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Die Erfindung betrifft einen Scanspiegel, einen Spiegelhalter sowie eine Scanspiegel-Einheit für ein Laser-Scansystem, insbesondere eines Laserbearbeitungs-Scanners und/oder eines Sensorscanners einer Laserbearbeitungsvorrichtung.
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Aus der
DE 10 2016 114 064 A1 ist eine Scanspiegel-Einheit für ein Laser-Scansystem bekannt. Dieses Laser-Scansystem umfasst ein Lasergerät zur Erzeugung eines Laserstrahls. Durch einen Scanspiegel der Scanspiegel-Einheit wird der Laserstrahl umgelenkt und auf einen zu bearbeitenden Gegenstand gerichtet. Dabei kann ein Scanner zum Beschriften und/oder Abtragen von Material als auch Schweißen oder dergleichen vorgesehen sein.
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Der Scanspiegel ist durch eine Klammer an einem Spiegelhalter festgeklemmt. Der Spiegelhalter sitzt fest auf der Aktuatorwelle, die ihrerseits drehbar ist. Durch die Ansteuerung einer Drehbewegung des Spiegelhalters durch den Aktuator kann eine Umlenkung des Laserstrahls in Richtung auf den zu bearbeitenden Gegenstand angesteuert werden.
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Eine solche Klammerbefestigung weist aufgrund einer einseitigen Klemmung den Nachteil auf, dass Deviationsmomente auf eine Drehachse des Spiegelhalters wirken. Dadurch sinkt die Gesamtdynamik für die Ansteuerung eines solchen Scanspiegels bei Laser-Scansystemen und es entsteht eine erhöhte Beanspruchung der Lager. Zudem kann es zu Abweichungen bei der Umlenkung des Laserstrahls kommen.
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Aus der
WO 2008/15662 ist des Weiteren ein analoges Scansystem bekannt.
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Aus der
JP 5868226 B2 geht eine Scanspiegel-Einheit hervor. An dem Scanspiegel ist ein rechteckförmiger Aufnahmeabschnitt vorgesehen, durch welchen der Scanspiegel in einer rechteckförmigen Nut des Spiegelhalters befestigt ist. Eine solche Befestigung des Scanspiegels am Scanspiegelhalter weist den Nachteil auf, dass Scanspiegel sich oftmals vom Spiegelhalter lösen. Dies beruht auf Toleranzen, die einerseits durch die U-förmige Aufnahme am Spiegelhalter und andererseits durch den rechteckförmigen Aufnahmeabschnitt des Spiegelhalters gegeben sind.
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Aus der
US 2007/0291382 A1 ist des Weiteren ein Spiegelhalter zur Aufnahme eines Scanspiegels bekannt. Dieser Spiegelhalter weist zwei zueinander ausgerichtete Halteelemente auf, zwischen denen ein Schlitz gebildet ist. Der Scanspiegel wird in diesen Schlitz eingesetzt und kann mit den Halteelementen zementiert oder verlötet sein.
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Aus der
EP 1 094 343 B1 ist des Weiteren ein Scanspiegel mit einem an dem Grundkörper vorgesehenen Aufnahmeabschnitt bekannt, durch welchen der Scanspiegel an einem Spiegelhalter befestigbar ist. Der Aufnahmeabschnitt des Scanspiegels weist eine halbkreisförmige Vertiefung auf sowie benachbart dazu ausgebildete Anschlussflächen, die an einem entsprechenden Gegenstück direkt an einen Spiegelträger durch eine Verschraubung befestigbar sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Scanspiegel, Spiegelhalter und eine Scanspiegel-Einheit für ein Laser-Scansystem vorzuschlagen, wodurch eine einfache und sichere Befestigung des Scanspiegels zum Spiegelhalter sowie eine Verminderung des Deviationsmomentes ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch einen Scanspiegel für ein Laser-Scansystem gelöst, bei dem an einem mit zumindest einer Spiegelfläche versehenen Grundkörper des Scanspiegels ein Aufnahmeabschnitt für eine Befestigung an einem Spiegelhalter vorgesehen ist, welcher keilförmig zueinander ausgerichtete Anschlussflächen aufweist. Diese keilförmige Anschlussflächen sind bevorzugt zum äußeren Randbereich des Grundkörpers sich verjüngend ausgerichtet. Durch diese keilförmigen Anschlussflächen wird eine einfache Positionierung und Ausrichtung zum Spiegelträger mit komplementären Anschlussflächen ermöglicht. Zudem ist eine zusätzliche Anbringung von Befestigungselementen zur Verbindung des Scanspiegels zum Spiegelhalter nicht erforderlich, wodurch Deviationsmomente verringert werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die keilförmigen Anschlussflächen des Aufnahmeabschnitts am Grundkörper des Scanspiegels symmetrisch zur Längsmittelebene des Grundkörpers ausgerichtet sind. Dadurch wird eine Reduktion des Rotationsträgheitsmoments ermöglicht, da der Grundkörper des Scanspiegels zu einer Rotationsachse des Spiegelhalters symmetrisch ausgerichtet sein kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die keilförmigen Anschlussflächen als V-förmige Anschlussflächen ausgebildet sind. Dies stellt eine einfache Ausgestaltung dar, die kostengünstig herstellbar ist.
