JPH0839282A - レーザビーム加工装置の変形可能ミラー - Google Patents
レーザビーム加工装置の変形可能ミラーInfo
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 モジュール化され、ビーム形状が最適化さ
れ、電気機械的に温度補償され、容易に作動調整でき、
作動させる前に再度別の調整をする必要がなくレーザマ
シンセンタで直接使用できる変形可能なレーザミラーを
提供する。 【構成】 特にレーザビーム加工装置に用いられる変形
可能ミラー（１１）であって、少なくとも１個のトラン
スレータ（１９）を有し、このトランスレータ（１９）
は、ジャケット管（２０）の中に包囲された電気機械的
なアクチュエータ（２３）によって作動される圧力部
（２１）によって、ミラー板（１３）の後側とハウジン
グ（１２）との間に固定されており、一方で前記ジャケ
ット管（２０）および前記ハウジング（１２）の材料と
他方で前記圧力部（２１）および後端のアダプタ（２
２）とは、アクチュエータ（２３）とともに、ほぼ同等
の熱膨張特性を有することを特徴とし、これによって、
ピエゾアクチュエータ（２３）の熱膨張係数が小さい結
果としてハウジングの温度上昇によりミラー板（１３）
が内方へ曲げられるのを防止できる。
れ、電気機械的に温度補償され、容易に作動調整でき、
作動させる前に再度別の調整をする必要がなくレーザマ
シンセンタで直接使用できる変形可能なレーザミラーを
提供する。 【構成】 特にレーザビーム加工装置に用いられる変形
可能ミラー（１１）であって、少なくとも１個のトラン
スレータ（１９）を有し、このトランスレータ（１９）
は、ジャケット管（２０）の中に包囲された電気機械的
なアクチュエータ（２３）によって作動される圧力部
（２１）によって、ミラー板（１３）の後側とハウジン
グ（１２）との間に固定されており、一方で前記ジャケ
ット管（２０）および前記ハウジング（１２）の材料と
他方で前記圧力部（２１）および後端のアダプタ（２
２）とは、アクチュエータ（２３）とともに、ほぼ同等
の熱膨張特性を有することを特徴とし、これによって、
ピエゾアクチュエータ（２３）の熱膨張係数が小さい結
果としてハウジングの温度上昇によりミラー板（１３）
が内方へ曲げられるのを防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザビーム加工装置
に用いられるいわゆる処理最適化光学手段として知られ
た変形可能ミラーに関する。
に用いられるいわゆる処理最適化光学手段として知られ
た変形可能ミラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、いわゆるレーザマシニングセ
ンタ用のいわゆる処理最適化光学手段としてドイツ特許
４１３８５５７号によって知られた変形可能ミラーに関
し、例えばドイツ実用新案９２０５８１０号あるいはド
イツ公開公報（ＤＥ−ＯＳ）４２１７７０５号にある使
用状況に対しては非常に詳細に記載されているように、
集光手段の前に近接して配設されるかあるいはレーザビ
ーム光源の後に近接して配設される変形可能ミラーの曲
率を変えるためのもの、あるいは集光作用を最適化した
り被加工ワークにおける集光点を変えるためのものであ
る。
ンタ用のいわゆる処理最適化光学手段としてドイツ特許
４１３８５５７号によって知られた変形可能ミラーに関
し、例えばドイツ実用新案９２０５８１０号あるいはド
イツ公開公報（ＤＥ−ＯＳ）４２１７７０５号にある使
用状況に対しては非常に詳細に記載されているように、
集光手段の前に近接して配設されるかあるいはレーザビ
ーム光源の後に近接して配設される変形可能ミラーの曲
率を変えるためのもの、あるいは集光作用を最適化した
り被加工ワークにおける集光点を変えるためのものであ
る。
【０００３】本願に関係する装置の一般的な種類が開示
されている従来の公報で示されるミラーは、そのモジュ
ール構造と単純な組立工程を考慮し、特に生産しやす
く、保守しやすいものである。
されている従来の公報で示されるミラーは、そのモジュ
ール構造と単純な組立工程を考慮し、特に生産しやす
く、保守しやすいものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本願に関係する装置の
一般的な種類に関する前記従来公報によるミラーはこの
点で該当することが証明されているが、それにもかかわ
らず、それを使用する場合の欠点によりなお困ってお
り、ビームガイド構造体へ挿入した後であって回部の制
御回路と接続した後に、この制御回路によって特にミラ
ーの曲率に関係してキャリブレーションされなければな
らず、このミラーの曲率は、大気の温度や、全て電気的
に変調させることに対する機械的な許容移動ストローク
に依存する。
一般的な種類に関する前記従来公報によるミラーはこの
点で該当することが証明されているが、それにもかかわ
らず、それを使用する場合の欠点によりなお困ってお
り、ビームガイド構造体へ挿入した後であって回部の制
御回路と接続した後に、この制御回路によって特にミラ
ーの曲率に関係してキャリブレーションされなければな
らず、このミラーの曲率は、大気の温度や、全て電気的
に変調させることに対する機械的な許容移動ストローク
に依存する。
【０００５】これらの状況に鑑み、本発明は、一般的種
類の変形可能ミラーを開発することの技術的な課題に基
づいており、実用的な使用が単純化され、静的（温度依
存）ミラー表面形状と、さらにおそらくはミラーの交換
における動的な移動ストロークとに特に関係するもので
ある。
類の変形可能ミラーを開発することの技術的な課題に基
づいており、実用的な使用が単純化され、静的（温度依
存）ミラー表面形状と、さらにおそらくはミラーの交換
における動的な移動ストロークとに特に関係するもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、前記静的ミラー表面形状に対する温度の影響を機
械的に補償することが、一方でミラーハウジング用と他
方でトランスレータ用の材料を適当に合わせることによ
って、行われる。トランスレータはミラーの曲率を電気
