DE9416673U1 - Installation bracket for a laser mirror - Google Patents
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Description
DGm 390 DEDGm 390 DE
Fg/rüFg/rü
Diehl GmbH & Co., D-90327 NürnbergDiehl GmbH & Co., D-90327 Nuremberg
Die Erfindung betrifft eine Einbauhalterung für einen Laser-Spiegel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a mounting bracket for a laser mirror according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Halterung ist aus der DE-OS 43 08 315 bekannt. Hinsichtlich einer bevorzugten Auslegung des Spiegels mit gezielt deformierbarer Spiegelfläche zur Beeinflussung der Laserstrahlparameter wird voll-inhaltlich daneben auch auf die eigene ältere Gebrauchsmusteranmeldung G 94 09 869.7 "Deformierbarer Spiegel, insbesondere für eine Laserstrahl-Materialbearbeitungseinrichtung" vom 17.06.94 Bezug genommen.Such a holder is known from DE-OS 43 08 315. With regard to a preferred design of the mirror with a specifically deformable mirror surface for influencing the laser beam parameters, reference is also made in full to the older utility model application G 94 09 869.7 "Deformable mirror, in particular for a laser beam material processing device" dated June 17, 1994.
Die gattungsbildende, vorbekannte Spiegelhalterung zeichnet sich durch einfache Montagemöglichkeiten aus, weil einfach eine (durch rückwärtigen Einzug verjüngte) Adapterhülse rückwärts über das Spiegel-Gehäuse gestülpt und dann mit Spannschrauben im Strahlweg am Maschinengestell befestigt wird, die sich achsparallel durch die dicke Wandung der Adapterhülse erstrecken. Jedoch hat sich gezeigt, daß bei Dauereinsatz im Strahlweg von Hochenergielaserstrahlen vielfältige thermische Nebeneffekte auftreten, die unter ungünstigem Zusammentreffen verschiedener Randbedingungen durchaus einmal zu einer derartigen thermischen Verformung der Einbauhalterung führen können, daß mechanische Spannungen auf den hoch genau abgeglichenen Spiegel-Kopf übertragen und damit die optischen Eigenschaften der Spiegelfläche hinsichtlich der Anforderungen seitens der Bearbeitungstechnik negativ beeinflußt werden.The previously known mirror holder of this type is characterized by simple installation options, because an adapter sleeve (tapered by a rear recess) is simply slipped backwards over the mirror housing and then secured to the machine frame in the beam path using clamping screws that extend parallel to the axis through the thick wall of the adapter sleeve. However, it has been shown that with continuous use in the beam path of high-energy laser beams, a variety of thermal side effects occur, which, under unfavorable combination of different boundary conditions, can lead to such thermal deformation of the mounting bracket that mechanical stresses are transferred to the highly precisely adjusted mirror head and the optical properties of the mirror surface are thus negatively influenced with regard to the requirements of the processing technology.
In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die technische Problemstellung zugrunde, eine Einbauhalterung gattungsgemäßer Art dahingehend weiterzubilden, daß sich präzisere und weniger durch thermische Nebeneffekte beeinflußbare Einbaugegebenheiten erzielen lassen.In recognition of these circumstances, the invention is based on the technical problem of further developing an installation bracket of the generic type in such a way that more precise installation conditions can be achieved that are less influenced by thermal side effects.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Einbauhalterung auch gemäß den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Hauptanspruches ausgelegt ist.This object is essentially achieved according to the invention in that the generic installation bracket is also designed according to the features of the characterizing part of the main claim.
