CH679081A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf das genaue Ausrichten von Strahlen, insbesondere im Zusammenhang mit Teilchenbeschleunigern, Laserapparaten, optischen Systemen und anderen Strahfenerzeugern. Die Erfindung ist das Ergebnis eines mit dem Department of Energy abgeschlossenen Vertrages (Vertrags Nr. W-7405-ENG-36).

Strahlenerzeuger, wie Teilchenbeschleuniger, Laserapparaturen, optische Systeme und ähnliches sind meist mit einer Konstruktion verbunden, welche Linsen, Kollimaforen, Strahlenteiier, Magnete und sonstige Ausrüstungsteile umfassen kann, welche den Strahl steuern, leiten oder auf andere Weise beeinflussen sollen. Ein genaues Ausrichten dieser Konstruktionsteile ist erforderlich, wenn der Strahlerzeuger seine beabsichtigte Funktion erfüllen soll.

Wenn das ursprüngliche Ausrichten dieser Konstruktionsteile zunächst ohne weiteres von Hand durchgeführt werden kann, so kann es doch je nach der Umgebung, in welcher der Strahlenapparat verwendet wird, Schwierigkeiten mit sich bringen, die einmal durchgeführte Ausrichtung auch beizubehalten. Druck, Temperatur, Strahlung und andere Umweltbedingungen können die mit dem Sfrahlenerzeu-ger verbundenen Konstruktionsteile so beeinflussen, dass der Strahlenweg verschoben wird.

Wenn Vorrichtungen zur Strahlenerzeugung in einem Labor oder in einer bemannten Bodenstation verwendet werden, so können verschobene Strukturen normalerweise auf mechanischem bzw. manuellem Wege nachgerichtet werden. Da die Umweltbedingungen bei diesen Anlagen sehr oft kontrolliert werden, ist das Nachrichten in vielen Fällen überhaupt nicht notwendig, Vorrichtungen zur Strahlerzeugung werden jedoch in grösserem Ausmasse auch in weniger günstigen Umgebungen, z.B. in schwer zugänglichen Bodenstationen oder im Raum eingesetzt, in diesen Anlagen, zu welchen sogar unbemannte Stationen zählen, kann ein Nachrichten von Hand unmöglich sein, obwohl das wiederholte Ausrichten der Anordnung aufgrund der herrschenden Umweltbedingungen erforderlich wäre. Bei diesen Anlagen sind automatische Vorrichtungen zum Ausrichten erforderlich, welche die strahlenerzeugende Vorrichtung während und nach einer von der Umwelt ausgeübten Störung in der gewünschten Ausrichtung halten.

Es sind bereits verschiedene Ausführungen von automatischen Ausrichtsystemen bekannt, welche Sensoren zur Steuerung der Bewegung von Spiegeln verwenden. In einigen Fällen werden Quad-Zel-len-Sensoren eingesetzt, welche zum Feststellen von Verlagerungen im Weg eines benachbarten Laserstrahls angeordnet werden. Da derartige Detektoren jedoch notwendigerweise den Strahl abfangen und damit hohe Energieverluste verursachen, können sie bei einer Serienanordnung nicht direkt verwendet werden, um mehrere Abschnitte einer Strahlrichtanordnung zu steuern. Derartige Anlagen erfordern daher einen hohen Konstruktionsaufwand.

In einigen Anwendungen ist es möglich, einen

Quad-Zellen-Detektor vorübergehend mechanisch in den Strahlenweg zu bringen, um dessen Ausrichtung zu bestimmen. Eine genaue Ausrichtung erfordert jedoch, dass der Detektor bei jedem Einsatz an genau der gleichen Stelle angeordnet wird. Eine derartige Genauigkeit ist selbst bei bemannten Bodenstationen schwer zu erreichen, bei Raumstationen jedoch praktisch unmöglich. Die mechanische Anordnung von Sensoren im Wege eines Hauptstrahles ist daher keine akzeptable Alternative,

