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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verstellung der Lichtquelle eines elektronischen Ausrichtgeräts, wobei die Bedienung durch eine motorische Verstellung der Lichtquelle vereinfacht wird sowie Verfahren, bei denen diese Vorrichtung verwendet wird.
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In den Dokumenten
DE 39 11 307 A1 und
DE 38 14 466 A1 ist beschrieben, dass die Ausrichtung zweier gekoppelter Wellen, die zum Beispiel einen Motor mit einer von diesem Motor angetriebenen Pumpe verbinden, mittels zweier an diesen Wellen befestigten Komponenten eines Ausrichtgerätes überprüft und korrigiert werden kann, wobei die Komponenten mindestens eine Lichtquelle, bevorzugt einen Halbleiterlaser oder eine Leuchtdiode, und mindestens einen Detektor enthalten. Eine dritte, ebenfalls zum Ausrichtgerät gehörige Komponente ist ein tragbarer Computer zur Anzeige der Fehlausrichtung und erforderlicher Korrekturen. Wenn die beiden erstgenannten Teile des Ausrichtgeräts an den Wellen befestigt sind, erfolgt aufgrund einer vorhandenen Fehlausrichtung eine sehr fein vorzunehmende Einstellung der Strahlrichtung des Lasers mit dem Ziel, dass der Lichtstrahl ungefähr die Mitte des Detektorbereichs trifft. Diese Einstellung des Lasers erfolgt mittels Schrauben und geeigneter Umlenkhebel von Hand. Das ist besonders schwierig, wenn einerseits das Target des Laserstrahls, das ja auf der zweiten Welle angebracht ist, beobachtet werden muss, und gleichzeitig die Griffe der Schrauben bedient werden müssen, wobei sich die Komponente des Ausrichtgeräts, die die Lichtquelle enthält, auf der ersten Welle befindet. Zusätzlich erschwert wird diese Aufgabe durch schlechte Lichtverhältnisse, eine raue Umgebung und oft schlechte Zugänglichkeit des Raums zwischen Motor und Maschine.
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Die Erfindung sieht nun vor, diese Justierarbeit zu erleichtern und zu automatisieren, indem an dem den Laser enthaltenden Teil der Vorrichtung ein motorischer Antrieb zur Feineinstellung des Lasers vorgesehen wird. Der Computer des Ausrichtgerätes, dessen Anzeige die vorhandene Fehlausrichtung darstellt und Hinweise zur Korrektur gibt, ist erfindungsgemäß dafür vorgesehen, dass die Steuerung der Motoren von dieser Auswerteeinrichtung aus über deren Eingabevorrichtung erfolgt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren, das diese Vorrichtung benutzt, sieht vor, dass nach Montage der entsprechenden Komponenten des Ausrichtgerätes auf den Wellen, also vor dem eigentlichen Ausrichtvorgang, die erforderliche Einstellung der Richtung des Laserstrahls auf die Mitte der Detektorfläche automatisch unter Kontrolle des Computers des Ausrichtgerätes mittels der Motoren der Vorrichtung vorgenommen wird.
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Ein zweites erfindungsgemäßes Verfahren umfasst eine Verstellung der Richtung des Laserstrahls vom Computer des Ausrichtgeräts mittels des motorischen Antriebs. Wenn beim Ausrichtvorgang selbst die Wellen in verschiedene Winkelstellungen gedreht werden, ist es möglich, dass dabei der Auftreffpunkt des Lichtstrahls den Rand des Detektors erreicht. Mittels dieses zweiten Verfahrens der Verstellung der Richtung des Laserstrahls vom Computer des Ausrichtgeräts mittels des motorischen Antriebs bei stehender Welle gelangt der Auftreffpunkt des Lichtstrahls wieder näher zur Mitte des Detektorbereichs, wenn er zuvor zu nahe an den Rand des Detektors gekommen war.
