DE3939577A1 - Vorrichtung zum ablenken des lichtstrahls - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum sich hochfrequent wiederholenden Ablenken eines stehenden Lichtstrahls, insbesondere eines Laserstrahls, mit einem rotie­ rend antreibbaren Spiegel, der mindestens eine strahlablenkende Spiegelfläche hat.

Bei der Materialbearbeitung mit Laserstrahlung ist es in vielen Anwendungsfällen erforderlich, den Laserstrahl relativ zum Werkstück zu bewegen. Besonders häufig tritt der Fall auf, daß der Laserstrahl quer zu einer Förderrichtung des Werkstücks mit einer Geschwindigkeit bewegt werden muß, die sehr groß im Vergleich zur Fördergeschwindigkeit des Werkstücks ist. Da die Fördergeschwindigkeit im Sinne einer großen Produktivität so groß wie möglich sein soll, ist es nötig, daß auch die Ablenk­ geschwindigkeit des Laserstrahls den hohen Fördergeschwindig­ keiten angepaßt ist. Die herkömmlichen Vorrichtungen zum Ablen­ ken eines Laserstrahls weisen jedoch gravierende Nachteile auf.

Es sind Reflektoren bzw. Spiegel als optische Elemente be­ kannt, die beispielsweise hin- und hergehend verschwenkt wer­ den, um den Laserstrahl entsprechend zu verschwenken. Die Schwenk- bzw. Ablenkungsfrequenz liegt bei derartigen optischen Elementen jedoch weit unter einem kHz, weil die optischen Ele­ mente aufgrund ihrer Masse träge sind, insbesondere wenn bei entsprechenden Strahldurchmessern größere Metallspiegel verwen­ det werden müssen. Derartige Ablenkungsfrequenzen sind gering, verglichen mit denjenigen des Elektronenstrahlschweißens, bei dem aufgrund der trägheitslosen Ablenkung des Elektronenstrahls Ablenkungsfrequenzen bis zu einem kHz praktikabel sind. Hinzu kommt bei den verschwenkten optischen Elementen, daß sich im Bereich der Umkehrpunkte wegen der Bewegungsumkehr der opti­ schen Elemente Verringerungen der Ablenkgeschwindigkeit des La­ serstrahls ergeben, die zu örtlich unterschiedlichen Bearbei­ tungstiefen führen. Hinzu kann im Bereich der Umkehrpunkte eine Überdeckung der Strahlflecken kommen. Auch das kann in uner­ wünschter Weise zu unterschiedlichen Bearbeitungstiefen führen. Wird zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile eine möglichst große Beschleunigung der optischen Elemente im Bereich der Um­ kehrpunkte angestrebt, so ergeben sich durch die auftretenden Beschleunigungskräfte entsprechend große Lagerbelastungen. Der Einsatzbereich bewegter optischer Elemente ist daher und demzu­ folge auch aus wirtschaftlichen Gründen begrenzt.

Eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen ist allgemein als drehangetriebener Polygonspiegel bekannt, bei dem auf einer Umfangsfläche eine Vielzahl strahlablenkender Spie­ gelflächen angeordnet sind, die bei stehendem Laserstrahl und rotierendem Polygonspiegel nacheinander angestrahlt werden und den Laserstrahl hin- und herschwenkend ablenken. Auch derartige Polygonspiegel sind nicht unbegrenzt anwendbar, da sie zum einen eine relativ große Masse haben und zum anderen ein erheb­ licher Raumbedarf besteht.

Aus den vorgenannten Gründen sind die bekannten Ablen­ kungsvorrichtungen, die auch als Strahlscanner bezeichnet wer­ den, auf solche Bearbeitungsverfahren beschränkt, bei denen die vorgenannten Nachteile nicht erheblich sind. Das sind insbeson­ dere Verfahren der Materialbearbeitung mit geringem Leistungs­ bedarf.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sie auch für vergleichsweise große Ablenkfrequenzen einge­ setzt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Spiegel eine Schrauben-Wendelfläche als strahlablenkende Spiegelfläche hat und seine Rotationsachse die Schraubendrehachse der Wendel­ fläche ist.

