EP1412797A1 - SPIEGELVERSTELLVORRICHTUNG INSBESONDERE FüR LASERBEARBEITUNGSMASCHINEN - Google Patents

SPIEGELVERSTELLVORRICHTUNG INSBESONDERE FüR LASERBEARBEITUNGSMASCHINEN

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Publication number
EP1412797A1
EP1412797A1 EP01955355A EP01955355A EP1412797A1 EP 1412797 A1 EP1412797 A1 EP 1412797A1 EP 01955355 A EP01955355 A EP 01955355A EP 01955355 A EP01955355 A EP 01955355A EP 1412797 A1 EP1412797 A1 EP 1412797A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mirror
frame
adjustment device
mirror adjustment
adjusting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01955355A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Scharnebecker Electronic Fertigung GmbH
Sieb and Meyer AG
Original Assignee
Scharnebecker Electronic Fertigung GmbH
Sieb and Meyer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Scharnebecker Electronic Fertigung GmbH, Sieb and Meyer AG filed Critical Scharnebecker Electronic Fertigung GmbH
Publication of EP1412797A1 publication Critical patent/EP1412797A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/182—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors
    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
    • G02B7/1827—Motorised alignment

Definitions

  • the invention relates to a mirror adjustment device, in particular for laser processing machines.
  • a laser processing machine is known from US Pat. No. 5,309,273 A which uses two tiltable and one rotating mirror to direct a laser beam onto a specific processing point of a workpiece.
  • the arrangement of the three mirrors is intrinsically complex and requires further complex optical elements, so that the laser processing machine as a whole consists of many complicated parts, which increases the costs for production and maintenance.
  • the mirrors of such laser processing machines are partly made of copper and are water-cooled, which also makes the arrangement heavier and more complicated. All mechanical elements must be designed to be correspondingly rigid.
  • the object of the invention is to provide a mirror adjustment device which, with a simple structure, allows an exact and rapid adjustment of a mirror to the desired position.
  • the solution to this problem according to the invention provides that a mirror is adjustably fastened to a fixed frame and that electric linear motors for the frame are effective between the frame and the mirror Mirror adjustment are arranged, which act on the mirror via control elements.
  • the device according to the invention manages with a single mirror, without the need for a complicated gimbal. Rather, the linear movement of several, at least two linear motors can be transferred directly to the mirror.
  • a linear motor is characterized by a high positioning force and excellent precision when setting a given position. It therefore has ideal conditions for the intended use.
  • Intermediate machine elements, such as gears or other power transmission means can largely be dispensed with. The mechanical play of these machine elements is also automatically eliminated, which greatly improves the precision.
  • Machine frame and frame is arranged to act.
  • the third linear motor can take on two functions at the same time, namely to move the mirror adjustment device relative to the machine frame and by means of superposition in cooperation to adjust the mirror with the other linear motors.
  • one axis of movement can advantageously be saved in many cases.
  • the rotors of the linear motors are connected to the mirror via adjusting rods.
  • This direct mechanical connection allows a play-free and therefore very precise adjustment and adjustment with a simple design.
  • the basic position of the mirror can also be preset in wide angular ranges by appropriate configuration of the lengths of the adjusting rods.
  • a mechanical constraint on the adjusting elements is advantageously avoided when the mirror is tilted if the ball joints are accommodated in longitudinal guides arranged in a star shape parallel to the playing surface.
  • the mechanical effort can, however, be significantly reduced in that the adjusting rods are designed as elastically deformable adjusting plates.
  • the longitudinal guides can be dispensed with.
  • the elastic deformation can lead to a systematic error in the deflection of the mirror, which is not always tolerable.
  • a controller with a computing unit which is designed to compensate for a systematic error due to a variable elastic bending of the adjusting plates as a function of the deflection.
  • the computing unit avoids the error, for example, by the systematic error is added to the calculated target deflection.
  • the systematic error can either be measured at the beginning or calculated or entered in a manner known per se in the teach-in method of the control or its computing unit.
  • the mirror preferably tiltable
  • the adjusting rods are arranged so as to engage the holder.
  • the mirror can then be adjusted so that the adjusting elements all have the same deflection in the rest position.
  • the steel can then be deflected by the same angle in each direction.
  • the ball joints have centers that define a triangular surface, the center of which is arranged in the mirror surface. If the beam is directed towards the center of this triangular surface, the beam impact point is not displaced by the mirror thickness.
