DE3916813C2 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahls für eine Ausrichtvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahls für eine Ausrichtvorrichtung gemäß Anspruch 1.

Viele industrielle Verfahren erfordern eine exakte räumliche Ausrichtung einer Vielzahl von Teilen. Ein Beispiel betrifft industrielle Bearbeitungsvorgänge, bei welchen Maschinenteile oder Werkzeuge, wie beispielsweise eine Spindel oder ein Schneidwerkzeug relativ zu einem Werkstück ausgerichtet werden müssen. Ausrichtefehler können hier zu verminderter Produktqualität, aber auch zum Werkzeugbruch führen.

Aus der US 45 66 202 ist eine Vorrichtung zum Ausrichten einer rotierenden Werkzeugspindel gegenüber einem Werkstück bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist ein Laser vorgesehen, der mit seinem Gehäuse in das Werkzeugspannfutter der Werkzeugspindel eingespannt wird, wobei das Gehäuse so gestaltet ist, daß hierbei eine möglichst präzise Ausrichtung in Richtung der Spindelachse erfolgt. Der Laserstrahl projiziert somit die Lage der Spindelachse auf die Werkstückober­ fläche. Ist der Laser nicht genau fluchtend mit der Spindelachse eingespannt, so entsteht bei der Rotation der Spindel mit dem eingespannten Laser auf der Werkstückoberfläche ein projizierter Kreis, dessen Mittelpunkt genau der Lage der Spindelachse entspricht.

Am Werkstück wird ein Ausrichtziel, beispielsweise in Form von Fotozellen wie einer Vierquadrantenphotodiode befestigt. Durch diese Fotozellen wird der Auftreffpunkt des Laserstrahls erfaßt, der dann als Grundlage für die genaue Ausrichtung von Werkstück und Spindel zueinander dient.

Die Ausrichtziele bekannter Ausrichtsysteme weisen typischerweise Fotozellen auf, die derart arbeiten, daß sie das Energiezentrum des auftreffenden Licht­ strahls erfassen. Deshalb ist es im allgemeinen wichtig, eine Lichtquelle, ins­ besondere einen Laserstrahler vorzusehen, die einen stabilen und parallel ge­ richteten Lichtstrahl erzeugt. Ein instabiler Lichtstrahl kann ein Energiezentrum aufweisen, das nicht mit dem geometrischen Zentrum des Strahls identisch ist, sondern wesentlich von diesem versetzt ist. Da das geometrische Zentrum des Strahls jedoch die Vermessungs- und Berechnungsgrundlage ist, kann es somit durch diesen Versatz von Energiezentrum und geometrischem Zentrum des Strahls zu deutlichen Meß- und Ausrichtungsfehlern kommen.

Weiterhin kam in jüngster Zeit der Wunsch nach Ausrichtungssystemen auf, die eine genaue Ausrichtung von Bauelementen in einer explosionsgefährdeten Umgebung ermöglichen. Dies kann beispielsweise eine Umgebung sein, in der hochflüchtige Brennstoffe eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Raketen­ abschuß und -befüllungsstationen. Die bekannten Laserausrichtsysteme, welche Hitze erzeugen oder die Möglichkeit elektrischer Kurzschlüsse aufweisen, können in einer solchen Umgebung generell nicht eingesetzt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Lichtstrahls für eine Ausrichtvorrichtung zu schaffen, die einen räumlich stabilen und genau parallel gerichteten Lichtstrahl erzeugt, die nur wenige, einfache und kostengün­ stig herzustellende optische Bauteile erfordert und die es ermöglicht, den licht­ aussendenden Teil der Vorrichtung von den Hitze erzeugenden Bauteilen, wie der Lichtquelle, räumlich zu trennen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft eine Ausrichtvorrichtung mit einer Lichtquelle, einer optischen Einmodenfaser und einem Kollimator. Die Lichtquelle kann betätigt werden, um einen Laser zu erzeugen, und insbesondere kann die Lichtquelle ein Heliumlaser sein. Die Laserquelle kann ferner ein Einmodenfeststoff-Diodenlaser sein. Die optische Einmodenfaser erlaubt nur eine Art von Lichtübertragung. Die Vorrichtung kann ferner Zusätzliche optische Einrichtungen aufweisen, beispielsweise ein rotierendes Pentaprisma, um wirksam eine optische Ebene zu erzeugen, zu welcher die Ausrichtung anderer Stellen verglichen werden kann. Vorzugsweise wird die Lichtquelle in Nähe des einen Endes der optischen Einmodenfaser angeordnet. Eine Fokussierungs­ einrichtung kann zwischen der Lichtquelle und dem Ende der optischen Faser angeordnet werden. Die Fokussierungs­ einrichtung kann ein Mikroskopobjektiv oder eine Mikrokugel sein, mit welcher das Licht von der Lichtquelle zu dem Ende der optischen Einmodenfaser fokussiert wird.

