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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Ablenken eines Laserstrahls des Typs, die einen Spiegel aufweist
und eine Einrichtung, die in der Lage ist, den Spiegel mittels Winkelrotation
zu positionieren.
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Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die zum Ablenken
eines Laserstrahls geeignet ist, die einen Spiegel und eine Einrichtung
zum Ausrichten des Spiegels aufweist, wobei der Spiegel von einer
Achse so gelagert wird, dass sich der Spiegel um die Achse in einem
Winkel auf der Basis des Elektromotorprinzips drehen kann.
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STAND DER
TECHNIK
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Laser
werden derzeit in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, in welchen
es erforderlich ist, den Laserstrahl zu steuern. Ein Laserkopf,
in welchem der Strahl durch die Reflektion von zwei Spiegeln abgelenkt
wird, die durch zwei Galvanometer gesteuert werden, wird üblicherweise
zur Markierung von Trägern,
wie zum Beispiel Kunststoffen oder Metallen verwendet. Galvanometer
sind bekannte Einrichtungen zum Steuern des Drehwinkels der Spiegel,
wobei (Elektro-)Magnete innerhalb des Galvanometers in eine Rotationsbewegung
gebracht werden. Jeder Spiegel wird in kontrollierter Weise zu einer
Rotation um seine eigene Achse durch das entsprechende Galvanometer
gebracht und die zwei Achsen sind im Allgemeinen in Bezug zueinander
orthogonal positioniert. Auf diese Weise kann der austretende Strahl gemäß einem
System von Koordinaten abgelenkt werden und dessen Pfad kann so
gesteuert werden, dass die erforderliche Bearbeitung erzielt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ähnliche Vorrichtungen, in welchen
zwei getrennte Spiegel in der Lage sind, einen Laserstrahl abzulenken,
um alle möglichen
Positionen innerhalb einer XY-Koordinatenebene zu erreichen. Die
Erfindung ist insbesondere auf eine derartige Einzelvorrichtung
gerichtet, die in der Lage ist, die Winkelrotation des Spiegels
in einer genauen Weise zu steuern.
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Ein
weiteres herkömmliches
bekanntes Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Winkelrotationsbewegung
dieser Ablenkungsspiegel bestehen in der Verwendung mehrerer Elektromagnete, wodurch
elastische Kräfte
mit den auf einen Spiegel wirkenden Magnetkräften in Gleichgewicht stehen.
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In
dem vorliegenden Text bedeutet 'Winkelrotation' jede Rotationsbewegung über einen
Winkelbereich, welcher positiv oder negativ sein kann und insgesamt
kleiner als 180° ist.
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Weitere
Anwendungen für
diese Vorrichtungen liegen beispielsweise auf dem medizinischen Gebiet,
wobei für
verschiedene Behandlungen von einem Laserstrahl Gebrauch gemacht
wird, welcher mittels eines Paares von Galvanometern gesteuert wird,
um eine Abtastbewegung auszuführen.
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Die
derzeit bekannten, durch entsprechende Galvanometer gesteuerten
Ablenksysteme sind kompliziert, unhandlich und ungenau. Ferner ist
deren Reaktionszeit langsam und wird unannehmbar. Ein weiteres Problem
ist die hohe Impedanz der bestehenden Winkelrotationsvorrichtungen
aufgrund einer hohen Anzahl von Stromdrähten innerhalb der Elektromagnete,
welche benötigt
werden, um ein vernünftig
starkes Magnetfeld zu erzeugen.
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Der
Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer
Alternative für
die üblicherweise
verwendeten Galvanometer dergestalt, dass die vorliegende Erfindung
eine Laserstrahlablenkvorrichtung bereitstellt, welche kompakter
und genauer und leicht herzustellen ist, und welche eine genauere
und schnellere Manipulation des Laserstrahls ermöglicht. Eine weitere Aufgabe
besteht in der Bereitstellung einer Winkelrotationsvorrichtung mit
einer niedrigen Impedanz, welche demzufolge eine genauere und schnellere
Reaktionszeit für
die Rotationsbewegung bereitstellt.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ablenken eines
Laserstrahls gemäß Anspruch
1 und ein Verfahren gemäß Anspruch
16.
