WO2010108719A1

WO2010108719A1 - Selbstnivellierender linienlaser

Info

Publication number: WO2010108719A1
Application number: PCT/EP2010/051215
Authority: WO
Inventors: Thomas Zimmermann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-02-02
Publication date: 2010-09-30
Also published as: DE102009001884A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstnivellierender Linienlaser (1) mit einer Zylinderlinse (20) und zumindest zwei komplanaren Laserquellen (11a, 11b), welche Laserstrahlen erzeugen, die über die Zylinderlinse (20) eine gemeinsame Laserlinie erzeugen.

Description

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Beschreibung

Titel

Selbstnivellierender Linienlaser

I O

Stand der Technik

15 Die Erfindung bezieht sich auf einen selbstnivellierenden Linienlaser mit einer

Zylinderlinse und zumindest zwei Laserdioden zur Erzeugung einer vorzugsweise horizontalen, einen großen Winkelbereich abdeckenden Laserlinie zum Einsatz in Industrie, Handwerk und Heimwerkerbereich für Justier-, Markier-, Mess- und Ausrichtaufgaben.

20

Es sind diverse Laservorrichtungen bekannt, mit denen eine Laserlinie erzeugt werden kann. Hierzu gehören rotierende Laser, welche schnelldrehend um eine vertikale Achse gelagert werden und so im überdeckten Bereich eine horizontale Markierungslinie erzeugen. Auch sind linienförmige Markierungen mittels

25 Kegelelementen bekannt, deren Kegelspitze axial per Laser angestrahlt werden und das Laserlicht an der Kegeloberfläche um 90° gespiegell/reflektiert wird, so dass ein umlaufendes Lichtfeld entsteht, welches bei der Projektion auf eine Bezugsfläche die Laserlinie darstellt.

30 Auch ist bekannt, dass eine radial per Laser angestrahlte Zylinderlinse das

Laserlicht so bricht bzw. umleitet, dass es in der Radialebene der Zylinderlinse aufgefächert bzw. verteilt wird.

Nachteile des Standes der Technik sind zum einen die mechanische 35 Konstruktion bei rotierend angetriebenen Lasern und insbesondere deren

Zuverlässigkeit über die Lebensdauer. Da bei der Verwendung von Kegelelementen der Laserstrahl auf eine komplette 360° Kreis aufgeteilt wird, wird seine Helligkeit bei der Projektion so sehr geschwächt, dass sie u.U. kaum noch sichtbar ist.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und insbesondere einen selbstnivellierenden Linienlaser bereitzustellen, der über einen hohen Winkelbereich seiner Laserlinie eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung aufweist, einfach zu produzieren ist und im täglichen Einsatz robust ist und dauerhaft eine exakte Laserlinie erzeugt.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch den Linienlaser des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird ein selbstnivellierender Linienlaser mit einer Zylinderlinse und zumindest zwei komplanaren Laserstrahlen bereitgestellt, die über die Zylinderlinse eine gemeinsame Laserlinie erzeugen. Eine Laserlinie entspricht einem in einer Ebene aufgefächertem Laserstrahl, wobei die Laserline als eine Projektion des Laserstrahls auf eine Bezugsfläche dargestellt wird. Jeder der Laserstrahlen wird vorzugsweise von einer Laserquelle erzeugt.

Hierbei wird der Begriff Laser bzw. Laserstrahl in dem breitest möglichen Sinne verwendet und umfasst eine beliebige Quelle eines kollimierten Strahls. Insbesondere umfasst der Begriff Laserdioden oder VCSEL (=vertical-cavity surface-emitting laser).

Hierbei kann die Laserlinie bevorzugt horizontal oder vertikal ausgerichtet sein. Über die Verwendung von nur einer Zylinderlinse mit mehreren Laserquellen, wird die Anzahl der optischen Komponenten reduziert, was zum einen die Kosten der Komponenten reduziert und auch die exakte Ausrichtung der Komponenten zueinander vereinfacht. Bevorzugt können zwei komplanare Laserquellen verwendet werden, die in einem Winkelbereich von 90° +/~ 45° zueinander stehen. Jede der Laserquellen hat aufgrund der Brechung an der Zylinderlinse eine eigene Helligkeitsverteilung ihrer Laserlinie. Wenn mehrere Laserquellen kumulativ verwendet werden, so kann die Winkellage zueinander so bestimmt werden, dass die sich ergebende

