DE3901387C1 - Device for producing lines of light on a projection plane by means of a laser light source - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtlinien auf einer Projektionsebene mittels einer Laser-Lichtquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Vorrichtungen werden z.B. bei der Markierung groß­ flächiger farbiger Druckvorlagen oder bei Bestückungs­ automaten für Leiterplatten benötigt.

Es ist bekannt, Lichtlinien in Form von Lichtpfeilen mittels geeigneter Lichtquellen auf einer Projektionsebene zu erzeugen. Es ist auch bekannt, mittels geeigneter Optiken eine strichförmige Lichtlinie auf einer Projektionsebene auszubilden. Nachteilig hierbei ist, daß die Lichtquellen regelmäßig in großen Abständen zur Projektionsebene ange­ ordnet werden müssen und daß die zur Erzeugung von Licht­ linien notwendigen Optiken aufwendig und damit teuer in der Herstellung sind. Insbesondere zur Ausbildung feiner und scharfer Lichtlinien bedarf es eines großen Aufwandes für die Optik.

Eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-36 01 442 A1 vorbekannt. Diese Vorrichtung zum optischen Abtasten von Objekten ermöglicht es, einen Laser- Lichtstrahl über einen in dessen Strahlengang angeordneten, unter einem Winkel gegen den Laserstrahl geneigt angeordneten rotierenden Laserspiegel auf einen weiteren Umlenkspiegel zu richten, der die Form der Innenfläche eines Kegelstumpfes hat. Der rotierende Laserspiegel ist in der Achse des Laserstrahles heb- und senkbar, so daß auch der vom rotierenden Laserspiegel abgelenkte Laserstrahl entlang der kegelstumpfförmigen Fläche des weiteren Umlenkspiegels bewegbar ist, und zwar in einer parallel zur Achse des auf den rotierenden Laserspiegel auftreffenden Laserstrahles. Hierdurch kann ein Objekt räumlich oder auch nur in der X-Y-Ebene optisch abgetastet werden. Die Erzeugung eines Lichtkreuzes auf der Projektionsebene ist jedoch mit dieser Vorrichtung nicht möglich, so daß diese nicht als Markierungsvor­ richtung, z.B. bei der Markierung großflächiger, farbiger Druckvorlagen oder bei Bestückungsautomaten für Leiter­ platten, einsetzbar ist.

Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit welcher auf der Projektionsebene ein Lichtkreuz ausgebildet werden kann, so daß die Vorrichtung als Markierungsvorrichtung einsetzbar ist, z. B. bei der Markierung großflächiger, farbiger Druckvorlagen oder bei Bestückungsautomaten für Leiterplatten.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Hierdurch wird es ermöglicht, mittels eines einfachen Aufbaues eine gestochen scharfe, geradlinige Lichtlinie auf der Projektionsebene zu erzeugen, deren Lage durch Einstellung des Neigungswinkels des Plan­ spiegels gegen die Projektionsebene leicht verändert werden kann. Erfindungsgemäß erfolgt nun die Erzeugung eines Licht­ kreuzes durch Verwendung zweier Umlenkspiegel, die als unter einem rechten Winkel zueinander angeordnete Plan­ spiegel ausgebildet sind, und durch die Einstellbarkeit der Winkel der Planspiegel gegenüber der Projektionsebene. Jeder der beiden Planspiegel erzeugt beim Durchgang des Laserstrahles eine Lichtlinie auf der Projektionsebene.

Da die beiden Planspiegel unter einem rechten Winkel zueinander angeordnet sind, kreuzen sich die beiden Lichtlinien, so daß der Schnittpunkt der beiden Licht­ linien als scharfer Lichtpunkt zur Markierung eingesetzt werden kann, z.B. bei großflächigen, farbigen Druckvorlagen oder bei Bestückungsautomaten für Leiterplatten.

In der bevorzugten Ausführungsform sind zur Erzeugung einer von vier Lichtlinien umrandeten Fläche vier unter einem rechten Winkel zueinanderstehende Planspiegel vorgesehen, die unter einem bestimmten Winkel gegenüber der Projektionsebene einstellbar sind. Die Einstellung des Winkels der Planspiegel gegenüber der Projektionsebene ermöglicht die Bestimmung der Größe des erzeugten Recht­ eckes oder Quadrates.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen näher dargestellten Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtlinien auf einer Projektionsebene mittels einer Lichtquelle näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Prinzipdarstellung der Vorrichtung.