Die Ausbildung der strahlablenkenden Spiegelfläche als Schrauben-Wendelfläche und deren zur Rotationsachse gleichach­ sige Anordnung ermöglichen den Einsatz einer im wesentlichen zur Rotationsachse senkrechten Stirnseite des Spiegels für die Strahlablenkung. Der Durchmesser dieser Stirnseite kann auf den Durchmesser des Strahls abgestimmt werden, so daß der Spiegel vergleichsweise kleine Radialabmessungen hat. Daraus ergibt sich ein geringes Gewicht des Spiegels. Die Rotation kann dementsprechend mit großen Umdrehungszahlen erfolgen, so daß die Ablenkfrequenz entsprechend groß sein kann.

Da die Schrauben-Wendelfläche als Regelschraubenfläche eine vergleichsweise einfache räumliche Geometrie hat, bei der senkrecht zur Rotationsachse verlaufende Radialstrahlen das­ selbe Axialniveau haben und bei der die Wendelfläche eben aus­ gebildet und mit konstanter Neigung bzw. Steigung angeordnet ist, kann der Spiegel durch herkömmliche Techniken mit ver­ gleichsweise geringem Aufwand hergestellt werden.

Die Wendelfläche ist ihrer geometrischen Natur nach um die Schraubendrehachse und damit um die Rotationsachse des Spiegels herum angeordnet. Damit der Strahl, nachdem er von allen zur Strahlablenkung vorgesehenen Stellen der Wendelfläche reflek­ tiert wurde, erneut in derselben Richtung abgelenkt werden kann, ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß sich an das axial am weitesten vorspringende Ende der Wendelfläche eine axial rückspringende Stufe anschließt. Die Stufe reduziert die axiale Erstreckung der Spiegelfläche und führt zu einem erneuten Über­ streichen der Wendelfläche durch den Laserstrahl zwischen zwei durch die Stufe festgelegten axialen Niveaus.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die axial rückspringende Stufe eine Rücksprungfläche aufweist, deren Ebene zu der Rotationsachse des Spiegels allenfalls etwas geneigt ist. Eine derartige Stufe ermöglicht den augen­ blicklichen Übergang der Reflexion des Laserstrahls oder eines Teils des Laserstrahls von einem höheren auf ein tieferes axia­ les Niveau, insbesondere auch bei sehr kleinen Einfallwinkeln, bei denen also der einfallende Laserstrahl und die Rotations­ achse nur einen sehr spitzen Winkel einschließen. Wenn die Nei­ gung der Rücksprungfläche Null ist, liegt die Rotationsachse also in dieser Ebene. Die Neigung der Rücksprungfläche kann so sein, daß sie dem einfallenden Laserstrahl fast parallel ist, sie kann aber auch entgegengesetzt so sein, daß die Rücksprung­ fläche eine Neigung im entgegengesetzten Sinn hat, also im Sinne einer Verkleinerung des spitzen Winkels zwischen der Rücksprungfläche und der Wendelfläche. Darüber hinaus haben diese Ausbildungen der Stufe den Vorteil, technisch einfach herstellbar zu sein.

Vorteilhafterweise erstreckt sich die Wendelfläche einmal vollständig um die Rotationsachse des Spiegels herum. Dadurch ergibt sich für einen bestimmten Steigungswinkel der Wendel­ fläche ein größtmöglicher axialer Höhengewinn der Stufe und da­ mit eine dementsprechend große Auslenkung bzw. ein entsprechend großer Versatz zwischen den Extrempositionen der reflektierten Strahlen an den axial am weitesten und am wenigsten weit vor­ springenden Enden der Wendelflächen.

Wenn mehrere Wendelflächen um die Rotationsachse des Spie­ gels herum angeordnet sind, ergibt sich eine während einer Ro­ tation des Spiegels erfolgende mehrfache Ablenkung des Laser­ strahls, also eine entsprechend höhere Ablenkungsfrequenz für eine bestimmte Drehzahl des Spiegels. Für eine bestimmte Fre­ quenz kann also die Rotationsgeschwindigkeit des Spiegels ent­ sprechend gesenkt werden.

