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Die
Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung für ein lageempfindliches Gerät, insbesondere für eine Laserprojektionsvorrichtung
zum Projizieren einer optischen Markierung auf ein Objekt, wobei
die Positioniereinrichtung ein erstes und ein zweites, relativ zu
dem ersten verkippbares Vorrichtungsteil aufweist, von denen das
eine als Basisteil dient und das andere zur Aufnahme des lageempfindlichen
Geräts ausgebildet
ist, wobei die Vorrichtungsteile über mindestens drei Stützeinrichtungen
miteinander verbunden sind, die an dem ersten Vorrichtungsteil jeweils ein
Stützelement
aufweisen, das eine Durchtrittsöffnung
des zweiten Vorrichtungsteils durchsetzt, wobei an dem Stützelement
jeweils eine Widerlagerstelle angeordnet ist, die gegen die Rückstellkraft
eines Rückstellelements über ein
Kugelgelenk gegen das zweite Vorrichtungsteil abgestützt ist,
und wobei die Widerlagerstelle zum Positionieren der Vorrichtungsteile
relativ zueinander mittels einer Verschraubung auf das erste Vorrichtungsteil
zu- und von diesem wegbewegbar ist.
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Eine
derartige Positioniereinrichtung zum Positionieren eines Spiegels
für ein
optisches System ist aus
DE
23 18 769 C3 bekannt. Die Positioniereinrichtung weist
als erstes Vorrichtungsteil einen Hauptrahmen und als zweites Vorrichtungsteil
eine Trägerplatte
auf, an welcher der Spiegel angeordnet ist. Der Hauptrahmen und
die Trägerplatte
sind über drei
Stützeinrichtungen
miteinander verbunden, die jeweils ein mit dem Hauptrahmen verschraubtes Stützelement
aufweisen, das eine Durchtrittsöffnung der
Trägerplatte
durchsetzt. Das Stützelement
ist jeweils als Gewindebolzen ausgebildet, auf den eine Justiermutter
aufgeschraubt ist, die als Widerlagerstelle dient. An der Widerlagerstelle
ist die Trägerplatte über ein
Kugelgelenk, das zwischen der Widerlagerstelle und der Trägerplatte
angeordnet ist, abgestützt.
An der der Justiermutter abgewandten Seite der Trägerplatte
ist auf dem Gewindebolzen ein Abstandsformstück angeordnet, das mit einer
Schneide an der Trägerplatte
anliegt und mittels einer auf dem Gewindebolzen angeordneten Feder
gegen die Trägerplatte
vorgespannt ist. Die Positioniereinrichtung hat den Nachteil, dass
das Abstandsformstück
beim Verstellen der Justiermutter auf dem Gewindebolzen verkippen
kann, was in einer ungleichmäßigen, ruckartigen Verstellbewegung
der Trägerplatte
und des daran angeordneten Spiegels führen kann.
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Es
besteht deshalb die Aufgabe, eine Positioniereinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die beim Verstellen der Verschraubung
ein gleichmäßiges und
ruckfreies Verkippen der Vorrichtungsteile relativ zu einander ermöglicht.
Dabei soll die Positioniereinrichtung außerdem einen einfachen Aufbau
aufweisen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe besteht darin, dass die Stützeinrichtungen jeweils zusätzlich zu dem
ersten Kugelgelenk ein zweites, an der dem ersten Kugelgelenk abgewandten
Seite der Durchtrittsöffnung
angeordnetes Kugelgelenk aufweisen, dass das Rückstellelement jeweils über das
zweite Kugelgelenk indirekt gegen das zweite Vorrichtungsteil abgestützt ist,
und dass die Stützeinrichtungen
an wenigstens einer Seite des zweiten Vorrichtungsteils jeweils
zwischen diesem und dem Kugelgelenk ein Gleitlager mit quer zur
Längserstreckung
des Stützelements
relativ zueinander verschiebbaren Lagerteilen aufweisen.
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In
vorteilhafter Weise ermöglichen
die zusätzlichen
Kugelgelenke der Stützeinrichtungen
in Kombination mit den Gleitlagern beim Verstellen der Verschraubung
eine sehr gleichmäßige und
ruckfreie Verkippung der Vorrichtungsteile relativ zueinander. Mit
Hilfe der Positioniereinrichtung kann deshalb eine optische Markierung,
die mit Hilfe einer an einem der Vorrichtungsteile angeordneten
Laserprojektionsvorrichtung auf ein Target projiziert wird, mit
großer
Genauigkeit auf dem Target positioniert und ausgerichtet werden,
insbesondere wenn die Markierung auf dem Target eine Linie markiert.