的に制御するためにハウジング内へ案内される。さら
に、大気の温度に適応するためにハウジングの温度セン
サによって制御し、ミラー表面の平らな基礎的セッティ
ングに対する予圧の効果を変えることが可能である。ミ
ラー板の背後の空間は好ましくは直接的には熱拡散用の
流れる冷却媒体によって作用されず、温度に依存して変
化する体積を有する静的に満たされた中間の空間によっ
て作用される。
めに、前記静的ミラー表面形状に対する温度の影響を機
械的に補償することが、一方でミラーハウジング用と他
方でトランスレータ用の材料を適当に合わせることによ
って、行われる。トランスレータはミラーの曲率を電気
的に制御するためにハウジング内へ案内される。さら
に、大気の温度に適応するためにハウジングの温度セン
サによって制御し、ミラー表面の平らな基礎的セッティ
ングに対する予圧の効果を変えることが可能である。ミ
ラー板の背後の空間は好ましくは直接的には熱拡散用の
流れる冷却媒体によって作用されず、温度に依存して変
化する体積を有する静的に満たされた中間の空間によっ
て作用される。
【０００７】ミラーのハウジング自身へ調整および補償
の回路を組み込むことにより、ミラーは製造の最後にす
でに完全に調整されており、これにより、ミラーの変更
後に関する限り、自立的な使用が可能な処理最適化光学
システムが形成されたことになり、使用位置における外
部制御回路を調整することを不要にすることができる。
の回路を組み込むことにより、ミラーは製造の最後にす
でに完全に調整されており、これにより、ミラーの変更
後に関する限り、自立的な使用が可能な処理最適化光学
システムが形成されたことになり、使用位置における外
部制御回路を調整することを不要にすることができる。
【０００８】本発明の他の特徴や効果と同様に他の追加
された開発内容は、他のクレームから明らかになり、ま
た要約書における情報にも関係し本発明の好適な実施例
の記載から明らかになり、実施例は線図的に図面で示さ
れているが全体的な大きさには依らず本質的であること
により限定される。
された開発内容は、他のクレームから明らかになり、ま
た要約書における情報にも関係し本発明の好適な実施例
の記載から明らかになり、実施例は線図的に図面で示さ
れているが全体的な大きさには依らず本質的であること
により限定される。
【０００９】
【実施例】図１は、変形可能ミラーの組立構造を軸方向
に転倒して示す軸線方向の縦断面図である。
に転倒して示す軸線方向の縦断面図である。
【００１０】半径方向に過大な形状でかつ大きく拡大し
て線図で示される変形可能な高エネルギー用レーザミラ
ー１１は、厚壁のほぼ管状のハウジング１２の前方のそ
の端部においてミラー板１３を有し、ミラー板１３は曲
げられた静止位置あるいは平たい静止位置からより大き
な程度にあるいはより少ない程度に曲げられることが可
能である。ミラー板１３は浅いカップや皿１４の底部の
形状をしており、従ってその端部１５に沿って軸線方向
に短い窪んだ円筒壁１６へ併合されている。
て線図で示される変形可能な高エネルギー用レーザミラ
ー１１は、厚壁のほぼ管状のハウジング１２の前方のそ
の端部においてミラー板１３を有し、ミラー板１３は曲
げられた静止位置あるいは平たい静止位置からより大き
な程度にあるいはより少ない程度に曲げられることが可
能である。ミラー板１３は浅いカップや皿１４の底部の
形状をしており、従ってその端部１５に沿って軸線方向
に短い窪んだ円筒壁１６へ併合されている。
【００１１】カップあるいは皿１４は、ドイツ特許Ｎｏ
３７１０３３４の明細書に非常に詳細に記載されている
タイプの微細構造の真鍮から深く抜き取られたものであ
る。銅で作られたレーザミラーに比べて、真鍮で作られ
たレーザミラーは、圧力が印加される領域の回りの部分
に永久的な変形を伴うことなく交互に変化する負荷を担
うことに対し高レベル性能を有する。カップあるいは皿
１４の外側底部表面は、ミラー表面１７として機能する
表面であるので、機械的に加工され、かつ化学的に表面
処理されている。球面端部表面の形状のキャップ２７
（誇張して示したある）が底部の内側表面においては短
い突出部１８（解り易くするために誇張して示してあ
る）上に配設され、キャップ２７は底部の内側表面に形
成されており、または底部の内側表面を加工することに
よって製作されている。ここで、トランスレータ１９
は、突出部１８に交互に圧力を規則的に印加することに
よって、その端部において同軸的に支持され、予圧され
た静止位置からミラー表面１７を凸曲面と凹曲面とに対
応して交互に形成する。
３７１０３３４の明細書に非常に詳細に記載されている
タイプの微細構造の真鍮から深く抜き取られたものであ
る。銅で作られたレーザミラーに比べて、真鍮で作られ
たレーザミラーは、圧力が印加される領域の回りの部分
に永久的な変形を伴うことなく交互に変化する負荷を担
うことに対し高レベル性能を有する。カップあるいは皿
１４の外側底部表面は、ミラー表面１７として機能する
表面であるので、機械的に加工され、かつ化学的に表面
処理されている。球面端部表面の形状のキャップ２７
（誇張して示したある）が底部の内側表面においては短
い突出部１８（解り易くするために誇張して示してあ
る）上に配設され、キャップ２７は底部の内側表面に形
成されており、または底部の内側表面を加工することに
よって製作されている。ここで、トランスレータ１９
は、突出部１８に交互に圧力を規則的に印加することに
よって、その端部において同軸的に支持され、予圧され
た静止位置からミラー表面１７を凸曲面と凹曲面とに対
応して交互に形成する。
【００１２】ミラーの方へ向くジャケット管２０の開口
部において、トランスレータ１９はミラーの突出部キャ
ップ２７と電気機械的アクチュエータ２３との間に軸方
向に固定された圧力部２１を有する。アクチュエータ２
３は、図面の上半分からわかるように後方端部アダプタ
ー２２と予圧ネジ２５とによってハウジング１２に対し
て支持されている。圧力部２１は、前記ミラー端部の開
口部において滑りベアリングあるいは平ベアリング２６
によって軸方向へ案内されるとともに半径方向に支持さ
れているので、ピエゾ−アクチュエータ２３の電気的駆
