DE19721969C1 - Justiervorrichtung für einen Spiegel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Justieren eines Spie­ gels.

Aus der DE 36 44 049 C2 ist bereits eine Justiervorrichtung für ein opti­ sches Element, insbesondere für einen Reflektorspiegel eines optischen (Laser-) Resonators bekannt, die einen Spiegelträger aufweist, der über ei­ nen elastischen Steg schwenkbar an einem Grundkörper angebracht ist. Zwischen dem Spiegelträger, der seinerseits wiederum aus einem vom Zwi­ schenelement gebildeten Grundelement und einer über einen elastischen Steg schwenkbar daran angebrachten Trägerplatte für den Spiegel gebil­ det ist, und dem Grundkörper ist eine Justierschraube vorgesehen, die auf ihrem Schaft zwei hintereinanderliegende Gewindebereiche mit unter­ schiedlichen Gewindesteigungen aufweist. Der Schraubenschaft der Ju­ stierschraube ist dabei im Querschnitt gegenüber den Gewindedurchmes­ sern wesentlich verjüngt, so daß er beim Verstellen der Justierschraube auftretende Biegungen und Verspannungen aufnehmen kann.

Aus der DE 17 64 815 C3 ist eine justierbare Halterung für den Spiegel ei­ nes Gaslasers bekannt. Diese Halterung umfaßt einen Justierflansch, an dem der Spiegel über einen durch eine Verschlußplatte eines Laserrohrs hindurchragenden Spiegelträger befestigt ist. Der Justierflansch ist dabei mit drei Justierschrauben an der Verschlußplatte angebracht. Eine dieser Justierschrauben weist dabei zwei Gewindeabschnitte mit unterschiedli­ chen Durchmessern und unterschiedlicher Steigerung auf, so daß beim Einstellen eine Verschiebung des Justierflansches gegenüber der Ver­ schlußplatte relativ zur Justierschraubenachse nur entsprechend der Differenz der Gewindesteigungen erfolgt. Um beim Verkippen des Justier­ flansches gegenüber der Verschlußplatte ein Verkanten der Justier­ schrauben zu vermeiden, weisen diese ein Biegeelement auf, daß durch Einstechen einer Nut in den Schraubenschaft gebildet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Justieren eines Spiegels zu schaffen, die es ermöglicht, einen Spiegel sowohl mög­ lichst schnell als auch möglichst fein zu justieren, und die auch bei hohen auf sie einwirkenden Beschleunigungen nicht beschädigt wird.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Justieren eines Spiegels mit ei­ ner den Spiegel tragenden Justierplatte, die gegenüber einem Gehäuse verstellbar an diesem angebracht ist, weist eine zwischen der Justierplatte und dem Gehäuse angeordnete Verstelleinrichtung auf, die einen zwei Ge­ winde mit unterschiedlichen Steigungen besitzenden Gewindebolzen um­ faßt, wobei auf eines der beiden Gewinde eine Verstellhülse aufgeschraubt ist.

Durch diese Anordnung lassen sich das Gewinde und die Justierplatte schnell gegeneinander verschieben, wenn die Verstellhülse auf dem fest­ gehaltenen Gewindebolzen verdreht wird. Auf diese Weise ist eine Grobju­ stierung möglich. Wird eine Feinjustierung gewünscht, so wird die Ver­ stellhülse einfach festgehalten und der Gewindebolzen um seine Läng­ sachse gedreht, so daß die Verschiebung der Justierplatte gegenüber dem Gehäuse der Differenz der beiden Gewindesteigungen entspricht. Dies er­ möglicht die Feinjustierung.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung einer Verstellhülse auf dem Ge­ windebolzen mit zwei unterschiedlichen Gewinden wird also auf äußerst einfache Weise sowohl eine Grob- als auch eine Feinjustierung ermöglicht, die für hohe Kräfte aufnehmende Gewinde vorgesehen werden können.

Unter dem Begriff Gewindesteigung soll einerseits die Steigungshöhe und andererseits auch die Steigungsrichtung (links/rechts) verstanden wer­ den.

Der Spiegel wird mit Hilfe eines Spiegelblocks gebildet, auf dessen Oberflä­ che eine Spiegelschicht aufgebracht ist. Der Block selbst ist vorzugsweise aus einem gut wärmeleitenden Material, z. B. OFHC oder einer anderen Kupferlegierung hergestellt, um so den Spiegel vor Hitzeschäden zu be­ wahren. Der Block kann jedoch auch aus einem anderen geeigneten Mate­ rial gefertigt werden.

