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Stand der Technik
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen selbstnivellierenden Linienlaser
mit einer Zylinderlinse und zumindest zwei Laserdioden zur Erzeugung
einer vorzugsweise horizontalen, einen großen Winkelbereich abdeckenden
Laserlinie zum Einsatz in Industrie, Handwerk und Heimwerkerbereich
für Justier-, Markier-,
Mess- und Ausrichtaufgaben.
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Es
sind diverse Laservorrichtungen bekannt, mit denen eine Laserlinie
erzeugt werden kann. Hierzu gehören
rotierende Laser, welche schnelldrehend um eine vertikale Achse
gelagert werden und so im überdeckten
Bereich eine horizontale Markierungslinie erzeugen. Auch sind linienförmige Markierungen mittels
Kegelelementen bekannt, deren Kegelspitze axial per Laser angestrahlt
werden und das Laserlicht an der Kegeloberfläche um 90° gespiegelt/reflektiert wird,
so dass ein umlaufendes Lichtfeld entsteht, welches bei der Projektion
auf eine Bezugsfläche
die Laserlinie darstellt.
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Auch
ist bekannt, dass eine radial per Laser angestrahlte Zylinderlinse
das Laserlicht so bricht bzw. umleitet, dass es in der Radialebene
der Zylinderlinse aufgefächert
bzw. verteilt wird.
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Nachteile
des Standes der Technik sind zum einen die mechanische Konstruktion
bei rotierend angetriebenen Lasern und insbesondere deren Zuverlässigkeit über die
Lebensdauer. Da bei der Verwendung von Kegelelementen der Laserstrahl
auf eine komplette 360° Kreis
aufgeteilt wird, wird seine Helligkeit bei der Projektion so sehr
geschwächt,
dass sie u. U. kaum noch sichtbar ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der
Technik zu beseitigen und insbesondere einen selbstnivellierenden
Linienlaser bereitzustellen, der über einen hohen Winkelbereich
seiner Laserlinie eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung
aufweist, einfach zu produzieren ist und im täglichen Einsatz robust ist
und dauerhaft eine exakte Laserlinie erzeugt.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch den Linienlaser des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein
selbstnivellierender Linienlaser mit einer Zylinderlinse und zumindest zwei
komplanaren Laserstrahlen bereitgestellt, die über die Zylinderlinse eine
gemeinsame Laserlinie erzeugen. Eine Laserlinie entspricht einem
in einer Ebene aufgefächertem
Laserstrahl, wobei die Laserline als eine Projektion des Laserstrahls
auf eine Bezugsfläche
dargestellt wird. Jeder der Laserstrahlen wird vorzugsweise von
einer Laserquelle erzeugt.
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Hierbei
wird der Begriff Laser bzw. Laserstrahl in dem breitest möglichen
Sinne verwendet und umfasst eine beliebige Quelle eines kollimierten Strahls.
Insbesondere umfasst der Begriff Laserdioden oder VCSEL (= vertical-cavity
surface-emitting laser).
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Hierbei
kann die Laserlinie bevorzugt horizontal oder vertikal ausgerichtet
sein. Über
die Verwendung von nur einer Zylinderlinse mit mehreren Laserquellen,
wird die Anzahl der optischen Komponenten reduziert, was zum einen
die Kosten der Komponenten reduziert und auch die exakte Ausrichtung
der Komponenten zueinander vereinfacht.
