiation to more than 95%.

Element according to one of the preceding claims, characterized in that at a distance from the surface provided with the coating, on the side on which the coating and / or the surface structure is formed, at least one cooling element ( 3 ), formed on the frame or on a housing.

Element according to one of the preceding claims, characterized in that the body ( 1 ) in the region of at least one torsion axis a parallel to the respective torsion aligned elevation, which increases the layer thickness and the surface on the side facing away from the reflective layer, on the body ( 1 ) is trained.

Element according to one of the preceding claims, characterized in that the element for the reflection of laser radiation, which impinges on the reflecting surface with an energy density of at least 100 W / cm ² , and / or for a deflection at a pivoting of at least 0.01 ° and a maximum of 5 ° about a central position and / or for a pivoting about a center position with a frequency of at least 3 kHz and / or the reflecting surface ( 1.1 ) is formed with a diameter or a smallest surface diagonal of at least 5 mm.

Element according to one of the preceding claims, characterized in that the reflective coating is provided with a metallic base layer of Al, Au or Ag which is directly on a surface of the body ( 1 ) is formed, as well as formed on the base layer multilayer system, which is formed with alternately arranged layers of TiO, MgO or SiO ₂ consists.

Element according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling element ( 3 ) as a liquid and / or air cooling element and / or in the direction of the surface provided with the coating ( 1.2 ) is formed with a concave curved surface.