DE19928989C1

DE19928989C1 - Method for reducing the wobble movement in a freely suspended, rotating rotor body and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE19928989C1
Application number: DE1999128989
Authority: DE
Inventors: Christhard Deter
Original assignee: LDT GmbH and Co Laser Display Technologie KG
Current assignee: LDT Laser Display Technology GmbH
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2001-01-18
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: AU4757500A; EP1110069A1; JP2003503697A; TW460686B; WO2001001100A1

Abstract

The invention relates to a method for reducing wobbling of a rotating rotor body (1) which is mounted in a freely suspended manner and which comprises reflecting surfaces (13) on the outer periphery thereof. According to the inventive method, a measuring beam (5) having a predetermined point of incidence is reflected by the rotating reflecting surfaces (13) of the rotating rotor (1) and are directed onto a position detector (17) after having been reflected. The signals of said detector are fed to a computer (22). The computer determines the difference between the largest and smallest value of the signals output by the position detector (17) during a complete rotation of the rotor body (1), as well as the angular positions of the rotor body (1) corresponding to said values, and calculates control signals therefrom for the correcting device (16). This causes a change in the distribution of mass on the rotor body (1) during the rotation or a subsequent rotation of the same. This change in the distribution of mass is effected in a manner which contactless and which does not have an affect on the reflecting surfaces (13) such that the subsequently determined difference between the smallest and largest value of the signals output by the position detector (17) is less than the difference determined during the previous rotation. The invention also relates to a device for carrying out such a method.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verringern der Taumelbewegung bei einem frei schwebend gelagerten, sich drehenden Rotorkörper, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for reducing the wobble in one freely suspended, rotating rotor body, and a device for Implementation of such a procedure.

Ein sich drehender, frei schwebend gelagerter Rotorkörper weist eine raumstabile Drehachse auf, die durch seine Hauptträgheitsachse bestimmt wird, wenn die Drehimpulsachse des auf ihn wirkenden Drehimpulses mit der Hauptträgheitsachse zusammenfällt und keine sonstigen Störungen auf ihn einwirken. Wenn es sich bei dem Rotorkörper um einen rotationssymmetrischen Körper handelt, fällt die Hauptträgheitsachse und damit die Drehachse mit dessen Symmetrieachse zusammen unter der Vorraussetzung, daß es sich um eine perfekte Symmetrie handelt und der Körper einen vollständig homogenen Aufbau aufweist.A rotating, freely suspended rotor body has a stable axis of rotation on, which is determined by its main axis of inertia when the angular momentum of the on it acting angular momentum coincides with the main axis of inertia and no other Interfering with him. If the rotor body is one rotationally symmetrical body, the main axis of inertia falls and thus the axis of rotation with its axis of symmetry together, provided that it is a perfect symmetry and the body has a completely homogeneous structure.

Reale Rotorkörper entsprechen diesem Idealfall infolge unvermeidbarer Materialinhomogenitäten, Herstellungsungenauigkeiten und der nun einmal gegebenen Fertigkeitstoleranzen nicht. Sie weisen demgegenüber mehr oder weniger starke Abweichungen auf, die dazu führen, daß die Hauptträgheitsachse (als Drehachse bei zwangsfreier, frei schwebender Lagerung) nicht mehr mit der Symmetrieachse des Rotorkörpers übereinstimmt. Wirkt von außen noch ein Störmoment auf das Gesamtsystem ein, führt dies wegen der Erhaltung des Drehimpulses des Gesamtsystems zu einer Beeinflussung der Lage der Drehimpulsachse, die von der Hauptträgheitsachse auswandert. Solange keine weiteren äußeren Kräfte auf den Rotorkörper einwirken, liegt dann die Drehimpulsachse in ihrer Ausrichtung im Raum fest. Dabei bewegt sich die Hauptträgheitsachse auf dem Mantel eines Kegels, dem sogenannten "Nutationskegel", um die Drehimpulsachse.Real rotor bodies correspond to this ideal case due to the inevitable Material inhomogeneities, manufacturing inaccuracies and the given Skill tolerances are not. In contrast, they show more or less strong Deviations that lead to the main axis of inertia (as the axis of rotation at free, floating suspension) no longer with the axis of symmetry of the Rotor body matches. If there is a disturbance torque from outside on the overall system, this leads to an influence due to the preservation of the angular momentum of the overall system the position of the angular momentum axis, which migrates from the main axis of inertia. As long as none then act on the rotor body, the angular momentum axis is in their Alignment firmly in space. The main axis of inertia moves on the surface of one Cone, the so-called "nutation cone" around the angular momentum axis.

Bei praktisch ausgeführten Systemen, z. B. bei Polygonscannern, wirken durch das System der Lagerung, des Antriebs sowie durch Umgebungseinflüsse ständig Kräfte auf den Rotorkörper ein, welche zu den vorbeschriebenen Auswirkungen führen können, wenn dem nicht durch eine entsprechende Ausführung und Dimensionierung der Lager entgegengewirkt wird.In practical systems, e.g. B. in polygon scanners, act through the system of Bearing, the drive and environmental forces constantly on the rotor body a, which can lead to the effects described above, if not by a appropriate design and dimensioning of the bearings is counteracted.

Ist der Rotorkörper auf einer starren Lagerachse gelagert, wird ihm durch diese die Drehachse aufgeprägt. In der Regel stimmt diese Drehachse weder mit der Hauptträgheitsachse, noch mit der Symmetrieachse überein. Der Rotorkörper erhält dann infolge der Lagedifferenz zur Hauptträgheitsachse eine "Unwucht" und infolge der Lagedifferenz zur Symmetrieachse einen "Schlag". Es ist nun möglich, durch eine geeignete Veränderung der Masseverteilung (Materialverlagerung) am Rotorkörper die Unwucht nahezu vollständig zu beseitigen. Kräfte, die infolge einer Unwucht auf den Rotorkörper einwirken, können von der Lagerung aufgenommen werden, wobei mit hinreichend tragfähigen Lagern und einer hohen Lagerdämpfung die Auswirkungen einer Unwucht kompensiert werden können.If the rotor body is mounted on a rigid bearing axis, this turns it into the axis of rotation imprinted. As a rule, this axis of rotation agrees neither with the main axis of inertia, nor with the axis of symmetry. The rotor body then receives due to the difference in position Main axis of inertia is an "unbalance" and due to the position difference to the axis of symmetry one "Blow". It is now possible to change the mass distribution appropriately (Material shift) on the rotor body to eliminate the imbalance almost completely. Powers that impact on the rotor body due to imbalance can be absorbed by the bearing be the, with sufficiently stable bearings and high bearing damping Impact of an imbalance can be compensated.

Treten zwischen der Symmetrieachse und der Drehachse Abweichungen auf, führen diese zu einem Taumelfehler und damit z. B. zu einer unerwünschten sinusförmigen Strahlablenkung bei einem Spiegelpolygonscanner. Es muß daher bei der Herstellung des Rotorkörpers durch Einhaltung möglichst strenger Fertigungstoleranzen und durch die Herstellungsmaßnahmen selbst sichergestellt werden, daß eine hinreichend gute Übereinstimmung der Symmetrieachse mit der Drehachse des Rotorkörpers erreicht wird. Dies ist z. B. beim Einsatz von Spiegelpolygonen hinsichtlich der optisch wirksamen Spiegelflächen besonders wichtig.If deviations occur between the axis of symmetry and the axis of rotation, these lead to a wobble error and thus z. B. to an undesirable sinusoidal beam deflection a mirror polygon scanner. It must therefore go through in the manufacture of the rotor body Compliance with the strictest possible manufacturing tolerances and through the manufacturing measures even ensure that there is a sufficiently good agreement of the axis of symmetry is reached with the axis of rotation of the rotor body. This is e.g. B. when using Mirror polygons are particularly important with regard to the optically effective mirror surfaces.

Allerdings zeigte sich, daß trotz erheblicher Aufwendungen bei der Herstellung von Spiegelpolygonen die Polygonscanner-Baugruppen die Anforderungen nur unzureichend erfüllen, die für den Anwendungsfall bei einer Bilderzeugung und bei der Anwendung in der Drucktechnik gestellt werden.However, it turned out that despite considerable expenditure in the production of Mirror polygons the polygon scanner assemblies insufficiently meet the requirements meet that for the application in an image generation and in the application in the Printing technology.