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Bei einem dritten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Richtung des Lichtstrahls vom Computer des Ausrichtgeräts zwischen zwei vordefinierten Richtungen verändert, zum Beispiel durch Anfahren mechanischer Anschläge. Dann wird der Abstand zwischen den beiden Komponenten des Ausrichtgerät des automatisch bestimmt, indem die Auftreffpunkte des Lichtstrahls auf dem Detektor in diesen beiden vordefinierten Richtungen des Lichtstrahls gemessen werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren beschrieben. 1 zeigt die wesentlichen Elemente der Verstelleinrichtung. 2 stellt ein Ausrichtgerät in der Übersicht dar.
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Üblicherweise werden Ausrichtgeräte an Wellen befestigt, indem man mit einer Kette einen Metallblock mit einer prismatischen Ausnehmung an der Welle befestigt. Dieser Metallblock trägt zwei im wesentlichen radial, aber parallel zueinander verlaufende runde Stangen. Auf diese Stangen wird der eigentliche Messkopf geschoben, der mit zwei zu den Stangen passenden Metallrohren 13, 14 versehen ist. Wenn der Messkopf in die richtige Position gebracht worden ist, kann er mit Klemmschrauben fixiert werden. An den Rohren ist eine Trägerplatte 11 für die Elemente des Messkopfs angebracht. Da die Rohre 13, 14 im wesentlichen radial zur Welle verlaufen, ist die y-Achse der 1 bei einer horizontal verlaufenden Welle ebenfalls eine radial verlaufende Richtung. Wenn der Laser auf der Oberseite der Welle montiert ist, entspricht die Blickrichtung entlang der y-Achse einer Ansicht von oben oder unten.
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Auf einer separaten Platte 12 ist die Lichtquelle montiert. Diese Lichtquelle ist ein Halbleiterlaser oder eine LED, die in einem Gehäuse 82 montiert ist und einen Lichtstrahl 81 in Richtung der z-Achse aussendet. Die zweite Platte 12 ist auf der Trägerplatte 11 sicher befestigt, lässt sich aber in gewissen Grenzen verkippen. In der vereinfachten Darstellung der 1 verfügt die Trägerplatte 11 über zwei Spitzenlager 21 und 22. Zusammen mit diesen Spitzenlagern bilden zwei Bohrungen 25 und 26 die Ecken eines Rechtsecks. Diese Bohrungen sind mit nicht gezeigten Innengewinden versehen. Von der Rückseite der Trägerplatte 11 werden durch diese Bohrungen zwei passende Schrauben 23 und 24 geschraubt, deren Spitzen ebenfalls als Lager für die zweite Platte 12 dienen.
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Diese Platte 12 ist versehen mit Widerlagern für die Spitzenlager, die mit 51, 52, 53 und 54 bezeichnet sind. Die erste Platte 11 verfügt entlang der Kante 71 über eine nicht gezeigte Auflagefläche, auf der die Kante 72 der Platte 12 gleitend aufliegt. Damit die Platten 11 und 12 miteinander verbunden werden können, verfingen sie über Befestigungen 31, 32, 33 und 34 sowie 61, 62, 63 und 64, in die Schraubenfedern eingehängt werden können. Diese Befestigungen können z. B. halbkreisförmige Drahtbögen oder Augenschrauben sein. In der Praxis werden diese Befestigungen 31–34 und 61–64 nicht auf den Flächen 73 und 74 der Platten 11 und 12 angebracht, sondern auf den diesen Flächen gegenüberliegende Flächen. Die Schraubenfedern werden dann um die kleinen Flächen (z. B. 71 und 72) der Platten 11 und 12 herumgeführt. Zur Vereinfachung wurde die Darstellung der 1 gewählt.