Dabei kann die optische Linie durch Verstellen der Verschraubungen
der einzelnen Stützeinrichtungen
auf dem Target verkippt und/oder verschoben werden, um die Linie
in eine vorgegebene Solllage zu bringen. Selbstverständlich kann
die Positioniereinrichtung aber auch zur Feinjustierung anderer
lageempfindlicher Geräte
verwendet werden, insbesondere von optischen Systemen oder Messgeräten.
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Vorteilhaft
ist, wenn die Stützelemente
jeweils als vorzugsweise mit dem ersten Vorrichtungsteil verschraubter
Gewindebolzen ausgebildet sind, und wenn die Widerlagerstellen jeweils
an einer auf den Gewindebolzen aufgeschraubten Justiermutter angeordnet
sind. Die Vorrichtung weist dann einen einfachen Aufbau auf und
ist kostengünstig
herstellbar. Die Justiermuttern direkt an dem das lageempfindliche
Gerät aufnehmenden
Vorrichtungsteil angeordnet sein, was das Justieren der Positioniereinrichtung
bzw. deren Handhabung erleichtert.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Rückstellelemente
Schraubenfedern, die auf den Stützelementen
jeweils zwischen dem ersten Vorrichtungsteil und dem diesem zugewandten
Kugelgelenk der Stützvorrichtung
angeordnet sind. Die Vorrichtung ermöglicht dann einen besonders
kompakten Aufbau. Außerdem
lassen sich die Schraubenfedern bei der Fertigung der Positioniereinrichtung
auf einfache Weise auf den Stützelementen
montieren.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung weisen die Kugelgelenke jeweils eine Kugelkalotte
und eine dazu passenden Lagerpfanne auf, wobei die Kugelkalotte
und die Lagerpfanne jeweils eine Öffnung haben, und wobei das
dem Kugelgelenk zugeordnete Stützelement
diese Öffnungen durchsetzt.
Die Kugelkalotten und die Lagerpfannen können dann bei der Fertigung
der Positioniereinrichtung auf einfache Weise auf die Stützelemente
aufgesteckt werden, was eine schnelle Montage der Positioniereinrichtung
ermöglicht.
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Zweckmäßigerweise
ist jeweils eine Lagerpfanne jeder Stützeinrichtung einstückig mit
dem zweiten Vorrichtungsteil ausgebildet und vorzugsweise durch
eine konkave Einformung in der Oberfläche des zweiten Vorrichtungsteils
gebildet. Dadurch ergibt sich ein noch einfacherer und kompakterer
Aufbau der Positioniereinrichtung. Das zweite Vorrichtungsteil kann
gegebenenfalls als Spritzgussteil aus Kunststoff oder Metall gefertigt
sein, wobei die Lagerpfannen beim Spitzgussprozess gleich an das
Vorrichtungsteil mit angeformt werden können.
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Vorteilhaft
ist, wenn jeweils eine Lagerpfanne jeder Stützeinrichtung an einer Stirnseite
einer Hülse
angeordnet ist und wenn die gegenüberliegende Stirnseite der
Hülse zur
Bildung des Gleitlagers an dem die Durchtrittsöffnung umgrenzenden Randbereich
des zweiten Vorrichtungsteils gleitbeweglich anliegt. Die Hülse weist
dann eine Doppelfunktion auf und dient einerseits als Lagerpfanne
für das
Kugelgelenk und andererseits aber auch als Lagerteil für das Gleitlager.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
dar Erfindung weist die Positioniereinrichtung drei Stützeinrichtungen
auf, die mit ihren Längsmittelachsen parallel
zueinander und quer zu einer optische Achse des Geräts verlaufen,
wobei die Längsmittelachse
einer dieser Stützeinrichtungen
die optische Achse schneidet, und wobei die Längsmittelachsen der beiden
anderen Stützeinrichtungen
beidseits der optischen Achse vorzugsweise in gleichen Abständen zu dieser
angeordnet sind. Wenn das Gerät
eine Laserprojektionsvorrichtung zum Projizieren einer optischen
Markierung auf ein Target ist, kann dann durch Verstellen der Stützeinrichtung,
deren Längsmittelachse
die optische Achse schneidet, die Höhe der optischen Markierung
eingestellt bzw. die optische Markierung auf dem Target parallel
verschoben werden und durch Verstellen der beiden anderen Stützeinrichtung