Es ist bekannt, die bei einem Rotor vorhandene Unwucht durch Drehen des Rotors auf einer festen Welle in einer Meßeinrichtung nach Winkellage und Größe festzustellen und sodann an dem die Unwucht aufweisenden oder dem der Unwucht gegenüberliegenden Bereich des Rotorkörpers durch Materialabtragung (Bohren, Schleifen o. ä.) bzw. durch Materialauftragung (z. B. Anbringen von Wuchtgewichten) die Unwucht möglichst weitgehend zu beseitigen. In einem anschließenden Verfahrensschritt wird ermittelt, ob genügend Material aufgebracht bzw. abgetragen worden ist oder ob die Prozedur noch einmal fortgesetzt werden muß. Das ganze Verfahren wird solange wiederholt, bis die letztlich noch verbleibende Unwucht unterhalb einer vorgegebenen Größe verbleibt. It is known that the unbalance present in a rotor by rotating the rotor on a fixed shaft in a measuring device according to the angular position and size and then on the area of the area which has the unbalance or which is opposite the unbalance Rotor body by material removal (drilling, grinding or similar) or by material application (e.g. attaching balancing weights) eliminate the unbalance as far as possible. In one subsequent process step, it is determined whether sufficient material has been applied or has been removed or whether the procedure must be continued again. The whole The process is repeated until the unbalance that remains is below a predetermined size remains.

Ein solches Verfahren wird z. B. beim Auswuchten von Kraftfahrzeugrädern ausgeführt, wobei hier durch das Anbringen von Wuchtgewichten die Unwucht verringert bzw. beseitigt wird.Such a method is e.g. B. when balancing motor vehicle wheels, wherein here the imbalance is reduced or eliminated by attaching balancing weights.

Aus der DE 43 39 064 A1 ist ein Verfahren zum Beseitigen der Unwucht an einem Rotorkörper bekannt, bei dem zum Wuchten eine Materialabtragung am Rotorkörper in einer Unwucht- Meßeinrichtung mittels einer Laservorrichtung vorgenommen wird.DE 43 39 064 A1 describes a method for eliminating the unbalance on a rotor body known in which a material removal on the rotor body in an unbalance Measuring device is carried out by means of a laser device.

Bei diesen bekannten Verfahren findet das Wuchten in einer eigenen Meßeinrichtung statt, in der dem Rotorkörper eine feste Lagerachse zugeordnet wird, was jedoch den später beim praktischen Einsatz des gewuchteten Körpers gegebenen Lagerungsverhältnissen nicht mehr genau entspricht.In these known methods, the balancing takes place in a separate measuring device, in which is assigned a fixed bearing axis to the rotor body, which, however, is used later for practical use of the balanced body given the storage conditions no longer corresponds exactly.

Aus der US 4 096 988 ist es bekannt, zur Beseitigung der Unwucht einer Zentrifuge, etwa einer schnell laufenden Gaszentrifuge, den zu wuchtenden Zentrifugenkörper nicht in einer eigenen Meßeinrichtung, sondern in seinem Einbauzustand zu wuchten, wobei an dem auf einer gelagerten Achse sitzenden Rotorkörper mittels Lasersensoren das Schwingungsverhalten im Hinblick auf Amplitude, Frequenz und Phase der Schwingungen erfaßt und aus den gewonnenen Ergebnissen über einen Rechner eine Materialabtragung oder ein Materialauftrag an einem auf den Rotorkörper aufgeschobenen Ring über eine geeignete Lasereinrichtung erzeugt wird.From US 4 096 988 it is known to eliminate the imbalance of a centrifuge, such as one fast-running gas centrifuge, the centrifuge body to be balanced is not in its own Measuring device, but to balance in its installed state, on which on a mounted rotor body by means of laser sensors the vibration behavior in the With regard to amplitude, frequency and phase of the vibrations recorded and from the obtained Results on a computer a material removal or a material order on one the rotor is pushed onto the ring by a suitable laser device.

In der DD 299 546 A5 wird eine Anordnung beschrieben, mit der die Auswanderung einzelner Tragschraubenblätter eines Hubschraubers gemessen werden kann, wobei zur Erfassung der Auswanderung ein CCD-Array eingesetzt wird. Dieser Stand der Technik beschreibt aber nur die Gewinnung entsprechender Meßwerte, die dann für eine nachgeschaltete, nicht weiter beschriebene Korrektur der Lage der einzelnen Tragschraubenblätter des Hubschraubers zur Verfügung stehen.In DD 299 546 A5 an arrangement is described with which the emigration of individuals Carrier screw blades of a helicopter can be measured, whereby to capture the Emigration a CCD array is used. This state of the art describes only that Obtaining corresponding measured values, which are then for a subsequent one, no further Correction of the position of the individual support screw blades of the helicopter described To be available.

Aus der US 4 773 019 ist ein Verfahren zum Auswuchten von Rotoren bekannt, bei dem das Wuchten in einer eigenen Wuchtmaschine (Meßeinrichtung) vorgenommen wird. Bei dem auf einer festen Lagerachse gelagerten Rotorkörper wird mittels eines Meßlasersystems das Schwingungsverhalten detektiert und entsprechend über einen nachgeschalteten Rechner ein Laser für eine Materialabtragung am Rotorkörper angesteuert, wobei auch gleich noch eine Einrichtung zum Wegblasen des dabei verdampfenden Materials vorgesehen ist, um eine unerwünschte Kondensation desselben auf dem Rotor zu vermeiden.From US 4,773,019 a method for balancing rotors is known, in which the Balancing is carried out in a separate balancing machine (measuring device). At that on a fixed bearing axis mounted rotor body by means of a measuring laser system Vibration behavior is detected and accordingly via a downstream computer Controlled laser for material removal on the rotor body, one at the same time Device for blowing away the material evaporating is provided to a to avoid unwanted condensation of the same on the rotor.

Soll nun aber ein solcher Rotorkörper, etwa in Form eines Spiegelpolygons, mit einer frei schwebenden Lagerung eingesetzt werden, etwa als ein aktiv magnetgelagerter Polygonscanner, kann die vorherige Durchführung eines solchen Auswuchtverfahrens in einer eigenen Einrichtung mit festgelegter Lagerachse nicht verhindern, daß dann im praktischen Einsatzfall bei der frei schwebenden Lagerung noch immer ein Planlauffehler eintritt, der zum Entstehen einer Taumelbewegung führt.But should such a rotor body, for example in the form of a mirror polygon, be free with one floating storage can be used, for example as an active magnetic bearing Polygon scanner, the previous implementation of such a balancing procedure in a own facility with a fixed bearing axis does not prevent that in practice In the case of use in free-floating storage, a runout error still occurs which leads to Formation of a wobble leads.

Aus der US 5 171 984 A ist ein solcher Polygonscanner mit einer magnetischen Lagerung beschrieben, wobei Auslenkungen des Polygonspiegels beim Drehen erfaßt und die Lagermagnete entsprechend angesteuert werden, so daß ein stabiler Lauf des Polygonspiegels stets sichergestellt wird. Auf ein Wuchten des Polygonspiegels wird in dieser Druckschrift jedoch nicht eingegangen, so daß hier weiterhin ein Planlauffehler und damit das Auftreten einer Taumelbewegung entsteht. Such a polygon scanner with a magnetic bearing is known from US Pat. No. 5,171,984 described, deflections of the polygon mirror detected when rotating and the Bearing magnets are controlled accordingly, so that the polygon mirror runs stably is always ensured. Balancing the polygon mirror in this document, however not received, so that here still a runout error and thus the occurrence of a Wobble occurs.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem sich eine unerwünschte Taumelbewegung bei einem frei schwebend gelagerten, sich drehenden Rotorkörper wirkungsvoll verringern läßt.Proceeding from this, the object of the invention is to propose a method with which an undesirable wobble in a freely suspended, itself can effectively reduce rotating rotor body.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch ein Verfahren zum Verringern der Taumelbewegung bei einem frei schwebend gelagerten, sich drehenden Rotorkörper, der an seinem Außenumfang Reflexionsflächen (Spiegelflächen) aufweist, wobei ein Meßstrahl vorgegebener Einstrahllage an den vorbeilaufenden Reflexionsflächen (Spiegelflächen) des sich mit einer Drehzahl, die nicht einer seiner Resonanzfrequenzen entspricht, drehenden Rotorkörpers reflektiert und nach der Reflexion auf einen Positionsdetektor gerichtet wird, dessen Signale einem Rechner zugeführt werden, der die Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Wert der während dieser vollständigen Umdrehung des Rotorkörpers vom Positionsdetektor abgegebenen Signale sowie die zu beiden Werten gehörenden Drehstellungen des Rotorkörpers bestimmt und hieraus Steuersignale berechnet, mit denen eine Korrektureinrichtung angesteuert wird, die bei der bzw. einer folgenden Umdrehung des Rotorkörpers eine Änderung der Masseverteilung am Rotorkörper berührungslos und ohne Beeinflussung der Reflexionsflächen (Spiegelflächen) derart bewirkt, daß die bei dieser folgenden Umdrehung des Rotorkörpers festgestellte Differenz zwischen kleinstem und größtem Wert der vom Positionsdetektor abgegebenen Signale kleiner als die bei der vorausgegangen Umdrehung bestimmte Differenz ist, bis die festgestellte Differenz unterhalb eines vorgegebenen Minimalwertes liegt.According to the invention, this is achieved by a method for reducing the wobble movement with a freely suspended, rotating rotor body, which is attached to its Outer periphery has reflecting surfaces (mirror surfaces), with a measuring beam at a given single beam position the passing reflection surfaces (mirror surfaces) of itself at a speed that is not one of its Corresponds to resonance frequencies, rotating rotor body is reflected and after the reflection on a position detector is directed, the signals of which are fed to a computer which the difference between the largest and the smallest value of those during this complete Rotation of the rotor body from the position detector and signals to both Determined rotational positions of the rotor body belonging to values and control signals therefrom calculated, with which a correction device is controlled, the one or following rotation of the rotor body, a change in the mass distribution on the rotor body without contact and without influencing the reflecting surfaces (mirror surfaces) in such a way that in this following rotation of the rotor body determined difference between the smallest and largest value of the signals emitted by the position detector is smaller than that at the previous revolution is certain difference until the difference found below a predetermined minimum value.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Maßnahmen zur Verringerung der Taumelbewegung direkt am frei schwebend gelagerten und sich drehenden Rotorkörper durchgeführt, ohne daß dessen Drehachse durch eine starre Lagerachse vorgegeben wird.In the method according to the invention, the measures to reduce the Wobble directly on the freely suspended and rotating rotor body carried out without its axis of rotation being predetermined by a rigid bearing axis.

