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.

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.

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.

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 erhä ! t dann infolge der Lagedifferenz zur Hauptträgheitsachse eine"Unwucht"und infolge der Lagedifferenz zur Symmetrieachse einen wSchlag". 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.

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.

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.

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 Wucht 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.

Ein solches Verfahren wird z. B. beim Auswuchten von Kraftfahrzeugrädern ausgeMhrt, wobei hier durch das Anbringen von Wuchtgewichten die Unwucht verringert bzw. beseitigt wird.

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.

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.

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 Planlauffehier eintritt, der zum Entstehen einer Taumelbewegung führt.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschiagen, mit dem sich eine unerwünschte Taumelbewegung bei einem frei schwebend gelagerten, sich drehenden Rotorkörper wirkungsvoll verringern täßt.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch ein Verfahren zum Verringern der Taumelbewegung bei einem frei schwebend gelagerten, sich drehenden Rotorkörper, der an seinem Außenumfang Reflexionsflächen aufweist, wobei ein Meßstrahl vorgegebener Einstrahllage an den vorbeilaufenden Reflexionsflächen 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 berühnungslos und ohne Beeinflussung der Reflexionsflächen 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.

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.

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 Lagem her bekannte Zwangsführung der Drehachse in einer Lagerachse, die durch die Lagerstellen bestimmt wird, enffällt. Der Luftspalt in solchen Magnetlagem 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 Polygonscannem, insbesondere für Anwendungen zur Bildprojektion mittels eines schreibenden Laserstrahls, mit erheblichen Qualitätsproblemen verbunden ist.

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.

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 Planlaufquälität durch die Zahl der ausgeführten Iterationsschritte beeinfluß-und bestimmbar.

Hinzu kommt als weiterer Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß dort die Verringerungerung der Taumelbewegung an dem frei schwebenden, sich drehenden Rotorkörper in einem Zustand (frei schwebend) desselben erfolgt, der völiig 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.

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.

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.

Dabei können in der Abfolge der nacheinander ausgewerteten Umdrehungen des Rotorkörpers alle direkt aufeinanderfolgenden Umdrehungen oder nur jede zweite, dritte o. a. Umdrehung zur Messung und Korrektur eingesetzt werden.

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 Anderung der Masseverteilung am Rotorkörper jedoch innerhalb jeweils örtlich begrenzter Bereiche, und zwar durch örtlichen Masseabtrag oder Masseauftrag.

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 lonenbestrahlung vorgenommen, wobei, emeut bevorzugt, die eingesetzte Strahlung gepulst wird. Vorteilhafterweise wird wird die Strahlung synchron zur Drehzahl des Rotorkörpers gepulst.

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 iäßt.

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.

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.

Das erfindungsgemäße Verfahren) äßt sich an dem sich drehenden Rotorkörper gnundsätzlich 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.

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.

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.

Ais Meßstrahl kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jeder geeignete Meßstrahl eingesetzt werden, wobei jedoch besonders bevorzugt als Meßstrahl ein Laserstrahl verwendet wird.

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 Meßstrahis, einem Positionsdetektor zum Detektieren des von den Reflexionsflächen reflektierten Meßstrahis, 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 zur laufenden Detektion der Drehwinkelstellung des Rotorkörper angeschlossen sind und der Steuersignale an die Korrektureinrichtung derart liefert, daß diese in geeigneter Weise die Masseverteilung am Rotorkörper berührungslos verändert.

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.

Als Positionsdetektor kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung jede hierfür geeignete Einrichtung eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt wird als Positionsdetektor jedoch ein CCD-Array gewählt.

