DE19750829C2

DE19750829C2 - Polygonspiegel

Info

Publication number: DE19750829C2
Application number: DE1997150829
Authority: DE
Inventors: Gerhard Wanger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2002-12-05
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: DE19750829A1

Description

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

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 zentralen Bohrung zu versehen, die durch ihren Durchmesser und eine periodenhafte Unrundheit die Verformung der Spiegelflächen vermindert. Alle diese Vorschläge, der Krümmung der Spiegelflächen entgegenzuwirken, haben jedoch den Nachteil eines enormen Festigkeitsverlustes beim Polygon, so daß die geforderten Drehzahlen gar nicht erreicht werden können, bevor das Polygon zerberstet.

Als Stand der Technik ist aus der US 4,820,005 ein Polygonspiegel bekannt, der kreisförmige Bohrungen aufweist, um die Laufeigenschaften des Polygonspiegels bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern.

In der US 5,083,138 ist ein Polygonspiegel mit Bohrungen 50 beschrieben, die symmetrisch angeordnet sind, um die Deformationseigenschaften der Spiegelflächen bei hohen Drehzahlen zu verbessern.

Aus der EP 0 408 895 A2 geht ferner ein Polygonspiegel hervor, der eine Mehrzahl symmetrisch verteilter Bohrungen oder Durchbrüche aufweist, um insbesondere bei hohen Drehzahlen verbesserte Laufeigenschaften aufzuweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Polygonspiegel zu schaffen, der eine besonders hohe Stabilität bei hohen Drehzahlen aufweisen soll und bei dem bei hohen Drehzahlen keine Verformung und Krümmung der ebenen Spiegelflächen stattfindet.

Es wurde nun gefunden, daß eine Bohrung, die sich senkrecht und mittig unter jeder Spiegelfläche befindet, eine Verringerung der Verformungskrümmung der ebenen Spiegelflächen gewährleistet, ohne wesentliche Festigkeitsverluste des Polygons zu verursachen. Ein Grund hierfür ist, daß die Bohrungen näher bei der Spiegelfläche als bei der Drehachse des Polygons angebracht werden können. 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 Werte zur Optimierung der möglichen geometrischen Größen sind in den Ansprüchen genannt. Vor allem werden hier Grenzbereiche festgelegt, die eine Richtung vorgeben, jedoch ist zur Feinabstimmung eine numerische Berechnung für jeden Polygontyp sinnvoll. Weitere Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Gaslagerung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 zeigt ein Polygon 1 mit acht gleichmäßig am Umfang verteilten ebenen Spiegelflächen 2. Mittig und senkrecht 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 Ansprüchen 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 angebracht. 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 Optimierungswerte wie bei Fig. 1. Der Wert der kleinen Halbachse ist durch Verformungsberechnungen dem Polygonspiegel bei festgelegter Betriebsdrehzahl anzupassen. Ein Grenzwert für das Verhältnis der Halbachsen ist in den Ansprüchen angegeben.

Claims

1. Polygonspiegel, insbesondere zur Ablenkung eines Laserstrahls, bei dem
mehrere ebene Spiegelflächen gleichmäßig am Umfang des Polygonspiegels verteilt sind und senkrecht zu und mittig unter jeder ebenen Spiegelfläche eine kreisförmige Bohrung angebracht ist, deren Symmetrieachse parallel zur Drehachse des Polygonspiegels verläuft,
das Verhältnis aus dem Produkt der Zahl der Spiegelflächen und dem Durchmesser der Bohrung einerseits und dem Abstand des Bohrungsmittelpunktes zur Drehachse des Polygonspiegels andererseits höchstens den Wert 5,3 hat und bei dem
die Bohrungen näher bei der jeweiligen Spiegelfläche als bei der Drehachse des Polygonspiegels angeordnet sind.

2. Polygonspiegel nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis aus der Summe des Radius der Bohrung und dem Abstand des Bohrungsmittelpunktes zur Drehachse des Polygonspiegels einerseits und dem Abstand des Spiegelflächenschwerpunktes zur Drehachse des Polygonspiegels andererseits bei einer Spiegelflächenanzahl unter Fünf den Wert 0,6 und bei einer Spiegelflächenanzahl über Fünf den Wert 0,9 nicht überschreitet.

3. Polygonspiegel, insbesondere zur Ablenkung eines Laserstrahls, bei dem
mehrere ebene Spiegelflächen gleichmäßig am Umfang des Polygonspiegels verteilt sind und senkrecht zu und mittig unter jeder ebenen Spiegelfläche eine ellipsenförmige Bohrung angebracht ist, deren Symmetrieachse parallel zur Drehachse des Polygonspiegels verläuft,
das Verhältnis aus dem Produkt der Zahl der Spiegelflächen und der Länge der großen Halbachse der ellipsenförmigen Bohrung einerseits und dem Abstand des Mittelpunktes der Ellipse zur Drehachse des Polygonspiegels andererseits höchstens den Wert 2,8 hat und bei dem
die Bohrungen näher bei der jeweiligen Spiegelfläche als bei der Drehachse des Polygonspiegels angeordnet sind.

4. Polygonspiegel nach Anspruch 3, bei dem sich die große Halbachse der Ellipse in Umfangsrichtung des Polygonspiegels und die kleine Halbachse in radialer Richtung erstreckt.

5. Polygonspiegel nach Anspruch 3, bei dem das Verhältnis der Länge der großen Halbachse und der Länge der kleinen Halbachse den Wert 4 nicht übertrifft.