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Die keilförmigen Anschlussflächen des Spiegelhalters sind bevorzugt an dem Rand des Grundkörpers oder an den Rand des Grundkörpers angrenzend vorgesehen. Bevorzugt sind die V-förmigen Anschlussflächen einteilig mit dem Grundkörper ausgebildet. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Anschlussflächen an den Grundkörper angeformt und/oder angeschliffen sind. Dies ermöglicht eine weitere Vereinfachung bei der Herstellung und eine Reduzierung im Gewicht des Scanspiegels, wodurch wiederum Trägheitsmomente reduziert werden können.
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Vorteilhafterweise sind die keilförmigen Anschlussflächen bogensegmentförmig an dem Grundkörper vorgesehen. Insbesondere bei einer kreisrunden Spiegelfläche kann durch die bogensegmentförmig zum äußeren Rand der Spiegelfläche ausgerichteten Anschlussflächen eine konstruktiv einfache Anordnung und eine steife Verbindung zwischen den Anschlussflächen und dem Grundkörper des Spiegels gegeben sein. Der Spiegel kann als Ronde bereitgestellt werden, um daran die Anschlussflächen auszubilden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch einen Spiegelhalter für ein Laser-Scansystem mit einem Träger und einem daran vorgesehenen Aufnahmeabschnitt für den Scanspiegel gelöst, bei dem der Aufnahmeabschnitt keilförmige Aufnahmeflächen aufweist, welche an einem Ende des Trägers vorgesehen sind und zu diesem Ende des Trägers hin aufweitend ausgerichtet sind. Dadurch ist ermöglicht, dass ein Scanspiegel mit komplementären Anschlussflächen in einfacher Weise auf den Träger aufsteckbar ist. Durch die Ausgestaltung der keilförmigen Aufnahmeflächen des Aufnahmeabschnitts am Träger und der keilförmigen Anschlussflächen am Grundkörper des Scanspiegels kann eine selbstzentrierende Positionierung des Scanspiegels zum Spiegelhalter erzielt werden. Dadurch kann insbesondere die Längsmittelachse des Scanspiegels fluchtend mit einer Längsmittelachse des Trägers ausgerichtet werden.
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Die keilförmigen Aufnahmeflächen des Aufnahmeabschnitts am Träger sind bevorzugt symmetrisch zur Rotationsachse des Trägers ausgerichtet. Dadurch kann wiederum eine Erhöhung in der Symmetrie einer rotierenden Anordnung von Spiegelhalter und Scanspiegel ermöglicht sein.
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Bevorzugt sind bei dem Träger die Anschlussflächen ebenfalls V-förmig ausgebildet. Der eingeschlossene Winkel der V-förmigen Aufnahmeflächen am Träger ist bevorzugt entsprechend dem eingeschlossenen Winkel der V-förmigen Anschlussflächen am Scanspiegel.
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Des Weiteren können die keilförmigen Aufnahmeflächen am Träger angeformt und/oder angeschliffen sein. Insbesondere sind diese einteilig an dem Träger vorgesehen, wodurch eine Massenreduzierung und eine Vereinfachung in der Herstellung ermöglicht sind.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung des Spiegelhalters ist vorgesehen, dass der Träger eine Antriebswelle eines Aktuators ist. Durch die unmittelbare Anbringung der keilförmigen Aufnahmeflächen an der Antriebswelle des Aktuators kann der Scanspiegel unmittelbar an der Antriebswelle des Aktuators befestigbar sein.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Spiegelhalters ist vorgesehen, dass der Träger als ein Kupplungselement ausgebildet ist, welches den Aufnahmeabschnitt für den Scanspiegel gegenüberliegend zu einem Befestigungsabschnitt aufweist, der insbesondere zum lösbaren Anbringen an der Antriebswelle eines Aktuators vorgesehen ist. Diese Alternative weist den Vorteil auf, dass bei einem zunehmenden Verschleiß des Scanspiegels ein schneller Austausch an einem Aktuator ermöglicht ist.