Die optische Einmodenfaser kann irgendeine geeignete Länge und irgendeine geeignete winklige Orientierung längs der Länge aufweisen. Willkürliche Biegungen über die Länge der optischen Einmodenfaser können derart vorgesehen werden, daß das zweite Ende der optischen Einmodenfaser physikalisch versetzt gegenüber dem ersten Ende und winklig ausgerichtet ist. Ein wesentlicher Abschnitt der Länge der optischen Einmodenfaser kann innerhalb einer Schutzeinrichtung angeordnet sein, die fest oder elastisch sein kann, abhängig von der speziellen Verwendung.

Das zweite Ende der optischen Einmodenfaser ist in einem im wesentlichen festen Abstand von dem Kollimator angeordnet, der im wesentlichen gleich ist der Brennweite des Kollimators. Das zweite Ende der optischen Einmodenfaser kann in einer Klammer fixiert sein, die in fester Beziehung zu einer Kollimatorlinse angeordnet ist. Die Befestigung für die Kollimatorlinse und die Klammer für das zweite Ende der optischen Einmodenfaser können in einem einzigen Gehäuse angeordnet sein. Die Lichtquelle kann ebenfalls in dem gleichen Gehäuse wie das zweite Ende der optischen Einmodenfaser angeordnet sein, aber eine derartige feste räumliche Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der optischen Einmodenfaser ist nicht erforderlich.

Die sich ergebende Anordnung aus Lichtquelle, optischer Einmodenfaser und Kollimator wie vorstehend beschrieben, ergibt einen im wesentlichen perfekt stabilisierten Strahl, der aus dem Kollimator austritt unbeachtlich der Eintrittsstellung des Lichtes in das erste Ende der optischen Einmodenfaser. Insbesondere tritt ein räumlich extrem stabiler Ausgangsstrahl aus dem Kollimator aus ohne komplexe und kostspielige Kompensierungseinrichtungen, die bei bekannten Vorrichtung verwirklicht sind. Veränderungen in der Stellung oder Ausrichtung der optischen Einmodenfaser an Stellen, die im Abstand zu dem zweiten Ende vorgesehen sind, haben keine Wirkung auf die räumliche Stabilität des Strahls, der aus dem Kollimator austritt. Veränderungen in der Ausrichtung der Lichtquelle zu dem ersten Ende der optischen Einmodenfaser oder der Fokussierungseinrichtung können die Intensität des Lichtes beeinflussen, der aus dem Kollimator austritt, aber sie beeinflussen nicht die räumliche Ausrichtung und Stabilität.

Wie nachstehend ausgeführt wird, wird ins Auge gefaßt, daß gewissen Ausführungsformen der Erfindung die Lichtquelle, die optische Einmodenfaser und den Kollimator in einem einzigen Gehäuse umfassen. Andere Ausführungsformen ordnen die Lichtquelle und das erste Ende der optischen Einmoden­ faser in einer im wesentlichen festen Beziehung relativ zueinander an, während das zweite Ende der optischen Einmodenfaser in fester Beziehung zueinander an einer getrennten Stellung angeordnet sind. Die optische Einmodenfaser kann entweder fest oder elastisch zwischen diesen beiden Stellen angeordnet sein. Die letztere Anordnung kann insbesondere wünschenswert sein zur Verwendung in potentiell explosiven Umgebungen. Insbesondere können die elektrische Stromversorgung und die wärmeerzeugenden Komponenten von der explosiven Umgebung isoliert werden. Damit ist eine genaue Ausrichtung innerhalb der explosiven Umgebung zu erreichen über das zweite Ende der optischen Faser und den Kollimator, die weder elektrischen Strom erfordern noch eine bedeutende Wärmeentwicklung erbringen.