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Wird nun die Schraube 24 in der Platte 11 gedreht, so bewirkt diese Bewegung im wesentlichen eine Verkippung der Platte 12 um die y-Achse, während ein Drehen an der Schraube 23 eine Verkippung um die x-Achse bewirkt. Die Darstellung der 1 wird im allgemeinen so nicht verwirklicht. Einerseits möchte man die Trägerplatte nicht durchbohren, andererseits ist es aufgrund räumlich beengter Verhältnisse sinnvoller, die Schrauben von oben zu bedienen und sie mit ihren Achsen entsprechend parallel zur y-Achse anzuordnen. Dann ist es erforderlich, die axiale Bewegung der Schrauben über Umlenkhebel oder andere geeignete Vorrichtungen in eine Verkippung der Platte 12 umzuwandeln. Der Fachmann kennt geeignete Methoden, die Vorrichtung zur Verkippung durch geeignete Auflageflächen zu erweitern, die an den Flächen 71, 72 und den weiteren sechs kleineren Flächen der Platten 11 und 12 dafür sorgen, dass sich die relative Position der beiden Platten zueinander in x- und z-Richtung nicht verändert, wenn die Ausrichtgeräte bei der Messung mit den Wellen, an denen sie befestigt sind, gedreht werden.
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In 2 sind die beiden Wellen mit den Ziffern 1 und 2 bezeichnet und die diese Wellen verbindende Kupplung mit dem Bezugszeichen 3. Auf einem Metallblock 17 ist eine erste Komponente 15 montiert und auf einem zweiten Metallblock 18 eine zweite Komponente 16 des Ausrichtgeräts. Im oberen Teil der ersten Komponente 15 befindet sich die Lichtquelle 82, die den Lichtstrahl 81 in Richtung auf die zweite Komponente 16 aussendet. Diese zweite Komponente 16 enthält einen Reflektor 6, der hier als Prisma mit zwei verspiegelten Flächen 6a ausgeführt ist und der den Lichtstrahl 81 als Lichtstrahl 81a zurück zur ersten Komponente 15 reflektiert, wo er den Detektor 83 im Auftreffpunkt 20 trifft. In der ersten Komponente 15 ist die Lichtquelle 82 auf den auch in 1 gezeigten Platten 11 und 12 montiert, so dass sie motorisch verstellt werden kann. Die in der ersten Komponente 15 befindlichen Motoren zur Verstellung der Platte 12 relativ zu Platte 11 werden vom Computer 90 des Ausrichtgeräts über ein die erste Komponente 15 mit dem Computer 90 verbindendes Kabel 91 oder drahtlos angesteuert.
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Erfindungsgemäß ist nun eine motorische Verstellung vorgesehen, die es ermöglicht, dass das Personal für die oft nötige Einstellung des Laserstrahls auf den gewünschten Auftreffpunkt vornehmen kann, ohne die Komponenten 15 und 16 zu berühren. Die Ansteuerung des oder der Motoren kann dabei über Bedienelemente vorgenommen werden, die sich an dem ohnehin zum Ausrichtgerät gehörenden Computer 90 befinden, der zur Anzeige der Ausrichtdaten und der nötigen Korrekturen erforderlich ist. Alternativ kann die motorische Verstellung der Auftreffposition des Lichtstrahls auf dem Detektor auch von einem Programm im Computer 90 automatisch vorgenommen werden.