動に対応して、ジャケット管２０のミラーに向く方の開
口部において圧力部２１は軸方向へ変位する。突出部キ
ャップ２７の球状の輪郭線は、平面関係で支持する圧力
部２１の平らな端部に関し、次のように供する。すなわ
ち、圧力部２１の長手方向の変位がたとえ厳密には同軸
状でなくとも、それにもかかわらず圧力は常にミラー表
面１７に対し同軸的に印加され、従ってミラー表面の中
心は突出部１８により湾曲的な負荷を負わされることな
く常にミラーの長手軸線２８の沿って外方へ正確に曲げ
られる。
部において、トランスレータ１９はミラーの突出部キャ
ップ２７と電気機械的アクチュエータ２３との間に軸方
向に固定された圧力部２１を有する。アクチュエータ２
３は、図面の上半分からわかるように後方端部アダプタ
ー２２と予圧ネジ２５とによってハウジング１２に対し
て支持されている。圧力部２１は、前記ミラー端部の開
口部において滑りベアリングあるいは平ベアリング２６
によって軸方向へ案内されるとともに半径方向に支持さ
れているので、ピエゾ−アクチュエータ２３の電気的駆
動に対応して、ジャケット管２０のミラーに向く方の開
口部において圧力部２１は軸方向へ変位する。突出部キ
ャップ２７の球状の輪郭線は、平面関係で支持する圧力
部２１の平らな端部に関し、次のように供する。すなわ
ち、圧力部２１の長手方向の変位がたとえ厳密には同軸
状でなくとも、それにもかかわらず圧力は常にミラー表
面１７に対し同軸的に印加され、従ってミラー表面の中
心は突出部１８により湾曲的な負荷を負わされることな
く常にミラーの長手軸線２８の沿って外方へ正確に曲げ
られる。
【００１３】トランスレータ１９は、ハウジングサドル
２９によって容易に取り外し可能であるようにハウジン
グ１２に固定されており、ハウジングサドル２９はハウ
ジング内の管内のトランスレータ１９の周りに広がり、
ハウジングサドル２９に対して突出するフランジのよう
な関係で周りに広がる顎部３０は、図面の中間部から非
常に詳細に見てとれるように、空洞ねじ３１によってミ
ラー平面１３の方に向かって軸線方向に付勢されてい
る。
２９によって容易に取り外し可能であるようにハウジン
グ１２に固定されており、ハウジングサドル２９はハウ
ジング内の管内のトランスレータ１９の周りに広がり、
ハウジングサドル２９に対して突出するフランジのよう
な関係で周りに広がる顎部３０は、図面の中間部から非
常に詳細に見てとれるように、空洞ねじ３１によってミ
ラー平面１３の方に向かって軸線方向に付勢されてい
る。
【００１４】浅い皿あるいはカップの形状をしたミラー
板１３の周辺に広がる壁部１６はハウジング１２の近く
の端部に被さって取り付けられており、この端部３６は
半径方向に構成を小さくするために内側へ踏み込んでお
り、Ｏリング３３を半径方向に介在させることによって
ハウジングとトランスレータの長手軸線２８に対してカ
ップあるいは皿１４の半径方向の中心合わせを変形させ
ることなくできるようにしている。
板１３の周辺に広がる壁部１６はハウジング１２の近く
の端部に被さって取り付けられており、この端部３６は
半径方向に構成を小さくするために内側へ踏み込んでお
り、Ｏリング３３を半径方向に介在させることによって
ハウジングとトランスレータの長手軸線２８に対してカ
ップあるいは皿１４の半径方向の中心合わせを変形させ
ることなくできるようにしている。
【００１５】カップあるいは皿１４の壁部１６のミラー
板１３から離れてある自由端部エッジ３４は、ハウジン
グの半径方向に周辺部へ広がる突き出し部３５に対して
支持されている。これに関して、カップあるいは皿１４
の軸線方向の高さは、内側空間が常にハウジングの端部
３６とミラー板１３との間に間違いなく止まるような大
きさであり、これによって、ミラー板１３を内側へ挿入
することによって生じる変形を回避することができる。
同じ理由により、ハウジング端部３６の背後にある外側
ねじ溝３７によって螺合するキャップナット３８は、皿
壁部１６の前でミラー板のエッジ部１５のそばのステッ
プ状領域の上に半径方向の内方へ向く肩部３９と係止さ
れており、それによってハウジングの突き出し部３５に
対して皿壁部１６を軸線方向へ押圧している。このよう
にして、ミラー板１３自身は、エッジ部１５の周りに広
がる凹所４０に沿って、応力を受けずにまた変形せずに
ハウジング１２の対して決められた方法で取り付けられ
ている。
板１３から離れてある自由端部エッジ３４は、ハウジン
グの半径方向に周辺部へ広がる突き出し部３５に対して
支持されている。これに関して、カップあるいは皿１４
の軸線方向の高さは、内側空間が常にハウジングの端部
３６とミラー板１３との間に間違いなく止まるような大
きさであり、これによって、ミラー板１３を内側へ挿入
することによって生じる変形を回避することができる。
同じ理由により、ハウジング端部３６の背後にある外側
ねじ溝３７によって螺合するキャップナット３８は、皿
壁部１６の前でミラー板のエッジ部１５のそばのステッ
プ状領域の上に半径方向の内方へ向く肩部３９と係止さ
れており、それによってハウジングの突き出し部３５に
対して皿壁部１６を軸線方向へ押圧している。このよう
にして、ミラー板１３自身は、エッジ部１５の周りに広
がる凹所４０に沿って、応力を受けずにまた変形せずに
ハウジング１２の対して決められた方法で取り付けられ
ている。
【００１６】実際的には理想的でない反射特性のためミ
ラー表面１３が（高エネルギー）レーザビームを受けて
生じるエネルギー損失による熱は、少なくも１個の冷却
空間４１を流れる流体によって拡散される。この冷却空
間４１は、ミラー板１３のすぐ後ろであってハウジング
１２およびトランスレータ１９のそれぞれの境界部とミ
ラー板１３との間に形成されている。冷却媒体の供給と
排出は、ハウジング１２を通ってシステムの長手軸線２
８にほぼ平行に伸びるダクト４２によって行われ、各ダ
クト４２は冷却空間４１に向かって開口しており、ミラ
ー板１３の反対側のホース接続部４１で終端している。
ミラー板１３の冷却空間４１の方の側に作用することに
よって実際に生じる冷却媒体の変動が、（この変動はト
ランスレータ１９によってのみ形成されるべき有用な曲
げ効果に制御不能に重ね合わされるものであるが）、こ
