DE3318686A1 - Einrichtung zum ausrichten eines laserstrahles - Google Patents

Einrichtung zum ausrichten eines laserstrahles

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Description

Fg/Pa
DIEHL GMBH & CO., D-8500 Nürnberg Einrichtung zum Ausrichten eines Laserstrahles
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige Einrichtung ist aus dem obersten Absatz von Spalte 2 der DE-AS 27 57 585 bekannt. Für die räumliche Orientierung eines abgestrahlten Laserstrahles wird dort eine Laserquelle auf der Plattform montiert, die die geforderten Schwenk-Freiheitsgrade aufweist. Oft ist eine solche Plattform aber auch Geräteträger für weitere Geräte wie etwa Richt- und Zielverfolgungseinrichtungen, die stets eine feste Orientierung in Bezug auf die Orientierung des abgestrahlten Laserstrahles, beispielsweise eine streng parallele Orientierung, einhalten müssen, was durch die gemeinsame Montage auf der Plattform gewährleistet wird. Dadurch ergibt sich aber das Erfordernis einer schweren Ausführung für die Plattform mit entsprechenden reglungstechnischen Problemen bei der Steuerung bzw. Nachführung der großen Massen, ganz abgesehen von nur beschränkt verfügbaren Einbauräumen für eine solche Plattform als Geräteträger. Besonders kritisch werden diese Einschränkungen, wenn ein ausgesprochen energiereicher Laserstrahl abgestrahlt werden soll, für dessen Erzeugung eine einschließlich ihrer Hilfseinrichtung sehr voluminöse Hochenergie-Laserquelle erforderlich ist.
Wenn aufgrund derartiger Raum- und Gewichtsverhältnisse die Laserquelle nicht mehr auf der Plattform selbst zusätzlich zu den übrigen räumlich auszurichtenden Geräten installiert wer-
den kann, könnte daran gedacht werden, eine Spiegel-Schwenkeinrichtung gemäß der erwähnten DE-AS 27 57 585 von einer ortsfesten Hochenergie-Laserquelle anzustrahlen. Aufgrund der geometrischen Gegebenheiten würden sich über einem solchen Schwenkspiegel aber andere Abstrahlwinkel im Raum ergeben, als bei der gleichzeitigen Ansteuerung der Plattform für die räumliche Orientierung der davon getragenen Geräte; was nur mit außerordentlich hohem Aufwand an Datenverarbeitung nach Maßgabe der geometrischen Gegebenheiten für jeden beliebigen Rauswinkel wieder zur Orientierungs-Parallelität geführt werden könnte.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die xlufgabe zugrunde, eine Einrichtung gattungsgeniäßer Art derart auszubilden, daß die Plattform selbst nicht auch Träger für eine voluminöse Laserquelle sein muß, und dennoch ohne zusätzlichen datenverarbeitungstechnischen Aufwand stets eine feste Kopplung der Orientierung des abgestrahlten Laserstrahles mit der Orientierung der auf der Plattform gehalterten Geräte sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch £-el")St, da3 die Einrichtung gattungsgemäßer Art zusätzlich £e..i;13 den Teilinerkmalen des kennzeichnenden Teils des Ansprudies 1 ausgestaltet ist.
r'nrer. also die ortsfest mit der beweglichen Plattform angeordnete Laserquelle den Laserstrahl längs der plattformfesten 33".*ejungs-Achse orientiert, ist die Austritts-Richtung des Laserstrahls an der Plattform stets mit deren Orientierung fest gekoppelt, obgleich die Plattform selbst die Laserquelle nicht mehr trägt. Das ermöglicht eine kleinbauende und leich-
...3 35
te, also reglungstechnisch einfach beherrschbare Plattform, deren Fläche für die Installation der weiteren Geräte nicht durch Aufnahme einer Laserquelle eingeschränkt wird.
Nach Maßgabe der Orientierung der von der Plattform getragenen Geräte kann auf der Plattform in Verlängerung der plattformfesten Schwenkachse ein Abstrahlspiegel starr montiert werden, der die Abstrahlrichtung des Laserstrahls in Bezug auf die Orientierung der Geräte bestimmt; so daß diese gegenseitige Orientierung auch bei Schwenkbewegungen der Plattform starr beibehalten bleibt.
Bei Bewegungsmöglichkeiten um mehrere Achsen wird die Plattform von einer Schwenkkonstruktion gehaltert. Die mit dieser ortsfest installierte Laserquelle strahlt dann längs deren ortsfesten Schwenkachse ein, in der an Achsen-Kreuzungspunkten eine Strahlumlenkung längs der weiteren Achsen erfolgt, bis zum Strahl-Austritt durch die Plattform längs der plattformfesten Achse.
Vorteilhaft kann es sein, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung diese Schwenkkonstruktion darm so aufzubauen, daß der Laserstrahl durch Hohlräume längs der Schwenk-Achsen geführt werden kann. Das ermöglicht eine sehr verlustarne Ausbreitung des Laserstrahls durch die Schweiikkonstruktion längs deren Schwenkachsen bei günstigen konstruktiven Gegebenheiten für die Feinjustage und gegebenenfalls einen Austausch der Umlenkspiegel, sowie für die Zu{ränglichkeit der Umlenkspiegel rut Ilühlinaterialien zur Ableitung der Reflexionsverlust-".."äme bei Einsatz von Kochenergie-Lasern.
. G-
Zusätzliche Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in getriebetechnischer Schema-Darstellung eine um zwei Achsen bewegliche Plattform mit Einkopplung und Abstrahlung eines Laserstrahles.
