Die Erfindung betrifft eine Ablenkeinrichtung für einen Laserstrahl. Ferner betrifft die Erfindung eine Ablenkvorrichtung mit einer derartigen Ablenkeinrichtung und einer Steuereinrichtung sowie ein System zur Erfassung mindestens eines Objektparameters mit einer derartigen Ablenkvorrichtung.The invention relates to a deflection device for a laser beam. Furthermore, the invention relates to a deflection device with such a deflection device and a control device and to a system for detecting at least one object parameter with such a deflection device.
Laserstrahl-Ablenkeinrichtungen sind beispielsweise im Rahmen von Laserscannern, z.B. als rotierende Polygon-Spiegel oder auch als MEMS (Mikroelektromechanische Systeme)-Spiegel bekannt. Derartige Ablenkeinrichtungen haben eine Vielzahl von Anwendungen. Bei einigen dieser Anwendungen kommt es auf Positionierungsgenauigkeit und/oder Positionierungsgeschwindigkeit an.Laser beam deflectors are used, for example, in the context of laser scanners, e.g. known as rotating polygon mirrors or as MEMS (microelectromechanical systems) levels. Such baffles have a variety of applications. Some of these applications require positioning accuracy and / or positioning speed.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ablenkeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiter zu bilden, dass bei gegebener Positionierungsgenauigkeit eine möglichst hohe Positionierungsgeschwindigkeit erreicht wird.It is an object of the present invention to further develop a deflection device of the type mentioned at the beginning in such a way that the highest possible positioning speed is achieved for a given positioning accuracy.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ablenkeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.This object is achieved by a deflection device with the features specified in claim 1.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass Reibungsverluste zwischen einer optischen Ablenkkomponente und einem Halterahmen, gegenüber dem die Ablenkkomponente gelagert ist, vermieden werden können, wenn die Ablenkkomponente berührungslos über Magnetkräfte vom Halterahmen in Position gehalten ist. Diese berührungslose Halterung vermeidet eine Abnutzung einer Lagerung und ermöglicht zudem einen schnellen Positionswechsel der Ablenkkomponente. Unerwünschte Reibungsverluste und auch unerwünschte Reibungswärme werden vermieden. Die Ablenkkomponente kann insbesondere insgesamt schwebend gelagert werden, so dass unerwünschte Haftreibungseffekte entfallen. Es resultiert eine Ablenkeinrichtung, deren verlagerbare Ablenkkomponente präzise und schnell verlagert werden kann. Bei der Ablenkkomponente kann es sich um einen Spiegel oder um ein Prisma handeln. Die Ablenkkomponente kann von einem Tragkörper, mit dem die Ablenkkomponente fest verbunden ist, getragen werden.According to the invention, it has been recognized that friction losses between an optical deflecting component and a holding frame, against which the deflecting component is mounted, can be avoided if the deflecting component is held in position contactlessly by magnetic forces from the holding frame. This contactless mounting avoids wear of a bearing and also allows a quick change of position of the deflection. Unwanted friction losses and unwanted frictional heat are avoided. In particular, the deflecting component can be stored as a whole so that unwanted stiction effects are eliminated. The result is a deflection device whose displaceable Ablenkkomponente can be moved precisely and quickly. The deflection component may be a mirror or a prism. The deflection component may be carried by a support body to which the deflection component is fixedly connected.
Alle beweglichen Teile der Ablenkeinrichtung können in Leichtbauweise hergestellt sein, so dass lediglich geringe Trägheitskräfte auftreten.All moving parts of the deflector can be made in lightweight construction, so that only small inertial forces occur.
Eine nach Anspruch 2 um zwei Kipp-Freiheitsgrade verkippbare Ablenkkomponente ist für viele Ablenkaufgaben gut geeignet. Die beiden Kippachsen können senkrecht aufeinander stehen. Die beiden Kippachsen können so zur optischen Ablenkkomponente verlaufen, dass die Ablenkung des Laserstrahls in Bezug auf die beiden Freiheitsgrade entkoppelt ist. Eine Verkippung um einen Kipp-Freiheitsgrad führt dann nicht zu einer unerwünschten Verkippung des Laserstrahls in Bezug auf den anderen Freiheitsgrad.A tilting component which can be tilted according to claim 2 by two tilting degrees of freedom is well suited for many deflection tasks. The two tilt axes can be perpendicular to each other. The two tilt axes may extend to the optical deflection component such that the deflection of the laser beam is decoupled with respect to the two degrees of freedom. Tilting by one degree of tilting then does not lead to an undesirable tilting of the laser beam with respect to the other degree of freedom.
Eine Magnetanordnung nach Anspruch 3 ermöglicht eine berührungslose Halterung insbesondere über abstoßende Magnetkräfte zwischen den Ablenkkomponenten-Magneten und den Rahmen-Magneten. Jeweils einer der Ablenkkomponente-Magneten und einer der diesem über einen Spalt getrennt gegenüberliegende Rahmen-Magnet haben im Bereich des Spaltes die gleiche Polarität. Zusätzlich zu den jeweiligen Kippwinkel vorgebenden Rahmen-Magneten können zur Begrenzung maximaler Kippwinkel ebenfalls mit dem Halterahmen fest verbundene Anschlagsmagnete vorgesehen sein.A magnet arrangement according to claim 3 enables non-contact support, in particular via repulsive magnetic forces between the deflection component magnets and the frame magnets. In each case one of the deflection component magnets and one of the latter, which is separated from the frame magnet by a gap, have the same polarity in the region of the gap. In addition to the respective tilt angle predetermining frame magnets may be provided to limit the maximum tilt angle also fixed to the support frame stop magnets.
Eine komplementäre Formung der Magneten nach Anspruch 4 definiert einen der mindestens zwei Freiheitsgrade. Die komplementäre Form kann als Nut/Feder-Form ausgeführt sein. Die Nut kann dabei entweder an die Rahmen-Magnete oder an die Ablenkkomponente-Magnete angeformt sein.A complementary shaping of the magnets according to claim 4 defines one of the at least two degrees of freedom. The complementary shape can be designed as a tongue and groove shape. The groove can be formed either on the frame magnets or on the deflection component magnets.
Permanentmagnete nach Anspruch 5 sind einfach und kostengünstig.Permanent magnets according to claim 5 are simple and inexpensive.
Eine Ausführung der Rahmen-Magnete als Elektromagnete nach Anspruch 6 ermöglicht eine präzise Ansteuerung einer gewünschten Position der Ablenkkomponente über eine die Elektromagnete ansteuernde Ansteuereinrichtung.An embodiment of the frame magnets as electromagnets according to claim 6 allows a precise control of a desired position of the deflection component via a solenoid driving the drive means.
Eine Verkippung einer Ablenkfläche nach Anspruch 7 vereinfacht eine Strahlführung des Laserstrahls im Bereich der Ablenkeinrichtung.A tilting of a deflection surface according to claim 7 simplifies a beam guidance of the laser beam in the region of the deflection device.
Die Vorteile einer Ablenkeinrichtung nach Anspruch 8 entsprechen denen, die vorstehend in Bezug auf die Ablenkvorrichtung bereits erläutert wurden.The advantages of a deflection device according to claim 8 correspond to those which have already been explained above with respect to the deflection device.
Die Ablenkeinrichtung kann bei einem Erfassungssystem nach Anspruch 9 zum Einsatz kommen, dessen Vorteile denjenigen entsprechen, die vorstehend im Zusammenhang mit der Ablenkeinrichtung bereits erläutert wurden. Bei der Erfassungsstrahlung kann es sich um Strahlung handeln, die durch Reflexion und/oder Streuung und/oder Beugung des Laserstrahls am Objekt erzeugt wird. Auch andere Wechselwirkungsmechanismen des Objekts mit dem Laserstrahl, die in einem vom Beaufschlagungsbereich ausgehenden Erfassungsstrahl resultieren, insbesondere nichtlineare Wechselwirkungen, sind möglich.The deflection device can be used in a detection system according to claim 9, the advantages of which correspond to those which have already been explained above in connection with the deflection. The detection radiation may be radiation that is generated by reflection and / or scattering and / or diffraction of the laser beam on the object. Other interaction mechanisms of the object with the laser beam resulting in a detection beam emanating from the loading area, in particular non-linear interactions, are also possible.