  • the point of incidence of the beam advantageously remains stationary and the beam length changes advantageously little if the actuating elements have variable deflections, the sum of which is designed to add up to zero.
  • a reversal error due to play in the joints can be avoided in a surprisingly simple manner by providing a spring between the mirror and the stator, the force of which is designed to avoid play in the ball joints.
  • a tension spring to the frame between the rear of the mirror, preferably in the central axis between the adjusting elements.
  • the tension generated in the Ball joints a preload that takes the game out of the joint.
  • the frame is provided with a base plate on its " side facing away from the mirror and with a head plate on its side facing the mirror and that the head plate has openings" for the passage of adjusting elements. This measure improves the stability of the entire device.
  • a machine frame is provided for fastening the laser and the frame with the mirror relative to a workpiece to be machined.
  • the frame can also be adjusted relative to the laser.
  • the laser beam can be focused on the workpiece.
  • Figure 1 a partial view of a mirror adjustment device according to the invention
  • Figure 2 shows a section along line II-II of Figure 1;
  • Figure 3 a schematic representation of a laser processing machine.
  • FIG. 1 shows an electric linear motor 1, which essentially consists of a rotor 4 and a stator 7.
  • the stator 7 is fastened to a frame side 11 of a frame 10 which is firmly connected at one end to a head plate 14 extending transversely to the frame side 11 and at its other end to a base plate 15 parallel to the head plates 14.
  • a mirror 16 is fastened within a holder 39 at a certain angle, only part of which is shown in FIG.
  • the holder 39 is connected via a ball joint 17 to one end of an adjusting plate 18 which protrudes through an opening of the head plate 14, which is not further specified, and is connected at its other end to the rotor 4 of the linear motor 1.
  • the direction of movement of the linear motor 1 runs in the direction of the double arrow 20, that is to say parallel to the longitudinal direction of the adjusting plate 18.
  • a total of three such linear motors are distributed symmetrically about a central axis 40.
  • the ball joint 17 has a center 39 about which the holder 33 pivots.
  • a tension spring 43 which is stretched between the mirror or holder 33 to the head plate 14, eliminates any play of the ball joints 17.
  • FIG. 2 shows in section the structure of the adjusting device, which consists of three linear motors 1, 2, 3, the three stators 7, 8, 9 of which are attached to three frame sides 11, 12, 13 of the frame 10.
  • the frame 10 thus has essentially the shape of an isosceles triangle.
  • the three runners 4, 5, 6 are connected to the mirror 16, also not shown, via three adjusting plates 18, 19 (not shown in FIG. 2).
  • the direction of movement of the linear motors 1, 2, 3 is perpendicular to the drawing plane in the illustration in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows part of a machine frame 21 to which two further linear motors 23 and 24 with their respective stators 26 and 27 are attached.
  • the laser 31 is connected directly to the machine frame 21.
  • the rotor 29 of the linear motor 23 is connected to a lens 32.
  • the rotor 30 of the second linear motor 24 is connected to the frame 10 of the adjusting device.
  • the computer unit 25 in the control 22 also allows, by superimposing the movements, the desired movement of the mirror 16 only by the interaction of two linear motors between frame 10 and mirror 16 and a linear motor 24 between frame 10 and
  • the linear motors 2 and 3 tilt the play 16 about a vertical axis, while the linear motor 24 im Interaction with the other two motors 2 and 3 can tilt the game 16 about a horizontal axis without the reflection point 44 being shifted.
  • the third articulation point of the mirror 16 is held relative to the frame 10, but is shifted to the relative machine frame 21 by the linear motor 24.
  • the mirror 16 consists of a holder 33 and a mirror plate 34 which is pivotally attached to the holder 33.
  • the bracket 33 is over three
  • Ball joints 17 are connected to three adjusting plates 18, 19, only two of which are seen in 'Fig. 3
  • the mirror plate 34 consists of pure copper, the mirror surface 42 of which has been surface-mirrored.
  • a laser beam 35 leaves the laser 31 and initially runs horizontally coaxially to the central axis 40 of the adjusting device, wherein it passes through the lens 32 and falls on the mirror 16.
  • the mirror surface 42 of the mirror 16 reflects the laser beam 35 vertically downward onto a workpiece 36.
  • the reflection point 44 lies in the triangular surface 41 spanned by the centers 39 of the ball joints 17.
