DE2508010B2 - Verfahren zur richtungsstabilisation eines als leitstrahl dienenden laserstrahles und vorrichtung fuer einen laser, die dieses verfahren anwendet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Richtungsstabilisation eines als Leitstrahl dienenden Laserstrahles. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtuni: für einen Laser, die dieses Verfahren anwende:.

Die Erfahrung lehrt, daß die Strahlung eines Lasers nach ihrem Einrichten schon bald von dieser eingerich teten Lage abweicht, und zwar teilweise durch Wärmeeinflüsse innerhalb und von außerhalb de;; Lasers. Die Abweichungen sind an sich gering, stellen jedoch über größere Meßdistanzen gesehen Abweichungen dar, die für genaue Meßvorhaben unzulässig groß sind. Die Abweichungen können willkürlich in der vertikalen und horizontalen Ebene auftreten, wobei zu bemerken ist, daß alle Laser verschiedentliche Charakteristiken aufweisen. Ein Beispiel ist ein als Leitstrahl dienender Laserstrahl einer justiervorrichtung für &5 Werkzeugmaschinen. Eine solche Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Laser und einem lage- und lichtempfindlichen Meßempfänger für den Leitstrahl,

der an der betreffenden Meßstelle aufgestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stabilisieren eines als Leitstrahl dienenden Lichtstrahles eines Lasers zu schaffen, so daß der Leitstrahl auf die Dauer nicht von seiner einmal eingerichteten Lage abweicht. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß Signale, die der Abweichung von der Soll-Lage entsprechen, zum Bilden von Stellsignalen für die mechanische Aufstellung des Lasers verwendet werden.

Eine Vorrichtung für einen Laser mit einer festen Grundplatte und mit einem zugeordneten lichtelektrischen, lageempfindlichen Meßempfänger zur Überwachung und Richtungsstabilisierung des Leitstrahles nach dem Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgänge des Meßempfängers verbunden sind mit einer Vergleichsvorrichtung zum Vergleich etwaiger Abweichungssignale mit einem Sollwert und zur Bildung von entsprechenden Stellsignalen für mindestens ein mit der festen Grundplatte zusammenwirkendes, die mechanische Lage des Lasers beeinflussendes Stellglied.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Stellgliedes besteht aus einer auf einem Wärmeausdehnungskörper angebrachten Heizwicklung und einem Invarstab als FuE, wubei das eine Ende des Ausdehnungskörpers mit der Grundplatte des Lasers, das andere Ende mit dem einen Ende des lnvarstabes verbunden ist, dessen anderes Fußende sich auf einem lischartigen Sockel abstützt, wobei die Stellsignale den Heizstrom für die Heizwicklung bilden.

Ist der Leitstrahl gleichzeitig in der horizontalen und in der vertikalen Ebene zu stabilisieren, kann ein Stellglied mit einer in einer vertikalen und ein Stellglied mit einer in einer horizontalen Ebene wirksamen Stellgröße vorgesehen sein.

Da es vorteilhaft ist, daß der Empfänger zumindest über längere Zeitabschnitte aufgestellt bleibt, muß ein weiterer Meßempfänger sich während Meßarbeiten außerhalb des Bereichs des Laserstrahles befinden und einem im Weg des Leitstrahles zugeordneten Strahlteiler zugeordnet sein.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierbei wird auch das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen richtungsstabilisierten Laser;

F i g. 2 ein Stellglied im Querschnitt, in vergrößertem Maßstab.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird der Laser verwendet zum Ausrichten von Maschinenteilen auf einem langen Maschinenbett 1. Als Leitstrahl für auf das Bett anzubringende Maschinenteile dient ein von einem Laser 2 erzeugter Laserstrahl 3. Der Laser 2 ist auf einer festen Grundplatte 4 befestigt, die sich ihrerseits vorn mit zwei Beinen, wovon das dem Betrachter zugewandte Bein 5 das zweite verdeckt, und hinten über ein Stellglied 7 auf dem Maschinenbett 1 abstützt. Am anderen Ende des Maschinenbettes ist ein lage- und lichtempfindlicher Meßempfänger 8 aufgestellt. Von den vier elektrischen Signalausgängen des Meßempfängers 8 sind nur die Ausgänge 10, 11 und 12 sichtbar. Die vier Ausgänge sind in einem flexiblen Kabel 13 gebündelt und werden zu einem Vergleicher 14 geführt. Der Vergleicher ist mittels eines Kabels 15 mit dem Stellglied 7 des Lasers verbunden.

Fig.2 zeigt Einzelheiten des Stellgliedes 7. Ein Aluminiumrohr 20 is: mit einer Heizwicklung 21

