DE4029075C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Winkel- und Brenn­ weitenkorrektur gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

Solche Einrichtungen sind an sich bekannt. Sie werden insbesondere für die Strahlenregelung von Hochleistungslaser für die Materialbearbeitung verwendet. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt beispielsweise die DE-PS 32 02 432 der Anmelderin. Jedoch ist der Aufwand an Fertigung, Montage und Justierung noch sehr hoch, da zu viele Einzelbauelemente miteinander in Wirkverbindung gebracht werden müssen und die Aussteue­ rung relativ kompliziert ist.

Durch die DE-PS 34 22 232 C2 ist eine Einrichtung zur Ziel-Suche und Ziel-Nachführung gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 bekanntge­ worden. Auch bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau sowie der Aufwand an Fertigung, Montage und Bauelementen relativ hoch.

Aus der DE-OS 30 36 083 A1 der Anmelderin ist ein Spiegel mit variabler Krümmung bekannt, bei dem ein mit der Spiegelfläche und der Gehäusescha­ le verbundenes, verstellbares Befestigungselement die Krümmung erzeugt. In den Verstellmöglichkeiten, beispielsweise einer Kippung, ist diese Ausführungsform jedoch eingeschränkt.

Durch die DE-AS 27 57 585 B2 ist eine Einrichtung zum selbsttätigen Aus­ richten eines Laserstrahles auf ein Ziel bekanntgeworden, bei der zur Kippung eines Spiegels piezoelektrische Stellglieder verwendet werden.

Aus der US-PS 46 74 848 ist es bekannt, einen deformierbaren Spiegel mit einem Kühlungssystem zu versehen. Auch diese Ausführungsform ist in Bau­ elementen, Fertigung und Montage äußerst aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die als einziges adaptives Bau­ element konzipiert ist, das nicht nur leicht, zuverlässig und einheit­ lich ansteuerbar ist, sondern in seinem Aufbau vereinfacht und in seinen Verstellmöglichkeiten optimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen vorgeschlagen und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungs­ beispiel erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt des adaptiven Spiegels in schematischer Dar­ stellung,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A gemäß Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen adaptiven Spiegels, der in den Strahlengang eines Lasers als einziges, komplettes Bauelement eingebracht wird, um dort Winkel und Divergenz des Laser­ strahles zur Materialbearbeitung zu beeinflussen. Hierzu ist die Konzep­ tion so geschaffen, daß die Spiegeloberfläche in zwei Richtungen gekippt und sphärisch verformt werden kann.

Der adaptive Spiegel 10 setzt sich aus einer Spiegelmembran 11, die mit ihrem Rand in einer Nut oder auf andere konstruktive Weise in einem zy­ lindrischen Gehäuseelement 12 eingespannt ist sowie einem Standrohr 16, das auf einer Grundplatte 17 befestigt ist, zusammen. Das zylindrische Gehäuseelement 12 ist über ein rotationssymmetrisches Biegeelement 15 mit dem zylindrischen Standrohr 16 verbunden und stützt sich auf drei piezokeramische Stellelemente 13 ab.

Die Spiegelmembran 11 ist über einen Zugstab 14, der an seinem entgegen­ gesetzten Ende ein Mikrometergewinde 18 aufweist, mit der Grundplatte 17 so verbunden, daß durch das Mikrometergewinde 18 einerseits und die Spiegeleinspannung in dem Gehäuseelement 12 andererseits relativ jede Grundkrümmung der Spiegelmembran 11 eingestellt werden kann. Weiterhin werden durch gleiche Auslenkung der piezokeramischen Stellelemente 13 der Spiegelmembran 11 eine entsprechende Arbeitskrümmung aufgeprägt. Soll die Spiegelmembran nun zusätzlich noch in definierter Weise zur X- oder Y-Achse gekippt werden, so werden die einzelnen Stellelemente 13 entsprechend ausgelenkt. Diese Stellelemente 13 sind - wie die Fig. 2 verdeutlicht - ringförmig auf der Grundplatte 17 befestigt und greifen mit ihren piezokeramischen Elementen 13a an der Außenbodenfläche des zy­ lindrischen Gehäuseelementes 12 an. Diese piezokeramischen Stellelemente 13, 13a werden nur auf Druck belastet und durch Variation ihrer Entfer­ nung von der Mittelachse kann die Kraft der Piezostellelemente für die Verkippung und bestimmte sphärische Krümmung in maximalen Hub umgesetzt werden.

Die Kühlung der Spiegelmembran ist relativ einfach. Die Zentralbohrung des zylindrischen Gehäuseelementes 12 wird durch eine Dichtung 21 ge­ schlossen, in bestimmter Höhe relativ zur Spiegelhalterung im Gehäuse mantel ist ein Kühlmittel-Zuflußelement 19 und dem gegenüber ein Abfluß­ element 20 angeordnet. Der Kühlmittelzufluß wird so reguliert, daß der Kühlflüssigkeitsdruck die eingestellte Wölbung bzw. Krümmung der Spie­ gelmembran 11 nicht beeinträchtigt.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Winkel- und Brennweitenkorrektur in Form eines deformierbaren Spiegels, der in den Strahlengang eines Lasers zur Kor­ rektur der Ausrichtung und Fokussierung einbringbar ist, und dessen in einem topfartigen, mit einer Grundplatte versehenen Gehäuse eingespannte Spiegelmembran über piezokeramische Stellelemente in eine bestimmte Krümmung versetzt und in definierter Weise gekippt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die in dem zylindrischen Gehäuseelement (12) des adaptiven Spiegels (10) eingespannte Spiegelmembran (11) mit einem, mit der Grundplatte (17) verstellbar angeordneten Zugstab (14) verbunden ist und mittels dreier, mit der Grundplatte (17) verbundener, piezokerami­ scher Stellelemente (13), die auf das Gehäuseelement (12) einwirken, in eine bestimmte Krümmung versetzt wird und in definierter Weise zur X- oder Y-Achse kippbar ist, wobei das zylindrische Gehäuseelement (12) an seiner Unterseite zentrisch durch ein rotationssymmetrisches Biege­ element (15) mit einem an der Grundplatte (17) befestigten Standrohr (16) zentrisch an dessen Oberseite verbunden ist und daß der Zugstab (14) über ein Stellelement (18) mit der Grundplatte (17) verbunden ist, während die piezokeramischen Stellelemente (13) ringförmig um den Zug­ stab (14) angeordnet sind, wobei jeweils zwei von ihnen (13) mit dem Mittelpunkt des Zugstabes (14) einen Winkel von 120° zueinander ein­ schließen und in ihrer Längsrichtung eine Druckkraft über das zylindri­ sche Gehäuseelement (12) auf die Spiegelmembran (11) übertragen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (18) als Mikrometer-Gewindeschraube ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels eines Abdichtelementes (21) und eines Kühlmittelein­ laufs (19) sowie Kühlmittelauslaufs (20) im Gehäuseelement (12) eine na­ hezu drucklose Kühleinrichtung der Spiegelmembran (11) gebildet wird.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Kippung der Spiegelmembran (11) in definierte Positionen in der X- und Y-Achse durch Längenveränderung der piezokeramischen Stellelemente (13), diese an der Grundplatte (17) angeordnet oder mit die Längenveränderung übertragenden Stellgliedern versehen sind.