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WO2013068289A1 - Beam switch and laser processing device therewith - Google Patents

Beam switch and laser processing device therewith Download PDF

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WO2013068289A1
WO2013068289A1 PCT/EP2012/071554 EP2012071554W WO2013068289A1 WO 2013068289 A1 WO2013068289 A1 WO 2013068289A1 EP 2012071554 W EP2012071554 W EP 2012071554W WO 2013068289 A1 WO2013068289 A1 WO 2013068289A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
beam switch
optical input
laser
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2012/071554
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jürgen DÖTTLING
Robert Ganter
Bernd Armbruster
Michael Dittrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=47178608&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2013068289(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Trumpf Laser GmbH filed Critical Trumpf Laser GmbH
Publication of WO2013068289A1 publication Critical patent/WO2013068289A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
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    • B23K26/0604Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams
    • B23K26/0608Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by a combination of beams in the same heat affected zone [HAZ]
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/351Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements
    • G02B6/3512Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror
    • G02B6/3514Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element moving along a line so as to translate into and out of the beam path, i.e. across the beam path
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/35Optical coupling means having switching means
    • G02B6/354Switching arrangements, i.e. number of input/output ports and interconnection types
    • G02B6/35442D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/35481xN switch, i.e. one input and a selectable single output of N possible outputs
    • G02B6/3551x2 switch, i.e. one input and a selectable single output of two possible outputs