Auf der Justierplatte ist ein Spiegelträger angeordnet, auf den der Spiegel­ block derart aufgesetzt ist, daß er mit seiner freien Stirnseite in das Ge­ häuse hineinragt. Der Spiegelblock kann dabei entweder einstückig aus dem Spiegelträger hervorgehen oder separat auf diesen aufgesetzt sein. Aus Gründen der Gewichtsersparnis kann der Block hohlzylindrisch aus­ gebildet sein oder eine beliebig andere Form aufweisen. Er kann auch mit einer Kühleinrichtung zur Kühlung der Spiegeloberfläche kombiniert sein.

Dadurch, daß der Spiegel zumindest teilweise in das Gehäuse hineinragt, ist dieser effektiv und auf einfache Weise vor Verschmutzung geschützt, die z. B. bei der Bearbeitung eines Werkstücks auftreten kann. Das Gehäu­ se weist in diesem Fall zwei Öffnungen auf, durch die der Laserstrahl in das Gehäuse eintreten und nach dem Auftreffen auf die Spiegeloberfläche wieder an einer anderen Stelle aus dem Gehäuse austreten kann.

Darüber hinaus kann durch die Anordnung des Spiegels im Innern des Ge­ häuses die gesamte Vorrichtung sehr kompakt hergestellt werden.

Es ist möglich, den Block auf dessen in das Gehäuse hineinragenden Ober­ fläche eben, konvex, konkav oder anders auszubilden. Durch das an­ schließende Aufbringen einer Spiegelschicht auf diese Oberfläche wird so­ mit auf einfache Weise ein geeignet gekrümmter Spiegel erhalten.

Zwischen der den Spiegel tragenden Justierplatte und dem Gehäuse ist die Verstelleinrichtung angeordnet, so daß diese im wesentlichen keine Aus­ wirkungen auf die räumlichen Ausmaße der gesamten Vorrichtung hat.

Die auf dem Gewindebolzen aufgebrachten zwei Gewinde sind in einem Ab­ stand voneinander angeordnet. So kann z. B. das eine Gewinde auf dem ei­ nen Ende und das andere Gewinde auf dem anderen Ende oder an einer an­ deren Stelle auf dem Gewindebolzen aufgebracht sein. Um eine Feinjustie­ rung zu ermöglichen, können die Gewinde unterschiedliche Steigungshö­ hen und jeweils gleiche Steigungsrichtungen aufweisen, so daß bei der Feinjustierung die Justierplatte mit dem Spiegel nur um die Steigungsdif­ ferenz der auf dem Gewindebolzen aufgebrachten Gewinde relativ zum Ge­ häuse bewegbar ist.

Andererseits können die auf dem Gewindebolzen in einem Abstand vonein­ ander liegenden Gewinde mit gleichen oder unterschiedlichen Steigungs­ höhen, aber unterschiedlichen Steigungsrichtungen versehen sein, wo­ durch ebenfalls eine Feinjustierung des Spiegels möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das eine Gewinde in das Ge­ häuse eingeschraubt sein, wobei das andere Gewinde die Justierplatte über die Verstellhülse trägt. Dadurch wird auf einfache Weise eine Lagereinrichtung zur Lagerung der Justierplatte an dem Gehäuse gebildet. Damit die Justierplatte sich beim Justieren nicht verdreht oder verkantet, kann das Gehäuse auch über ein oder mehrere Führungselemente mit der Justierplatte gekoppelt sein, so daß bei der Justierung die Justierplatte z. B. gleitend auf diesen Füh­ rungsstangen relativ zum Gehäuse verschiebbar ist.

