DE4138557A1 - Deformierbarer spiegel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen deformierbaren Spiegel gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Ein gattungsgemäßer Spiegel ist aus der US-PS 46 79 915 bekannt. Er dient der gezielten Beeinflussung der Fokussierung eines Hochener­ gie-Laserstrahles, wie in der GB 21 62 713 A zur Fernwirkung in einem verfolgten Zielobjekt oder in der DE-OS 39 16 264 zur Materialbearbei­ tung näher beschrieben. Dabei kann es sich um einen sogenannten einka­ naligen deformierbaren Spiegel handeln, bei dem lediglich das Zentrum der Spiegelfläche infolge Längensteuerung des dahinter eingespannten Translators zur Fokusbeeinflussung durch Strahlaufweitung mehr oder weniger stark ausgewölbt wird; oder unterschiedliche Bereiche der Spiegelfläche werden unterschiedlich deformiert, um über dem Quer­ schnitt des Laserstrahls infolge Überlagerung unterschiedlicher Lauf­ zeiteffekte im Wirkungsorte bestimmte Energieverteilungen hervorzu­ rufen. In letztgenanntem Falle können die unterschiedlichen Deforma­ tionsorte eine Kennung durch eine der Auslenk-Information überlagerte Dither-Frequenz erfahren, indem im Translator ein Modulator mit dem Aktuator in Serie geschaltet ist (wie in der US-PS 46 79 915 gezeigt), oder indem im Strahlengang zusätzlich ein Modulierspiegel vorgesehen ist (wie in der DE 38 08 150 A1 dargestellt).

Zur Abschirmung von Umwelteinflüssen, aber auch in Hinblick auf leck­ freie Kühlfluid-Beaufschlagung hinter der Spiegelplatte, ist eine her­ metische Abdichtung zwischen der Spiegelplatte und dem Spiegelgehäuse anzustreben. Andererseits soll der Spiegel leicht montierbar und auch, insbesondere zur Nachbearbeitung einer von der Laserenergie beeinfluß­ ten Spiegelfläche, leicht demontierbar sein. Eine Lippendichtungs-Ein­ fassung, wie aus der US-PS 46 79 915 bekannt, ist aber nicht nur schwierig zu montieren, sondern sie weist auch angesichts der Schwin­ gungsbeanspruchung durch die Translatoren und der Druckbeanspruchung durch das Kühlmedium keine ausreichende Dauerstandfestigkeit auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Spiegel gat­ tungsgemäßer Art derart auszugestalten, daß er leicht zu einer univer­ sell einsetzbaren funktionstüchtigen Einheit komplettierbar aber eben­ so leicht auch wieder zur Nachbearbeitung demontierbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der gattungsge­ mäße Spiegel gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung können der Translator einerseits und das Gehäuse mit aufgespannter Spielfläche andererseits getrennt vormontiert, auf Funktionsfähigkeit geprüft und zunächst magaziniert, sowie bedarfswei­ se zusammengebaut werden, wobei vormontierte Spiegeleinheiten für unterschiedliche Anzahlen von einzubauenden Translatoren ausgelegt sein können. Das Spiegelgehäuse wird durch die, mittels einer Über­ wurfmutter längs ihres topfförmigen Randes axial verspannbare Spiegel­ platte, ohne Gefahr einer Deformation der Spiegelfläche komplettiert, woraufhin der komplette Translator rückwärts in das Gehäuse eingesetzt und mit einem Anschlußzapfen hinter der Spiegelplatte verschraubt wird. Die Demontage erfolgt in umgekehrter Reihenfolge, ohne dafür den Translator mit seinem Piezo-Aktuator selbst auseinander nehmen zu müssen. Bei dieser Demontage bleibt auch die Spiegelplatte selbst un­ zerstört, da sie nachgearbeitet und wieder eingebaut werden kann, ohne dadurch die Konstruktionswerte des Spiegels im übrigen zu beeinflussen.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas­ sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Be­ schränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert aber angenähert maß­ stabsgerecht vergrößert dargestellten bevorzugten Realisierungsbei­ spiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen erfindungsgemäß aufgebauten deformierbaren Spiegel im Längsschnitt durch einen Translator.