Definitions

  • the present invention relates to a beam splitter, comprising: a first optical input for coupling a first laser beam, a second optical input for coupling a second laser beam, a switching device with a switching element which is movable between a first position, in which a first light path from the first optical input is enabled to an optical output, and a second position in which a second light path from the second optical input to the optical output is enabled.
  • US 2009/0283506 A1 discloses a laser processing machine with a beam switch for switching different laser beams to a common optical output. By means of a movable device two pairs of mirrors are displaced so that one laser beam is directed to a measuring device, while the other laser beam is directed to the laser output to the optical output.
  • a lens with a suitable magnification is selected.
  • a beam splitter of the type mentioned in which a preferably coupled to the switching element closure element for light-tight sealing of the second optical input in the first position of the switching element and the light-tight sealing of the first optical input in the second position of the switching element is.
  • the beam splitter according to the invention makes it possible to switch over between two or more light paths or to enable a respective optical input and thus to choose between two or more optical inputs.
  • the laser beam of each unlocked optical input is directed to an optical output.
  • a subsequent to the optical output Assembly can be done, for example, a Sirahlformung.
  • optical input which is currently inactive is sealed in a light-tight manner with the closure element, so that no scattered radiation or no back-reflected radiation can escape from the beam switch through the optical input, and e.g. is undesirably coupled by a light guide cable connected to the optical input in a just inactive light source.
  • closure element there is a movement coupling of the closure element with the switching element, so that the optical input of the respective inactive beam path is automatically closed by actuation of the switching element.
  • closure element There is therefore no need for additional control for the closure element.
  • the use of a closure element also allows a reduction of the radiation protection arrangements outside the beam splitter.
  • the movement coupling can be realized by the closure element mechanically fastened to the switching element and movable with it, e.g. is displaceable.
  • the closure member may be in the form of, for example, a plate-shaped slider (e.g., in the form of a metallic sheet) which is pushed by the switching member in front of the corresponding optical input to close the opening thereof.
  • the switching element is designed as a linearly displaceable carriage and the closure element is attached to the carriage.
  • the carriage can be moved back and forth between the two optical inputs. It may optionally be provided other than linear movements of the carriage, a linear movement is particularly easy to implement.
  • the switching element may for example also be configured as a (rotatable) folding mirror, which serves as deflection element for deflecting at least one of the laser beams and which is switchable between two angular positions in order to release a respective light path.
  • a folding mirror which serves as deflection element for deflecting at least one of the laser beams and which is switchable between two angular positions in order to release a respective light path.
  • the Folding mirror is not motion-coupled with the closure element as a rule, but it is provided a separate drive means which, for example, the plate-shaped closure element reciprocates in a typically linear movement between the two positions for closing the optical inputs.
  • the switching device as an actuator for moving the carriage comprises a pneumatic cylinder (with piston), via which the movement of the carriage can be controlled.
  • a pneumatic cylinder with piston
  • fixed stops for the carriage are preferably provided, against which the carriage rests in the first or in the second position.
  • the switching device preferably comprises deflection means for deflecting the laser beams within the beam switch, in particular at least one deflection mirror.
  • deflection means for deflecting the laser beams within the beam switch, in particular at least one deflection mirror.
  • the laser beams can be guided within the beam splitter along a desired light path.
  • At least one deflecting means is attached to the switching element, in particular to the carriage.
  • the one or more deflection means are suitably positioned on the switching element relative to the closure element, so that in one position releases a light path and the other light path is blocked by the closure element.
  • the relative position of the deflection means does not change to the closure element.
  • the closing of the inactive beam path and the positioning of the deflection means can in this case by a simple displacement of the switching element, e.g. in the form of a carriage.
  • a connection for connecting a light-conducting cable is provided at the first optical input and / or at the second optical input.
  • a light guide cable serves to guide laser radiation, typically at a predetermined wavelength.
  • Such a light guide cable comprises at least one end-mounted connector, which with a corresponding connection, for example in the form of a plug receptacle, can be connected to the beam switch.
  • LLK connections at the two optical inputs, the coupling of laser radiation into the beam splitter can take place in a particularly simple manner.
  • the optical inputs can be formed, for example, as tubular beam guides.
  • the two laser beams can be coupled in parallel in the beam switch in this case, which, for example, when using a transversely displaceable to the optical inputs switching element, for example in the form of the carriage described above, a compact design of the beam switch allows.
  • connections for the light guide cables are preferably aligned parallel to one another, so that the connected light guide cables run parallel to one another in the region of the coupling.
  • an optical element for collimation of the laser beams, serve, which is attached to the beam splitter itself.
  • a collimating optical element for example, a collimating lens
  • Another aspect of the invention relates to a beam switch of the type mentioned above or as described above, in which the switching element is arranged in a housing which is closed at the optical inputs and the optical output in each case with an optical element permeable to laser radiation.
  • the closing of the housing is not necessarily hermetic, i. must be substantially airtight.
  • the risk of contamination at the entrances can be reduced by an air purge from the inside to the outside.
  • a compressed air source can be arranged inside the housing, e.g. is activated only during the change of the light guide cable.
  • the risk of contamination can also be reduced by pivoting the entire beam shaping in the horizontal.
  • the optical elements are transparent components for the radiation of the particular laser wavelength used, for example of quartz glass, which do not serve for beam forming (eg plane plates). It understands itself, that the developments of the beam switch described above in connection with the first aspect of the invention, for example the use of a carriage as a switching element, can be combined with the second aspect, without the first aspect of the invention (with respect to the closure element) compelling must be realized.
  • the optical elements at the optical inputs are collimating lenses to collimate the laser radiation divergently exiting the optical fibers.
  • the deflection of the laser beams within the beam splitter takes place in the collimated beam path.
  • the deflection in the collimated beam path is particularly advantageous, since this allows the use of lenses of the same focal length in both inputs, although the light paths for both inputs within the switch are clearly different.
  • the collimating lenses are preferably adjustable in all three spatial directions (x-, y- and z-direction) in order to obtain the most identical (collinear) beam path of the two laser beams at the optical output or after the beam splitter.
  • an adjustment of the Kollimationslinsen in the z-direction at the respective optical input of the respective distance of the lens with respect to the fiber end of the optical fiber can be accurately adjusted and thus each compensated component tolerances a collimated beam generated.
  • the optical element at the optical output of the beam switch is a focusing lens.
  • an adjustable collimator e.g. in the form of a telescopic arrangement, serve, which allows adjustment of the focus size of the beam emerging from the beam laser beam before the final focusing on a workpiece.
  • the invention also relates to a laser processing system with a beam splitter described above.
  • the beam splitter can be connected via two or more optical fiber cables to corresponding laser sources which serve to supply laser light with identical or optionally different wavelengths to a common laser processing head.
  • the beam switch allows fast program-controlled, process-reliable switching between two or more light paths. This will provide a more flexible use of laser sources allows beam guidance by means of optical cables allow.
  • the laser sources may be, for example, solid-state lasers.
  • FIG. 1 shows a three-dimensional sectional representation of a beam switch with a
  • FIG. 2 is a three-dimensional sectional view of the beam switch of FIG. 1 with an enabled second beam path;
  • Fig. 3 is a schematic representation of mirrors and lenses in one
  • Fig. 4 shows a detail of a laser processing system with a
  • a beam switch 1 shown in FIGS. 1 and 2 comprises a housing 2 with a first optical input 3 and a second optical input 4, which in the present example are designed as tubular beam guiding channels and at which laser beams are coupled in via optical fiber cables (not shown) ,
  • the optical inputs 3, 4 or the beam guide channels run in the present example in parallel to couple two laser beams aligned parallel to one another into the beam splitter 1.
  • the beam switch 1 comprises a switching device with a movable carriage 5, on which two deflecting mirrors 6, 7 are mounted.
  • the carriage 5 is movable between a first position (FIG. 1) and a second position (FIG. 2) and serves as a switching element for the beam splitter 1. In the first position shown in FIG.
  • the carriage 5 is located at a right end stop and the laser beam entering through the first optical input 3 is deflected twice by 90 ° via the mirror pair 6, 7 and enters the first optical input parallel to the beam entry direction 3 through an optical output 8 of the beam switch 1, which is also designed as a tubular beam guiding channel.
  • a first light path LW1 is thus enabled, ie, no components are arranged in the first position of the carriage 5 between the first input 3 and the output 8, which block the first light path LW1.
  • the carriage 5 is located at a left end stop and the laser beam entering through the second optical input 4 can pass unhindered through the optical output 8, ie a second light path LW2 is released.
  • either one of the laser beams can optionally be provided on a subsequent assembly (not shown in FIGS. 1 and 2), for example a beam shaping unit.
  • a subsequent assembly not shown in FIGS. 1 and 2
  • the beam splitter 1 thus switching the light paths LW1, LW2 or the activation of each one of the optical inputs 3, 4 and thus the selection between two laser beams allows, which typically come from different light sources and of these two with the inputs. 3 , 4 connected light guide the beam switch 1 are supplied.
  • a closure element 10 in the form of a closure slide is mounted and positioned so that it closes the first optical input 3 in a light-tight manner in the first position of the carriage 5, the second optical input 4 and in the second position of the carriage 5.
  • the closure element 10 is arranged for this purpose at a small distance from the outlet opening of a respective optical input 3, 4, typically at a distance of less than 1 mm.
  • the beam splitter 1 according to the invention thus forcibly ensures that a respective opening of the optical input 3, 4 of the currently unused light path LW1, LW2 is covered or closed.
  • the corresponding optical input 3, 4 is protected from stray radiation or back reflections, which from the other, the active light path LW1, LW2 originate.
  • the deflection elements here: pair of mirrors 6, 7
  • the closure element 10 on the carriage 5 a motion coupling is realized, so that both the activation of one of the light paths LW1, LW2 and the closing of the non-active (not unlocked) optical Input 3, 4 is made possible solely by the movement of the carriage 5.
  • LW1 therefore only a single (electronic) control is necessary.
  • the movement of the carriage 5 is realized by a pneumatic cylinder 9 with a piston (not shown) which is connected to the carriage 5 via a flexible coupling and which can be actuated via a control valve (not shown) which is part of the control device is.
  • the piston rod and the coupling can be covered with a bellows (see Fig. 1 and 2), whose inner air volume with the space outside the beam splitter 1 has connection. In this way, a pressure equalization of a change in the volume of air generated in the housing 2 during the movement of the carriage 5 can take place.
  • the piston of the pneumatic cylinder 9 is extended in the first position (right stop, see Fig. 1) and retracted in the second position (left stop, see Fig. 2).
  • the pneumatic cylinder 9 is also part of the control device and serves as an actuator for linear displacement of the carriage 5 along a provided in the housing 2 (not shown) linear guide.
  • a pair of sensors 11 is arranged, which is used for the switching of the control valve of the cylinder, ie, the sensor pair 11 is driven by the position of the piston rod.
  • the pneumatic valve is switched.
  • a respective sensor of the sensor pair 1 1 can be actuated inductively, for example, by the bottom of the piston rod upon reaching the respective end position.
  • the (not shown) Lichtleittent be connected to the beam splitter 1 to a respective terminal 19, which is formed in the present example as a plug connection and for latching connection with a (not shown) connector plug of a respective optical cable.
  • optical inputs 3, 4 contact rings 13 are provided, which can be contacted by means of an external (not shown), so that depending on the position of the piston of the pneumatic cylinder 9, the (not shown) laser sources are switched on or off.
  • the housing 2 is closed at the optical inputs 3, 4 and at the optical output 8 by means of optical elements.
  • Collimating lenses 14a, 14b are used as optical elements at the optical inputs 3, 4 in the present example.
  • An adjusting device not described in more detail here makes it possible to displace the collimating lenses 14a, 14b in the x and y directions (perpendicular to the beam direction), around the two parallel but divergent laser beams entering the beam splitter 1 through the optical inputs 3, 4 after the switch to coincide (concentricity).
  • an adjusting device for the Kollimationslinsen 14a, 14b in the z-direction (beam direction)
  • the sockets of the collimating lenses 14a, 14b can be moved in the z-direction, while the position of the optical fibers and the focusing lens 15 remain stationary.
  • An axial movement of the collimating lenses 14a, 14b can take place until a sharp image of an alignment laser beam is made (possibly with the aid of adjustment aids).
  • the use of collimating lenses 14a, 14b at the optical inputs 3, 4 enables beam guidance within the beam splitter in the collimated state.
  • a focusing lens 15 is used as an optical element to focus the laser beams to a common intermediate focus.
  • the focal lengths or the imaging ratios of the collimating lenses 14a, 14b and the focusing lens 15 are selectable as required, but preferably the focal lengths of the three lenses 14a, 14b, 15 are identical.
  • the laser beams Upon entering the beam splitter 1, the laser beams are collimated by collimating lenses 14a, 14b, 14c and directed to the optical output 8 by means of mirrors 16a, 16b.
  • the two mirrors 16a, 16b are moved out of the respective beam path or displaced, so that switching between different beam paths can be realized.
  • the laser beam from the second optical fiber cable LLK2 is directed onto the optical output 8, while the other optical paths (also shown in FIG. 3) are inactive.
  • the laser beam from the first optical fiber cable LLK1 is directed onto the optical output 8.
  • the first mirror 16a thus serves as a switching element between the optical inputs of the first and second optical fiber cable LLK1, LLK2.
  • the second mirror 16b By switching or shifting the second, lower mirror 16b out of the beam path of the third optical cable LLK3, the laser beam is deflected out of the third optical fiber cable LLK 3 to the optical output 8.
  • the second mirror 16b thus serves as a switching element between the optical inputs of the second and third optical cable LLK2, LLK3.
  • the respective laser beam exiting from the optical output 8 is focused by the focusing lens 15 in an intermediate focus 18 and, for further beam shaping, to a subsequent assembly, e.g. passed through a (variable) collimator device.
  • the beam splitter 1 or the region in which the collimated beam path runs is separated from the environment by the optical elements 14a, 14b, 14c, 5. It is understood that instead of the deflection or switching between the light paths in the collimated beam path, a switchover in the divergent beam path emanating from the light guide cables LLK1, LLK2, LLK3 can take place.
  • FIG. 4 shows a section of a laser processing system 17 with a beam switch 1 corresponding to FIGS. 1 and 2, in which divergent laser radiation from two optical cables LLK1, LLK2 is fed to a laser processing head 19.
  • the laser processing system 17 can also be equipped with another beam splitter 1, for example with the beam splitter 1 shown in FIG. 3.
  • at least one closure element may be provided which closes the respectively inactive light paths at the corresponding optical input in a light-tight manner.
  • the closure element may, for example, be a displaceable plate.