Zur Erfindung soll auch ein System mit einer Ablenkeinrichtung gehören, die alternativ zu einer Ablenkeinrichtung ausgeführt ist, die oben beschrieben wurde. Das Erfassungssystem kann als Ablenkeinrichtung entsprechend auch eine aus dem Stand der Technik bekannte Laserstrahl-Ablenkeinrichtung aufweisen, die z.B. bei LIDAR-Anwendungen zum Einsatz kommen.The invention should also include a system with a deflection, the alternative to a Deflection is performed, which has been described above. According to the deflection system, the detection system can also have a laser beam deflection device known from the prior art which is used, for example, in LIDAR applications.
Eine Regeleinheit nach Anspruch 10 ermöglicht eine spezifische Ansteuerung von zur Erfassung interessierenden Objektbereichen (region of interest, ROI).A control unit according to claim 10 enables a specific control of object areas of interest (ROI).
Ein Shutter nach Anspruch 11 ermöglicht eine Arbeitsweise der Erfassungseinrichtung, bei der beispielsweise zunächst eine Gesamtabtastung des Objekts mit dem Laserstrahl im Rahmen des ersten Belichtungszeitraums erfolgt und anschließend spezifische ROIs auf dem Objekt während des mindestens einen zweiten Belichtungszeitraums erfasst werden. Dies führt im Vergleich zu einer ständigen Komplettabtastung des Objekts zu einem wesentlich geringeren Bedarf an Laserleistung und ermöglicht einen augensicheren Betrieb des Erfassungssystems. Der erste Belichtungszeitraums kann eine Dauer im Bereich zwischen 1 ms und 20 ms haben. Der zweite Belichtungszeitraum kann eine Dauer von weniger als 250 µs, weniger als 100 µs, weniger als 50 µs haben und kann beispielsweise 20 µs betragen.A shutter according to claim 11 enables an operation of the detection device, in which, for example, first a total scan of the object with the laser beam within the first exposure period and then specific ROIs are detected on the object during the at least one second exposure period. This results in a much lower laser power requirement compared to continuous full scan of the object and enables eye-safe operation of the detection system. The first exposure period may have a duration in the range between 1 ms and 20 ms. The second exposure period may have a duration of less than 250 μs, less than 100 μs, less than 50 μs, and may be, for example, 20 μs.
Bei dem Shutter kann es sich um einen mechanischen und/oder um einen digitalen Shutter handeln. Anstelle eines Shutters oder zusätzlich hierzu kann die Belichtungszeit auch in anderer Weise, beispielsweise über entsprechende Ansteuerung der Laserlichtquelle, vorgegeben werden.The shutter may be a mechanical and / or a digital shutter. Instead of a shutter or in addition to this, the exposure time can also be specified in a different manner, for example via appropriate control of the laser light source.
Eine Synchronisation der Sensor-Aufnahmezeiträume und der Belichtungszeiträume nach Anspruch 12 sorgt für ein Erfassungsergebnis mit sehr guter Signal/Rauschunterdrückung.A synchronization of the sensor recording periods and the exposure periods according to claim 12 provides a detection result with very good signal / noise reduction.
Zur Erfindung soll auch ein mit dem Erfassungssystem durchführbares Erfassungsverfahren gehören, insbesondere eine Objekterfassung mit mindestens einem ersten, längeren Belichtungszeitraum und nachfolgend mindestens einem zweiten, kürzeren Belichtungszeitraum.The invention should also include a detection method which can be carried out with the detection system, in particular object detection with at least one first, longer exposure period and subsequently at least one second, shorter exposure period.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 schematisch ein System zur Erfassung mindestens eines Objektparameters anhand einer geführten Beaufschlagung des Objekts mit einem Laserstrahl und einer Erfassung von Erfassungsstrahlung, die als Reaktion der Laserstrahl-Objektbeaufschlagung von einem Beaufschlagungsbereich des Objekts ausgeht;
- 2 schematisch eine Ablenkvorrichtung als Teil einer Führung für den Laserstrahl des Erfassungssystems nach 1, wonach die Ablenkvorrichtung eine Ablenkeinrichtung mit einer berührungslos gehalterten optischen Ablenkkomponente aufweist;
- 3 eine Ansicht von Komponenten der Ablenkeinrichtung aus Blickrichtung der 2, wobei Rahmen-Magnete, die zu einem von zwei Freiheitsgraden gehören, in Bezug auf die die optische Ablenkkomponente gegenüber einem Halterahmen der Ablenkeinrichtung verlagerbar ist, weggelassen sind;
- 4 eine Ansicht gemäß Blickrichtung IV in 3, wobei lediglich zwei Rahmen-Magnete einer Gruppe von Rahmen-Magneten, die zum anderen Kipp-Freiheitsgrad gehören, dargestellt sind;
- 5 die Ablenkreinrichtung aus Blickrichtung nach 4, wobei zusätzlich zu den in 4 dargestellten Rahmen-Magneten auch die weiteren, zu diesem Kipp-Freiheitsgrad gehörenden Rahmen-Magnete einer Rahmen-Magnetanordnung dargestellt sind und wobei zudem die optische Ablenkkomponente aus einer Ausgangsstellung heraus um diesen Kipp-Freiheitsgrad verkippt dargestellt ist;
- 6 Komponenten der Ablenkeinrichtung, gesehen aus Blickrichtung VI in 4, wobei diejenigen Rahmen-Magnete einer weiteren Rahmen-Magnetanordnung dargestellt sind, die im Vergleich zu den Rahmen-Magneten nach 5 zum anderen der beiden Verlagerungs-Freiheitsgrade der optischen Ablenkkomponente gehören.
The embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. In this show: - 1 schematically a system for detecting at least one object parameter based on a guided exposure of the object with a laser beam and a detection of detection radiation, which in response to the laser beam object application emanating from an application area of the object;
- 2 schematically a deflection device as part of a guide for the laser beam of the detection system according to 1 according to which the deflection device has a deflection device with a contactless held optical deflection component;
- 3 a view of components of the deflector from the direction of the 2 wherein frame magnets belonging to one of two degrees of freedom with respect to which the deflecting optical component is displaceable with respect to a holding frame of the deflecting means are omitted;
- 4 a view according to viewing direction IV in 3 wherein only two frame magnets of a group of frame magnets belonging to the other tilting degree of freedom are shown;
- 5 the deflection device from the direction of 4 , in addition to the in 4 shown frame magnets also the other, belonging to this tilting degree of freedom frame magnets of a frame magnet assembly are shown and wherein, moreover, the optical deflection is shown tilted from a starting position to this tilting degree of freedom;
- 6 Components of the deflector, as seen from viewing direction VI in 4 , wherein those frame magnets of a further frame magnet assembly are shown, compared to the frame magnets according to 5 on the other hand, the two displacement degrees of freedom of the optical deflection component.
Ein in der 1 dargestellte System 1 dient zur Erfassung mindestens eines Parameters eines Objekts 2, z.B. einer 2D- oder 3D-Gestalt des Objekts 2 und/oder eine Oberflächenbeschaffenheit des Objekts 2. Auch die Materialbeschaffenheit des Objekts 2 kann erfasst werden.An Indian 1 illustrated system 1 serves to detect at least one parameter of an object 2 , eg a 2D or 3D shape of the object 2 and / or a surface finish of the object 2 , Also the material condition of the object 2 can be detected.
Es können insbesondere Rauigkeitverteilungen und/oder Haarrisse des Objekts 2 erfasst werden.In particular, roughness distributions and / or hairline cracks of the object 2 be recorded.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Objekt 2 von einem Förderband 3 getragen. Das Förderband 3 fördert das Objekt 2 längs einer Förderrichtung 4. Diese Förderung kann während der Objekterfassung durch das System 1 erfolgen. Eine Fördergeschwindigkeit des Objekts 2 in der Förderrichtung 4 kann konstant sein. Alternativ kann die Fördergeschwindigkeit einem vorgegebenen Fördergeschwindigkeitsverlauf folgen. Das Förderband 3 steht mit einer zentralen Steuereinrichtung 5 des Systems 1 in nicht näher dargestellter Weise in Signalverbindung.In the illustrated embodiment, the object 2 from a conveyor belt 3 carried. The conveyor belt 3 promotes the object 2 along a conveying direction 4 , This promotion can be done during the object acquisition by the system 1 respectively. A conveying speed of the object 2 in the conveying direction 4 can be constant. Alternatively, the conveying speed can follow a predetermined conveying speed profile. The conveyor belt 3 is connected to a central control device 5 of the system 1 in a manner not shown in signal connection.