In einer besonderen bevorzugten Ausführungsform werden die Kombination aus Lichtquelle, der optischen Einmodenfaser und dem Kollimator in Kombination mit einem Ziel verwendet, welches eine Fotozelleinrichtung aufweist, die auf die Lichtquelle anspricht, um elektrische Ausgangssignale zu erzeugen, mit deren Hilfe eine Identifizierung der Stellen von Punkten möglich ist, an welchen das Ziel von dem Licht getroffen wird. Diese bevorzugten Ausführungsformen können Laserlichtquellen und insbesondere Feststoffdiodenlaser aufweisen. Zusätzlich kann eine Fokussierungseinrichtung wie eine Mikrokugel zwischen der Laserdiode und dem ersten Ende der optischen Einmodenfaser angeordnet werden, um den Laser gegen das erste Ende der Faser hin zu fokussieren. Das in diesen Ausführungsformen verwendete Ziel kann eine Leseeinrichtung zur Identifizierung der Stellen aufweisen, an welchen das Licht auf das Ziel auftrifft.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform einer Ausrichtvorrichtung,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform einer Ausrichtvorrichtung und

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Ausrichtvorrichtung mit einem virtuellen Ziel zur Erfassung des Energiezentrums eines Lichtstrahls.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 10 in Fig. 1 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 umfaßt eine Lichtquelle 12, die fest an einem Träger 14 angeordnet ist. Die Lichtquelle wird betätigt, um einen Lichtstrahl 16 zu erzeugen. Insbesondere wird die Lichtquelle 12 allgemein beschrieben, um eine Einrichtung zur Erzeugung irgendeiner von verschiedenen Formen von Lichtstrahlen 16 zu erzeugen. Beispielsweise kann die Lichtquelle 12 einen Infrarotlichtstrahl erzeugen. In einer besonderen bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Lichtquelle 12 einen schwachen Strahl aus Laserlicht 16.

Die Vorrichtung 10 umfaßt ferner eine Fokussierungshilfe 18, die fest auf dem Träger 14 in einem Abstand a von der Lichtquelle 12 angeordnet ist. Der Abstand a wird ausgewählt, um zu ermöglichen, daß ein Hauptteil des Lichts aus der Lichtquelle 12 auf die Fokussierungshilfe 18 auftrifft. Die Fokussierungshilfe 18 kann ein Mikroskopobjektiv oder eine Mikrokugel mit einer Brennweite b sein. Somit wird die Fokussierungshilfe 18 betätigt, um den Lichtstrahl 16 zu einem Lokalabstand b zu fokussieren.

Eine optische Einmodenfaser 20 mit einem ersten Ende 22 und einem gegenüberliegenden Ende 24 ist an der Vorrichtung 10 befestigt, so daß das erste Ende 22 etwa im Abstand b zu der Fokussierungshilfe 18 angeordnet ist. Insbesondere ist der Bereich der optischen Einmodenfaser 20 angrenzend an das erste Ende 22 fest über eine Klemmeinrichtung 25 eingeklemmt, so daß das erste Ende 22 zu dem Lichtstrahl 16 ausgerichtet ist, und das Ende weist einen Abstand b von der Fokussierungshilfe 18 auf, der im wesentlichen gleich ist der Brennweite der Fokussierungshilfe 18. Als Ergebnis der Anordnung des ersten Endes 22 der optischen Einmodenfaser 20 relativ zu der Fokussierungshilfe 18 wird ein wesentlicher Teil des Lichtstrahls 16 direkt zu dem ersten Ende 22 der optischen Einmodenfaser 20 fokussiert. Veränderungen der Abstände a und b verursacht durch thermische Expansion, Herstellungsfehler od. dgl., können die Intensität des Lichtes beeinflussen, das auf das erste Ende 22 der optischen Einmodenfaser 20 auftrifft. Jedoch beeinflussen diese möglichen Veränderungen der Intensität nicht den Betrieb oder die Genauigkeit der Vorrichtung 10. Ähnlich kann die winklige Ausrichtung des eintretenden Lichtstrahls 16 und/oder die winklige Ausrichtung der optischen Einmodenfaser 20 angrenzend an das Ende 22 gewissen Auswirkungen auf die Intensität des Lichtes aufweisen, das auf die optische Einmodenfaser 20 auftrifft. Jedoch haben auch diese winkligen Veränderungen keinen meßbaren Einfluß auf den Betrieb oder die Genauigkeit der Vorrichtung 10.