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Abstract

The invention relates to a beam switch (1), comprising: a first optical input (3) for coupling in a first laser beam, a second optical input (4) for coupling in a second laser beam, a switching device with a switching element (5) that is movable between a first position, in which a first light path (LW1) from the first optical input (3) to an optical output (8) is released, and a second position, in which a second light path from the second optical input (4) to the optical output (8) is released. The beam switch (1) is characterised by a closure element (10), preferably movement-coupled to the switching element (5), for light-tight closure of the second optical input (4) in the first position of the switching element, and for light-tight closure of the first optical input (3) in the second position of the switching element, and/or in that the switching element is arranged in a housing (2) that is closed off at the optical inputs (3, 4) and at the optical output (8) with a respective optical element (14a, 14b, 15) that is transmissive for laser radiation. The invention also relates to a laser processing system with such a beam switch (1).

Description

Strahlweiche und Laserbearbeitungsanlage damit  Beam switch and laser processing system with it

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strahlweiche, umfassend: einen ersten optischen Eingang zur Einkopplung eines ersten Laserstrahls, einen zweiten optischen Eingang zur Einkopplung eines zweiten Laserstrahls, eine Schalteinrichtung mit einem Schaltelement, welches bewegbar ist zwischen einer ersten Stellung, in welcher ein erster Lichtweg vom ersten optischen Eingang zu einem optischen Ausgang freigeschaltet ist, und einer zweiten Stellung, in welcher ein zweiter Lichtweg vom zweiten optischen Eingang zum optischen Ausgang freigeschaltet ist. Die US 2009/0283506 A1 offenbart eine Laserbearbeitungsmaschine mit einer Strahlweiche zum Schalten verschiedener Laserstrahlen auf einen gemeinsamen optischen Ausgang. Mittels einer beweglichen Einrichtung werden zwei Spiegelpaare so verschoben, dass jeweils ein Laserstrahl auf eine Messeinrichtung gelenkt wird, während der andere Laserstrahl zur Laserbearbeitung auf den optischen Ausgang gelenkt wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Wellenlänge des gerade zur Laserbearbeitung verwendeten Laserstrahls wird ein Objektiv mit einer geeigneten Vergrößerung ausgewählt. The present invention relates to a beam splitter, comprising: a first optical input for coupling a first laser beam, a second optical input for coupling a second laser beam, a switching device with a switching element which is movable between a first position, in which a first light path from the first optical input is enabled to an optical output, and a second position in which a second light path from the second optical input to the optical output is enabled. US 2009/0283506 A1 discloses a laser processing machine with a beam switch for switching different laser beams to a common optical output. By means of a movable device two pairs of mirrors are displaced so that one laser beam is directed to a measuring device, while the other laser beam is directed to the laser output to the optical output. Depending on the particular wavelength of the laser beam currently being used for laser processing, a lens with a suitable magnification is selected.

Aus der US 5,166,493 ist eine Vorrichtung zum Laserbohren in einem zweistufigen Prozess bekannt geworden, bei dem Laserlicht mit unterschiedlicher Wellenlänge zum Einsatz kommt. Zum Schalten der Laser bzw. der Laserstrahlen auf einen gemeinsamen optischen Ausgang ist ein klappbarer Umlenkspiegel vorgesehen. Bei Bedarf können unterschiedliche Fokussierlinsen im Strahlengang positioniert werden. From US 5,166,493 a device for laser drilling in a two-stage process has become known, in which laser light with different wavelength is used. For switching the laser or the laser beams to a common optical output, a hinged deflection mirror is provided. If required, different focusing lenses can be positioned in the beam path.