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Im
Wesentlichen machen die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung
von einem Magnet und einem sich bewegenden geladenen Teilchen Gebrauch,
wodurch eine Veränderung
wenigstens eines Parameters zu einer Rotationsbewegung eines Spiegels
führt.
Der technische Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist die Nutzung
der Lorentz-Kraft zum Erzeugen des den Spiegel drehenden Winkelbereichs.
Ein Magnetfeld B übt
eine Kraft auf sich bewegende geladene Teilchen aus. Die gesamte elektromagnetische
Kraft auf ein geladenes Teilchen mit der Ladung q und der Geschwindigkeit
v wird nach dem dänischen
Physiker Hendrik A. Lorentz als die Lorentz-Kraft bezeichnet und
ist gegeben durch: F = qE + qv·B.
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Der
erste Term ist dem elektrischen Feld zuzuordnen, welcher in den
bevorzugten Ausführungsformen
Null ist. Der zweite Term ist die magnetische Kraft und besitzt
eine Richtung senkrecht sowohl zu der Geschwindigkeit v als auch
zu dem Magnetfeld B. Die magnetische Kraft ist proportional zu der
Ladung q und zu der Größe von v·B. In
Form des Winkels α zwischen
v und B ist die Größe der Kraft
gleich qvB sinα.
Demzufolge wirkt die Lorentz-Kraft auf das geladene Teilchen in
einem gleichmäßig magnetischen Feld.
Wenn v senkrecht B ist (das heißt,
mit einem Winkel zwischen v und B von 90°) folgt das Teilchen einer Kreisbahn
mit einem Radius von r = mv/qB. Wenn der Winkelbereich kleiner als
90° ist,
folgt das Teilchen einer Spirale mit einer Achse parallel zu den Feldlinien.
Wenn der Winkelbereich Null ist, wirkt keine magnetische Kraft auf
das Teilchen, welches sich weiter unabgelenkt entlang den Feldlinien
bewegt. Wenn ein Draht mit einem Strom i in einem externen Magnetfeld
B platziert wird, hängt
die Kraft auf den Draht von der Orientierung des Drahtes ab. Da
ein Strom eine Bewegung von Ladungen in dem Pfad repräsentiert,
wirkt die durch die vorstehende Gleichung gegebene Lorentz-Kraft
auf die sich bewegenden Ladungen. Da diese Ladungen an den Leiter
gebunden sind, werden die magnetischen Kräfte auf den sich bewegenden
Ladungen auf den Draht übertragen.
Die Kraft auf ein kleines Längenstück d) des Drahtes
hängt von
der Orientierung des Drahtes in Bezug auf das Feld ab. Die Größe der Kraft
ist durch idlB sinw gegeben, wobei w die Winkelbereichsfläche zwischen
B und dl ist. Es ist keine Kraft vorhanden, wenn w = σ oder 180° ist, was
beides einem Strom entlang einer Richtung parallel zu dem Feld entspricht.
Die Kraft befindet sich in einem Maximum, wenn der Strom und das
Feld senkrecht zueinander sind. Die Kraft wird aus der vorstehenden
Gleichung abgeleitet und ist gegeben durch: dF = idl·B. Wiederum
bezeichnet das Kreuzprodukt eine Richtung senkrecht sowohl zu dl
als auch B. Es ist klar, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung
nicht nur auf die Ablenkung von Laserstrahlen, sondern auch zur Steuerung
aller funktionellen Elemente, wie zum Beispiel Schneidewerkzeuge,
Druckerköpfe
angewendet werden kann, die mittels einer Achse auf einer Welle
gelagert werden können.