  • a controller 22 with a computer unit 25 controls the linear motors 1, 2 and 3 so that the total deflections of the ball joints add up to zero. In this way, the reflection point 44 remains fixed in space.
  • the distance between the centers 39 and the central axis 40 changes slightly.
  • a systematic error of the adjustment angle of the mirror which arises as a result is compensated for by the computer unit 25.
  • the lens 32 By moving the lens 32 by means of the linear motor 23 in the direction of the double arrow 37, the laser beam 35 can be focused on the workpiece 36.
  • the position of the focal point 38 can be positioned on the workpiece.
  • the focal point 38 can be set and fine-tuned quickly and precisely to any number of predetermined positions on the workpiece 36.
  • the focal point can also be displaced in a direction perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 3.

Landscapes

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Abstract

Eine Spiegelverstellvorrichtung, insbesondere für Laserbearbeitungsmaschinen, wird hinsichtlich eines einfachen Aufbaus und einer exakten und schnellen Einstellbarkeit eines Spiegels (16) auf die gewünschte Position erfindungsgemäss dadurch verbessert, dass der Spiegel (16) an einem festen Rahmen (10) verstellbar befestigt ist und dass wirkungsmässig zwischen dem Rahmen (10) und dem Spiegel (16) elektrische Linearmotoren (1, 2, 3) für die Spiegelverstellung angeordnet sind, die über Stellelemente (18, 19) auf den Spiegel (16) einwirken.

Description

Spiegelverstellvorrichtung insbesondere für Laserbearbeitungsmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Spiegelverstellvorrichtung, insbesondere für Laserbearbeitungsmaschinen.
Aus der US 5,309,273 A ist eine Laserbearbeitungsmaschine bekannt, die zur Lenkung eines Laserstrahls auf einen bestimmten Bearbeitungspunkt eines Werkstücks zwei kippbare und einen rotierenden Spiegel verwendet. Die Anordnung der drei Spiegel ist an sich schon aufwendig und erfordert weitere aufwendige optische Elemente, so dass die Laserbearbeitungsmaschine insgesamt aus vielen komplizierten Teilen besteht, was die Kosten für Herstellung und Wartung in die Höhe treibt.
Andere bekannte Spiegelverstellvorrichtingen benutzen zwar nur einen Spiegel, der jedoch dann auf komplizierte Weise kardanisch aufgehängt ist. Dabei muß die Kippvorrichtung für die eine Kipprichtung von der Kippvorrichutng für die andere Kipprichtung mitbewegt werden, was die zu bewegenden Massen und die Komplexität des Aufbaus vergrößert.
Die Spiegel solcher Laserbearbeitungsmaschinen sind teilweise aus Kupfer gefertigt und wassergekühlt ausgebildet, was die Anordnung darüber hinaus schwerer und komplizierte macht. Entsprechend steif sind alle mechanischen Elemente auszubilden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spiegelverstellvorrichtung anzugeben, die bei einfachem Aufbau eine exakte und schnelle Einstellung eines Spiegels auf die gewünschte Position erlaubt. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe sieht vor, dass ein Spiegel an einem festen Rahmen verstellbar befestigt ist und dass wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen und dem Spiegel elektrische Linearmotoren für die Spiegelverstellung angeordnet sind, die über Stellelemente auf den Spiegel einwirken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt mit einem einzigen Spiegel aus, ohne dass eine komplizierte kardanische Aufhängung erforderlich wäre. Vielmehr kann die Linearbewegung von mehreren, mindestens zwei Linearmotoren direkt auf den Spiegel übertragen« werden. Ein Linearmotor zeichnet sich durch eine hohe Stellkraft und eine ausgezeichnete Präzision bei der Einstellung einer vorgegebenen Position aus. Er bringt daher für den vorliegenden Verwendungszweck ideale Voraussetzungen mit. Zwischengeschaltete Maschinenelemente, wie etwa Getriebe oder andere Kraftübertragungsmittel können weitgehend entfallen. Dabei entfällt automatisch auch das mechanische Spiel dieser Maschinenelemente, was sehr zur Verbesserung der Präzision beiträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Rahmen eine dreieckige Grundform aufweist und dass drei Linearmotoren an den drei Rahmenseiten mit ihren Statoren derart angeordnet sind, dass die
Bewegungsrichtung ihrer Läufer im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Rahmendreiecks verläuft. Durch diese Maßnahme kann, im Gegensatz zur Verwendung von nur zwei Linearmotoren, sogar auf eine einseitige Lagerung des Spiegels in Kippgelenken verzichtet werden. Der Spiegel ist hier allein an den Läufern der Linearmotoren gelagert .