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Bevorzugt
können
zwei komplanare Laserquellen verwendet werden, die in einem Winkelbereich
von 90° +/– 45° zueinander
stehen. Jede der Laserquellen hat aufgrund der Brechung an der Zylinderlinse
eine eigene Helligkeitsverteilung ihrer Laserlinie. Wenn mehrere
Laserquellen kumulativ verwendet werden, so kann die Winkellage
zueinander so bestimmt werden, dass die sich ergebende Laserlinie über einen
möglichst
langen Bereich (also hohen Winkelbereich) eine gleichmäßige Helligkeit
aufweist. Neben bspw. zwei Laserquellen können auch drei oder mehr Laserquellen
verwendet werden. Da die Laserquellen komplanar in einer Ebene sind,
die senkrecht zur Zylinderlinse ist, entsteht trotz der Mehrzahl
der Laser eine kontinuierliche Laserlinie.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden zwei komplanare Laserquellen verwendet, die in einem Winkel
von 90° zueinander
stehen. Hierbei wird vorzugsweise ein Winkel von exakt 90° gewählt, was
insbesondere Winkelabweichungen von +/–3°, höchst vorzugsweise +/–1° mit umfasst. Dieser
Winkel ist vorteilhaft, da in der Fertigungstechnik Flächen oder
Bereiche, die exakt im rechten Winkel (= 90°) stehen, einfach, kostengünstig und
genau zu fertigen sind. In diesem Sinne kann das Lasermodul, welches
als Träger
für die
Laserquellen dient, kostengünstig
und genau hergestellt werden. Idealer Weise sollte der Winkel möglichst
exakt 90° betragen.
Der Winkel zwischen den Laserquellen wird dabei über ihren Schnittpunkt im Bereich
der Zylinderlinse gemessen, also ist hier der Winkel zwischen den
als Vektoren gesehenen Laserstrahlen gemeint.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die Laserquellen als Laserdioden ausgeführt und im Strahlengang ist
zwischen der jeweiligen Laserdiode und der Zylinderlinse eine Kollimierlinse angeordnet.
Die Strahlen von Laserdioden weiten sich technisch bedingt kegel-ellipsenförmig auf.
Um einen kollimierten also sich parallel ausbreitenden Laserstrahl
zu erhalten, wird eine Kollimierlinse verwendet. Der ursprünglich von
der Laserdiode ausgestrahlte ellipsenförmig aufweitende Strahl wird
durch die Kollimierlinse in einen kollimierten, also parallel gerichteten
ellipsenförmigen
Strahl umgewandelt.
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Vorzugsweise
wird die axiale Winkellage der Laserquellen, also ihre Ausrichtung
entlang der eigenen Längsachse,
so gewählt,
dass der ovale Strahlquerschnitt des Laserstrahls die Zylinderlinse
in ihrer radialen Richtung möglichst
gut überdeckt.
Der Begriff axiale Winkellage bezieht sich so auf eine Drehung um
die Längsachse
des Lasers und bestimmt die Lage, wieder im Querschnitt ellipsenförmige Laserstrahl
ausgerichtet ist. Die Ellipse ist eine geometrische Form, welche
zwei Sehnen oder Halbmesser aufweist. So liegt bei dieser Orientierung
der längere der
Halbmesser in radialer Richtung der Zylinderlinse. Dieser Sachverhalt
lässt sich
auch so darstellen, dass die längere
Achse des ovalen Strahlquerschnitts jeder der Laserquellen in der
optischen Ebene liegt, die durch die Strahlen der Laserquellen aufgespannt
wird. Die Zylinderlinse arbeitet so, dass sich die Breite des Laserstrahls
in der optischen Ebene vor der Zylinderlinse in der Breite (oder
dem Winkelbereich) der Auffächerung
des Laserstrahls widerspiegelt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die von den Laserquellen erzeugte gemeinsame Laserlinie Helligkeitsabweichungen
an zwei Punkten oder begrenzten Bereichen auf, die in einem Winkel
von 90° zu
der Zylinderlinse stehen. Insbesondere sind die Helligkeitsabweichungen Punkte
oder begrenzte Bereiche höherer
Helligkeit.
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Der
Winkel von 90° entspricht
dem Winkel zweier Vektoren, welche von der Zylinderlinse ausgehend
zu den beiden Punkten (oder begrenzten Bereichen) veränderter
Helligkeit zeigen. Der Punkt oder die Punkte veränderter Helligkeit können klar
umrissene Laserpunkte hoher Helligkeit sein, deren Breite im Wesentlichen
ihrer Höhe
entsprechen und deren Breite wiederum der Dicke der Laserlinie entspricht. Die
Bereiche können
auch je durch bspw. zwei direkt nebeneinander liegende Punkte (Punktepaar)
erhöhter
Helligkeit dargestellt werden. Eine derartige Helligkeitsabweichung
kann so realisiert werden, dass, wie später beschrieben, der jeweilige
Laserstrahl breiter als die Dicke (= Durchmesser) der Zylinderlinse
ist, so dass ein jeweiliger Teil des Laserstrahls an der Zylinderlinse
seitlich vorbei geleitet wird und ungebrochen Teil der Laserlinie
wird.