Zum System 1 gehört eine Laserlichtquelle 6 zur Erzeugung eines gepulsten Laserstrahls 7, dessen Verlauf in der 1 stark schematisch und teilweise ohne notwendige Umlenkeinheiten dargestellt ist. Eine Lichtwellenlänge des Laserstrahls 7 kann im Bereich des sichtbaren Lichts (VIS), im Bereich des nahen Infrarots (NIR), im Bereich des Infrarots (IR) oder auch im Bereich des ultravioletten Lichts (UV) liegen. Auch eine Kombination mindestens zweier dieser Wellenlängenbereiche im Laserstrahl 7 kann vorliegen. Die Laserlichtquelle 6 kann einen Laserstrahl 7 mit einer Wellenlänge von 905 nm, einer Impulsdauer von 18 ns und einer mittleren Leistung von 25 W bereitstellen. Eine Impulsfrequenz der Laserlichtquelle 6 kann im Bereich zwischen 1 kHz und 100 kHz, beispielsweise bei 50 oder 60 kHz liegen. Bei der Laserlichtquelle 6 kann es sich um eine Lichtquelle handeln, die beispielsweise bei LIDAR-Anwendungen zu Einsatz kommt. Eine typische Laserpulsdauer kann im Bereich zwischen 10 ns und 200 ns liegen. Eine mittlere Leistung der Laserlichtquelle kann größer sein als 1 W und kann insbesondere größer sein als 10 W.To the system 1 belongs a laser light source 6 for generating a pulsed laser beam 7 whose course in the 1 is shown very schematically and partly without necessary deflection units. A light wavelength of the laser beam 7 may be in the range of visible light (VIS), near infrared (NIR), infrared (IR) or even ultraviolet (UV). Also a combination of at least two of these wavelength ranges in the laser beam 7 may be present. The laser light source 6 can a laser beam 7 with a wavelength of 905 nm, a pulse duration of 18 ns and an average power of 25 W. A pulse frequency of the laser light source 6 can be in the range between 1 kHz and 100 kHz, for example at 50 or 60 kHz. At the laser light source 6 it can be a light source used, for example, in LIDAR applications. A typical laser pulse duration can range between 10 ns and 200 ns. An average power of the laser light source may be greater than 1 W and may in particular be greater than 10 W.
Der von der Laserlichtquelle 6 ausgehende Laserstrahl 7 wird von einer Ablenkeinrichtung 8 abgelenkt, die eine verlagerbare optische Ablenkkomponente 9 aufweist, die mit dem Laserstrahl 7 zur Ablenkung wechselwirkt.The one from the laser light source 6 outgoing laser beam 7 is from a deflector 8th deflected, which is a displaceable optical deflection component 9 that with the laser beam 7 interacts with the distraction.
Als Ablenkeinrichtung 8 kann alterativ zu einer verlagerbaren Ablenkkomponente 9 auch ein diffraktives optisches Element (DOE) zum Einsatz kommen.As a deflection device 8th can alteratively to a displaceable deflection component 9 Also, a diffractive optical element (DOE) are used.
Die verlagerbare optische Ablenkkomponente 9 ist gegenüber einem Halterahmen 10 der Ablenkeinrichtung 8 in Bezug auf mindestens zwei Verlagerungs-Freiheitsgrade verlagerbar. Alternativ zu einer Ablenkung der Ablenkkomponente 9 über zwei Freiheitsgrade kann auch eine Ablenkung in Bezug auf genau einen Freiheitsgrad erfolgen. In diesem Fall wird ein zweiter Verlagerungs-Freiheitsgrad über eine Bewegung des Objekts 2, beispielsweise aufgrund der Förderung durch das Förderband 3, genutzt.The displaceable optical deflection component 9 is opposite a support frame 10 the deflection device 8th displaceable with respect to at least two displacement degrees of freedom. Alternatively to a deflection of the deflection component 9 over two degrees of freedom can also be a distraction with respect to exactly one degree of freedom. In this case, a second displacement degree of freedom becomes a movement of the object 2 , for example, due to the conveyance through the conveyor belt 3 , used.
Ein Ausführungsbeispiel der Ablenkeinrichtung 8 wird noch im Zusammenhang mit den 2 bis 6 näher erläutert.An embodiment of the deflection device 8th is still related to the 2 to 6 explained in more detail.
Sowohl die Laserlichtquelle 6 als auch die Ablenkeinrichtung 8 stehen mit der Steuereinrichtung 5 in Signalverbindung. Die Signalverbindung zwischen der Steuereinrichtung 5 und der Laserlichtquelle 6 dient insbesondere zum Triggern der Laserlichtquelle, was in der 1 bei 11 dargestellt ist. Mit der Steuereinrichtung 5 werden also die Zeiträume vorgegeben, innerhalb denen die Laserlichtquelle 6 die Ablenkeinrichtung 8 mit dem Laserstrahl 7 beaufschlagen. Diese Zeiträume werden nachfolgend auch Belichtungszeiträume genannt. Die Signalverbindung der Steuereinrichtung 5 mit der Ablenkeinrichtung 8 dient insbesondere zur Verlagerung der Ablenkkomponente 9 in Bezug auf die beiden Verlagerungs-Freiheitsgrade.Both the laser light source 6 as well as the deflector 8th stand with the control device 5 in signal connection. The signal connection between the controller 5 and the laser light source 6 is used in particular for triggering the laser light source, which is in the 1 at 11 is shown. With the control device 5 Thus, the periods are given, within which the laser light source 6 the deflection device 8th with the laser beam 7 apply. These periods are also called exposure periods below. The signal connection of the control device 5 with the deflector 8th serves in particular for the displacement of the deflection component 9 in terms of the two displacement degrees of freedom.
Vermittelt durch die Ablenkeinrichtung 8 beleuchtet der abgelenkte Laserstrahl 7 einen Laserstrahl-Beaufschlagungsbereich 12 des zu erfassenden Objekts 2. Dieser Beaufschlagungsbereich 12 kann während der Erfassung durch das System 1 über das Objekt 2 wandern. Zur Verlagerung des Beaufschlagungsbereichs 12 relativ zum Objekt 2 kann neben der Ablenkeinrichtung 8 auch das Förderband 3 genutzt werden. Die Ablenkeinrichtung 8 ist im Strahlengang des Laserstrahls 7 zwischen der Laserlichtquelle 6 und dem Laserstrahl-Beaufschlagungsbereich 12 angeordnet.Mediated by the deflector 8th the deflected laser beam illuminates 7 a laser beam loading area 12 of the object to be detected 2 , This loading area 12 can while capturing through the system 1 about the object 2 hike. For relocation of the admission area 12 relative to the object 2 can be next to the deflector 8th also the conveyor belt 3 be used. The deflection device 8th is in the beam path of the laser beam 7 between the laser light source 6 and the laser beam impingement area 12 arranged.
Zur Erfassung von Erfassungsstrahlung 13, die vom Beaufschlagungsbereich 12 ausgeht, dient eine Abbildungsoptik 14 des Systems 1. Bei der Erfassungsstrahlung 13 kann es sich um vom Beaufschlagungsbereich 12 reflektierte und/oder gestreute und/oder gebeugte Strahlung handeln. Auch durch Wechselwirkung mit dem Beaufschlagungsbereich 12 insbesondere nichtlinear frequenzverschobene Strahlung, z.B. Fluoreszenz-, Raman-Frequenzverdoppelungs-, Frequenzvervielfachungsstrahlung oder allgemein durch Upconversion oder Downconversion-Prozesse erzeugte Strahlung kann die Erfassungsstrahlung 13 darstellen oder zu dieser beitragen. Bei der Abbildungsoptik 14 kann es sich um eine Linsen- und/oder Spiegeloptik handeln. Teil der Abbildungsoptik 14 kann eine Faseroptik sein.For detecting detection radiation 13 from the loading area 12 goes out, serves an imaging optics 14 of the system 1 , At the detection radiation 13 it may be from the loading area 12 act reflected and / or scattered and / or diffracted radiation. Also by interaction with the loading area 12 In particular, nonlinear frequency-shifted radiation, eg, fluorescence, Raman frequency doubling, frequency multiplier radiation, or radiation generally generated by upconversion or downconversion processes, may be the detection radiation 13 represent or contribute to this. In the imaging optics 14 it may be a lens and / or mirror optics. Part of the imaging optics 14 can be a fiber optic.
Ein Sensor 15 im Bildbereich der Abbildungsoptik 14 dient zur Aufnahme und Verarbeitung der von der Abbildungsoptik 14 erfassten Erfassungsstrahlung 13. Das Objekt 2 wird mittels der Abbildungsoptik 14 auf eine für die Erfassungsstrahlung 13 empfindliche Sensoreinheit des Sensors 15 abgebildet.A sensor 15 in the image area of the imaging optics 14 serves for receiving and processing of the imaging optics 14 recorded detection radiation 13 , The object 2 is by means of the imaging optics 14 on one for the detection radiation 13 sensitive sensor unit of the sensor 15 displayed.
