DE4135459A1 - Optische vorsatzeinrichtung fuer laser zur erzeugung einer linie variabler laenge und breite - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorsatzein­ richtung für Laser zur Erzeugung einer Linie variabler Länge und Breite nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, zur Ausrichtung von Werkstücken in Bear­ beitungsmaschinen in Industrie und Handwerk Linienlaser einzusetzen, z. B. in der Holz-, Stein-, Stahl- und Textil­ industrie. Der außerhalb des Arbeitsbereichs montierte Laser projiziert eine feine rote Linie auf das Werkstück (optischer Anschlag), das danach zur Bearbeitung ausge­ richtet werden kann. Es ist erwünscht, die Länge der Linie der Montagesituation anzupassen, z. B. der Abstand des Werkstücks vom Montageort, um die volle Laserleistung aus­ zunutzen. Zu lange Linien verursachen einen Leistungsver­ lust, und zu kurze erfüllen die gestellte Aufgabe nicht.

Der Laser ist üblicherweise ein Helium-, Neon- oder Halb­ leiterlaser, der einen Punktstrahl erzeugt. Zur Projektion einer Linie sind verschiedene Techniken bekannt.

Bei einem bekannten Verfahren wird der Punktstrahl mit Hilfe eines beweglichen Spiegels (Scanner) abgelenkt. Mit diesem Verfahren können stufenlos Linien beliebiger Länge innerhalb des Auslenkwinkels des Spiegels erzeugt werden. Hierzu ist jedoch ein relativ hoher technischer Aufwand erforderlich, der vor allen Dingen in dem Spezialspiegel, im motorischen Antrieb und in der elektronischen Steuerung hierfür liegt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird eine Zylinder­ linse verwendet. Eine derartige Vorsatzeinrichtung hat den Vorteil des mechanisch und optisch einfachen Aufbaus. Es können jedoch nur Linien in bestimmten festen Stufen je nach Brennweite der Linse erzeugt werden. Anderenfalls müßte der Strahl abgeblendet werden, was auf Kosten der Leistung bzw. Helligkeit geht.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden zwei Zylin­ derlinsen im Strahlengang angeordnet. Ein derartiges Vor­ satzsystem besteht aus zwei Zylinderlinsen und gegebenen­ falls aus einer zweilinsigen Strahlenaufweitungsoptik. Es kann variable Linienlängen erzeugen, wenn die Linsengrup­ pen beweglich zueinander angeordnet sind. Dabei wird für die Zuordnung der Zylinderlinsen zueinander eine erhebli­ che feinmechanische Präzision benötigt. Außerdem sind auf­ wendige Zylinderlinsen erforderlich, und die Baulänge der Vorsatzeinrichtung ist relativ groß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorsatzeinrichtung für Laser zur Erzeugung einer Linie variabler Länge und Breite zu schaffen, die rein optisch und mit einfachen Bauteilen arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen optischen Vorsatzeinrichtung werden drei Linsen benötigt, nämlich eine dem Laser nach­ geschaltete Sammel- oder Streulinse, eine Zylinderlinse und eine der Zylinderlinse nachgeschaltete Sammellinse. Zylinderlinse und Sammellinse sind entlang der optischen Achse des Linsensystems unabhängig voneinander verstell­ bar.

Die Länge einer mit dem Punktlaser und der Zylinderlinse erzeugten Linie ist abhängig vom Strahldurchmesser und dem Radius der lichtbrechenden Fläche der Zylinderlinse. Die Eintrittslinse (Streulinse) erzeugt einen divergenten Lichtstrahl, dessen Durchmesser mit dem Abstand zur Ein­ trittslinse variiert. Wird die Zylinderlinse axial in die­ sem Strahl verschoben, ändert sich dadurch der Öffnungs­ winkel des Strahls hinter der Zylinderlinse und damit die Länge der Linie. Mit größerem Abstand wird der Öffnungs­ winkel größer und die Linie länger. In der Passivachse der Zylinderlinse bleibt der Strahlverlauf aus der Eintritts­ linse erhalten. Insoweit findet eine Kollimierung bzw. Fo­ kussierung durch die Sammellinse statt.

Die erfindungsgemäße optische Vorsatzeinrichtung hat er­ hebliche Vorteile. Sie kommt mit wenigen einfachen opti­ schen Bauteilen aus. Die Anordnung und Verstellung der verstellbaren Linsen läßt sich mit einer einfachen An­ triebsmechanik verwirklichen. Die Gesamtbaulänge des opti­ schen Systems ist relativ kurz.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die optische Vorsatzvorrichtung nach der Erfindung in einer ersten Seitenansicht.

Fig. 2 zeigt die Einrichtung nach Fig. 1 in einer um 90° gedrehten Seitenansicht.

Ein nicht näher dargestellter Laser erzeugt einen Punkt­ strahl 10, der von einer plankonkaven (oder plankonvexen) Linse 1 gebrochen wird. Der divergente Strahl 12 trifft auf eine Zylinderlinse 2, die den Strahl in der aktiven Achse auffächert. Der aufgefächerte Strahl ist mit 14 bezeichnet. Sein Öffnungswinkel hängt von dem Abstand der Zylinderlinse 2 von der Eintrittslinse 1 ab. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Breite der Strahls hinter der Zylinderlinse 2 in deren passiven Achse nur durch die Ein­ trittslinse bestimmt. Hinter der Zylinderlinse 2 ist eine plankonvexe Linse 3 angeordnet deren Abstand von der Ein­ trittslinse die Breite des Strahls 16 hinter der Linse 3 bestimmt.

Die Linsen 2 und 3 sind relativ zu Linse 1 unabhängig von­ einander entlang der optischen Achse verstellbar, wie durch Doppelpfeile 18 und 20 angedeutet. Mithin läßt sich durch Verstellung der Linsen 2 und 3 sowohl die Breite als auch die Auffächerung des Strahls 16 und damit die Breite und Länge der projizierten Linie bestimmen.

In der Beschreibung und in den Ansprüchen wird immer nur von einer Sammel- oder Streulinse, einer Zylinderlinse und einer weiteren Sammellinse gesprochen. Es versteht sich, daß hierfür auch Linsengruppen unterschiedlichen Aufbaues mit vergleichbarer Wirkung eingesetzt werden können, und zwar für jede der beanspruchten und in den Zeichnungen dargestellten Einzellinsen.

Claims (3)

1. Optische Vorsatzeinrichtung für Laser zur Erzeugung ei­ ner Linie variabler Länge und Breite, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einem Punktlaser eine Sammel- oder Streu­ linse (1), dieser eine Zylinderlinse (2) und letzterer eine Sammellinse (3) nachgeschaltet sind und Zylinder- und Sammellinse entlang der optischen Achse des Linsen­ systems unabhängig voneinander bewegbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streulinse (1) plankonkav oder plankonvex ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sammellinse (3) plankonvex ist.