の変動に対応してミラー表面１７の変形をもたらさない
ようにするために、冷却空間４１は、ミラー板１３の直
後の固いがしかし高熱伝導性の半径方向の仕切壁４１．
１とそこから間隔をおいた動的な冷却空間４１．２に分
割されている。
ラー表面１３が（高エネルギー）レーザビームを受けて
生じるエネルギー損失による熱は、少なくも１個の冷却
空間４１を流れる流体によって拡散される。この冷却空
間４１は、ミラー板１３のすぐ後ろであってハウジング
１２およびトランスレータ１９のそれぞれの境界部とミ
ラー板１３との間に形成されている。冷却媒体の供給と
排出は、ハウジング１２を通ってシステムの長手軸線２
８にほぼ平行に伸びるダクト４２によって行われ、各ダ
クト４２は冷却空間４１に向かって開口しており、ミラ
ー板１３の反対側のホース接続部４１で終端している。
ミラー板１３の冷却空間４１の方の側に作用することに
よって実際に生じる冷却媒体の変動が、（この変動はト
ランスレータ１９によってのみ形成されるべき有用な曲
げ効果に制御不能に重ね合わされるものであるが）、こ
の変動に対応してミラー表面１７の変形をもたらさない
ようにするために、冷却空間４１は、ミラー板１３の直
後の固いがしかし高熱伝導性の半径方向の仕切壁４１．
１とそこから間隔をおいた動的な冷却空間４１．２に分
割されている。
【００１７】熱を運び去るためにアセンブリを通って流
れる冷却媒体の供給と排出のためのダクト４２は、動的
冷却空間４１．２へ開口している。
れる冷却媒体の供給と排出のためのダクト４２は、動的
冷却空間４１．２へ開口している。
【００１８】一方、いわゆる静的冷却空間４１．１は、
ミラー板１３からの熱を仕切壁４４へ伝達させるため
に、できるだけ泡がたたないような方法で密閉的に閉じ
ることができるコネクタ４５によって、熱伝導性の高い
一定体積の流体で満たされている。このように、エネル
ギ損失による熱のミラー板１３からの伝達は、直後に配
設された静的な冷却媒体を有する冷却空間４１．１と、
ミラーハウジング１２の少なくとも１個の出口ダクト４
２を通って熱を拡散するための冷却媒体を動的に供給し
ミラー板１３から離れて位置する冷却空間４１．２に仕
切る壁４４とによって、行われる。
ミラー板１３からの熱を仕切壁４４へ伝達させるため
に、できるだけ泡がたたないような方法で密閉的に閉じ
ることができるコネクタ４５によって、熱伝導性の高い
一定体積の流体で満たされている。このように、エネル
ギ損失による熱のミラー板１３からの伝達は、直後に配
設された静的な冷却媒体を有する冷却空間４１．１と、
ミラーハウジング１２の少なくとも１個の出口ダクト４
２を通って熱を拡散するための冷却媒体を動的に供給し
ミラー板１３から離れて位置する冷却空間４１．２に仕
切る壁４４とによって、行われる。
【００１９】静的冷却媒体によって作用される冷却区間
４１．１を密閉することは、カップあるいは皿１４とハ
ウジングとの間においてカップあるいは皿１４の壁部１
６の内側周面にある中心出しリング３３によって、およ
び、トランスレータ１９とハウジング１２との間におい
てベロー状の半径方向および軸線方向に弾性的なゴムあ
るいはプラスチック材質の内部が空洞の円筒状のカフス
４６によって、行われる。カフス４６は、ミラーの端部
において圧力部２１に、好適には溶着によって、密閉的
に接続されている。その反対側のエッジは周縁部に広が
るノブ４７に密閉的に取り付けられており、ノブ４７は
内側の壁および外側の壁においてリップ状に環状溝４８
へ突出しており、環状溝４８はハウジング１２に対して
ネジ締めされたジャケット管２０の周縁に形成されてい
る。
４１．１を密閉することは、カップあるいは皿１４とハ
ウジングとの間においてカップあるいは皿１４の壁部１
６の内側周面にある中心出しリング３３によって、およ
び、トランスレータ１９とハウジング１２との間におい
てベロー状の半径方向および軸線方向に弾性的なゴムあ
るいはプラスチック材質の内部が空洞の円筒状のカフス
４６によって、行われる。カフス４６は、ミラーの端部
において圧力部２１に、好適には溶着によって、密閉的
に接続されている。その反対側のエッジは周縁部に広が
るノブ４７に密閉的に取り付けられており、ノブ４７は
内側の壁および外側の壁においてリップ状に環状溝４８
へ突出しており、環状溝４８はハウジング１２に対して
ネジ締めされたジャケット管２０の周縁に形成されてい
る。
【００２０】ジャケット管２０の端部が、ミラー１１を
組み立てる工程で圧力部２１の滑りベアリング２６上に
軸方向に押されて、開口するカフス４６に同時にかみ合
うのであれば、ハウジング１２に関して外側の壁におい
ても、密閉することが行われる。空気で満たされた補償
空間４９は、カフス４６とジャケット管２０の端部領域
との間において、および、カフス４６とミラーの端部に
配設された圧力部２０の外側周縁表面との間において、
自由のままである。カフス４６は、冷却空間４１．１に
おける静的冷却媒体の体積が温度上昇により膨張する
と、空気で満ちた空間４９へ弾性的に曲げられる。カフ
ス４６の弾性はミラー板１３の弾性よりもずっと大きい
ので、ミラー板１３の背後の冷却媒体による圧力を受け
ることを回避できる。冷却媒体の圧力はミラー板１３の
変形に臨海的であり温度上昇によって生じ得るものであ
る。静的に満たされた冷却空間４１．１は、再び冷却さ
れ従って体積が減少しそれによってカフス４６が再び補
償空間４９に戻り曲げられれば、冷却流体によって泡を
生じないように満たされたままである。
組み立てる工程で圧力部２１の滑りベアリング２６上に
軸方向に押されて、開口するカフス４６に同時にかみ合
うのであれば、ハウジング１２に関して外側の壁におい
ても、密閉することが行われる。空気で満たされた補償
空間４９は、カフス４６とジャケット管２０の端部領域
との間において、および、カフス４６とミラーの端部に
配設された圧力部２０の外側周縁表面との間において、
自由のままである。カフス４６は、冷却空間４１．１に
おける静的冷却媒体の体積が温度上昇により膨張する
と、空気で満ちた空間４９へ弾性的に曲げられる。カフ
ス４６の弾性はミラー板１３の弾性よりもずっと大きい