Die für die frei schwebende Lagerung bevorzugt einsetzbaren Fluidlager, wie Gaslager oder Flüssigkeitslager, und insbesondere aber auch Magnetlager können so dimensioniert werden, daß die für den Rotorkörper wirksame Lagerachse geometrisch-stofflich nicht starr fixiert ist. Hierfür lassen sich insbesondere Magnetlager einsetzen, bei denen sich die Drehachse des Rotorkörpers in gewissen Grenzen frei einstellen kann und dabei die von mechanischen Lagern her bekannte Zwangsführung der Drehachse in einer Lagerachse, die durch die Lagerstellen bestimmt wird, entfällt. Der Luftspalt in solchen Magnetlagern ist, ähnlich wie auch in geeigneten Fluidlagern, relativ groß gegenüber üblichen Abweichungen von Drehachse und Symmetrieachse, so daß daher auch relativ große Abweichungen aufgenommen werden können. Dies führt letztlich dazu, daß die Herstellung von Spiegelpolygonen und ihr Einsatz in Polygonscannern, insbesondere für Anwendungen zur Bildprojektion mittels eines schreibenden Laserstrahls, mit erheblichen Qualitätsproblemen verbunden ist.The fluid bearings that can preferably be used for free-floating storage, such as gas bearings or Liquid bearings, and especially magnetic bearings, can be dimensioned so that the bearing axis effective for the rotor body is not rigidly fixed geometrically and materially. Magnetic bearings can be used for this purpose, in which the axis of rotation of the Can set the rotor body freely within certain limits and thereby that of mechanical bearings Her known positive guidance of the axis of rotation in a bearing axis, through the bearings is determined, does not apply. The air gap in such magnetic bearings is similar to that in suitable fluid bearings, relatively large compared to usual deviations from the axis of rotation and Axis of symmetry, so that relatively large deviations are therefore also recorded can. This ultimately leads to the fact that the production of mirror polygons and their use in Polygon scanners, in particular for applications for image projection using a writing Laser beam, is associated with significant quality problems.

Hier schafft nun das erfindungsgemäße Verfahren eine deutliche Qualitätsverbesserung, indem es dahingehend wirkt, daß die Lage der Drehachse des Rotorkörpers und dessen damit (lageidentische) Hauptträgheitsachse mit der Lage der Symmetrieachse in möglichst gute Übereinstimmung gebracht wird, d. h. die Drehachse wird durch die verfahrensgemäßen Schritte der Erfindung in Richtung auf eine möglichst gute Übereinstimmung mit der Lage der Symmetrieachse zu dieser hin "nachgezogen", bis ein optimaler Lauf erreicht ist. Völlig im Gegensatz hierzu wird bei herkömmlichen Wuchtverfahren, bei denen die Lage der Drehachse durch die mechanische Lagerung unverändert festgelegt ist, die Lage der Hauptträgheitsachse, die dort nicht mit der Drehachse zusammenfällt, solange zur Drehachse hin "nachgezogen", bis die auftretenden, durch die Unwucht erzeugten Lagerkräfte minimiert sind. Hierdurch wird aber, anders als bei der Erfindung, nicht erreicht, daß die Drehachse mit der Symmetrieachse in bessere Übereinstimmung gebracht wird.Here, the method according to the invention now creates a significant improvement in quality by it acts in such a way that the position of the axis of rotation of the rotor body and thus its (Identical position) main axis of inertia with the position of the axis of symmetry as good as possible Is matched, d. H. the axis of rotation is determined by the procedure Steps of the invention towards the best possible match with the location of the Axis of symmetry "drawn" towards this until an optimal run is achieved. Completely in Contrast this with conventional balancing methods in which the position of the axis of rotation the position of the main axis of inertia is determined unchanged by the mechanical mounting, which does not coincide with the axis of rotation there, as long as "pulled" to the axis of rotation until the bearing forces generated by the unbalance are minimized. This will, however, unlike the invention, did not achieve that the axis of rotation with the axis of symmetry in better agreement is brought.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu dem großen Vorteil, daß hier die Lage der Drehachse in eine gute Übereinstimmung mit der Lage der Symmetrieachse gebracht werden kann, so daß ein optimaler Lauf erreichbar ist. Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein iteratives Verfahren handelt, ist letztlich im Prinzip die Frage der erreichbaren Planlaufqualität durch die Zahl der ausgeführten Iterationsschritte beeinfluß- und bestimmbar.The inventive method leads to the great advantage that the location of the The axis of rotation must be brought into good agreement with the position of the axis of symmetry can, so that an optimal run can be achieved. Since it is in the inventive Ultimately, the process is an iterative process, in principle the question of what can be achieved The runout quality can be influenced and determined by the number of iteration steps carried out.

Hinzu kommt als weiterer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß dort die Verringerung der Taumelbewegung an dem frei schwebenden, sich drehenden Rotorkörper in einem Zustand (frei schwebend) desselben erfolgt, der völlig identisch ist mit dem Zustand, den dieser Rotorkörper bei seinem nachfolgenden Einsatz einnimmt. Dabei kann unter bestimmten Bedingungen das erfindungsgemäße Verfahren bei einem sich drehenden, frei schwebenden Rotorkörper sogar vorgenommen werden, während sich dieser sogar in der Anordnung, in der er eingesetzt werden soll, befindet.In addition, there is a further advantage in the method according to the invention that there Reduce the wobble on the free-floating, spinning Rotor body in a state (free floating) of the same that is completely identical to the state that this rotor body assumes in its subsequent use. It can under certain conditions, the method according to the invention with a rotating, floating rotor body can even be made while this is even in the Arrangement in which it is to be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Hinblick darauf, ein wie starker Unterschied bei der Differenz zwischen kleinstem und größtem Wert der vom Positionsdetektor abgegebenen Signale bei zwei Umdrehungen des Rotorkörpers erreicht werden soll, in durchaus unterschiedlicher Weise ausgelegt werden. So besteht z. B. die Möglichkeit, den Rechner derart auszulegen, daß er die Korrektureinrichtung so ansteuert, daß die auftretende Differenz zwischen den maximalen und minimalen Werten der vom Positionsdetektor abgegebenen Signale möglichst vollständig kompensiert wird, so daß bei der nächsten Referenz-Umdrehung diese Differenz bereits möglichst klein ist. Dies wird insbesondere in den Fällen sinnvoll sein, wenn Rotorkörper verhältnismäßig großer Masse und/oder langsamer Drehung vorliegen, da in diesem Fall die von der Korrektureinrichtung zu bewirkende Änderung der Massenverteilung am Rotorkörper örtlich und quantitativ umfangreicher sein wird als in den Fällen, bei denen kleine und sehr schnell rotierende Rotorkörper eingesetzt werden, wie z. B. bei außerordentlich schnell drehenden Polygonscannern. Im letzteren Fall ist es vorzuziehen, wenn der Rechner so ausgelegt wird, daß die Korrektureinrichtung bei jeder Umdrehung des Rotorkörpers nur ganz kurzzeitig wirkt, wodurch die Möglichkeit zu einem die auftretende Differenz der vom Positionsdetektor abgegebenen Minimal- und Maximal-Signale gleich bei (einer) der folgenden Umdrehung(en) möglichst vollständig schon auszugleichen, kaum gegeben ist. In Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen, insbesondere auch von der Drehgeschwindigkeit des Rotorkörpers, kann es in solchen Fällen vorteilhaft sein, die Korrektur der Masseverteilung bei folgenden Umdrehungen so vorzunehmen, daß die Differenz der gemessenen Signale nur um etwa 10%, 15% oder 20% (oder einem anderen geeigneten Prozentsatz) verkleinert wird. Dabei wird zwar mit relativ kleinen Iterationsschritten gearbeitet, wodurch jedoch letztlich eine besonders gute Laufgenauigkeit erreichbar ist. Da der Einsatz kleiner Iterationsschritte sich besonders bei hohen Drehzahlen des Rotorkörpers eignet, führt trotzdem das iterative Verfahren in relativ kurzer Zeit bis zum Erreichen einer minimalen dann noch verbleibenden Restdifferenz der Signale des Positionsdetektors. The method according to the invention can with regard to how strong a difference in the Difference between the smallest and the largest value of the one emitted by the position detector Signals at two revolutions of the rotor body should be achieved in quite can be interpreted in different ways. So there is z. B. the possibility of the calculator interpret that he controls the correction device so that the occurring difference between the maximum and minimum values given by the position detector Signals is compensated for as completely as possible, so that with the next reference revolution this difference is already as small as possible. This will be particularly useful in cases if the rotor body has a relatively large mass and / or slow rotation, because in In this case, the change in the mass distribution to be brought about by the correction device Rotor body will be locally and quantitatively more extensive than in cases where small and rotating rotor bodies are used very quickly, such as. B. at extraordinary fast rotating polygon scanners. In the latter case, it is preferable if the calculator is like this is interpreted that the correction device only with each revolution of the rotor body acts for a short time, which gives the possibility of a difference occurring from the Position detector emitted minimum and maximum signals immediately at (one) of the following To compensate for revolution (s) as completely as possible is hardly given. Dependent on of the conditions of use, in particular also of the speed of rotation of the Rotor body, it may be advantageous in such cases to correct the mass distribution following turns so that the difference of the measured signals only by about 10%, 15% or 20% (or any other suitable percentage). there Although relatively small iteration steps are used, this ultimately results in one particularly good running accuracy can be achieved. Because the use of small iteration steps particularly suitable at high speeds of the rotor body, the iterative does Process in a relatively short time until a minimal then remaining is reached Residual difference of the signals from the position detector.

