DE10217108A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen eines Laserstrahlenbündels für eine Lichtlinie auf Objekten - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Lichtlinie mit Hilfe eines Lasers, z. B. in der Bautechnik, beschrieben. Hierdurch wird eine gerade Linie in einem weiten Winkelbereich durch Licht erzeugt. Durch die Erfindung werden die Zahl der Bauteile verringert, das Einrichten der Vorrichtung vereinfacht und insofern die Kosten erniedrigt. Die Vorrichtung umfaßt eine einzige Laser-Lichtbündelquelleneinheit, mit einer zylindrischen Stablinse, die eine halbtransparente und eine ganz transparente Fläche aufweist, durch die das Lichtbündel teils reflektiert und im übrigen durchgelassen und gebrochen wird. Diese Teilbündel verteilen sich in einer ersten Richtung bzw. in einer entgegengesetzten zweiten Richtung und erzeugen rund um die Vorrichtung die Linie als gerade horizontale oder vertikale Beleuchtungslinie z. B. auf den umgebenden Wänden, wobei diese Linie auf Objekte vor oder hinter auf gegenüberliegende Seiten der Vorrichtung oder auf Objekte über und unter der Vorrichtung geworfen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung all­ gemein für Laserlichtmarkierungen in Form von Lichtlinien, mit der Ausstrahlung eines oder mehrerer Laserstrahlen oder Laserstrahlenbündel (im folgenden als Laserstrahlenbündel bezeichnet) auf ein oder mehrere Ziel-Objekte, und speziell zum Emittieren eines Laserstrahl-Linienbündels, das also als Bündel in einer Ebene liegt, und bezieht sich weiterhin auf ein Lasermarkierinstrument für die Bauindu­ strie zum Vermessen von Objekten wie den Wänden, der Decke, dem Boden usw. eines im Bau befindlichen Gebäudes mit Hilfe der emittierten Strahlenbündel.

Anstelle der Anzeichnungs- oder Farbstempeltechnik, bei der Zimmerer oder Bauarbeiter die Objekte durch Ziehen einer vertikalen oder horizontalen Linie auf jeweiligen Oberflächen mit chinesischer Tusche oder Kalk vermessen, wird heutzutage in der Bauindustrie eine Vorrichtung zum Emittieren einer Laserlicht­ linie verwendet.

Diese Vorrichtung erzeugt ein auf eine Ebene beschränktes Laserstrahlen- Lichtbündel zum Ziehen einer Lichtlinie auf dem Ziel-Objekt. Hierzu wird das diffundierende Emissionsbündel eines Halbleiterlasers durch eine Kollimatorlinse, die sich in der Vorrichtung befindet, kollimiert und das kollimierte Bündel durch eine zur Vorrichtung gehörende zylinderförmige Stablinse unidirektional diffun­ diert oder verteilt. Außerdem kann die Vorrichtung die Sicherung der Horizontalität oder Vertikalität der Lichtlinie durchführen, also die Funktion eines Lotes oder einer horizontalen Linie, indem sie kardanisch aufgehängt wird. Der Kardanmecha­ nismus erlaubt die konstante Positionierung einer Laserstrahlenbündel-Licht­ quelleneinheit, in der der Halbleiterlaser, die Kollimatorlinse und die Stablinse durch einen Halter oder eine Fassung gemeinsam montiert sind. Im Kardanmecha­ nismus befindet sich ein Lot oder Pendel, das die konstante Position der darin angeordneten Lichtquelleneinheit so aufrecht erhält, daß auch dann, wenn die gesamte Vorrichtung nach unten oder oben geneigt wird, diese Lichtquelleneinheit die horizontale oder im Lot befindliche Lichtlinie erzeugt.

In der Bauindustrie besteht Bedarf nach der Möglichkeit der Erzeugung einer geraden Linie, die ohne Unterbrechung einen weiten Winkel einschließt, also im in Bau befindlichen Gebäude in einem Bereich verläuft, der sich beispielsweise von einer Wand zur Decke, zur anderen Wand und zum Boden erstreckt, oder als horizontale Linie weiten Winkels sich über die umgebenden drei oder vier Wände erstreckt. Die Fig. 9 und 10 zeigen Beispiele für solche Lichtlinien erzeugende Vorrichtungen nach dem Stand der Technik, wie sie gemäß dem Bedürfnis entwor­ fen oder vorgeschlagen wurden.

