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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lochbearbeitungs-Maschine
entsprechend des Oberbegriffs von Anspruch 1 und im speziellen auf ein
System zur Laser-Positionierung für die Lochbearbeitungs-Maschine
welches zur richtigen Einstellung der Position des Loches in einem
Werkstück, welches
bearbeitet wird, verwendet wird. Eine solche Maschine ist aus dem
Dokument
US 5741096A bekannt.
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Stand der
Technik
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Wenn
gegenwärtig
Lochbearbeitungs-Maschinen wie Bohrmaschine und Drehbank zur Lochbearbeitung
verwendet werden, müssen
allgemein Linien auf das Werkstück
gezeichnet werden bevor es bearbeitet werden kann. Dann wird eine
Mittelbohrung mit einem Drehdorn gebohrt bevor die Lochbearbeitungs-Maschine
für eine
Probebohrung eingeschaltet wird. Auf Basis des Ergebnisses der Probebohrung
wird die Position des zu bearbeitenden Werkstückes angepasst. Dies wird mehrmals
wiederholt bis Probebohrung und Position der Mittelbohrung abgeglichen
sind bevor die Lochbearbeitung an sich ausgeführt wird. In dem Prozess werden
Probebohren und Einstellen der Position des zu bearbeitenden Werkstückes üblicherweise
vielfach wiederholt bevor ein Loch mit einer akzeptablen Position
endgültig festgelegt
werden kann. Die Einstellung ist arbeits- und zeitintensiv und kann
leicht zu einer Ermüdung der
Augen des bedienenden Arbeiters führen. Des Weiteren ist es schwierig,
die Präzision
der Position des Loches zu garantieren.
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Eine
optische Markiereinrichtung für
mechanische Bearbeitung ist aus
DE 33 33 428 A1 bekannt. Die Einrichtung
weist zwei Lichtpunkt-Projektoren auf, die zwei sich schneidende
Linien produzieren. Die Projektoren sind auf hängenden Auslegern seitlich
des Arbeitsbereiches montiert, wobei ihre Achsen einen Winkel von
45° einschließen. Dieser
Aufbau nimmt viel Platz in Anspruch und verkompliziert sowohl den
Betrieb als auch die Justierung der Projektoren.
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Ein
Linien-Laser unterstützter
Aufbau ist aus
US 5,741,096 bekannt,
wo zwei sich schneidende fächerförmige Strahlen
projiziert werden. Die Lasersender sind auf einer halbkreisförmigen Plattform
unter der Referenzebene angebracht. Die Strahlen werden von unten
in einem geneigten Winkel projiziert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
die oben genannten vorhandenen technischen Mängel zu überwinden, bietet die vorliegende
Erfindung einen Hauptbohrfutter-Mittelpunkt der Lochbearbeitungs-Maschine,
der in der Lage ist, das zu bearbeitende Werkstück richtig zu markieren. Das zu
bearbeitende Werkstück
kann leicht bewegt werden, so dass der Mittelpunkt des zu bearbeitenden Loches
mit der Bohrermitte übereinstimmt.
Die Positionierung wird mit hoher Präzision und Effizienz schnell
erreicht. Des Weiteren ist die Erfindung eine Laser-Positionierung
in einer Lochbearbeitungs-Maschine,
die eine Ermüdung
der Augen des bedienenden Arbeiters effektiv reduzieren kann.
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Die
Lösung,
um das oben genannte Ziel zu erreichen, ist die von der vorliegenden
Erfindung gebotene Lochbearbeitungs-Maschine gemäß Anspruch 1, welche zwei Laser
bzw. Laserstrahlen aussendende Einheiten aufweist, von welchen jede
einen Lichtstrahl aussendet. Die zwei Lichtstrahlen stehen in einem
Winkel zueinander. Ihr Schnitt im Raum bildet eine einfache Schnittlinie.
Nachdem beide Laserstrahlen aussendenden Einheiten relativ zur Lochbearbeitungs-Maschine
fixiert sind, fällt
die einfache Schnittlinie, die im Schnitt der beiden Lichtstrahlen
gebildet wird, wie oben erwähnt
exakt mit der axialen Linie des Zentrums des Bohrfutters der Lochbearbeitungs-Maschine
zusammen, wodurch die Positionsreferenz gebildet wird.