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Linearmotore zwischen Spiegel und Rahmen und ein dritter Linearmotor zwischen
Maschinengestell und Rahmen wirkend angeordnet ist. Der dritte Linearmotor kann auf diese Weise zwei Funktionen gleichzeitig übernehmen, nämlich die Spiegelverstellvorrichtung relativ zum Maschinengestell zu verschieben und durch Superposition im Zusammenwirken mit den anderen Linearmotoren auch den Spiegel zu verstellen. Auf diese Weise läßt sich mit Vorteil eine Bewegungsachse vielfach einsparen.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Läufer der Linearmotoren über Stellstangen mit dem Spiegel verbunden sind. Diese direkte mechanische Verbindung erlaubt eine spielfreie und somit sehr präzise Verstellung und Justierung bei einfacher Bauform. Auch kann durch entsprechende Ausgestaltung der Längen der Stellstangen die Grundstellung des Spiegels in weiten Winkelbereichen voreingestellt werden.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Stellstangen mittels Kugelgelenken mit dem Spiegel verbunden sind. So werden auch bei großen Verstellwegen keine zusätzlichen Kräfte oder Biegemomente erzeugt, die die Präzision der Einstellung verfälschen könnten.
Ein mechanischer Zwang auf die Stellelemente wird beim Kippen des Spiegels mit Vorteil vermieden, wenn die Kugelgelenke in sternförmig parallel zur Spieloberfläche angeordneten Längsführungen aufgenommen sind.
Der mechanische Aufwand läßt sich jedoch wesentlich dadurch verringern, dass die Stellstangen als elastisch verformbare Stellbleche ausgebildet sind. In diesem Fall kann nämlich auf die Längsführungen verzichtet werden. Allerdings kann die elastische Verformung zu einem systematischen Fehler in der Auslenkung des Spiegels führen, der nicht immer tolerierbar ist.
In einem solchen Fall ist es von Vorteil, wenn eine Steuerung mit einer Recheneinheit vorgesehen ist, die einen systematischen Fehler durch eine veränderliche elastische Biegung der Stellbleche in Abhängigkeit der Auslenkung kompensierend ausgebildet ist. Die Recheneinheit vermeidet den Fehler beispielsweise indem der errechneten Sollauslenkung der systematische Fehler aufaddiert wird. Der systematische Fehler läßt sich entweder zu Anfang messen oder berechnen oder im Teach- In-Verfahren der Steuerung bzw. ihrer Recheneinheit auf ansich bekannte Weise eingeben.
Bei einer Strahlumlenkung um beispielsweise 90° ist es von Vorteil, wenn der Spiegel, vorzugsweise kippbar, in einer Halterung aufgenommen ist und die Stellstangen an der Halterung angreifend angeordnet sind. Der Spiegel kann dann so eingestellt werden, daß die Stellelemente in der Ruhelage alle die gleiche Auslenkung aufweisen. Der Stahl läßt sich dann in jede Richtung um gleich große Winkel auslenken.
Ein weiterer systematischer Fehler läßt sich dadurch vermeiden, daß die Kugelgelenke Zentren aufweisen, die eine Dreiecksfläche definieren, deren Mitte in der Spiegelfläche angeordnet ist. Wird nämlich der Strahl auf die Mitte dieser Dreiecksfläche gerichtet, erfolgt keine Verlagerung des Strahlauftreffpunktes durch die Spiegeldicke.
Der Aufftreffpunkt des Strahles bleibt vorteilhaft ortsfest und die Strahlänge verändert sich vorteilhaft gering, wenn die Stellelemente veränderliche Auslenkungen aufweisen, deren Summe sich zu Null addierend ausgebildet sind.
Überraschend einfach läßt sich ein Umkehrfehler durch Spiel in den Gelenken dadurch vermeiden, dass zwischen Spiegel und Stator eine Feder wirkend vorgesehen ist, deren Kraft ein Spiel in den Kugelgelenken vermeidend ausgebildet ist. Beispielsweise reicht es aus, zwischen der Rückseite des Spiegels, vorzugsweise in der Mittenachse zwischen den Stellelementen, eine Zugfeder zum Rahmen zu spannen. Die Zugspannung erzeugt in den Kugelgelenken eine Vorspannung, die das Spiel aus dem Gelenk nimmt .