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Die
Verwendung der Lorentz-Kraft als Folge der Wechselwirkung geladener
Teilchen mit einer Ladung q und einer Geschwindigkeit v innerhalb
eines Magnetfeldes B für
die Steuerung der Winkelrotation bietet die vorstehend erläuterten
Vorteile.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Rotor innerhalb eines Magnetfeldes positioniert, das durch
die diskreten Magnetpole erzeugt wird, wodurch jeder durch die Magnetpole
definierte Winkelbereich eine räumliche Überlappung
mit einem entsprechenden durch den Leiter definierten Winkelbereich
hat, wodurch das Übermaß des Winkelbereichs,
das heißt
das Übermaß der Überlappung
den Winkelbereich für
die Ausrichtung des Spiegels definiert. Dieses Übermaß in der räumlichen Überlappung ist ein wesentlicher
Aspekt der vorliegenden Erfindung und wird vollständig durch
Bezugnahme auf die Zeichnungen verständlich.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird die Einrichtung für
die Erzeugung eines Stroms bereitgestellt, die aus einer mit einem
Leiter verbundenen elektrischen Quelle besteht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
besteht der Rotor aus einem Schaltkreisträger, auf welcher der Leiter
mit der Achse verbunden vorgesehen ist und wobei der Leiter sich
radial erstreckende Leiterteile aufweist. Dieser Leiter definiert
einen Leiterwinkelbereich, das heißt, den Winkel zwischen dem
sich am weitesten links und am weitesten rechts radial erstreckenden
Leiterteil. In einer bevorzugten Ausführungsform beschreibt der Leiter
ein Kreissegment. In einem Beispiel erstreckt sich der Leiter in
einer oder mehreren Windungen oder Schleifen auf einer gedruckten
Leiterplatte. Die radiale Bewegung des elektrischen oder geladenen
Teilchens sorgt für
eine Maximierung des sinα (sinα = 1) und
daher für
eine Maximierung des qvB sinα.
In einer bevorzugten Ausführungsform
erstrecken sich die Stromdrähte
senkrecht zu dem Magnetfeldlinien. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist eine Rotorvorrichtung an der Achse angebracht und der Rotor ist
mit einem Stromdraht oder mit Stromdrähten versehen, von denen sich
ein wesentlicher Teil radial erstreckt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
hat die durch den Leiter definierte Fläche die Form eines Kreissegmentes
und die Anzahl der Leiterteile ist beispielsweise 2, 3, 4, 5, die
in einer parallelen Ausrichtung auf der gedruckten Leiterplatte
vorgesehen sind.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird das Magnetfeld durch eine Anzahl diskreter Permanentmagnetpole
erzeugt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Permanentmagnetpole konzentrisch um die Achse herum positioniert.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
erstrecken sich die Magnetfeldlinien senkrecht zu dem Rotor.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Winkelbereich der Magnetpole auf 180° und bevorzugt etwa 70° begrenzt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
erstreckt sich der Rotor in einer Winkelbereichfläche von
etwa 90° und
bevorzugt senkrecht zu der Achse.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
besteht der Rotor bevorzugt aus einem gedruckten Schaltkreis auf
einer Schaltkreisleiterplatte, die elektrisch mit den Achsen verbunden
und darauf befestigt ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Leiterwinkelbereich durch einen Schaltkreis definiert, der
einen elektrischen Leiter aufweist, der in einem spezifischen Muster
auf der Schaltkreisträger
beispielsweise in einem zusammenhängenden Kreissegmentmuster
um die Achse herum mit wenigstens einer bevorzugt mehr als einer
Schleife oder Windung vorgesehen ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine flexible Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden
einer elektrischen Quelle mit dem Rotor vorgesehen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Ablenken eines Laserstrahls
gemäß Anspruch
16.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Laserstrahlablenkungsapparatur gemäß Anspruch
18, welche zwei Vorrichtungen zum Ablenken eines Laserstrahls aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird deutlicher aus der nicht einschränkenden Beschreibung und den
beigefügten Zeichnungen,
welche die bevorzugteste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, verständlich. In den Zeichnungen
ist bzw. zeigt:
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1 eine
schematische dreidimensionale Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 eine
axiale Querschnittsansicht entlang der Linie A-A von 1;
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3 eine
radiale Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von 2;
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4 schematische
detaillierte Ansichten des eingekreisten Bereichs von 2;
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5 eine
ebene Ansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Rotors der
vorliegenden Erfindung mit einem nicht-symmetrischen Muster.