Quad-Zellen-Detektoren sind jedoch wertvolle Vorrichtungen, wenn sie entsprechend eingesetzt werden. Diese Vorrichtungen weisen ein photosensitives Material auf, das in vier verschiedenen Quadranten auf einem Substrat angeordnet ist. Die elektrische Ausgangsleistung jedes Quadranten ist der auf die Oberfläche dieses Quadranten aufgetroffenen Lichtmenge proportional. Wenn das Licht den zentralen Bereich der Quadrantenfläche trifft, dann ist die Ausgangsleistung aller vier Quadranten gleich gross. Das elektrische Ausgangssignal wird einem Differentialverstärker zugeleitet, weicher seinerseits elektromechanische Versteilvorrichtungen betätigen kann. Derartige Detektoren sind im allgemeinen auf dem Markt erhältlich.

Falls sich das Licht vom zentralen Bereich des Detektors wegbewegt, so wird der Quadrant, auf welchen das Licht auftrifft, ein entsprechendes Spannungssignal produzieren, aufgrund dessen im Zusammenhang mit einem Differentialverstärker der Strahl bzw. die zugehörige Anordnung gerichtet werden kann. Da Quad-Zellen-Detektoren jedoch den Laserstrahl abfangen, sind sie, wie bereits erwähnt, mit Vorsicht einzusetzen.

Ein Verfahren zum Richten eines Hochleistungslaserstrahles ist in US-PS 4 146 329 beschrieben. Dieses Richtsystem verwendet einen separaten Differenzlaser, welcher koaxial zu einem ringförmigen Hauptlaserstrahl verläuft. Dieser Differenzlaserstrahl trifft auf einen Nullpositionssensor, beispielsweise einen Quad-Zellen-Detektor, auf. Der Letztere erzeugt ein elektrisches Fehlersignal, falls sich der Referenzstrahl von der Nullage aus verlagert haben sollte. Das Fehlersignal wird in elektronisch gesteuerten Servogeräten verwendet, um einen Spiegel zu verstellen, bis der Strahl die gewünschte Richtung hat.

Wie im oben genannten Patent dargelegt ist, muss der HeNe-Referenzlaser an dem den Hauptlaser tragenden Labortisch sicher befestigt werden, wobei die Umgebungstemperatur zwecks Aufrechterhaltung der erforderlichen Stabilität gesteuert werden sollte. Diese Anordnungen sind jedoch je nach den vorliegenden Umweltbedingungen schwer zu realisieren.

Ein automatisches Richtsystem, welches Detektoren im Weg eines Hauptlaserstrahles verwendet, ist in US-PS 4 675 5Ö1 beschrieben, in diesem Falle haben die Detektoren eine zentrale Öffnung, welche der Hauptstrahl passiert, wenn er gut ausgerichtet ist. Wenn ein Teil des Strahls auf den die Öffnung umgebenden Detektor auftrifft und damit eine Strahiverlagerung anzeigt, wird der Hauptstrahl über von Detektoren erzeugte elektrische Signale und entsprechend gesteuerte Spiegel wieder

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gerichtet. Bei dieser Anordnung besteht, wie dies im Patent erwähnt wurde, ein schwerwiegendes Problem darin, dass die Detektoren durch eine grössere Verlagerung des Strahls beschädigt werden können.

Keines der erwähnten Patente beschreibt eine Vorrichtung oder ein Verfahren, mit welchen die Ausrichtung von Apparaturen zur Beeinflussung von Strahlen aufrechterhalten werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe können dem Stande der Technik in der Tat keinerlei Angaben entnommen werden, obwohl die Verwendung von Strahlerzeugern im Zusammenhang mit den hierzu erforderlichen Apparaturen im Zunehmen begriffen ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens vorzuschlagen, welche gestatten, die Ausrichtung eines Strahles durch Steuerung der verwendeten Apparatur exakt aufrechtzuerhalten.

Die Vorrichtung soll automatisch arbeiten und sich auch zur Steuerung von Anordnungen mit mehreren Segmenten eignen. Eine derartige automatische Vorrichtung soll ausserdem in zuverlässiger Weise auch unter ungünstigen Umweltbedingungen arbeiten und damit die Ausrichtung der mit einem Hauptstrahl verbundenen Apparaturen sicher gewährleisten.