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In
der vorliegenden Erfindung sind die von den oben erwähnten Laserstrahlen
aussendenden Einheiten ausgesendeten Lichtstrahlen planar. Die vertikale
Projektion dieser planaren Strahlen ist eine dünne gerade Linie. Daher sollten
die beiden planaren Strahlen sehr dünne Ebenen darstellen. Wenn sich
diese beiden sehr dünnen
planaren Strahlen schneiden, wird auch die Schnittlinie eine sehr
dünne gerade
Linie sein. Wenn die Oberfläche
des Werkstückes
eben diese gerade Linie schneidet, ist die Projektion ein sehr kleiner
Lichtpunkt. Da die einfache Schnittlinie mit der axialen Linie des
Bohrers zusammenfällt,
wird die Justierung einfach durch Ausrichten der Position der Mittelbohrung
des Werkstücks auf
den besagten Lichtpunkt erreicht. Daher wird es durch die Nutzung
des Systems zur Laser-Positionierung der vorliegenden Erfindung
nicht mehr nötig sein,
bei der Ausführung
von Lochbearbeitungen mehrfach Probebohrungen zu wiederholen. Die
Bearbeitung wird nach der direkten Einstellung ausgeführt.
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Die
zwei Laser aussendenden Einheiten sind am Spindelgehäuse der
Lochbearbeitungs-Maschine befestigt, wobei ihre strahlenden Enden
bevorzugt in die Richtung des Hauptbohrfutters zeigen. Die beiden
planaren Lichtstrahlen die von ihnen erzeugt werden sind räumlich dort
anzutreffen, wo sich das Hauptbohrfutter befindet.
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Besagtes
Spindelgehäuse
kann mit einem Gestell relativ zur axialen Hauptsymmetrie fixiert sein.
Die Laser aussendenden Einheiten sind auf dem Gestell angebracht.
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In
dem festen Gestell befinden sich Löcher. Die Laser aussendenden
Einheiten sind in den Löchern
des festen Gestells befestigt. Es befinden sich rückspringende
oder vorspringende Gewinde an ihrem hinteren Ende: Eine Einstellschraube
mit entsprechendem vorspringendem oder rückspringendem Gewinde und vorspringender
Schulter ist im rückspringenden
oder vorspringenden Gewinde fixiert. Die Einstellschraube und die
Laser aussendenden Einheiten sind mit Hilfe der Schraubengewinde am
festen Gestell befestigt.
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Die
in der vorliegenden Erfindung genannten Laser aussendenden Einheiten
können
Stiftform haben. Normalerweise ist es möglich einen konventionellen
stiftförmigen
Laser Sender zu verwenden. Da jedoch der Laserstrahl, der von einem
konventionellen stiftförmigen
Laser Sender erzeugt wird, üblicher Weise
ein zylindrischer Strahl ist, wird in der vorliegenden Erfindung,
wenn der konventionelle Laser Sender verwendet wird, welcher in
der Lage ist einen zylindrischen Strahl zu erzeugen, ein Strahlaufweiter am
strahlenden Ende des Laser Senders installiert. Durch diesen Strahlaufweiter
wird der zylindrische Strahl zu einem planaren Strahl aufgeweitet.
Dies stellt die Laser aussendende Einheit dar, die in der vorliegenden
Erfindung genannt wird.
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Beispielsweise
kann die genannte stiftförmige
Laser aussendende Einheit einen Halbleiter-Diodenlaserartigen Laser
Sender aufweisen. Nahe des strahlenden Endes dieses Halbleiter-Diodenlaserartigen
Laser Senders ist ein Strahlaufweiter installiert. Dieser Strahlaufweiter
weitet den zylindrischen Laserstrahl, der aus dem Halbleiter-Diodenalaseratigen Laser
Sender austritt, auf und die stiftförmige Laser aussendende Einheit
emittiert einen planaren Strahl aus ihrem strahlenden Ende.
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Der
genannte Strahlaufweiter besteht aus einer konvexen Linse und einer
zylindrischen Linse. Die konvexe Linse und die zylindrische Linse
befinden sich auf der Linie der Achse des erwähnten zylindrischen Laserstrahls.