1[-' Die in der Zeichnung skizzierte Einrichtung zum Ausrichten eines Hochenergie-Laserstrahles 1 weist eine Plattform 2 auf, die um eine Azimuth-Achse 3 drehbar und um eine Inklinations-Achse 4 kippbar ist, so daß die Hauptebene der Plattform 2 im Rahmen der konstruktiv vorgegebenen Schwenkgrenzen eine beliebige Orientierung im Halb-Raum einnehmen kann. Durch konstruktive Ausbildung eines zusätzlichen Schwenk-Freiheitsgrades, nämlich Verkippen der beiden Achsen 3, 4 in der Darstellebene, kann die Normale auf die Plattform 2 jede räumliche Orientierung einnehmen, was in der Zeichnung zur Vermeidung von Unübersichtlichkeiten aber nicht berücksichtigt ist. Für die Realisierung der Schwenkantriebe um die Achsen 3, 4 kann auf die bewährte Technik kreiselstabilisierter Plattformsteuerungen, beispielsweise bei Kardan-Aufhängungen, zurückgegriffen werden.
Die Plattform 2 ist Träger von Geräten-5, wie beispielsweise Rieht- oder Zielverfolgungsgeräten, deren räumliche Orientierung durch die Momentanstellung der Plattform 2 gegeben ist, slso über Schwenkbewegungen der Plattform 2 steuerbar ist.Pa-
'.. --' rpllel zu dieser Geräte-Orientierung soll der Laserstrahl 1 abgestrahlt werden.
Gemäß der erfindungsgemäßen Einrichtung wird dazu eine Hochenergie-Laserquelle 6 aufgrund ihres Volumens und Gewichts - im Interesse möglichst geringer zu bewegender Massen bei der Verschwenkung der Plattform 2 - nicht zusätzlich zu den sonstigen Geräten 5 auf der Plattform 2 gehaltert, sondern ortsfest in Bezug auf die raumfeste Schwenkachse (beim dapgestellten Zweiachsen-System also ortsfest mit der Inklinations-Achse 4) installiert.
Auf diese Weise ist der Laserstrahl 1 ortsfest in die Schwenkkonstruktion 7 einkoppelbar, innerhalb derer er mittels Umlenkspiegeln 8 längs der weiteren Schwenkachsen (im dargestellten einfachen Ausführungsbeispiel also längs der beweglichen. Azimuth-Achse 3) weitergeleitet wird.
Normalerweise sind die Geräte 5 parallel zur Plattform 2 orientiert, so daß auch der längs der letzten, plattformfesten Achse 3 aus der Schwenkkonstruktion 7 austretende Laserstrahl 1 nicht in dieser Achsrichtung von der Plattform abgestrahlt werden soll. Deshalb ist auf. der Plattform 2 über dem Durchstoßpunkt der plattformfesten.Achse 3 ein Abstrahlspiegel 9 angeordnet, der die Abstrahlrichtung in den Rpum bestimmt, beispielsweise wie dargestellt parallel zur Flattform 2. Diese kann in Abstrahlrichtung hinter dem Spiegel 9 optische Elemente 10 tragen, bei denen es sich beispielsweise um Vorrichtungen zur Strahlmodulation oder zur Strahlteilung· handelt. Da die Plattform 2 den Abstrahlspiegel 9 und diese Elemente 10 trägt, ist eine einmal erreicute Lagejustierung der ^'lenente 1Ί- bezüglich des Laserstrahls 1 unabhängig von der momentanen Plattform-Orientierung stets sichergestellt; wie auch die Orientierung des Laserstrahls in Bezug auf die Orientierung der Geräte 5 infolge des auf
33Ί8686
der Plattform 2 festgelegten Abstrahlspiegels 9 stets sichergestellt bleibt, obgleich die Laserquelle 6 selbst nicht von der Plattform 2 getragen wird.
Für die Einkopplung des Laserstrahls 1 und seine Umlenkung längs der Schwenk-Achsen 3, 4 bis zum Austritt aus der Plattform 2 kann die Schwenkkonstruktion 7 aus strahlungsleitenden Stäben, beispielsweise aus polykristallinem Germanium, bestellen, die an Orte von in Achskreuzungen gelegenen Umlenkspiegeln 8 unter Einlage einer Reflektorschicht 11 zusammengeführt sind, wie in der Zeichnung für das Ausführungsbeispiel eines zweiachsigen Schwenksystems durch die Fügefläche 12 mit einer Neigung von 45° gegenüber den beiden Achsen 3, 4 angedeutet.
Eine größere mechanische Stabilität bei besseren Justagemöglic-ilceiten für die Umlenkspiegel 8 lässt sich erreichen,wenn die Schwenkkonstruktion 7 aus hohlen Konstruktionsteilen, beispielsweise an Stoßstellen zueinander geöffneten Rohren 13, aufgebaut ist, längs deren Achsen 3, 4 der Laserstrahl 1 durch Luft oder sogar durch Vakuum und somit verlustärmer als durch optisches Konstruktionsmaterial geführt werden kann. Jie freien Rohrenden sind in Azimuth- und Inklinations-Drelilagem 15 j 16 um ihre Achsen 3, 4 verschwenkbar gehaltert. Dabei kann für das Inklinations-Rohr 14 zugleich eine ortsfeste Axialabstützung \rorgesehen sein, während das Azimuth-Drehlarer 15 auch der Axiaiabstützunr einer Plattform-Halterung 17 a:.'· der Schwenkkonstruktion 7 dient.
Bezugszeichenliste
1 Laserstrahl (aus 6)
2 Plattform (zum gerichteten Abstrahlen von 1)
3 plattformfeste Schwenk-Achse (z.B. Azimuth-Drehachse)
4 ortsfeste'Schwenk-Achse (z.B. Inklinations-Kippachse)
5 Geräte (auf 2 zur räumlichen Orientierung)
6 Laserquelle (ortsfest mit 7)
7 Schwenkkonstruktion (für 2, mit 3» 4)
8 Umlenkspiegel (für 1 in Achs-Kreuzungen von 7)
9 Abstrahlspiegel (auf 2 in 3)
optische Elemente (auf 2 hinter 9) Reflektorschicht (als 8 in 12) Fügefläche (beim Zusammensetzen von 7) Rohr (von 7» umgebend 3) Rohr (von 7» umgebend 4) Drehlager (um 3) Drehlager (um 4) Halterung (für 2 auf 15)
* 40 -
- Leerseite -