Senkrecht zu einer Projektionsebene 1, z.B. einem Prüftisch für die Farbqualität großflächiger Farbdrucke, ist eine Hohlachse 2 an einem nicht näher dargestellten Gestell drehbar gelagert. Der Drehantrieb erfolgt über einen Gleichstrommotor 3 und einen Riementrieb 4 auf die Hohl­ achse 2. Eine Einrichtung 5 zur Drehzahlüberwachung der Hohlachse 2 ist am oberen Ende ausgebildet. Am unteren Ende der Hohlachse 2 ist ein Laserspiegel 6 unter einem Winkel α von 45° gegen die Längsachse 7 der Hohlachse 2 angeordnet, wobei die Längsachse 7 mit der Richtung des Laserstrahles 8 zusammenfällt. Am unteren Ende der Hohl­ achse 2 ist oberhalb der Projektionsebene eine Austritts­ öffnung 9 im Bereich des Laserspiegels 6 vorgesehen, aus welcher der abgelenkte Laserstrahl 8′ austritt. Dieser rotiert zusammen mit der Hohlachse 2 in gewünschter Drehrichtung.

Der Laserstrahl 8 wird von einem Laser 10 erzeugt und mittels eines Umlenkspiegels 11 um 90° in die Längsachse 7 der Hohl­ achse 2 ausgerichtet, in welcher der Laserstrahl 8 auf den Laserspiegel 6 geführt wird.

Um die rotierende Hohlachse 2 herum sind in gleichen, festen Abständen vier Planspiegel 12 angeordnet, die länglich­ rechteckig ausgebildet sind und deren Längsmittelachsen als Tangenten zu einem um die Längsachse 7 der Hohlachse 2 gedachten Kreis gerichtet sind, der vom abgelenkten Laser­ strahl 8′ durchlaufen wird. Die Planspiegel 12 sind unter einem Winkel β geneigt zur Projektionsebene 1 an Achsen 13 von Schrittmotoren 14 gelagert, die im nicht dargestellten Gestell der Vorrichtung befestigt sind. Wie es die einzige Figur zeigt, erzeugt jeder Planspiegel 12 beim Durchlaufen des abgelenkten Laserstrahles 8′ eine Lichtlinie 15 auf der Projektionsebene 1, wobei die vier Lichtlinien 15 bei unter rechten Winkeln zueinander angeordneten Planspiegeln 12 rechtwinklig aufeinanderstehen und ein Quadrat bilden.

Durch Verstellung des Winkels β, den die einzelnen Plan­ spiegel 12 mit der Projektionsebene 1 einschließen, kann das Quadrat aus den vier Lichtlinien 15 verkleinert oder ver­ größert werden. Auch ist es möglich, aus dem Quadrat ein Rechteck zu machen, indem nur zwei gegenüberliegende Planspiegel 12 verstellt werden.

Bei Verwendung von nur zwei, rechtwinklig zueinanderstehenden Planspiegeln 12 wird von diesen nur ein einziges Lichtkreuz zur Bildung eines Lichtpunktes geschaffen. Bei Verwendung aller vier Planspiegel 12 bilden die vier Lichtkreuze jeweils die Eckpunkte eines aus Lichtlinien gebildeten Quadrates oder Rechteckes. In nicht näher dargestellter Weise ist es auch möglich, durch den Planspiegeln 12 zugeordnete Blenden eine Abschattung der sich an den Eckpunkten des Quadrates oder Rechteckes überschneidenden Lichtlinien 15 zu bewirken, so daß ein reines Viereck in Form eines reinen Quadrates oder Rechteckes geschaffen wird. Durch Kippen der einzelnen Planspiegel 12 können die Lichtlinien 15, die immer gleich lang bleiben, beliebig verschoben werden. Damit kann ein Viereck in Form eines Quadrates oder eines Recht­ eckes von beliebiger Größe und Lage eingekästelt werden.

Die gesamte, aus den in der einzigen Figur dargestellten Bauelementen bestehende Vorrichtung befindet sich innerhalb eines Gestelles, das zusätzlich gegenüber der Projektions­ ebene in nicht näher dargestellter Weise einstellbar und verschiebbar ist.

Eine Ausführungsform der Vorrichtung ist für einen 1,2 m×1,6 m großen Projektionstisch hergestellt worden, bei welchem aus einer Projektionshöhe von ca. 1,1 m über dem Projektions­ tisch quadratische Bereiche mittels Laserlicht markiert werden. Diese Bereiche können quadratisch, rechteckig oder strichförmig sein und haben eine minimale Größe von 3×3 mm und eine maximale Größe von 1,6×1,2 m. Die Markierung erfolgt nicht nur zentrisch, sondern kann beliebig innerhalb des maximal zu überstreichenden gesamten Flächenbereiches des Projektionstisches liegen. Der verwendete Laser 10 bietet als Lichtquelle mit einem gebündelten Strahlengang die besten Voraussetzungen dafür, ohne eine zusätzliche Optik Striche auf der Projektionsebene 1 zu erzeugen.