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6 zwei
Querschnittsansichten (links in radialer Richtung, rechts in Längsrichtung),
welche das für
einen Rotor von 5 geeignete Magnetfeld erläutern; und
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7 schematisch
zwei ausgerichtete Vorrichtungen zum Ablenken eines Laserstrahls
in den erforderlichen Richtungen.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gemäß vorstehender
Erläuterung
und betrifft die Erfindung eine Winkelrotationseinrichtung für die genaue
Winkelrotation einer einen Spiegel tragenden Achse. Die Winkelrotation
gemäß der Erfindung
basiert auf der Wechselwirkung eines elektrischen Stroms (geladene
Teilchen mit einer Ladung q und Geschwindigkeit v) innerhalb des
Magnetfeldes. Eine Veränderung
in einem der Parameter kann zu einer Kraft, der Lorentz-Kraft, führen, welche
zu einer genauen und schnellen Winkelrotation der Achse führen kann.
Die sich ergebende Lorentz-Kraft ist ausreichend stark, dass eine
Achse, auf welche diese Kraft einwirkt, in eine Rotation über einen
den Parametern B, q und v entsprechenden spezifischen Winkelbereich
gebracht wird.
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In
der vorliegenden Anmeldung ist die bevorzugte Ausführungsform
eine Vorrichtung, in welcher ein Stromdraht direkt oder indirekt über einen
Träger mit
der im Winkel zu drehenden Achse verbunden ist. Wenn ein Strom während einer
spezifischen Zeitintervalls durch diese elektrischen Drähte oder
einen innerhalb des Magnetfeldes platzierten Schaltkreis angelegt
wird, wirkt eine resultierende Lorentz-Kraft auf die Achse und dreht
die Achse. Das Magnetfeld kann durch einen Permanentmagneten, einen
Elektromagneten oder irgendeine andere Magnetfelderzeugungseinrichtung
bereitgestellt werden. Die auf die Achse einwirkende Lorentz-Kraft führt zu einer Winkelrotation über eine
Winkelbereichsfläche,
die von dem Produkt B, q und v abhängt. Die Wechselwirkung dieser
Parameter B, q und v und des Winkels α ergibt eine genaue Steuerung
des Drehwinkels.
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1 stellt
die Grundelemente der Vorrichtung gemäß der Erfindung dar, wobei
ein Spiegel 1 auf dem Ende der Achse 3 mit einem
Rotationsbereich 25 befestigt ist. Ein einen elektrischen
Draht 16 tragender Träger 5 ist
auf dieser Achse 3 angebracht und kann sich rückwärts und
vorwärts
drehen. Die Träger 5 ist
zwischen zwei Paaren von Magnetankern 6a/6b und 6c/6d angebracht,
die das Magnetfeld B erzeugen. Die Vorrichtung weist ferner auf
dem Träger 5 vorgesehene
elektrische Leiter oder Drähte 16 und
eine Positionierungsmesseinrichtung 9 auf. Nach der Einführung eines
Stroms und insbesondere eines geladenen Teilchens mit einer Geschwindigkeit v
durch die Stromdrähte 16 wird
der seiner Achse 3 zugeordnete Spiegel 1 zu einer
Rotation aufgrund der sich ergebenden Lorentz-Kraft gezwungen. Dieser
elektrische Strom kann durch einen Schaltkreisträger 5, der einen elektrischen
Draht oder Leiter 16 in einer spezifischen Anordnung enthält, gesendet werden,
wobei dieser Träger 5 starr
mit der Achse 3 verbunden ist. Im Vergleich mit dem Prinzip
eines Motors kann die Kombination der Achse 3 und der Schaltkreisträger 5 als
einen Rotor ausbildend betrachtet werden. Der Rotor 3, 5 ist
insbesondere in einem Magnetfeld B montiert, welches statisch oder dynamisch
sein kann. Bevorzugt verläuft
der Strom senkrecht zu dem Magnetfeld B gemäß Darstellung in den Figuren,
um ein Maximum in der sich ergebenden Lorentz-Kraft zu erhalten.