Aufgabe der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Strahlweiche der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass eine Auswahl von Laserlicht von zwei Lichtquellen ohne Rückwirkung auf die jeweils inaktive Lichtquelle ermöglicht wird. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Wartungsaufwand der eingangs genannten Strahlweiche zu reduzieren. Gegenstand der Erfindung OBJECT OF THE INVENTION It is an object of the present invention to further develop a beam switch of the type mentioned at the beginning in such a way that a selection of laser light from two light sources without any retroactive effect on the respectively inactive light source is made possible. Another object is to reduce the maintenance of the aforementioned beam switch. Subject of the invention

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Strahlweiche der eingangs genannten Art, bei der ein bevorzugt mit dem Schaltelement bewegungsgekoppeltes Verschlusselement zum lichtdichten Verschließen des zweiten optischen Eingangs in der ersten Stellung des Schaltelements und zum lichtdichten Verschließen des ersten optischen Eingangs in der zweiten Stellung des Schaltelements vorgesehen ist. The object is achieved by a beam splitter of the type mentioned, in which a preferably coupled to the switching element closure element for light-tight sealing of the second optical input in the first position of the switching element and the light-tight sealing of the first optical input in the second position of the switching element is.

Durch die erfindungsgemäße Strahlweiche wird ein Umschalten zwischen zwei oder mehr Lichtwegen bzw. die Freischaltung eines jeweiligen optischen Eingangs und somit die Wahl zwischen zwei oder mehr optischen Eingängen ermöglicht. Der Laserstrahl des jeweils freigeschalteten optischen Eingangs wird auf einen optischen Ausgang gelenkt. In einer sich an den optischen Ausgang anschließenden Baugruppe kann beispielsweise eine Sirahlformung erfolgen. The beam splitter according to the invention makes it possible to switch over between two or more light paths or to enable a respective optical input and thus to choose between two or more optical inputs. The laser beam of each unlocked optical input is directed to an optical output. In a subsequent to the optical output Assembly can be done, for example, a Sirahlformung.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird derjenige optische Eingang, der gerade inaktiv ist, mit dem Verschlusselement lichtdicht verschlossen, sodass keine Streustrahlung bzw. keine rückreflektierte Strahlung aus der Strahlweiche durch den optischen Eingang entweichen kann und z.B. durch ein mit dem optischen Eingang verbundenes Lichtleitkabel in unerwünschter Weise in eine gerade inaktive Lichtquelle eingekoppelt wird. According to one aspect of the invention, that optical input which is currently inactive is sealed in a light-tight manner with the closure element, so that no scattered radiation or no back-reflected radiation can escape from the beam switch through the optical input, and e.g. is undesirably coupled by a light guide cable connected to the optical input in a just inactive light source.

Bevorzugt erfolgt eine Bewegungskopplung des Verschlusselements mit dem Schaltelement, so dass durch Betätigung des Schaltelements der optische Eingang des jeweils inaktiven Strahlpfads automatisch verschlossen wird. Es wird daher keine zusätzliche Ansteuerung für das Verschlusselement benötigt. Somit kann das Austreten von Streustrahlung aus der Strahlweiche vermieden werden, ohne dass es hierzu eines zusätzlichen Steuerungsaufwandes bedarf. Die Verwendung eines Verschlusselements ermöglicht auch eine Reduzierung der Strahlenschutzvorkehrungen außerhalb der Strahlweiche. Preferably, there is a movement coupling of the closure element with the switching element, so that the optical input of the respective inactive beam path is automatically closed by actuation of the switching element. There is therefore no need for additional control for the closure element. Thus, the leakage of stray radiation from the beam switch can be avoided without the need for additional control effort. The use of a closure element also allows a reduction of the radiation protection arrangements outside the beam splitter.

Die Bewegungskopplung kann dadurch realisiert werden, dass das Verschlusselement am Schaltelement mechanisch befestigt und mit diesem bewegbar, z.B. verschiebbar ist. Das Verschlusselement kann in Form eines beispielsweise plattenförmigen Schiebers (z.B. in Form eines metallischen Blechs) ausgebildet sein, der durch das Schaltelement vor den entsprechenden optischen Eingang geschoben wird, um dessen Öffnung zu verschließen. The movement coupling can be realized by the closure element mechanically fastened to the switching element and movable with it, e.g. is displaceable. The closure member may be in the form of, for example, a plate-shaped slider (e.g., in the form of a metallic sheet) which is pushed by the switching member in front of the corresponding optical input to close the opening thereof.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strahlweiche ist das Schaltelement als linear verschiebbarer Schlitten ausgebildet und das Verschlusselement ist an dem Schlitten angebracht. Der Schlitten kann zwischen den beiden optischen Eingängen hin- und her verfahren werden. Es können gegebenenfalls auch andere als lineare Bewegungen des Schlittens vorgesehen sein, eine lineare Bewegung ist jedoch besonders einfach realisierbar. In a preferred embodiment of the beam switch according to the invention, the switching element is designed as a linearly displaceable carriage and the closure element is attached to the carriage. The carriage can be moved back and forth between the two optical inputs. It may optionally be provided other than linear movements of the carriage, a linear movement is particularly easy to implement.

Alternativ zur Ausbildung als Schlitten kann das Schaltelement beispielsweise auch als (drehbarer) Klappspiegel ausgestaltet sein, der als Umlenkelement zum Umlenken mindestens eines der Laserstrahlen dient und der zwischen zwei Winkelstellungen schaltbar ist, um einen jeweiligen Lichtweg freizugeben. Der Klappspiegel ist in der Regel nicht mit dem Verschlusselement bewegungsgekoppelt, sondern es ist eine eigene Antriebseinrichtung vorgesehen, welche das z.B. plattenförmige Verschlusselement in einer typischerweise linearen Bewegung zwischen den beiden Stellungen zum Verschließen der optischen Eingänge hin- und herbewegt. As an alternative to the embodiment as a slide, the switching element may for example also be configured as a (rotatable) folding mirror, which serves as deflection element for deflecting at least one of the laser beams and which is switchable between two angular positions in order to release a respective light path. Of the Folding mirror is not motion-coupled with the closure element as a rule, but it is provided a separate drive means which, for example, the plate-shaped closure element reciprocates in a typically linear movement between the two positions for closing the optical inputs.

Bei einer Ausführungsform umfasst die Schalteinrichtung als Aktor zur Bewegung des Schlittens einen Pneumatikzylinder (mit Kolben), über den die Bewegung des Schlittens gesteuert werden kann. Um eine besonders toleranzunempfindliche Schaltbewegung in Bewegungsrichtung zu erreichen, sind vorzugsweise Fest- anschlage für den Schlitten vorgesehen, an denen der Schlitten in der ersten bzw. in der zweiten Stellung anliegt. In one embodiment, the switching device as an actuator for moving the carriage comprises a pneumatic cylinder (with piston), via which the movement of the carriage can be controlled. In order to achieve a particularly tolerance-insensitive switching movement in the direction of movement, fixed stops for the carriage are preferably provided, against which the carriage rests in the first or in the second position.