Bei dem Sensor kann es sich um einen Bildsensor handeln. Der Bildsensor 15 steht ebenfalls mit der Steuereinrichtung 5 in Signalverbindung. Letztere dient einerseits zur Ansteuerung einer Erfassungssequenz des Bildsensors, was in der 1 bei 16 dargestellt ist, und andererseits zur Übermittlung von Bilddaten des Bildsensors 15 an die Steuereinrichtung 5, was in der 1 bei 17 dargestellt ist.The sensor may be an image sensor. The image sensor 15 is also with the controller 5 in signal connection. The latter serves on the one hand to control a detection sequence of the image sensor, which in the 1 at 16 on the other hand, for transmitting image data of the image sensor 15 to the controller 5 what in the 1 at 17 is shown.
Im Rahmen der Objekterfassung durch das System 1 steuert die Steuereinrichtung 5 für einen vorgegebenen Beaufschlagungsbereich 12 eine Belichtungssequenz. Die Steuereinrichtung 5 ist also so ausgeführt, dass eine Beaufschlagung des Objekt-Beaufschlagungsbereichs 12 mit einer Belichtungssequenz erfolgt, die einen ersten Belichtungszeitraum und einen zweiten Belichtungszeitraum umfasst. Der erste der beiden Belichtungszeiträume ist länger als 500 µsec und kann eine Dauer im Bereich zwischen beispielsweise 1 ms und 20 ms haben. Ein zweiter dieser Belichtungszeiträume kann kürzer sein als 500 µsec und kann beispielsweise 20 µsec dauern.As part of the object acquisition by the system 1 controls the controller 5 for a given loading area 12 an exposure sequence. The control device 5 is so executed so that an admission of the object-loading area 12 with an exposure sequence comprising a first exposure period and a second exposure period. The first of the two exposure periods is longer than 500 μsec and may have a duration in the range between, for example, 1 ms and 20 ms. A second of these exposure periods may be shorter than 500 microseconds and may, for example, take 20 microseconds.
Aufgrund der Erfassungssequenzsteuerung 16 und der Triggerung 11 werden bei der Objekterfassung mit dem System 1 Aufnahmezeiträume des Sensors 15 mit den Belichtungszeiträumen des Beaufschlagungsbereichs 12 synchronisiert. Teil dieser Synchronisierung kann durch Ansteuerung mindestens einer Shuttereinheit im Strahlengang des Laserstrahls 7 und/oder im Strahlengang der Erfassungsstrahlung 13 erfolgen. Anordnungsbeispiele für derartige Shuttereinheiten 18, die ebenfalls mit der Steuereinrichtung 5 in nicht näher dargestellter Weise in Signalverbindung stehen, sind in der 1 zwischen der Laserlichtquelle 6 und der Ablenkeinrichtung 8 sowie zwischen dem Beaufschlagungsbereich 12 und der Abbildungsoptik 13 dargestellt.Due to the acquisition sequence control 16 and the triggering 11 become in the object acquisition with the system 1 Recording periods of the sensor 15 with the exposure periods of the admission area 12 synchronized. Part of this synchronization can be achieved by controlling at least one shutter unit in the beam path of the laser beam 7 and / or in the beam path of the detection radiation 13 respectively. Arrangement examples for such shuttle units 18 that also with the control device 5 are in signal connection not shown in detail, are in the 1 between the laser light source 6 and the deflector 8th and between the loading area 12 and the imaging optics 13 shown.
Über derartige Shutter-Einrichtungen 18 kann ein Erfassungszeitraum des Sensors 15 optimal kurz gehalten werden. Dieser Erfassungszeitraum, insbesondere während der kurzen Belichtungszeiten, kann, synchronisiert mit dem Belichtungszeitraum, kleiner sein als 20 µs, kann kleiner sein als 10 µs, kann kleiner sein als 1 µs und kann beispielsweise auch 100 ns oder noch kleiner sein.About such shutter devices 18 can be a detection period of the sensor 15 be optimally kept short. This detection period, in particular during the short exposure times, may be less than 20 μs, synchronized with the exposure period, may be less than 10 μs, may be less than 1 μs and, for example, 100 ns or even less.
Die Steuereinrichtung 5 hat eine Regeleinheit 19, die so ausgeführt ist, dass eine Verlagerung der Ablenkkomponente 9 der Ablenkeinrichtung 8 in mindestens einem der Verlagerungs-Freiheitsgrade abhängig von mindestens einem erfassten Objektparameter durchgeführt wird. Während der Objekterfassung durch das System 1 kann also beispielsweise die Verlagerung der Ablenkkomponente 9 in Bezug auf eine der Freiheitsgrade gesteuert, beispielsweise anhand eines Scanprogramms, erfolgen, wohingegen eine Verlagerung der Ablenkkomponente 9 in Bezug auf den anderen Freiheitsgrad abhängig von einem Erfassungsergebnis erfolgt.The control device 5 has a control unit 19 , which is designed such that a displacement of the deflection component 9 the deflection device 8th is performed in at least one of the displacement degrees of freedom depending on at least one detected object parameter. During the object acquisition by the system 1 Thus, for example, the displacement of the deflection component 9 controlled with respect to one of the degrees of freedom, for example by means of a scan program, whereas a displacement of the deflection component 9 with respect to the other degree of freedom depending on a detection result.
Wird beispielsweise eine Form des Objektes 2 erfasst, so kann über die Ablenkeinrichtung 8 die Lage des Beaufschlagungsbereichs 12 auf dem Objekt 2 so vorgegeben werden, dass sich der Beaufschlagungsbereich 12 in Bezug auf mindestens einen der beiden Freiheitsgrade immer auf dem Objekt 2 befindet. Sofern ausschließlich bestimmte Objektdetails erfasst werden sollen, beispielsweise eine bestimmte Abschnittsform, die sich auf oder an dem Objekt bereichsweise wiederfindet, so kann über die Regeleinheit 19 die Ablenkkomponente 9 so angesteuert werden, dass nicht interessierende, weil die gesuchten Details nicht aufweisende Objektbereiche ausgespart werden.For example, becomes a shape of the object 2 detected, so can through the deflection 8th the location of the loading area 12 on the object 2 be specified so that the loading area 12 with respect to at least one of the two degrees of freedom always on the object 2 located. If only certain object details are to be detected, for example, a specific section shape, which is found on or at the object in areas, so can via the control unit 19 the deflection component 9 be driven so that not interesting, because the sought details not having object areas are omitted.
Die Belichtungssequenz bei der Objekterfassung kann auch so vorgegeben werden, dass bei der ersten, längeren Belichtung die Ablenkkomponente 9 so angesteuert wird, dass sicher das gesamte Objekt erfasst wird, wohingegen bei der zweiten, kürzeren Belichtung lediglich ein Ausschnitt des gesamten Objekts (region of interest, ROI) erfasst wird.The exposure sequence in the object detection can also be specified so that at the first, longer exposure, the deflection component 9 is controlled in such a way that the entire object is reliably detected, whereas with the second, shorter exposure only a section of the entire object (region of interest, ROI) is detected.
Eine typische Belichtungssequenz, die mit dem System 1 realisiert wird, kann folgendermaßen aussehen: Zunächst werden die Systemkomponenten so gesteuert, dass zunächst mit einem längeren Belichtungszeitraum das gesamte zu erfassende Objekt 2 erfasst wird. Innerhalb einer Belichtungsdauer von beispielsweise 10 ms wird dann der Laserstrahl 7 mit der Ablenkeinrichtung 8 über das komplette Objekt 2 gescannt. Im gleichen Zeitraum wird die Erfassungsstrahlung 13 mit dem Sensor 15 erfasst.A typical exposure sequence with the system 1 can be realized as follows: First, the system components are controlled so that initially with a longer exposure period, the entire object to be detected 2 is detected. Within an exposure time of, for example, 10 ms then the laser beam 7 with the deflector 8th about the complete object 2 scanned. In the same period the detection radiation 13 with the sensor 15 detected.