ので、ミラー板１３の背後の冷却媒体による圧力を受け
ることを回避できる。冷却媒体の圧力はミラー板１３の
変形に臨海的であり温度上昇によって生じ得るものであ
る。静的に満たされた冷却空間４１．１は、再び冷却さ
れ従って体積が減少しそれによってカフス４６が再び補
償空間４９に戻り曲げられれば、冷却流体によって泡を
生じないように満たされたままである。
【００２１】アクチュエータ２３がピエゾスタックであ
るときは特に、アクチュエータ２３の熱膨張係数は金属
ハウジング１２あるいは金属ジャケット管２０のそれよ
り非常に小さい。運転作動により生じる、あるいは環境
ファクターにより生じるミラー１１の温度が上昇する
と、ジャケット管２０とケーシング１２は長手軸線２８
の方向へアクチュエータ２３よりもより多量に膨張し、
これによりミラー突出部１８に印加された予圧を減少さ
せ従って例えばミラー表面１７を静的に内方に窪んだ曲
率にする。このことは、所定の電気的駆動によりミラー
を所定の外方曲率にすることにならないので、望ましく
ない。
るときは特に、アクチュエータ２３の熱膨張係数は金属
ハウジング１２あるいは金属ジャケット管２０のそれよ
り非常に小さい。運転作動により生じる、あるいは環境
ファクターにより生じるミラー１１の温度が上昇する
と、ジャケット管２０とケーシング１２は長手軸線２８
の方向へアクチュエータ２３よりもより多量に膨張し、
これによりミラー突出部１８に印加された予圧を減少さ
せ従って例えばミラー表面１７を静的に内方に窪んだ曲
率にする。このことは、所定の電気的駆動によりミラー
を所定の外方曲率にすることにならないので、望ましく
ない。
【００２２】この影響を最小にするために、圧力部２
１、及び／又は後端アダプタ２２は、アクチュエータ２
３よりも非常に大きな熱膨張係数を有する材料で作られ
ており、好適にはハウジング１２用の材料やジャケット
管２０用の材料より大きい熱膨張係数の材料から作られ
ている。このことは、ハウジング１２の温度に依存する
膨張によりトランスレータ１９を近似的に等しく膨張さ
せることになり、従ってミラー表面１７の幾何構成に及
ぼす温度依存の影響は実質的に十分に補償されることに
なる。
１、及び／又は後端アダプタ２２は、アクチュエータ２
３よりも非常に大きな熱膨張係数を有する材料で作られ
ており、好適にはハウジング１２用の材料やジャケット
管２０用の材料より大きい熱膨張係数の材料から作られ
ている。このことは、ハウジング１２の温度に依存する
膨張によりトランスレータ１９を近似的に等しく膨張さ
せることになり、従ってミラー表面１７の幾何構成に及
ぼす温度依存の影響は実質的に十分に補償されることに
なる。
【００２３】圧力部２１、及び／又は後端アダプタ２２
の大きさを決める長さに関し、またアクチュエータ２３
の特に使用される長さに依存し自由度を得るために、ハ
ウジング１２と従ってジャケット２０とはリング部材５
０によって構成されており、リング部材５０は、長さに
関し、また熱膨張係数に関し、交換可能である。リング
部材の高さは、互いに合うように選択されるので、与え
られたアクチュエータ２３にとって適当な長さ例えば後
端アダプタ２２の適当な長さを得ることは可能であり、
長手方向の膨張に関し前述した補償の効果が得られる。
の大きさを決める長さに関し、またアクチュエータ２３
の特に使用される長さに依存し自由度を得るために、ハ
ウジング１２と従ってジャケット２０とはリング部材５
０によって構成されており、リング部材５０は、長さに
関し、また熱膨張係数に関し、交換可能である。リング
部材の高さは、互いに合うように選択されるので、与え
られたアクチュエータ２３にとって適当な長さ例えば後
端アダプタ２２の適当な長さを得ることは可能であり、
長手方向の膨張に関し前述した補償の効果が得られる。
【００２４】さらに、温度センサ５２を有する温度補償
回路５１がハウジング１２またはそのキャップ５５に取
り付けられており、ミラー表面１７の温度に依存する任
意の変形を電気的に補償するようにしている。この目的
のために、ハウジング１２の名目的な目盛り温度におい
て、ミラー表面１７は、例えば干渉計のような光学的測
定手段によって平坦性が測定され、平坦になるように予
圧ネジ２５によって粗く機械的に設定され、次に、ミラ
ー板１３と反対側にあるハウジング１２の背後にある例
えばポテンショメータなどの平坦性調整部材５３によっ
て電気的に微調整される。（ピエゾ）アクチュエータ２
３の電気的駆動のために調整されるオフセット電圧は、
温度補償回路５１によって（詳細にはよりハウジング１
２がより冷たくなるとともに増加して）変えられ、これ
によって現在のミラー表面１７の外方に曲げられた形状
が瞬間的なミラー温度からの影響されないように改善す
る。
回路５１がハウジング１２またはそのキャップ５５に取
り付けられており、ミラー表面１７の温度に依存する任
意の変形を電気的に補償するようにしている。この目的
のために、ハウジング１２の名目的な目盛り温度におい
て、ミラー表面１７は、例えば干渉計のような光学的測
定手段によって平坦性が測定され、平坦になるように予
圧ネジ２５によって粗く機械的に設定され、次に、ミラ
ー板１３と反対側にあるハウジング１２の背後にある例
えばポテンショメータなどの平坦性調整部材５３によっ
て電気的に微調整される。（ピエゾ）アクチュエータ２
３の電気的駆動のために調整されるオフセット電圧は、
温度補償回路５１によって（詳細にはよりハウジング１
２がより冷たくなるとともに増加して）変えられ、これ
によって現在のミラー表面１７の外方に曲げられた形状
が瞬間的なミラー温度からの影響されないように改善す
る。
【００２５】挿入されているミラー１１が交換されなけ
ればならないならば、電気的制御システムはミラー特性
に適合していなければならず、ミラー特性は、小さなス
トローク運動を含め製造および組立の許容性によって決
定的に決められる。その目的のための外部の電気的駆動
システムにおいて作動性が干渉しないようにするため
に、キャップ５５に取り付けられた電気的システムは好
適には、プリアンプを有し、このプリアンプで電気的機
械的なミラー特性が、新しいミラー１１用の外部の電気
的駆動システムに干渉することなく、調節できる。