Fig. 9 zeigt als Beispiel nach dem Stand der Technik eine Lichtlinien erzeugende Vorrichtung mit zwei Laser-Lichtquelleneinheiten 1 und 2, die jeweils eine Kollimatorlinse 12 bzw. 22 und eine Stablinse 13 bzw. 23 umfassen, die jeweils durch ihre Fassung gehalten sind. Die Lichtquelleneinheiten 1 und 2 sind als Paar so angeordnet, daß ihre jeweiligen optischen Achsen horizontal liegen und ihre proximalen Enden sich gegenüberstehen. Jede der Stablinsen 13 und 23 ist senkrecht in Bezug zur horizontalen optischen Achse angeordnet. Die Laser­ strahlenbündel der Einheiten 1 und 2 breiten sich also der Breite nach rechts und links je um 90° und um die gesamte Vorrichtung um 360° aus, so daß die Vorrichtung eine gerade horizontale Linie schafft, die die Objekte vor, hinter und auf gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung erfaßt. Offensichtlich kann man durch Verdrehen der Einheiten 1 und 2 um 90 auch eine hinsichtlich der Horizonta­ len vertikale Linie ziehen, die über die Objekte über, unter und auf gegenüberlie­ genden Seiten der horizontalen Vorrichtung verläuft.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Beispiel nach dem Stand der Technik, nämlich eine eine Lichtlinie erzeugende Vorrichtung mit einer Laserstrahlenbündel-Licht­ quelleneinheit 3, die einen Halbleiterlaser 31, eine Kollimatorlinse 32 und einen konischen Spiegel 34 umfaßt. Bei dieser Vorrichtung ist die Emissionsrichtung des vom Halbleiterlaser 31 emittierten Bündels von unten nach oben. Dieses Bündel, das durch die Kollimatorlinse zu einem parallelen Lichtfluß wird, wird so zum konischen Spiegel gestrahlt, daß der zentrierte Lichtfluß dessen Spitze erreicht. Der Laser-Lichtfluß wird also von der reflektierenden konischen Spiegelfläche in radialer Richtung in einem Winkelbereich von 360° reflektiert. Aus Fig. 10 ergibt sich, daß die vertikale Ausrichtung der Mittelachse des konischen Spiegels 34 das Ziehen einer horizontalen Linie auf den Objekten ermöglicht, während eine horizontale Ausrichtung der Mittelachse des konischen Spiegels 34, wobei die Richtung des Strahlenbündels seitwärts ist, das Ziehen einer vertikalen Linie auf den Objekten erlaubt.

Bei der bekannten Vorrichtung nach Fig. 9 ergibt sich das Problem, daß sie aufgrund der notwendigen Installation von zwei Laserstrahlenbündel-Quellen­ einheiten teuer ist. Außerdem erfordert sie eine individuelle Justierung der Winkel und der weiteren Positionen der Stablinsen der jeweiligen Einheiten zum Erzeugen der geraden Lichtlinie auf den umliegenden Objekten. Auch diese komplexe Justierung erhöht die Kosten der Vorrichtung.

Beim Stand der Technik nach Fig. 10 ergibt sich das Problem erhöhter Kosten aufgrund der schwierigen hochpräzisen Herstellung des konischen Spiegels und der für den konischen Spiegel erforderlichen Aufbringung reflektiven Materials auf der konischen Fläche. Außerdem bereitet die Justierung der koaxialen Position des Laser-Lichtflußzentrums und der Spitze des konischen Spiegels erhebliche Schwierigkeiten.

Demgegenüber soll durch die Erfindung eine Lösung der genannten Probleme des Stands der Technik geschaffen werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein präzises Laser-Lichtlinienbündel erzeugt werden. Die Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens bezieht sich auf ein Laser-Anzeichnungs­ instrument, dass das genaue Zeichnen einer horizontalen oder vertikalen Linie über den gesamten Winkelbereich bis 360° erlaubt, und dies trotz eines vereinfachten Aufbaus der Vorrichtung sowie einer Reduktion der Zahl der Teile und verein­ fachter Justierung.

Gemäß der Erfindung kann die das Linien-Laserstrahlenbündel, oder genauer: Ebenen-Laserstrahlenbündel, emittierende Vorrichtung auf die Verwen­ dung einer einzigen Laserstrahlenbündel-Lichtquelleneinheit beschränkt sein. Dies trägt dazu bei, die Zahl der Teile zu erniedrigen. Diese Quelleneinheit umfaßt eine Laserstrahlenbündel-Lichtquelle, eine Kollimatorlinse und eine zylindrische Stablinse und ist dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Stablinse ihrerseits eine vollständig transparente Fläche und eine semitransparente Fläche umfaßt, die jeweils einen Teil der Mantelfläche der zylindrischen Stablinse bedecken und einander für ein von der Lichtquelle emittiertes Strahlenbündel gegenüberliegen. Sie bilden also um den Umfang der Stablinse angeordnete, diesen Umfang aus­ füllende Zylindersegmente. Mehr im einzelnen dargestellt, geht man gemäß der Erfindung zum Emittieren eines Laserlichtbündels für eine Lichtlinie auf Ziel- Objekten von einer Laser-Lichtquelleneinheit einer Laserlichtbündel-Emittiervor­ richtung mit folgenden Verfahrensschritten vor: Emittieren eines Laserstrahlen- Lichtbündels von einer Laserstrahlenbündel-Lichtquelle der Lichtquelleneinheit; Kollimieren des emittierten Lichtbündels durch eine Kollimatorlinse der Licht­ quelleneinheit; und Ausbreiten des kollimierten Lichtbündels durch eine Stablinse der Lichtquelleneinheit in Richtung auf die Objekte; wobei man einen Teil des emittierten und kollimierten Lichtbündels durch eine semitransparente Fläche, die auf der Stablinse gebildet ist, in einer ersten angenäherten Halbebene reflektiert und den Rest des emittierten und kollimierten Lichtbündels durch die semitran­ sparente Fläche in die Stablinse eintreten läßt, wo er gebrochen wird und die Stablinse über eine vollständig transparente Fläche der Stablinse in einer zweiten angenäherten Halbebene, die zur ersten Halbebene entgegengesetzt orientiert ist, austreten läßt.