Es werden nun, insbesondere in Echtzeit, die interessierenden Bereiche (ROIs) ausgewertet und abhängig von der Lage der ROIs wird mit Hilfe der Steuereinrichtung 5 die Ablenkeinrichtung 8 zusammen mit den anderen Systemkomponenten so gesteuert, dass noch innerhalb eines Zeitraums von 15 ms, der sich an den ersten, längeren Belichtungszeitraum anschließt, insgesamt zwischen 5 und 15 ROIs auf dem Objekt 2 mit der Ablenkeinrichtung 8 durch entsprechendes Abrastern des Laserstrahls 7 auf diesen ROIs des Objekts 2 beaufschlagt und die hiervon ausgehende Erfassungsstrahlung 13 mit dem Sensor 15 erfasst. Während dieser ROI-Erfassung jeweils während eines kurzen Belichtungszeitraums, der beispielsweise 100 µs betragen kann, erfolgt eine Synchronisation zwischen Beaufschlagung und Sensorerfassung über die Steuereinrichtung 5, insbesondere unter Nutzung der Shuttereinheiten 18. Diese Sequenz aus einem ersten längeren Belichtungszeitraum von beispielsweise 10 ms und mehreren nachfolgenden kurzen Belichtungszeiträumen, jeweils für einen anderen ROI mit einer typischen Belichtungszeitdauer von 100 µs, dauert insgesamt weniger als 40 ms, kann also pro Sekunde 25 mal wiederholt werden. Je nach Zeitdauer der Belichtungszeiträume und Verarbeitungsgeschwindigkeit der Steuereinrichtung 5 mit der Regeleinheit 19 können auch andere Gesamtwiederholraten als 25 Hz realisiert werden, die im Bereich zwischen 1 Hz und 100 Hz liegen können.Now, in particular in real time, the regions of interest (ROIs) are evaluated and, depending on the position of the ROIs, with the aid of the control device 5 the deflection device 8th controlled together with the other system components so that even within a period of 15 ms, which follows the first, longer exposure period, a total of between 5 and 15 ROIs on the object 2 with the deflector 8th by appropriate scanning of the laser beam 7 on these ROIs of the object 2 charged and the outgoing therefrom detection radiation 13 with the sensor 15 detected. During this ROI detection each time during a short exposure period, which may for example be 100 microseconds, there is a synchronization between loading and sensor detection via the control device 5 , in particular using the shuttle units 18 , This sequence from a first longer exposure period of, for example, 10 ms and several subsequent short exposure periods, each for a different ROI with a typical exposure time of 100 μs, lasts less than 40 ms, in other words, per second 25 to be repeated. Depending on the duration of the exposure periods and processing speed of the control device 5 with the control unit 19 It is also possible to realize other total repetition rates than 25 Hz, which can be in the range between 1 Hz and 100 Hz.
Die Bild-Datenübermittlung 17 während der Belichtungssequenzen ist abhängig von der Ausführung des Sensors 15. Der Sensor 15 kann ein CCD-Array oder ein CMOS-Array aufweisen. Eine Beschaltung des Arrays kann so sein, dass die Sensordaten insbesondere der ROIS nicht jeweils unmittelbar nach Erfassung ausgelesen und an die Steuereinrichtung 5 übermittelt werden, sondern so erfolgen, dass der Sensor die Erfassungsdaten der ROI-Erfassungen innerhalb einer Belichtungssequenz akkumuliert und dann insgesamt ausliest. Während einer Belichtungssequenz finden dann zwei Auslesevorgänge des Sensors 15 statt, nämlich nach der längeren Belichtung und nach der nachfolgenden Belichtung aller ROIS, bevor dann die nächste Belichtungssequenz stattfindet. Bei einer Wiederholrate von 25 Hz finden dann also 50 Auslesevorgänge pro Sekunde statt.The image data transmission 17 during the exposure sequences depends on the design of the sensor 15 , The sensor 15 may have a CCD array or a CMOS array. A wiring of the array may be such that the sensor data, in particular the ROI S not each read immediately after detection and to the controller 5 but be made so that the sensor accumulates the acquisition data of the ROI acquisitions within an exposure sequence and then reads them out altogether. During an exposure sequence then find two readings of the sensor 15 instead, after the longer exposure and after the subsequent exposure of all ROIS, before the next exposure sequence takes place. At a repetition rate of 25 Hz then find so 50 Read operations per second.
Grundsätzlich können die Erfassungsschritte „Sensorerfassung der Erfassungsstrahlung“ einerseits und „Auslesen von Sensordaten in die Steuereinheit“ auch zumindest teilweise zeitlich überlappend stattfinden.In principle, the detection steps "sensor detection of the detection radiation" on the one hand and "readout of sensor data in the control unit" can also take place at least partially overlapping in time.
2 zeigt eine Ausführung der Ablenkeinrichtung 8 als Bestandteil einer Ablenkvorrichtung 20 für den Laserstrahl 7. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 1 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert. 2 shows an embodiment of the deflector 8th as part of a deflection device 20 for the laser beam 7 , Components which correspond to those described above with reference to 1 already described, bear the same reference numbers and will not be discussed again in detail.
Diese Ausführung der Ablenkeinrichtung 8 wird im Zusammenhang mit den 2 bis 6 erläutert. Zur Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird ein kartesisches xyz-Koordinatensystem herangezogen, welches die verschiedenen Darstellungs-Orientierungen der 2 bis 6 veranschaulicht.This version of the deflector 8th will be related to the 2 to 6 explained. To facilitate the representation of positional relationships, a Cartesian xyz coordinate system is used, which determines the different representation orientations of the 2 to 6 illustrated.
Die optische Ablenkkomponente 9 ist bei der Ablenkeinrichtung 8 als Spiegel gestaltet. Eine optische Ablenkfläche der Ablenkkomponente 9, also eine Spiegelfläche, verläuft in der Ausgangsstellung der Ablenkkomponente 9 nach 2 unter 45° zur xy-Ebene und gleichzeitig unter 45° zur xz-Ebene des dargestellten Koordinatensystems.The optical deflection component 9 is at the deflector 8th designed as a mirror. An optical deflection surface of the deflection component 9 , So a mirror surface, runs in the starting position of the deflection 9 to 2 at 45 ° to the xy plane and at the same time at 45 ° to the xz plane of the coordinate system shown.
Die optische Ablenkfläche der Ablenkkomponente 9 hat also einen kleinsten Winkel beispielsweise zu xy-Ebene, der größer ist als 20° und der kleiner ist als 70°.The optical deflection surface of the deflection component 9 So has a smallest angle, for example, to xy plane, which is greater than 20 ° and smaller than 70 °.
Alternativ kann es sich bei der Ablenkkomponente 9 um ein Prisma handeln.Alternatively, the deflection component may be 9 to trade a prism.
Die Ablenkkomponente 9 wird von einem Tragkörper 21 getragen, mit dem die Ablenkkomponente 9 fest verbunden, beispielsweise verklebt oder verschraubt ist.The deflection component 9 is from a support body 21 carried, with which the deflection component 9 firmly connected, for example glued or screwed.
Der Tragkörper 21 kann aus Kunststoff gefertigt sein. Die optische Spiegelfläche kann mit einer hoch reflektierenden Beschichtung versehen sein.The supporting body 21 can be made of plastic. The optical mirror surface may be provided with a highly reflective coating.
Der Tragkörper 21 der optischen Ablenkkomponente kann einen Durchmesser haben, der kleiner ist als 30 mm, kleiner ist als 20 mm und der insbesondere kleiner ist als 15 mm. Ein Durchmesser des Tragkörpers 21 kann beispielsweise 10 mm betragen. In Bezug auf den Durchmesser des Tragkörpers 21 sind die 2 bis 6 maßstäblich.The supporting body 21 the deflection optical component may have a diameter smaller than 30 mm, smaller than 20 mm and in particular smaller than 15 mm. A diameter of the supporting body 21 can be for example 10 mm. In terms of the diameter of the supporting body 21 are the 2 to 6 scale.
Der Halterahmen 10 ist aus Aluminium gefertigt und hat Fenster zum Eintritt und zum Austritt des Laserstrahls 7. Auch die Anschlagsmagnete 27 sind am Halterahmen 10 befestigt.The support frame 10 is made of aluminum and has windows for the entrance and exit of the laser beam 7 , Also the stop magnets 27 are on the support frame 10 attached.