In vielen Fällen dürfte es jedoch von Vorteil sein, wenn der Rechner so eingestellt wird, daß die nacheinander erfaßten Differenzen der Signalwerte des Positionsdetektors jeweils um etwa die Hälfte verkleinert werden, wodurch sich bei einer hinreichend kleinen Wahl der Iterationsschritte ein sehr guter Lauf relativ schnell erreichen läßt.In many cases, however, it should be advantageous if the computer is set so that the successively recorded differences in the signal values of the position detector each by approximately Half be reduced, which results in a sufficiently small choice of iteration steps a very good run can be achieved relatively quickly.

Dabei können in der Abfolge der nacheinander ausgewerteten Umdrehungen des Rotorkörpers alle direkt aufeinanderfolgenden Umdrehungen oder nur jede zweite, dritte o. ä. Umdrehung zur Messung und Korrektur eingesetzt werden.In this case, the rotations of the rotor body evaluated in succession can all immediately successive revolutions or only every second, third or similar revolution to Measurement and correction can be used.

Die Änderung der Masseverteilung am Rotorkörper durch die Korrektureinrichtung kann zeitlich, intensitätsmäßig und/oder örtlich in jeder gewünschten Weise vorgenommen werden. Besonders bevorzugt erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Änderung der Masseverteilung am Rotorkörper jedoch innerhalb jeweils örtlich begrenzter Bereiche, und zwar durch örtlichen Masseabtrag oder Masseauftrag.The change in the mass distribution on the rotor body by the correction device can intensity and / or locally in any desired manner. The change in the process according to the invention is particularly preferably carried out Mass distribution on the rotor body, however, within localized areas, namely by local mass removal or mass order.

Die Durchführung der Änderung der Masseverteilung am Rotorkörper kann in jeder geeigneten Art und Weise erfolgen. Besonders bevorzugt wird sie jedoch durch Laserbestrahlung, Elektronenbestrahlung und/oder Ionenbestrahlung vorgenommen, wobei, erneut bevorzugt, die eingesetzte Strahlung gepulst wird. Vorteilhafterweise wird wird die Strahlung synchron zur Drehzahl des Rotorkörpers gepulst.The change in mass distribution on the rotor body can be carried out in any suitable manner Way. However, it is particularly preferred by laser radiation, Electron irradiation and / or ion irradiation carried out, with, again preferred, the used radiation is pulsed. The radiation is advantageously synchronized with Speed of the rotor body pulsed.

Dabei werden die Impulszeit und/oder die Impulslänge und/oder die Impulsfrequenz und/oder die Impulsleistung, in Abhängigkeit von den vom Positionsdetektor gelieferten Signalen durch den Rechner eingestellt. Dem Rechner wird bei seiner Auslegung eine für den Einsatzfall besonders geeignete Systematik vorgegeben. Ganz besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Pulsregime der eingesetzten Strahlung mit dem Signal des Positionsdetektors getriggert, wodurch sich eine einfache Synchronisierung zwischen der Drehzahl des Rotorkörpers und dem Pulsen der Strahlung erreichen läßt.The pulse time and / or the pulse length and / or the pulse frequency and / or the pulse power, depending on the signals supplied by the position detector set the calculator. The design of the computer becomes one for the application particularly suitable systematics. Is very particularly preferred in the The inventive method, the pulse regime of the radiation used with the signal of Triggered position detector, which is a simple synchronization between the Speed of the rotor body and the pulsing of the radiation can be reached.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht auch darin, daß die Ausrichtung der eingesetzten Strahlung relativ zum Rotorkörper über die Steuersignale des Rechners eingestellt wird, so daß die Korrektureinrichtung vom selben Ausgangspunkt aus die eingesetzte Strahlung auf unterschiedliche Auftreffstellen am Rotorkörper bzw. auf unterschiedliche Lagen der Reflexionsflächen ausrichten kann.A further advantageous embodiment of the method according to the invention also consists in that the orientation of the radiation used relative to the rotor body via the control signals of the computer is set so that the correction device from the same starting point the radiation used on different impact points on the rotor body or on can align different positions of the reflective surfaces.

Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Korrektureinrichtung deaktiviert, wenn und solange die festgestellte Differenz zwischen dem kleinsten und dem größten Wert der vom Positionsdetektor abgegebenen Signale einen vorgegebenen unteren Grenzwert unterschreitet, d. h. wenn eine vorgegebene Planlaufgenauigkeit erreicht ist.The correction device is preferably deactivated in the method according to the invention, if and as long as the difference found between the smallest and the largest value of the signals emitted by the position detector have a predetermined lower limit falls short, d. H. when a specified runout accuracy is reached.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich an dem sich drehenden Rotorkörper grundsätzlich bei jeder Drehzahl ausführen, die nicht gerade eine seiner Resonanzfrequenzen ist. Besonders bevorzugt wird es jedoch ausgeführt, wenn sich der Rotorkörper während der Messung und der Veränderung der Masseverteilung mit seiner Nenndrehzahl dreht.The method according to the invention can basically be done on the rotating rotor body Run at any speed that is not exactly one of its resonance frequencies. Especially however, it is preferably carried out when the rotor body during the measurement and the Change in mass distribution rotates with its nominal speed.

Die frei schwebende Lagerung des eingesetzten Rotorkörpers kann in jeder geeigneten Art und Weise ausgeführt werden. Vorteilhafterweise ist der Rotorkörper in einem passiv supraleitenden Magnetlager gelagert. Der Rotorkörper könnte gleichermaßen aber auch aktiv magnetgelagert sein.The free-floating bearing of the rotor body used can be of any suitable type and Way to run. The rotor body is advantageously in a passively superconducting Magnetic bearings stored. The rotor body could equally as well be actively magnetically supported his.

Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Rotorkörper ausgeführt, der als Spiegelpolygon oder als Polygonscanner ausgebildet ist; grundsätzlich ist es jedoch bei jeder Art von Rotorkörper ausführbar.The method according to the invention is particularly preferably carried out with a rotor body, which is designed as a mirror polygon or as a polygon scanner; in principle, however, it is any type of rotor body can be executed.