Sofern sich mehrere Wendelflächen direkt aneinanderreihen, steht den einzelnen Wendelflächen die jeweils größtmögliche Flächenlänge zur Verfügung und infolgedessen für einen vorgege­ benen Steigungswinkel der größtmögliche axiale Niveauunter­ schied zwischen den Enden der Wendelfläche.

Um zu erreichen, daß die Ablenkung des Laserstrahls stets in derselben Richtung erfolgt, sind mehrere Wendelflächen säge­ zahnähnlich aneinandergereiht. Bei gleichen Steigungswinkeln und denselben axialen Ausgangsniveaus der Wendelflächen wird der Laserstrahl zwischen zwei maximal voneinander entfernten Stellen jeweils in derselben Richtung abgelenkt.

Für gewisse Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, daß in Umlaufrichtung einer Wendelfläche eine in Bezug auf die Ro­ tationsachse steigungslose Spiegelfläche angeordnet ist. Die steigungslose Spiegelfläche sorgt dafür, daß der Laserstrahl während des Verweilens auf ihr nicht verlagert wird. Es ist also je nach Anordnung dieser steigungslosen Spiegelfläche auf dem höchsten oder tiefsten axialen Niveau der Wendelfläche mög­ lich, den Laserstrahl zu Beginn oder zum Ende seiner Ablenk­ strecke für einen Bruchteil der Dauer einer Umdrehung bewe­ gungslos verharren zu lassen, also ohne eine Ablen­ kungsbewegung. Das Verharrenlassen des Laserstrahls an einer beliebigen Stelle seiner Ablenkbahn kann erreicht werden, indem die steigungslose Spiegelfläche entsprechend im Verlauf der vom Laserstrahl bestrichenen Wendelfläche angeordnet wird.

Vorteilhafterweise ist der Spiegel kreisscheiben- oder to­ rusähnlich ausgebildet. In beiden Fällen ist die radiale Er­ streckung des Spiegels so gering wie möglich, und dementspre­ chend auch dessen Masse. Eine torusähnliche Ausbildung des Spiegels, also eine Ausbildung mit massefreier Mitte, wird als besonderes Mittel zur Verringerung der Masse des Spiegels dann gewählt, wenn der Laserstrahl in einigem Abstand von der Rota­ tionsachse auf die Spiegelfläche treffen soll. Das ist bei­ spielsweise dann der Fall, wenn die mittlere Bahnlänge des La­ serstrahls auf der Wendelfläche möglichst groß sein soll, z. B. um bei gegebenem Steigungswinkel der Wendelfläche einen möglichst großen axialen Höhenversatz zu erreichen, der für eine möglichst große Ablenkstrecke des Laserstrahls benötigt wird. Das kann aber auch aus fertigungstechnischen Gründen nö­ tig sein, um die bei der Herstellung des Spiegels im Bereich der Rotationsachse gegebenen Schwierigkeiten zu vermeiden, oder um den Spiegel in einfacher Weise montieren zu können.

Im Sinne einer Minimierung der Spiegelmasse ist die Vor­ richtung so ausgebildet, daß der Spiegel einen etwas größeren als doppelt strahlstarken Außendurchmesser hat. Der exakte Außendurchmesser hängt davon ab, wie weit der Laserstrahl vom Außenumfangsbereich und vom Rotationsachsenbereich des Spiegels entfernt sein muß.

In Weiterbildung der Erfindung wird die Vorrichtung mit einer der Rotationsbewegung des Spiegels überlagerten Taumelbe­ wegung angewendet. Die Taumelbewegung ermöglicht eine Ver­ größerung der Ablenkstrecke. Dabei wird die durch die Wendel­ fläche bedingte translatorische Ablenkung des Laserstrahls mit einer durch die infolge der Taumelbewegung gegebenen Verschwen­ kung des Laserstrahls kombiniert, wodurch auch der Bahnverlauf des abgelenkten Laserstrahls beeinflußt werden kann. Beispiels­ weise kann der Laserstrahl kreisförmig geführt werden, um den Bearbeitungs- bzw. Erwärmungsbereich des Werkstücks zu ver­ größern.