kann die Markierung um die optische Achse gedreht bzw. verkippt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn die Positioniereinrichtung vier Stützeinrichtungen
aufweist, die mit ihren Längsmittelachsen
parallel zueinander und quer zu der optische Achse des Geräts verlaufen, wobei
die Längsmittelachse
der Stützeinrichtungen jeweils
von der optischen Achse beabstandet sind und wobei zwei Stützeinrichtungen
auf der einen und die beiden anderen Stützeinrichtungen auf der anderen
Seite der optischen Achse vorzugsweise in gleichen Abständen zu
der optischen Achse angeordnet sind. Das lageempfindliche Gerät kann dann
noch leichter durch Verstellen der Verschraubungen positioniert
werden. Dabei sind zumindest die Widerlager von drei der vier Stützeinrichtungen
gegen das zweite Vorrichtungsteil abgestützt. Da alle Stützeinrichtungen
von der optischen Achse beabstandet sind, können sie seitlich an dem Gerät angeordnet
sein, wodurch eine kurze Bauform erreicht wird.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung weist die Positioniereinrichtung vier Stützeinrichtungen
auf, die mit ihren Längsmittelachsen
parallel zueinander und etwa parallel zu einer optische Achse des
Geräts
verlaufen. Dabei sind die Längsmittelachsen
der Stützeinrichtungen
vorzugsweise etwa in konstanten Abständen zu der optischen Achse
des Geräts
angeordnet. Wenn das Gerät
eine Laserprojektionsvorrichtung ist, die zur Projektion einer optischen
Linie ein flächiges
Lichtbündel
abstrahlt, sind die Stützeinrichtungen
vorzugsweise symmetrisch zu der Ebene des Lichtbündels angeordnet.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung weist wenigstens eines der Vorrichtungsteile mindestens
zwei Aufnahmen auf, mittels derer das lageempfindliche Gerät in quer
zueinander verlaufenden Richtungen lösbar mit dem Vorrichtungsteil
verbindbar ist. Das optische Gerät
kann dann in Abhängigkeit
von der jeweiligen Anwendung in einer jeweils günstigen Lage an dem Vorrichtungsteile
angeordnet werden. Somit können
für unterschiedliche Anwendungen
baugleiche Positioniereinrichtungen verwendet werden.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Aufsicht auf eine
Positioniereinrichtung mit einer daran angeordneten Laserprojektionsvorrichtung,
wobei die Positioniereinrichtung in Neutrallage angeordnet ist,
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2 einen Querschnitt durch
die in 1 gezeigte Anordnung
entlang der mit II bezeichneten Ebene,
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3 eine Darstellung ähnlich 1, wobei jedoch ein als
Halterung für
die Laserprojektionsvorrichtung ausgebildetes Vorrichtungsteil gegenüber einer
Grundplatte verkippt ist, und
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4 einen Querschnitt durch
die in 3 gezeigte Anordnung
entlang der mit IV bezeichneten Ebene.
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Eine
im Ganzen mit 1 bezeichnete Positioniereinrichtung für ein lageempfindliches
Gerät,
nämlich
eine Laserprojektionsvorrichtung 2 zum Projizieren einer
Linie auf ein Objekt, weist ein erstes Vorrichtungsteil 3 auf,
das als plattenförmiger
Grundkörper
ausgebildet ist. An dem ersten Vorrichtungsteil 3 ist ein
zweites Vorrichtungsteil 4 nachgiebig und einstellbar angeordnet,
das Aufnahmen 5a, 5b zum Verbinden mit der Laserprojektionsvorrichtung 2 hat.
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Die
Vorrichtungsteile sind über
vier Stützeinrichtungen
miteinander verbunden, die an dem ersten Vorrichtungsteil 3 als
Stützelement 6 jeweils
eine Schraube aufweisen, die etwa rechtwinklig zur Erstreckungsebene
der Vorrichtungsteils 3 von diesem absteht. In 2 ist erkennbar, dass die
Stützelemente 6 jeweils
Lochungen des ersten Vorrichtungsteils 3 durchsetzen. Die
Lochungen haben jeweils ein Innengewinde, das mit dem entsprechenden
Stützelement 6 fest
verschraubt ist. An der dem zweiten Vorrichtungsteil 3 abgewandten
Seite weisen die Lochungen jeweils eine Senkung auf, in der ein
Schraubenkopf 7 des Stützelements 6 angeordnet
ist.