Hierzu wird der vom Laser 10 erzeugte Laserstrahl 8 zunächst vom Umlenkspiegel 11 abgelenkt und senkrecht zur Projektions­ ebene 1 durch die rotierende Hohlachse 2 hindurchgeführt. Der Laserstrahl wird vom rotierenden Laserspiegel 6, der unter dem Winkel α von 45° zum Laserstrahl 8 hin abge­ winkelt ist, abgelenkt. Der Laserstrahl 8′ rotiert nun kreisförmig parallel zur Projektionsebene 1. Durch die vier länglichen Planspiegel 12, die verstellbar mit ihrer Reflektionsfläche in den rotierenden Laserstrahl 8′ gebracht sind, wird der rotierende Laserstrahl 8′ zur Projek­ tionsebene 1 abgelenkt und erscheint dort als Strich bzw. Lichtlinie 15. Bei den vier vorgesehenen Planspiegeln 12 wird somit ein Viereck mit rechtwinklig zueinander stehenden Lichtlinien 15 erzeugt. Durch Kippen der einzelnen Plan­ spiegel 12 können nun diese strichförmigen Lichtlinien 15, die immer gleich lang bleiben, beliebig verschoben werden. Damit kann ein in der einzigen Figur dargestelltes Viereck, d.h. Quadrat oder Rechteck, von beliebiger Größe oder Lage eingekästelt werden. Mit einer nicht dargestellten Blenden­ mechanik können die sich an den Eckpunkten überschneidenden Laserstrahlen abgeschattet werden, so daß ein mit geringen Toleranzen behaftetes reines Viereck erhalten wird. Die vier Planspiegel 12 werden jeweils von einem Schrittmotor 14 mit angesetztem Getriebe verstellt. Die Ablenkung des Laserstrahles 8 erfolgt durch die Hohlachse 2 mit dem an dessen Austrittsöffnung 9 angebrachten Laserspiegel 6 mit fest installiertem Winkel α gleich 45°. Die Hohlachse wird über den Riementrieb 4 vom Gleichstrommotor 3 gedreht. Die Drehzahl der Hohlachse 2 wird von der Drehzahlüberwachungs­ einrichtung 5 überwacht. Diese Überwachung ist aus Sicher­ heitsgründen notwendig, da zur Erreichung der notwendigen Helligkeit auf der Projektionsebene 1 ein Laser 10 der Sicherheitsklasse 3 B notwendig ist. Ein Laserstrahl dieser Gefahrenklasse darf nur in den Sichtbereich des Menschen gelangen, wenn der Laserstrahl durch geeignete Maßnahmen so abgelenkt wird, daß dieser für das menschliche Auge ungefährlich ist. Dies erfolgt durch den rotierenden Laserspiegel 6, der das Maß der Energie, die in ein menschliches Auge fallen könnte, auf einen ungefährlichen Betrag reduziert. Die Sicherheit wäre jedoch nicht gewähr­ leistet, wenn die Rotation des Laserspiegels 6 aus irgend­ einem Grunde ausfallen würde. Es muß somit sichergestellt sein, daß bei Unterschreiten einer bestimmten Rotations­ geschwindigkeit der Laser 10 sofort ausgeschaltet wird. Dies erfolgt mittels der Drehzahlüberwachungseinrichtung 5.

Der Gleichstrommotr 3, die Drehzahlüberwachung 5, der Laser 18 und die vier Schrittmotoren 14 mit angesetztem Getriebe werden von einer geeigneten Steuerung betrieben bzw. über­ wacht, die nicht näher dargestellt ist. Auch das die Vorrichtung aufnehmende, gegenüber der Projektionsebene 1 in zwei Achsenrichtungen verfahrbare Gestell ist nicht näher dargestellt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Lichtlinien auf einer Projektionsebene mittels einer Laser-Lichtquelle, deren Laserstrahl senkrecht auf die Projektionsebene gerichtet ist, wobei im Strahlengang des Laserstrahles ein unter einem Winkel gegen den Laserstrahl geneigter, rotierender Laserspiegel und mindestens ein weiterer Umlenkspiegel unter einem Winkel gegen die Projektionsebene geneigt angeordnet sind, auf dessen Spiegelfläche der vom rotierenden Laserspiegel reflektierte Laserstrahl entlang­ geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines Lichtkreuzes zwei unter einem rechten Winkel zueinander angeordnete Planspiegel (12) als weitere Umlenkspiegel vorgesehen sind und daß der Winkel (β) der Planspiegel (12) gegenüber der Projektions­ ebene (1) einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer von Lichtlinien (15) umrandeten Fläche vier unter rechten Winkeln zueinander angeordnete Planspiegel (12) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) des Laserspiegels (6) gegenüber dem Laserstrahl (8) 45° beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellbarkeit des Winkels (β) jeder Planspiegel (12) um seine Achse (13) einstellbar gelagert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Planspiegel (12) mittels eines Schrittmotors (14) einstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Laserspiegel (6) am unteren Ende einer rotierenden Hohlachse (2) ange­ ordnet ist, die den Laserstrahl (8) umschließt und die am unteren Ende eine Austrittsöffnung (9) für den vom Laserspiegel (6) reflektierten Laserstrahl (8) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Planspiegel (12) länglich - rechteckig ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur teilweisen Abschattung des von den Planspiegeln (12) reflektierten Laserstrahls (8′) Lichtblenden vorgesehen sind.