Vorzugsweise wird weiterhin bei der erfindungsgemäßen Anordnung als Einrichtung zur Erzeugung des Meßstrahles ebenfalls ein Lasergenerator verwendet. Bevorzugt ist die Einrichtung zur Erzeugung des Meßstrahles so angeordnet, daß die Ausrichtung der Einstrahliage auf die Reflexionsflächen lageverstellbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird vorteilhafterweise als Rotorkörper eine 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).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine (schematische) Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem aktiv magnetgelagerten, scheibenförmigen Spiegelpolygon als Rotorkörper ; Fig. 2 eine Draufsicht auf das Spiegelpolygon in Fig. 1 mit Darstellung des Strahlengangs des reflektierten Meßstrahles ; Fig. 3 eine (prinzipielle) Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem passiv und axial magnetgelagerten Spiegelpolygon als Rotorkörper ; Fig. 4 die graphische Darstellung der Komponenten des Pyramidalfehlers eines sich drehenden Spiegelpolygons ; Fig. 5 die graphische Darstellung entsprechend Fig. 4, jedoch nach Kompensation des Taumelfehlers, und

Fig. 6 die Darstellung der Impulsfolge einer gepulsten Laserquelle der Korrektureinrichtung und die Impulsfolge der Laserstrahlung zur Laserablation bei einem erfindungsgemäßen Verfahren.

In Fig. 1 ist in prinzipieller Darstellung eine erfindungsgemäße Anordnung gezeigt, bei der als Rotorkörper 1 ein Polygonscanner eingesetzt wird, der in einem Gehäuse 2 angeordnet ist.

Dieses besteht aus einem kreisringförmigen Miftenteil 3 (Fig. 2), in dem eine planparallele Platte 4 als transparentes Fenster für einen abzulenkenden Meßlichtstrahl 5 aus einer (in Fig. 1 nur ganz prinzipiell angedeuteten) Lichtquelle 6, etwa einem Laser-Generator, angeordnet ist (Fig. 2).

Das in den Polygonscanner 1 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.

Die Grundplatte 8 und die Deckplatte 9 bestehen aus Glas und tragen die Magnetspulen 10 für eine Magnetiagerung, die Magnetspulen 11 für einen Antrieb und Permanentmagnete 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 Reflexionsflächen 13 in Form von Spiegelflächen ausgeschlossen ist.

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 Magneffeld 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.

Die Verteilung der Magnetspulen 10,11 und der Permanentmagneten 12 auf der Grundplatte 8 und der Deckplafte 9 ist zweckmäßigerweise völiig symmetrisch ausgeführt.

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.

Zudem la (3t sich außerhalb der Magnetspulen 10 für die Magnetlagerung und der Magnetspulen 11 für den Antrieb ein freier Bereich 15 schaffen, der für das Laseriicht aus einer Korrektureinrichtung 16, die aus einem gepulsten Lasergenerator besteht, durchlässig ist.

Dieser freie Bereich 15 wird für den Durchtritt der Laserstrahlung des Lasergenerators 16 (als Bearbeitungslaser) genutzt, mit dem eine Laserablation an Oberflächenbereichen 23 des Spiegelpoylgons 7 während dessen Betriebszustand (vorzugsweise Drehung mit Nenndrehzahl) durchgeführt werden kann. Durch eine geeignete Steuerung des Pulsregimes der Laserstrahlung wird dabei ein partielle 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.

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 x10-7 mm3 pro Impuls erreicht, was einer Masseänderung von 2,2 xi 0-7 gus entspricht.

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 1x10-7 mm3 erreicht.

Wichtig ist dabei, daß der Materialabtrag flächig erfolgt und keine Nuten entstehen, die sonst zu Kerbspannungen führen kõnnten, welche die Festigkeit des schnell rotierenden Spiegelpolygons 7 nachteilig beeinflussen. Das Verfahren der Laserablation hat gegenüber den anderen denkbaren und möglichen Verfahren zur Materialvedagerung, wie etwa einem Verdampfen, Bedampfen, Aufsputtem, Absputtern, chemische Umwandlung (Oxidation, Nitrierung), lonenimplantation usw., den großen Vorteil, daß praktisch keine Beeinflussung der Materialeigenschaften und Materialzusammensetzung des Spiegelpolygons 7 erfoigt, 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.