Die semitransparente Fläche der Stablinse reflektiert und verteilt einen ersten Teil des emittierten und kollimierten Lichtbündels in einer ersten radialen Halbebene, während der restliche Teil des Bündels durch die semitransparente Fläche hindurchtritt, von der Stablinse gebrochen wird und durch die vollständig transparente Fläche an der gegenüberliegenden Oberfläche der Stablinse in der zweiten radialen Halbebene verteilt wird.

Vorzugsweise nimmt die semitransparente Fläche in Bezug zur Mittelachse der Stablinse einen Segmentwinkel von maximal 140° ein. Der Grund hierfür ist, daß die semitransparente Fläche, wenn sie einen Winkel von mehr als 140° einnimmt, in Bezug zur Mittelachse der Stablinse eine Verteilung des Strahlenbün­ dels in einem Winkelbereich von 280° bewirkt. Hierdurch ergibt sich das Problem einer Überlappung des reflektierten und des gebrochenen Strahlenbündelteils.

Die Stablinse kann die optische Achse des emittierten und kollimierten Laserstrahlenbündels in Querrichtung schneidend vertikal oder horizontal an­ geordnet werden. Die vertikale Anordnung der Stablinse in Bezug zur optischen Achse ergibt die Emission der Laserlichtlinie auf Objekten, die sich vor, hinter und gegenüberliegend seitlich der emittierenden Vorrichtung befinden, während die horizontale Anordnung der Stablinse in Bezug zur optischen Achse eine Emission der Laserlichtlinie auf Objekte ergibt, die sich über, unter und gegenüberliegend seitlich (oder vor und hinter) der emittierenden Vorrichtung befinden.

Die Linien-Lichtquelleneinheit umfaßt vorzugsweise eine Fassung als Halter der Laserstrahlenbündel-Lichtquelle, der Kollimatorlinse und der Stablinse. Die Laserstrahlenbündel-Lichtquelle ist am hinteren Ende dieser Fassung befestigt und an dieser sitzt ein zylindrischer Innenspiegel, und zwar am angenäherten Mittelteil auf der Seite ihres vorderen Endes. Die Kollimatorlinse ist im zylindrischen Innenspiegel angeordnet und die Stablinse ist an dessen distalem Ende angeordnet.

Der zylindrische Spiegel für die Kollimatorlinse und die Fassung der Einheit haben vorzugsweise ein Paar gegenüberliegender Schlitze, durch die das geteilte und verteilte Laserstrahlenbündel von der Stablinse jeweils hindurchtreten kann.

Die Lokalisierung der Stablinse in Bezug zum Strahlenbündel ist damit leichter als beim Stand der Technik. Der zylindrische Spiegel zeigt eine Anord­ nungsbeziehung zwischen der Stablinse und dem Laserstrahlenbündel für die Justierung der Positionen zwischen diesen Teilen. Die beiden Schlitze im zylindri­ schen Spiegel und in der Fassung ermöglichen außerdem die Durchführung einer korrekten Positionierung des zylindrischen Spiegels relativ zur Fassung.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Emittieren des Linien- Laserstrahlenbündels ist die Lichtquelleneinheit in ein Lot oder Pendel eingebaut, das an einem Kardanmechanismus hängt. Das Pendel erlaubt mögliche Schwenkbe­ wegungen der Lichtquelleneinheit in allen Richtungen, also zwischen vorne und hinten, links und rechts.

Der Kardanmechanismus umfaßt gemäß einer vorteilhaften Ausführung vier Achsen und drei Verbindungsglieder, die durch die vier Achsen in Serie miteinander verbunden sind. Die vier Achsen umfassen ein erstes Paar von Achsen, die sich horizontal von einer Gehäusefläche der Vorrichtung weg erstrecken, und ein zweites Paar von Achsen, die sich mit den beiden ersten Achsen rechtwinklig kreuzen. Das erste Verbindungsglied kann auf der Seite seines hinteren, also unteren Endes um die erste Achse frei verschwenkt werden, und hat eine Gelenk­ verbindung zum zweiten Verbindungsglied durch die zweite Achse auf der Seite von dessen vorderem, also oberem Ende. Das zweite Verbindungsglied kann auf der Seite seines hinteren Endes frei um die zweite Achse, und außerdem um das vordere Ende des ersten Verbindungsglieds verschwenkt werden und hat eine Gelenkverbindung zum dritten Verbindungsglied durch die dritte Achse auf der Seite von dessen vorderem Ende. Das dritte Verbindungsglied kann auf der Seite seines hinteren Endes frei um die dritte Achse verschwenkt werden und hat eine Gelenkverbindung zum Pendel durch die vierte Achse auf der Seite von dessen vorderem, also oberen Ende. Das Pendel kann also in allen Richtungen frei schwin­ gen.