Zur Freischaltung der Lichtwege umfasst die Schalteinrichtung vorzugsweise Umlenkmittel zum Umlenken der Laserstrahlen innerhalb der Strahlweiche, insbesondere mindestens einen Umlenkspiegel. Durch Drehen bzw. Verschieben der Spiegel oder ggf. durch Verwendung von halbdurchlässigen Spiegeln können die Laserstrahlen innerhalb der Strahlweiche entlang eines gewünschten Lichtwegs geführt werden. To enable the light paths, the switching device preferably comprises deflection means for deflecting the laser beams within the beam switch, in particular at least one deflection mirror. By rotating or shifting the mirrors or possibly by using semitransparent mirrors, the laser beams can be guided within the beam splitter along a desired light path.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein Umlenkmittel an dem Schaltelement, insbesondere an dem Schlitten, angebracht. Das bzw. die Umlenkmittel sind an dem Schaltelement relativ zu dem Verschlusselement geeignet positioniert, so dass in einer jeweiligen Stellung ein Lichtweg freigegeben und der andere Lichtweg durch das Verschlusselement blockiert wird. Vorzugsweise verändert sich bei der Bewegung des Schlittens die relative Position der Umlenkmittel zum Verschlusselement nicht. Das Verschließen des inaktiven Strahlwegs und die Positionierung der Umlenkmittel kann in diesem Fall durch ein einfaches Verschieben des Schaltelements, z.B. in Form eines Schlittens, realisiert werden. In a preferred embodiment, at least one deflecting means is attached to the switching element, in particular to the carriage. The one or more deflection means are suitably positioned on the switching element relative to the closure element, so that in one position releases a light path and the other light path is blocked by the closure element. Preferably, during the movement of the carriage, the relative position of the deflection means does not change to the closure element. The closing of the inactive beam path and the positioning of the deflection means can in this case by a simple displacement of the switching element, e.g. in the form of a carriage.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist am ersten optischen Eingang und/oder am zweiten optischen Eingang jeweils ein Anschluss zur Verbindung eines Lichtleitkabels (LLK) vorgesehen. Ein solches Lichtleitkabel dient der Führung von Laserstrahlung, typischer Weise bei einer vorgegebenen Wellenlänge. Ein solches Lichtleitkabel umfasst mindestens einen endseitig angebrachten Steckverbinder, welcher mit einem entsprechenden Anschluss, z.B. in Form einer Steckeraufnahme, an der Strahlweiche verbunden werden kann. Durch das Vorsehen von LLK- Anschlüssen an den beiden optischen Eingängen kann das Einkoppeln von Laserstrahlung in die Strahlweiche auf besonders einfache Weise erfolgen. Die optischen Eingänge können z.B. als rohrförmige Strahlführungen ausgebildet sein. Die beiden Laserstrahlen können in diesem Fall parallel in die Strahlweiche eingekoppelt werden, was beispielsweise bei der Verwendung eines quer zu den optischen Eingängen verschiebbaren Schaltelements, z.B. in Form des oben beschriebenen Schlittens, eine kompakte Bauweise der Strahlweiche ermöglicht. In a preferred embodiment, in each case a connection for connecting a light-conducting cable (LLK) is provided at the first optical input and / or at the second optical input. Such a light guide cable serves to guide laser radiation, typically at a predetermined wavelength. Such a light guide cable comprises at least one end-mounted connector, which with a corresponding connection, for example in the form of a plug receptacle, can be connected to the beam switch. By providing LLK connections at the two optical inputs, the coupling of laser radiation into the beam splitter can take place in a particularly simple manner. The optical inputs can be formed, for example, as tubular beam guides. The two laser beams can be coupled in parallel in the beam switch in this case, which, for example, when using a transversely displaceable to the optical inputs switching element, for example in the form of the carriage described above, a compact design of the beam switch allows.

Vorzugsweise sind die Anschlüsse für die Lichtleitkabel parallel zueinander ausgerichtet, so dass auch die angeschlossenen Lichtleitkabel im Bereich der Einkopplung parallel zueinander verlaufen. Zur Kollimation der Laserstrahlen kann ein optisches Element (Kollimationslinse), dienen, welches an der Strahlweiche selbst angebracht ist. Gegebenenfalls kann jedoch auch in ein jeweiliges Lichtleitkabel ein kollimierendes optisches Element (z.B. eine Kollimationslinse) integriert werden, so dass bereits aus dem Lichtleitkabel ein koHimierter Laserstrahl austritt. In beiden Fällen verlaufen die (kollimierten) Laserstrahlen, die in der Strahlweiche auf das Schaltelement treffen, parallel zueinander. The connections for the light guide cables are preferably aligned parallel to one another, so that the connected light guide cables run parallel to one another in the region of the coupling. For collimation of the laser beams, an optical element (collimation lens), serve, which is attached to the beam splitter itself. Optionally, however, a collimating optical element (for example, a collimating lens) can also be integrated into a respective light guide cable so that a co-stimulated laser beam emerges from the light guide cable. In both cases, the (collimated) laser beams which strike the switching element in the beam path are parallel to each other.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Strahlweiche der eingangs genannten Art bzw. wie oben beschrieben, bei der das Schaltelement in einem Gehäuse angeordnet ist, welches an den optischen Eingängen und am optischen Ausgang jeweils mit einem für Laserstrahlung durchlässigen optischen Element verschlossen ist. Auf diese Weise kann das Verschmutzungsrisiko bei der Verwendung der Strahlweiche deutlich reduziert werden, wobei das Verschließen des Gehäuses nicht zwingend hermetisch, d.h. im Wesentlichen luftdicht erfolgen muss. Beispielsweise kann beim Wechsel der Lichtleitkabel das Verschmutzungsrisiko an den Eingängen durch eine Luftspülung von innen nach außen reduziert werden. Zu diesem Zweck kann eine Druckluftquelle im Inneren des Gehäuses angeordnet werden, die z.B. nur während des Wechsels der Lichtleitkabel aktiviert wird. Gegebenenfalls kann das Verschmutzungsrisiko auch durch ein Schwenken der gesamten Strahlformung in die Horizontale reduziert werden. Another aspect of the invention relates to a beam switch of the type mentioned above or as described above, in which the switching element is arranged in a housing which is closed at the optical inputs and the optical output in each case with an optical element permeable to laser radiation. In this way, the risk of contamination in the use of the beam splitter can be significantly reduced, wherein the closing of the housing is not necessarily hermetic, i. must be substantially airtight. For example, when changing the light guide cable, the risk of contamination at the entrances can be reduced by an air purge from the inside to the outside. For this purpose, a compressed air source can be arranged inside the housing, e.g. is activated only during the change of the light guide cable. Optionally, the risk of contamination can also be reduced by pivoting the entire beam shaping in the horizontal.