Als Meßstrahl kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jeder geeignete Meßstrahl eingesetzt werden, wobei jedoch besonders bevorzugt als Meßstrahl ein Laserstrahl verwendet wird.Any suitable measuring beam can be used as the measuring beam in the method according to the invention are used, but a laser beam is particularly preferably used as the measuring beam becomes.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Anordnung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise ausführbar ist. Erfindungsgemäß handelt es sich dabei um eine Anordnung mit einem von einem Antrieb in Drehung versetzbaren Rotorkörper, der an seinem Außenumfang Reflexionsflächen aufweist, ferner mit einer Lagereinrichtung zur frei schwebenden Lagerung des Rotorkörpers bei Drehung, einer Lichtquelle zum Erzeugen eines auf die vorbeilaufenden Reflexionsflächen des sich drehenden Rotorkörpers ausrichtbaren Meßstrahls, einem Positionsdetektor zum Detektieren des von den Reflexionsflächen reflektierten Meßstrahls, einer Einrichtung zum laufenden Detektieren der Drehwinkelstellungen des Rotorkörpers, einer Korrektureinrichtung, mittels derer die Masseverteilung am Rotorkörper berührungslos veränderbar ist, und mit einem Rechner, an dessen Eingang der Positionsdetektor und die Einrichtung zum laufenden Detektieren der Drehwinkelstellung des Rotorkörpers angeschlossen sind und der Steuersignale an die Korrektureinrichtung derart liefert, daß diese in geeigneter Weise die Masseverteilung am Rotorkörper berührungslos verändert. The invention also relates to an arrangement with which the method according to the invention can be carried out in a particularly advantageous manner. According to the invention, these are an arrangement with a rotatable by a drive rotor body, the has outer surfaces of reflection surfaces, further with a bearing device for free floating bearing of the rotor body when rotating, a light source for generating a can be aligned to the passing reflection surfaces of the rotating rotor body Measuring beam, a position detector for detecting the from the reflection surfaces reflected measuring beam, a device for the continuous detection of the rotational angle positions of the rotor body, a correction device by means of which the mass distribution on the rotor body is contactlessly changeable, and with a computer at the input of which Position detector and the device for continuously detecting the rotational angle position of the Rotor body are connected and the control signals to the correction device such provides that these contact the mass distribution on the rotor body in a suitable manner changed.

Bevorzugt wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung als Korrektureinrichtung ein vorzugsweise gepulster Lasergenerator vorgesehen, der, erneut vorzugsweise, als ein Ne- YAG-Lasergenerator oder als ein Eximer-Lasergenerator ausgebildet ist.In the arrangement according to the invention, preference is given to a correction device preferably pulsed laser generator is provided, which, again preferably, as a ne YAG laser generator or is designed as an Eximer laser generator.

Als Positionsdetektor kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung jede hierfür geeignete Einrichtung eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt wird als Positionsdetektor jedoch ein CCD-Array gewählt.Any suitable for this purpose can be used as a position detector in the arrangement according to the invention Device can be used. However, a position detector is very particularly preferred CCD array selected.

Vorzugsweise wird weiterhin bei der erfindungsgemäßen Anordnung als Lichtquelle zur Erzeugung des Meßstrahles ebenfalls ein Lasergenerator verwendet. Bevorzugt ist die Lichtquelle zur Erzeugung des Meßstrahles so angeordnet, daß die Ausrichtung der Einstrahllage auf die Reflexionsflächen lageverstellbar ist.Preferably, in the arrangement according to the invention, the light source is also used Generation of the measuring beam also uses a laser generator. The is preferred Light source for generating the measuring beam arranged so that the orientation of the Irradiation position on the reflective surfaces is adjustable.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorteilhafterweise als Rotorkörper ein Spiegelpolygon oder ein Polygonscanner und als Lagereinrichtung ein passiv supraleitendes Magnetlager oder auch eine aktive Magnetlagerung vorgesehen. In bestimmten Einsatzfällen kann es jedoch auch wünschenswert sein, eine andere geeignete Lagereinrichtung für eine frei schwebende Lagerung einzusetzen, z. B. ein Fluidlager (etwa ein Gaslager).In the arrangement according to the invention, a rotor body is advantageously used Mirror polygon or a polygon scanner and a passive superconducting as storage device Magnetic bearings or an active magnetic bearing provided. In certain applications However, it may also be desirable to free another suitable storage facility for one use floating storage, e.g. B. a fluid bearing (such as a gas bearing).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below by way of example with reference to the figures. It demonstrate:

Fig. 1 eine (schematische) Schnittdarstellung durch eine Anordnung mit einem aktiv magnetgelagerten, scheibenförmigen Spiegelpolygon als Rotorkörper; Figure 1 is a (schematic) sectional view through an arrangement with an actively magnet-mounted, disk-shaped mirror polygon as a rotor body.

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Spiegelpolygon in Fig. 1 mit Darstellung des Strahlengangs des reflektierten Meßstrahles; FIG. 2 shows a top view of the mirror polygon in FIG. 1, showing the beam path of the reflected measuring beam;

Fig. 3 eine (prinzipielle) Schnittdarstellung durch eine Anordnung mit einem passiv und axial magnetgelagerten Spiegelpolygon als Rotorkörper; Figure 3 is a (basic) sectional view through an arrangement comprising a passive and axial magnetic bearings mirror polygon as a rotor body.

Fig. 4 die graphische Darstellung der Komponenten des Pyramidalfehlers eines sich drehenden Spiegelpolygons; Figure 4 is a graphical representation of the components of the pyramidal error of a rotating mirror polygon.

Fig. 5 die graphische Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch nach Kompensation des Taumelfehlers, und Fig. 5 shows the graph corresponding to FIG. 4, however, after compensation of the wobble error, and

Fig. 6 die Darstellung der Impulsfolge einer gepulsten Laserquelle der Korrektureinrichtung und die Impulsfolge der Laserstrahlung zur Laserablation bei dem Verfahren. Fig. 6 shows the pulse train of a pulsed laser source of the correction device and the pulse train of laser radiation for laser ablation in the method.

In Fig. 1 ist in prinzipieller Darstellung eine Anordnung gezeigt, bei der als Rotorkörper 1 ein Polygonscanner eingesetzt wird, der in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Dieses besteht aus einem kreisringförmigen Mittenteil 3 (Fig. 2), in dem eine planparallele Platte 4 als transparentes Fenster für einen abzulenkenden Meßstrahl 5 aus einer (in Fig. 1 nur ganz prinzipiell angedeuteten) Lichtquelle 6, etwa einem Lasergenerator, angeordnet ist (Fig. 2).In Fig. 1, an arrangement is shown in principle, in which a polygon scanner is used as the rotor body 1 , which is arranged in a housing 2 . This consists of an annular central part 3 ( FIG. 2) in which a plane-parallel plate 4 is arranged as a transparent window for a measuring beam 5 to be deflected from a light source 6 (only indicated in principle in FIG. 1), for example a laser generator ( FIG . 2).

Das in den Polygonscanner eingesetzte, permanentmagnetische Spiegelpolygon 7 ist in den Hohlraum des Mittenteils 3 eingelegt, wonach das Mittenteil 3 durch eine Grundplatte 8 und eine Deckplatte 9 vakuumdicht verschlossen wird.The permanently magnetic mirror polygon 7 inserted in the polygon scanner is inserted into the cavity of the central part 3 , after which the central part 3 is closed in a vacuum-tight manner by a base plate 8 and a cover plate 9 .

Die Grundplatte 8 und die Deckplatte 9 bestehen aus Glas und tragen die Magnetspulen 10 für eine Magnetlagerung, die Magnetspulen 11 für einen Antrieb und Permanentmagnete 12.The base plate 8 and the cover plate 9 are made of glass and carry the magnet coils 10 for a magnetic bearing, the magnet coils 11 for a drive and permanent magnets 12 .

Durch das eingesetzte Permanentmagnetsystem liegt das Spiegelpolygon 7 an der Grundplatte 8 oder an der Deckplatte 9 an, wodurch eine Beschädigung der am Umfang des Spiegelpolygons 7 angebrachten Spiegelflächen 13 als Reflexionsflächen ausgeschlossen ist.Due to the permanent magnet system used, the mirror polygon 7 bears on the base plate 8 or on the cover plate 9 , as a result of which damage to the mirror surfaces 13 attached to the circumference of the mirror polygon 7 as reflection surfaces is excluded.

Zur Inbetriebnahme wird zunächst die axiale Lage der Einrichtung genau eingestellt und anschließend das elektromagnetische Drehfeld erregt, welches das Spiegelpolygon 7 in Drehung versetzt. Beim drehenden Spiegelpolygon 7 stellt sich eine Drehachse A-A stets so ein, daß diese der Hauptträgheitsachse des Spiegelpolygons 7 entspricht, wobei die Lage der Drehachse A-A zum Gehäuse 2 sich bei einem stabil erzeugten Magnetfeld immer in gleicher Weise reproduzierbar einstellt. Allerdings ist die angestrebte hochgenaue 90°-Ausrichtung der Flächennormalen N (Fig. 2) der Spiegelflächen 13 zur Hauptträgheitsachse, die die Drehachse A-A ist, des Spiegelpolygons 7 in der Regel nicht ausreichend gewährleistet, wodurch eine Taumelbewegung der Spiegelflächen 13 des Spiegelpolygons 7 hervorgerufen wird.For commissioning, the axial position of the device is first set precisely and then the electromagnetic rotating field is excited, which sets the mirror polygon 7 in rotation. With the rotating mirror polygon 7 , an axis of rotation AA is always set such that it corresponds to the main axis of inertia of the mirror polygon 7 , the position of the axis of rotation AA relative to the housing 2 always being reproducible in the same way with a stable generated magnetic field. However, the desired high-precision 90 ° orientation of the surface normal N ( FIG. 2) of the mirror surfaces 13 to the main axis of inertia, which is the axis of rotation AA, of the mirror polygon 7 is generally not sufficiently ensured, as a result of which a wobbling movement of the mirror surfaces 13 of the mirror polygon 7 is caused .