Laserlinie über einen möglichst langen Bereich (also hohen Winkelbereich) eine gleichmäßige Helligkeit aufweist. Neben bspw. zwei Laserquellen können auch drei oder mehr Laserquellen verwendet werden. Da die Laserquellen komplanar in einer Ebene sind, die senkrecht zur Zylinderlinse ist, entsteht trotz der Mehrzahl der Laser eine kontinuierliche Laserlinie.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zwei komplanare Laserquellen verwendet, die in einem Winkel von 90° zueinander stehen. Hierbei wird vorzugsweise ein Winkel von exakt 90° gewählt, was insbesondere Winkelabweichungen von +/-3°, höchst vorzugsweise +/-1° mit umfasst. Dieser

Winkel ist vorteilhaft, da in der Fertigungstechnik Flächen oder Bereiche, die exakt im rechten Winkel (=90°) stehen, einfach, kostengünstig und genau zu fertigen sind. In diesem Sinne kann das Lasermodul, welches als Träger für die Laserquellen dient, kostengünstig und genau hergestellt werden. Idealer Weise sollte der Winkel möglichst exakt 90° betragen. Der Winkel zwischen den

Laserquellen wird dabei über ihren Schnittpunkt im Bereich der Zylinderlinse gemessen, also ist hier der Winkel zwischen den als Vektoren gesehenen Laserstrahlen gemeint.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Laserquellen als

Laserdioden ausgeführt und im Strahlengang ist zwischen der jeweiligen Laserdiode und der Zylinderlinse eine Kollimierlinse angeordnet. Die Strahlen von Laserdioden weiten sich technisch bedingt kegel-ellipsenförmig auf. Um einen kollimierten also sich parallel ausbreitenden Laserstrahl zu erhalten, wird eine Kollimierlinse verwendet. Der ursprünglich von der Laserdiode ausgestrahlte ellipsenförmig aufweitende Strahl wird durch die Kollimierlinse in einen kollimierten, also parallel gerichteten ellipsenförmigen Strahl umgewandelt.

Vorzugsweise wird die axiale Winkellage der Laserquellen, also ihre Ausrichtung entlang der eigenen Längsachse, so gewählt, dass der ovale Strahlquerschnitt des Laserstrahls die Zylinderlinse in ihrer radialen Richtung möglichst gut überdeckt. Der Begriff axiale Winkellage bezieht sich so auf eine Drehung um die Längsachse des Lasers und bestimmt die Lage, wie der im Querschnitt ellipsenförmige Laserstrahl ausgerichtet ist. Die Ellipse ist eine geometrische Form, welche zwei Sehnen oder Halbmesser aufweist. So liegt bei dieser Orientierung der längere der Halbmesser in radialer Richtung der Zylinderlinse.

Dieser Sachverhalt lässt sich auch so darstellen, dass die längere Achse des ovalen Strahlquerschnitts jeder der Laserquellen in der optischen Ebene liegt, die durch die Strahlen der Laserquellen aufgespannt wird. Die Zylinderlinse arbeitet so, dass sich die Breite des Laserstrahls in der optischen Ebene vor der Zylinderlinse in der Breite (oder dem Winkelbereich) der Auffächerung des

Laserstrahls widerspiegelt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die von den Laserquellen erzeugte gemeinsame Laserlinie Helligkeitsabweichungen an zwei Punkten oder begrenzten Bereichen auf, die in einem Winkel von 90° zu der Zylinderlinse stehen. Insbesondere sind die Helligkeitsabweichungen Punkte oder begrenzte Bereiche höherer Helligkeit.

Der Winkel von 90° entspricht dem Winkel zweier Vektoren, welche von der Zylinderlinse ausgehend zu den beiden Punkten (oder begrenzten Bereichen) veränderter Helligkeit zeigen. Der Punkt oder die Punkte veränderter Helligkeit können klar umrissene Laserpunkte hoher Helligkeit sein, deren Breite im Wesentlichen ihrer Höhe entsprechen und deren Breite wiederum der Dicke der Laserlinie entspricht. Die Bereiche können auch je durch bspw. zwei direkt nebeneinander liegende Punkte (Punktepaar) erhöhter Helligkeit dargestellt werden. Eine derartige Helligkeitsabweichung kann so realisiert werden, dass, wie später beschrieben, der jeweilige Laserstrahl breiter als die Dicke (= Durchmesser) der Zylinderlinse ist, so dass ein jeweiliger Teil des Laserstrahls an der Zylinderlinse seitlich vorbei geleitet wird und ungebrochen Teil der Laserlinie wird.