Im einfachsten Fall handelt es sich bei den optischen Elementen um für die Strahlung der jeweils verwendeten Laserwellenlänge durchsichtige Komponenten, z.B. aus Quarzglas, die nicht zur Strahlformung dienen (z.B. Planplatten). Es versteht sich, dass auch die weiter oben im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Weiterbildungen der Strahlweiche, z.B. die Verwendung eines Schlittens als Schaltelement, mit dem zweiten Aspekt kombiniert werden können, ohne dass hierzu der erste Aspekt der Erfindung (bezüglich des Verschlusselements) zwingend verwirklicht sein muss. In the simplest case, the optical elements are transparent components for the radiation of the particular laser wavelength used, for example of quartz glass, which do not serve for beam forming (eg plane plates). It understands itself, that the developments of the beam switch described above in connection with the first aspect of the invention, for example the use of a carriage as a switching element, can be combined with the second aspect, without the first aspect of the invention (with respect to the closure element) compelling must be realized.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die optischen Elemente an den optischen Eingängen Kollimationslinsen, um die aus den Lichtleitkabeln divergent austretende Laserstrahlung zu kollimieren. Die Umlenkung der Laserstrahlen innerhalb der Strahlweiche erfolgt im kollimierten Strahlengang. Die Umlenkung im kollimierten Strahlengang ist besonders vorteilhaft, da dies die Verwendung von Linsen gleicher Brennweite in beiden Eingängen ermöglicht, obwohl die Lichtwege für beide Eingänge innerhalb der Weiche deutlich unterschiedlich sind. Die Kollimationslinsen sind vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen (x-, y- und z- Richtung) justierbar, um einen möglichst identischen (kollinearen) Strahlengang der beiden Laserstrahlen am optischen Ausgang bzw. nach der Strahlweiche zu erhalten. Mittels einer Justage der Kollimationslinsen in z-Richtung am jeweiligen optischen Eingang kann der jeweilige Abstand der Linse in Bezug auf das Faserende der Lichtleitkabel genau eingestellt und somit unter Ausgleich der Bauteiltoleranzen jeweils ein kollimiertes Strahlenbündel erzeugt werden. Um den austretenden Laserstrahl vor einer nachfolgenden Baugruppe (z.B. einem variablen Kollimator) zu fokussieren, ist es vorteilhaft, wenn das optische Element am optischen Ausgang der Strahlweiche eine Fokussierlinse ist. Als nachfolgende Baugruppe kann insbesondere ein einstellbarer Kollimator, z.B. in Form einer Teleskopanordnung, dienen, der eine Einstellung der Fokusgröße des aus der Strahlweiche austretenden Laserstrahls vor der abschließenden Fokussierung auf ein Werkstück ermöglicht. In a preferred embodiment, the optical elements at the optical inputs are collimating lenses to collimate the laser radiation divergently exiting the optical fibers. The deflection of the laser beams within the beam splitter takes place in the collimated beam path. The deflection in the collimated beam path is particularly advantageous, since this allows the use of lenses of the same focal length in both inputs, although the light paths for both inputs within the switch are clearly different. The collimating lenses are preferably adjustable in all three spatial directions (x-, y- and z-direction) in order to obtain the most identical (collinear) beam path of the two laser beams at the optical output or after the beam splitter. By means of an adjustment of the Kollimationslinsen in the z-direction at the respective optical input of the respective distance of the lens with respect to the fiber end of the optical fiber can be accurately adjusted and thus each compensated component tolerances a collimated beam generated. In order to focus the outgoing laser beam in front of a subsequent assembly (e.g., a variable collimator), it is advantageous if the optical element at the optical output of the beam switch is a focusing lens. In particular, an adjustable collimator, e.g. in the form of a telescopic arrangement, serve, which allows adjustment of the focus size of the beam emerging from the beam laser beam before the final focusing on a workpiece.

Die Erfindung betrifft auch eine Laserbearbeitungsaniage mit einer zuvor beschriebenen Strahlweiche. Die Strahlweiche kann in diesem Fall über zwei oder mehr Lichtleitkabel mit entsprechenden Laserquellen verbunden sein, die der Zuführung von Laserlicht mit identischen oder ggf. unterschiedlichen Wellenlängen zu einem gemeinsamen Laserbearbeitungskopf dienen. Die Strahlweiche erlaubt eine schnelle programmgesteuerte, prozesssichere Umschaltung zwischen zwei oder mehr Lichtwegen. Hierdurch wird eine flexiblere Nutzung von Laserquellen ermöglicht, die eine Strahlführung mittels Lichtleitkabeln erlauben. Bei den Laserquellen kann es sich z.B. um Festkörperlaser handeln. The invention also relates to a laser processing system with a beam splitter described above. In this case, the beam splitter can be connected via two or more optical fiber cables to corresponding laser sources which serve to supply laser light with identical or optionally different wavelengths to a common laser processing head. The beam switch allows fast program-controlled, process-reliable switching between two or more light paths. This will provide a more flexible use of laser sources allows beam guidance by means of optical cables allow. The laser sources may be, for example, solid-state lasers.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmaie je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Further advantages of the invention will become apparent from the description and the drawings. Likewise, the features mentioned above and those listed further below can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.

Es zeigen: Fig. 1 eine dreidimensionale Schnittdarstellung einer Strahlweiche mit einem 1 shows a three-dimensional sectional representation of a beam switch with a

freigeschalteten ersten Strahlweg;  unlocked first beam path;

Fig. 2 eine dreidimensionale Schnittdarstellung der Strahlweiche von Fig. 1 mit einem freigeschalteten zweiten Strahlweg; FIG. 2 is a three-dimensional sectional view of the beam switch of FIG. 1 with an enabled second beam path; FIG.

Fig. 3 eine schematische Darstellung von Spiegeln und Linsen in einer Fig. 3 is a schematic representation of mirrors and lenses in one

Strahlweiche;  Beam switch;

Fig. 4 einen Ausschnitt einer Laserbearbeitungsanlage mit einem Fig. 4 shows a detail of a laser processing system with a

Laserbearbeitungskopf und mit einer Strahlweiche.  Laser processing head and with a beam switch.