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Durch die Erfindung ist es somit möglich, dass nach der ersten Befestigung der Metallblöcke 17 und 18 auf den Wellen 1 und 2, also vor Beginn der eigentlichen Ausrichtmessung die erforderliche Positionierung des Auftreffpunkts 20 des Laserstrahls auf dem Detektor nicht mit letzter Genauigkeit von Hand vorgenommen werden muss, sondern dass es ausreicht, den Laserstrahl nur grob von Hand auf den Detektor auszurichten. Die genaue Ausrichtung der Lichtquelle in der Komponente 15 kann dann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, dass der Ausrichtcomputer 90 motorisch eine Verstellung der Platten 11 und 12 relativ zueinander vornimmt, bis der Auftreffpunkt 20 in einem vorgegebenen Bereich um die Mitte des Detektors 83 zu liegen kommt. Die Größe dieses Mittenbereichs kann z. B. 20% der Größe des Detektors 83 betragen.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die motorische Verstellung dazu benutzt, den Messbereich des Detektors zu erweitern. Um die Ausrichtung zu ermitteln, ist es erforderlich, dass die Wellen
1 und
2 mit den fest darauf montierten Metallblöcken
17 und
18 sowie den daran befestigten Komponenten
15 und
16 in verschiedene Positionen gedreht werden. Diese Drehung ist in
2 durch den gebogenen Pfeil um die Welle
2 angedeutet. Bei dieser Drehung kann es vorkommen, dass der Auftreffpunkt
20 die nutzbare Fläche des Detektors
83 verlässt. Dann ist es nach bisherigem Stand der Technik, beschrieben im Patentdokument
US 6,040,903 , erforderlich die Position einer der beiden Komponenten
15 und
16 und der sie tragenden Metallblöcke
17 und
18 auf der jeweiligen Welle durch Drehung der jeweiligen Komponente und des sie tragenden Metallblocks um die Welle so zu verändern, dass der Auftreffpunkt
20 auf dem Detektor
83 wieder näher zur Mitte des Detektors
83 zu liegen kommt. Durch die erfindungsgemäße motorische Verstellung ist es nun möglich, den Lichtstrahl und damit den Auftreffpunkt
20 nachzuführen, ohne in die Montage der Komponenten
15 und
16 auf den Wellen
1 und
2 einzugreifen, wenn der Auftreffpunkt
20 den Randbereich des Detektors
83 erreicht hat. Die Größe des Randbereichs kann 10% oder 5% der Größe des Detektors betragen. Ein Programm im Computer
90 berechnet anhand der vorangegangenen Bewegung des Auftreffpunkts
20 auf dem Detektor
83, die ja durch die Drehung der Wellen
1 und
2 verursacht wurde, in welche Richtung und um welchen Betrag eine Verstellung der Richtung der Lichtquelle vorzunehmen ist und veranlasst die entsprechende Verstellung durch Ansteuerung der Motoren und damit eine entsprechende relative Verschiebung der Platten
11 und
12. Wenn der Auftreffpunkt
20 dann wieder in einem vorgegebenen Bereich um die Mitte der nutzbaren Fläche des Detektors
83 zu liegen gekommen ist, kann man mit der Drehung der Wellen
1 und
2 fortfahren und die eigentliche Ausrichtmessung fortsetzen.
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Ein drittes Verfahren sieht vor, die Position des Lichtstrahls auf dem Detektor 20 definiert zu verändern, zum Beispiel durch Bewegung von einem ersten Anschlag zum einem zweiten Anschlag. Durch diese Veränderung der Richtung des Laserstrahls um einen definierten Winkel ist es möglich, anhand der resultierenden Änderung der Position des Auftreffpunkts 20 mit einfachen geometrischen Verfahren den Abstand zwischen den Komponenten 15 und 16 zu errechnen. Diese Berechnung kann vorteilhaft im Computer 90 des Ausrichtgeräts erfolgen, der zu dieser Abstandsbestimmung auch die Ansteuerung der Motoren vornimmt.
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Die zur Verstellung notwendigen Motoren können in verschiedenen Ausführungsformen bereitgestellt werden, je nach Art der verwendeten Einstellvorrichtung für die Platte 12. Wenn, wie in 1 dargestellt, Schrauben zur Verkippung der Platte 12 verwendet werden, so kann es sich bei den Motoren um drehende Motoren handeln, deren Welle mit einem Außengewinde versehen ist. Wenn, wie vorstehend beschrieben, Umlenkhebel zum Einsatz kommen, werden die Schrauben durch geeignete Motoren ersetzt, die eine lineare Bewegung vollführen. Linearmotoren können direkt die Schrauben ersetzen, auch wenn keine Umlenkhebel vorhanden sind.