Der Strahlaufweiter kann auch aus einer konvexen Linse und einer
geriffelten Linse bestehen. Die konvexe Linse und die geriffelte
Linse sind auf der Linie der Achse des genannten zylindrischen Laserstrahls
angeordnet, wobei alternativ andere Arten von Strahlaufweitern benutzt
werden können
um die Leistung, die von der vorliegenden Erfindung erzielt wird,
zu erreichen. Des Weiteren können diese
Laser Sender andere Arten von Laser Sendern sein.
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Wenn
die vorliegende Erfindung eingerichtet wird, ist es notwendig die
Position der zwei Laser aussendenden Einheiten einzustellen. Erstens
müssen
die beiden planaren Strahlen die von ihnen erzeugt werden in der
Lage sein, einen Winkel miteinander zu bilden um, wenn sie sich
im Raum schneiden, die Erzeugung einer einfachen Schnittlinie zu garantieren.
Der Winkel der Laser aussendenden Einheit wird weiter angepasst
um schließlich
exakte Übereinstimmung
der einfachen Schnittlinie der beiden planaren Laserstrahlen und
der Mitte des Hauptbohrfutters der Lochbearbeitungs-Maschine zu
erreichen. So kann die Position des zu bearbeitenden Loches mit
hoher Präzision
und Geschwindigkeit richtig bestimmt werden. Das Problem der mehrfachen
Justierungen und Tests ist gelöst.
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In
einer bevorzugten Ausführung
der vorliegenden Erfindung sind Löcher zum Installieren der Laser
aussendenden Einheit in dem festen Gestell vorhanden. Die Laser
aussendende Einheit ist stiftförmig,
wobei sich an ihrem hinteren Ende ein rückspringendes oder vorspringendes
Gewinde befindet. Eine Einstellschraube mit entsprechendem vorspringendem
oder rückspringendem
Gewinde und vorspringender Schulter ist im rückspringendem oder vorspringendem
Gewinde fixiert. Die Einstellschraube und das hintere Ende der Laser
aussendenden Einheiten sind mit Hilfe der Gewinde am festen Gestell
befestigt.
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Die
Justierung der Laser aussendenden Einheiten kann folgendermaßen erreicht
werden: Wenn die Einstellschraube gelockert ist können die
Laser aussendenden Einheiten zusammen mit der Einstellschraube am
festen Gestell gedreht werden bis die Schnittlinie, welche von den
sich schneidenden, dünnen
geraden Lichtstrahlen sowohl der Linken als auch der rechten Laser
aussendenden Einheit produziert werden, exakt mit der Mitte des
Hauptbohrfutters der Lochbearbeitungs-Maschine zusammenfällt. Die
Laser aussendenden Einheiten werden dann von Hand fixiert bis sie
sich nicht mehr bewegen. Dann wird die Einstellschraube angezogen.
Nach Beendigung der Einstellung steht die Schnittlinie, welche exakt
mit der Mitte des Hauptbohrfutters zusammenfällt, senkrecht zur Ebene der
Arbeitsplattform. Unabhängig
von der Höhe
des Werkstückes
wird das auf dem Werkstück
markierte Zentrum immer im Zentrum des Bohrers liegen. Die Bearbeitung
kann übersichtlich
und exakt durchgeführt
werden. Auf Basis der Theorie der Justierung der vorliegenden Erfindung
ist es auch möglich
andere Einstellmechanismen zu benutzen und man ist nicht auf die
Benutzung der Einstellschrauben der vorliegenden Erfindung beschränkt.
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Die
vorliegende Erfindung weist die Vorteile Geschwindigkeit, Genauigkeit,
geringe Kosten und Einfachheit in Benutzung auf. Sie kann in vielen
Anwendungen in Bearbeitungsmaschninen wie Bohrmaschinen, Drehbänken und
Fräsen
verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Zeichnung
1 ist eine Schemaansicht, welche die Maschine der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Zeichnung
2 ist die vorderseitige Ansicht von Zeichnung 1 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung.