Eine in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigte Strahlweiche 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem ersten optischen Eingang 3 und einem zweiten optischen Eingang 4, die im vorliegenden Beispiel als röhrenförmige Strahlführungskanäle ausgebildet sind und an denen Laserstrahlen über (nicht gezeigte) Lichtleitkabel eingekoppelt werden. Die optischen Eingänge 3, 4 bzw. die Strahiführungskanäle verlaufen im vorliegenden Beispiel parallel, um zwei parallel zueinander ausgerichtete Laserstrahlen in die Strahlweiche 1 einzukoppeln. Die Strahlweiche 1 umfasst eine Schalteinrichtung mit einem beweglichen Schlitten 5, an dem zwei Umlenkspiegel 6, 7 montiert sind. Der Schlitten 5 ist zwischen einer ersten Stellung (Fig. 1) und einer zweiten Stellung (Fig. 2) verfahrbar und dient als Schaltelement für die Strahlweiche 1. In der ersten, in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich der Schlitten 5 an einem rechten Endanschlag und der durch den ersten optischen Eingang 3 eintretende Laserstrahl wird über das Spiegelpaar 6, 7 zweimal um 90° umgelenkt und tritt parallel zur Strahleintrittsrichtung am ersten optischen Eingang 3 durch einen optischen Ausgang 8 der Strahlweiche 1 aus, der ebenfalls als röhrenförmiger Strahlführungskanal ausgebildet ist. In der ersten Stellung des Schlittens 5 ist somit ein erster Lichtweg LW1 freigeschaltet, d.h. es sind in der ersten Stellung des Schlittens 5 zwischen dem ersten Eingang 3 und dem Ausgang 8 keine Bauelemente angeordnet, welche den ersten Lichtweg LW1 blockieren. In der zweiten, in Fig. 2 gezeigten Stellung befindet sich der Schlitten 5 an einem linken Endanschlag und der durch den zweiten optischen Eingang 4 eintretende Laserstrahl kann ungehindert durch den optischen Ausgang 8 austreten, d.h. es ist ein zweiter Lichtweg LW2 freigeschaltet. Durch die Freischaltung eines der Lichtwege LW1 , LW2 kann wahlweise jeweils einer der Laserstrahlen an einer nachfolgenden (in Fig. 1 und Fig. 2 nicht gezeigten) Baugruppe, z.B. einer Strahlformungseinheit, bereitgestellt werden. Durch die Strahlweiche 1 wird somit ein Umschalten der Lichtwege LW1 , LW2 bzw. die Freischaltung jeweils eines der optischen Eingänge 3, 4 und somit die Auswahl zwischen zwei Laserstrahlen ermöglicht, die typischer Weise von unterschiedlichen Lichtquellen stammen und von diesen über zwei mit den Eingängen 3, 4 verbundene Lichtleitkabel der Strahlweiche 1 zugeführt werden. A beam switch 1 shown in FIGS. 1 and 2 comprises a housing 2 with a first optical input 3 and a second optical input 4, which in the present example are designed as tubular beam guiding channels and at which laser beams are coupled in via optical fiber cables (not shown) , The optical inputs 3, 4 or the beam guide channels run in the present example in parallel to couple two laser beams aligned parallel to one another into the beam splitter 1. The beam switch 1 comprises a switching device with a movable carriage 5, on which two deflecting mirrors 6, 7 are mounted. The carriage 5 is movable between a first position (FIG. 1) and a second position (FIG. 2) and serves as a switching element for the beam splitter 1. In the first position shown in FIG. 1, the carriage 5 is located at a right end stop and the laser beam entering through the first optical input 3 is deflected twice by 90 ° via the mirror pair 6, 7 and enters the first optical input parallel to the beam entry direction 3 through an optical output 8 of the beam switch 1, which is also designed as a tubular beam guiding channel. In the first position of the carriage 5, a first light path LW1 is thus enabled, ie, no components are arranged in the first position of the carriage 5 between the first input 3 and the output 8, which block the first light path LW1. In the second position, shown in FIG. 2, the carriage 5 is located at a left end stop and the laser beam entering through the second optical input 4 can pass unhindered through the optical output 8, ie a second light path LW2 is released. By activating one of the light paths LW1, LW2, either one of the laser beams can optionally be provided on a subsequent assembly (not shown in FIGS. 1 and 2), for example a beam shaping unit. By the beam splitter 1 thus switching the light paths LW1, LW2 or the activation of each one of the optical inputs 3, 4 and thus the selection between two laser beams allows, which typically come from different light sources and of these two with the inputs. 3 , 4 connected light guide the beam switch 1 are supplied.

Am Schlitten 5 ist ein Verschlusselement 10 in Form eines Verschlussschiebers (plattenförmiges Blech) angebracht und derart positioniert, dass es in der ersten Stellung des Schlittens 5 den zweiten optischen Eingang 4 und in der zweiten Stellung des Schlittens 5 den ersten optischen Eingang 3 lichtdicht verschließt. Das Verschlusselement 10 ist zu diesem Zweck in geringem Abstand zur Austrittsöffnung eines jeweiligen optischen Eingangs 3, 4 angeordnet, typischer Weise in einem Abstand von weniger als 1 mm. Die erfindungsgemäße Strahlweiche 1 sorgt somit zwangsweise dafür, dass eine jeweilige Öffnung des optischen Eingangs 3, 4 des momentan nicht verwendeten Lichtweges LW1 , LW2 abgedeckt bzw. verschlossen wird. On the carriage 5, a closure element 10 in the form of a closure slide (plate-shaped plate) is mounted and positioned so that it closes the first optical input 3 in a light-tight manner in the first position of the carriage 5, the second optical input 4 and in the second position of the carriage 5. The closure element 10 is arranged for this purpose at a small distance from the outlet opening of a respective optical input 3, 4, typically at a distance of less than 1 mm. The beam splitter 1 according to the invention thus forcibly ensures that a respective opening of the optical input 3, 4 of the currently unused light path LW1, LW2 is covered or closed.

Auf diese Weise wird der entsprechende optische Eingang 3, 4 vor Streustrahlung bzw. Rückreflexen geschützt, die vom jeweils anderen, aktiven Lichtweg LW1 , LW2 herrühren. Durch die gemeinsame Anordnung der Umlenkelemente (hier: Spiegelpaar 6, 7) und des Verschlusselements 10 auf dem Schlitten 5 wird eine Bewegungskopplung realisiert, so dass sowohl das Freischalten eines der Lichtwege LW1 , LW2 als auch das Verschließen des nicht aktiven (nicht freigeschalteten) optischen Eingangs 3, 4 allein durch die Bewegung des Schlittens 5 ermöglicht wird. Zur Aktivierung eines Lichtweges LW1 , LW2 und zum Verschließen des jeweils anderen Lichtwegs LW2, LW1 ist daher lediglich eine einzige (elektronische) Steuerung notwendig. In this way, the corresponding optical input 3, 4 is protected from stray radiation or back reflections, which from the other, the active light path LW1, LW2 originate. By the joint arrangement of the deflection elements (here: pair of mirrors 6, 7) and the closure element 10 on the carriage 5, a motion coupling is realized, so that both the activation of one of the light paths LW1, LW2 and the closing of the non-active (not unlocked) optical Input 3, 4 is made possible solely by the movement of the carriage 5. To activate a light path LW1, LW2 and to close the respective other light path LW2, LW1 therefore only a single (electronic) control is necessary.