Die Verteilung der Magnetspulen 10, 11 und der Permanentmagneten 12 auf der Grundplatte 8 und der Deckplatte 9 ist zweckmäßigerweise völlig symmetrisch ausgeführt.The distribution of the magnetic coils 10 , 11 and the permanent magnets 12 on the base plate 8 and the cover plate 9 is advantageously carried out completely symmetrically.

Die Anordnung ist ferner so getroffen, daß es freie Bereiche 15 gibt, durch welche die Stirnfläche 27 des Spiegelpolygons 7 zum Zweck der Lagemessung oder zur Beeinflussung der Masseverteilung des Spiegelpolygons 7 für eine Ablationsstrahlung geeignet erreichbar sind. Dies ist zunächst im Drehzentrum des Spiegelpolygons 7 der Fall, wo im gezeigten Beispiel eine Abstandsmeßeinrichtung 14 vorgesehen ist, die auf einem optischen Prinzip, z. B. nach der US-PS 5,171,984, arbeitet und die Ausrichtung des Spiegelpolygons 7 detektiert, wobei aus den Meßergebnissen ein Signal für eine aktive Regelung der axialen Richtungskomponenten des Magnetlagers gewonnen wird.The arrangement is also such that there are free areas 15 through which the end face 27 of the mirror polygon 7 can be suitably reached for an ablation radiation for the purpose of position measurement or for influencing the mass distribution of the mirror polygon 7 . This is initially the case in the center of rotation of the mirror polygon 7 , where a distance measuring device 14 is provided in the example shown, which is based on an optical principle, e.g. B. according to US Pat. No. 5,171,984, works and detects the alignment of the mirror polygon 7 , a signal for active control of the axial directional components of the magnetic bearing being obtained from the measurement results.

Zudem läßt sich außerhalb der Magnetspulen 10 für die Magnetlagerung und der Magnetspulen 11 für den Antrieb ein freier Bereich 15 schaffen, der für das Laserlicht aus einer Korrektureinrichtung 16, die aus einem gepulsten Lasergenerator besteht, durchlässig ist.In addition, outside of the magnetic coils 10 for the magnetic bearing and the magnetic coils 11 for the drive, a free area 15 can be created which is permeable to the laser light from a correction device 16 , which consists of a pulsed laser generator.

Dieser freie Bereich 15 wird für den Durchtritt der Laserstrahlung des Lasergenerators als Korrektureinrichtung 16 (als Bearbeitungslaser) genutzt, mit dem eine Laserablation an Oberflächenbereichen 23 des Spiegelpolygons 7 während dessen Betriebszustand (vorzugsweise Drehung mit Nenndrehzahl) durchgeführt werden kann. Durch eine geeignete Steuerung des Pulsregimes der Laserstrahlung wird dabei ein partieller Materialabtrag auf der Oberseite des Spiegelpolygons 7 erreicht, wobei die Steuerung so vorgenommen wird, daß eine Beeinflussung der Lage der Hauptträgheitsachse des Spiegelpolygons 7 derart eintritt, daß die periodische Abweichung der Lage der Senkrechten N auf die Spiegelflächen 13 zur Hauptträgheitsachse A-A, also der "Taumelfehler", minimiert wird.This free area 15 is used for the passage of the laser radiation from the laser generator as a correction device 16 (as a processing laser), with which laser ablation can be carried out on surface areas 23 of the mirror polygon 7 during its operating state (preferably rotation at nominal speed). Appropriate control of the pulse regime of the laser radiation results in partial material removal on the top of the mirror polygon 7 , the control being carried out in such a way that the position of the main axis of inertia of the mirror polygon 7 is influenced such that the periodic deviation of the position of the perpendicular N on the mirror surfaces 13 to the main axis of inertia AA, ie the "wobble error" is minimized.

Mit dem bei dem Beispiel eingesetzten Verfahren der Laserablation werden z. B. bei Verwendung eines Eximer-Lasers bei 1 kHz Repetitionsrate an Quarzglas Abtragungsraten von 1 × 10^-7 mm³ pro Impuls erreicht, was einer Masseänderung von 2,2 × 10^-7 g/s entspricht.With the method of laser ablation used in the example, z. B. when using an Eximer laser at 1 kHz repetition rate on quartz glass removal rates of 1 × 10 ^-7 mm ³ per pulse achieved, which corresponds to a mass change of 2.2 × 10 ^-7 g / s.

Bei Verwendung eines Nd-YAG-Lasers werden bei einer Impulsdauer von 100 ns und einer Repetitionsrate von 10 kHz bei Metallen und Silizium Abtragungsraten ebenfalls von 1 × 10^-7 mm³ erreicht.When using an Nd-YAG laser, removal rates of 1 × 10 ^-7 mm ^{3 are also} achieved with a pulse duration of 100 ns and a repetition rate of 10 kHz for metals and silicon.

Wichtig ist dabei, daß der Materialabtrag flächig erfolgt und keine Nuten entstehen, die sonst zu Kerbspannungen führen könnten, welche die Festigkeit des schnell rotierenden Spiegelpolygons 7 nachteilig beeinflussen. Das Verfahren der Laserablation hat gegenüber den anderen denkbaren und möglichen Verfahren zur Materialverlagerung, wie etwa einem Verdampfen, Bedampfen, Aufsputtern, Absputtern, chemische Umwandlung (Oxidation, Nitrierung), Ionenimplantation usw., den großen Vorteil, daß praktisch keine Beeinflussung der Materialeigenschaften und Materialzusammensetzung des Spiegelpolygons 7 erfolgt, was wesentlich ist, da eine thermische Behandlung oder dünne Schichten bei den extremen Belastungen, denen ein schnell drehendes Spiegelpolygon 7 ausgesetzt ist, stets Festigkeitsprobleme bereiten. Grundsätzlich könnten solche anderen Verfahren zur Änderung der Materialverteilung am Rotorkörper 1 aber gleichfalls eingesetzt werden.It is important that the material is removed over a large area and that there are no grooves which could otherwise lead to notch stresses which adversely affect the strength of the rapidly rotating mirror polygon 7 . The method of laser ablation has the great advantage over the other conceivable and possible methods for material displacement, such as evaporation, vapor deposition, sputtering, sputtering, chemical conversion (oxidation, nitration), ion implantation, etc., that there is practically no influence on the material properties and material composition of the mirror polygon 7 takes place, which is essential since thermal treatment or thin layers always cause strength problems under the extreme loads to which a rapidly rotating mirror polygon 7 is exposed. In principle, however, such other methods for changing the material distribution on the rotor body 1 could also be used.

Es bereitet auch keine Schwierigkeiten, den Laserstrahl des Bearbeitungslasers der Korrektureinrichtung 16 bei einer Nenndrehzahl des Spiegelpolygons 7 von z. B. 1,3 kHz so zu steuern, daß die Laserimpulse gezielt einen vorbestimmten Bereich 23 auf der Stirnseite 27 des Spiegelpolygons 7 treffen und dort einen Materialabtrag hervorrufen. Führt man das bei der Nenndrehzahl des Spiegelpolygons 7 aus, so hat dies den Vorteil, daß der Zustand des Spiegelpolygons 7 dabei absolut der gleiche ist wie beim späteren Betrieb. Allerdings muß der Materialabtrag nicht zwingend bei der Nenndrehzahl des Spiegelpolygons 7 erfolgen, dessen Drehgeschwindigkeit auch die Lage der Hauptträgheitsachse, welche die Drehachse A-A darstellt, nicht beeinflußt. So kann z. B. bei extrem schnell drehenden Spiegelpolygonen 7 die Laserablation weit unterhalb deren Nenndrehzahl erfolgen, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß die eingestellte Drehzahl keiner Resonanzdrehzahl des Spiegelpolygons 7 entspricht.There is also no difficulty in the laser beam of the processing laser of the correction device 16 at a nominal speed of the mirror polygon 7 of z. B. 1.3 kHz to control so that the laser pulses selectively hit a predetermined area 23 on the end face 27 of the mirror polygon 7 and cause material removal there. If this is done at the nominal speed of the mirror polygon 7 , this has the advantage that the state of the mirror polygon 7 is absolutely the same as in later operation. However, the material removal does not necessarily have to take place at the nominal speed of the mirror polygon 7 , the rotational speed of which does not influence the position of the main axis of inertia, which represents the axis of rotation AA. So z. B. with extremely fast rotating mirror polygons 7, the laser ablation takes place well below their nominal speed, but care must be taken that the set speed does not correspond to any resonance speed of the mirror polygon 7 .