ればならないならば、電気的制御システムはミラー特性
に適合していなければならず、ミラー特性は、小さなス
トローク運動を含め製造および組立の許容性によって決
定的に決められる。その目的のための外部の電気的駆動
システムにおいて作動性が干渉しないようにするため
に、キャップ５５に取り付けられた電気的システムは好
適には、プリアンプを有し、このプリアンプで電気的機
械的なミラー特性が、新しいミラー１１用の外部の電気
的駆動システムに干渉することなく、調節できる。
【００２６】その調整用の回路要素は従ってハウジング
キャップ５５の中の少なくとも１個の回路基板５４上に
配設されており、それによって取り付けられ調整される
ミラー１１は、外付け制御回路によってさらに調整する
ことなく機能的な環境下で直接的に自律的に作動され
る。回路基板５４は、ミラー表面の外側曲率に関するス
トローク運動によって調整する他の調整部材５６を備え
ており、アクチュエータ２３の外付け電気的駆動によっ
て生成されるストローク運動は最大の位置で制限され、
不可逆な変形を回避するようになっており、その変形の
曲率はミラー表面１７の中心の前のキャリブレーション
用の機械的な精密なセンサによって測定できる。さらに
調整部材５７は例えば作動温度がミラー１１の臨海的作
動温度制限より上昇あるいは低下し、最初に電気的に調
整したミラー１１の補償範囲からはずれた構成になりア
クチュエータ２３の電気的駆動がもはやミラー表面の所
定の変形あるいは回復をできないときに、警告信号を生
成するようになっている。
キャップ５５の中の少なくとも１個の回路基板５４上に
配設されており、それによって取り付けられ調整される
ミラー１１は、外付け制御回路によってさらに調整する
ことなく機能的な環境下で直接的に自律的に作動され
る。回路基板５４は、ミラー表面の外側曲率に関するス
トローク運動によって調整する他の調整部材５６を備え
ており、アクチュエータ２３の外付け電気的駆動によっ
て生成されるストローク運動は最大の位置で制限され、
不可逆な変形を回避するようになっており、その変形の
曲率はミラー表面１７の中心の前のキャリブレーション
用の機械的な精密なセンサによって測定できる。さらに
調整部材５７は例えば作動温度がミラー１１の臨海的作
動温度制限より上昇あるいは低下し、最初に電気的に調
整したミラー１１の補償範囲からはずれた構成になりア
クチュエータ２３の電気的駆動がもはやミラー表面の所
定の変形あるいは回復をできないときに、警告信号を生
成するようになっている。
【００２７】なお、アクチュエータ２３用の付勢するオ
フセットは、ミラーハウジング１２に収容された制御部
材５３によて調整可能であり、ハウジング温度に依存し
てセンサ５２によって変えることができる。このこと
は、外部の駆動回路と干渉することなく、ミラー１１を
交換しやすくし、特にミラー１１に取り付けられ、内側
あるいは外側に曲がり得るミラー板１３の許容性（トレ
ランス）依存の応答特性を調整するプリアンプを含むと
きに、ミラー１１を交換しやすくする。
フセットは、ミラーハウジング１２に収容された制御部
材５３によて調整可能であり、ハウジング温度に依存し
てセンサ５２によって変えることができる。このこと
は、外部の駆動回路と干渉することなく、ミラー１１を
交換しやすくし、特にミラー１１に取り付けられ、内側
あるいは外側に曲がり得るミラー板１３の許容性（トレ
ランス）依存の応答特性を調整するプリアンプを含むと
きに、ミラー１１を交換しやすくする。
【００２８】また、冷却媒体がミラー板１３の背後に流
れる冷却空間４１．２は、静的に満たされた冷却空間４
１．１によってミラー板１３に結合されており、冷却空
間４１．１は、圧力部２１と、トランスレータ１９のジ
ャケット管２０およびハウジング１２との間の密閉用カ
フス４６によって温度に依存して体積が弾性的に増加す
るようになっている。
れる冷却空間４１．２は、静的に満たされた冷却空間４
１．１によってミラー板１３に結合されており、冷却空
間４１．１は、圧力部２１と、トランスレータ１９のジ
ャケット管２０およびハウジング１２との間の密閉用カ
フス４６によって温度に依存して体積が弾性的に増加す
るようになっている。
【００２９】図面は実質的なことを説明するとともに、
わかりやすくするために軸線方向に大きく誇張してお
り、ミラー板１３のキャップ突出部１８と空洞の円筒形
状のの周辺に広がる壁部１６との間において、ミラー板
１３は好適には平面的な平行にあるのでなく、例えば中
心から端部へ向かって厚さが減少するというように、半
径が一定でない厚さを有する板である。ミラー板の内側
用のこのような浅い円錐形状は、示されているように連
続的に減少する代わりにステップ状に変化する構成であ
ってもよく、これにより、可変のミラー表面上にブーム
が反射した後にビームの広がりの影響を最適化するよう
にして、外側へあるいは内側へ曲げられたミラー表面１
７の折り曲げ線の折り返し点を構造的に予め決めること
ができるという実際的な大きな利点を与える。
わかりやすくするために軸線方向に大きく誇張してお
り、ミラー板１３のキャップ突出部１８と空洞の円筒形
状のの周辺に広がる壁部１６との間において、ミラー板
１３は好適には平面的な平行にあるのでなく、例えば中
心から端部へ向かって厚さが減少するというように、半
径が一定でない厚さを有する板である。ミラー板の内側
用のこのような浅い円錐形状は、示されているように連
続的に減少する代わりにステップ状に変化する構成であ
ってもよく、これにより、可変のミラー表面上にブーム
が反射した後にビームの広がりの影響を最適化するよう
にして、外側へあるいは内側へ曲げられたミラー表面１
７の折り曲げ線の折り返し点を構造的に予め決めること
ができるという実際的な大きな利点を与える。
【００３０】
【発明の効果】本願発明の構成によれば、モジュール化
され、ビーム形状が最適化され、電気機械的に温度補償
され、容易に作動調整でき、作動させる前に再度別の調
整をする必要がなくレーザマシンセンタで直接使用でき
る変形可能なレーザミラーを提供することができる。
され、ビーム形状が最適化され、電気機械的に温度補償
され、容易に作動調整でき、作動させる前に再度別の調