Die beim Einsatz einer solchen Vorrichtung auftretenden Verluste sollen dabei dank der vorliegenden Erfindung gering gehalten werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch die im unabhängigen Patentanspruch definierte Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungs-gemässen Vorrichtung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Strahlerzeugung mit den zugehörigen Apparaturen zur Beeinflussung des Strahles einschliesslich der Referenzlaser, Detektoren und Einstellschrauben,

Fig. 2 zeigt eine Detektoreinheit mit den wichtigsten Einzelteilen derselben, der Prismenanordnung sowie den horizontalen und vertikalen Detektoren und den Referenzlaserstrahlen,

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Perspektivdarstellung eines Horizontaldetektors,

Fig. 4 ist eine Perspektivdarstellung eines Vertikaldetektors und

Fig. 5 veranschaulicht die Schaltung des Detektors, des Differentialverstärkers und der Regulierschrauben.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt, wobei eine Vorrichtung 12 zur Strahlerzeugung an einem mit 10 bezeichneten Gesteil befestigt ist. Das Gestell kann nicht dargestellte Einzelteile wie Linsen, Spiegel, Kollimatoren, Strahlteiler und Magnete aufweisen, welche den von der Vorrichtung 12 erzeugten Strahl leiten, kollimieren, fokussieren, reflektieren oder in anderer Weise beeinflussen. Ein Referenzlaser 14 Ist an einer stabilen Stelle der Strahlerzeugungsvorrichtung 12 befestigt und erzeugt einen Referenzlaserstrahl 15, welcher zu dem von der Vorrichtung 12 erzeugten Strahl parallel verläuft.

Als Referenzlaser kann jeglicher Laser verwendet werden, der sich unter den jeweils herrschenden Bedingungen einsetzen lässt. Für Laboratorien, industrielle und andere Bodenapplikationen eignet sich ein auf dem Markt erhältlicher Helium-Neonlaser (HeNe). Für Anwendungen in Raumstationen werden die hierfür speziell entwickelten Laser, wie Festkörperlaser, eingesetzt. Es ist selbstverständlich von Bedeutung, dass der Laser am Gestell der Vorrichtung 12, mit welcher der Hauptstrahl erzeugt wird, befestigt werden kann.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, kann das Gestell 10 teleskopisch aufgebaut oder auf andere Weise unterteilt sein. In Anbetracht der auftretenden Schwankungen von Temperatur, Druck oder anderer Umweltbedingungen kann die Ausrichtung der Einzelteile dieses Gestells verändert werden, so dass der von der Vorrichtung 12 erzeugte Hauptstrahl auf seinem Weg abgelenkt wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Abweichungen zu korrigieren, in dem die Einzelteile des Gestells 10 automatisch in die gewünschte, fluchtende Ausrichtung gebracht werden.

Um diese Ausrichtung zu erzielen, sind längs des Gestells an kritischen Punkten Detektoren 16 angeordnet. Diese Detektoren 16 sind so positioniert, dass der Referenzlaserstrahl eine Öffnung derselben passieren kann und dass er entweder ins Innere des Detektors 16 umgelenkt wird oder direkt auf einen nachgeschalteten Detektor 16 auftrifft.

Längs des Gestells 10 sind im Bereich der Detektoren 16 Regulierschrauben 18 vorgesehen. Die einzige erforderliche Zuordnung zwischen diesen Regulierschrauben 18 besteht darin, dass einander benachbarte Regulierschrauben um jeweils einen rechten Winkel gegeneinander versetzt sind. Die Ausbildung der Regulierschrauben 18 kann in mannigfaltiger Weise variieren; die Regulierschrauben müssen lediglich in der Lage sein, die Position eines Segments des Gestells 10 in Abhängigkeit von einem vom Detektor 16 ausgehenden elektrischen Signal zu verstellen. Gemäss einer möglichen Ausführungsform ist ein elektromechanischer Servomotor vorgesehen, welcher in Abhängigkeit von einem elektrischen Ausgangssignal, das von dem Detektor 16 einem nicht dargestellten Differentialverstärker zugeleitet wurde, eine Spindel verstellt. Die Detailkonstruktion der Versteilvorrichtung hängt von der jeweiligen Anwendungsart ab und die Regulierschrauben 18 können entweder mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch verstellt werden.