Nach dieser Lösung ist eine thermische Entkopplung desjenigen Teils der Einbauhalterung, die unmittelbar vom Laserstrahl beansprucht werden kann, gegenüber demjenigen Teil der Einbauhalterung erreicht, der in (wenn auch kleinflächigem) unmittelbarem Kontakt zum Gehäuse des Laserspiegels steht. Die Montage ist an sich nicht komplizierter, als im Falle der gattungsbildenden Einbauhalterung, eröffnet nun über die thermische Entkopplung hinaus aber auch noch wünschenswerte Einbau-Justiermöglichkeiten. Für die Montage wird der später mit dem Maschinengestell zu verbindende Montagering unter Gewährleistung einer thermischen Trennzone mit dem Aufnahmering verbunden, in den der Spiegel-Kopf zentrierend eingesenkt wird. Sodann wird über den Spiegel von rückwärts eine Überwurf-Adapterhülse aufgeschoben, die sich mit ihrem verjüngenden rückwärtigen Einzug schräg (axial und radial) gegen die rückwärtige Schulter eines Kopf-Flansches abstützt, der dann mit seiner vorderen Schulter gegen den Aufnahmering verspannt wird. Nun braucht die so komplettierte Einbauhalterung lediglich noch mit ihrem Montagering im Strahlweg befestigt zu werden. Eine elastische Einlage, welche die thermische Trennzone zwischen Montagering und Aufnahmering gewährleistet, erbringt darüberhinaus den Vorteil, den Aufnahmering gegenüber dem Montagering verschwenken und so die Spiegel-Längsachse gegenüber der Einbauachse des Montageringes winkelmäßig justieren zu können.According to this solution, thermal decoupling of the part of the mounting bracket that can be directly stressed by the laser beam is achieved from the part of the mounting bracket that is in direct contact with the housing of the laser mirror (albeit over a small area). The assembly is in itself no more complicated than in the case of the generic mounting bracket, but now also opens up desirable installation adjustment options in addition to the thermal decoupling. For assembly, the mounting ring, which is later to be connected to the machine frame, is connected to the receiving ring, ensuring a thermal separation zone, into which the mirror head is sunk in a centering manner. A coupling adapter sleeve is then pushed over the mirror from behind, which rests with its tapered rear recess at an angle (axially and radially) against the rear shoulder of a head flange, which is then clamped with its front shoulder against the receiving ring. Now the completed mounting bracket only needs to be attached to the beam path with its mounting ring. An elastic insert, which ensures the thermal separation zone between the mounting ring and the receiving ring, also offers the advantage of being able to pivot the receiving ring relative to the mounting ring and thus adjust the angle of the mirror's longitudinal axis relative to the installation axis of the mounting ring.
Zweckmäßigerweise erstreckt der Montagering sich vor dem Spiegel-Kopf noch radial nach Art eines umlaufenden Blenden-Ringes bis über den Rand der Spiegelfläche, um diesenThe mounting ring conveniently extends radially in front of the mirror head in the manner of a circumferential aperture ring up to the edge of the mirror surface in order to
thermisch empfindlicheren da nicht auf Reflexion optimierten Randbereich gegenüber etwa unjustiert auftreffender Laserstrahlenergie abzuschatten und dadurch zu vermeiden, daß der Abgleich der Spiegelfläche durch thermisches Aufheizen ihrer Randeinfassung gestört wird. Nicht koaxial einfallende thermische Strahlungsenergie wird also über den Blendenring vom als Wärmesenke wirkenden da sehr massereichen Montagering aufgenommen, wegen der nur punktuellen Schraubenkopplung dann aber kaum und allenfalls sehr verzögert an den aus thermisch schlecht leitendem Material bestehenden Aufnahmering übermittelt und somit weitestgehend von der Mantelfläche des Spiegelgehäuses ferngehalten.to shade the edge area, which is more thermally sensitive because it is not optimized for reflection, from any unadjusted laser beam energy, and thereby to avoid the alignment of the mirror surface being disturbed by thermal heating of its edge. Thermal radiation energy that is not incident coaxially is therefore absorbed via the aperture ring by the mounting ring, which acts as a heat sink because it is very massive, but because of the only point-based screw coupling it is then hardly transmitted to the receiving ring, which is made of a material with poor thermal conductivity, and is thus largely kept away from the surface of the mirror housing.