Die beiden Verlagerungs-Freiheitsgrade, in Bezug auf die die optische Ablenkkomponente 9 gegenüber dem Halterahmen 10 verlagerbar ist, sind zwei Kipp-Freiheitsgrade, einerseits in Bezug auf eine zur x-Achse parallele, horizontal verlaufende Kippachse ah und andererseits eine Verkippung um eine senkrecht zu dieser horizontalen Kippachse und parallel zur y-Achse verlaufende Kippachse av . Die Steuereinrichtung 5 dient zur Vorgabe einer definierten Position der Ablenkkomponente 9 relativ zum Halterahmen 10 in Bezug auf diese beiden Verlagerungs-Freiheitsgrade „Kippung um ah “ und „Kippung um av “.The two displacement degrees of freedom with respect to the optical deflection component 9 opposite the support frame 10 is displaceable, two tilting degrees of freedom, on the one hand with respect to a parallel to the x-axis, horizontally extending tilting axis a h and on the other hand, a tilt about a tilt axis perpendicular to this horizontal tilting axis and parallel to the y-axis a v , The control device 5 serves to specify a defined position of the deflection component 9 relative to the support frame 10 in terms of these two displacement degrees of freedom "tilting around a h "And" tilting around a v ".
Die Ablenkkomponente 9 und der Halterahmen 10 sind derart ausgeführt, dass die Ablenkkomponente 9 berührungslos über Magnetkräfte vom Halterahmen 10 in Position gehalten ist.The deflection component 9 and the support frame 10 are designed such that the deflection component 9 Non-contact via magnetic forces from the holding frame 10 is held in position.
Jeder der beiden Kippachsen ah , av der Ablenkkomponente 9 sind zwei gegenüberliegende, mit der Ablenkkomponente 9 verbundene Ablenkkomponenten-Magnete 22h , 22v zugeordnet. Die beiden einander gegenüberliegenden Ablenkkomponenten-Magnete 22h , gehören dabei zum Kipp-Freiheitsgrad ah , bewirken also eine Verkippung um diesen Kipp-Freiheitsgrad ah . Entsprechend gehören die beiden Ablenkkomponenten-Magnete 22v zum Kipp-Freiheitsgrad av , bewirken also eine Verkippung der Ablenkkomponente 9 um den Kipp-Freiheitsgrad av . Bei den Ablenkkomponenten-Magnete 22h , 22v handelt es sich jeweils um Permanentmagnete. Ein Nordpol N dieser Permanentmagnete liegt bei der dargestellten Ausführung in Bezug auf ein Zentrum des Tragkörpers 21 radial außen. Die Ablenkkomponenten-Magnete 22 sind in den Tragkörper 21 eingeklebt.Each of the two tilt axes a h . a v the deflection component 9 are two opposite, with the deflection component 9 connected deflection component magnets 22 h . 22 BC assigned. The two opposing deflection components magnets 22 h , belong to the tilting degree of freedom a h , so cause a tilt around this degree of tilting freedom a h , Accordingly, the two deflection component magnets belong 22 BC to the tilting degree of freedom a v , so cause a tilt of the deflection 9 around the tilting degree of freedom a v , In the deflection component magnets 22 h . 22 BC are each permanent magnets. A north pole N of these permanent magnets is in the illustrated embodiment with respect to a center of the support body 21 radially outside. The deflection component magnets 22 are in the supporting body 21 glued.
Mit dem Halterahmen 10 in nicht dargestellter Weise fest verbunden sind wiederum Rahmen-Magnete 23h , 23v . Die Ablenkkomponenten-Magnete 22 und die Rahmen-Magnete 23 können aus gesintertem Material gefertigt sein. Die beiden in der 2 dargestellten Rahmen-Magnete 23h sind so angeordnet, dass die Ablenkkomponente 9 zwischen diesen beiden Rahmen-Magneten 23h liegt. Jedem der Rahmen-Magnete 23h liegt dabei einer der Ablenkkomponenten-Magnete 22h gegenüber und die zugeordneten Paare 22h , 23h von Ablenkkomponenten-Magneten und Rahmen-Magneten des Kipp-Freiheitsgrades ah sind voneinander jeweils durch einen Spalt S getrennt.With the support frame 10 firmly connected in a manner not shown in turn frame magnets 23 h . 23 BC , The deflection component magnets 22 and the frame magnets 23 can be made of sintered material. The two in the 2 illustrated frame magnets 23 h are arranged so that the deflection component 9 between these two frame magnets 23 h lies. Each of the frame magnets 23 h lies one of the deflection component magnets 22 h opposite and the associated pairs 22 h . 23 h of deflecting component Magnets and Tilting Freedom Degree Magnets a h are each separated by a gap S separated.
Die jeweiligen Magneten 22h , 23h , die einander über diesen Spalt S getrennt gegenüber liegen, haben im Bereich des Spaltes S die gleiche Polarität. Die Rahmen-Magnete 23h , 23v weisen also eine Polung derart auf, dass ihr Nordpol N radial jeweils innenliegt, also zur optischen Ablenkkomponente 9 benachbart angeordnet ist.The respective magnets 22 h . 23 h passing each other across this gap S lie opposite each other, have in the area of the gap S the same polarity. The frame magnets 23 h . 23 BC Thus, they have a polarity such that their north pole N lies radially inward, that is to say to the optical deflection component 9 is arranged adjacent.
Entsprechend sind den beiden Ablenkkomponenten-Magneten 22v , die zum anderen Kipp-Freiheitsgrad „av “ gehören, in der 2 zwei Rahmen-Magnete 23v zugeordnet und gegenüber diesen um einen Spalt S getrennt.Accordingly, the two deflection components magnets 22 BC to the other tilting degree of freedom " a v "Belong in the 2 two frame magnets 23 BC assigned and separated from them by a gap S.
Die Ablenkkomponente 9 ist also berührungslos über Magnetkräfte vom Halterahmen 10 in Position gehalten.The deflection component 9 is thus contactless via magnetic forces from the holding frame 10 kept in position.
Die Ablenkkomponenten-Magnete 22v einerseits und die Rahmen-Magnete 23v andererseits, die zum Kipp-Freiheitsgrad „av “ gehören, sind stirnseitig so komplementär zueinander geformt, dass hierüber eine Bewegungsbahn der Ablenkkomponente 9 relativ zum Halterahmen 10 vorgegeben ist, die wiederum eine Lage der Kippachse dieses Kipp-Freiheitsgrades „av “ vorgibt. In der Ausführung nach 2 haben die Ablenkkomponenten-Magnete 22v hierzu jeweils ein radial äußeres, stirnseitig balliges Ende und die zugewandten Stirnseiten der Rahmen-Magnete 23v sind als um die Kippachse des Kipp-Freiheitsgrades av umlaufende Nuten ausgebildet. Die freien Enden der Ablenkkomponenten-Magnete 22v stehen dabei radial über Stirnflächen 24 der zugehörigen Rahmen-Magnete 23v über, so dass eine Führung der Ablenkkomponente 9 bei der Verkippung um den Kipp-Freiheitsgrad av gegeben ist. Diese Nutengestaltung gibt also eine Bewegungsbahn der Ablenkkomponente 9 relativ zum Halterahmen 10 vor, die wiederum eine Lage der Kippachse des Kipp-Freiheitsgrades av vorgibt.The deflection component magnets 22 BC on the one hand and the frame magnets 23 BC on the other hand, to the tilting degree of freedom " a v "Are, the front side so complementary to each other shaped that this is a trajectory of the Ablenkkomponente 9 relative to the support frame 10 is predetermined, which in turn a position of the tilt axis of this tilting degree of freedom " a v "Pretends. In the execution after 2 have the deflection component magnets 22 BC For this purpose, in each case a radially outer, end side spherical end and the facing end faces of the frame magnets 23 BC are as about the tilt axis of the tilting degree of freedom a v formed circumferential grooves. The free ends of the deflection component magnets 22 BC stand thereby radially over end faces 24 the associated frame magnets 23 BC over, giving a guide of the deflection component 9 when tilting by the tilting degree of freedom a v given is. This Nutengestaltung so there is a trajectory of the deflection 9 relative to the support frame 10 before, in turn, a position of the tilt axis of the tilting degree of freedom a v pretends.
Die Rahmen-Magnete 23h , 23v sind als Elektromagnete ausgeführt, deren Magnetwicklungen 25 in nicht dargestellter Weise mit der Steuereinrichtung 5 in Signalverbindung stehen. Zur Ansteuerung der Magnetwicklungen 25 hat die Steuereinrichtung 5 einen entsprechenden Treiber, insbesondere einen DAC-Treiber.The frame magnets 23 h . 23 BC are designed as electromagnets whose magnet windings 25 in a manner not shown with the control device 5 in signal connection. For controlling the magnet windings 25 has the controller 5 a corresponding driver, in particular a DAC driver.