Es sei in diesem Zusammenhang besonders erwähnt, dass die Ausdrücke «horizontal» bzw. «vertikal» nur dazu benutzt werden, um die Lage verschiedener Einzeiteile der Vorrichtung gemäss der Zeichnung zu beschreiben. Da die verschiedenen Teile der Vorrichtung in unterschiedlicher Weise angeordnet werden können, dürfen die Ausdrücke horizontal und vertikal in keinem einschränkenden Sinne ausgelegt werden.

Fig. 2 ist eine Perspektivdarstellung eines Detektors 16, wobei die innerhalb des Detektors angeord-

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neten Einzelteile mît unterbrochenen Linien dargestellt sind. Wie die Figur zeigt, umfasst ein Gehäuse 20 eine Prismenanordnung 22, die sich ihrerseits aus zwei übereinanderliegenden Prismenanordnungen zusammensetzt und femer einen Vertikaldetektor 23 und einen Horizontaldetektor 24 aufweist. Eine horizontale Stellschraube 35, die ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist, erstreckt sich durch das Gehäuse 20 hindurch.

Obwohl in Fig. 2 zwei Detektoren, nämlich ein Vertikaldetektor 23 und ein Horizontaldetektor 24 dargestellt sind, kann es auch ausreichen, dass ein Satz von Regulierschrauben 18 mit nur einem Detektor gesteuert wird. Der zweite Detektor kann als Ersatzdetektor betrachtet werden, der dann eingesetzt wird, wenn sich am ersten Detektor eine Störung zeigt.

Im Betrieb der Vorrichtung tritt der Referenzlaserstrahl 15 in das Gehäuse 20 bei 21 ein, wobei mindestens ein Teil seiner Energie durch die Prismenanordnung 22 ins Innere des Gehäuses 20 umgelenkt wird. Der umgelenkte Teil des Referenzla-serstrahls 15 wird als erster abgelenkter Referenz-Strahl 27 bezeichnet und kann zweckmässigerweise um 90° umgelenkt werden, obwohl jeder andere Winkel auch möglich ist, solange der Strahl 27 rechtwinklig auf den Horizontaldetektor 24 auftrifft. Falls gewünscht, kann der Strahl 27 durch eine untere Prismenanordnung weiter unterteilt werden, so dass sich ein zweiter abgelenkter Laserstrahl 28 ergibt, welcher rechtwinklig auf den Vertikaldetektor

23 auftrifft. Der nicht abgelenkte Teil des Strahles 15 wird, falls ein solcher vorhanden ist, auf die nachgeschalteten Detektoren 16 in Form des Strahles 17 auftreffen.

Der Horizontaldetektor 24 und der Vertikaldetektor 23 können in Form von QuadrZellen-Detekto-ren ausgebildet sein, wenn auch andere Detektortypen verwendbar sind, die ein elektrisches Ausgangssignal erzeugen können, das auf die Lage eines auf die Detektorfläche auftreffenden Lichtstrahles anspricht. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die beiden Detektoren 23 und

24 verwendet, obwohl auch ein einziger Detektor ausreichen würde. Die Ausgänge der Detektoren 23 und 24 sind mit nicht dargestellten Differentialverstärkern verbunden, deren Ausgänge ihrerseits den Regulierschrauben 18 zugeleitet werden, um damit die Lage der Gestellsegmente zu regulieren.

Die Prismenanordnung 22 kann beispielsweise eine Überlagerung zweier Strahlteiier oder zweier optischer Schalter sein, wie sie von der Firma Thomp-son-CSF unter der Bezeichnung Lidos erhältlich sind. Falls nur der Horizontaldetektor 24 verwendet wird, wird selbstverständlich auch nur eine dieser Prismenanordnungen genügen.