整をする必要がなくレーザマシンセンタで直接使用でき
る変形可能なレーザミラーを提供することができる。
【図１】変形可能ミラーの組立構造を軸方向に転倒して
示す軸線方向の縦断面図。
示す軸線方向の縦断面図。
１１ 変形可能ミラー １２ ハウジング １３ ミラー板 １９ トランスレータ ２０ ジャケット管 ２２ アダプタ ２３ アクチュエータ ２５ 予圧ネジ ４１ 冷却空間 ４１．１ 冷却空間 ４１．２ 冷却空間 ４６ カフス ５１ 温度補償回路
フロントページの続き (72)発明者 ラインハルト、シュミードル ドイツ連邦共和国ワイセンベルク、リンデ ンシュトラーセ、10 (72)発明者 ブリギッテ、フライスレーベン ドイツ連邦共和国ニュルンベルク、エルス ト‐ハインケル‐ウェーク、７
Claims (17)
- 【請求項１】特にレーザビーム加工装置に用いられる変
形可能ミラー（１１）であって、少なくとも１個のトラ
ンスレータ（１９）を有し、このトランスレータ（１
９）は、ジャケット管（２０）の中に包囲された電気機
械的なアクチュエータ（２３）によって作動される圧力
部（２１）によって、ミラー板（１３）の後側とハウジ
ング（１２）との間に固定されており、 一方で前記ジャケット管（２０）および前記ハウジング
（１２）の材料と他方で前記圧力部（２１）および後端
のアダプタ（２２）とは、アクチュエータ（２３）とと
もに、ほぼ同等の熱膨張特性を有することを特徴とする
レーザビーム加工装置の変形可能ミラー。 - 【請求項２】前記ハウジング（１２）またはジャケット
管（２０）はアクチュエータ（２３）に比べて高い熱膨
張係数を有し、前記圧力部（２１）または後端アダプタ
（２２）はさらに高い熱膨張係数を有することを特徴と
する請求項１に記載の変形可能ミラー。 - 【請求項３】前記圧力部（２１）の熱膨張係数と前記後
端アダプタ（２２）の熱膨張係数は、アクチュエータ
（２３）の熱膨張特性に関して、作業温度範囲に渡る前
記トランスレータ（１９）の熱膨張係数が前記ミラーハ
ウジング（１２）の材料の熱膨張係数とほぼ等しいよう
に、選択されていることを特徴とする請求項１または請
求項２のいずれかに記載の変形可能ミラー。 - 【請求項４】前記ハウジング（１２）およびジャケット
管（２０）はリング部材（５０）から構成されており、
リング部材（５０）は、軸線方向の長さと熱膨張係数に
関し、前記アクチュエータ（２３）のそれらと合わされ
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれ
かに記載の変形可能ミラー。 - 【請求項５】前記トランスレータ（１９）の前記アクチ
ュエータ（２３）と前記ジャケット管（２０）との間の
支持領域に予圧ネジ（２５）が設けられていることを特
徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の変形
可能ミラー。 - 【請求項６】補償回路（５１）を備えており、この温度
補償回路（５１）は温度に依存してアクチュエータ（２
３）の駆動用オフセットを設定し、ハウジング温度セン
サ（５２）によって駆動されることを特徴とする請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載の変形可能ミラー。 - 【請求項７】補償回路（５１）を備えており、この温度
補償回路（５１）は温度に依存してアクチュエータ（２
３）駆動用電圧オフセットに影響を与え、ハウジング
（１２）の外側から駆動できる制御部材（２３）によっ
て調整可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項
６のいずれかに記載の変形可能ミラー。 - 【請求項８】ミラー表面の駆動特性を外部制御回路に適
合性を調整するための前置増幅器を備えていることを特
徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の変形
可能ミラー。 - 【請求項９】駆動の制限信号及び／又は警告信号を、駆
動パラメータ及び／又は大気のパラメータに依存してト
リガーする回路及び制御部材（５６、５７）を備えてい
ることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに
記載の変形可能ミラー。 - 【請求項１０】前記ミラー板（１３）の背後に静的な冷
却媒体のための密閉可能な冷却空間（４１．１）を備え
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれ
かに記載の変形可能ミラー。 - 【請求項１１】前記冷却空間（４１．１）は、温度に依
存して膨張する可変体積からなることを特徴とする請求
項１０に記載の変形可能ミラー。 - 【請求項１２】ゴムのような弾性のあるカフス（４６）
によって前記ジャケット管（２０）と前記圧力部（２
１）との間に端部密閉体を有することを特徴とする請求
項１１に記載の変形可能ミラー。 - 【請求項１３】前記カフス（４６）はミラー板（１３）
に向く側の領域では前記圧力部（２１）に固定的に接続
されており、反対の側はノブ（４７）で締め付けて積極
的に固定され、このノブ（４７）はフランジ状に前記ジ
ャケット管（２０）上の周縁で広がる環状溝（４８）ま
で広がっていることを特徴とする請求項１２に記載の変
形可能ミラー。 - 【請求項１４】前記ミラー板（１３）の背後に配設され
た冷却空間（４１）は静的冷却媒体を満たすために前記
ミラー板（１３）の直後に配設された冷却空間（４１．
１）と、形状的に安定な熱伝導性の仕切壁（４４）によ
って分離された冷却空間（４１．２）とに分割され、前
記冷却空間（４１．２）は、ミラーハウジング（１２）
からダクト（４２０によって熱を拡散するために冷却媒
体の流体が通るためのものであることを特徴とする請求
項１乃至請求項１３のいずれかに記載の変形可能ミラ
ー。 - 【請求項１５】前記ミラー板（１３）は軸方向に浅い皿
（１２）の底部であり、前記皿（１４）の壁部（１６）
はハウジング（１２０の端部領域に取り付けられている
とともに、弾性リング（３３）を間に置くことによっ
て、キャップナット（３８）によってハウジング（１