Das Licht aus der Lichtquelle 12, das auf das erste Ende 22 der optischen Einmodenfaser 20 auftrifft, wird über die gesamte Länge durch die optische Einmodenfaser 20 zu dem zweiten Ende 24 geleitet. Die optische Einmodenfaser 20 reduziert wirksam das Licht, das auf das erste Ende 22 auftrifft auf eine einzige Art nach dem Austritt aus dem zweiten Ende 24. Die Länge der optischen Einmodenfaser 20 und die winklige Ausrichtung der optischen Einmodenfaser 20 an verschiedenen Stellen längs der Länge haben keinen Einfluß auf den Betrieb der Vorrichtung 10. Jedoch wird in den meisten Anwendungen die optische Einmodenfaser 20 ziemlich zerbrechlich sein und ein Schutz in herkömmlicher Art ist wünschenswert. Dieser Schutz muß jedoch nicht starr oder fest sein. Das zweite Ende 24 der optischen Einmoden­ faser 20 ist fest in einem Gehäuse 26 in einem im wesentlichen festen Abstand c von einer Kollimatorlinse 28 angeordnet. Der Abstand c zwischen dem zweiten Ende 24 der optischen Einmodenfaser 20 und der Kollimatorlinse 28 ist im wesentlichen gleich der Brennweite der Kollimatorlinse 28. Zusätzlich wird der Abschnitt der optischen Einmodenfaser 20 angrenzend an das zweite Ende 24 im wesentlichen ausgerichtet sein zu der Achse der Kollimatorlinse 28. Als Ergebnis dieser Anordnung erzeugt die Vorrichtung 10 einen stabilen, parallel gerichteten Lichtstrahl 30 aus der Kollimatorlinse 28. Der Lichtstrahl 30 wird im wesentlichen räumlich perfekt stabilisiert sein trotz Veränderungen in der Ausrichtung und des Abstandes von Anordnungsstellen in der Vorrichtung 10, die im Abstand zu dem Gehäuse 26 vorgesehen sind. Beispielsweise werden Verschiebungen der Abschnitte der optischen Einmodenfaser 20 im Abstand von dem zweiten Ende 24 absolut keine Wirkung auf die räumliche Position des parallel gerichteten Strahles 30 aufweisen. Ähnlich haben Veränderungen in der Ausrichtung des Strahles 16, der von der Lichtquelle 12 erzeugt wird, und Veränderungen der Abstände a oder b zwischen der Lichtquelle 12 und dem ersten Ende 22 der optischen Einmodenfaser 20 überhaupt keinen Einfluß auf die räumliche Position oder Stabilität des parallel gerichteten Strahles 30.

Die Vorrichtung 10 wird typischerweise mit einem elektronischen Ziel 32 verwendet, welches das Energiezentrum des Lichtes erfaßt, das darauf auftrifft, und um elektrische Signale zu erzeugen welche die genaue Stelle des Energiezentrums identifizieren. Das Ziel 32 wird herkömmlicherweise an einer Stelle an einem Element 34 befestigt, welches eine Maschine oder ein Werkstück sein kann, dessen Stellung und Ausrichtung zu bestimmen ist.