Das Pendel kann eine leitfähige Platte haben, die an seinem unteren Teil befestigt ist. Die leitfähige Platte erstreckt sich seitlich vom unteren Teil des Pendels weg. Sie greift sandwichartig in den Raum zwischen zwei Magneten ein, die an der Innenseite jeweiliger horizontaler Platten eines Jochs in Form eines umgekehrten C sitzen. Jeder der Magnete hält von der leitfähigen Platte einen Abstand ein. Die leitfähige Platte, das Joch in Form des invertierten C und die beiden Magnete bilden zusammen eine Dämpfungs- oder Bremseinrichtung für das Pendel. Bewegungen der leitfähigen Platte aufgrund von schwingenden Bewegun­ gen des Pendels bewirken die Erzeugung von Wirbelströmen aufgrund der Wechsel­ wirkung zwischen der leitfähigen Platte und den beiden Magneten, wodurch die Pendelbewegungen gedämpft werden.

Die erfindungsgemäße einzige Laserstrahlenbündel-Lichtquelleneinheit ermöglicht also eine Reduktion der Kosten der Vorrichtung. Die Laserstrahlen­ bündel-Lichtquelle, die Kollimatorlinse und die Stablinse, die durch die Licht­ quelleneinheit in das Pendel montiert sind, resultieren in konstruktionsmäßiger Einfachheit. Mit der einzigen Lichtquelleneinheit erzeugt man leicht eine gerade horizontale oder vertikale Linie, die die Vorrichtung umgibt oder die die Objekte trifft, die sich vor, hinter und gegenüberliegend seitlich der Vorrichtung oder über, unter und gegenüberliegend seitlich (oder vor oder hinter) der Vorrichtung befinden. Der zylindrische Spiegel ermöglicht eine leichte Positionsjustierung der Stablinse in Bezug zum Laserstrahlenbündel. Außerdem ergeben die leitfähige Platte am unteren Teil des Pendels, das Joch in Form des invertierten C und die beiden Magneten an jeweiligen horizontalen Platten des Jochs die Konstruktion einer Bremseinrichtung, die die Schwingbewegungen des Pendels dämpft.

Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführung einer Laserstrahl-Lichtquelleneinheit zur Verwendung im Rahmen der Erfindung;

Fig. 2 im vergrößerten Maßstab eine Draufsicht auf eine Stablinse in der Laserstrahl-Lichtquelleneinheit von Fig. 1;

Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) eine Schnittansicht von vorne, eine Vorderansicht bzw eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Laserstrahl-Lichtquellen­ einheit mit einer Fassung zur Verwendung im Rahmen der Erfindung;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Ausführungsform der Erfindung, ein­ schließlich der Fassung;

Fig. 5 eine perspektivische Außenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine Schnittansicht von vorne durch eine Ausführung eines Justier­ mechanismus für die Stablinse zur Verwendung im Rahmen der Erfindung;

Fig. 7 eine Seitenansicht des Justiermechanismus von Fig. 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf die im Rahmen der Erfindung zu verwendende Stablinse unter Darstellung der Winkelbereiche, innerhalb derer der Laserstrahl reflektiert wird bzw hindurchtritt und gebrochen wird;

Fig. 9 eine allgemeine perspektivische Ansicht einer Ausführung einer Laserstrahl-Lichtquelleneinheit in einer eine Lichtlinie erzeugenden Vorrichtung nach dem Stand der Technik; und

Fig. 10 eine allgemeine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung einer Laserstrahl-Lichtquelleneinheit in einer eine Lichtlinie erzeugenden Vor­ richtung.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung Durchführungs­ formen eines Verfahrens zum Emittieren eines Laserlichtbündels zum Erzeugen einer Lichtlinie, und Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Laserstrahl-Lichtquelleneinheit 4, die im folgenden als Lichtquelleneinheit bezeichnet wird und eine in Fig. 2 gezeigte Stablinse 5 enthält, nämlich eine Zylinderlinse, die über ihre gesamte Länge gleichen Durchmesser aufweist. Ihre Mantelfläche teilt sich in eine semitran­ sparente Fläche 6, die im Querschnitt angenähert einen Halbkreis bildet, und eine vollständig transparente Fläche 7, die den Rest der Mantelfläche bildet. Die semitransparente Fläche 6 wird gebildet durch Beschichten mit einer semitrans­ parenten Membran oder einem derartigen Film. Ihr Verhältnis des Durchlaßver­ mögens zum Reflektionsvermögen ist 1 : 1. Ein einfallender Strahl wird zu angenä­ hert 50% reflektiert und zu angenähert 50% durchgeleitet.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt die Lichtquelleneinheit 4 die Stablinse 5 und weiterhin einen Laserlichtgenerator 41 wie beispielsweise einen Halbleiterlaser und eine Kollimatorlinse 42. Das vom Laser 41 emittierte Lichtbündel wird durch die Kollimatorlinse 42 zu einem angenähert parallelen Lichtfluß und strahlt so auf die semitransparente Fläche 6 der Stablinse 5. Er erreicht diese Fläche 6 der Linse 5 mit einer Flußrichtung rechtwinklig zur Mittelachse der Stablinse und trifft im wesentlichen auf das Zentrum der semitransparenten Fläche 6 auf.