２）の方の壁（１６）の軸方向の締め金とともに中心出
しされていることを特徴とする請求項１乃至請求項１４
のいずれかに記載の変形可能ミラー。 - 【請求項１６】前記ミラー板（１３）の前記ミラー表面
（１７）に対向する内側表面上に、前記ミラー板（１
３）凸状キャップ（２７）を有する突出部（１８）を有
し、前記トランスレータの圧力部（２１０の平たい端部
は前記突出部に対して軸方向に支持されていることを特
徴とする請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の変
形可能ミラー。 - 【請求項１７】前記ミラー板（１３）は半径方向に一定
でない厚さを有し、特に厚さの大きさは前記中心キャッ
プ突出部（１８）から端部へ直線的に、またはステップ
状にわずかに減少していることを特徴とする請求項１乃
至請求項１６のいずれかに記載の変形可能ミラー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9409869.7 | 1994-06-17 | ||
| DE9409869U DE9409869U1 (de) | 1994-06-17 | 1994-06-17 | Deformierbarer Spiegel, insbesondere für eine Laserstrahl-Materialbearbeitungseinrichtung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0839282A true JPH0839282A (ja) | 1996-02-13 |
| JP3217640B2 JP3217640B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=6910019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12471795A Expired - Fee Related JP3217640B2 (ja) | 1994-06-17 | 1995-05-24 | レーザビーム加工装置の変形可能ミラー |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5777807A (ja) |
| JP (1) | JP3217640B2 (ja) |
| CH (1) | CH690122A5 (ja) |
| DE (1) | DE9409869U1 (ja) |
| IT (2) | ITMI950419U1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0942306A2 (en) * | 1998-03-12 | 1999-09-15 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Variable-curvature reflecting mirror |
| US6398372B1 (en) | 1999-02-17 | 2002-06-04 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Deformable mirror for laser beam |
| CN109100869A (zh) * | 2018-09-18 | 2018-12-28 | 江苏大学 | 一种具有温度自补偿功能的激光扩束装置 |
Families Citing this family (17)
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| US6392192B1 (en) | 1999-09-15 | 2002-05-21 | W. A. Whitney Co. | Real time control of laser beam characteristics in a laser-equipped machine tool |
| US6128138A (en) * | 1999-07-15 | 2000-10-03 | W. A. Whitney Co. | Reflective laser collimator |
| JP2001121278A (ja) * | 1999-10-22 | 2001-05-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | レーザ切断方法 |
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| AU2001251172A1 (en) | 2000-03-30 | 2001-10-15 | Electro Scientific Industries, Inc. | Laser system and method for single pass micromachining of multilayer workpieces |
| WO2004068180A2 (en) | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Montana State University-Bozeman | Off-axis variable focus and aberration control mirrors and method |
| CA2517906A1 (en) * | 2003-03-03 | 2004-12-29 | Montana State University-Bozeman | Miniature confocal optical device, system, and method |
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| JP2007304123A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Sony Corp | 変形可能ミラー装置 |
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