Wenn dafür gesorgt werden soll, daß der Strahlfleck auf dem Werkstück bei zum Strahl vertikaler Werkstückfläche stets gleich groß bleibt, muß die Vorrichtung so ausgebildet werden, daß die Taumelbewegung eine durch das Zentrum der Strahlauf­ trefffläche verlaufende Taumelachse aufweist.

Vorteilhafterweise ist der Spiegel ein einstückiger Me­ tallspiegel. Dieser kann in einfacher Weise mit herkömmlichen Bearbeitungsverfahren präzise hergestellt werden. Er ist ther­ misch hoch belastbar und kann erforderlichenfalls auf einfache Weise gekühlt werden, auch wenn das Kühlmittel abgedichtet wer­ den muß, weil die Dichtungsflächen des Spiegels exakt bearbei­ tet werden können und letzterer mit einwandfreiem Rundlauf auch bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten betrieben werden kann.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Spiegels, der einen Laserstrahl reflektiert,

Fig. 2, 3 der Fig. 1 entsprechende Darstellungen unterschiedlich ausgebildeter Spiegel,

Fig. 4a eine Seitenansicht eines dem Spiegel der Fig. 1 ähnlichen Spiegels,

Fig. 4b eine Abwicklung des Spiegels der Fig. 4a,

Fig. 4c eine Aufsicht des Spiegels 4a in Richtung C, und

Fig. 4d eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Strahlablenkung im Bereich einer Stufe eines Spiegels.

Der in den Figuren dargestellte Spiegel 11 ist im wesent­ lichen eine Scheibe mit kreisförmigem Außendurchmesser 2r. Die Außenumfangsfläche 19 der Scheibe ist parallel zur Rotations­ achse 13 des Spiegels 11 und hat dieser Rotationsachse 13 par­ allele Mantellinien. Die eine, untere Scheibenfläche 20 des Spiegels 11 ist senkrecht zur Rotationsachse 13 angeordnet und plan ausgebildet. Die der unteren Scheibenfläche 20 gegenüber­ liegende obere Scheibenfläche, die eine der Strahlablenkung dienende Spiegelfläche ist, hat die Gestalt einer Schrauben- Wendelfläche 12, ist also eine Regelschraubenfläche, deren auf einem Radialstrahl liegenden Punkte alle dasselbe in Bezug auf die Rotationsachse 13 axiale Niveau haben.

Die Wendelfläche 12 ist gemäß Fig. 4a, 4b eine völlig ebene bzw. plane Fläche, die gemäß Fig. 4c kreisscheibenförmig oder gemäß Fig. 1 bis 3 an einem torusähnlichen Körper um die Rotationsachse 13 des Spiegels 11 herum angeordnet ist, und zwar unter einem Steigungswinkel α. Die Fig. 4a bis 4c lassen er­ kennen, daß sich die Wendelfläche 12 einmal vollständig um die Rotationsachse 13 des Spiegels 11 herum erstreckt. Sie soll gemäß Fig. 4c einen mittleren Radius r_m haben, so daß sich gemäß der in Fig. 4b dargestellten Abwicklung des Spiegels der Fig. 4a eine Gesamtlänge der Wendelfläche 12 von 2πr_m ergibt. Für diese mittlere Länge der Wendelfläche 12 ergibt sich gemäß Fig. 4b bei einem bestimmten Steigungswinkel α der Höhengewinn h der Wendelfläche 12.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 und 4a ist an den Enden der Wendel­ fläche 12 je eine Stufe 14 angeordnet. Diese Stufe 14 bildet den körperlichen Übergang von dem axial am weitesten vorsprin­ genden Ende 12′ der Wendelfläche 12 zu dem anschließenden, am weitesten zurückspringenden Ende 12′′ der Wendelfläche 12. Diese Stufe 14 ist in den Darstellungen der Zeichnung jeweils so steil wie möglich, besitzt also eine Rücksprungfläche 14′, die in einer Ebene liegt, in der zugleich auch die Rotations­ achse 13 des Spiegels 11 angeordnet ist. Eine derartige Anord­ nung ist jedoch nicht zwingend. Es ist auch möglich, die Fläche 14′ derart geneigt anzuordnen, daß sie weniger senkrecht ist, nämlich im Extremfall gleich der Neigung des auf die Wendel­ fläche 12 auftreffenden Laserstrahls 10. Das ergibt sich aus Fig. 4d, aus der ersichtlich ist, daß der auftreffende Laser­ strahl 10 den Bereich der Wendelfläche zwischen der dargestell­ ten Rücksprungfläche 14′ und dem Auftreffpunkt A nicht bestreicht, so daß die Fläche 14′ auch wie gestrichelt dar­ gestellt oder ähnlich verlaufen könnte, falls dies erforderlich sein sollte.