Eine alternative Ausführungsform einer stabilisierten Ausrichtvorrichtung ist allgemein mit dem Bezugszeichen 40 in Fig. 2 bezeichnet. Die Vorrichtung 40 umfaßt eine Lichtquelle 42, die fest in einem Gehäuse 44 angeordnet ist. Die Lichtquelle 42 wird betätigt, um einen Lichtstrahl 46 zu erzeugen. Wie anhand des vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiels beschrieben, kann die Lichtquelle 42 eine Laservorrichtung und der Lichtstrahl 46 kann ein Strahl aus Laserlicht sein.

Die Vorrichtung 40 weist ferner eine Fokussierungshilfe 48 auf, die fest an dem Gehäuse 40 in einem Abstand d von der Lichtquelle 42 angeordnet ist. Die Fokussierungshilfe 48 kann ein Mikroskopobjektiv oder eine Mikrokugel sein, welche das Licht 46 fokussiert, das hindurchgeleitet wird.

Die Vorrichtung 40 umfaßt ferner eine optische Einmodenfaser 50 mit einem ersten Ende 52 und einem gegenüberliegenden Ende 54. Insbesondere ist das erste Ende 52 der optischen Einmodenfaser 50 in einem Abstand e von der Fokussierungshilfe 48 angeordnet, welcher im wesentlichen gleich ist der Brennweite der Fokussierungshilfe 48. Die optische Einmodenfaser 50 ist fest in einer Klammer 55 angeordnet. Anders als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind beide Enden 52 und 54 der optischen Einmodenfaser 50 innerhalb des gleichen Gehäuses 44 angeordnet und die optische Einmodenfaser 50 wird im wesentlichen fest über ihre gesamte Länge gehalten.

Die Vorrichtung 40 weist ferner eine Kollimatorlinse 58 auf, die fest an dem Gehäuse 44 angeordnet ist, so daß der Abstand f zwischen dem zweiten Ende 54 der optischen Einmodenfaser 50 und der Kollimatorlinse 58 im wesentlichen gleich ist der Brennweite der Kollimatorlinse 58. Insbesondere wird der Abstand f im wesentlichen konstant gehalten über die feste Anordnung sowohl der optischen Einmodenfaser 50 als auch der Kollimatorlinse 58 an dem Gehäuse 44. Als Ergebnis dieses Aufbaus tritt ein räumlich stabiler, parallel gerichteter Strahl 60 aus der Kollimatorlinse 58 aus. Wie vorstehend ausgeführt bleibt die räumliche Stabilität trotz möglicher Verschiebungen oder winkliger Fehlausrichtungen des eintretenden Lichtstrahles 46 relativ zu der Fokussierungshilfe 48.

Wie anhand des vorstehenden Ausführungsbeispieles erläutert, wird die Vorrichtung 40 mit einem Target oder Ziel 62 verwendet, das typischerweise an einem Werkstück, einem Werkzeug oder einem ähnlichen Objekt 64 angeordnet sein kann, dessen Stellung genau gegenüber dem parallel gerichteten Strahl 60 gemessen werden soll. Das Ziel 62 weist eine Fotozelleinrichtung auf, welche betätigt wird, um die genaue Stellung des Lichtstrahls 60 zu ermitteln und um geeignete elektrische Signale entsprechend dieser Stellung zu erzeugen.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 40 unterscheidet sich von der Vorrichtung 10 nach Fig. 1 vorwiegend darin, daß die Lichtquelle 42, die Fokussierungslinse 48, die optische Einmodenfaser 50 und die Kollimatorlinse 58 alle in dem gleichen Gehäuse angeordnet sind. Somit erbringt die Vorrichtung 40, die in Fig. 2 gezeigt ist, einen einzigen kompakten Aufbau, der für gewisse Anwendungen geeigneter sein kann. In beiden Fällen erzeugt jedoch die Vorrichtung einen sehr stabilen Lichtstrahl, der im wesentlichen durch Bewegungen der Teile zwischen der Lichtquelle und dem zweiten Ende der optischen Einmodenfaser nicht beeinflußt wird.