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Alternativ
können
die Punkte oder Bereiche der Helligkeitsabweichung auch eine geringere
Helligkeit aufweisen. Dies ist bspw. dadurch zu realisieren, dass
an der Zylinderlinse an geeigneten Stellen, welche um 90° winkelversetzt
sind, Gravuren, wie Riefen, Kratzer oder sonstige Strukturen vorgesehen sind,
welche das Laserlicht an diesen Stellen verändert ablenken und so in der
Laserlinie dunkle Stellen erzeugen. Verallgemeinert läßt sich
dies mit DOEs (Diffraktive Optische Elemente) vergleichen. DOE sind
optische Elemente, bei denen auf einen Glasträger z. B. durch Fotolitographie
Mikrostrukturen aufgebracht sind. Ähnlich wie bei einer Linse
kommt es durch unterschiedliche optische Weglängen der Teilstrahlen zu Phasenmodulationen,
welche Interferenzmuster entstehen lassen. Wenn es auch aufgrund
des zylindrischen Umfangs der Zylinderlinse technisch aufwendig
ist, hier entsprechende Mikrostrukturen (DOE) aufzubringen, so ist
es dennoch prinzipiell möglich.
Ferner können
auch hinter der Zylinderlinse und von ihr getrennt Elemente in den Strahlengang
gebracht werden, welche die genannten Helligkeitsabweichungen erzeugen.
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Auch
lassen sich die Punkte veränderter
Helligkeit durch zusätzliche
Laserquellen erzeugen, welche zu den bereits genannten Laserquellen
parallel versetzt angeordnet sind und deren Strahlen nicht durch
die Zylinderlinse abgelenkt werden. Diese Bauform ist zwar technisch
aufwendiger, jedoch lassen sich so besonders helle 90°-Winkelmarkierungen erzeugen.
Diese zusätzlichen
Laser können
zur besseren Wahrnehmbarkeit Laser einer unterschiedlichen Farbe
sein.
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Wie
bereits erwähnt,
kann in einer bevorzugten Ausführungsform
die Breite des kollimierten Laserstrahls breiter als der Durchmesser
der Zylinderlinse sein. Aufgrund dieser Konstruktion werden Randbereiche
eines Laserstrahls der radial auf die Mitte der Zylinderlinse zielt,
nicht von der Linse abgelenkt, sondern erzeugen unmittelbar zwei
hellere Punkte in der Laserlinie. Da das Laserlicht kollimiert ist,
entspricht der innere Abstand beider Punkte dem Durchmesser der
Zylinderlinse. Sofern es für
den Benutzer zu Verwirrungen kommen kann, welcher dieser Punkte
als exakte 90°-Markierung
zu verwenden ist, kann in einer weiteren Ausgestaltung einer dieser Punkte
abgedeckt (maskiert) werden, so dass nur noch einer dieser Punkte
Bestandteil der Laserlinie wird.
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Mit
anderen Worten: Als Laserlichtquellen kommen vorzugsweise Laserdioden
zum Einsatz, die physikalisch bedingt elliptisch divergente Lichtkegel emittieren,
welche nach Kollimierung in parallele Strahlenbündel mit elliptischem Querschnitt
transformiert werden. Die Langachse dieser Ellipse wird dabei vorzugsweise
so eingestellt, dass sie geringfügig größer ist
als der Durchmesser der Zylinderlinse, auf die das kollimierte Strahlenbündel geschickt
wird, so dass Randstrahlen des Strahlenbündels beiderseits der Zylinderlinse
diese ungebrochen passieren. Der Hauptanteil des Strahlenbündels geht
jedoch durch die Zylinderlinse hindurch und wird durch diese gebrochen.