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Allgemein sind Piezomotoren zur Durchführung der Erfindung bevorzugt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung werden linear wirkende Piezomotoren verwendet.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von Trägerplatten, den Ersatz von Schrauben durch Motoren oder die Verbindung der Trägerplatten durch Federn beschränkt. Dem Fachmann ist eine Vielzahl weiterer Maßnahmen bekannt, mit denen eine feine Einstellung der Strahlrichtung eines Lasers möglich ist.
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In dem Messkopf, der den Laser enthält, ist zur Versorgung des Lasers und des Interface zur Kommunikation mit dem Computer ohnehin ein Batteriefach enthalten. Von dort können auch die Motoren zur Ausrichtung des Lasers mit Strom versorgt werden.
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Weiter ist es Gegenstand der Erfindung, dass die Ansteuerung der Motoren nicht am Messkopf selbst vorgenommen wird, sondern an dem ohnehin zum Ausrichtgerät gehörenden Computer 90. Dieser Computer ist mit dem Messkopf über elektrische Leitungen oder drahtlos verbunden. Diese Verbindung dient zum Beispiel der Übermittlung von Informationen, die auf den Laserstrahl aufmoduliert werden sollen, oder, wenn ein Detektor in Messkopf vorhanden ist, der Übermittlung der Messwerte des Detektors an den Computer des Ausrichtgeräts.
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Über diese Verbindung ist es möglich, vom Computer des Ausrichtgeräts an den Messkopf Daten zu übertragen, die dem Messkopf mitteilen, welcher Motor gefahren werden soll, in welche Richtung dieser Motor fahren soll und wie lange er fahren soll. Diese tragbaren Computer sind mit Cursortasten, Vierwegetasten oder anderen Eingabevorrichtungen wie Maus, Touchpad, Trackstick, Trackball oder Joystick ausgestattet. Die Ansteuerung der Motoren im Messkopf mit dem Laser erfolgt über eine geeignete Software im Zusammenspiel mit diesen Eingabevorrichtungen. Selbstverständlich kann, wie vorstehend beschrieben, die Richtung des Lichtstrahls auch vom Computer selbst über ein entsprechendes Programm verändert werden.
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Bei einer über die Bedienelemente gesteuerten Verstellung der Richtung des Lichtstrahls kann der Benutzer eines solchen Ausrichtgeräts leicht den Auftreffpunkt des Laserstrahls beobachten und beeinflussen, ohne umständlich einerseits mit dem Auge in der Nähe der Messvorrichtung auf der Welle den Auftreffpunkt zu beobachten und andererseits in dieser Haltung schwer zugängliche Schrauben sehr empfindlich einstellen zu müssen. Wenn der Laser erst einmal auf das Detektorelement trifft, so ist auch eine Anzeige des Auftreffpunkts auf dem Display des Computers leicht möglich, so dass auch eine direkte Beobachtung in der Nähe des Messkopfs auf der zweiten Welle nicht mehr notwendig ist.
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Es versteht sich, dass die Erfindung vorteilhaft auch mit anderen Arten von Ausrichtgeräten verwendet werden kann als der in 2 dargestellten Ausführungsform. So gibt es Ausrichtgeräte, in denen in einer der beiden Komponenten 15, 16 eine Lichtquelle und in der anderen ein bzw. zwei im Strahlengang hintereinander angeordnete Detektoren angeordnet sind. In wieder anderen Ausrichtgeräten sind in jeder der beiden Komponenten 15, 16 je eine Lichtquelle und je ein Detektor so angeordnet, dass sich die Lichtquelle und Detektor jeweils paarweise gegenüberstehen. Bei der letztgenannten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Strahlverstellung für eine oder für beide Lichtquellen eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3911307 A1 [0002]
- DE 3814466 A1 [0002]
- US 6040903 [0014]