Der stark vergrößert skizzierte deformierbare Spiegel 11 weist stirn­ seitig vor seinem Gehäuse 12 eine verformbare Spiegelplatte 13 auf, die als Boden eines flachen Topfes 14 ausgebildet ist, also längs ihres Randes 15 in eine axial kurze hohlzylindrische Wand 16 übergeht. Die nach außerhalb des Topfes 14 orientierte Bodenfläche des Topfes 14 ist durch Bearbeitung oder Beschichtung als Spiegelfläche 17 ausgebil­ det. Ihr gegenüber, also an der Innenseite des Topfbodens, sind an der Spiegelplatte 13 Zapfen 18 vorgesehen, vorzugsweise einstückig ange­ formt, die dem koaxialen Anschluß jeweils eines Translators 19 für Druckbeaufschlagung zur örtlichen Ausbeulung der Spiegelfläche 17 die­ nen. Jeder Translator 19 besteht aus einem gegenüber der axialen Höhe des Spiegel-Gehäuses 12 langen Rohr 20, das spiegelseitig durch einen elastisch gelagerten, axial verschiebbaren Kolben 21 und gegenüber, also am von der Spiegelplatte 13 abgewandten Ende des Rohres 20, von einem Widerlager 22 verschlossen ist. Zwischen diesem Widerlager 22 und dem Kolben 21 ist ein elektromechanischer Aktuator 23 koaxial eingespannt, bei dem es sich bevorzugt um eine Piezo-Säule handelt. Diese wird über eine durch das Widerlager 22 hindurchführende Steck­ verbindung über ein Kabel 24 angesteuert.

Der Translator 19 wird im Bereiche seines frontseitigen Kolbens 21 mit einer einteiligen oder mehrteiligen Kupplung 25 verschraubt, die einerseits als den Zapfen 18 übergreifende Hülse 26 ausgebildet ist und andererseits, entgegengesetzt orientiert, einen Gewindestift 27 aufweist. Im so eingebauten, also indirekt mit dem Zapfen 18 ver­ schraubten Zustand ragt der Translator 19 durch eine Bohrung 28 im Spiegel-Gehäuse 12 hindurch. Diese Bohrung 28 ist rückwärtig über einem Sattel 29 aufgeweitet, gegen den ein am Translator-Rohr 20 flanschförmig umlaufender, radial vorstehender Kragen 30 axial an­ liegt. Zur Anlage-Abstützung ist dieser rückwärtig durch eine Hohl­ schraube 31 verspannt, die in die aufgeweitete und mit einem Innenge­ winde ausgestattete Bohrung 28′ eingeschraubt ist.

Der Hohlraum des Topfes 14 in der Umgebung der Koppel-Hülsen 26 zwi­ schen Translator 19 und Spiegelplatten-Zapfen 18 kann mittels eines kühlenden Fluidstromes durchspült werden, der über das Spiegel-Gehäuse 12 achsparallel durchziehende Kanäle 32 zu- und wieder abgeführt wird.

Die insgesamt topfförmige Spiegelplatte übergreift mit ihrer umlaufen­ den Wand 16 stirnseitig das Gehäuse 12 unter Zwischenlage einer O-Ringdichtung 33 zur verformungsfreien Radialzentrierung. Der von der Spiegelfläche 17 abgewandte, freie Rand 34 der Topf-Wand 16 liegt axial gegen einen radial umlaufenden Vorsprung 35 des Spiegel-Gehäuses 12 so an, daß zwischen der Gehäuse-Stirn 36 und der Innenseite der Spiegelplatte 13 stets ein lichter Abstand gewährleistet bleibt, um einbaubedingte Verformungen der Spiegelplatte 13 zu vermeiden. Eine mit einem Außengewinde 37 des Gehäuses 12 verschraubte Überwurfmutter 38 dient einerseits der radialen Abstützung der Spiegelplatte 13 über ihre Topf-Wand 16 und andererseits der axialen Einspannung dieser Wand 16 gegen das Gehäuse 12, wofür die Überwurfmutter 38 mit ihrem radial einwärts orientierten Bund 39 eine umlaufende Rand-Eindrehung 40 um etwa den Betrag radial übergreift, der der Dicke der Topf-Wand 16 entspricht.