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Anstelle
der genannten Maskierung ist es in einer alternativen Ausführungsform
auch denkbar, dass die Laserstrahlen der Laserquellen nicht zentral,
also radial auf die Zylinderlinse treffen, sondern versetzt sind.
In diesem Sinne wird ein Teil des Laserstrahls an der Zylinderlinse
vorbeigeleitet. Dieser Versatz sollte in der optischen Ebene sein.
Hierdurch ist es möglich,
dass lediglich auf einer Seite der Zylinderlinse der elliptische
Laserstrahl über
die Zylinderlinse hinausragt. So wird in der Laserlinie lediglich ein
Punkt veränderter,
also insbesondere größerer Helligkeit
erzeugt. Dieser Versatz kann als ein Parallelversatz realisiert
werden, in dem Sinn, dass ein ehemals exakt achsmittig ausgerichteter
Strahl parallel versetzt wird, oder alternativ kann die Laserdiode um
einen kleinen Winkel verdreht sein.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist jeweils eine der
Laserquellen mit der entsprechenden Kollimierlinse zu einem Lasermodul
als einer einteiligen Baugruppe zusammengefasst. Hierdurch kann
in dem produktionstechnischen Ablauf die Laserquelle, also insbesondere
die Laserdiode mit der Kollimierlinse, einstückig von einem Zulieferer bezogen
werden. Dies spart Kosten und aufgrund der integrierten Bauform
ist eine exakte Ausrichtung von Kollimierlinse zur Laserquelle einfach
realisierbar.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Winkelbereich der nutzbaren
Helligkeitsverteilung der gemeinsamen Laserlinie beider Laserquellen
mindestens 160°,
vorzugsweise mindestens 180°,
höchst
vorzugsweise mindestens 200°.
Es ist bekannt, dass mit einer Anordnung mit einem Laser und einer
Zylinderlinse eine Laserlinie mit ausreichender Helligkeit von ca.
140° erzeugt
werden kann. Durch die Überlagerung
der Laserlinien unterschiedlicher Laserquellen, lassen sich die
genannten Winkelbereiche erzeugen. Die nutzbare Helligkeitsverteilung
ist hierbei so definiert, dass ein Anwender bei normalem Arbeiten
mit dem Linienlaser bei durchschnittlicher Helligkeit im umgebenden Raum,
also bspw. und insbesondere ohne besondere Sonneneinstrahlung, den
Strahl ausreichend gut erkennen kann. Ein gut erkennbarer Laserstrahl
sollte mindestens 10% der Helligkeit von einem Bereich des Laserstrahls
maximaler Helligkeit aufweisen.
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Zeichnung
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend exemplarisch anhand
von Ausführungsbeispielen
eingehend erläutert.
Die Beschreibung, die zugehörigen
Figuren sowie die Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale,
insbesondere auch die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
dreidimensinale Ansicht des Linienlasers,
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2 eine
Frontalansicht des Linienlasers,
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3 eine
Seitenansicht des Linienlasers,
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4 eine
horizontale Ansicht in der optischen Ebene,
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5 eine
schematische Ansicht der Helligkeitsverteilung,
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6 die Überlappung
von der Zylinderlinse und einem der Laserstrahlen
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7 eine
Variante der seitlichen Überlappung
mit einer Blende und
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8 eine
Variante mit lediglich einer Laserquelle.
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1 zeigt
in dreidimensionaler Ansicht die optische Einheit des Linienlasers 1.
Es ist im oberen Bereich ein oberes Rahmenelement 82 dargestellt, welches
mit einem Gehäuse
(nicht dargestellt) des Linienlasers 1 befestigt ist. In
dem Rahmenelement 82 ist über eine kugelgelagerte obere
Lagerachse 32 (3) das Lagerglied 30 um
eine Horizontalachse schwenkbar gelagert. Dieses Lagerglied 30 ist
in seinem unteren Bereich mit einer unteren Lagerachse 34 verbunden,
welche ebenfalls horizontal ausgerichtet und um 90° gegenüber der
oberen Lagerachse 32 verdreht ist. An der unteren Lagerachse 34 hängt die
Trägerbaugruppe 40.