Anhand von Fig. 4d läßt sich die Ablenkung des Laserstrahls 10 erläutern. Es wird davon ausgegangen, daß der Laserstrahl 10 mit der Senkrechten 21 auf die Wendelfläche 12 einen Einfalls­ winkel β einschließt. Vom oberen, d. h. axial am weitesten vor­ springenden Ende 12′ des Spiegels 11 erfolgt daher eine Refle­ xion des Laserstrahls als reflektierter Strahl 10′. Vom unte­ ren, d. h. axial am weitesten rückspringenden Ende 12′ der Wen­ delfläche 12 erfolgt die Reflexion eines Strahls 10′′ unter dem Winkel 2β. Da der Strahl 10 steht und der Spiegel 11 sich in der Umlauf- bzw. Drehrichtung 15 dreht, wird der Laserstrahl 10 von Bereichen der Wendelfläche 12 reflektiert, die zunehmend axial vorspringend angeordnet sind, beispielsweise von der Stelle A′. Demgemäß ergibt sich eine Translation des reflektierten Strahls 10 ⁿ, was aus Fig. 4d ersichtlich ist, wenn die Auftreffstelle A′ parallel zu einer gedachten Grundlinie 22 auf den einfallenden Strahl 10 projiziert wird, weil die Auftreffstelle A′ wegen des rotierenden Spiegels 11 an dieser Stelle betrachtet werden muß. Die Translation des reflektierten Laserstrahls 10 ⁿ erfolgt also im Bereich zwischen den Grenzstrahlen 10′′ und 10′ von ersterem zu letzterem. Die Größe dieser Translation ist mit a bezeich­ net. Sie berechnet sich aus den in Fig. 4d angegebenen Größen gemäß der Beziehung:

Als Beispiel ergibt sich für einen Spiegel mit h = 20 mm und α = 6,3° bei einem Winkel von β = 20° eine Translationsgröße a = 12,3 mm.