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In 2 ist weiter erkennbar,
dass die Stützelemente 6 jeweils
eine Durchtrittsöffnung
des zweiten Vorrichtungsteils 4 durchsetzen. An der dem
ersten Vorrichtungsteil 3 abgewandten Seite des zweiten
Vorrichtungsteils 4 ist jeweils eine Justiermutter 8 auf
die einzelnen Stützelemente 6 aufgeschraubt. Die
Justiermutter 8 dient als Widerlager, gegen welches das
zweite Vorrichtungsteil 4 jeweils gegen die Rückstellkraft
einer Schraubenfeder 9 abgestützt ist. Zwischen der Justiermutter 8 und
dem zweiten Vorrichtungsteil 4 ist ein Kugelgelenk angeordnet,
das als Lagerteile eine Lagerpfanne 10a und eine dazu passende
Kugelkalotte 11a aufweist. Die Lagerpfanne ist jeweils
einstückig
mit dem zweiten Vorrichtungsteil 4 ausgebildet ist und
durch eine konkave Einformung in dessen Oberfläche gebildet. Die Einformung
ist mittig zu der Durchtrittsöffnung
angeordnet und mit dieser verbunden. Die Kugelkalotten 11a haben
jeweils mittig eine Öffnung,
die das Stützelement 6 durchsetzt.
Die der kugeligen Fläche
abgewandte Rückseite
der Kugelkalotten 11a ist plan ausgebildet und liegt jeweils
an der der Kugelkalotte 11a zugeordneten Justiermutter 8 stirnseitig
an.
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Die
Schraubenfedern 9 sind jeweils zwischen den Vorrichtungsteilen 3, 4 auf
den Stützeinrichtungen 6 angeordnet.
Mit ihrem einen Ende sind die Schraubenfedern 9 gegen das
erste Vorrichtungsteil 3 und mit ihrem anderen Ende sind
die Schraubenfedern 9 über
ein weiteres Kugelgelenk gegen das zweite Vorrichtungsteil 4 abgestützt. Dieses
zweite Kugelgelenk hat als Lagerteile jeweils eine Lagerpfanne 10b und
eine dazu passende Kugelkalotte 11b. Die Kugelkalotten 11b haben
jeweils mittig eine Öffnung,
die das Stützelement 6 durchsetzt.
Die der kugeligen Fläche
abgewandte Rückseite
der Kugelkalotten 11b ist jeweils plan ausgebildet und
liegt an der dem ersten Vorrichtungsteil 3 abgewandten
Stirnseite der Schraubenfeder 9 an.
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Die
Lagerpfanne 10b ist an einer Stirnseite einer Hülse 12 oder
Ringscheibe gebildet, die eine Innenhöhlung oder Lochung aufweist,
die das Stützelement 6 durchsetzt.
Die gegenüberliegende
Stirnseite der Hülse 12 ist
plan ausgebildet und liegt gleitbeweglich an einem die Durchtrittslochung
umgrenzenden planen Oberflächenbereich
des zweiten Vorrichtungsteils 4 an. Mittels des auf diese
Weise gebildeten Gleitlagers ist die Hülse 12 jeweils quer
und insbesondere etwa rechtwinklig zur Längserstreckung des Stützelements 6,
auf dem sie angeordnet ist, relativ zu dem zweiten Vorrichtungsteil 4 verschiebbar.
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Wie
durch einen Vergleich von 2 und 4 besonders gut erkennbar
ist, kann das zweite Vorrichtungsteil 4 mit der daran angeordneten
Laserprojektionsvorrichtung 2 durch Verstellen der Justiermuttern 8 in
seiner Lage relativ zu dem ersten Vorrichtungsteil 3 verändert und
insbesondere verkippt werden. Beim Verkippen der Vorrichtungsteile 3, 4 gleiten
die Hülsen 12 auf
der Oberfläche
des zweiten Vorrichtungsteils 2, was eine gleichmäßige und
ruckfreie Verstellbewegung ermöglicht.
Die Kugelkalotten 11b verschieben sich in Erstreckungsrichtung
der Stützelemente 6,
während
sie quer zur Erstreckungsrichtung der Stützelemente 6 im Wesentlichen
ihre Lage beibehalten.
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In
der in 1 und 3 gezeigten Aufsicht auf die
Positioniereinrichtung 1 bewegen sich die Kugelkalotten 11a beim
Verkippen des zweiten Vorrichtungsteils 4 aus der in 1 und 2 gezeigten Neutrallage in die in 3 und 4 gezeigte Kippstellung etwas aufeinander
zu. Dabei verschieben sich die Kugelkalotten 11a jeweils
quer zur Längserstreckung des
Stützelements 6 relativ
zu der Justiermutter 8. Um dies zu ermöglichen, ist der Innendurchmesser der Öffnungen
der Kugelkalotten 11a größer gewählt als der Außendurchmesser
des die Öffnung
jeweils durchsetzenden Abschnitts des Stützelements 6. Um die
Kippbewegung zu ermöglichen
ist außerdem auch
der Durchmesser der Durchtrittsöffnungen
des zweiten Vorrichtungsteils 4 etwas größer als
der Außendurchmesser
des die Durchtrittsöffnung
jeweils durchsetzenden Abschnitts des Stützelements 6.