So gesehen kann das Lagerglied 30 als ein Kettenglied mit
verdrehten Ösen
bezeichnet werden.
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Die
Trägerbaugruppe 40 ist
der Träger
für die beiden
Lasermodule 10a, 10b, die Zylinderlinse 20 und
den Wirbelstromblock 50 (2 oder 3).
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Jedes
der Laserbaumodule 10a und 10b umfasst eine Laserdiode 11a, 11b und
eine Kollimierlinse 12, welche über eine Anschlusshülse (nicht
dargestellt) als eine Baugruppe integriert sind. Eine Laserdiode
erzeugt einen divergenten Strahl, welcher im Querschnitt oval bzw.
ellipsenförmig
geformt ist. Durch die Kollimierlinse 12 wird der Laserstrahl
kollimiert, d. h. parallel ausgerichtet. Bei Lasern mit geringer
Leistung kann das Verhältnis
des minimalen und maximalen Durchmessers des Ovals ca. 4–6 betragen
und nimmt mit größeren Laserleistungen
ab. Bei größeren Laserleistungen
ist der Laserquerschnitt also eher kreisförmig. Die Strahlform ist ferner
bauartabhängig.
Nach der Kollimierlinse weitet sich der Laserstrahl praktisch nicht
weiter auf und hat einen konstanten Querschnitt, welcher oval bzw.
ellipsenförmig ist.
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Da
für das
Kollimieren eine exakte Orientierung von Laser zur Linse notwendig
ist, ist es im Sinne von einer kostengünstigen und qualitativ genauen Produktion
sinnvoll, die Lasermodule 10a, 10b als eine Baugruppe/Einheit
zu verwenden.
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Jedes
der Lasermodule 10a, 10b wird in einer zylinderförmigen Aufnahme
der Trägerbaugruppe 40 aufgenommen.
Die beiden Lasermodule, oder genauer die von ihren ausgestrahlten
Laserstrahlen sind komplanar, d. h. liegen in einer optischen Ebene. Ein
radialer Schnitt, also senkrecht durch die Zylinderlinse 20,
liegt ebenfalls in dieser optischen Ebene.
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Die
zylinderförmigen
Aufnahmen der Trägerbaugruppe 40,
in welchen die Lasermodule 10a, 10b aufgenommen
werden, sind exakt zu der Zylinderlinse 20 ausgerichtet.
Dies bedeutet, dass sie in der bevorzugten Ausführungsform exakt und zentral
zur Mittelachse der Zylinderlinse 20 ausgerichtet sind.
In alternativen Ausführungsformen,
wie später
beschrieben, können
die Laserstrahlen 3a, 3b auch leicht versetzt
sein, ohne dabei aber die genannte optische Ebene zu verlassen.
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Unterhalb
des Bereichs der Lasermodule 10a, 10b befindet
sich ein Wirbelstromblock 50, welcher bevorzugt aus Kupfer
gefertigt ist. Dem Wirbelstromblock 50 ist unmittelbar
nach unten benachbart und berührungsfrei
ein an dem Sockel 84 befestigter Permanentmagnet 60 zugeordnet.
Dieser Permanentmagnet 60 umfasst eine Mehrzahl (bspw.
4) von einzelnen Magnetelementen, welche so ausgerichtet sind, dass
eine Vielzahl von Magnetfeldlinien durch den Wirbelstromblock 50 geleitet
werden. Nach dem Prinzip des Waltenhof'schen Pendels werden bei Relativbewegungen
von Wirbelstromblock 50 zu dem Permanentmagneten 60 im
Wirbelstromblock 50 Ströme
induziert, deren Magnetfelder entgegen dem(n) Feld(ern) des Permanentmagneten 60 wirken und
so die Pendelbewegung abbremsen. Auf diese Weise kann eine Pendelbewegung
der Trägerbaugruppe 40 über das
Lagerglied 30, welche durch z. B. einen Stoß gegen
den Linienlaser entstanden sein kann, leicht gebremst, bzw. gedämpft, so
dass sich die Trägerbaugruppe 40 in
den nivellierten Zustand bewegt. Die Selbstnivellierung tritt deshalb
auf, da der Schwerpunkt der Trägerbaugruppe 40 in
der Gesamtheit mit den daran befestigten Komponenten exakt lotrecht
unter dem lotrecht projizierten Schnittpunkt der oberen und unteren
Lagerachse 30 und 32 liegt.