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 abschließenden Kurzfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in abgebrochenem Axial-Längsschnitt den der Spiegelplatte benachbarten vorderen Teil eines Laser-Spiegels, einbaufertig eingefaßt in eine Einbauhalterung. Additional alternatives and further developments as well as further features and advantages of the invention arise from the further claims and, also taking into account the statements in the final summary, from the following description of a preferred implementation example of the solution according to the invention, which is sketched in the drawing in a highly abstract manner and not entirely to scale, limiting itself to the essentials. The only figure in the drawing shows, in a broken-off axial longitudinal section, the front part of a laser mirror adjacent to the mirror plate, mounted in a mounting bracket ready for installation.
Diese Einbauhalterung 11 weist koaxial voreinander eine Adapterhülse 12, einen Aufnahmering 13 und einen Montagering 14 auf, in die hinein sich der Kopf 15 mit seiner Spiegelfläche 16 des Laser-Spiegels 17 erstreckt. Der im wesentlichen zylindrische Kopf 15 weist rückwärtig einen radial vorstehenden, also umlaufenden Flansch 18 vor einer Nut 19 auf, in die ein flexibler O-Ring 20 eingelegt ist. Der axial lange aber radial flache Flansch 18 stützt sich mit seiner vorderen (d. h. spiegelflächenseitigen) Schulter 21 gegen die Rückseite des Auf nähme ringes 13 ab, wobei ein flacher Bund 22 zentrierend in diesen eingreift. Die Adapterhülse 12 ist rückwärtig mit einem ihre Durchgangsbohrung radial verjüngenden schrägen Einzug 23 ausgestattet, der sich über den O-Ring 20 gegen die rückwärtige Schulter 24 des umlaufenden Flansches 18 abstützt, wenn die über den Umfang des Spiegels 17 achsparallel angeordneten Spann-This installation bracket 11 has an adapter sleeve 12, a receiving ring 13 and a mounting ring 14 arranged coaxially in front of one another, into which the head 15 with its mirror surface 16 of the laser mirror 17 extends. The essentially cylindrical head 15 has a radially protruding, i.e. circumferential flange 18 at the rear in front of a groove 19 into which a flexible O-ring 20 is inserted. The axially long but radially flat flange 18 is supported with its front (i.e. mirror surface side) shoulder 21 against the back of the receiving ring 13, with a flat collar 22 engaging in the latter in a centering manner. The adapter sleeve 12 is equipped at the rear with an oblique recess 23 which radially tapers its through-hole and which is supported by the O-ring 20 against the rear shoulder 24 of the circumferential flange 18 when the clamping elements arranged parallel to the axis around the circumference of the mirror 17 are
schrauben 25 (von denen die rechts in der Zeichnung angedeutete jenseits der Zeichenebene liegt) angezogen werden.screws 25 (the one indicated on the right in the drawing is beyond the drawing plane).
Der Aufnahmering 13 greift mit seinem verjüngten Frontende 26 unter radialer Zwischenlage eines Dichtringes 27 in den Montagering 14 hinein,, der seinerseits mittels um den Umfang des Spiegel-Kopfes 15 verteilt angeordneter achsparalleler Montageschrauben 28 auf dem Maschinengestell 29 (beispielsweise der Portalkonstruktion einer Laser-Schneidanlage) festlegbar ist. Für die Betätigung der Montageschrauben 28 sind deren Innenmehrkant-Köpfe 32 für einen Steckschlüssel durch eine Zugangsöffnung 30 hindurch zugänglich, die den Boden eines Sackloches 31 zur Aufnahme des Schraubenkopfes 32 in der Vorderfront des Aufnahmeringes 13 neben seinem verjüngten Frontende 26 durchquert.The receiving ring 13 engages with its tapered front end 26 with a sealing ring 27 radially in between into the mounting ring 14, which in turn can be secured to the machine frame 29 (for example the portal construction of a laser cutting system) by means of axially parallel mounting screws 28 distributed around the circumference of the mirror head 15. To operate the mounting screws 28, their polygonal socket heads 32 are accessible to a socket wrench through an access opening 30 that passes through the bottom of a blind hole 31 for receiving the screw head 32 in the front of the receiving ring 13 next to its tapered front end 26.