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Bei der Ausgestaltung des Trägers als Kupplungselement kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Befestigungsabschnitt zur Befestigung an der Antriebswelle konisch ausgebildet ist. Insbesondere kann dabei ein selbsthemmender Konus vorgesehen sein, um eine einfache Befestigung zu ermöglichen.
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Des Weiteren kann bei dem als Kupplungselement ausgebildeten Träger vorgesehen sein, dass dieser eine Durchgangsbohrung, bevorzugt mit Gewinde, aufweist, welche den Befestigungsabschnitt mit dem Aufnahmeabschnitt verbindet. In diese Durchgangsbohrung ist ein Auswerferelement einsetzbar, welches in Richtung auf den Aufnahmeabschnitt zubewegt werden kann. Beispielsweise kann dies in Form eines Gewindestiftes oder dergleichen ausgebildet sein. Dadurch kann der Scanspiegel in einfacher Weise gegenüber dem Aufnahmeabschnitt des Trägers ausgeworfen werden.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird des Weiteren durch eine Scanspiegel-Einheit für ein Laser-Scansystem mit einem Scanspiegel und einem diesen aufnehmenden Spiegelhalter gelöst, bei welchem ein Scanspiegel nach einem der vorbeschriebenen Ausführungsformen an einem Spiegelhalter nach einem der vorbeschriebenen Ausführungsformen befestigt ist. Durch die keilförmigen Aufnahmeflächen am Spiegelhalter können die keilförmigen Anschlussflächen am Scanspiegel selbstzentrierend aufgenommen werden. Dadurch kann eine einfache Ausrichtung des Scanspiegels zum Spiegelhalter ermöglicht sein, so dass die jeweiligen Rotationsachsen miteinander fluchten. Dadurch werden Rotationsträgheitselemente als auch Deviationsmomente reduziert.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die keilförmigen Anschlussflächen des Scanspiegels mit den keilförmigen Aufnahmeflächen des Spiegelhalters verklebt sind. Beim Positionieren des Scanspiegels zum Spiegelhalter kann eine selbständige Ausrichtung zueinander erfolgen. Zudem kann durch die vorzugsweise komplementäre Ausgestaltung des Aufnahmeabschnitts am Spiegelhalter und des Spiegelhalterabschnitts am Scanspiegel ein minimaler Klebespalt gebildet sein. Dadurch kann die Klebung durch den Formschluss unterstützt sein. Des Weiteren kann das Gewicht des Spiegelhalters minimiert werden. Zudem kann durch diese Ausgestaltung des Spiegelhalters und des Scanspiegels in radialer Erstreckungsrichtung sehr gering ausgeführt sein, wodurch ein minimales Rotationsträgheitsmoment erzielt werden kann.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Aufbau eines Laser-Scansystems mit einer Scanspiegel-Einheit und einem Bearbeitungsgegenstand,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Scanspiegel-Einheit,
- 3 einen schematischen Längsschnitt der Scanspiegel-Einheit gemäß 2,
- 4 eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Trägers der Scanspiegel-Einheit gemäß 2,
- 5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Scanspiegel-Einheit zu 2,
- 6 einen schematischen Längsschnitt der Scanspiegel-Einheit gemäß 5.
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In 1 ist ein schematischer Aufbau eines Laser-Scansystems 11 dargestellt. Dieses umfasst ein Lasergerät 12 zur Erstellung eines Laserstrahls 14. Dieser Laserstrahl 14 wird über einen Scanspiegel 16 einer Scanspiegel-Einheit 17 umgelenkt und auf einen Bearbeitungsgegenstand 18 gerichtet. In einem Einsatzfall kann vorgesehen sein, dass der Laserstrahl 14 zum Abtasten des Bearbeitungsgegenstandes 18 eingesetzt wird, um Konturen und/oder Formen des Bearbeitungsgegenstandes 18 zu digitalisieren. Auch kann der Laserstrahl 14 zum Beschriften, zum Schweißen oder zum Materialabtragen von dem Bearbeitungsgegenstand 18 eingesetzt werden.