Ein Maximum in der sich aus dem Vorhandensein des Magnetfeldes B und
des Stromes ergebenden Lorentz-Kraft wirkt auf die elektrischen
Drähte
des Schaltkreises 16 des Trägers 5 und somit auf
die Rotorachse 3. Der Spiegel 1, welcher bevorzugt
starr auf der Achse 3 montiert ist, wird somit zu einer
Rotation gezwungen. Positionierungsmesssysteme, wie zum Beispiel
unterschiedliche elektronische Regler, welche im Fachgebiet bekannt
sind, garantieren, dass eine rechtwinklige Rotation des Rotors und
des Spiegels eine korrekte Position des abgelenkten Laserstrahls,
wenn dieser vorhanden ist, erzeugt.
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Auf
dem Rotor 5 wird ein Strom durch den (die) Leiter 16 erzeugt.
Der Rotor 5 besteht im Wesentlichen aus einer gedruckten
Leiterplatte, die elektrisch mit der Achse 3 verbunden
ist. Der Leiter 16 beschreibt zwei Leiterwinkelbereichsflächen in der
Form eines Segmentes. Der Leiter 16 ist daher in der Form
von zwei Windungen oder Schleifen in einem zusammenhängenden
Kreissegmentmuster auf der gedruckten Leiterplatte vorgesehen.
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Die
in 2 dargestellte Vorrichtung besteht im Wesentlichen
aus einem Spiegel 1, welcher von einer Achse 3 so
gelagert wird, dass der Spiegel 1 um die Achse 3 rotieren
kann. Lager 2 können
in dem Gehäuse 15 der
Ablenkvorrichtung vorgesehen sein. Die Einrichtungen zum Ausrichten
des Spiegels umfassen den in starrer Kombination mit der Achse 3 und
dem Träger 5 befindlichen
Rotor. Der Träger 5 ist mit
einem und bevorzugt mit mehreren Strompfaden, Drähten oder Leitern 16 versehen,
welche elektrisch mit einer einen Regler 12 enthaltenden
elektrischen Quelle verbunden sind. Der Stator des Motorkonzepts
besteht im Wesentlichen aus einem Magnetfeld und in einer bevorzugteren
Ausführungsform
im Wesentlichen aus einem oder mehreren Paaren von Magnetankern 6a und 6b (6c/d).
Ferner ist eine Positionierungsmesseinrichtung 9 vorgesehen,
um in einer genauen Weise die Position des Spiegels 1 zu
steuern. Da diese Positionierungseinrichtungen in der herkömmlichen
Technik bekannt sind, werden sie hier nicht im Detail erläutert.
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2 stellt
die Basiselemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einschließlich des
Gehäuses 15 und
des Reglers 12 dar, wodurch der Spiegel 1 auf
der Achse 3 befestigt ist, und das Gehäuse 15 mit Lagern 2 versehen
ist, um die Achse 3 zu lagern und sich drehen zu lassen.
Der Träger 5 ist auf
der Achse 3 befestigt und dreht sich in dem Spalt 19 zwischen
den Polen der zwei Paare von Magnetankern 6a/b und 7c/d
rückwärts und
vorwärts.
Das statische Magnetfeld 7 ist zwischen den Polen eines Magnetankerpaares
vorhanden. Die Vorrichtung besteht ferner aus elektrischen Leitern 10,
welche den Rotor mit der gedruckten Leiterplatte 11 des
Reglers verbinden, auf welcher der Regler 12 montiert ist.
Die Regelung erfolgt durch den Vergleich eines Steuersignals 13 mit
dem Signal 14 aus der Positioniermesseinrichtung 9,
die beide Signale an den Regler (12) gesendet werden.