Alternativ können die Punkte oder Bereiche der Helligkeitsabweichung auch eine geringere Helligkeit aufweisen. Dies ist bspw. dadurch zu realisieren, dass an der Zylinderlinse an geeigneten Stellen, welche um 90° winkelversetzt sind, Gravuren, wie Riefen, Kratzer oder sonstige Strukturen vorgesehen sind, welche das Laserlicht an diesen Stellen verändert ablenken und so in der Laserlinie dunkle Stellen erzeugen. Verallgemeinert läßt sich dies mit DOEs (Diffraktive Optische Elemente) vergleichen. DOE sind optische Elemente, bei denen auf einen Glasträger z.B. durch Fotolitographie Mikrostrukturen aufgebracht sind. Ähnlich wie bei einer Linse kommt es durch unterschiedliche optische Weglängen der Teilstrahlen zu Phasenmodulationen, welche Interferenzmuster entstehen lassen. Wenn es auch aufgrund des zylindrischen Umfangs der Zylinderlinse technisch aufwendig ist, hier entsprechende Mikrostrukturen (DOE) aufzubringen, so ist es dennoch prinzipiell möglich. Ferner können auch hinter der Zylinderlinse und von ihr getrennt Elemente in den Strahlengang gebracht werden, welche die genannten Helligkeitsabweichungen erzeugen.

Auch lassen sich die Punkte veränderter Helligkeit durch zusätzliche Laserquellen erzeugen, welche zu den bereits genannten Laserquellen parallel versetzt angeordnet sind und deren Strahlen nicht durch die Zylinderlinse abgelenkt werden. Diese Bauform ist zwar technisch aufwendiger, jedoch lassen sich so besonders helle 90°-Winkelmarkierungen erzeugen. Diese zusätzlichen Laser können zur besseren Wahrnehmbarkeit Laser einer unterschiedlichen Farbe sein.

Wie bereits erwähnt, kann in einer bevorzugten Ausführungsform die Breite des kollimierten Laserstrahls breiter als der Durchmesser der Zylinderlinse sein. Aufgrund dieser Konstruktion werden Randbereiche eines Laserstrahls der radial auf die Mitte der Zylinderlinse zielt, nicht von der Linse abgelenkt, sondern erzeugen unmittelbar zwei hellere Punkte in der Laserlinie. Da das Laserlicht kollimiert ist, entspricht der innere Abstand beider Punkte dem Durchmesser der

Zylinderlinse. Sofern es für den Benutzer zu Verwirrungen kommen kann, welcher dieser Punkte als exakte 90°-Markierung zu verwenden ist, kann in einer weiteren Ausgestaltung einer dieser Punkte abgedeckt (maskiert) werden, so dass nur noch einer dieser Punkte Bestandteil der Laserlinie wird.

Mit anderen Worten: Als Laserlichtquellen kommen vorzugsweise Laserdioden zum Einsatz, die physikalisch bedingt elliptisch divergente Lichtkegel emittieren, welche nach Kollimierung in parallele Strahlenbündel mit elliptischem Querschnitt transformiert werden. Die Langachse dieser Ellipse wird dabei vorzugsweise so eingestellt, dass sie geringfügig größer ist als der Durchmesser der Zylinderlinse, auf die das kollimierte Strahlenbündel geschickt wird, so dass Randstrahlen des Strahlenbündels beiderseits der Zylinderlinse diese ungebrochen passieren. Der Hauptanteil des Strahlenbündels geht jedoch durch die Zylinderlinse hindurch und wird durch diese gebrochen.