Wenn der Lichtfluß die semitransparente Fläche 6 erreicht, wird angenä­ hert die Hälfte des Lichts von dieser Fläche reflektiert, und zwar wird der ein­ fallende Lichtfluß radial reflektiert mit einer Verteilung nur in einer Ebene, die auf der Mittelachse der Stablinse 5 senkrecht steht, mit einem Winkelbereich von 180°, so daß eine einzige Lichtlinie auf die Ziel-Objekte hinter der Laserstrahlemissions- Vorrichtung und auf gegenüberliegenden Seiten oder auf die Objekte auf einer Seite und vor und hinter dieser Vorrichtung geworfen wird. Der angenähert hälftige Rest der Energie des Lichtbündels tritt nach dem Erreichen der semitransparenten Fläche 6 durch diese und durch das Innere der Stablinse 5 hindurch und tritt durch die vollständig transparente Fläche 7 aus. Der hindurchtretende, von der Stablinse 5 gebrochene Lichtfluß verteilt sich nur in einer Ebene senkrecht zur Mittelachse der Stablinse 5 im Winkelbereich von 180°, so daß eine einzige Lichtlinie auf die Ziel-Objekte vor und an gegenüberliegenden Seiten oder auf die Objekte auf der anderen Seite und vor und hinter der Vorrichtung geworfen wird.

Es wird also angenähert die Hälfte des emittierten Laserlichtbündels von der semitransparenten Fläche 6 der Stablinse 5 radial reflektiert und verteilt, während der Rest radial gebrochen und von der transparenten Fläche 7 verteilt wird. Die Stablinse 5 wirkt hierbei so, daß das reflektierte Lichtbündel innerhalb der Winkelgrenzen so verteilt wird, daß die bidirektionale (rechts und links) Expansions-Begrenzung des verteilten gebrochenen Lichtbündels mit der Be­ grenzung des verteilten reflektierten Lichtbündels auf der selben horizontalen oder vertikalen Linie zusammenfällt. Dies erlaubt es, eine gerade z. B. horizontale Lichtlinie zu bilden, die auf einige Objekte um die Vorrichtung, (also vor ihr, hinter ihr und an ihren sich gegenüberliegenden Seiten) geworfen wird. Da nach Fig. 1 die Zylinderlinse 5 vertikal angeordnet ist, führt dies zur Bildung der horizontalen Lichtlinie, die einmal rund um die Vorrichtung verläuft. Ist jedoch die Stablinse 5 horizontal angeordnet, so ermöglicht dies die Bildung einer vertikalen Lichtlinie, die einmal rund um die Vorrichtung verläuft und die auf Objekte über, unter und auf den sich gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung oder vor und hinter dieser trifft.

Die semitransparente Fläche 6 der Stablinse 5 reflektiert das vom Halblei­ terlaser emittierte Laserbündel unidirektional, also in nur einer Ebene. Wie jedoch oben bei der Diskussion zum Stand der Technik angegeben, wird das vom Halblei­ terlaser emittierte Laserbündel über die Kollimatorlinse zum kollimierten Flußbün­ del. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird also, wenn das kollimierte Lichtflußbündel auf die Stablinse gestrahlt wird, die an ihrer Außenfläche im Bereich eines Winkels von 180° in Bezug zur zentralen Achse die semitransparente Fläche aufweist, das Licht von der semitransparenten Fläche in einem Winkel von 280° in Bezug zur zentralen Achse radial reflektiert. Dies ergibt insofern ein Problem, als sich die radial verteilte reflektiert Laserstrahl-Lichtlinie teilweise mit der radial verteilten gebrochenen Laserstrahl-Lichtlinie überlappt.

Soll diese Überlappung beseitigt werden, so kann das dadurch erreicht werden, daß der Winkelbereich der semitransparenten Fläche 6 so begrenzt wird, daß das ausgestrahlte Laserbündel von der semitransparenten Fläche nur innerhalb des Winkelbereichs von 180° in Bezug zur mittleren Achse der Stablinse 5 reflektiert wird. Zum Lichtbündel-Reflektionswinkel von 180° bei parallelem Lichteinfall paßt ein Zentriwinkel von 140° für die semitransparente Fläche.

Auch wenn die semitransparente Fläche 6 auf der Stablinse 5 in einem Winkelbereich von nur 140° gebildet ist, wird in den meisten Fällen das von der Stablinse 5 gebrochene Lichtbündel von der vollständig transparenten Fläche im Winkelbereich von angenäherte 180° abgestrahlt. Beim Vorsehen des Winkels von angenähert 140° ermöglichen also das reflektierte und das gebrochene Lichtbündel kombiniert die Bildung einer horizontalen oder einer vertikalen Lichtlinie, die sich überlappungsfrei um 360° erstreckt.

Die Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) zeigen als die Lichtquelleneinheit 4 eine Baugruppe aus der Stablinse 5 mit der semitransparenten Fläche 6, dem Halbleiter­ laser 41, der Kollimatorlinse 42 und einem zylindrischen Innenspiegel 43, einge­ baut in eine Lichtlinienbündel-Emittiervorrichtung mit einem Halter oder einer Fassung 45. Der zylindrische Innenspiegel 43 ist als Halter für die Linse 42 vom Mittelteil bis zum vorderen Ende der Fassung 45 verlaufend montiert, und die Kollimatorlinse 42 befindet sich innerhalb des zylindrischen Innenspiegels 43. Am hinteren Ende der Fassung 45 ist als Lichtquelle der Halbleiterlaser 41 montiert. Die Stablinse 5 ist am Mittelteil der Fassung 45 auf der Seite von deren vorderem Ende befestigt, nämlich beispielsweise angeleimt, und zwar so, daß die semitran­ sparente Fläche 6 zur verspiegelten Innenseite des zylindrischen Innenspiegels 43 auf der Seite von dessen vorderem Ende gerichtet ist. Die Kollimatorlinse 42 ist in Fig. 3(b) nur schematisch als Kreis dargestellt.

