DE19750829A1

DE19750829A1 - Polygonspiegel

Info

Publication number: DE19750829A1
Application number: DE1997150829
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Wanger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: DE19750829C2

Description

Polygonspiegel werden vor allem zur optischen Ablenkung von Laserstrahlen verwendet. Hier bei sind mehrere ebene Spiegelflächen am Umfang des Polygons gleichmäßig verteilt. Der Po lygonspiegel dreht sich um eine Achse, die zugleich Symmetrieachse zu den Spiegelflächen ist. Durch die Notwendigkeit des technischen Fortschritts die Drehzahlen der Polygonspiegel im mer weiter zu erhöhen, kommt es zu erheblichen Massenkräften im Polygon, die starke Ver formungen zur Folge haben. Da an die Ebenheit der Spiegelflächen sehr hohe Anforderungen gestellt werden, führen diese Verformungen ab einer bestimmten Drehzahl zur Funktionsbeein trächtigung der optischen Ablenkung.

Aufgabe war es die geometrische Gestalt des Polygons so zu verändern, daß keine Verformung und Krümmung der ebenen Spiegelflächen bei hoher Drehzahl stattfindet. Eine Möglichkeit ist es die Verformung der Spiegelflächen durch die Breite des Polygons zu beeinflussen, indem das Polygon kontinuierliche Breitenschwankungen am Umfang aufweist, deren Periodenzahl der Spiegelflächenanzahl entspricht. Eine weitere Möglichkeit ist es das Polygon mit einer zentra len Bohrung zu versehen, die durch ihren Durchmesser und eine periodenhafte Unrundheit die Verformung der Spiegelflächen vermindert. Alle diese Vorschläge der Krümmung der Spiegel flächen entgegenzuwirken, haben jedoch den Nachteil eines enormen Festigkeitsverlustes beim Polygon, so daß die geforderten Drehzahlen gar nicht erreicht werden können, bevor das Poly gon zerberstet.

Es wurde nun gefunden, daß eine Bohrung, die sich senkrecht und mittig unter jeder Spiegel fläche befindet, eine Verringerung der Verformungskrümmung der ebenen Spiegelflächen ge währleistet, ohne wesentliche Festigkeitsverluste des Polygons zu verursachen. Ein Grund hierfür ist, die Bohrungen können näher bei der Spiegelfläche als bei der Drehachse des Poly gons angebracht werden. Aufgrund von aufwendigen numerischen Festigkeitsberechnungen (FEM) können die Bohrungen in Größe und Gestalt so optimiert werden, daß die Verformung der Spiegelflächen nahezu null ist. Wichtige Wert zur Optimierung der möglichen geometri schen Größen sind in den Unteransprüchen genannt. Vor allem werden hier Grenzbereiche festgelegt, die eine Richtung vorgeben, jedoch ist zur Feinabstimmung eine numerische Be rechnung für jeden Polygontyp sinnvoll.

Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Gaslagerung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von teilweise schematisch dargestell ten Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 zeigt ein Polygon 1 mit acht gleichmäßig am Umfang verteilten ebenen Spiegelflächen 2. Mittig und senkrecht 6 unter jeder Spiegelfläche 2 ist eine runde Bohrung 3 angebracht. Der Abstand der Bohrung 3 zur Drehachse 5 des Polygons 1 und der Durchmesser der Bohrung 3 sind anhand von numerischen Verformungsberechnungen so festzulegen, daß die Ebenheit der Spiegelfläche 2 auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet ist. Gemittelte Optimierungswerte für die genannten geometrischen Größen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Fig. 2 zeigt ein Polygon 1 mit acht gleichmäßig am Umfang verteilten ebenen Spiegelflächen 2. Mittig und senkrecht unter jeder Spiegelfläche 2 ist eine ellipsenförmige Bohrung 8 ange bracht. Die große Halbachse der Ellipse 8 erstreckt sich am Umfang des Polygons 1, und die kleine Halbachse erstreckt sich radial. Für den Wert der großen Halbachse und dem Abstand der Ellipse 8 zur Drehachse 5 des Polygons 1 gelten in etwa die gleichen Optimierungswert wie bei Fig. 1. Der Wert der kleinen Halbachse ist durch Verformungsberechnungen dem Poly gonspiegel bei festgelegter Betriebsdrehzahl anzupassen. Ein Grenzwert für das Verhältnis der Halbachsen zueinander befindet sich in den Unteransprüchen.

Claims

1. Polygonspiegel insbesondere zur Ablenkung eines Laserstrahls, wobei mehrere ebene Spie gelflächen gleichmäßig am Umfang des Polygonspiegels verteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht und mittig unter jeder ebenen Spiegelfläche eine Bohrung angebracht ist, deren Symmetrieachse parallel zur Drehachse des Polygonspiegels ausgerichtet ist.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Zahl der Spiegel flächen und Durchmesser der Bohrung im Verhältnis zum Abstand des Bohrungsmittelpunktes zur Drehachse des Polygonspiegels höchstens den Wert 5,3 hat.

3. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus Bohrungshalb achse und Abstand des Bohrungsmittelpunktes zur Drehachse des Polygonspiegels im Ver hältnis zum Abstand des Spiegelflächenschwerpunktes zur Drehachse des Polygonspiegels den Wert 0,6 für Spiegelflächenanzahl unter fünf und den Wert 0,9 für Spiegelflächenanzahl über fünf nicht überschreitet.

4. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung von der Grundform elliptisch ist.

5. Lagerung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus Zahl der Spiegelflächen und großer Halbachse der Ellipse im Verhältnis zum Abstand des Mittelpunktes der Ellipse zur Drehachse des Polygonspiegels höchstens den Wert 2,8 hat.

6. Lagerung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die große Halbachse der Ellipse sich umfangsmäßig und die kleine Halbachse radial erstreckt.

7. Lagerung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die große Halbachse der Ellipse im Verhältnis zur kleinen Halbachse den Wert 4 nicht übertrifft.