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Zeichnung
3 ist eine Schemaansicht, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung das Funktionsprinzip zeigt.
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Zeichnung
4 ist eine Schemaansicht, die den Aufbau der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Zeichnung
5 ist eine Schemaansicht, die die optische Theorie der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Zeichnung
6 ist ein schematisches Diagramm, welches eine in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung stehende Laser aussendende Einheit
zeigt.
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Zeichnung
7 ist eine Schemaansicht, die eine weitere bevorzugte Ausführung einer
Laser aussendenden Einheit in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführung
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Bevorzugte Ausführung 1
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Lochbearbeitungs-Maschine, aufweisend
eine Art von System zur Laser-Positionierung. Wie in Zeichnung 5
gezeigt sind zwei Laser aussendende Einheiten (2) vorhanden.
Jede Laser aussendende Einheit (2) sendet einen Lichtstrahl
(13) aus. Die zwei Lichtstrahlen (13) schließen einen
Winkel ein. Ihr Schnitt im Raum bildet eine einfache Schnittlinie
(8). Nachdem beide Laser aussendende Einheiten (2)
relativ zur Lochbearbeitungs-Maschine fixiert sind, fällt die
einfache Schnittlinie (8), die im Schnitt der beiden oben
erwähnten
Lichtstrahlen (13) gebildet ist, exakt mit der Achse des
Bohrmittelpunktes der Lochbearbeitungs-Maschine zusammen, wodurch der Referenzpunkt
für die
Positionierung geschaffen wird.
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In
der vorliegenden Erfindung sind die Lichtstrahlen (13),
die von den Laser aussendenden Einheiten (2) ausgestrahlt
werden, planar. Die vertikale Projektion dieses planaren Strahls
(13) ist eine dünne gerade
Linie (9). Daher sollten die beiden planaren Strahlen (13)
eine sehr dünne
Ebene darstellen. Wenn sich diese beiden sehr dünnen planaren Strahlen (13)
schneiden, ist auch die einfache Schnittlinie (8) eine
sehr dünne
gerade Linie. Wenn die Oberfläche
des Werkstückes
diese gerade Linie schneidet, ist die Projektion ein sehr kleiner
Punkt (14). Da die einfache Schnittlinie (8) mit
der axialen Linie des Bohrers zusammenfällt wird die Ausrichtung einfach durch
Ausrichten der Position der Mittelbohrung des Werkstückes auf
den genannten Punkt (14) erreicht. So wird es bei der Ausführung der
Lochbearbeitung durch Verwendung des Systems zur Laser-Positionierung
der vorliegenden Erfindung nicht nötig sein mehrere Probebohrungen
auszuführen.
Die Bearbeitung wird nach einer direkten Ausrichtung ausgeführt. Da
sich der oben genannte Lichtpunkt (14) auf einer beliebigen
Höhe der
einfachen Schnittlinie (8) befindet, ist die vorliegende
Erfindung auf ein Werkstück
auf einer beliebigen Höhe
anwendbar.
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Wie
in den Zeichnungen 1 und 2 gezeigt, sollte die Erfindung relativ
zur Lochbearbeitungs-Maschine installiert werden. In der vorliegenden
bevorzugten Ausführung
ist die Lochbearbeitungs-Maschine eine Art von Bohrmaschine. Das
System zur Positionierung der vorliegenden Erfindung kann an einem Spindelgehäuse (3)
befestigt und damit verbunden werden. In der vorliegenden bevorzugten
Ausführung können zwei
feste Gestelle (1) relativ zur Symmetrie der Hauptachse
am Spindelgehäuse
(3) befestigt werden. Die Laser aussendenden Einheiten
in der vorliegenden Erfindung sind an den oben genannten festen
Gestellen (1) installiert. Die strahlenden Enden dieser
Laser aussendenden Einheiten (2) zeigen auf die Seite des
Hauptbohrfutters. So fallen die ausgesendeten Lichtstrahlen (13)
in den Raumbereich, in dem sich das Hauptbohrfutter befindet.