Ein Strahlteiler teilt einen auftreffenden Lichtstrahl in zwei Teile, wobei ein Teil des Strahls den Strahlteiler direkt durchdringt, während der Rest-strahl um 90° abgelenkt wird. Gemäss der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform würde der obere Strahlteiler einen Teil des Referenzlaserstrahls durch die Öffnung 26 leiten, während der Reststrahl 27 abgelenkt und dem unteren Strahlteiler der

Prismenanordnung 22 zugeleitet würde. Der untere Strahlteiler würde weiterhin vom Strahl 27 den Strahl 28 abtrennen, der dann auf den Vertikaldetektor 23 auftrifft.

Gemäss einer Alternative könnte die Prismenanordnung zwei dielektrisch-optische Flüssigschalter (Lidos) aufweisen. Jeder dieser Schalter weist zwei Prismen von gleichem Refraktionsvermögen auf, deren Hypotenusen parallel im Abstand von 10 bis 30 Mikrometer angeordnet sind. Der Spalt zwischen den beiden Prismen enthält ein Tröpfchen einer dielektrischen Flüssigkeit, deren Refraktionsvermögen demjenigen der Prismen gleicht, und die längs des Spalts beim Anlegen einer Spannung zwischen zwei transparenten Elektroden bewegt werden können. Wenn der Zentralbereich des Spaltes von Flüssigkeit frei ist, wird das auf das erste Prisma auftreffende Licht unter einem Winkel von 90° von der Rückseite des ersten Prismas reflektiert. Wenn sich die Flüssigkeit jedoch im mittleren Bereich des Spaltes befindet, dann durchdringt das Licht direkt das zweite Prisma und tritt aufgrund der identischen Refraktionszahlen mit einem vernachlässigbaren Verlust aus.

Die Verwendung der Lidos-Schalter als Prismenanordnung 22 in Fig. 2 würde die gleiche Funktion als Strahlenteiler, jedoch mit weit geringerem Verlust, ergeben. Mit den Lidos sind jedoch zwei Zustände verbunden: Gemäss dem einen dieser Zustände wird der Differenzstrahl 15 total ins Innere des Detektors 16 abgelenkt; gemäss dem anderen durchdringt der Referenzstrahl 15 direkt die Öffnung 26 und gelangt auf den nachgeschalteten Detektor 16. Der untere Lidos-SGhalter würde, falls ein solcher eingesetzt wäre, das hereinkommende Licht entweder zu dem Vertikaldetektor 23 oder zum Horizontaldetektor 24 weiterleiten. Wie oben bereits beschrieben wurde, erfolgt das Umschalten von einem Zustand in den anderen über das Anlegen einer Spannung an transparente Elektroden, welche durch nicht dargestellte elektronische Schaltanordnungen gesteuert sein können.

Die tragende Konstruktion, an welcher der Vertikaldetektor 23 und der Horizontaldetektor 24 angeordnet ist, ergibt sich am besten aus den Fig. 3 und 4. Fig. 3 zeigt die Tragstruktur des Horizontaldetektors 24. Wie sich aus dieser Figur ergibt, ist der Horizontaldetektor 24 an einem Detektorschlitten 34 mittels Schrauben und Klammem 31 so befestigt, dass dessen einander gegenüberliegende Quadranten mit den entsprechenden Regulierschrauben 18 fluchten (vergleiche auch Fig. 1).

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Prismenanordnung 22 würde ein Lidos-Schalter als oberes Prisma und ein Strahlenteiler in der unteren Lage verwendet. Dies hatte den Vorteil eines geringen Verlustes bei der Übertragung des Referenzstrahls 15, wobei das Licht gleichzeitig auf den Vertikaldetektor 23 und den Horizontaldetektor 24 auftreffen würde, wenn die Lidos-Schalter den Referenzstrahl 15 ins Innere des Detektors 16 umlenken.

Der Horizontaldetektor 24 (und Horizontalschlitten 34) lässt sich im Zusammenwirken mit dem gleitend gelagerten Horizontalschenkel 37 verstellen,

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dessen vertikaler Abschnitt in' einem vertikal angeordneten Führungsglied 39 gelagert ist. Das Führungsglied 39 kann am Gehäuse 20 (Fig. 2) festgeschraubt werden, wobei dort entsprechende Schraubenlöcher 38 vorgesehen sind.