In Fig. 1, 4a ist dargestellt, daß sich die Wendelfläche 12 einmal vollständig um die Rotationsachse 13 des Spiegels 11 herum erstreckt. Es ist aber auch möglich, mehrere Wendel­ flächen 12 vorzusehen, die um die Rotationsachse 13 des Spie­ gels 11 herum angeordnet sind, vgl. Fig. 2, 3. In diesen Fällen belegen die Wendelflächen 12 nur einen Teil einer mittleren Um­ fangslänge. So sind in Fig. 2 drei Wendelflächen 12 hintereinan­ der so angeordnet, daß jede Wendelfläche 12 der Fig. 2 nur ein Drittel der Länge der Wendelfläche 12 der Fig. 1 hat. Eine Be­ sonderheit des Spiegels 11 der Fig. 12 ist des weiteren, daß die drei Wendelflächen sägezahnartig angeordnet sind und sich di­ rekt aneinanderreihen, und zwar immer mit einer Rücksprung­ fläche 14′ zwischen zwei benachbarten Wendelflächen, die also in Umlaufrichtung stets dieselbe Steigung bei gleichem Steigungswinkel α haben. Es ist natürlich möglich, den Stei­ gungswinkel α der Wendelflächen 12 unterschiedlich zu gestalten, so daß sich unterschiedliche Translationen des reflektierten Strahls 10 ⁿ ergeben. Es ist auch möglich, die einzelnen Wendel­ flächen, beispielsweise zwei oder vier Wendelflächen 12, ohne Rücksprungfläche mit entgegengesetzten Steigungen aneinanderzu­ reihen, so daß sich der reflektierte Strahl 10 ⁿ im Sinne von Fig. 4d nicht immer nur vom Grenzstrahl 10′′ zum Grenzstrahl 10′ verlagert, sondern zwischen diesen Grenzstrahlen 10′, 10′′ hin- und hergeht.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß die Wendelflächen 12 nicht unmittelbar aneinandergereiht sind, wie in Fig. 2, sondern daß in Umlaufrichtung zwischen zwei Wendelflächen 12 jeweils eine steigungslose Spiegelfläche 16 vorhanden ist. Wird also der Spiegel 11 in Umlaufrichtung 15 bei stehendem Strahl 10 ge­ dreht, so gelangt die Strahlauftrefffläche 17 des Laserstrahls 10 aus dem Bereich einer Wendelfläche 12 in den Bereich der steigungslosen Spiegelfläche 16, in der also α = 0 ist. Für eine Haltezeit, die sich aus der in Umlaufrichtung 15 gesehen mittleren Länge 1 und der auf diese mittlere Länge bezogenen Rotationsgeschwindigkeit ω bestimmt, kann der Laserstrahl 10 kurzzeitig ortsfest auf dem Werkstück positioniert werden. Wer­ den anstelle der Spiegelfläche 16 anders geformte Spiegel­ flächen verwendet, so ergeben sich entsprechend andere Bewe­ gungsabläufe, auch andere Bewegungsbahnen des Laserstrahls, beispielsweise Bahnen mit kontinuierlichen oder diskontinuier­ lichen ebenen Figuren.

Eine noch größere Vielfalt im Bewegungsablauf des Strahls auf der Werkstückoberfläche und bezüglich der durch den Laser­ strahl beschriebenen Bahnen ergibt sich, wenn der Rotationsbe­ wegung des Spiegels 11 eine Taumelbewegung überlagert wird. Die Strahlen 10 ⁿ werden dann nicht nur translatorisch bewegt, son­ dern auch geschwenkt, und zwar nicht notwendigerweise nur in der Darstellungsebene der Fig. 4d, sondern auch mit senkrechten Komponenten dazu. Wenn dabei erreicht werden soll, daß der Strahlfleck des Laserstrahls auf dem Werkstück bei senkrecht zum Strahl angeordneter Werkstückfläche stets gleich groß blei­ ben soll, muß die Taumelachse 18 gemäß Fig. 4c durch das Zentrum der Strahlauftrefffläche 17 auf die Wendelfläche 12 verlaufen, damit die Strahllänge zwischen der Strahlauftrefffläche 17 und der Bearbeitungsstelle des Werkstücks ungeachtet der axialen Beeinflussung durch die Wendelfläche 12 gleich groß bleibt. Die Taumelbewegung kann beispielsweise so eingerichtet werden, daß sie nur der Kompensation des axialen Höhenversatzes durch die Wendelfläche 12 dient.

In Fig. 4c ist die Strahlauftrefffläche 17 kreisförmig mit einem Radius r_s. Der Radius r_s ist in Abstimmung auf den Radius r des Spiegels 11 so gewählt und die Strahlauftrefffläche 17 ist auf der Wendelfläche 12 so angeordnet, daß sie sowohl Ab­ stand von der Außenumfangsfläche 19 hat, als auch von der Rota­ tionsachse 13. Der Spiegel 11 hat infolgedessen einen Außendurchmesser 2r, der etwas mehr als doppelt strahlstark ist. Der Abstand der Strahlauftrefffläche 17 zum Außenumfang 19 und zur Rotationsachse 13 bildet jeweils einen Sicherheitsbe­ reich, damit Herstellungs- und Einstellungstoleranzen nicht zu Beeinträchtigungen der Strahlauftrefffläche 17 führen können, was beispielsweise dann der Fall sein könnte, wenn der Laser­ strahl 10 sich und damit die Strahlauftrefffläche 17 über den Spiegelrand hinaus verlagert. In den Fig. 1 bis 3 ist darge­ stellt, daß der Bereich des Spiegels 11 um die Rotationsachse 13 herum ausgespart ist, so daß eine Bohrung 23 vorhanden ist, die beispielsweise dazu benutzt werden kann, um den Spiegel 11 mit Hilfe eines Innengewindes dieser Bohrung 23 auf einer dreh­ angetriebenen Rotationswelle zu befestigen.