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Die
Magnetfeldlinien beschreiben in Querschnittsansicht eine segmentierte
Fläche
(gepunktete Linie in 3), welche sich mit dem Winkelbereich 23 des
Leiters überlappt,
oder anders ausgedrückt, die
Winkelbereichsfläche 23 ist
kleiner als der Winkelbereich 26.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
kann der Träger 5 als
eine gedruckte Leiterplatte, bei der ihre Leiter darin eingebettet
sind, oder eine leitende Metallplatte darauf vorgesehen ist, aufgebaut
sein. Mehrere Möglichkeiten
können
für eine
gedruckte Leiterplatte, wie zum Beispiel eine einseitig gedruckte
Leiterplatte, eine doppelseitig gedruckte Leiterplatte oder eine
mehrlagige gedruckte Leiterplatte verwendet werden. Die elektrischen
Leiter 16 auf dieser gedruckten Leiterplatte sind in einem
spezifischen Muster vorgesehen. Sie sind in geschlossenen Kreissegmentschleifen
um die Achse 3 positioniert. Die Anzahl der Schleifen kann
1, 2, 3 oder mehr sein. Die Winkelbereichsfläche 23 zwischen dem
Leiter 16 definiert den Rotationswinkelbereich 25 des
Spiegels 1. Die Bedeutung des spezifischen Musters besteht
in dem Erzeugen von soweit wie möglich
sich radial erstreckenden Stromleiteranteilen (Strom senkrecht = qv)
zum Magnetfeldes (= B).
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Der
Strom 17 durch diese Leiter 16 stammt aus dem
und wird durch den Regler 12 geregelt. Der Träger 5 und
der Spiegel 1 sind auf der Achse 3 montiert.
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Der
Spiegel 1 ist in der Lage, einen (nicht dargestellten)
Laserstrahl auf ein (nicht dargestelltes) Werkstück zu reflektieren. Um den
Laserstrahl einen bestimmten Weg beschreiben zu lassen, muss der Spiegel 1,
geregelt durch ein von dem Regler 12 erzeugtes Regelsignal, rückwärts und
vorwärts
rotieren. Um rückwärts und
vorwärts
zu rotieren, ist der Spiegel 1 auf der Achse 3 befestigt.
Die auf den Rotor 3, 5 einwirkende sich ergebende
Kraft 18 dreht den Spiegel 1. Ein bevorzugter
Rotationsbereich 25 des Spiegels 1 ist 2 × (rückwärts und
vorwärts)
22,5°.
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Der
Stator 6 kann Permanentmagnete oder Elektromagnete aufweisen.
Der Stator 6 besteht aus einem oder mehreren Ankerpaaren.
In 1 sind zwei Ankerpaare 6a/b und 6c/d
abgebildet. Die zwei Teile eines Ankerpaares sind Pol an Pol, getrennt durch
einen dünnen
Luftspalt 19 angeordnet, in welchem die Rotoranordnung
(3, 5) frei rotieren kann. Ein Magnetfeld, in
dem die Rotoranordnung (3, 5) rotieren kann, muss
vorhanden sein. Die Richtung des Magnetfeldes 7 ist bevorzugt
senkrecht zu dem Strom 17 durch die elektrischen Leiter 16 des
Trägers 5,
wie es in den 2 und 3 dargestellt
ist, um die Lorentz-Kraft 18 zu erzeugen, welche der Rotation 21 der
Achse 3 und der resultierenden Auslenkung des Spiegels 1 entspricht.
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Der
Winkelbereich der Anker ist bevorzugt größer, als der Rotationsbereich 5 des
Trägers 5,
um den Träger über diesen
Bereich rotieren zu lassen. In dem Falle, dass der Rotationsbereich
2 × 22,5° ist, ist der
Winkelbereich der Anker bevorzugt etwa 70°.
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1 stellt
weitere Anker mit einem Spalt 20 dar, um die Magnetfeldlinien
zu schließen.