Claims (7)

  1. Fg/Pa
    Ansprüche
    Einrichtung zum Ausrichten des Strahles (1) aus einer Laserquelle (6) mittels einer beweglich gehalterten Plattform (2),
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Laserquelle (6) ortsfest bezüglich der Halterung der Plattform (2) abseits dieser angeordnet ist und der Laserstrahl (1) längs der ortsfesten Achse (4) der Bewegung der Plattform (2) auf diese zu orientiert ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der plattformfesten Achse (3) der Bewegung der Plattform (2) auf dieser ein Abstrahlspiegel (9) gehaltert ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Laserstrahl (1) längs der ortsfesten Schwenk-Achse (4) einer Plattform-Schwenkkonstruktion (7) in diese eingespeist ist und am Kreuzungspunkt von Schwenk-Achsen (3, 4) Umlenkspiegel (8) angeordnet sind, die den Laserstrahl (1) längs dieser weiteren Achsen (3) weiterleiten.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Achsen (3, 4), längs derer der Laserstrahl (1) durch die Schvrenkkonstruktion (7) verläuft, in Stäben aus strahlungsleitendem Material verlaufen.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umlenkspiegel (8) durch Reflexionsschichten (11) in Fügeflächen (12) zwischen einandergrenzenden Stäben ausgebildet sind.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Achsen (3, 4), längs denen der Laserstrahl (1) verläuft, durch Hohlräume in einer Halterungskonstruktion verlaufen, in denen am Kreuzungspunkt von Achsen (39 4) die Umlenkspiegel (8) gehaltert sind.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine Schwenkkonstruktion (7) aus die Schwenk-Achsen (3, 4) umgebenden Rohren (13, 14) erstellt ist.
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