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Bei
der Einrichtung der vorliegenden Erfindung ist es notwendig die
Befestigungsposition der zwei Laser aussendenden Einheiten (2)
zu justieren. Als erstes müssen
die beiden planaren Strahlen (13) die von ihnen produziert
werden, in der Lage sein, einen Winkel einzuschließen um die
Entstehung einer einfachen Schnittlinie sicherzustellen wenn sie
sich schneiden. Der Winkel der Laser aussenden Einheit (2)
ist weiter angepasst, so dass exakte Übereinstimmung der einfachen Schnittlinie
(8) der beiden planaren Strahlen (13) und des
Zentrums des Hauptbohrfutters der Lochbearbeitungs-Maschine erreicht
wird. So kann die Position des zu bearbeitenden Loches mit hoher
Präzision
und Geschwindigkeit bestimmt werden. Das Problem der mehrfachen
Einstellung und Testdurchführung
ist gelöst.
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Wie
in Zeichnung 4 gezeigt, befinden sich im festen Gestell (1)
Löcher.
Jede Laser aussendende Einheit (2) ist im Loch des festen
Gestells (1) festgelegt. Das hintere Ende der Einheit weist
ein rückspringendes
oder ein vorspringendes Gewinde (7) auf. Eine Einstellschraube
(6) mit entsprechendem vorspringendem oder rückspringendem
Gewinde und einer vorstehenden Schulter befindet sich im rückspringendem
oder vorspringendem Gewinde (7). Die Einstellschraube (6)
und die Laser aussendenden Einheiten (2) sind an den Gestellen
(1) mit Hilfe der Schraubengewinde befestigt. Zeichnung
4 zeigt die abgenommene Frontplatte des Spindelgehäuses (3) der
Lochbearbeitungs-Maschine. Das hintere Ende der Laser aussendenden
Einheit (2) und die Einstellschraube (6) sind
am festen Gestell (1) befestigt, wobei sie durch die rückspringenden
und vorspringenden Gewinde (7) fixiert werden. Durch Lösen der
Einstellschraube (6) kann der Winkel der axialen Ebene relativ
zur Axiallinie eingestellt werden, wodurch Richtung und Position
der beiden planaren Lichtstrahlen eingestellt werden.
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Die
Theorie der vorliegenden Erfindung ist in Zeichnung 3 gezeigt. Die
Lichtebenen die von den Laser aussendenden Einheiten (2)
ausgestrahlt werden, das heißt
die Befestigungsposition der axialen Ebenen entlang ihrer axialen
Linien, schließen
einen Schnittwinkel ein. Die Einheiten befinden sich über der
Arbeitsplattform (4) der Lochbearbeitungs-Maschine. Die
zwei Lichtebenen schneiden die Arbeitsplattform, wobei jeweils eine
dünne gerade
Laserlinie (9) erzeugt wird. Die beiden dünnen geraden
Laserlinien (9) haben einen Licht-Schnittpunkt auf der
Arbeitsplattform. Der Lichtpunkt liegt auf dem Nullpunkt auf der
Mittellinie des Hauptbohrfutters. Dies ist auch der Mittelpunkt
des zu bearbeitenden Loches auf dem Werkstück.
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Wie
in Zeichnung 6 dargestellt, wird in der vorliegenden bevorzugten
Ausführung
eine Art von Laser aussendender Technik (10) verwendet,
welche aus einer Halbleiter-Laserdiodenröhre besteht. Diese ist in der
Lage einen sehr dünnen, zylindrischen Lichtstrahl
(15) auszusenden. Auf der gleichen Achse wie der zylindrische
Lichtstrahl (15) ist ein Strahlaufweiter angebracht. In
der vorliegenden bevorzugten Ausführung besteht der beschriebene
Strahlaulweiter aus einer konvexen Linse (11) und einer
zylindrischen Linse (12). Die konvexe Linse (11)
und die zylindrische Linse (12) befinden sich auf der Axiallinie des
oben beschriebenen zylindrischen Laserstrahls. Nach dem Durchdringen
des genannten Strahlaufweiters ist der genannte zylindrische Lichtstrahl
(15) aufgeweitet, so dass er für die Ausstrahlung ein planarer
Lichtstrahl wird.
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Zur
Benutzung der vorliegenden Erfindung wird die Einstellschraube (6)
gelöst.