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In 2 und 4 ist noch erkennbar, dass das zweite
Vorrichtungsteil 4 an seiner dem ersten Vorrichtungsteil 3 zugewandten
Seite Aufnahmevertiefungen aufweist, in denen jeweils die Hülse 12,
die Kugelkalotte 11b und ein Abschnit der Schraubenfeder 9 angeordnet
ist.
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Wie
in 1 und 3 besonders gut erkennbar ist, ist die
optische Achse 13 der Laserprojektionsvorrichtung 2 in
der Aufsicht auf die Laserprojektionsvorrichtung 2 etwa
mittig zwischen den Stützelementen 6 angeordnet
und von diesen beabstandet ist. Dabei sind die Stützelemente 6 symmetrisch
zu der optischen Achse 13 angeordnet. Bei in unverkippter
Neutrallage befindlichem zweitem Vorrichtungsteil 3 verläuft die
optische Achse 13 etwa rechtwinklig zu den Längsachsen
der Stützelemente 6.
Mit Hilfe der Positioniereinrichtung 1 kann die Laserprojektionsvorrichtung 2 in
beliebige Richtungen relativ zu dem Vorrichtungsteil 2 verkippt
und/oder in Erstreckungsrichtung der Stützelemente 6 parallel
verschoben werden. Dadurch kann die von der Laserprojektionsvorrichtung 2 auf
ein Target projizierte optische Linie beispielsweise mit einer vorgegebenen
Solllinie zu Deckung gebracht werden.
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In 1 und 3 ist erkennbar, dass das zweite Vorrichtungsteil 4 zwei
Aufnahmen 5a, 5b aufweist, mit denen die Laserprojektionsvorrichtung 2 wahl- oder
wechselweise verbindbar ist. Wenn die Laserprojektionsvorrichtung 2 in
die Aufnahme 5b eingesetzt ist, verläuft die optische Achse 13 der
Laserprojektionsvorrichtung 2 etwa parallel zu den Längsachsen
der Stützelemente 6.
Dabei ist die optische Achse 13 etwa mittig zwischen den
Stützelementen 6 angeordnet.
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In 1 ist ein elektrisches Anschlusskabel für die Laserprojektionsvorrichtung 2 erkennbar,
das an dem der Abstrahlseite der Laserprojektionsvorrichtung 2 gegenüberliegenden
Ende in ein Gehäuse der
Laserprojektionsvorrichtung 2 eingeführt ist. Das Anschlusskabel 14 ist
zwischen zwei Stützelementen 6 hindurchgeführt. An
dem ersten Vorrichtungsteil 3 sind Langlöcher zum
Verbinden mit Befestigungselementen vorgesehen (1 und 3).
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Die
Positioniereinrichtung 1 für das lageempfindliche Gerät weist
also zwei relativ zueinander verkippbare Vorrichtungsteile 3, 4 auf.
Eines der Vorrichtungsteile 3, 4 dient als Basisteil
und das andere ist zur Aufnahme des lageempfindlichen Geräts ausgebildet.
Die Vorrichtungsteile 3, 4 sind über mindestens
drei Stützeinrichtungen
miteinander verbunden, die an einem ersten Vorrichtungsteil 3 jeweils
ein Stützelement 6 aufweisen,
das eine Durchtrittsöffnung
eines zweiten Vorrichtungsteils 2 durchsetzt. An dem Stützelement 6 ist
jeweils eine Widerlagerstelle angeordnet ist, die gegen eine Rückstellkraft über ein
Kugelgelenk gegen das zweite Vorrichtungsteil 4 abgestützt ist.
Die Widerlagerstelle ist zum Positionieren der Vorrichtungsteile 3, 4 relativ
zueinander mittels einer Verschraubung verstellbar. Die Stützeinrichtungen
haben jeweils zusätzlich
zu dem ersten Kugelgelenk ein zweites, an der dem ersten Kugelgelenk
abgewandten Seite der Durchtrittsöffnung angeordnetes Kugelgelenk.
Das Rückstellelement
ist jeweils über
das zweite Kugelgelenk indirekt gegen das zweite Vorrichtungsteil
abgestützt.
Die Stützeinrichtungen
haben zwischen dem zweiten Vorrichtungsteil 3 und mindestens
einem ihrer Kugelgelenke ein Gleitlager mit Lagerteilen, die quer
zur Längserstreckung
des Stützelements
relativ zueinander verschiebbar sind.