Durch Drehung der Verstellhülse bewegt sich diese auf dem Gewindebolzen nach einer Umdrehung um den Betrag der Gewindesteigung vor oder zurück. Dadurch wird auf einfache Weise eine Grobjustierung der Justierplatte mit dem Spiegel möglich. Falls die beiden Gewinde auf dem Gewindebolzen gleiche Steigungsrichtungen, jedoch un­ terschiedliche Steigungshöhen aufweisen, bewegt sich durch Drehung des Gewindebolzens und gleichzeitigem Halten der Verstellhülse der Gewinde­ bolzen mit der Verstellhülse um den Betrag der einen Gewindesteigung in die eine Richtung, wobei sich gleichzeitig die Verstellhülse auf dem Gewin­ debolzen um den Betrag der anderen Gewindesteigung in die andere Rich­ tung bewegt. Dadurch wird die Justierplatte mit dem Spiegel um die Stei­ gungsdifferenz relativ zum Gehäuse bewegt. Durch geeignete Wahl der zwei Gewinde auf dem Gewindebolzen kann somit auf einfache Weise eine sehr feine Justierung vorgenommen werden. Folglich ist es möglich, mit derselben Verstelleinrichtung sowohl eine Grob- als auch eine Feinjustie­ rung vorzunehmen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen Gehäuse und Ver­ stellhülse eine Druckfeder angeordnet, um die Gewinde vorzuspannen und folglich ein selbständiges Lösen, z. B. durch Vibrationen, zu vermei­ den. Diese Feder kann entweder in einer Vertiefung des Gehäuses liegen oder aber auf der zur Justierplatte weisenden Oberfläche des Gehäuses aufliegen. Alternativ können auch mehrere Federn ausgebildet sein, die z. B. an verschiedenen Stellen der Vorrichtung angeordnet sind.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Verstellhülse im Bereich zwischen Gehäuse und Justierplatte einen Radi­ alansatz mit Radialbohrungen auf. Dabei kann die zum Gehäuse weisende Oberfläche des Radialansatzes der Verstellhülse als Druckfläche der auf oder im Gehäuse angeordneten Feder dienen. Die Radialbohrungen des Radialansatzes der Verstellhülse ermöglichen ein einfaches Festhalten der Verstellhülse, was z. B. bei der bereits oben beschriebenen Feinjustie­ rung notwendig ist.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist neben der Verstell­ einrichtung mindestens eine weitere Lagereinrichtung zur Lagerung von Gehäuse und Justierplatte vorhanden. Auf diese Weise ist es möglich, die Justierplatte mit dem Spiegel relativ zum Gehäuse zu kippen, wie es bei der Verwendung von lediglich einer Verstelleinrichtung nicht möglich ist. Durch die Verwendung der Verstelleinrichtung und mindestens einerwei­ teren Lagereinrichtung ist folglich auch die Verwendung von das Gehäuse und die Justierplatte koppelnden Führungselementen nicht mehr not­ wendig, wodurch auch eine Gewichtsreduktion möglich ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrich­ tung zwei Verstelleinrichtungen und eine Lagereinrichtung auf, wobei die Lagereinrichtung als drehbar gelagerter Fixpunkt ausgebildet ist, um den die Justierplatte mit Spiegel bewegbar ist. Dadurch läßt sich die Justier­ platte durch geeignete Drehungen des Gewindebolzens und/oder der Ver­ stellhülse in alle möglichen Richtungen kippen.

Alternativ können auch drei Verstelleinrichtungen ausgebildet sein, wo­ durch die relative Lage der Justierplatte zum Gehäuse noch flexibler ver­ änderbar ist.

Die Lagereinrichtungen sind vorzugsweise als Kipplager mit jeweils zwei Kugelscheiben und Kegelpfannen ausgebildet, um so ein Verkanten der Justierplatte und der in der Lagereinrichtung enthaltenen Schraube zu verhindern. Alternativ können an Stelle der Kugelscheiben und Kegelpfan­ nen auch andere geeignete Lagerelemente verwendet werden, die eine Drehbewegung ermöglichen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ebenfalls zwi­ schen der Verstellhülse und der Justierplatte ein Kipplager angeordnet, um ein Verkanten der Justierplatte und des Gewindebolzens zu vermeiden. Dieses Kipplager kann ebenfalls Kugelscheiben und Kegelpfannen aufwei­ sen oder andere entsprechende Lagerelemente.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung im Bereich der Verstellein­ richtung, und

Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in einem anderen Schnitt.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung im Schnitt. Darin ist ein Gehäuse 2 gezeigt, das über eine Lager­ einrichtung 3 und eine Verstelleinrichtung 4 mit einer Justierplatte 5 ge­ koppelt ist. Auf der Justierplatte 5 ist ein Spiegelträger 6 angeordnet und z. B. mit dieser verklebt. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dient die Lagereinrichtung 3 als Fixpunkt, um den die Justierplatte 5 ver­ schwenkbar ist. Der Fixpunkt 3 besteht aus einer Schraube 7, die in eine in der Justierplatte 5 befindliche Bohrung 8 eingeführt und mit einem an­ deren Ende in das Gehäuse 2 eingeschraubt ist. Zwischen dem Gehäuse 2 und der Justierplatte 5 befinden sich zwei Muttern 9a, 9b auf der Schraube 7, wobei die eine Mutter 9a als Kontermutter zur Befestigung der Schraube 7 am Gehäuse 2 dient und die andere Mutter 9b als Abstützung für die Ju­ stierplatte 5.

Die Lagereinrichtung 3 enthält ferner jeweils zwei Kegelpfannen 10a, 10b sowie zwei Kugelscheiben 11a, 11b, die jeweils auf beiden Seiten der Ju­ stierplatte 5 auf der Schraube 7 angeordnet sind. Dabei befinden sich die Kegelpfanne 10a sowie die Kugelscheibe 11a zwischen der nach außen wei­ senden Oberfläche der Justierplatte 5 und dem Kopf der Schraube 7. Die Kegelpfanne 10b sowie die Kugelscheibe 11b sind dagegen zwischen der zum Gehäuse 2 weisenden Seite der Justierplatte 5 und der Mutter 9b an­ geordnet. Die Muttern 9a, 9b können dabei jeweils mit dem Gehäuse 2 oder der Justierplatte 5, aber auch mit der Schraube 7 z. b. verklebt sein. Die Bohrung 8 ist im Durchmesser so groß, daß ein Verkippen der Justierplat­ te 5 auf der Schraube 7 möglich ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Verstelleinrichtung 4 enthält einen Gewindebolzen 12, auf dem in einem Abstand voneinander zwei unterschiedliche Gewinde 13, 14 aufgebracht sind. Das eine Ende des Gewindebolzens 12 ist über das Gewinde 13 mit dem Gehäuse 2 verschraubt, während das andere Ge­ winde 14 die Justierplatte 5 über eine Verstellhülse 15 trägt.

Auf der freien Stirnseite des Gewindebolzens 12 Ist eine Vertiefung (nicht gezeigt) ausgebildet, um den Gewindebolzen z. B. mittels eines Inbus­ schlüssels in das Gehäuse 2 hinein-/hinausdrehen zu können.

Auf der Verstellhülse 15 ist die Justierplatte 5 mittels zweier Kugelschei­ ben 16a, 16b und Kegelpfannen 17a, 17b gelagert, um ein Verkanten der Justierplatte 5 mit der Verstellhülse 15 zu verhindern. Das zum Gehäuse 2 weisende Ende der Verstellhülse 15 weist einen Radialansatz 18 mit Radi­ albohrungen 19 auf, über die z. B. die Verstellhülse 15 festgehalten wer­ den kann. Die Kugelscheibe 16b und die Kegelpfanne 17b liegen auf der Verstellhülse 15 zwischen dem zwischen dem Gehäuse 2 und der Justier­ platte 5 liegenden Radialansatz 18 der Verstellhülse 15 und der zum Ge­ häuse 2 weisenden Seite der Justierplatte 5. Auf der gegenüberliegenden dem Gehäuse 2 abgewandten Seite der Justierplatte 5 sind auf der Ver­ stellhülse 15 die Kugelscheibe 16a und die Kegelpfanne 17a zwischen der nach außen weisenden Seite der Justierplatte 5 und einer auf der Verstell­ hülse 15 aufgeschraubten Mutter 20 angeordnet, so daß die Justierplatte 5 auf der Verstellhülse 15 gehalten wird. Die Verstellhülse 15 liegt in einer Bohrung 5a der Justierplatte 5, deren Innendurchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Verstellhülse 15, um bei Kippung ein Ver­ kanten zu vermeiden.