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Rahmen auf seiner dem" Spiegel abgewandten Seite mit einer Grundplatte und auf seiner dem Spiegel zugewandten Seite mit einer Kopfplatte versehen ist und dass die Kopfplatte Öffnungen "zum Durchgang von Stellelementen aufweist. Durch diese Maßnahme wird die Stabilität der gesamten Vorrichtung verbessert.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass eine Maschinengestell zur Befestigung des Lasers und des Rahmens mit dem Spiegel gegenüber einem zu bearbeitenden Werkstück vorgesehen ist. Dadurch kann die Position des Lasers gegenüber dem Spiegel der Versteilvorrichtung und die Posotionen der Versteilvorrichtung und des Lasers gegenüber dem Werkstück fixiert werden.
Wenn wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen und der Maschinengestell ein elektrischer Linearmotor zur Verschiebung des Rahmens gegenüber der Maschinengestell angeordnet ist, kann der Rahmen zusätzlich gegenüber dem La'ser justiert werden.
Wenn im Strahlengang zwischen dem Laser und dem Spiegel eine optische Linse angeordnet ist, kann der Laserstrahl auf das Werkstück fokussiert werden.
Wenn außerdem wirkungsmäßig zwischen der Linse und der Maschinengestell ein elektrischer Linearmotor zur Verschiebung der Linse gegenüber der Maschinengestell angeordnet ist, kann die Fokussierung rechnergesteuert oder auch nur ferngesteuert erfolgen. Ebenso kann eine ständige automatische Nachfokussierung vorgesehen werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:
Figur 1: eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Spiegelverstellvorrichtung;
Figur 2: einen Schnitt gemäß Linie II-II von Figur 1;
Figur 3: eine schematische Darstellung einer Laserbearbeitungsmaschine .
In Figur 1 erkennt man einen elektrischen Linearmotor 1, der im wesentlichen aus einem Läufer 4 und einem Stator 7 besteht. Der Stator 7 ist an einer Rahmenseite 11 eines Rahmens 10 befestigt, die an ihrem einen Ende mit einer sich quer zur Rahmenseite 11 erstreckenden Kopfplatte 14 und an ihrem anderen Ende mit einer zur Kopfplatten 14 parallelen Grundplatte 15 fest verbunden ist. Ein Spiegel 16 ist innerhalb einer Halterung 39 unter einem bestimmten Winkel befestigt, von der in der Figur 1 nur ein Teil dargestellt ist. Die Halterung 39 ist über ein Kugelgelenk 17 mit einem Ende eines Stellblechs 18 verbunden, welches durch eine nicht weiter bezeichnete Öffnung der Kopfplatte 14 ragt und an seinem anderen Ende mit dem Läufer 4 des Linearmotors 1 verbunden ist. Die Bewegungsrichtung des Linearmotors 1 verläuft in Richtung des Doppelpfeils 20, also parallel zur Längsrichtung des Stellblechs 18.
Insgesamt sind um eine Mittelachse 40 drei solcher Linearmotore symmetrisch verteilt.
Das Kugelgelenk 17 besitzt ein Zentrum 39, um das die Halterung 33 schwenkt. Die Zentren 39 der insgesamt drei Kugelgelenke 17, die symmetrisch um die Mittelachse 40 verteilt sind, spannen somit eine gleichseitige Dreiecksfläche 41 auf. Diese Fläche wird von der Spiegelfläche 42 so geschnitten, daß die Mittelachse 40 die Schnittlinie der Spiegelfläche 42 mit der Dreiecksfläche 41 durchdringt.
Eine Zugfeder 43, die zwischen Spiegel oder Halterung 33 zur Kopfplatte 14 gespannt ist, beseitigt ein ggf. vorhandenes Spiel der Kugelgelenke 17.
In Figur 2 erkennt man im Schnitt den Aufbau der Versteilvorrichtung, die aus drei Linearmotoren 1, 2, 3 besteht, deren drei Statoren 7, 8, 9 an drei Rahmenseiten 11, 12, 13 des Rahmens 10 befestigt sind. Der Rahmen 10 hat somit im wesentlichen die Form eines gleichschenkligen Dreiecks. Die drei Läufer 4, 5, 6 sind über drei, in Figur 2 nicht gezeigte Stellbleche 18, 19 mit dem ebenfalls nicht gezeigten Spiegel 16 verbunden. Die Bewegungsrichtung der Linearmotoren 1, 2, 3 steht in der Darstellung von Figur 2 senkrecht auf der Zeichenebene .