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Um
die Lage des Schwerpunkts exakt zu tarieren, können zwei Tarierschrauben (nicht
dargestellt) vorgesehen sein, welche an der Trägerbaugruppe 40 befestigt
sind und über
unterschiedliche Einschraubtiefen den Schwerpunkt entsprechend beeinflussen.
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Ferner
ist an dem Sockel 84 ein Radialanschlag 86 vorgesehen.
Wenn der Linienlaser grob schräg
aufgestellt ist oder Erschütterungen
ausgesetzt wird, so begrenzt der Radialanschlag die Auslenkung der
Trägergruppe 40 gegenüber dem
Gehäuse,
insbesondere dessen Sockel 84. Bei grob schräger Aufstellung,
also etwa mehr als 10° oder 15° Neigung
des Geräts
gegenüber
der Horizontalen kann sich die Trägerbaugruppe 40 aufgrund
des Radialanschlags nicht mehr selbst nivellieren. Um den Benutzer
vor einem nicht korrekt nivellierten System zu warnen, kann ein
Kontrollstromkreis von dem Permanentmagneten 60 über den
Radialanschlag 86 zu dem Sockel 84 vorgesehen
sein, der beim Anschlag geschlossen wird und dann entsprechend ein
bspw. akustisches Warnsignal ausgibt.
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Jeder
der beiden Laserstrahlen trifft radial auf die Zylinderlinse 20 und
tritt in sie ein. Die Zylinderlinse ist eine zylindrische Stange
aus optischem Material und polierten Oberflächen. Beim Austritt bleibt
der Laserstrahl in der genannten optischen Ebene, wird aber stark
aufgefächert.
Die Helligkeitsverteilung ist in der Verlängerung des Strahls am höchsten und
nimmt zu den Seiten ab. In einer Spannbreite von ca. +/– 70° von der
Verlängerung der
Laserlinie aus gesehen, weist der aus der Zylinderlinse 20 austretende
aufgefächerte
Laserstrahl eine derartige Helligkeit auf, dass seine Projektion (welche
auch als Laserlinie bezeichnet wird) auf eine Oberfläche so hell
ist, dass sie für
die genannten Mess- oder
Bezugsarbeiten ausreichend ist.
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Um
die Helligkeit der projizierten Laserlinie zu erhöhen, werden
die beiden dargestellten Lasermodule 10a, 10b gemeinsam,
also deren Laserstrahlen kumulativ, verwendet. Zwischen ihnen wird
der Winkel innerhalb der optischen Ebene so gewählt, dass in der Überdeckung
ihrer Strahlen die gemeinsam projizierte Laserlinie eine ausreichende
bzw. gewünschte
Helligkeit aufweist. Neben den zwei Lasern, wie in dem Ausführungsbeispiel
dargestellt, kann auch eine andere, also insbesondere größere Laseranzahl
verwendet werden.
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4 zeigt
die Überlappung
der Strahlen der Lasermodule 10a und 10b in einer
horizontalen Ansicht, welche der optischen Ebene entspricht. Das gemäß 4 im
Winkel von 45° nach
unten zeigende Lasermodul 10a erzeugt eine Strahlaufspaltung bzw.
Helligkeits-(= Intensität-)spektrum 15a,
welches im Winkelbereich von 140°,
also jeweils 70° von
der Strahlverlängerung
zu beiden Seiten in der optischen Ebene, eine Helligkeit aufweist,
welche für
die Verwendung für
die genannten Markierungsarbeiten ausreicht. Entsprechend verhält es sich
mit dem Intensitätspektrum 15b des
Lasermoduls 10b.