Aus dieser Konstruktion ergibt sich, daß die Kollimatorlinse 42 in der Fassung 45 das vom Halbleiterlaser 41 divergierend emittierte Licht kollimiert und die semitransparente Fläche 6 der Stablinse 5 sich so auswirkt, daß in einer Richtung von dieser aus das reflektierte Lichtbündel erzeugt wird, während die transparente Fläche 7 sich dahingehend auswirkt, daß das gebrochene, durch­ gelassene Lichtbündel in der gleichen Ebene in der anderen Richtung abgegeben wird. Wie Fig. 3(a) zeigt, wird das reflektierte Bündel, das einen Winkel von angenähert 180° annimmt, teilweise durch die Vorrichtungskomponenten wie die Kollimatorlinse 42 und den Halbleiterlaser 41 unterbrochen. Das Restbündel tritt jedoch durch zwei Schlitze 44, 46 aus, die für diesen Zweck am zylindrischen Spiegel 43 für die Linse und an der Fassung 45 jeweils symmetrisch zur Mittellinie oder Achse des Bauteils gebildet sind.

Gemäß Fig. 4 ist die Fassung 45, in der der Halbleiterlaser 41, die Kollima­ torlinse 42, der zylindrische Innenspiegel 43 und die Stablinse 5 montiert sind, über einen Kardanrahmen 50 an einem seitlichen Baukörper 51 montiert und in ein Pendel 60 eingebaut. Das Pendel 60 hängt an dem Kardanrahmen 50. Dieser umfaßt: eine am seitlichen Baukörper 51 der Laserlichtbündel-Emittiervorrichtung diesbezüglich angeordnete Achse 52; ein an der Achse 52 sitzendes und von dieser herabhängendes erstes Verbindungsglied 53, das an einem proximalen Ende so aufgehängt, daß es um diese Achse 52 frei schwingen kann; ein zweites mit dem ersten Verbindungsglied 53 über eine zweite Achse 54 verbundenes Verbindungs­ glied 55, wobei sich diese Achse 54 am proximalen Ende des Glieds 55 befindet und parallel zur Achse 52 so angeordnet ist, daß das Glied 55 um die Achse 54 frei schwingen kann; ein mit dem zweiten Verbindungsglied 55 über eine dritte Achse 56 verbundenes und an ihm hängendes drittes Verbindungsglied 57, wobei die dritte Achse 56 sich auf der Seite des proximalen Endes des Glieds 57 befindet und die Achsen 52 und 54 rechtwinklig kreuzend so verläuft, daß das Verbindungsglied 57 frei um die Achse 56 schwingen kann; und eine vierte Achse 58, die parallel zur Achse 56 so verläuft, daß das Pendel 60 daran am Ende des distalen dritten Glieds 57 sitzt und um die Achse 58 frei schwingen kann. Das Pendel 60, das am be­ schriebenen Mechanismus des Kardanrahmens 50 hängt, kann sein Gleichgewicht in fester Richtungsbeziehung aufrechterhalten, beispielsweise in vertikaler Richtung im Hinblick auf den Baukörper 51 der Vorrichtung.

Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist die Lichtquellen­ einheit 4 mit der Baugruppe des Halbleiterlasers 41, der Kollimatorlinse 42 und der Stablinse 5 zur Fassung 45 und dem zylindrischen Innenspiegel 43 von unten nach oben ausgerichtet, und zwar derart, daß die Stablinse 5 in eine vorgegebene Position des oberen, hinterem Endes des Pendels 60 kommt und ihre Achse horizontal verläuft, wenn das Pendel 60 sich im Gleichgewicht befindet. Somit produzieren das reflektierte Lichtbündel von der semitransparenten Fläche 6 der Stablinse 5 und das gebrochene Lichtbündel von der vollständig transparenten Fläche 7, wenn sie miteinander kombiniert sind, ein vertikales ebenes Lichtbündel, das ausgestrahlt wird zu Objekten, die sich über und unter der Vorrichtung, und zu gegenüberliegenden Seiten oder vor oder hinter der Vorrichtung befinden.

In der Ausführung von Fig. 4 hat das Pendel 60 eine leitfähige Platte 61, die an ihm sitzt und von seinem vorderen, nämlich unteren Teil horizontal absteht. Die leitfähige Platte 61, ein Joch 62 in Form eines umgekehrten C und zwei an den jeweiligen Schenkeln des C-förmigen Jochs 62 befestigte Magnete 63, 63, die sich über und unter der leitenden Platte 61 befinden, bilden zusammen eine Bremsvor­ richtung für das Pendel. Die leitfähige Platte 61 ist sandwichartig frei zwischen den einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Magneten 63, 63 eingefügt, und wenn sie vom geschwungenen Pendel 60 verursachte Schwingbewegungen ausführt, wird ein Wirbelstrom erzeugt. Die entstehenden Wirbelstromverluste erzeugen die Bremswirkung auf das Pendel 60.