Seitens der Fertigungs-Logistik können standartisiert vormontierte Translatoren 19 nach ihrer Funktionsprüfung auf Vorrat gehalten und nach Bedarf in Spiegel 11 mit einem oder mehreren Zapfen 18 einge­ setzt, nämlich mit der Kupplung 25 verschraubt und dann mit der Hohl­ schraube 31 fixiert werden. Die Spiegel 11 andererseits können in unterschiedlichen Abmessungen (hinsichtlich der Anzahl und Verteilung der Zapfen 18 hinter der Spiegelfläche 13) durch Aufspannen des Topfes 14 vormontiert sowie auf Dichtigkeit abgedrückt und dann magaziniert werden, bis ein (hinsichtlich der Zapfen-Anzahl bestimmtes) Exemplar benötigt und durch Einschrauben der Translatoren 19 komplettiert wird. Für eine gelegentliche spätere Überarbeitung der Spiegelfläche, etwa aufgrund von Oberflächen-Beschädigungen durch Hochenergie-Laserstrah­ len, brauchen nur die Translatoren 19 komplett (ohne Zerlegung ihrer Piezo-Aktuatoren 23) von den Zapfen-Kupplungen 25 abgeschraubt und nach Abnehmen der Überwurfmutter 38 der Spiegel-Topf 14 koaxial abge­ zogen zu werden, um nach Überarbeiten der Spiegelfläche 17 unter Ein­ legen einer neuen Dichtung 33 mit wenigen Handgriffen in umgekehrter Abfolge den Spiegel 11 wieder zu komplettieren.

Claims (10)

1. Deformierbarer Spiegel (11) mit hinter seiner Spiegelfläche (17) an die Spiegelplatte (13) angeordneten Zapfen (18) für den Anschluß von Translatoren (19), dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelplatte (13) als Boden eines Topfes (14) ausgebildet ist, dessen umlaufende Wand (16) stirnseitig axial gegen das Spie­ gelgehäuse (12) abgestützt ist.

2. Spiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Topf-Wand (16) radial über eine elastische Dichtung (33) gegen das Gehäuse (12) abgestützt ist.

3. Spiegel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Topf-Wand (16) unter radialer Einfassung axial mittels einer Überwurfmutter (38) gegen das Gehäuse (12) verspannt ist.

4. Spiegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwurfmutter (38) mit einem radial nach innen vorstehen­ den Bund (39) die Spiegelplatte (13) längs ihres Randes (15) im Be­ reiche der Dicke der Wand (16) übergreift.

5. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Translator (19) mit dem Zapfen (18) verschraubt ist.

6. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Translator (19) mit dem zugeordneten Zapfen (18) über eine Kupplung (25) verschraubt ist.

7. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Translator (19) mit einem radial vorstehenden Kragen (30) gegen einen Sattel (29) im Gehäuse (12) axial abgestützt ist.

8. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Translator (19) mittels eines radial vorstehenden Kragens (30) durch eine Hohlschraube (31) gegen einen Sattel (29) im Ge­ häuse (12) dem Zapfen (18) gegenüber axial verspannt ist.

9. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Translator (19) mit einem koaxialen Aktuator (23) ausge­ stattet ist, der zwischen einem rückwärtigen Widerlager (22) und einem spiegelseitig mit dem Zapfen (18) direkt oder indirekt ver­ schraubbaren Kolben (21) eingespannt ist.

10. Spiegel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehäuse (12) parallel zur Achse der Zapfen (18) mit Kühl­ fluid-Kanälen (32) durchzogen ist, die in einen Hohlraum in der Um­ gebung der Zapfen (18) hinter der Spiegelplatte (13) münden.