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5 zeigt
die einzelnen Helligkeitsverteilungen 15a und 15b der
beiden Lasermodule 10a und 10b über ihre
Winkelbereiche. Die dargestellte 0°-Winkellage entspricht dem von der Zylinderlinse 20 ausgehenden
direkt nach rechts zeigenden Strahl gemäß der 4. Der in 5 verwendete
Winkel läuft
in 4 entgegen dem Uhrzeigersinn. So ist der Strahl
des Lasermoduls 10b, der um 45° nach rechts oben (4)
zeigt, als Helligkeitsverteilung 15b der 5 dargestellt.
Entsprechend zeigt 5 die Helligkeitsverteilung 15a des
Lasermoduls 10a. Die Helligkeitsverteilungen 15a und 15b haben
ihr Maximum bei –45° bzw +45°. Da beide
Strahlen in der gleichen optischen Ebene liegen, ergibt sich in
der Summe eine gemeinsame Helligkeitsverteilung 16, welche über einen
weiten Winkelbereich die weitestgehend gleiche Helligkeit aufweist. Über eine
Variation der Anzahl der Lasermodule und deren winkelmäßige Verteilung
lässt sich über einen
sehr weiten Winkelbereich die Helligkeitsverteilung gezielt einstellen. 5 zeigt
ferner, dass jede der Helligkeitsverteilungen in einem Winkelbereich
von 140°,
also jeweils +/–70° vom Mittelpunkt
bei –45° oder +45° ausgehend,
eine Helligkeit aufweist, welche für die Markierungsarbeiten ausreichend
ist. Somit hat die resultierende gemeinsame Helligkeitsverteilung 16 eine nutzbare
Breite von insgesamt 230°.
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Mit
anderen Worten: Durch Überlagerung der
Helligkeitsverteilungen der Laserlinien beider Laserlichtquellen
entsteht so eine einzige, kontinuierliche Laserlinie, deren Intensität in einem
mittleren Winkelbereich von ca. 120° am höchsten und relativ homogen
ist und beiderseits nach außen
zu abfällt, jedoch
in einem Winkelbereich von ca. 230° für Justier-, Markier-, Mess-
und Ausrichtaufgaben nutzbar ist. Durch die Verwendung einer einzigen
Zylinderlinse zur Auffächerung
zweier Laserstrahlen können der
optische Aufbau vereinfacht, Fertigungskosten reduziert und zudem
Justierungsaufwand optischer Komponenten zur Korrektur eines etwaigen
Parallelversatzes der beiden überlagerten
Laserlinien eingespart werden.
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Häufig ist
es für
den Anwender notwendig, nicht nur eine gleichmäßige, horizontale Laserlinie, also
horizontale Projektion der aufgefächerten Laserstrahlen zu haben,
sondern zusätzlich
die Möglichkeit
der rechtwinkligen Markierung in der Laserlinie. 6 zeigt
dazu eine Ansicht vom Blickpunkt einer der Laserdioden auf die Zylinderlinse 20.
Sie wird durch den ovalen Laserstrahl 90, bestehend aus
den Anteilen 18 und 19 geschnitten. Hierbei ist
der größere Durchmesser
des Laserstrahls 90, (gemäß 6 in der
Horizontalen) größer als
der Durchmesser der Zylinderlinse 20. Der größere Durchmesser
liegt vorzugsweise in der optischen Ebene. Der abgelenkte Laseranteil 18 trifft
auf die Zylinderlinse 20 und wird an ihr gebrochen bzw.
abgelenkt, um so die Laserlinie zu erzeugen. Die beiden nicht abgelenkten
Laseranteile 19 gehen an den Seiten der Zylinderlinse vorbei
und sind komplanar zu der Laserlinie, so dass sie als zwei nebeneinander
liegende hellere Punkte (oder ein Punktepaar) innerhalb der Laserlinie
wahrnehmbar sind. Da nun bei der vorliegenden Ausführungsform
zwei Lasermodule 10a, 10b verwendet werden, welche
exakt im Winkel von 90° zueinander stehen,
werden auch zwei Punktepaare erzeugt, welche in Bezug auf die Zylinderlinse
im Winkel von 90° zueinander
liegen. Diese Punkte können
zu senkrechten Messungen oder Lotungen verwendet werden. Die Laserquellen
können
auch in der optischen Ebene leicht seitlich versetzt oder in einem
geringen Winkel gekippt ausgeführt
sein, dass der Strahl leicht außermittig
auf die Zylinderlinse 20 trifft, so dass nur an einer seiner
Seiten ein nichtgebrochener Strahl auftritt, welcher in der Laserlinie
einen hellen Punkt bewirkt.