Die Bewegung des Detektorschlittens 34 (mit dem daran befestigten Horizontaldetektor 24) ergibt sich durch die Stellschrauben 35 und 36, die sich durch das Gehäuse 20 hindurch erstrecken. Die Stellschrauben 35 und 36 können die Ausgangssignale des Detektors 24 beim ursprünglichen Ausrichten der Anlage aufheben, indem sie die Lage des auftreffenden Strahls 29 (Fig. 2) am Detektor 24 zentrieren. Die Rückstellfedern 32 und 33 wirken den Steilschrauben 35 und 36 entgegen, drücken den Detektorschlitten 34 gegen die Stellschrauben 35 und 36 und reduzieren den durch Vibration erzeugten «Jitter» des Detektors 24.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, ist der Vertikaldetektor 23 ähnlich wie der Horizontaldetektor 24 montiert. Der Vertikaldetektor 23 ist an einem Detektorschlitten 42 mittels Schrauben und Klammern 40 so befestigt, dass dessen einander gegenüberliegende Quadranten mit der Lage der entsprechenden Regulierschrauben 18 (Fig. 1) fluchten. Der Detektorschlitten 42 wirkt mit dem Horizontalabschnitt eines Kreuzschlittens 43 zusammen, der in Fig. 4 zum Grossteil durch den Schlitten 42 verdeckt ist, jedoch praktisch dem Kreuzschlitten 37 gemäss Fig. 2 entspricht. Der Vertikalabschnitt des Kreuzschlittens 43 ist in der Vertikalnut eines Führungsgliedes

48 gelagert. Dank dieser zusammenwirkenden Horizontal- und Vertikalglieder kann der Vertikaldetektor 23 durch die Stellschrauben 44 und 46 entgegen dem Rückstellvermögen der Schrauben 45 und 47 verstellt werden. Der Vertikaldetektor 23 ist am Gehäuse 20 (Fig. 2) an dessen Schraubenlöchern

49 befestigt.

Die elektrische Schaltung des Vertikaldetektors 23 und der diesem zugeordneten Regulierschrauben 18 ergibt sich aus dem Blockdiagramm gemäss Fig. 5. Der Vertikaldetektor 23 enthält den oberen Quadranten 53, den unteren Quadranten 55, den rechten Quadranten 54 und den linken Quadranten 56. Die Quadranten 53 und 55 fluchten mit der Längsachse der Vertikal-Regulierschrauben und die Quadranten 54 und 56 fluchten mit der Längsachse der Horizontalverstellschrauben 18.

Zur Verstellung der vertikalen Regulierschraube 18 sind der obere Quadrant 53 und der untere Quadrant 55 mit einem vertikalen Differentialverstärker 51 verbunden, dessen Ausgang mit der vertikalen Regulierschraube 18 verbunden ist. Dementsprechend ist der rechte Quadrant 54 und der linke Quadrant 56 mit einem horizontalen Differentialverstärker 53 verbunden, dessen Ausgang den horizontalen Regulierschrauben 18 zugeleitet wird.

Auch hier muss betont werden, dass die Verwendung der Ausdrücke «horizontal» und «vertikal» lediglich zur Verdeutlichung dient und daher die Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch definiert ist, keineswegs einschränken kann. Es muss jedoch betont werden, dass vorzugsweise jede Regulierschraube 18 rechtwinklig mit Bezug auf die angrenzende Regulierschraube 18 anzuordnen ist.

Die Funktion der beschriebenen Präzisions-Richtvorrichtung ergibt sich am besten, wenn man nochmals auf Fig. 1 zurückkommt. Ursprünglich wird der Hauptstrahlapparat 10 von Hand mittels der Regulierschrauben 18 so eingestellt, dass das gesamte Gestell 10 die gewünschte fluchtende Ausrichtung aufweist.