Anstelle der genannten Maskierung ist es in einer alternativen Ausführungsform auch denkbar, dass die Laserstrahlen der Laserquellen nicht zentral, also radial auf die Zylinderlinse treffen, sondern versetzt sind. In diesem Sinne wird ein Teil des Laserstrahls an der Zylinderlinse vorbeigeleitet. Dieser Versatz sollte in der optischen Ebene sein. Hierdurch ist es möglich, dass lediglich auf einer Seite der Zylinderlinse der elliptische Laserstrahl über die Zylinderlinse hinausragt. So wird in der Laserlinie lediglich ein Punkt veränderter, also insbesondere größerer Helligkeit erzeugt. Dieser Versatz kann als ein Parallelversatz realisiert werden, in dem Sinn, dass ein ehemals exakt achsmittig ausgerichteter Strahl parallel versetzt wird, oder alternativ kann die Laserdiode um einen kleinen Winkel verdreht sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist jeweils eine der Laserquellen mit der entsprechenden Kollimierlinse zu einem Lasermodul als einer einteiligen Baugruppe zusammengefasst. Hierdurch kann in dem produktionstechnischen Ablauf die Laserquelle, also insbesondere die Laserdiode mit der Kollimierlinse, einstückig von einem Zulieferer bezogen werden. Dies spart Kosten und aufgrund der integrierten Bauform ist eine exakte Ausrichtung von Kollimierlinse zur Laserquelle einfach realisierbar.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Winkelbereich der nutzbaren Helligkeitsverteilung der gemeinsamen Laserlinie beider Laserquellen mindestens 160°, vorzugsweise mindestens 180°, höchst vorzugsweise mindestens 200°. Es ist bekannt, dass mit einer Anordnung mit einem Laser und einer Zylinderlinse eine Laserlinie mit ausreichender Helligkeit von ca. 140° erzeugt werden kann. Durch die Überlagerung der Laserlinien unterschiedlicher

Laserquellen, lassen sich die genannten Winkelbereiche erzeugen. Die nutzbare Helligkeitsverteilung ist hierbei so definiert, dass ein Anwender bei normalem Arbeiten mit dem Linienlaser bei durchschnittlicher Helligkeit im umgebenden Raum, also bspw. und insbesondere ohne besondere Sonneneinstrahlung, den Strahl ausreichend gut erkennen kann. Ein gut erkennbarer Laserstrahl sollte mindestens 10% der Helligkeit von einem Bereich des Laserstrahls maximaler Helligkeit aufweisen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend exemplarisch anhand von

Ausführungsbeispielen eingehend erläutert. Die Beschreibung, die zugehörigen Figuren sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale, insbesondere auch die Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele, auch einzeln betrachten und zu sinnvollen, weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensinale Ansicht des Linienlasers,

Fig. 2 eine Frontalansicht des Linienlasers,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Linienlasers,

Fig. 4 eine horizontale Ansicht in der optischen Ebene,

Fig. 5 eine schematische Ansicht der Helligkeitsverteilung,

Fig. 6 die Überlappung von der Zylinderlinse und einem der Laserstrahlen

Fig. 7 eine Variante der seitlichen Überlappung mit einer Blende und

Fig. 8 eine Variante mit lediglich einer Laserquelle.

Fig. 1 zeigt in dreidimensionaler Ansicht die optische Einheit des Linienlasers 1. Es ist im oberen Bereich ein oberes Rahmenelement 82 dargestellt, welches mit einem Gehäuse (nicht dargestellt) des Linienlasers 1 befestigt ist. In dem Rahmenelement 82 ist über eine kugelgelagerte obere Lagerachse 32 (Fig.3) das Lagerglied 30 um eine Horizontalachse schwenkbar gelagert. Dieses Lagerglied 30 ist in seinem unteren Bereich mit einer unteren Lagerachse 34 verbunden, welche ebenfalls horizontal ausgerichtet und um 90° gegenüber der oberen Lagerachse 32 verdreht ist. An der unteren Lagerachse 34 hängt die Trägerbaugruppe 40. So gesehen kann das Lagerglied 30 als ein Kettenglied mit verdrehten Ösen bezeichnet werden.

Die Trägerbaugruppe 40 ist der Träger für die beiden Lasermodule 10a, 10b, die Zylinderlinse 20 und den Wirbelstromblock 50 (Fig.2 oder Fig.3).

Jedes der Laserbaumodule 10a und 10b umfasst eine Laserdiode IIa, IIb und eine Kollimierlinse 12, welche über eine Anschlusshülse (nicht dargestellt) als eine Baugruppe integriert sind. Eine Laserdiode erzeugt einen divergenten Strahl, welcher im Querschnitt oval bzw. ellipsenförmig geformt ist. Durch die Kollimierlinse 12 wird der Laserstrahl kollimiert, d.h. parallel ausgerichtet. Bei

Lasern mit geringer Leistung kann das Verhältnis des minimalen und maximalen Durchmessers des Ovals ca. 4 - 6 betragen und nimmt mit größeren Laserleistungen ab. Bei größeren Laserleistungen ist der Laserquerschnitt also eher kreisförmig. Die Strahlform ist ferner bauartabhängig. Nach der Kollimierlinse weitet sich der Laserstrahl praktisch nicht weiter auf und hat einen konstanten Querschnitt, welcher oval bzw. ellipsenförmig ist.