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht auch die Möglichkeit, die Rotation des Spiegelpolygons 7 zum Pulsverhalten des Bearbeitungslasers zu synchronisieren, wobei keine allzu großen Genauigkeitsanforderungen an die Synchronisation zu erfüllen sind, weil es praktisch gleichgültig ist, ob der Materialabtrag genau im Maximum der Amplitude des Taumelfehlers erfolgt oder in einer geringen Abweichung von derselben (+/-10°). Durch die Vielzahl der notwendigen Laserimpulse tritt ohnehin eine Mittelung ein und die während des Materialabtrages fortlaufend weiter durchgeführten Messungen liefern sofort einen Nachweis über den Prozeßerfolg.In the exemplary embodiment shown, there is also the possibility of synchronizing the rotation of the mirror polygon 7 with the pulse behavior of the processing laser, with no overly high accuracy requirements for the synchronization having to be met, because it is practically irrelevant whether the material removal takes place exactly at the maximum amplitude of the wobble error or in a slight deviation from the same (+/- 10 °). Due to the large number of necessary laser impulses, averaging occurs anyway and the measurements carried out continuously during the material removal immediately provide proof of the process success.

Zur Messung der Lage der Normalen N auf die Spiegelflächen 13 ist der als Lichtquelle 6 eingesetzte Meßlaser relativ zum Polygonscanner (Rotorkörper 1) in seiner Lage fixiert. Der Meßstrahl 5 wird von jeder bewegten Spiegelfläche 13 des Spiegelpolygons 7 auf eine Empfängerzeile eines Positionsdetektors 17 in Form eines CCD-Arrays reflektiert. Bei einem Pixelabstand der CCD-Empfängerzeile von 7 µm wird eine Auflösung erreicht, die besser als eine Winkelsekunde ist. Für jede Spiegelfläche 13 wird ein Meßwert geliefert.To measure the position of the normal N on the mirror surfaces 13 , the measuring laser used as the light source 6 is fixed in its position relative to the polygon scanner (rotor body 1 ). The measuring beam 5 is reflected by each moving mirror surface 13 of the mirror polygon 7 onto a receiver line of a position detector 17 in the form of a CCD array. With a pixel spacing of the CCD receiver line of 7 µm, a resolution is achieved that is better than an angular second. A measured value is supplied for each mirror surface 13 .

Am Mittenteil 3 des Gehäuses 2 des Polygonscanners (Rotorkörper 1) ist auch noch an geeigneter Stelle ein Sensor 18 zur Feststellung des Facettentaktes der umlaufenden, reflektierenden Facetten (Spiegelflächen 13) vorgesehen, der eine Information zur momentanen Drehwinkelstellung des Spiegelpolygons 7 liefert. On the central part 3 of the housing 2 of the polygon scanner (rotor body 1 ), a sensor 18 is also provided at a suitable point for determining the facet timing of the circumferential, reflecting facets (mirror surfaces 13 ), which provides information on the current angular position of the mirror polygon 7 .

Die graphische Darstellung in Fig. 4 zeigt den Verlauf der Meßwerte W für den sogenannten "Pyramidalfehler" des eingesetzten Spiegelpolygons 7. Dabei besteht dieser Pyramidalfehler aus einem Anteil, der auf einen feststehenden Winkelfehler 19 von Spiegelfläche 13 zu Spiegelfläche 13 zurückgeht, und aus dem überlagerten sinusförmigen Taumelfehler 20 des drehenden Rotorkörpers 1 (gepunktet in Fig. 4 eingezeichnet). Beide Fehler werden zusammengefaßt als "Pyramidalfehler" bezeichnet.The graphic representation in FIG. 4 shows the course of the measured values W for the so-called "pyramidal error" of the mirror polygon 7 used . This pyramidal error consists of a portion that is due to a fixed angular error 19 from mirror surface 13 to mirror surface 13 and the superimposed sinusoidal wobble error 20 of the rotating rotor body 1 (shown in dotted lines in FIG. 4). Both errors are collectively referred to as "pyramidal errors".

In der Darstellung der Fig. 4 gibt die X-Achse die Drehwinkelstellung ϕ des Spiegelpolygons 7 und die Y-Achse die vom Positionsdetektor 17 (CCD-Array) gemessene zugehörige Amplitude W des Detektionssignals wieder.In the illustration of FIG. 4, the X-axis indicates the angular position φ of the mirror polygon 7 and the Y-axis measured by the position detector 17 (CCD array) associated amplitude W of the detection signal again.

Wie Fig. 4 zeigt, stellt der Taumelfehler 20 den sinusförmigen Anteil des Gesamtsignals dar.As FIG. 4 shows, the wobble error 20 represents the sinusoidal component of the overall signal.

In Fig. 1 ist weiterhin ein Rechner 22 gezeigt, in den das Ausgangssignal des Positonsdetektors 17 und des Sensors 18 zur Winkeldetektion eingegeben wird. Aufgrund der detektierten Meßwerte ermittelt der Rechner 22 zunächst die bei einer vollständigen Umdrehung des Polygonspiegels 7 auftretende Differenz D zwischen dem größten Meßwert W_max und dem kleinsten Meßwert W_min (vgl. Fig. 4), ferner die zu beiden Meßwerten gehörenden Drehstellungen X₁ und X₂ des Rotorkörpers 1 und ermittelt hieraus Steuersignale zur Weitergabe an die Korrektureinrichtung 16. Mittels des von dieser auf den Bereich 23 auf der Oberseite 27 des Spiegelpolygons 7 gerichteten Laserstrahles 24 erfolgt dann an dem Bereich 23 ein Materialabtrag derart, daß bei der (oder einer) nachfolgenden Umdrehung des Spiegelpolygons 7 die dann gemessene Differenz D_i kleiner als die zuvor gemessene Differenz D ist. Gleichzeitig wird vom Rechner 22, soferne die neu bestimmte Differenz D_i größer als ein vorgegebener Minimalwert ist, wiederum die Korrektureinrichtung 16 angesteuert, die vor der bzw. einer weiter folgenden vollständigen Umdrehung eine erneute Laserablation durchführt derart, daß die anschließend wieder gemessene Differenz zwischen maximalem und minimalem Meßwert erneut kleiner wird. Diese Schritte werden so oft wiederholt, bis letztlich diese Differenz kleiner als der vorgegebene Minimalwert wird.A computer 22 is also shown in FIG. 1, into which the output signal of the position detector 17 and the sensor 18 for angle detection is input. On the basis of the detected measured values, the computer 22 first determines the difference D between the largest measured value W _max and the smallest measured value W _min (see FIG. 4) that occurs during a complete revolution of the polygon mirror 7 , as well as the rotary positions X ₁ and X _{2 of} the rotor body 1 and uses this to determine control signals for transmission to the correction device 16 . By means of the laser beam 24 directed from this onto the area 23 on the upper side 27 of the mirror polygon 7 , material is then removed from the area 23 such that the difference D _i then measured is smaller than that previously during the (or a subsequent) rotation of the mirror polygon 7 measured difference D is. At the same time, the computer 22 , if the newly determined difference D _{i is} greater than a predetermined minimum value, in turn controls the correction device 16 , which performs a new laser ablation before the or a further complete revolution in such a way that the subsequently measured difference between the maximum and the minimum measured value becomes smaller again. These steps are repeated until this difference ultimately becomes smaller than the specified minimum value.

Fig. 5 zeigt schließlich das Diagramm aus Fig. 4, wobei der Taumelfehler 20 durch eine Vielzahl solchermaßen durchgeführter Schritte (bei aufeinanderfolgenden Messungen) und Materialabtragungen so gut wie völlig verschwunden ist (meist wird der Vorgang bei Erreichen eines vorgegebenen minimalen Restniveaus für den Taumelfehler 20 abgebrochen), wobei dann nur noch der feststehende Winkelfehler 19 von Spiegelfläche 13 zu Spiegelfläche 13 vorliegt (Fig. 5). Finally, FIG. 5 shows the diagram from FIG. 4, the wobble error 20 having virtually disappeared completely through a large number of steps carried out in this way (in the case of successive measurements) and material removal (mostly the process becomes when the wobble error 20 has reached a predetermined minimum residual level canceled), in which case only the fixed angular error 19 from mirror surface 13 to mirror surface 13 is present ( FIG. 5).

Die Darstellung der Fig. 6 zeigt schließlich die Steuerung der Impulsfolge des Bearbeitungslasers der Korrektureinrichtung 16 (im Bild oben) und die auf die Oberfläche 27 des Spiegelpolygons 7 einwirkende Laserimpulsfolge (im Bild unten) im Prinzip.The illustration of FIG. 6 shows the control of the pulse sequence of the laser processing of the correction means 16 (pictured above) and the force acting on the surface 27 of the polygon mirror 7 laser pulse sequence (bottom) in principle.