Der axiale Zusammenhalt zwischen dem Aufnahmering 13 und dem Montagering 14 erfolgt über ebenfalls um den Spiegel-Kopf 15 herum (im Wechsel mit den Montageschrauben 28) achsparallel angeordnete Justierschrauben 33, die mit ihrem Kopf den Aufnahmering 13 hintergreifen und mit ihrem Schaft 36 in eine Gewindebohrung des Montageringes 14 eingreifen. Jedoch wird der Aufnahmering 13 nicht unmittelbar in axiale Anlage gegen den Montagering 14 gebracht, sondern zwischen beiden verbleibt eine thermische Trennzone 34. Die kann in Form einer zwischengelegten Schicht aus thermisch isolierendem Material hoher mechanischer Beanspruchbarkeit bestehen. Einfacher ist es, wie gezeichnet einfach einen Luftspalt als thermische Trennzone 34 zwischen den beiden Ringen 13-14 auszusparen. Dafür erfolgt eine axiale Abstützung (der Spannkraft der Justierschrauben 33 entgegen) z. B. über zwischengelegte Federn 35. Diese können als Zylinderfedern ausgelegt sein, welche den Schaft 36 der jeweiligen Justierschraube 33 in einer frontseitigen Aufnahmebohrung 37 im Aufnahmering 13 umgeben. Aufgrund der schlechten thermischen Kopplung wird die vom Laserstrahl 38 bei schlechter Strahljustage im Frontbereich des Montageringes 14 entstehende Absorbtionswärme infolge der geringen thermischen Ankopplung praktisch nicht (jedenfalls nur sehr verzögert) zum Aufnahmering 13 hin übertragen, der aus Messing oder anderem schlecht wärmeleitenden Material besteht und ohnehin seinerseits nur kleine metallische Anlageflä-The axial cohesion between the receiving ring 13 and the mounting ring 14 is achieved by adjusting screws 33, which are also arranged parallel to the axis around the mirror head 15 (alternating with the mounting screws 28), whose heads engage behind the receiving ring 13 and whose shafts 36 engage in a threaded hole in the mounting ring 14. However, the receiving ring 13 is not brought into direct axial contact with the mounting ring 14, but rather a thermal separation zone 34 remains between the two. This can take the form of an intermediate layer of thermally insulating material with high mechanical strength. It is simpler to simply leave an air gap as a thermal separation zone 34 between the two rings 13-14, as shown. For this purpose, axial support is provided (against the clamping force of the adjusting screws 33), e.g. B. via interposed springs 35. These can be designed as cylindrical springs which surround the shaft 36 of the respective adjusting screw 33 in a front-side mounting hole 37 in the mounting ring 13. Due to the poor thermal coupling, the absorption heat generated by the laser beam 38 in the event of poor beam adjustment in the front area of the mounting ring 14 is practically not transferred (at least only very slowly) to the mounting ring 13, which is made of brass or another material with poor heat conduction and in any case only has small metallic contact surfaces.
chen zum Spiegel-Kopf 15 aufweist; mit der wünschenswerten Folge, daß die innere Struktur des Spiegels 17 nicht durch
anwendungsbedingte externe thermische Effekte beansprucht wird.
5chen to the mirror head 15; with the desirable consequence that the internal structure of the mirror 17 is not stressed by application-related external thermal effects.
5
Die (durch Federn 37 oder andere kompressible lokale Einlagen sich ergebende) elastische Abstandshalterung zur Gewährleistung der thermischen Trennzone 34 zwischen dem Montagering 14 und dem rückwärts sich anschließenden Aufnahmering 13 erbringt darüber hinaus den Vorteil, durch unterschiedlich starkes Anziehen der Justierschrauben 33 die Längsachse 39 des Aufnahmeringes 13 und damit des Spiegels 17 insgesamt geringfügig gegenüber der Achse 40 des Montageringes 14 (und damit gegenüber der Applikation am Maschinengestell) verschwenken zu können, um nach dem Einbau noch eine Koaxial-Feinjustage vornehmen zu können.The elastic spacer (resulting from springs 37 or other compressible local inserts) to ensure the thermal separation zone 34 between the mounting ring 14 and the rear-mounting ring 13 also has the advantage of being able to slightly pivot the longitudinal axis 39 of the mounting ring 13 and thus of the mirror 17 overall relative to the axis 40 of the mounting ring 14 (and thus relative to the application on the machine frame) by tightening the adjusting screws 33 to different degrees, in order to be able to carry out a coaxial fine adjustment after installation.