In Figur 3 erkennt man einen Teil eines Maschinengestells 21, an dem zwei weitere Linearmotoren 23 und 24 mit ihren jeweiligen Statoren 26 und 27 befestigt sind. Der Laser 31 ist direkt mit dem Maschinengestell 21 verbunden. Der Läufer 29 des Linearmotors 23 ist mit einer Linse 32 verbunden. Der Läufer 30 des zweiten Linearmotors 24 ist mit dem Rahmen 10 der Versteilvorrichtung verbunden.
Die Rechnereinheit 25 in der Steuerung 22 erlaubt es auch, durch Überlagerung der Bewegungen die erwünschte Bewegung des Spiegels 16 nur durch Zusammenwirken von zwei Linearmotoren zwischen Rahmen 10 und Spiegel 16 und einem Linearmotor 24 zwischen Rahmen 10 und
Maschinengestell 21 zu erzeugen. Dabei kippen beispielsweise die Linearmotore 2 und 3 den Spiel 16 um eine vertikale Achse während Linearmotor 24 im Zusammenwirken mit den anderen beiden Motore 2 und 3 den Spiel 16 um eine horizontale Achse kippen können, ohne daß sich dabei der Reflexionspunkt 44 verschieben würde. Der dritte Anlenkpunkt des Spiegels 16 wird dabei relativ zum Rahmen 10 festgehalten, zum relativ Maschinengestell 21 jedoch von Linearmotor 24 verschoben.
Der Spiegel 16 besteht aus einer Halterung 33 und einer Spiegelplatte 34, die an Halterung 33 schwenkbar befestigt ist. Die Halterung 33 ist über drei
Kugelgelenke 17 mit drei Stellblechen 18, 19 verbunden, von denen in 'Figur 3 nur zwei erkennbar sind. Die Spiegelplatte 34 besteht aus reinem Kupfer, dessen Spiegelfläche 42 oberflächenverspiegelt wurde.
Ein Laserstrahl 35 verläßt den Laser 31 und verläuft zunächst horizontal koaxial zur Mittelachse 40 der Versteilvorrichtung, wobei er durch die Linse 32 tritt und auf den Spiegel 16 fällt. Die Spiegelfläche 42 des Spiegels 16 reflektiert den Laserstrahl 35 vertikal nach unten auf ein Werkstück 36. Der Reflexionspunkt 44 liegt in der von den Zentren 39 der Kugelgelenke 17 aufgespannten Dreiecksfläche 41. Eine Steuerung 22 mit einer Rechnereinheit 25 steuert die Linearmotore 1, 2 und 3 so an, daß sich die Auslenkungen der Kugelgelenke in ihrer Summe zu Null addieren. Auf diese Weise bleibt der Reflexionspunkt 44 im Raum fest.
Beim Verstellen der Halterung 33 verändert sich der Abstand der Zentren 39 zur Mittelachse 40 geringfügig. Ein dadurch entstehender systematischer Fehler des Verstellwinkels des Spiegels wird durch die Rechnereinheit 25 kompensiert. Durch Verfahren der Linse 32 mittels des Linearmotors 23 in Richtung des Doppelpfeils 37 kann der Laserstrahl 35 auf das Werkstück 36 fokussiert werden.
Durch Verfahren des Rahmens 10 mittels des zweiten Linearmotors 24 kann die Position des Brennpunktes 38 auf dem Werkstück positioniert werden.
Durch Verstellen des Spiegels 16 mittels der drei Linearmotoren 1, 2, 3 der Versteilvorrichtung kann der Brennpunkt 38 schnell und präzise auf eine beliebige Zahl vorbestimmter Stellen des Werkstücks 36 eingestellt und feinjustiert werden. Durch aufeinander abgestimmte Verschiebungen der drei Linearmotoren 1, 2, 3 kann der Brennpunkt dabei auch in einer senkrecht zur Zeichenebene von Figur 3 liegenden Richtung verschoben werden.