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7 zeigt
eine weitere Alternative, welche grundsätzlich der 6 entspricht.
Zusätzlich
ist hier zwischen der Zylinderlinse 20 und der Laserquelle eine
Blende 91 eingefügt.
Diese Blende hat eine Öffnung 94,
sodass nur ein Teil des Hauptstrahl auf die Zylinderlinse trifft.
Die Öffnung
kann auch der Fläche 18 der 6 entsprechen
oder größer sein,
so dass der Laserstrahl nicht geschwächt auf die Zylinderlinse 20 trifft.
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Ferner
weist die Blende zwei weitere rechteckige Öffnungen 92 auf. So
entsteht am Laserstrahl beim Durchtritt durch die Öffnungen 92 ein
Beugemuster, welches in der Projektion der Laserlinie als Nebenmaxima
auftritt, welche ein rechtwinkliges Bezugskreuz um den Laserpunkt
bewirken. Die Nebenmaxima liegen in der optischen Ebene und senkrecht dazu.
Die Öffnungen 92 können vorzugsweise
rechteckig, quadratisch oder auch rund ausgeführt sein.
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8 zeigt
eine weitere Alternative des Linienlasers, welche nur eine Laserquelle 19b benötigt. Der
Laserstrahl 3b trifft auf eine Teilerplatte 80,
welche im 45° Winkel
zum Laserstrahl 3b steht und halbdurchlässig ist. Etwa die Hälfte des
Strahls durchdringt die Teilerplatte 80 und trifft unabgelenkt
(nur mit gewissem Parallelversatz) auf die Zylinderlinse 20,
von derer in eine Laserlinie aufgeweitet wird. Ein anderer Teil
des Strahls wird um 90° abgelenkt
und trifft auf ein Umkehrprisma 81, welches den Strahl
in der optischen Ebene parallelversetzt und richtungsumgekehrt umwandelt.
Dieser umgelenkte Strahl 3a trifft, wie bereits beschrieben,
auf die Zylinderlinse 20 und wird dort aufgeweitet.
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Der
Linienlaser 1 ist zu allen Seiten von einem Gehäuse (nicht
dargestellt) umgeben, welches am Laseraustrittsbereich mit einem
radial (teil-)umlaufenden Fenster versehen ist und den Linienlaser vor
Umwelteinflüssen,
wie z. B. Schmutz oder Fremdkörpern
schützt.
Ferner ist die elektrische Einheit nicht dargestellt, welche an
dem Gehäuse
befestigt ist und eine elektrische Versorgung, wie z. B. Batterien 88 umfasst
und zumindest einen Schalter, um die Laserquellen ein- und auszuschalten
und eine Verdrahtung. Die Verdrahtung umfasst Kabel, welche von
der elektrischen Einheit zu der Trägerbaugruppe 40 geführt sind,
wobei diese Kabel möglichst
biegeschlaff ausgeführt
sind, um die Selbstnivellierung möglichst nicht zu beeinflussen.
Es ist es optional möglich,
die Laserquellen getrennt zu schalten, um bei Anwendungen, bei denen
lediglich ein kurzer Laserstrahl benötigt wird, Energie der Batterieversorgung
zu sparen.
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Die
Erfindung wird nicht durch konkrete Ausführungsformen begrenzt und Merkmale
unterschiedlicher Ausführungsformen
sind frei miteinander kombinierbar. Begriffe in der Anmeldung, die
die Lage unterschiedlicher Komponenten zueinander beschreiben, wie „exakt
90°”, oder „senkrecht
zueinander” oder „innerhalb
der optischen Ebene” oder ähnliche
beschreiben die gewünschte
Idealposition/-lage und umfassen, dass sich aufgrund von der mechanischen/optischen
Ausgestaltung gewisse Abweichungen und Ungenauigkeiten ergeben können, welche von
der erfinderischen Lehre mit umfasst sind.