Da für das Kollimieren eine exakte Orientierung von Laser zur Linse notwendig ist, ist es im Sinne von einer kostengünstigen und qualitativ genauen Produktion sinnvoll, die Lasermodule 10a, 10b als eine Baugruppe/Einheit zu verwenden.

Jedes der Lasermodule 10a, 10b wird in einer zylinderförmigen Aufnahme der Trägerbaugruppe 40 aufgenommen. Die beiden Lasermodule, oder genauer die von ihren ausgestrahlten Laserstrahlen sind komplanar, d.h. liegen in einer optischen Ebene. Ein radialer Schnitt, also senkrecht durch die Zylinderlinse 20, liegt ebenfalls in dieser optischen Ebene.

Die zylinderförmigen Aufnahmen der Trägerbaugruppe 40, in welchen die Lasermodule 10a, 10b aufgenommen werden, sind exakt zu der Zylinderlinse 20 ausgerichtet. Dies bedeutet, dass sie in der bevorzugten Ausführungsform exakt und zentral zur Mittelachse der Zylinderlinse 20 ausgerichtet sind. In alternativen Ausführungsformen, wie später beschrieben, können die Laserstrahlen 3a,3b auch leicht versetzt sein, ohne dabei aber die genannte optische Ebene zu verlassen.

Unterhalb des Bereichs der Lasermodule 10a,10b befindet sich ein

Wirbelstromblock 50, welcher bevorzugt aus Kupfer gefertigt ist. Dem Wirbelstromblock 50 ist unmittelbar nach unten benachbart und berührungsfrei ein an dem Sockel 84 befestigter Permanentmagnet 60 zugeordnet. Dieser Permanentmagnet 60 umfasst eine Mehrzahl (bspw. 4) von einzelnen Magnetelementen, welche so ausgerichtet sind, dass eine Vielzahl von

Magnetfeldlinien durch den Wirbelstromblock 50 geleitet werden. Nach dem Prinzip des Waltenhofschen Pendels werden bei Relativbewegungen von Wirbelstromblock 50 zu dem Permanentmagneten 60 im Wirbelstromblock 50 Ströme induziert, deren Magnetfelder entgegen dem(n) Feld(ern) des Permanentmagneten 60 wirken und so die Pendelbewegung abbremsen. Auf diese Weise kann eine Pendelbewegung der Trägerbaugruppe 40 über das Lagerglied 30, welche durch z.B. einen Stoß gegen den Linienlaser entstanden sein kann, leicht gebremst, bzw. gedämpft, so dass sich die Trägerbaugruppe 40 in den nivellierten Zustand bewegt. Die Selbstnivellierung tritt deshalb auf, da der Schwerpunkt der Trägerbaugruppe 40 in der Gesamtheit mit den daran befestigten Komponenten exakt lotrecht unter dem lotrecht projizierten Schnittpunkt der oberen und unteren Lagerachse 30 und 32 liegt.

Um die Lage des Schwerpunkts exakt zu tarieren, können zwei Tarierschrauben (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche an der Trägerbaugruppe 40 befestigt sind und über unterschiedliche Einschraubtiefen den Schwerpunkt entsprechend beeinflussen.

Ferner ist an dem Sockel 84 ein Radialanschlag 86 vorgesehen. Wenn der Linienlaser grob schräg aufgestellt ist oder Erschütterungen ausgesetzt wird, so begrenzt der Radialanschlag die Auslenkung der Trägergruppe 40 gegenüber dem Gehäuse, insbesondere dessen Sockel 84. Bei grob schräger Aufstellung, also etwa mehr als 10° oder 15° Neigung des Geräts gegenüber der Horizontalen kann sich die Trägerbaugruppe 40 aufgrund des Radialanschlags nicht mehr selbst nivellieren. Um den Benutzer vor einem nicht korrekt nivellierten System zu warnen, kann ein Kontrollstromkreis von dem Permanentmagneten 60 über den Radialanschlag 86 zu dem Sockel 84 vorgesehen sein, der beim Anschlag geschlossen wird und dann entsprechend ein bspw. akustisches Warnsignal ausgibt.