Die Laser aussendenden Einheiten können zusammen mit der Einstellschraube
(6) im festen Gestell gedreht werden bis die einfache Schnittlinie
(8) der planaren Lichtstrahlen, welche sowohl von der linken
als auch der rechten Laser aussendenden Einheit (13) ausgestrahlt
werden, exakt mit der Mittellinie des Hauptbohrfutters der Lochbearbeitungs-Maschine
zusammenfällt.
Die Laser aussendenden Einheiten werden dann von Hand fixiert bis
sie sich nicht mehr bewegen. Dann wird die Einstellschraube nach
rechts gedreht. Unabhängig
von der Höhe
des Werkstückes wird
die Mitte des zu bearbeitenden Loches, die auf dem Werkstück markiert
ist, immer auf der Mittellinie des Bohrers liegen. Dies ist während der
Bearbeitung offen einsehbar und exakt.
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In
der vorliegenden bevorzugten Ausführung ist es auch möglich, die
Einstellung der Position der Ebene der Lichtstrahlen (13)
durch Einstellung des Winkels der zylindrischen Linse (12)
und des zylindrischen Laserstrahls (15) zu erreichen, wobei
die einfache Schnittlinie (8) der Lichtstrahlebenen und
der axialen Linie des Hauptbohrfutters der oben genannten Lochbearbeitungs-Maschine
so eingestellt werden, dass sie exakt zusammenfallen, wodurch der Referenzpunkt
für die
Positionierung gebildet wird.
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In
der vorliegenden bevorzugten Ausführung kann die Lochbearbeitungs-Maschine eine Drehbank sein.
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Bei
Verwendung der vorliegenden Erfindung ist die Einstellung einfach,
die Positionierung schnell und die Sichtbarkeit ist direkt mit hoher
Genauigkeit und unter geringen Kosten möglich. Die Erfindung kann in
vielen Anwendungen wie Bohrmaschinen, Drehmaschinen und Fräsmaschinen
eingesetzt werden.
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Bevorzugte Ausführung 2
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Wie
in Zeichnung 7 gezeigt, liegt der Unterschied zwischen der gegenwärtigen Ausführung und dem
oben beschriebenen Beispiel in der Tatsache, dass die genannte Laser
aussendende Einheit (2) aus einem Halbleiter-Diodenlaserartigem
Laser Sender (10) und einem Strahlaufweiter bestehen kann. Der
Strahlaufweiter kann aus einer konvexen Linse (11) und
einer geriffelten Linse (16) bestehen. Die konvexe Linse
(11) und die geriffelte Linse (16) befinden sich
entlang der axialen Linie des genannten zylindrischen Laserstrahls.
Der Halbleiter-Diodenlaserartige Laser Sender (10) kann
einen extrem dünnen zylindrischen
Strahl (15) aussenden. Nach dem Durchtritt durch den genannten
Strahlaufweiter wird dieser zylindrische Strahl (15) zu
einem planaren Lichtstrahl (13) aufgeweitet und abgestrahlt.
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In
der vorliegenden bevorzugten Ausführung ist es möglich die
Position des planaren Lichtstrahls (13) in der Art und
Weise einzustellen wie für
die bevorzugte Ausführung
1 beschrieben. Die Einstellung der Position der Ebene des Lichtstrahls
(13) kann auch durch Einstellung des Winkels zwischen der
geriffelten Linse (16) und dem zylindrischen Laserstrahl (15)
erreicht werden, wodurch die einfache Schnittlinie (8)
der Lichtstrahlen-Ebenen und die axiale Linie des Hauptbohrfutters
der genannten Lochbearbeitungs-Maschine so eingestellt werden, dass
sie exakt übereinstimmen,
so dass der Referenzpunkt für
die Positionierung entsteht.
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Die
grundlegende Struktur, das Prinzip und die Ergebnisse der vorliegenden
bevorzugten Ausführung
sind die gleichen wie für
das Anwendungsbeispiel 1 und werden hier nicht wiederholt.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht nur auf die illustrierten und beschriebenen
bevorzugten Ausführungen
beschränkt
werden. Stattdessen wird der Schutzumfang der Erfindung durch die
folgenden Ansprüche
festgelegt.