versehen. Beginn und Ende der Heizwicklung sind an dem Kabel 15 angeschlossen, das zum Vergleicher 14 führt. Ein Ende 22 des Aluminiumrohres ist in einer Buchse 23 befestigt, die ihrerseits in de:- Grundplatte 4 des Lasers befestigt ist Das andere Ende 24 des Aluminiumrohres ist in einer Buchse 25 befestigt In diese Buchse 25 ist ein Invarstab 26 mit Gewindeteil 26a in axialer Richtung verstellbar angebracht. Der Invarstab 26 ist mit Gleitpassung in der Buchse 23 geführt u.id ruht mit seinem Fußende 27 auf dem Maschinenbett 1. Das Gewindeteil 26a dient der groben Justierung des Laserstrahles.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Es sei angenommen, daß der Leitstrahl 3 bereits in bekannter Weise in die in F i g. 1 gezeichnete Lage eingerichtet wurde; er trifft hierbei in einem Punkt 30 des Meßempfängers 8 auf. Der Vergleicher 14 erzeugt einen mittleren Heizstrom durch die Heizwicklung 21 des Stellgliedes 7, der der eingerichteten Lage des Leitstrahles entspricht. Weicht nun der Leitstrahl durch Wärmeeinwirkung von der eingerichteten Lage ab, so daß er gemäß der gestrichelten Linie 3a verläuft, so trifft er in einem Punkt 31 auf dem Meßempfänger 8 auf. Der Meßempfänger 8 erzeugt folglich ein der vertikalen Richtung der Abweichung und deren Größe entsprechendes Signal, das über das Kabel 13 dem Vergleicher 14 zufließt. Im Vergleicher 14 wird das Abweichungssignal mit dem der eingerichteten Lage des Leitstrahles 3 entsprechenden Sollwert verglichen. Der Vergieicher bildet aus dem Vergleich ein Stellsignal in der Form eines größeren Heizstromes, der über das Kabel 15 der Heizwicklung 21 des Stellgliedes 7 zugeführt wird. Das Aluminiumrohr 20 dehnt sich dadurch mehr aus, so daß die Grundplatte 4 mit dem Laser 2 über die Auflagepunkte 9 der Beine 5 auf dem Maschinenbett 1 im Gegenuhrzeigersinn positiv gedreht wird, so daß der Leitstrahl angehoben und in die vorher eingerichtete Lage 30 auf dem Meßempfänger 8 zurückgeführt wird. Weicht der Leitstrahl nach oben von der Sollage ab, so daß er in einem Punkt 31' auf den Meßempfänger 8 auftrifft, so bildet der Vergleicher 14 ein entsprechendes Stellsignal in der Form eines kleineren Heizstromes durch die Heizwicklung 2i des Stellgliedes 7. Die Ausdehnung des Aluminiumrohres 20 nimmt somit ab und der Leitstrahl sinkt und kehrt wiederum in die eingerichtete Lage zurück.

Messungen hinsichtlich des Maschinenbettes werden mittels eines ebenfalls lage- und lichtempfindlichen Meßempfängers 35 durchgeführt Seine Signalaujgänge sind über ein Kabel 36 mit einer bekannten Meßvorrichtung 37, die die Abweichung des Maschinenbettes in vertikaler Richtung anzeigt, verbunden. Da der Weg des Leitstrahles zum Meßempfänger 8 besser nicht unterbrochen wird, wird dem Meßempfänger 35 ein Strahlteiler in der Form eines teildurchlässigen Spiegels 38 vorgesetzt, der einen Teil 39 des Leitstrahles 3 auf den Meßempfänger 35 wirft und den verbleibenden Teil zum Meßempfänger 8 durchläßt. Der Leitstrahl behält somit während der ganzen Meßarbeiten seine eingerichtete Lage ohne die Meßarbeiten zu stören.

Falls der Leitstrahl in horizontaler Ebene zu stabilisieren ist, ist ein Stellglied so anzubringen, daß eine Verstellung des Lasers in horizontaler Richtung erfolgt.

Selbstverständlich kann der Laser gleichzeitig in der horizontalen und in der vertikalen Ebene stabilisiert werden, indem für jede Ebene ein Stellglied angeordnet wird. Das Stellglied für die vertikale Ebene empfängt dann Stellsignale, die der Abweichung des L.eitstrahles in der vertikalen Ebene entsprechen, während das andere Stellglied Stellsignale empfängt, die den Abweichungen des Leitstrahles in der horizontalen Ebene entsprechen.

Schließlich ist noch zu bemerken, daß das Stellglied nach verschiedenen Prinzipien arbeiten kann. So ist z. B. auch ein hydraulisches, elektromagnetisches oder piezoelektrisches Stellglied verwendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Richtungsstabilisation eines als Leitstrahl dienenden Laserstrahles in seiner Soll-Lage, dadurch gekennzeichnet, oaß Signale, die der Abweichung von der Soll-Lage entsprechen, zum Bilden von Stellsignalen für die mechanische Aufstellung des Lasers verwendet werden.

2. Vorrichtung für einen Laser mit einer festen Grundplatte und mit einem zugeordneten lichtelektrischen, lageempfindlichen Meßempfänger zur Überwachung und Richtungsstabilisierung des Leitstrahles nach dem Verfahren des Anspruches 1, '5 dadurch gekennzeichnet, daß die Signalausgänge (10 bis 12) des Meßempfängers (8) verbunden sind mit einer Vergleichsvorrichtung (14) zum Vergleich etwaiger Abweichungssignale mit einem Sollwert und zur Bildung von entsprechenden Stellsignalen für mindestens ein mit der festen Grundplatte (4) zusammenwirkendes, die mechanische Lage des Lasers (2) beeinflussendes Stellglied (7).

3. Vorrichtung für einen Laser nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (7) aus einer auf einem Wärme-Ausdehnungskörper (20) angebrachten Heizwicklung (21) und einem Invarstab (26) als Fuß besteht, wobei das eine Ende (22) des Ausdehnungskörpers mit der Grundplatte (4) des Lasers, das andere F.nde (24) mit dem einen Ende des lnvarstabes (26a) verbünden ist. dessen anderes Fußende (27) sich aut einem tischartigen Socke! (1) abstützt, wobei die Stellsignale den Heizstrom für die Heizwicklung (21) bilden.

4. Vorrichtung für einen Laser nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied mit einer in einer vertikalen und ein Stellglied mit einer in einer horizontalen Ebene wirksamen Stellgröße vorgesehen sind.

5. Vorrichtung für einen Laser nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mii einem weiteren lage- und lichtempfindlichen Meßempfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Meßempfänger (35) sich außerhalb des Bereichs des Leitstrahles (3) befindet und einem im Weg des Leitstrahles (3) angeordneten Strahlteiler (38) zugeordnet ist.