Jeder der beiden Laserstrahlen trifft radial auf die Zylinderlinse 20 und tritt in sie ein. Die Zylinderlinse ist eine zylindrische Stange aus optischem Material und polierten Oberflächen. Beim Austritt bleibt der Laserstrahl in der genannten optischen Ebene, wird aber stark aufgefächert. Die Helligkeitsverteilung ist in der Verlängerung des Strahls am höchsten und nimmt zu den Seiten ab. In einer Spannbreite von ca. +/~ 70° von der Verlängerung der Laserlinie aus gesehen, weist der aus der Zylinderlinse 20 austretende aufgefächerte Laserstrahl eine derartige Helligkeit auf, dass seine Projektion (welche auch als Laserlinie bezeichnet wird) auf eine Oberfläche so hell ist, dass sie für die genannten Messoder Bezugsarbeiten ausreichend ist.

Um die Helligkeit der projizierten Laserlinie zu erhöhen, werden die beiden dargestellten Lasermodule 10a, 10b gemeinsam, also deren Laserstrahlen kumulativ, verwendet. Zwischen ihnen wird der Winkel innerhalb der optischen Ebene so gewählt, dass in der Überdeckung ihrer Strahlen die gemeinsam projizierte Laserlinie eine ausreichende bzw. gewünschte Helligkeit aufweist.

Neben den zwei Lasern, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, kann auch eine andere, also insbesondere größere Laseranzahl verwendet werden.

Fig. 4 zeigt die Überlappung der Strahlen der Lasermodule 10a und 10b in einer horizontalen Ansicht, welche der optischen Ebene entspricht. Das gemäß Fig. 4 im Winkel von 45° nach unten zeigende Lasermodul 10a erzeugt eine Strahlaufspaltung bzw. Helligkeits-(=lntensität-)spektrum 15a, welches im Winkelbereich von 140°, also jeweils 70° von der Strahlverlängerung zu beiden Seiten in der optischen Ebene, eine Helligkeit aufweist, welche für die Verwendung für die genannten Markierungsarbeiten ausreicht. Entsprechend verhält es sich mit dem Intensitätspektrum 15b des Lasermoduls 10b.

Fig. 5 zeigt die einzelnen Helligkeitsverteilungen 15a und 15b der beiden Lasermodule 10a und 10b über ihre Winkelbereiche. Die dargestellte 0°- Winkellage entspricht dem von der Zylinderlinse 20 ausgehenden direkt nach rechts zeigenden Strahl gemäß der Fig.4. Der in Fig.5 verwendete Winkel läuft in Fig. 4 entgegen dem Uhrzeigersinn. So ist der Strahl des Lasermoduls 10b, der um 45° nach rechts oben (Fig.4) zeigt, als Helligkeitsverteilung 15b der Fig.5 dargestellt. Entsprechend zeigt Fig.5 die Helligkeitsverteilung 15a des Lasermoduls 10a. Die Helligkeitsverteilungen 15a und 15b haben ihr Maximum bei -45° bzw +45°. Da beide Strahlen in der gleichen optischen Ebene liegen, ergibt sich in der Summe eine gemeinsame Helligkeitsverteilung 16, welche über einen weiten Winkelbereich die weitestgehend gleiche Helligkeit aufweist. Über eine Variation der Anzahl der Lasermodule und deren winkelmäßige Verteilung lässt sich über einen sehr weiten Winkelbereich die Helligkeitsverteilung gezielt einstellen. Fig. 5 zeigt ferner, dass jede der Helligkeitsverteilungen in einem

Winkelbereich von 140°, also jeweils +/- 70° vom Mittelpunkt bei -45° oder +45° ausgehend, eine Helligkeit aufweist, welche für die Markierungsarbeiten ausreichend ist. Somit hat die resultierende gemeinsame Helligkeitsverteilung 16 eine nutzbare Breite von insgesamt 230°.

Mit anderen Worten: Durch Überlagerung der Helligkeitsverteilungen der Laserlinien beider Laserlichtquellen entsteht so eine einzige, kontinuierliche Laserlinie, deren Intensität in einem mittleren Winkelbereich von ca. 120° am höchsten und relativ homogen ist und beiderseits nach außen zu abfällt, jedoch in einem Winkelbereich von ca. 230° für Justier-, Markier-, Mess- und

Ausrichtaufgaben nutzbar ist. Durch die Verwendung einer einzigen Zylinderlinse zur Auffächerung zweier Laserstrahlen können der optische Aufbau vereinfacht, Fertigungskosten reduziert und zudem Justierungsaufwand optischer Komponenten zur Korrektur eines etwaigen Parallelversatzes der beiden überlagerten Laserlinien eingespart werden.