Die montierte Stablinse 5 ist gemäß Fig. 4 entlang der horizontalen Achse angeordnet, sie kann jedoch auch entlang der vertikalen Achse angeordnet sein, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 5 zeigt ein Pendel 65, das an einem Kardan­ mechanismus hängt, der die gleiche Konstruktion wie der in Fig. 4 dargestellte hat und ebenfalls mit 50 bezeichnet ist. Gleiche Komponenten sind allgemein mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Am Pendel 65 sitzt die Laser-Lichtquelleneinheit 4, die entlang der horizontalen Achse angeordnet ist. So lange sich das Pendel 65 in festem Gleichgewicht befindet, steht die Mittelachse der Stablinse 5 senkrecht. Gemäß der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform erzeugen also das von der semitransparenten Fläche 6 der Stablinse 6 reflektierte Lichtbündel und das gebrochene und über die vollständig transparente Fläche 7 abgegebene Lichtbündel, das durch die semitransparente Fläche 6 hindurchgetreten ist, in Kombination gemeinsam ein horizontales ebenes Lichtbündel, das zu den Objekten ausgesandt wird.

Für das genaue Hinlenken der emittierten vertikalen oder horizontalen Linie auf die Objekte muß der Kardanrahmenmechanismus mit dem aufrechterhal­ tenen Gleichgewicht des Pendels, das die Laser-Lichtquelleneinheit trägt, in Bezug zum Lichtbündel eine genauere Position und Orientierung der Stablinse in der Lichtquelleneinheit haben. Aus dem Grunde, daß eine Neigung der Stablinse einen großen Einfluß auf das Betriebsverhalten der Lichtlinien-Emittiervorrichtung hat, ist es sehr wichtig, daß eine geneigte Stablinse korrigiert wird.

Bei der üblichen bekannten Vorrichtung zum Emittieren eines Laserlicht­ bündels für eine Lichtlinie werden die Position und Orientierung der Stablinse eingestellt durch Justiermechanismen oder -prozesse, die die Justierung durch­ führen durch eine oder mehrere Schrauben oder Gewinde und durch Reaktions­ federn, die gegen die Druckkraft der ersteren arbeiten. Diese Teile sind in die Lichtquelleneinheit einbezogen. Bei einigen der Justiereinrichtungen ist auch ein Halter für die Stablinse durch eine oder mehrere Schrauben oder Gewinde oder durch einen Klebstoff befestigt. Jedoch ergeben sich bei den bekannten Justierun­ gen große Schwierigkeiten, beispielsweise in Form komplizierter Justiermecha­ nismen und aufgrund der Schraube(n) oder Gewinde und der Pressbelastung durch die Federn, und diese Einflüsse ändern sich mit der Zeit.

Ein bevorzugter Mechanismus und ein Verfahren zum Justieren der positionierten und ausgerichteten Stablinse ist in den Fig. 6 und 7 gezeigt. Die in diesen Figuren gezeigte Lichtquelleneinheit 4 hat die gleiche Konstruktion wie die nach Fig. 3. Gleiche Komponenten sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Nach den Fig. 6 und 7 ist die Fassung 45 mit dem zylindrischen Innenspiegel 43, der von der Fassung abgenom­ men werden kann und in dem die Kollimatorlinse 42 sitzt, und mit der Stablinse 5 am vorderen Endflächenteil der Fassung beispielsweise durch Ankleben in oder an einer (nicht gezeigten) Aufspannvorrichtung fixiert. Die Justierung des gegensei­ tigen Abstands und Winkels zwischen dem zylindrischen Spiegel 43 und der Fassung 45 erfolgt durch Bewegen der Aufspannvorrichtung an den zutreffenden Punkt entsprechend der Beobachtung oder Versicherung des Laserstrahls, der am Spiegel sichtbar ist. Nach der Justierung wird der zylindrische Spiegel 43 an der Fassung 45 durch einen Klebe- oder Lötvorgang fixiert.

Gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 6 und 7 gibt man Klebe- oder Lötmittel an die zwei Teile des zylindrischen Spiegels 43 und an die Fassung 45 an den beiden Schlitzen 43, 46, die in der Fassung ausgebildet sind, wie oben beschrieben wurde. Die Klebemittel- oder Lötportionen sind mit 68 bezeichnet. Vorzugsweise werden für den Lötvorgang die Lötstellen des zylindrischen Spiegels 43 und der Fassung 45 metallisiert. Nach erfolgter Justierung und Fixierung zwischen dem zylindrische Spiegel 43 und der Fassung 45 kann die Aufspannvor­ richtung entfernt werden.

Die beschriebene Ausführung ergibt also einen sehr einfachen konstrukti­ ven Justiermechanismus bzw. ein entsprechendes Justierverfahren, da keine Feder, keine Schraube und kein Gewinde erforderlich sind. Die Vorrichtung und das Verfahren üben keinen Einfluß auf eine Restspannung aus, wie sie durch Federn, Schrauben oder Gewinde verursacht wird, und kann Variationen der Position und Orientierung mit der Zeit nach der Justierung reduzieren.