Eine besonders praktische Ausführungsform ist allgemein mit dem Bezugszeichen 70 in Fig. 3 bezeichnet. Insbesondere umfaßt die Vorrichtung 70 einen Diodenlaser 72, der in einem Gehäuse 74 angeordnet ist und der betätigt wird, um einen Infrarotlaserstrahl 76 zu erzeugen. Die Laserdiode 72 ist betriebsmäßig verbunden mit einem Stromkabel 77, welches in eine elektrische Stromquelle (nicht gezeigt) eingesteckt werden kann, um den erforderlichen Strom für den Diodenlaser 52 zu liefern. In gewissen Ausführungsformen umfaßt das Gehäuse 74 eine aufladbare Batterie, um den Diodenlaser 72 mit Leistung zu versorgen.

Eine Mikrokugel (microsphere) 78 ist fest in dem Gehäuse 74 angeordnet und fokussiert das Laserlicht 76, das aus dem Diodenlaser 72 austritt. Eine optische Einmodenfaser 80 mit einem ersten Ende 82 und einem gegenüberliegenden Ende 84 ist ebenfalls vorgesehen. Die optische Einmodenfaser ist geschützt in einem rohrförmigen Element 85 angeordnet, welches über seine Länge elastisch aber nicht zusammendrückbar ist. Das rohrförmige Schutzelement 85 kann ähnlich einem BX-Kabelmantel ausgebildet sein und aus einem Metall oder einem schlagzähen Kunststoff bestehen. Das rohr- oder schlauchförmige Element 85 ist insbesondere wichtig in explosiven oder anderen potentiell schädlichen Umgebungen. Das erste Ende 82 der optischen Einmodenfaser 80 ist fest in dem Gehäuse 74 angeordnet und weist einen Abstand von der Mikrokugel 78 auf, der im wesentlichen gleich ist der Brennweite der Mikrokugel 78. Obgleich der Feststoffdiodenlaser 72, die Mikrokugel 78 und das erste Ende 82 der optischen Einmodenfaser 80 fest in dem Gehäuse 74 angeordnet sind, beeinflussen Veränderungen der jeweiligen Position und Ausrichtung nicht die Genauigkeit der Vorrichtung 70. Wie vorstehend ausgeführt können Umgebungsbedingungen wahrscheinlich derartige kleine Veränderungen in der Ausrichtung der Komponenten bewirken, die innerhalb des Gehäuses 74 angeordnet sind.

Das zweite Ende 84 der optischen Einmodenfaser 80 ist fest in dem Gehäuse 86 vorgesehen. Wie schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, kann die optische Einmodenfaser 80 irgendeine geeignete Länge und winklige Ausrichtung zwischen dem ersten Ende 82 und dem zweiten Ende 84 aufweisen. Eine Kollimatorlinse 88 ist fest in dem Gehäuse 86 in einem Abstand von dem zweiten Ende 84 der optischen Einmodenfaser 80 angeordnet, der im wesentlichen gleich ist der Brennweite der Kollimatorlinse 88. Das Gehäuse 86 ist strukturell ausreichend fest, um einen im wesentlichen konstanten Abstand und eine winklige Ausrichtung zwischen dem zweiten Ende 84 der optischen Einmodenfaser 80 und der Kollimatorlinse 88 aufrechtzuerhalten. Diese feste Anordnung kann leicht und sicher erreicht werden, da keine der Komponenten innerhalb des Gehäuses 86 Wärme erzeugen und es besteht keine sich daraus ergebende verschiedene thermische Expansion über das Gehäuse 86. Das Gehäuse 86 ist ferner mit einem Fenster 89 versehen, welches Schmutz oder Fremdstoffe daran hindert, sich auf der Kollimatorlinse 88 abzusetzen. Die Kollimatorlinse 88 erzeugt einen parallel gerichteten Laserstrahl 90. Aus den vorstehend geschilderten Gründen ist der gleichgerichtete Laserstrahl 90 extrem stabil trotz Veränderungen der Stellung der optischen Einmodenfaser 80 oder der optischen Elemente, die den Laserstrahl in das erste Ende 82 und der optischen Einmodenfaser 80 leiten. Das Gehäuse 86 kann zweckmäßigerweise in einem Element 92 angeordnet sein, welches ein Werkstückhalter, ein Werkstück od. dgl. sein kann. Insbesondere wird die Vorrichtung 70 befestigt, um den parallel gerichteten Laserstrahl 90 auf ein Ziel zu richten, das allgemein mit dem Bezugszeichen 92 bezeichnet ist.