Erfindungsgemäße Spiegel bzw. Ablenkvorrichtungen müssen dynamisch ausgewuchtet sein, um mit großen Drehzahlen angetrie­ ben werden zu können. Sie ermöglichen dann hohe Drehzahlen, also hohe Ablenkfrequenzen, und verzerrungsfreie Ablenkungen des Laserstrahls. Derartige Vorrichtungen können insbesondere im Hochleistungsbereich verwendet werden, also beispielsweise bei großen Energiedichten, weil der Spiegel 13 aufgrund seiner scheibenförmigen Gestalt im Vergleich zu Polygonspiegeln gut kühlbar ist. Vor allem aber kann die erfindungsgemäße Vorrich­ tung bei großen Strahldurchmessern eingesetzt werden, bei denen die bekannten Polygonspiegel besonders voluminös und damit für hohe Ablenkfrequenzen ungeeignet wären.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind beispielsweise beim Schweißen anwendbar, um Beschichtungen in der Nähe des eigentlichen Schweißbereichs durch Verdampfung zu entfernen, oder um die Umgebung des eigentlichen Schweißbereichs zu erwär­ men, was insbesondere bei rißempfindlichen Werkstoffen von Be­ deutung ist, oder um die Schmelzbadbewegung insbesondere bei hoher Prozeßgeschwindigkeit günstig zu beeinflussen, z. B. im Sinne einer Vermeidung von Eruptionen, oder auch, um die beim Schweißen entstehende Dampfkapillare zu vergrößern, damit das Ausgasen der Schmelze begünstigt und dampfbedingte Eruptionen der Schmelze ausgeschlossen werden. Beim Veredeln kann die er­ findungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden, um eine Verbrei­ terung der Verdelungsspuren zu erreichen, oder um eine homoge­ nere Erwärmung des zu veredelnden Werkstückbereichs zu erzie­ len.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum sich hochfrequent wiederholenden Ablenken eines stehenden Lichtstrahls, insbesondere eines Laser­ strahls (10), mit einem rotierend antreibbaren Spiegel (11), der mindestens eine strahlablenkende Spiegelfläche hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (11) eine Schrauben-Wendelfläche (12) als strahl­ ablenkende Spiegelfläche hat und seine Rotationsachse (13) die Schraubendrehachse der Wendelfläche ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich an das axial am weitesten vor­ springende Ende (12′) der Wendelfläche (12) eine axial rückspringende Stufe (14) anschließt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die axial rückspringende Stufe (14) eine Rücksprungfläche (14′) aufweist, deren Ebene zu der Rotationsachse (13) des Spiegels (11) allen­ falls etwas geneigt ist.

4. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wendelfläche (12) einmal vollständig um die Rotationsachse (13) des Spiegels (11) herum erstreckt.

5. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wendelflächen (12) um die Rotationsachse (13) des Spiegels (11) herum angeordnet sind.

6. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich mehrere Wendelflächen (12) direkt aneinanderreihen.

7. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wendelflächen (12) sägezahnähnlich aneinandergereiht sind.

8. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in Um­ laufrichtung (15) einer Wendelfläche (12) eine in Bezug auf die Rotationsachse (13) steigungslose Spiegelfläche (16) angeordnet ist.

9. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (11) kreisscheiben- oder torusähnlich ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spiegel (11) einen etwas größeren als doppelt strahlstarken Außendurchmesser (2r) hat.

11. Vorrichtung einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, angewendet mit einer der Rotationsbewegung des Spiegels (11) überlagerten Taumelbewegung.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Taumelbewegung eine durch das Zentrum der Strahlauftrefffläche (17) verlaufende Taumel­ achse (18) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (11) ein einstückiger Metallspiegel ist.