Entsprechend der Anordnung aus Fig. 2 ist die Aussendung der Impulsfolge des Bearbeitungslasers der Korrektureinrichtung 16 gegenüber der Lage des detektierten Maximums des Taumelfehlers um ein ganzzahliges Vielfaches von T . ¾ (mit T = Umlaufzeit für eine Umdrehung) zeitlich verschoben. Praktisch wird so verfahren, daß die Ablenkung des Meßstrahls 5 entsprechend dem Strahlverlauf, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, beim drehenden Spiegelpolygon 7 während des Materialabtrages weitergemessen und der Vorgang des Messens und Abtragens abgebrochen wird, sobald die gemessene Differenz D_i unter einen vorgegebenen Grenzwert abgesunken ist.According to the arrangement from FIG. 2, the transmission of the pulse sequence of the processing laser of the correction device 16 is an integral multiple of T compared to the position of the detected maximum of the wobble error. ¾ (with T = revolution time for one revolution) shifted in time. In practice, the procedure is such that the deflection of the measuring beam 5 in accordance with the beam path, as shown in FIG. 2, is further measured with the rotating mirror polygon 7 during the material removal and the process of measuring and removal is terminated as soon as the measured difference D _{i is} below one predetermined limit has dropped.

Fig. 3 zeigt schließlich den prinzipiellen Aufbau eines Spiegelpolygons 7 in einem passiven supraleitenden Magnetlager (dieses in prinzipieller Schnittdarstellung), wobei das das Spiegelpolygon 7 umgebende Gehäuse nicht dargestellt ist. Fig. 3 finally shows the basic structure of a polygon mirror 7 in a passive superconducting magnetic bearings (this in principle sectional view), the polygon mirror 7 surrounding housing is not shown.

Hier besteht der Rotorkörper 1 aus geschichteten Permanentmagneten 12 und einem Spiegelpolygon 7. Ein ihn umgebendes Statorteil 25 besteht aus einem supraleitenden Material, welches durch einen Kühler 26 unter seine kritische Temperatur abgekühlt wird. Die Magnetspulen 11 für den Antrieb erzeugen ein Magnetfeld, welches auf den Rotationskörper 1 einwirkt und diesen in Drehung versetzt.Here, the rotor body 1 consists of layered permanent magnets 12 and a mirror polygon 7 . A stator part 25 surrounding it consists of a superconducting material which is cooled below its critical temperature by a cooler 26 . The magnetic coils 11 for the drive generate a magnetic field which acts on the rotary body 1 and sets it in rotation.

Ein solches passives Magnetlager hat den Vorteil, daß hier die Lage des Rotorkörpers 1 nicht durch eine Regelung stabilisiert werden muß. Der "eingefrorene" Zustand der in dem supraleitenden Material des Statorteiles 25 durch die Permanentmagneten 12 induzierten Ströme führt den Rotorkörper 1 stabil, störungsresistent und exakt reproduzierbar.Such a passive magnetic bearing has the advantage that here the position of the rotor body 1 does not have to be stabilized by regulation. The "frozen" state of the currents induced in the superconducting material of the stator part 25 by the permanent magnets 12 guides the rotor body 1 in a stable, interference-resistant and exactly reproducible manner.

Die in Fig. 3 dem Prinzip nach gezeigte Anordnung hat auch noch den Vorteil, daß hier auf der Stirnseite 27 des Spiegelpolygons 7 der freie Bereich 15 praktisch nicht durch irgendwelche Aufbauten eingeschränkt wird.The arrangement shown in principle in FIG. 3 also has the advantage that the free area 15 on the end face 27 of the mirror polygon 7 is practically not restricted by any structures.

Claims

1. A method for reducing the wobble movement in a freely suspended, rotating rotor body ( 1 ) which has reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) on its outer circumference, a measuring beam ( 5 ) having a predetermined irradiation position on the passing reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) of the a rotational speed, which does not correspond to one of its resonance frequencies, reflects the rotating rotor body ( 1 ) and, after reflection, is directed at a position detector ( 17 ), the signals of which are fed to a computer ( 22 ) which measures the difference between the largest and the smallest value of the During each complete revolution of the rotor body ( 1 ), the signals emitted by the position detector ( 17 ) and the rotational positions of the rotor body ( 1 ) belonging to both values are determined and control signals are calculated therefrom, with which a correction device ( 16 ) is actuated, which is used in one or the following Rotation of the rotor body ( 1st ) a change in the mass distribution on the rotor body ( 1 ) without contact and without influencing the reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) in such a way that the difference between the smallest and largest value of the signals emitted by the position detector ( 17 ) during this rotation of the rotor body ( 1 ) is less than is the difference determined in the previous revolution.

2. The method according to claim 1, wherein the change in the mass distribution on the rotor body ( 1 ) is carried out within locally limited areas ( 23 ).

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the mass distribution on the rotor body ( 1 ) is changed by local mass removal or mass application.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the mass distribution on the rotor body ( 1 ) is changed by laser radiation, electron radiation and / or ion radiation.

5. The method according to claim 4, wherein the radiation ( 24 ) used to change the mass distribution on the rotor body ( 1 ) is pulsed.

6. The method of claim 5, wherein the radiation used to change the mass distribution on the rotor body (1) (24) is pulsed in synchronism to the rotation speed of the rotor body (1).

7. The method according to claim 5 or 6, in which the pulse time and / or the pulse length and / or the pulse frequency and / or the pulse power are set as a function of the signals supplied by the position detector ( 17 ).

8. The method according to claim 7, wherein the pulse regime of the radiation used ( 24 ) with the signal of the position detector ( 17 ) is triggered.

9. The method according to any one of claims 4 to 8, wherein the orientation of the radiation used ( 24 ) relative to the rotor body ( 1 ) is set via the control signals of the computer ( 22 ).

10. The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the correction device ( 16 ) is deactivated when and as long as the determined difference between the smallest and the largest value of the signals emitted by the position detector ( 17 ) no longer exceeds a predetermined limit value.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the rotor body ( 1 ) rotates at its nominal speed during the measurements and the change in the mass distribution on it.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the rotor body ( 1 ) is mounted in a passive superconducting magnetic bearing (permanent magnet 12 , stator part 25 ).

13. The method according to any one of claims 1 to 12, in which a mirror polygon ( 7 ) is used as the rotor body ( 1 ).

14. The method according to any one of claims 1 to 13, in which a laser beam is used as the measuring beam ( 5 ).

15. Arrangement for carrying out the method according to claim 1, with a rotor body ( 1 ) which can be rotated by a drive and has reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) on its outer circumference, a bearing device (magnetic coil 10 , permanent magnet 12 ; permanent magnet 12 , stator part 25 ) for free-floating mounting of the rotor body ( 1 ) when rotating, a light source ( 6 ) for generating a measuring beam ( 5 ) which can be aligned with the reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) of the rotating rotor body ( 1 ), a position detector ( 17 ) for detecting the of the Reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) of the reflected measuring beam ( 5 ), a device ( 18 ) for continuously detecting the rotational angle positions of the rotor body ( 1 ), a correction device ( 16 ) by means of which the mass distribution on the rotor body ( 1 ) can be changed without contact, and with a computer ( 22 ), at the input of the position detector ( 17 ) and the device ( 18 ) for continuously detecting the angular position of the rotor body ( 1 ) are connected and the control signals to the correction device ( 16 ).

16. The arrangement as claimed in claim 15, in which a laser generator is provided as the correction device ( 16 ).

17. The arrangement as claimed in claim 16, in which an Nd-YAG laser generator or an eximer laser generator is provided.

18. The arrangement according to claim 15 or 16, wherein a pulsed laser generator is provided.

19. Arrangement according to one of claims 15 to 18, in which a CCD array is provided as position detector ( 17 ).

20. Arrangement according to one of claims 15 to 19, wherein the light source ( 6 ) for generating the measuring beam ( 5 ) is a laser generator.

21. Arrangement according to one of claims 15 to 20, in which the light source ( 6 ) for generating the measuring beam for aligning its irradiation position on the reflection surfaces (mirror surfaces 13 ) is arranged in an adjustable position.

22. Arrangement according to one of claims 15 to 21, wherein the rotor body ( 1 ) is a mirror polygon ( 7 ).

23. Arrangement according to one of claims 15 to 22, in which a passive superconducting magnetic bearing (permanent magnet 12 , stator part 25 ) is provided as the bearing device.

24. Arrangement according to one of claims 15 to 21, wherein the rotor body ( 1 ) is an actively magnet-mounted polygon scanner.

25. Arrangement according to one of claims 15 to 22, in which a fluid bearing as the bearing device is provided.