Das Ziel 92 ist zweckmäßigerweise in einem Element 91, beispielsweise einem Werkstück, einem Werkstückhalter od. dgl. befestigt. Insbesondere ist das Ziel 92 nach Fig. 3 funktionell und strukturell im wesentlichen gleich dem in der US-PS 4,483,618 beschriebenen Ziel. Das Ziel 92 ist mit einem Befestigungsbolzen 94 versehen, welcher derart ausgebildet ist, daß er innerhalb einer Öffnung 95 od. dgl. an dem Objekt 91 eingesetzt werden kann. Das Ziel 92 umfaßt ferner ein Prisma 96, welches den eintretenden Laserstrahl 90 unter einem Winkel von 90° und gegen eine Fotozelleinrichtung 98 reflektiert. Die Fotozelleinrichtung 98 erfaßt die Stellung des Energiezentrums des Laserstrahls, der von dem Prisma 96 reflektiert wird. Ferner erzeugt die Fotozelleinrichtung 98 elektrische Signale, die von einer Steuereinrichtung 100 aufgenommen und in digitale Elemente umgewandelt werden, die leicht von dem Benutzer der Vorrichtung 70 interpretiert werden können. Wie in US-PS 4,483,618 erläutert, ist das Ziel 92 mehr als nur ein Reflektor von Licht aus seinem ursprünglichen Weg. Das Ziel 92 beabstandet den Detektor 98 von dem ursprünglichen optischen Weg in einem Abstand RA und bewirkt, daß das Ziel 92 funktioniert, wenn der Detektor 98 tatsächlich in einer virtuellen Stellung 99 angeordnet ist, welche in einem äquivalenten Abstand RV längs des ursprünglichen optischen Weges aber hinter der Reflexionsfläche des Prismas 96 liegt. Das Ziel 92 kann an einem Objekt 91 angeordnet sein, derart, daß die virtuelle Stellung 99 im wesentlichen in Linie liegt mit dem Eingang der Öffnung 95 in dem Objekt 91. Ferner erbringt das Ziel 92 genaue Messungen trotz möglicher winkliger Veränderungen des Ziels 92 relativ zu der Fläche 91. Somit kompensiert sich die in Fig. 3 gezeigte Vorrichtung selbst für beide Fehlausrichtungen, die zwischen dem zweiten Ende 84 der optischen Einmodenfaser 80 und der Laserdiode 72 auftreten, und bei einer Fehlausrichtung des Ziels 92.

Zusammengefaßt ist festzustellen, daß eine Vorrichtung geschaffen wird zur Erzeugung eines extrem stabilen Lichtstrahls ohne komplexe Reihen von Prismen und trotz gewisser Fehlausrichtungen der Komponenten in der Vorrichtung. Die Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle, welche eine Laserlichtquelle sein kann, die in Nähe einer Fokussierungshilfe angeordnet ist. Die Fokussierungshilfe leitet das Licht in ein Ende einer optischen Einmodenfaser. Das gegenüberliegende Ende der optischen Einmodenfaser ist im wesentlichen in einer exakten räumlichen und winkligen Ausrichtung gegenüber einer Kollimatorlinse angeordnet. Insbesondere ist das gegenüberliegende Ende der optischen Einmodenfaser im wesentlichen im Brennpunkt der Kollimatorlinse angeordnet. Ein elektrisches Ziel, welches die Stellen der Lichtenergie erfaßt, das darauf auftrifft, ist im Abstand gegenüber der Vorrichtung angeordnet. Die Kombination des Lasersenders und des Ziels ermöglicht eine genaue winklige und positionelle Ausrichtung, die schnell und exakt durchgeführt werden kann.