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Das Laser-Scansystem 11 ist nur beispielhaft mit einer Scanspiegel-Einheit 17 dargestellt. Weitere Scanspiegel-Einheiten 17 und/oder Filter und/oder Laserstrahlformungselemente oder dergleichen können ebenfalls eingesetzt werden. Diese sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Zur Ansteuerung des Scanspiegels 16 ist ein Aktuator 21 mit einer Antriebswelle 22 vorgesehen, mit welcher der Scanspiegel 16 in Verbindung steht. Über eine nicht näher dargestellte Steuerung des Laser-Scansystems 11 wird der Aktuator 21 zur Bewegung des Scanspiegels 16 um eine Rotationsachse 23 der Antriebswelle 22 angesteuert. Dadurch kann der Laserstrahl 14 entlang einer Oberfläche des Bearbeitungsgegenstandes 18 zur gewünschten Bearbeitung geführt werden.
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In 2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Scanspiegel-Einheit 17 dargestellt. Die 3 zeigt einen Längsschnitt der Scanspiegel-Einheit 17 gemäß 2.
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Der Scanspiegel 16 umfasst einen Grundkörper 26, der an einer oder beiden Außenseiten eine Spiegelfläche 27 aufweist. Solche Scanspiegel 16 sind als Leichtbaustruktur, insbesondere unter Verwendung von SiC oder dergleichen, aufgebaut. Der Grundkörper 26 im Ausführungsbeispiel ist als eine Ronde ausgebildet. An dem Grundkörper 26 ist ein Spiegelhalterabschnitt 28 vorgesehen, der keilförmige Anschlussflächen 29 umfasst. Die Anschlussflächen 29 sind bevorzugt unmittelbar an dem Grundkörper 26 angeformt und/oder angeschliffen. Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die keilförmigen Anschlussflächen 29 durch eine V-Form ausgebildet. Alternativ kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehr V-förmige Anschlussflächenabschnitte zur Bildung des Spiegelhalterabschnitts 28 vorgesehen sind. Die V-förmigen Anschlussflächen 29 können in einem äußeren Randbereich aneinander angrenzen. Alternativ kann auch zwischen den äußeren Enden der Abschlussflächen 29 ein Stegabschnitt ausgebildet sein. Dieser Stegabschnitt geht vorzugsweise unmittelbar in eine Umfangsfläche 30 des Grundkörpers 26 über, so dass der Grundkörper 26 eine um 360° durchgehend sich erstreckende Umfangsfläche 30 aufweist. Diese ist im Bereich der Anschlussflächen 29 keilförmig verjüngt.
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Die Scanspiegel-Einheit 17 umfasst einen Spiegelhalter 32, der aus einem Träger 33 und einem daran angeordneten Aufnahmeabschnitt 34 gebildet ist. Dieser Aufnahmeabschnitt 34 ist bevorzugt an dem Träger 33 angeformt und/oder angeschliffen. Dieser Aufnahmeabschnitt 34 weist keilförmige Aufnahmeflächen 36 auf. Die Anschlussflächen 29 des Spiegelhalterabschnitts 28 sowie die Aufnahmeflächen 36 des Aufnahmeabschnitts 34 sind bevorzugt komplementär zueinander ausgerichtet.
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Der Träger 33 ist bevorzugt zylindrisch ausgebildet. Dieser weist einen Befestigungsabschnitt 41 auf, durch welchen der Träger 33 an der Antriebswelle 22 befestigbar ist. Bevorzugt ist der Befestigungsabschnitt 41 konisch ausgebildet, so dass in einem komplementären Abschnitt der Antriebswelle 22, insbesondere durch eine Selbsthemmung, eine klemmende Befestigung des Spiegelhalters 32 an der Antriebswelle 22 möglich ist. Diese ist auch lösbar.
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Alternativ kann der Spiegelhalter 32 über dem Befestigungsabschnitt 41 auch an der Antriebswelle 22 durch eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung oder dergleichen befestigbar sein.
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Der Spiegelhalter 32 kann einen Aufnahmeabschnitt 34 aufweisen, der sich in radialer Richtung zur Rotationsachse 23 gesehen über einen Außenumfang des Trägers 33 hinaus erstreckt. Dadurch wird eine vergrößerte Angriffsfläche für die Aufnahmefläche 36 an den Anschlussflächen 29 des Scanspiegels 16 ermöglicht. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Breite des Aufnahmeabschnitts 34 im Außendurchmesser dem Träger 33 entspricht, wodurch die Masse, welche durch die Drehbewegung um die Rotationsachse 23zu beschleunigen ist, näher zur Rotationsachse 23verlegt und auch reduziert wird.