Der Stator 6 ist permanent in dem Gehäuse 15 befestigt.
Die Höhe
des Stators 6 bestimmt die innere Höhe der Motoranordnung. Bevorzugt
hat sie eine Höhe 24 von 1
bis 10 cm. Das Steuersignal 17 wird durch den Regler 12 erzeugt.
Neben dem Steuersignal 13 empfängt der Regler auch ein Signal 14 aus
der Positionierungsmesseinrichtung 9.
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3 stellt
schematisch die Kapazitätsmessung
dar. Eine Seite des bzw. der Kondensatoren ist bzw. sind Teil des
Trägers 5.
Die andere Seite des bzw. der Kondensatoren ist (sind) Teil des
Stators 6. Jede Position des Trägers entspricht einem anderen Kapazitätswert,
da sich die Platten des Kondensators 9 gegeneinander bewegen.
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Der
Regler 12 ist auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB) 11 montiert.
Der Schaltkreis auf dieser PCB 11 regelt den Strom 17 durch
die elektrischen Leiter der Rotoranordnung (3, 5)
durch Vergleichen des Steuersignals 13 mit dem Signal 14 der
Positioniermesseinrichtung 9.
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4 stellt
unterschiedliche Möglichkeiten der
elektrischen Verbindung zwischen dem Träger 5 und dem Regler 12 dar.
Sie kann bevorzugt mittels flexibler leitender Drähte 10a,
welche durch einen Spalt 22 verlaufen, welche in der Achse
der Träger 3 ausgebildet
ist, oder mittels flexibler leitender Drähte 10b, welche durch
das Gehäuse 15 verlaufen
oder mittels eines leitenden Federmaterials 10c, das durch
einen Spalt 22 verläuft,
welche in der Achse 3 des Träger 5 ausgebildet
ist oder mittels eines leitenden Federmaterials 10d, welches
durch das Gehäuse 15 verläuft, ausgeführt sein.
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Der
Träger 5,
welcher in 3 dargestellt ist, besteht aus
einer Basisplatte des Rotors, hier einer PCB, die auf der Achse 3 mit
ihren elektrischen Leitern 16, hier zwei nebeneinander
liegenden, durch welche ein Strom 17 fließt, befestigt
ist. Die Richtung wird durch den Regler 12 bestimmt, jedoch
fließt
aufgrund der Position des Trägers 5 der
Strom 17 in dem sich radial erstreckenden Teil senkrecht
zu dem Magnetfeldvektor 7. Die sich ergebende Lorentz-Kraft 18 führt zu einer
Rotation 21 des Rotors und eines Teils der Positionierungsmesseinrichtung 9 (nur
ein Teil des Trägers 5 ist
dargestellt). Der durch den Elektromagneten definierte Winkelbereich 26 weist
ein Winkelübermaß auf, das
heißt,
einen Winkel 23a und einen Winkel 23b gegenüber dem
Winkelbereich 23 des Leiters 16.
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5 stellt
eine Draufsicht auf eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Rotors der
vorliegenden Erfindung in einem nicht-symmetrischen Muster dar.
Der schraffierte Anteil in den Zeichnungen definiert eine Leiterfläche, der
dem Winkelbereich 23 entspricht.
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6 stellt
zwei Querschnittsansichten (links in radialer Richtung und rechts
in Längsrichtung)
dar, welche das für
einen Rotor von 5 geeignete Magnetfeld erläutern.
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7 stellt
schematisch zwei wechselseitig orientierte Vorrichtungen zum Ablenken
eines Laserstrahls 30a, 30b dar, die der Lage
sind, einen Laserstrahl in den erforderlichen Richtungen abzulenken. Bevorzugt
sind die Vorrichtungen 30a, 30b in einem Aluminiumgehäuse 31 untergebracht.
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Es
dürfte
erkennbar sein, dass die Offenbarung und Lehren der vorliegenden
Erfindung für
den Fachmann auf diesem Gebiet alternative Konstruktionen nahe legen.