Claims (14)

1. Verfahren zum Emittieren eines Linien-Laserstrahl-Lichtbündels von einer Laser-Lichtquelleneinheit (4) einer Laserlichtbündel-Emittiervorrichtung auf Objekte, mit folgenden Verfahrensschritten:
Emittieren eines Laserstrahlen-Lichtbündels von einer Laserstrahlen­ bündel-Lichtquelle (41) der Laser-Lichtquelleneinheit; und
Kollimieren des emittierten Lichtbündels durch eine Kollimatorlinse (42) der Lichtquelleneinheit, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Reflexion und Verteilung eines Teils des emittierten und kollimierten Lichtbündels durch eine semitran­ sparente Fläche (6), die auf einer Stablinse (5) der Laser-Lichtquellen­ einheit gebildet ist, in einer ersten Richtung erzeugt und gleichzeitig den Durchtritt, die Brechung und die Verteilung des Rests des emittierten und kollimierten Lichtbündels durch eine vollständig transparente Fläche (7) der Stablinse in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung ent­ gegengesetzt ist, bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Verfah­ rensschritt, daß man eine Lichtlinie erzeugt, die gebildet wird durch den von der semitransparenten Fläche (6) reflektierten, in der ersten Richtung verteilten Teil des Lichtbündels und durch den durchgelassenen, gebroche­ nen und von der vollständig transparenten Fläche (7) in der zweiten Richtung verteilten Teil des Lichtbündels, zum zumindest angenähertem Umgeben der Emittiervorrichtung.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gezogene Linie eine gerade Linie auf den Objekten ist, die über, unter und seitlich oder vor und hinter der Vorrichtung oder vor, hinter und seitlich der Vorrichtung befindlich sind.

4. Vorrichtung zum Emittieren eines Laserlichtstrahlenbündels zum Bilden einer Lichtlinie auf Objekten, umfassend:
eine Laser-Lichtquelleneinheit (4) für die Emission eines Laserstrahlen- Lichtbündels;
eine in der Laser-Lichtquelleneinheit vorhandene Laserstrahlen-Lichtquelle (41) zum Emittieren eines Laserstrahlenbündels von der Lichtquelle;
eine in der Lichtquelleneinheit (4) vorhandene Kollimatorlinse (42) zum Kollimieren des emittierten Laserstrahlenbündels;
eine in der Lichtquelleneinheit im Strahlengang vorhandene Stablinse (5), dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinse (5) mit einer daran befindli­ chen semitransparenten Fläche (6) zum Reflektieren und Verteilen eines Teils des emittierten, kollimierten Laserstrahlenbündels von dieser Fläche in ersten Richtungen und mit einer vollständig transparenten Fläche (7) zum Brechen und Verteilen des Rests des emittierten, kollimierten Laser­ strahlenbündels von dieser Fläche in zweiten Richtungen, die den ersten Richtungen entgegengesetzt sind, ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen einer Linie, die vom von der semitransparenten Fläche (6) in den ersten Richtungen verteilten reflektierten Teil des Laserstrahlenbündels und vom in den zweiten Richtungen verteilten, durchgelassenen und gebrochenen, von der transparenten Fläche (7) ausgehenden Teil des Laserstrahlenbündels gezogen wird und die Vorrichtung rings angenähert umgibt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die semitransparente Fläche (6) hinsichtlich der Mittelachse der Stablinse (5) einen Winkel von maximal 140° einnimmt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinse (5) in einer Ausrichtung angeordnet ist, die die optische Achse des emittierten und kollimierten Laserstrahlenbündels vertikal oder horizontal schneidet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelleneinheit (4) einen Zylinder (43) umfaßt, in dem die Kollimatorlinse (42) angeordnet ist und der einen Bereich für die An­ bringung der Stablinse (5) am Zylinder aufweist; und durch eine ringför­ mige Fassung (45) zum Halten der Lichtquelle (41) an deren hinterem Ende und des Zylinders (43) an deren vorderem Ende.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (43) und die Fassung (45) der Laser-Lichtquelleneinheit (4) ein Paar von gegenüberliegenden Schlitzen (44, 46) aufweist, durch die die von der Stablinse (5) verteilten Lichtbündel-Teile hindurchtreten können.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Gehäuse aufweist, in dem sich ein Kardanmechanismus (50) befindet, an dem ein Pendel (60) so hängt, daß die darin montierte Lichtquelleneinheit (4) schwingend bewegbar ist.

11. Vorrichtung nach dem nach Anspruch 8 oder 9 rückbezogenen Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein zylindrischer Innen­ spiegel (43) ist, an dessen hinterem Ende die Kollimatorlinse (42) sitzt, und daß an der ringförmigen Fassung (45) die Lichtquelle (41) auf der Seite ihres hinteren Endes und der zylindrische Innenspiegel an der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite sitzt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei in die Lichtquelleneinheit (4) montierter Stablinse (5) zwischen dem zylindri­ schen Innenspiegel (43), der Stablinse und der Lichtquelle (41) eine feste Ortsbeziehung herrscht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bremsvorrichtung (61 bis 63) zum elektromagnetischen Bremsen der Schwingbewegungen des Pendels (60) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stablinse (5) eine Zylinderlinse mit Kreisquerschnitt ist und die semitransparente Fläche (6) und die transparente Fläche (7) jeweils Zylindermantelsegmente sind.