3 zeigt die Anordnung nach 2 ohne die beiden Rahmen-Magnete 23h . 3 shows the arrangement after 2 without the two frame magnets 23 h ,
Die Ansicht nach 4, gesehen jetzt längs der y-Richtung, verdeutlicht die 45°-Anordnung der Spiegelfläche der optischen Ablenkkomponente 9. Zudem wird aus dieser Blickrichtung auch die Überdeckung der freien Enden der Ablenkkomponenten-Magnete 22v mit den freien Enden der zugeordneten Rahmen-Magnete 23v in radialer Richtung deutlich.The view after 4 , seen now along the y-direction, illustrates the 45 ° arrangement of the mirror surface of the optical deflection component 9 , In addition, from this line of sight, the overlap of the free ends of the deflection component magnets 22 BC with the free ends of the associated frame magnets 23 BC clearly in the radial direction.
Die Anordnung der Spiegelfläche relativ zum Tragkörper 21 ist in der 4 schematisch dargestellt. Die Spiegelfläche kann in einer zentralen Ausnehmung des Tragkörpers 21 aufgenommen sein, so dass gewährleistet ist, dass sich die Achsen der beiden Kipp-Freiheitsgrade ah , av einerseits in einer Mittelebene des Tragkörpers 21 befinden und andererseits in der Ebene der Spiegelfläche der Ablenkkomponente 9 schneiden. Soweit, wie in der 2 dargestellt, der Laserlichtstrahl 7 diesen Schnittpunkt der beiden Kipp-Freiheitsgrade ah , av beaufschlagt, ergibt sich eine gute Entkopplung der Wirkung der beiden Kipp-Freiheitsgrade ah , av auf eine Ablenkbewegung des Laserstrahls 7.The arrangement of the mirror surface relative to the support body 21 is in the 4 shown schematically. The mirror surface may be in a central recess of the support body 21 be taken, so as to ensure that the axes of the two tilt degrees of freedom a h . a v on the one hand in a median plane of the supporting body 21 and, on the other hand, in the plane of the mirror surface of the deflection component 9 to cut. As far as in the 2 represented, the laser light beam 7 this intersection of the two tilt degrees of freedom a h . a v acted upon, there is a good decoupling of the effect of the two tilting degrees of freedom a h . a v on a deflection movement of the laser beam 7 ,
5 zeigt in einer hinsichtlich der Blickrichtung der 4 entsprechenden Darstellung die Ablenkeinrichtung 8 mit der kompletten Magnetanordnung zur Realisierung einer Verlagerung der Ablenkkomponente 9 um den Kipp-Freiheitsgrad av . Neben dem Paar von Rahmen-Magneten 23v , die auch in 4 dargestellt sind, hat diese Magnetanordnung 26v noch zehn weitere derartige Paare jeweils zweier einander gegenüberliegender Rahmen-Magnete 23v . Die zueinander gehörenden Rahmen-Magnete der jeweiligen Paare sind in der Darstellung nach 5 mit den hochgestellten Indizes 1 bis 11 durchnummeriert. Die beiden in der 4 dargestellten Rahmen-Magnete des der Ausgangsstellung bezüglich des Kipp-Freiheitsgrades av entsprechenden Paares sind die Rahmen-Magnete 23v 6 . Dargestellt ist die optische Ablenkkomponente 9 in einer Kippstellung, in der durch entsprechende Ansteuerung der Magnetwicklungen 25 die Ablenkkomponente 9 stabil zwischen den Rahmen-Magneten der beiden Paare 23v 4 und 23v 5 gehalten ist. 5 shows in a respect to the line of sight of 4 corresponding representation of the deflection 8th with the complete magnet arrangement for realizing a displacement of the deflection component 9 around the tilting degree of freedom a v , Next to the pair of frame magnets 2 3 v that also in 4 are shown, this magnet arrangement has 26 v. Chr ten more such pairs each of two opposing frame magnets 23 BC , The corresponding frame magnets of the respective pairs are shown in the illustration 5 with the superscripts 1 to 11 numbered. The two in the 4 shown frame magnets of the initial position with respect to the tilting degree of freedom a v corresponding pair are the frame magnets 23 v 6 , Shown is the optical deflection component 9 in a tilted position in which by appropriate control of the magnet windings 25 the deflection component 9 Stable between the frame magnets of the two pairs 23 v 4 and 23 v 5 is held.
Die Rahmen-Magnete 23v sind radial um den Durchstoßpunkt der Achse des Kipp-Freiheitsgrades av durch die xz-Ebene herum angeordnet. Die Spaltnuten der freien Enden der Rahmen-Magnete 23v geben eine teilkreisförmige Nutbahn für die freien Enden der zugeordneten Ablenkkomponenten-Magnete 22v vor.The frame magnets 23 BC are radially about the piercing point of the axis of the tilting degree of freedom a v arranged around the xz plane. The split grooves of the free ends of the frame magnets 23 BC give a part-circular groove track for the free ends of the associated deflection component magnets 22 BC in front.
Über die Magnetanordnung 26v lässt sich Verkippung der optischen Ablenkkomponente 9 relativ zur Ausgangsstellung um +/- 30° um die Achse des Kipp-Freiheitsgrades av realisieren. Um zu vermeiden, dass die Ablenkkomponente 9 über die maximalen Auslenkungen + 30° und - 30° hinaus ausgelenkt wird, sind, den Rahmen-Magneten 23v 1 , 23v 11 benachbarte Anschlagsmagnete 27v angeordnet. Diese Anschlagsmagnete 27v sind wiederum als Permanentmagnete ausgeführt, deren Nordpol N wiederum dem Nordpol N der Ablenkkomponenten-Magnete 22v zugewandt sind. Die Wirkung der Anschlagsmagnete 27v durch magnetische Abstoßung ist wiederum berührungslos.About the magnet arrangement 26 v. Chr can tilt the optical deflection component 9 relative to the starting position by +/- 30 ° about the axis of the tilting degree of freedom a v realize. To avoid the deflection component 9 Be deflected beyond the maximum deflections + 30 ° and - 30 ° are the frame magnets 23 v 1 . 23 v 11 adjacent stop magnets 27 v. Chr arranged. These stop magnets 27 v. Chr are in turn designed as permanent magnets whose north pole N in turn the north pole N of Ablenkkomponenten- magnets 22 BC are facing. The effect of the stop magnets 27 v. Chr by magnetic repulsion is again non-contact.
Anstelle von elf Paaren von Rahmen-Magneten 23v kann auch eine andere Anzahl derartiger Paare vorliegen. Diese Paar-Anzahl kann im Bereich zwischen vier und mehr als hundert liegen. Es können beispielsweise auch fünf, fünfzehn, zwanzig, fünfundzwanzig, fünfzig, fünfundsiebzig, hundert, hundertfünfzig, hundertachtzig oder noch mehr derartiger Paare vorliegen, was eine entsprechende Feinheit einer Kippwinkel-Einstellung ermöglicht.Instead of eleven pairs of frame magnets 23 BC There may also be another number of such pairs. This number of pairs can range between four and more than a hundred. For example, there may be five, fifteen, twenty, twenty-five, fifty, seventy-five, one hundred, one hundred and fifty, one hundred eighty, or even more such pairs, allowing for a corresponding fineness of tilt angle adjustment.
6 zeigt Details der Magnetanordnung 26h der Ablenkeinrichtung 8 für den Verlagerungs-Freiheitsgrad ah . Analog zur Magnetanordnung 26v hat auch die Magnetanordnung 26h eine Mehrzahl von Paaren von Rahmen-Magneten, nämlich in der Ausführung nach 6 insgesamt acht derartige Paare, die in der 6 von 1 bis 8 hochgestellt indiziert sind. 6 shows details of the magnet assembly 26 h the deflection device 8th for the displacement degree of freedom a h , Analogous to the magnet arrangement 26 v. Chr also has the magnet arrangement 26 h a plurality of pairs of frame magnets, namely in the embodiment according to 6 a total of eight such pairs, in the 6 from 1 to 8 are indicated superscript.