Bezugszeichenliste
Linearmotor
Linearmotor
Linearmotor
Läufer
Läufer
Läufer
Stator
Stator
Stator
Rahmen
Rahmenseite
Rahmenseite
Rahmenseite
Kopfplatte
Grundplatte
Spiegel
Kugelgelenk
Stellblech
Stellblech
Doppelpfeil
Maschinengestell
Steuerung
Linearmotor
Linearmotor
Recheneinheit Stator
Stator
Läufer
Läufer
Laser
Linse
Halterung
Spiegelplatte
Laserstrahl
Werkstück
Doppelpfeil
Brennpunkt
Zentrum
Mittelachse
Dreiecksebene
Spiegelfläche
Feder
Refexionspunkt

Claims

Patentansprüche
1. Spiegelverstellvorrichtung, insbesondere für Laserbearbeitungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (16) an einem festen Rahmen (10) verstellbar befestigt ist und dass wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen (10) und dem Spiegel (16) elektrische Linearmotoren (1, 2, 3) für die Spiegelverstellung angeordnet sind, die über Stellelemente (18, 19) auf den Spiegel (16) einwirken.
2. Spiegelverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (10) eine dreieckige Grundform aufweist und dass drei
Linearmotoren (1, 2, 3) an den drei Rahmenseiten (11, 12, 13) mit ihren Statoren (7, 8, 9) derart angeordnet sind, dass die Bewegungsrichtung (20, 37) ihrer Läufer (4, 5, 6) im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Rahmendreiecks verläuft.
3.' Spiegelverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Linearmotore (2, 3) zwischen Spiegel (16) und Rahmen (10) und ein dritter Linearmotor (24) zwischen Maschinengestell (21) und Rahmen (10) wirkend angeordnet ist.
4. Spiegelverstellvorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer (4, 5, 6) der Linearmotoren (1, 2, 3) über Stellstangen (18, 19) mit dem Spiegel (16) verbunden sind.
5. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstangen (18, 19) mittels Kugelgelenken (17) mit dem Spiegel (16) verbunden sind.
6. Spiegelverstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgelenke in' ' sternförmig parallel zur Spieloberfläche angeordneten Längsführungen aufgenommen 'Sind.
7. Spiegelverstellvorrichtung nach Anspruch 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellstangen als elastisch verformbare Stellbleche (18, 19) ausgebildet sind.
8. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (22) mit einer Recheneinheit (25) vorgesehen ist, die einen systematischen Fehler durch eine veränderliche elastische Biegung der Stellbleche (18, 19) in Abhängigkeit der Auslenkung kompensierend ausgebildet ist.
9. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spiegel (16), vorzugsweise kippbar, in einer Halterung (33) aufgenommen ist und die Stellstangen an der Halterung (33) angreifend angeordnet sind.
10. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgelenke (17) Zentren (39) aufweisen, die eine Dreiecksfläche (41) definieren, deren Mitte in der Spiegelfläche (42) angeordnet ist.
11. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente veränderliche Auslenkungen aufweisen, deren Summe sich zu Null addierend ausgebildet sind.
12. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spiegel (16) und Rahmen (10) eine
Feder (43) wirkend vorgesehen ist, de'ren- Kraft ein Spiel in den Kugelgelenken (17) vermeidend"' ausgebildet ist.
13. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der, Rahmen (10) auf seiner dem Spiegel (16) abgewandten Seite mit einer Grundplatte (15) und auf seiner dem Spiegel (16) zugewandten Seite mit einer Kopfplatte (14) versehen ist und dass die Kopfplatte (14) Öffnungen zum Durchgang von Stellelementen (18, 19) aufweist.
14. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maschinengestell (21) zur Befestigung des Lasers (31) und des Rahmens (10) mit dem Spiegel (16) gegenüber einem zu bearbeitenden Werkstück (36) vorgesehen ist.
15. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, , dadurch gekennzeichnet, dass wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen (10) und dem Maschinengestell (21) ein elektrischer Linearmotor (24) zur Verschiebung des Rahmens (10) gegenüber dem Maschinengestell (21) angeordnet ist.
16. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen dem Laser (31) und dem Spiegel (16) eine optische Linse (32) angeordnet ist.
7. Spiegelverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wirkungsmäßig zwischen der Linse (32) und dem Maschinengestell (21) ein elektrischer Linearmotor (23) zur Verschiebung der Linse (32) gegenüber dem Maschinengestell (21) angeordnet ist.
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