Nach dieser Handeinstellung des Gestells 10 wird der Referenzlaser 14 eingeschaltet, der den Referenzstrahl 15 produziert. Man beginnt nun mit dem Detektor 16, welcher vom Referenzlaser 14 am weitesten entfernt ist und reguliert die vertikalen Detektoren 23 (Fig. 2) mit den Stellschrauben 44 und 46 (Fig. 4), während die horizontalen Detektoren 24 (Fig. 2) mit den Stellschrauben 35 und 36 (Fig. 3) verstellt werden, bis die Detektoren ein Nullsignal aufweisen. Dieses Nullsignal der Detektoren 23 und 24 (Fig. 2) zeigt nun die korrekte fluchtende Ausrichtung des Gestells 10 an und die Ausgänge der Detektoren 23 und 24 können dann mit den Regulierschrauben 18 verbunden werden, worauf die gesamte Vorrichtung an ihren Einsatzort verbracht wird.

An diesem Einsatzort kann es nun vorkommen, dass sich ein oder mehrere Segmente des Gestells 10 aufgrund der Einflüsse von Temperatur, Druck oder Strahlung so verlagern, dass der Hauptstrahl 15 von seinem vorgesehenen Weg abweicht. Eine Verlagerung eines Gestellsegments würde aber auch bewirken, dass der zugeordnete Detektor ein Ausgangssignal abgibt, da der auf den vertikalen Detektoren 23 (Fig. 2) auftreffende Strahl 28 und der auf den horizontalen Detektor 24 auftreffende Strahl 27 nun nicht mehr in der Nullposition wären. Der Ausgang des Detektors 16 wäre mit dem zugeordneten Differentialverstärker 53 (Fig. 5) verbunden, dessen Ausgang mit den entsprechenden Regulierschrauben 18 verbunden wäre, so dass diese betätigt würden und das entsprechende Segment des Gestells 10 in seine gewünschte, fluchtende Lage bringen würden.

Der Vertikaldetektor 23 und der Horizontaldetektor 24 (Fig. 2) können in Form von Quad-Zellen-Detektoren ausgebildet sein. Derartige Detektoren enthalten eine Schicht photoleitenden Materials auf einem Substrat in vier separaten Quadranten. Da das Ausgangssignal jedes Quadranten dem auf den Quadranten auftreffenden Licht direkt proportional ist, kann es im Zusammenhang mit den Differentialverstärkern 51 und 52 zum Antrieb der Regulierschrauben 18 verwendet werden, welche die Lage des Gestells 10 verändern, bis das Ausgangssignal des Detektors wiederum Null ist. Quad-Zellen-Detektoren sind im allgemeinen auf dem Markt erhältlich und im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung liesse sich jede derartige Vorrichtung von guter Qualität einsetzen.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel lässt sich vom Fachmann im Rahmen der im unabhängigen Anspruch definierten Erfindung in mannigfaltiger Weise abwandeln.

Claims (21)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung der fluchten5

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der» Ausrichtung eines ursprunglich gerichteten Gestells zum Führen, Kollimieren, Fokussieren, Reflektieren oder anderweitigen Beeinflussen eines Hauptstrahles längs seines Strahlenweges, dadurch gekennzeichnet, dass:

- längs einem ersten, zum Strahlenweg des genannten Hauptstrahls parallelen Strahlenweg ein Referenzsfrahl erzeugt wird,

mindestens ein Teil des Referenzstrahls im Winkel auf einen zweiten Strahlenweg abgelenkt wird,

- der Referenzstrahl durch im zweiten Strahlenweg angeordnete Sensoren erfasst wird, wobei diese Sensoren ein den Fluchtungsfehler des Hauptstrahles wiedergebendes elektrisches Signal abgeben und