Es bereitet auch keine Schwierigkeiten, den Laserstrahl des Bearbeitungslasers 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 Stimseite 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 Haupffrägheitsachse, 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.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht auch die Möglichkeit, die Rotation des Spiegelpolygons 7 zum Pulsverhalten des Bearbeitungslasers 16 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 Miftelung ein und die während des Materialabtrages fortlaufend weiter durchgeführten Messungen liefem sofort einen Nachweis über den Prozeßerfolg.

Zur Messung der Lage der Normalen N auf die Spiegelflächen 13 ist der als Lichtquelle 6 eingesetzte Meßlaser relativ zum Polygonscanner 1 in seiner Lage fixiert. Die Meßstrahlung 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 pm wird eine Auflösung erreicht, die besser als eine Winkelsekunde ist. Für jede Spiegelfläche 13 wird ein Meßwert geliefert.

Am Mittenteil 3 des Gehäuses 2 des Polygonscanners 1 ist auch noch an geeigneter Stelle ein Sensor 18 zur Feststellung des Facettentaktes der umlaufenden, reflektierenden Facetten (Spiegel 13) vorgesehen, der eine Information zur momentanen Drehwinkelstellung des Spiegelpolygons 7 liefert.

Die graphische Darstellung in Figur 4 zeigt den Verlauf der Meßwerte W für den sogenannten "Pyramidalfehler"des eingesetzten Spiegelpolygons 7. Dabei besteht dieser Pyramidalfehler aus einem Anteil 19, der auf einen feststehenden Winkelfehler 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.

In der Darstellung der Fig. 4 gibt die X-Achse die Drehwinkelstellung cp des Spiegelpolygons 7 und die Y-Achse die vom Positionsdetektor 17 (CCD-Array) gemessene zugehörige Amplitude W des Detektionssignals wieder.

Wie Fig. 4 zeigt, stellt der Taumelfehler 20 den sinusförigen Anteil des Gesamtsignals dar.

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 Wmax und dem kleinsten Meßwert Wmjn (vgl. Fig. 4), femer die zu beiden Meßwerten gehörenden Drehstellungen Xi und X2 des Rotorkörpers 1 und ermiftelt hieraus Steuersignale zur Weitergabe an die Korrektureinrichtung 16. Mittels des von dieser auf die Bearbeitungsstelle 23 auf der Oberseite 27 des Spiegelpolygons 7 gerichteten Laserstrahles 24 erfolgt dann an der Bearbeitungsstelle 23 ein Materialabtrag derart, daß bei der (oder einer) nachfolgenden Umdrehung des Spiegelpolygons 7 die dann gemessene Differenz D, kieiner a ! s die zuvor gemessene Differenz D ist. Gleichzeitig wird vom Rechner 22, soferne die neu bestimmte Differenz D, größer ats 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.

Fig. 5 zeigt schließlich das Diagramm aus Fig. 4, wobei der Taumelfehler 20 durch eine Vieizahi 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).

Die Darstellung der Fig. 6 zeigt schließlich die Steuerung der lmpulsfolge des Bearbeitungslasers der Korrektureinrichtung 16 (im Bild oben) und die auf die Oberfläche 27 des Spiegelpolygons 7 einwirkende Laserimpulsfolge (im Bild unten) im Prinzip.

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-3/4 (mit T = Umlaufzeit for eine Umdrehung) zeitlich verschoben. Praktisch wird so verfahren, daß die Ablenkung des Meßstrahis 5 entsprechend den Strahiverlauf, 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 Di unter einen vorgegebenen Grenzwert abgesunken ist.

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.

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.

Ein solches passivisches 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.

Die in Fig. 3 dem Prinzip nach gezeigte Anordnung hat auch noch den Vorteil, daß hier auf der Stirnfläche 27 des Spiegelpolygons 7 der freie Bereich 15 praktisch nicht durch irgendwelche Aufbauten eingeschränkt wird.