Um ein Lösen der Gewinde 13 und 14 zu verhindern, werden diese mittels einer Druckfeder 21 vorgespannt. Die Druckfeder 21, die z. B. als Tellerfe­ derpaket ausgebildet ist, wird dabei teilweise durch eine im Gehäuse 2 ausgebildete Ausnehmung 22 aufgenommen und liegt koaxial zum Gewin­ debolzen 12. Während das eine in der Ausnehmung 22 des Gehäuses 2 lie­ gende Ende der Druckfeder 21 gegen das Gehäuse 2 drückt, übt das andere aus der Ausnehmung 22 des Gehäuses 2 herausragende Ende der Druck­ feder 21 Druck auf die Unterseite des Radlalansatzes 18 der Verstellhülse 15 aus, wodurch die Gewinde 13 und 14 vorgespannt werden.

Die Fig. 2 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 1 in einem anderen Schnitt. Dabei werden für die gleichen Bestandteile dieselben Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet.

Die Fig. 2 zeigt einen auf dem Spiegelträger 6 angeordneten Spiegelblock 23, der teilweise in das Gehäuse 2 hineinragt, wobei auf dessen im Gehäu­ se 2 liegenden Stirnfläche eine Spiegelschicht 24 aufgebracht ist. Der Spiegelblock ist dabei gut wärmeleitend, so daß die durch das Auftreffen eines Laserstrahls entstehende Wärme die Spiegelschicht 24 nicht be­ schädigt. Über flexible Dichtungsmittel 25 wird der gesamte Spiegel (der Spiegelblock mit Spiegelschicht) mit dem Gehäuse 2 flexibel gekoppelt, um so ein Verschmutzen des Spiegels z. B. durch Staubpartikel zu vermeiden, wobei die flexiblen Dichtungsmittel 25 Drehbewegungen des Spiegels er­ möglichen.

Über eine im Gehäuse 2 befindliche erste Öffnung 26 tritt ein Bearbei­ tungsstrahl 27, z. B. ein Laserstrahl, in das Gehäuse 2 ein und trifft dort auf die Spiegeloberfläche 24, um reflektiert zu werden und über eine zweite Öffnung 28 wieder aus dem Gehäuse 2 auszutreten, um dann z. B. auf eine Bearbeitungsstelle (nicht gezeigt) zu treffen.

Wie in Fig. 2 ferner zu sehen, befindet sich zwischen dem Gehäuse 2 und der Justierplatte 5 der Radialansatz 18 der Verstellhülse 15. Darüber hin­ aus sind in Fig. 2 die zwischen dem Radialansatz 18 und der Justierplat­ te 5 liegende Kegelpfanne 17b sowie die Kugelscheibe 16b zu erkennen.

Die Vorrichtung zur Justierung eines Spiegels kann z. B. in einem Laserbe­ arbeitungssystem zum Einsatz kommen, um einen Laserstrahl auch auf große Entfernungen möglichst genau einstellen zu können.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Justieren eines Spiegels (24) mit einer den Spiegel (24) tragenden Justierplatte (5), die gegenüber einem Gehäuse (2) verstell­ bar an diesem angebracht ist, und mit einer zwischen der Justierplatte (5) und dem Gehäuse (2) angeordneten Verstelleinrichtung (4), die einen zwei Gewinde (13, 14) mit unterschiedlichen Steigungen aufweisenden Gewin­ debolzen (12) umfaßt, wobei auf eines der beiden Gewinde (13 oder 14) eine Verstellhülse (15) aufgeschraubt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (12) in einem Abstand voneinander liegende Gewinde (13, 14) mit unterschiedlichen Steigungshöhen und jeweils gleichen Stei­ gungsrichtungen aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindebolzen (12) in einem Abstand voneinander liegende Gewinde (13, 14) mit gleichen oder unterschiedlichen Steigungshöhen und unter­ schiedlichen Steigungsrichtungen aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Gewinde (13) in das Gehäuse (2) eingeschraubt ist und das andere Gewinde (14) die Justierplatte (5) über die Verstellhülse (15) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen Gehäuse (2) und Verstellhülse (15) eine Druckfeder (21) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellhülse (15) im Bereich zwischen Gehäuse (2) und Justierplatte (5) einen Radlalansatz (18) mit Radlalbohrung (19) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß neben der Verstelleinrichtung (4) mindestens eine weitere Lagereinrichtung (3) zur Lagerung von Gehäuse (2) und Justierplatte (5) vorhanden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (3) ein Kipplager (10, 11) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen Verstellhülse (15) und Justierplatte (5) ein Kipplager (16, 17) angeordnet ist.