Bei einer derartigen bekannten optischen Vorrichtung wird z. B. zum Bohren von Spritziöchern an Einspritzdüsen ein Laserstrahl auf einer Kreisbahn mit einem gewünschten Radius, dem Trepanierradius, geführt, der im wesentlichen dem gewünschten Bohrlochradius entspricht. Durch Ändern der Richtung des Haupt- strahles kann der Einstichwinkel des Strahlwerkzeuges und damit die Konizität des Bohrloches variiert werden.

Um den gewünschten Trepanierradius und den Einstichwinkel einzustellen, sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden. Bei einer bekannten Vorrich- tung ist eine exzentrisch rotierende Fokussierungslinse vorgesehen. Dabei ist der Einstichwinkel nicht getrennt variierbar. Schwierigkeiten bereiten auch die me- chanische Unwucht sowie die Einstellung der Parameter im rotierenden System.

Weiterhin ist eine Vorrichtung mit einer exzentrisch rotierenden Fokussierungs- linse und einer kippbaren planparalielen Platte bekannt, wobei der Einstichwinkel zusätzlich über die Kippung beeinflußbar ist. Die dabei erforderliche mitbewegte Mechanik ist aufwendig, und Abbildungsfehler sind schwer vermeidbar.

Eine weitere Vorrichtung diese Art weist eine rotierende, gekippte planparallele Platte sowie eine einsteiibare Keilplatte vor einer feststehenden oder rotierenden Fokussierungslinse auf. Auch hierbei müssen die Parameter im rotierenden Sy- stem eingestellt werden, und die Mechanik ist aufwendig sowie mit einer Un- wucht behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Vorrichtung der ein- gangs genannten Art bereitzustellen, die vereinfachte und sehr genaue Einstell- möglichkeiten bietet, wobei auch der Aufbau einfach ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmaien des Anspruchs 1 gelöst. Hiernach ist also vorgesehen, daß die optische Anordnung einen getrennt drehbaren Bildrota- tor enthält, mit dem die Strahiführung auf der Schneidebahn erfolgt.

Durch diese Maßnahmen ist die Strahiführung auf der Schneidebahn von der Einstellung des Trepanierradius und des Einstichwinkels sowie auch der Strahlfo-

kussierung getrennt, so daß diese Einstellungen leicht vorgenommen werden können. Auch ergibt sich eine einfache Antriebsmechanik, bei der eine Unwucht leicht vermeidbar ist.

Bei einem vorteilhaften Aufbau der Vorrichtung ist vorgesehen, daß die optische Anordnung einen Versetzer und/oder einen Verkipper aufweist und daß der Bildrotator als Prismen-, Spiegel-oder Anamorphotvorrichtung ausgebildet ist.

Mit dem Versetzer und dem Verkipper lassen sich der Einstichwinkel bzw. der Trepanierradius einfach einstellen. Dabei kann der Aufbau in einfacher Weise dadurch verwirklicht sein, daß der Versetzer als kippbare planparallele Platte ausgebildet ist, daß der Verkipper als einstellbare Keilplatte, Kippspiegel oder verstellbare Linse ausgebildet ist und daß der Biidrotator als Dove-Prisma oder als Abbe-König-Prisma ausgebildet ist.

Ein möglichst k ! einer Fokussierungsfteck läßt sich dadurch erzielen, daß der Fokussieroptik zur Strahlaufweitung ein Teleskop vorgeschaltet ist.

Der Aufbau wird weiterhin dadurch begünstigt, daß in Strahirichtung der Ver- setzer, der Verkipper und der Bildrotator hintereinander angeordnet sind.

Eine automatische Fokuseinstellung wird bei einfachem Aufbau dadurch erreicht, daß eine Autofokuseinrichtung vorgesehen ist, bei der der Bildrotator in einem rückreflektierten Strahl als Bildderotator ausgenutzt ist und die Versetzung und Verkippung durch den Versetzer bzw. Verkipper rückgängig gemacht sind. Um Auskoppelverluste zu vermeiden, kann die Fokuseinstellung bei anderer Wellen- lange erfolgen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine verbesserte Rundheit der Bohrlöcher. Häufig weist nämlich der vom Laser er- zeugte Schneidstrahl keine perfekte Rotationssymmetrie in seiner Intensitäts- verteilung auf, z. B. aufgrund optischer Aberrationen oder durch Anschwingen mehrerer Lasermoden. Bei Trepanieroptiken ohne Bildrotator ändert sich während des Trepanierens die Orientierung der Fokus-Unsymmetrie relativ zur Schneid- richtung. Dies kann zu Rundheitsfehiern beim Bohrergebnis führen. Durch den Bildrotator dreht sich dagegen der unsymmetrische Fokus beim Schneiden mit, wodurch die Rundheit verbessert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug- nahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine optische Vorrichtung zum Bohren mittels Laserstrahls schema- tisch in seitlicher Ansicht und Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Vorrichtung in Sei- tenansicht, wobei zur Strahlaufweitung ein Teleskop vorgesehen ist.

Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung zum Bohren mittels Laserstrahls fällt im Bereich einer Drehachse 1 ein von einem nicht gezeigten Laser abgegebener, kollimierter Laserstrahl 5 auf einen Versetzer 2 in Form einer planparallelen Platte ein. Die beispielsweise zylinderförmige planparallele Platte 2 ist gegenüber dem einfallenden Laserstrahl 5 gekippt, so daß dieser parallel versetzt auf einen nachfolgenden Verkipper 3 fällt, der aus zwei gegeneinander um die optische Achse bzw. Drehachse 1 verdrehbaren Keilplatten besteht. Durch Verdrehen einer Keilplatte relaiv zu der anderen kann der Laserstrahl 5, wie aus Fig. 1 er- sichtlich, gegenüber der Hauptachse geneigt werden und fäilt anschließend auf

die schräge Einfallsseite eines Bildrotators in Form eines Dove-Prismas 4, das in einer (nicht gezeigten) Halterung aufgenommen und um die Drehachse 1 drehbar gelagert ist. Der aus dem Bildrotator 4 austretende, gekippte Laserstrahl 5 fällt auf eine Fokussieroptik 6 in Form einer oder mehrerer Linsen und wird von dieser auf einem Werkstück 7 am Rande der auszuschneidenden Bohrung in Form des Trepanierlochs 8 fokussiert.

Bei dem Ausführungsbeispiei gemäß Fig. 2 ist die Fokussieroptik 6'als ein mehrelementiges optisches System ausgeführt. Als vorteilhafte Ausprägung dieses Systems ist dabei eine Vorrichtung zur Aufweitung des Laserstrahis 5 in Form eines Teleskops 9 vorgesehen, wodurch die Fokussierung des Laserstrahls 5 auf dem Werkstück 7 verbessert werden kann, sowie eine Anpassung des Strahldurchmessers auf die Linse 6 ermög ! icht wird. Im übrigen entspricht der Aufbau demjenigen nach Fig. 1.

Mit dem gezeigten Aufbau werden die Funktionen der Strahifokussierung, der Strahiführung auf einer kreisförmigen Schneidebahn, des Strahlversatzes zur Einstellung des Einstichwinkels sowie der Strahikippung zum Einstellen des Tre- panierradius getrennt einstelibar, wobei die Funktionen durch einzelne optische Baugruppen erzielt werden. Die gewünschten Parameter sind außerhalb des rotierenden Systems einstellbar, so daß die Handhabung vereinfacht und eine exakte Justierung ermöglicht wird. lnsbesondere wird die Führung des Laser- strahls für die Trepanierbewegung allein durch den Bildrotator 4 bewirkt, so daß auch der mechanische Aufbau mit dem Antrieb einfach ist.

Mit der Fokussierungslinse 6 der Brennweite f wird der einfallende kollimierte Laserstrahl 5 Teilstrahlen in einem Punkt der Brennebene fokussiert, welcher sich auf oder in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks 7 befindet. Ist der ein- fallende kollimierte Laserstrahl 5 relativ zur optischen Achse um einen kleinen

Winkel verkippt, so ist der Brennpunkt innerhalb der Brennebene relativ zur opti- schen Achse um eine dem Trepanierradius entsprechende Strecke versetzt. Ist der auf die Fokussierlinse 6 fallende Laserstrahl 5 um eine Strecke zur optischen Achse parallel versetzt, so weicht der Einstichwinkel am Werkstück von der Nor- malen ab. Eine Verschiebung des Laserstrahls 5 vor der Fokussierlinse 6 führt somit zur Kippung des Laserstrahls 5 hinter der Fokussierlinse 6 und ermöglicht eine Änderung des Einstichwinkels. Hierzu ist die Apertur der Fokussierlinse 6 ausreichend groß zu dimensionieren. Eine Verkippung des Laserstrahls 5 vor der Fol<ussierlinse 6 führt zu einer Verschiebung des Brennpunkts und ermöglicht die Änderung des Trepanierradius. Hierzu ist das Feld, innerhalb dessen die Fokus- sierlinse 6 ausreichend korrigiert ist, ausreichend zu bemessen. Durch die ein- stellbare Verschiebung und Verkippung des Laserstrahls 5 vor der Fokussieriinse 6 können somit die Fokusposition (Trepanierradius) und die Kippung des Laser- strahls 5 (Einstichwinkel) hinter der Linse getrennt variiert werden. Ein kollimier- ter Laserstrahl 5 vor der Fokussierlinse 6 (bzw. Positionierung des Werkstückes in der Brennebene der Fokussierungslinse 8) ist vorteilhaft, weil dann Prismen- systeme vor der Fokussierungslinse 6 keine Korrekturmaßnahmen für Abbil- dungsfehler erfordern. Andere (nichtkollimierte) Anordnungen sind natürlich denkbar.