- das Gestell aufgrund des von den Sensoren abgegebenen elektrischen Signals so reguliert wird, dass dasselbe in seine ursprünglich fluchtende Lage zurückversetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren einen oder mehrere Quad-Zellen-Sensoren umfassen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des im zweiten Strahlenweg befindlichen Strahles auf einen dritten Strahlenweg abgelenkt wird, wobei der zweite und dritte Strahlenweg rechtwinklig auf zwei der genannten Quad-Zellen-Sensoren auftreffen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass mindestens ein Teil des genannten Referenzstrahles durch einen oder mehrerer Strahlenteiler auf einen zweiten Strahlenweg abgelenkt wird-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei miteinander verbundene Strahlenteiler verwendet werden, derart, dass der Ausgang eines ersten Strahlenteilers dem Eingang des zweiten Strahlenteilers zugeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des genannten Referenzstrahls durch einen oder mehrere-dielek-trische optische Flüssigkeitsschalter auf einen zweiten Strahlenweg abgelenkt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei miteinander verbundene dielektrische optische Flüssigkeitsschalter vorgesehen sind, derart, dass der zweite Strahlenweg von dem ersten dieser Flüssigkeitsschalter ausgeht und dem Eingang des zweiten Flüssigkeitsschalters zugeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des im zweiten Strahlenweg befindlichen Strahles selektiv auf einen dritten Strahlenweg geleitet wird, wobei der zweite und dritte Strahlenweg rechtwinklig auf die Sensoren auftreffen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des genannten Referenzstrahles durch einen dielektrischen optischen Flüssigkeitsschalter auf einen zweiten Strah-ienweg umgelenkt wird, wobei der Flüssigkeitsschalter so geschaltet ist, dass der im zweiten Strahlenweg befindliche Strahl dem Eingang eines Strahlenteilers zugeführt wird.

10. Automatische Richtanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 für ein Strahlenerzeugungsgerät, dessen Hauptstrahl ein ursprünglich fluchtend gerichtetes Gestell zum Führen, Kollimieren, Fokussieren, Reflektieren oder anderweitigen Beeinflussen des genannten Hauptstrahls durchläuft, gekennzeichnet durch

- an dem Gestell befestigte Mittel (14) zur Erzielung eines Referenzstrahls (15,17), welcher längs einem ersten Strahlenweg praktisch parallel zum Weg des genannten Hauptstrahls durch das Gestell verläuft,

- optische Ablenkmittel (22) im Strahlenweg des Referenzstrahls, welche mindestens einen Teil des Referenzstrahls auf einem zweiten Strahlenweg ablenken,

- mindestens einen im zweiten Strahtenweg des Referenzstrahls angeordneten Sensor (23, 24), welcher elektrische Signale erzeugt, die die Abweichung des Gestells von seiner ursprünglichen Ausrichtung wiedergeben und

-am Gestell angeordnete Reguliermittel (18), welche mit dem Sensor (23, 24) verbunden sind und die Ausrichtung des Gestells in Abhängigkeit von den erwähnten elektrischen Signalen verstellt, bis das Gestell seine ursprüngliche Ausrichtung wieder erreicht hat.

11. Richtanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (14) zur Erzielung eines Referenzstrahls einen Laser umfassen.

12. Richtanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Anlenkmittel (22) mindestens einen Strahlenteiler umfassen.

13. Richtanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe zwei miteinander verbundene Strahlenteiler umfasst, so dass der genannte zweite Strahlenweg von einem ersten Strahlenteiier ausgeht und einem zweiten Strahlenteiler zugeführt wird.

14. Richtanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Quad-Zellen-Sensoren (23, 24) so angeordnet sind, dass die vom zweiten Strahlenteiler ausgehenden Strahlen rechtwinklig auf dieselben auftreffen.

15. Richtanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten optischen Ablenkmittel (22) mindestens einen dielektrischen optischen Flüssigkeitsschalter aufweisen.

16. Richtanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei miteinander verbundene dielektrische optische Flüssigkeitsschalter vorgesehen sind, so dass der genannte zweite Strahlenweg von einem ersten dieser Flüssigkeitsschalter ausgeht und in einen zweiten Flüssigkeitsschalter mündet.

17. Richtanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (23, 24) Quad-Zellen-Sensoren sind, welche so angeordnet sind, dass die von dem zweiten dielektrischen optischen Flüssigkeitsschalter ausgehenden Strahlen rechtwinklig auf dieselben auftreffen.

18. Richtanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reguliermittel (18) motorisch angetriebene Verstellspindeln sind, welche mit dem Gestell in Wirkungsverbindung stehen und von den Sensoren (23,24) gesteuert werden.

19. Richtanordnung nach Anspruch 18, dadurch

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gekennzeichnet, dass die Verstellspindeln elektrisch angetrieben sind.

20. Richtanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellspindeln pneumatisch angetrieben sind. 5

21. Richtanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellspindeln hydraulisch angetrieben sind.

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