Der Frontbereich des Montageringes 14 trägt zweckmäßigerweise eine ringförmige Blende 41 oder ist (wie gezeichnet) unmittelbar zu solcher Blende 41 verjüngt, die den Umlaufenden Randbereich der Spiegelfläche 16 gegen den einfallenden Laserstrahl 38 abschattet. Das erbringt den Vorteil, daß der Spiegel-Kopf 15 nicht aufgeheizt (und dadurch die Spiegelplatte verformt) wird, wenn ein Laserstrahl 38 zu großen Strahlquerschnittes oder unter zu starker winkelmäßiger Abweichung von der Spiegel-Längsachse 39 nicht nur den gut gekühlten und gut reflektierenden Mittelteil der Spiegelfläche 16 beaufschlagt, sondern auch deren Rand. Denn der mittels einer Überwurfmutter am Spiegelgehäuse festgelegte Randbereich der Spiegelfläche 16 ist nicht auf Reflexion optimiert und würde bei einer Beaufschlagung mit Laserstrahlenergie deshalb eine starke Absorbtionserwärmung erfahren können.The front area of the mounting ring 14 expediently has an annular aperture 41 or is (as shown) immediately tapered to such an aperture 41, which shades the peripheral edge area of the mirror surface 16 against the incident laser beam 38. This has the advantage that the mirror head 15 is not heated up (and thus the mirror plate is not deformed) if a laser beam 38 with a beam cross-section that is too large or with too great an angular deviation from the mirror's longitudinal axis 39 not only hits the well-cooled and well-reflective middle part of the mirror surface 16, but also its edge. This is because the edge area of the mirror surface 16, which is fixed to the mirror housing by means of a union nut, is not optimized for reflection and would therefore experience strong absorption heating if exposed to laser beam energy.
Claims (9)
daß die Adapterhülse (12) thermisch distanziert gegenüber einem im Bereiche der Spiegelfläche (16) angeordneten und am Maschinengestell (29) zu befestigenden Montagering (14) gehaltert ist.characterized,
that the adapter sleeve (12) is held at a thermal distance from a mounting ring (14) arranged in the region of the mirror surface (16) and to be fastened to the machine frame (29).
dadurch gekennzeichnet,2. Installation bracket according to claim 1,
characterized,
20(18) of the mirror head (15) is axially clamped between the adapter recess (23) and a shoulder formed circumferentially at the rear of the receiving ring (13).
20
dadurch gekennzeichnet,3. Installation bracket according to claim 2,
characterized,
15that the receiving ring (13) engages with a radially tapered front end (26) in the mounting ring (14) with the interposition of a radially centering and sealing sealing ring (27).
15
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennzone (34) als axialer Abstand unter lokaler Zwischenlage eines kompressiblen Abstandshalters ausgebildet ist.7. Installation bracket according to claim 6,
characterized in that the separation zone (34) is designed as an axial distance with local interposition of a compressible spacer.
dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandshalter Federn (35) in Aufnahmeräumen (37) angeordnet sind, durch die sich Justierschrauben (33) für eine Verschwenkung des Aufnahmeringes (13) gegenüber dem Montagering (14) erstrecken.8. Installation bracket according to claim 7,
characterized in that springs (35) are arranged as spacers in receiving spaces (37), through which adjusting screws (33) extend for pivoting the receiving ring (13) relative to the mounting ring (14).
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP1235090A1 (en) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | TRUMPF LASERTECHNIK GmbH | Laser beam guidance device |
| DE102006046435A1 (en) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Dreier Lasermesstechnik Gmbh | Spherical measuring reflector for direction or distance measurement, has spherical body with support for optical element, where optical element serves for reflection of measuring beam |
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1994
- 1994-10-18 DE DE9416673U patent/DE9416673U1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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