An dem Bildrotator 4 erfolgt eine Spiegelung des einfallenden Laserstrahls 5 an einer gedachten Ebene im Prisma, die die Drehachse 1 enthält und parallel zur Basisfläche orientiert ist. Bei Drehung des Prismas 4 und feststehendem ein- fallendem Laserstrahl 5 dreht sich ein Austrittspunkt des Laserstrahls 5 an der Austrittsfläche des Prismas 4 mit der doppelten Drehgeschwindigkeit um die Drehachse 1.

Wird ein relativ zur Drehachse 1 versetzter bzw. verkippter kollimierter Laserstrahl 5 durch das Dove-Prisma 4 geschickt, so rotieren der Versatz und der Kippwinkel an der Austrittsfläche mit. Durch die Anordnung des Bildrotators in Form des Dove-Prismas 4 vor der Fokussierungslinse 6 wird deshalb eine Füh- rung des Laserstrahls 5 auf dem Trepanierkreis mit geeignet mitrotierendem Einstichwinkel erzielt. Ein Prismensystem im kollimierten Laserstrahl führt keine zusätzlichen Abbildungsfehler ein.

Als alternative Ausführungsformen des Bildrotators 4 kommen eine reine Spiegelkombination mit ungerader Anzahl von Spiegelungen, komplexere Pris- mensysteme vorzugsweise in Geradsichtausführung (z. B. mit drei Spiege- lungen), anamorphotische Abbildungssysteme/Teleskope (Realisierung einer Spiegelung durch Abbildungsmaßstäbe mit entgegengesetzten Vorzeichen, z. B.

+ 1 bzw.-1 in x-bzw. y-Richtung) in Betracht.

Zur Einstellung des Einstichwinkels wird vor der Fokussierungslinse 5 und dem Bildrotator 4 der Parallelversatz des kollimierten Laserstrahis 5 mittels des Ver- setzers 2 bewirkt, der am einfachsten als planparallele Platte ausgebildet ist. Bei normalem Lichteinfall auf die Platte 2 erfolgt kein Strahlversatz. Für kleine Kippwinkel der Platte wird der Versatz proportional zum Winkel und zur Platten- dicke. Bei großen Winkeln ergibt sich ein komplizierterer trigonometrischer Zusammenhang. Bei geeigneter Auslegung la (3t sich eine"optische Übersetzung" erzielen, wodurch eine sehr genaue Einstellung des Versatzes durch vergleichs- weise grobe Winkeländerung möglich ist. Alternativ zu einer planparallelen Platte sind synchron kippbare Spiegel, ein Teleskop mit relativ zueinander beweglichen Linsen und dergleichen möglich.

Die Strahlkippung zur Einstellung des Trepanierradius kann mit dem Verkipper 3 auf einfache Weise mittels relativer Verdrehung der Keilplatten vorgenommen werden. Dadurch ist eine optische Übersetzung erzielbar. Als alternative Ausbil- dung des Verkippers 3 kommt z. B. ein Kippspiegel in Betracht.

Zur automatischen Einstellung des Fokus kann eine Autofokuseinrichtung vorgesehen werden, die eine Beobachtung des Fokus der Vorrichtung erfordert, wozu zur Vermeidung von Auskoppelverlusten eine andere Wellenlänge gewähtt werden kann. Das von dem Werkstück 7 rückreflektierte Licht wird nach Rück- gängigmachen der Bildrotation, des Versatzes und der Verkippung durch Umkeh- rung des Strahlenganges ausgkoppelt. Verfahren zur Detektion der Fokusqualität an sich sind Stand der Technik. Der Bildrotator 4 wird als Bildderotator verwen- det.

Mit den beschriebenen Maßnahmen ergibt sich insbesondere eine Entkopplung der Trepanierbewegung von anderen Einstellparametern, wodurch die Einstell- möglichkeiten verbessert und der Aufbau vereinfacht werden.