Claims (12)

1. Vorrichtung (10; 40; 70) zur Erzeugung eines Lichtstrahls (30; 60; 90) für eine Ausrichtvorrichtung mit einer Lichtquelle (12; 42; 72), einer optischen Einmodenfaser (20; 50; 80) mit einem ersten Ende (22; 52; 82) und einem gegenüberliegenden zweiten Ende (24; 54; 84), wobei das erste Ende (22; 52; 82) der optischen Einmodenfaser (20; 50; 80) wenigstens zum Teil in einer Linie mit dem Licht (16; 46; 76) von der Lichtquelle (12; 42; 72) derart angeordnet ist, daß Licht (16; 46; 76) von der Lichtquelle (12; 42; 72) durch die optische Einmodenfaser (20; 50; 80) aufgenommen und geleitet wird, und einer Kollimatoreinrichtung (28; 58; 88), die in einem vorausgewählten, bevorzugt festen Abstand (c; f) und in bevorzugt fester Winkellage zu dem zweiten Ende (24; 54; 84) der optischen Einmodenfaser (20; 50; 80) angeordnet ist, um Licht, das aus dem zweiten Ende (24; 54; 84) der optischen Einmodenfaser (20; 50; 80) austritt, parallel zu richten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Fokussierungseinrichtung (18; 48; 78) zum Fokussieren des Lichts (16; 46; 76) zwischen der Licht­ quelle (12; 42; 72) und dem ersten Ende (22; 52; 82) der optischen Ein­ modenfaser (20; 50; 80), bevorzugt in der Nähe der Lichtquelle (12; 42; 72), derart angeordnet ist, daß der Abstand (b; e) von der Fokussierungs­ einrichtung (18; 48; 78) zu dem ersten Ende (22; 52; 82) der optischen Einmodenfaser (20; 50; 80) etwa gleich der Brennweite der Fokussierungs­ einrichtung (18; 48; 78) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Lichtquelle (42), die Fokus­ sierungseinrichtung (48), die optische Einmodenfaser (50) und die Kollima­ toreinrichtung (58) fest zueinander in einem Gehäuse (44) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Lichtquelle (12), die Fokus­ sierungseinrichtung (18) und das erste Ende (22) der optischen Einmodenfa­ ser (20) fest in einem ersten Gehäuse (14) und das zweite Ende (24) der optischen Einmodenfaser (20) und die Kollimatoreinrichtung (28) fest in einem zweiten Gehäuse (26) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher das zweite Gehäuse (26) eine Einrichtung zur sicheren Befestigung des zweiten Gehäuses (26) an einem Maschinenwerkzeug oder Werkstück aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher die Fokussie­ rungseinrichtung ein Mikroskopobjektiv aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher die Fokussie­ rungseinrichtung eine Mikrokugel (78) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die Lichtquelle (12; 42; 72) ein Laserelement zur Erzeugung eines Laserstrahls aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher das Laserelement ein Feststoff- oder ein Festkörperdiodenlaser ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die optische Einmodenfaser (20; 50; 80) innerhalb eines rohrförmigen Schutz­ elements (85) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Ziel (32; 62; 92) vorgesehen ist, das im Abstand zu der Kollimatoreinrichtung (28; 58; 88) angeordnet ist und eine Fotozelleneinrichtung aufweist, die auf das Licht (30; 60; 90) von der Lichtquelle (12; 42; 72) anspricht, um elektrische Ausgangssignale zu erzeugen, die in der Lage sind, die An­ ordnung von Punkten zu identifizieren, an welchen das Ziel (32; 62; 92) von dem Licht (30; 60; 90) getroffen wird.

1 2. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher eine Ausleseeinrichtung vor­ gesehen ist, die zur Erzeugung von Anzeigen, die die Stellen von Licht­ punkten identifizieren, die auf das Ziel (32; 62; 92) auftreffen, mit dem Ziel (32; 62; 92) verbunden ist.