Häufig ist es für den Anwender notwendig, nicht nur eine gleichmäßige, horizontale Laserlinie, also horizontale Projektion der aufgefächerten Laserstrahlen zu haben, sondern zusätzlich die Möglichkeit der rechtwinkligen Markierung in der Laserlinie. Fig. 6 zeigt dazu eine Ansicht vom Blickpunkt einer der Laserdioden auf die Zylinderlinse 20. Sie wird durch den ovalen Laserstrahl 90, bestehend aus den Anteilen 18 und 19 geschnitten. Hierbei ist der größere Durchmesser des Laserstrahls 90, (gemäß Fig. 6 in der Horizontalen) größer als der Durchmesser der Zylinderlinse 20. Der größere Durchmesser liegt vorzugsweise in der optischen Ebene. Der abgelenkte Laseranteil 18 trifft auf die

Zylinderlinse 20 und wird an ihr gebrochen bzw. abgelenkt, um so die Laserlinie zu erzeugen. Die beiden nicht abgelenkten Laseranteile 19 gehen an den Seiten der Zylinderlinse vorbei und sind komplanar zu der Laserlinie, so dass sie als zwei nebeneinander liegende hellere Punkte (oder ein Punktepaar) innerhalb der Laserlinie wahrnehmbar sind. Da nun bei der vorliegenden Ausführungsform zwei Lasermodule 10a,10b verwendet werden, welche exakt im Winkel von 90° zueinander stehen, werden auch zwei Punktepaare erzeugt, welche in Bezug auf die Zylinderlinse im Winkel von 90° zueinander liegen. Diese Punkte können zu senkrechten Messungen oder Lotungen verwendet werden. Die Laserquellen können auch in der optischen Ebene leicht seitlich versetzt oder in einem geringen Winkel gekippt ausgeführt sein, dass der Strahl leicht außermittig auf die Zylinderlinse 20 trifft, so dass nur an einer seiner Seiten ein nichtgebrochener Strahl auftritt, welcher in der Laserlinie einen hellen Punkt bewirkt.

Fig.7 zeigt eine weitere Alternative, welche grundsätzlich der Fig. 6 entspricht. Zusätzlich ist hier zwischen der Zylinderlinse 20 und der Laserquelle eine Blende

91 eingefügt. Diese Blende hat eine Öffnung 94, sodass nur ein Teil des Hauptstrahl auf die Zylinderlinse trifft. Die Öffnung kann auch der Fläche 18 der Fig.6 entsprechen oder größer sein, so dass der Laserstrahl nicht geschwächt auf die Zylinderlinse 20 trifft.

Ferner weist die Blende zwei weitere rechteckige Öffnungen 92 auf. So entsteht am Laserstrahl beim Durchtritt durch die Öffnungen 92 ein Beugemuster, welches in der Projektion der Laserlinie als Nebenmaxima auftritt, welche ein rechtwinkliges Bezugskreuz um den Laserpunkt bewirken. Die Nebenmaxima liegen in der optischen Ebene und senkrecht dazu. Die Öffnungen 92 können vorzugsweise rechteckig, quadratisch oder auch rund ausgeführt sein.

Fig. 8 zeigt eine weitere Alternative des Linienlasers, welche nur eine Laserquelle 19b benötigt. Der Laserstrahl 3b trifft auf eine Teilerplatte 80, welche im 45° Winkel zum Laserstrahl 3b steht und halbdurchlässig ist. Etwa die Hälfte des Strahls durchdringt die Teilerplatte 80 und trifft unabgelenkt (nur mit gewissem Parallelversatz) auf die Zylinderlinse 20, von der er in eine Laserlinie aufgeweitet wird. Ein anderer Teil des Strahls wird um 90° abgelenkt und trifft auf ein Umkehrprisma 81, welches den Strahl in der optischen Ebene parallelversetzt und richtungsumgekehrt umwandelt. Dieser umgelenkte Strahl 3a trifft, wie bereits beschrieben, auf die Zylinderlinse 20 und wird dort aufgeweitet. Der Linienlaser 1 ist zu allen Seiten von einem Gehäuse (nicht dargestellt) umgeben, welches am Laseraustrittsbereich mit einem radial (teil-)umlaufenden Fenster versehen ist und den Linienlaser vor Umwelteinflüssen, wie z.B. Schmutz oder Fremdkörpern schützt. Ferner ist die elektrische Einheit nicht dargestellt, welche an dem Gehäuse befestigt ist und eine elektrische