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Der Scanspiegel 16 ist durch eine Verklebung an dem Spiegelhalter 32 befestigt. Bevorzugt bildet sich zwischen den Anschlussflächen 29 und den Aufnahmeflächen 36 ein mit Klebemitteln gefüllter Klebespalt, Durch die keilförmige Ausrichtung der Anschlussflächen 29 und Aufnahmeflächen 36 bleibt eine selbstzentrierende Ausrichtung des Scanspiegels 16 zum Spiegelhalter 32 aufrechterhalten. Das Klebemittel im Spalt zwischen den Aufnahmeflächen 36 und den Anschlussflächen 29 unterstützt den Formschluss.
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In 4 ist eine schematische Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform des Spiegelhalters 32 zu 3 dargestellt. Dieser Spiegelhalter 32 gemäß 4 entspricht im Aufbau dem gemäß 3. Zusätzlich ist zwischen dem Befestigungsabschnitt 41 und dem Aufnahmeabschnitt 34 eine Durchgangsbohrung 44 vorgesehen. Dies ermöglicht, dass über den Befestigungsabschnitt 41 in die Durchgangsbohrung 44 ein Auswerferelement einführbar ist, welches auf den Spiegelhalterabschnitt 28 des Scanspiegels 16 wirkt. Dadurch kann die Klebeverbindung eines zu tauschenden Scanspiegels 16 einfacher gelöst werden. In einer Ausführungsform kann die Durchgangsbohrung 44 ein Gewinde aufweisen, so dass ein Gewindestift einsetzbar ist, der durch eine Drehbewegung in den Aufnahmeabschnitt 34 eingeführt werden kann. Dadurch wirkt der Gewindestift auf die Umfangsfläche 30 des Grundkörpers 26 des Scanspiegels 16 und kann eine Lösung der Klebeverbindung bewirken.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform einer Scanspiegel-Einheit 17 zu 2 dargestellt. Der Aufbau des Scanspiegels 16 entspricht dem vorbeschriebenen Scanspiegel 16. Abweichend zu den 2 bis 4 ist bei dieser Ausführungsform gemäß 5 der Spiegelhalter 32 unmittelbar an der Antriebswelle 22 ausgebildet. Vorzugsweise ist der Spiegelhalter 32 einteilig an der Antriebswelle 22 ausgebildet. An einem dem Aktuator 21 gegenüberliegenden Ende der Antriebswelle 22 ist der Aufnahmeabschnitt 34 ausgebildet. Dieser Aufnahmeabschnitt 34 weist keilförmige Aufnahmeflächen 36 auf, welche die Anschlussflächen 29 des Spiegelhalterabschnitts 28 aufnehmen. Die keilförmigen Anschlussflächen 29 sind im Winkel bevorzugt derart ausgebildet, dass die komplementären Aufnahmeflächen 36 diese in Richtung der Rotationsachse 23 gesehen teilweise oder vollständig überdecken. Vorzugsweise erstrecken sich diese nicht in die Spiegelfläche 27 hinein. Zu radialer Erstreckungsrichtung sind diese bevorzugt schmal ausgebildet.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist der Scanspiegel 16 mittels eines Klebemittels zum Spiegelhalter 32 respektive der Antriebswelle 22 befestigt. In radialer Richtung zur Rotationsachse 23 gesehen, nimmt der Aufnahmeabschnitt 34 zunehmend ab. Dennoch ist eine Zentrierung des Scanspiegels 16 zur Antriebswelle 22 und eine hinreichende Befestigung durch die Verklebung gegeben.
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Diese Anordnung gemäß 5 weist ein gegenüber der Anordnung gemäß 2 reduziertes Gewicht und somit eine Verminderung des Rotationsträgheitsmoments als auch des Deviationsmomentes auf.
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In 6 ist eine schematische Schnittansicht der Scanspiegel-Einheit 17 gemäß 5 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass bei dieser Scanspiegel-Einheit 17 ein konstruktiv einfacher Aufbau gegeben ist. Zudem sind die zu rotierenden Massen reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016114064 A1 [0002]
- WO 2008/15662 [0005]
- JP 5868226 B2 [0006]
- US 2007/0291382 A1 [0007]
- EP 1094343 B1 [0008]