Abgesehen davon, dass die Magnetanordnung 26h ohne eine Nutenführung der freien Enden der Ablenkkomponenten-Magneten 22h gestaltet ist und abgesehen von der Anzahl der Paare der Rahmen-Magneten 23h im Vergleich zu den Paaren der Rahmen-Magnete 23v entspricht die grundsätzliche Anordnung der Magnetanordnung 26h derjenigen der Magnetanordnung 26v . Auch die Magnetanordnung 26h hat vier Anschlagmagnete 27h zur Begrenzung eines maximalen Kippwinkels der Ablenkkomponente 9 um den Kipp-Freiheitsgrad ah , der ausgehend von der Ausgangsstellung wiederum bei +/- 30°-Verkippung begrenzt ist. In der Ausgangsstellung (0°) liegen die Ablenkkomponenten-Magnete 22h in Umfangsrichtung genau zwischen den Paaren der Rahmen-Magneten 23h 4 und 23h 5 . In der im Uhrzeigersinn ausgelenkten Stellung nach 6 liegen diese Ablenkkomponenten-Magneten 22h in Umfangsrichtung zwischen den Paaren der Rahmen-Magneten 23h 5 und 23h 6 .Apart from that, the magnet arrangement 26 h without a groove guide of the free ends of the deflection component magnets 22 h is designed and apart from the number of pairs of frame magnets 23 h compared to the pairs of frame magnets 23 BC corresponds to the basic arrangement of the magnet arrangement 26 h that of the magnet assembly 26 v. Chr , Also the magnet arrangement 26 h has four stop magnets 27 h for limiting a maximum tilt angle of the deflection component 9 around the tilting degree of freedom a h , which is limited, starting from the initial position again at +/- 30 ° tilting. In the initial position (0 °) lie the deflection component magnets 22 h in the circumferential direction exactly between the pairs of frame magnets 23 h 4 and 23h 5 , In the clockwise deflected position to 6 lie these deflection component magnets 22 h in the circumferential direction between the pairs of frame magnets 23h 5 and 23 h 6 ,
Über die Anschlagsmagnete 27 kann, sofern die Rahmen-Magnete 23v stromlos sind, auch die Ausgangsstellung der Ablenkkomponente 9 nach 4 herbeigeführt werden.About the stop magnets 27 can, provided the frame magnets 23 BC are de-energized, including the initial position of the deflection 9 to 4 be brought about.
Die Magnetwicklungen 25 der Magnetanordnungen 26v , 26h können so angesteuert werden, dass beispielsweise über den Kipp-Freiheitsgrad av ein gesteuertes Scannen erfolgt, wobei die Ablenkkomponente 9 ständig im Ablenkbereich zwischen - 30° und + 30° oszillierend verkippt wird. Geregelt und abhängig vom Erfassungsergebnis des Sensors 15 wird jedenfalls bei Ansteuerung der ROIs dann die Ansteuerung der Magnetwicklungen der zweiten Magnetanordnung 26h getätigt.The magnet windings 25 the magnet arrangements 26 v. Chr . 26 h can be controlled so that, for example, on the tilting degree of freedom a v a controlled scanning is performed, wherein the deflection component 9 constantly tilted in the deflection between - 30 ° and + 30 ° oscillating. Regulated and dependent on the detection result of the sensor 15 In any case, when controlling the ROIs then the control of the magnet windings of the second magnet arrangement 26 h made.
Die Arbeitsweise der Magnetanordnungen 26v , 26h ist vergleichbar mit derjenigen entsprechender Schrittmotoren. Ein Schritt entspricht dabei dem Übergang von einem Magnetpaar 23i zum Magnetpaar 23i-1 oder 23i+1 .The operation of the magnet arrangements 26 v. Chr . 26 h is comparable to that of corresponding stepper motors. One step corresponds to the transition from a pair of magnets 23 i to the magnet pair 23 i-1 or 23 i + 1 ,
Freie Enden der Rahmen-Magnete 23h haben, gesehen in Umfangsrichtung um die z-Achse unterschiedliche Erstreckungen. Die mittleren Rahmen-Magnete 23h 4 , 23h 5 haben gesehen in Umfangsrichtung um die z-Achse jeweils die kleinste Erstreckung, die einer entsprechenden Umfangserstreckung der Rahmen-Magnete 23v entsprechend kann. Hin zu größeren Kippwinkeln um den Freiheitsgrad ah nimmt die Umfangserstreckung der freien Enden der Rahmen-Magnete 23h zu, da diese Rahmen-Magnete auch bei gleichzeitiger und im Extremfall maximaler Verkippung der Ablenkkomponente 9 um den anderen Freiheitsgrad av wirksam bleiben müssen. Die Erstreckung der freien Enden der Rahmen-Magnete 23h um die z-Achse ist bei den extremalen Paaren 23h 1 , 23h 8 maximal.Free ends of the frame magnets 23 h have seen in the circumferential direction around the z-axis different extents. The middle frame magnets 23 h 4 . 23h 5 have seen in the circumferential direction about the z-axis in each case the smallest extent, the corresponding circumferential extension of the frame magnets 23 BC accordingly. Towards larger tilt angles by the degree of freedom a h takes the circumferential extent of the free ends of the frame magnets 23 h to, since these frame magnets even at the same time and in extreme cases maximum tilting of the deflection 9 around the other degree of freedom a v must remain effective. The extension of the free ends of the frame magnets 23 h around the z-axis is in the extreme pairs 23 h 1 . 23 h 8 maximum.
Die Bahnsteuerung des Laserstrahls 7 zur Beaufschlagung der ROIs kann so geschehen, dass eine Wegeoptimierung des Laserstrahls zur Abtastung aller ROIs auf dem Objekt 2 erfolgt. Eine wegoptimierte Trajektorie des Laserstrahls 7 auf dem Objekt 2 kann, gesteuert bzw. geregelt über die Steuereinrichtung 5 und die Ablenkeinrichtung 8 über entsprechende Optimierungsbahnen, z.B. Lissajous-Bahnen, erfolgen.The path control of the laser beam 7 for applying the ROIs can be done so that a path optimization of the laser beam to scan all ROIs on the object 2 he follows. A path-optimized trajectory of the laser beam 7 on the object 2 can, controlled or regulated by the control device 5 and the deflector 8th via appropriate optimization tracks, eg Lissajous railways.
Die Magnetwicklungen 25 können mit Hilfe der Steuereinrichtung 5 so angesteuert werden, dass eine Bestromung der Magnetwicklung in 25 gewichtet erfolgt. Hierüber kann eine Ortsauflösung erreicht werden, die einen Bruchteil einer Umfangserstreckung der Magneten 22, 23 um die jeweiligen Kipp-Freiheitsgrade av , ah entspricht, beispielsweise 1/16, 1/32 oder 1/64 dieser Umfangserstreckung. Hierüber wird eine sehr hohe Ortsauflösung einer Momentanposition der Ablenkkomponente 9 in Bezug auf die beiden Freiheitsgrade av , ah erreicht.The magnet windings 25 can with the help of the control device 5 be controlled so that an energization of the magnetic winding in 25 weighted. This allows a spatial resolution can be achieved, which is a fraction of a circumferential extent of the magnets 22 . 23 around the respective tilting degrees of freedom a v . a h corresponds, for example 1/16, 1/32 or 1/64 of this circumferential extent. This is a very high spatial resolution of a current position of the deflection 9 in terms of the two degrees of freedom a v . a h reached.
Die vorstehend erläuterte Ablenkeinrichtung 8 kann nicht nur innerhalb eines Objekterfassungssystems eingesetzt werden, wie vorstehend beschrieben, sondern hat auch andere Anwendungsmöglichkeiten. Beispiele hierfür sind der 3d-Druck, eine Grafikansteuerung beispielsweise innerhalb eines RGB-Lasersystems oder auch ein Einsatz bei einem Laser-Bearbeitungssystem, beispielsweise einem Laser-Gravursystem.The deflection device explained above 8th not only can be used within an object detection system as described above, but also has other applications. Examples include 3d printing, graphic control, for example, within an RGB laser system, or use in a laser processing system, such as a laser engraving system.
Über den Sensor 15 ist alternativ oder zusätzlich zu einem bildgebenden Verfahren auch eine anderweitige Auswertung der Erfassungsstrahlung 13 möglich, beispielsweise die Auswertung von Speckle-Mustern oder die Auswertung einer Wellenlängen-Abhängigkeit oder einer Phasenverschiebung der Erfassungsstrahlung 13 möglich. Mit dem Sensor 15 kann insbesondere eine Intensitätsverteilung der Erfassungsstrahlung 13 in räumlicher und/oder zeitlicher Hinsicht erfasst werden.About the sensor 15 is alternatively or in addition to an imaging method and a different evaluation of the detection radiation 13 possible, for example, the evaluation of speckle patterns or the evaluation of a wavelength dependence or a phase shift of the detection radiation 13 possible. With the sensor 15 In particular, an intensity distribution of the detection radiation 13 be recorded in spatial and / or temporal terms.