Versorgung, wie z.B. Batterien 88 umfasst und zumindest einen Schalter, um die Laserquellen ein- und auszuschalten und eine Verdrahtung. Die Verdrahtung umfasst Kabel, welche von der elektrischen Einheit zu der Trägerbaugruppe 40 geführt sind, wobei diese Kabel möglichst biegeschlaff ausgeführt sind, um die Selbstnivellierung möglichst nicht zu beeinflussen. Es ist es optional möglich, die

Laserquellen getrennt zu schalten, um bei Anwendungen, bei denen lediglich ein kurzer Laserstrahl benötigt wird, Energie der Batterieversorgung zu sparen.

Die Erfindung wird nicht durch konkrete Ausführungsformen begrenzt und

Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen sind frei miteinander kombinierbar. Begriffe in der Anmeldung, die die Lage unterschiedlicher Komponenten zueinander beschreiben, wie „exakt 90°", oder „senkrecht zueinander" oder „innerhalb der optischen Ebene" oder ähnliche beschreiben die gewünschte ldealposition/-lage und umfassen, dass sich aufgrund von der mechanischen/optischen Ausgestaltung gewisse Abweichungen und Ungenauigkeiten ergeben können, welche von der erfinderischen Lehre mit umfasst sind.

Claims

Ansprüche

1. Selbstnivellierender Linienlaser (1) mit einer Zylinderlinse (20) und zumindest zwei komplanaren Laserstrahlen (3a,3b), die über die Zylinderlinse (20) eine gemeinsame Laserlinie erzeugen.

2. Selbstnivellierender Linienlaser (1) gemäß Anspruch 1 mit zwei komplanaren Laserquellen (IIa, IIb), welche die komplanaren Laserstrahlen (3a,3b) erzeugen und die in einem Winkelbereich von 90° +/^■ 45° zueinander stehen und Vorzugs-" weise senkrecht zueinander sind.

3. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der Laserquellen (IIa, IIb), welche als Laserdioden ausgeführt sind, zwischen der Laserdiode und der Zylinderlinse (20) eine Kollimierlinse (12) angeordnet ist.

4. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Laserquellen (IIa, IIb) einen ovalen Strahlquerschnitt aufweisen und axiale Winkellage der Laserquellen (lla.llb) so ausgerichtet ist, dass die Strahlen der Laserquelle (lla.llb) die Zylinderlinse (20) in ihrer radialen Richtung möglichst gut überdecken.

5. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die längere Achse des ovalen Strahlquerschnitts jeder der Laserquellen (IIa, IIb) in einer optischen Ebene liegt, welche durch die Strahlen der Laserquellen (lla.llb) aufgespannt wird.

6. Selbstnivellierender Linienlaser (1) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in der vom Linienlaser (1) erzeugten Laserlinie Helligkeits-"abweichungen an zwei Punkten oder begrenzten Bereichen vorgesehen sind und diese Punkte oder begrenzten Bereiche in einem

Winkel von 90° zu der Zylinderlinse (20) stehen und insbesondere die Helligkeits-abweichungen Punkte oder begrenzte Bereiche höherer Helligkeit aufweisen.

7. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der kollimierten Laserstrahle, also die längere

Achse ihrer ovalen Strahlquerschnitte, breiter als der Durchmesser der Zylinderlinse ist.

8. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der kollimierten Laserstrahle an der Zylinderlinse vorbeigeleitet wird.

9. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine der Laserquellen (IIa, IIb) mit der entsprechenden Kollimierlinse zu einem Lasermodul (10a, 10b) als einer einteiligen Baugruppe zusammengefasst sind.

10. Selbstnivellierender Linienlaser gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbereich der nutzbaren Helligkeitsverteilung der Laserlinie mindestens 160°, vorzugsweise mindestens

180°, höchst vorzugsweise mindestens 200° beträgt, wobei die Zylinderlinse (20) als Bezug für die Winkelmessung dient.