Im vorliegenden Beispiel wird die Bewegung des Schlittens 5 durch einen Pneumatikzylinder 9 mit einem (nicht gezeigten) Kolben realisiert, der mit dem Schlitten 5 über eine flexible Kupplung verbunden ist und der über ein (nicht gezeigtes) Steuerventil, das Teil der Steuereinrichtung ist, ansteuerbar ist. Zum Schutz vor Ausgasungen können die Kolbenstange und die Kupplung mit einem Faltenbalg (vgl. Fig. 1 u. 2) abgedeckt werden, dessen inneres Luftvolumen mit dem Raum außerhalb der Strahlweiche 1 Verbindung hat. Auf diese Weise kann ein Druckausgleich einer beim Verfahren des Schlittens 5 erzeugten Veränderung des Luftvolumens in dem Gehäuse 2 erfolgen. Der Kolben des Pneumatikzylinders 9 ist in der ersten Stellung ausgefahren (rechter Anschlag, vgl. Fig. 1 ) und in der zweiten Stellung eingefahren (linker Anschlag, vgl. Fig. 2). Der Pneumatikzylinder 9 ist ebenfalls Teil der Steuereinrichtung und dient als Aktor zur Linearverschiebung des Schlittens 5 entlang einer in dem Gehäuse 2 vorgesehenen (nicht gezeigten) Linearführung. In the present example, the movement of the carriage 5 is realized by a pneumatic cylinder 9 with a piston (not shown) which is connected to the carriage 5 via a flexible coupling and which can be actuated via a control valve (not shown) which is part of the control device is. To protect against outgassing, the piston rod and the coupling can be covered with a bellows (see Fig. 1 and 2), whose inner air volume with the space outside the beam splitter 1 has connection. In this way, a pressure equalization of a change in the volume of air generated in the housing 2 during the movement of the carriage 5 can take place. The piston of the pneumatic cylinder 9 is extended in the first position (right stop, see Fig. 1) and retracted in the second position (left stop, see Fig. 2). The pneumatic cylinder 9 is also part of the control device and serves as an actuator for linear displacement of the carriage 5 along a provided in the housing 2 (not shown) linear guide.

An der Umfangsfläche des Pneumatikzyiinders 9 ist ein Sensorpaar 11 angeordnet, welches für die Umschaltung des Ansteuerventils des Zylinders verwendet wird, d.h. das Sensorpaar 11 wird durch die Position der Kolbenstange angesteuert. Dabei wird bei Erreichen der jeweiligen Endlage der Kolbenstange (ein- oder ausgefahren) das Pneumatikventil geschaltet. Ein jeweiliger Sensor des Sensorpaars 1 1 kann beispielsweise durch den Boden der Kolbenstange bei Erreichen der jeweiligen Endlage induktiv betätigt werden. Die (nicht gezeigten) Lichtleitkabel werden mit der Strahlweiche 1 an einen jeweiligen Anschluss 19 verbunden, der im vorliegenden Beispiel als Steckverbindung ausgebildet ist und zur rastenden Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Anschluss- Stecker eines jeweiligen Lichtleitkabels dient. An den beiden optischen Eingängen 3, 4 sind Kontaktringe 13 vorgesehen, die mittels einer (nicht gezeigten) externen Beschallung kontaktiert werden können, so dass je nach Stellung des Kolbens des Pneumatikzylinders 9 die (nicht gezeigten) Laserquellen an- oder ausgeschaltet werden. Das Gehäuse 2 ist an den optischen Eingängen 3, 4 und am optischen Ausgang 8 mittels optischer Elemente verschlossen. Als optische Elemente an den optischen Eingängen 3, 4 werden im vorliegenden Beispiel Kollimationslinsen 14a, 14b verwendet. Eine hier nicht näher beschriebene Justiereinrichtung ermöglicht es, die Kollimationslinsen 14a, 14b in x- und y- Richtung (senkrecht zur Strahlrichtung) zu verschieben, um die beiden durch die optischen Eingänge 3, 4 in die Strahlweiche 1 eintretenden, parallel verlaufenden aber divergenten Laserstrahlen nach der Weiche zur Deckung zu bringen (Konzentrizität). Durch eine Justiereinrichtung für die Kollimationslinsen 14a, 14b in z-Richtung (Strahlrichtung) ist es darüber hinaus möglich, die Fokuslage im Zwischenfokus zur Deckung zu bringen. Zu diesem Zweck können die Fassungen der Kollimationslinsen 14a, 14b in z-Richtung verfahren werden, während die Position der Lichtleitkabel und die der Fokussierlinse 15 ortsfest bleiben. Ein axiales Verfahren der Kollimationslinsen 14a, 14b kann hierbei so lange erfolgen, bis eine scharfe Abbildung eines Justierlaserstrahls erfolgt (ggf. unter Zuhilfenahme von Justagehilfsmitteln). Die Verwendung von Kollimationslinsen 14a, 14b an den optischen Eingängen 3, 4 ermöglicht eine Strahlführung innerhalb der Strahlweiche im kollimierten Zustand. Am optischen Ausgang wird als optisches Element eine Fokussierlinse 15 verwendet, um die Laserstrahlen auf einen gemeinsamen Zwischenfokus zu fokussieren. Die Brennweiten bzw. die Abbildungsverhältnisse der Kollimationslinsen 14a, 14b und der Fokussierlinse 15 sind je nach Anforderung wählbar, vorzugsweise sind die Brennweiten der drei Linsen 14a, 14b, 15 jedoch identisch. On the peripheral surface of the Pneumatikzyiinder 9 a pair of sensors 11 is arranged, which is used for the switching of the control valve of the cylinder, ie, the sensor pair 11 is driven by the position of the piston rod. When the respective end position of the piston rod is reached (extended or retracted), the pneumatic valve is switched. A respective sensor of the sensor pair 1 1 can be actuated inductively, for example, by the bottom of the piston rod upon reaching the respective end position. The (not shown) Lichtleitkabel be connected to the beam splitter 1 to a respective terminal 19, which is formed in the present example as a plug connection and for latching connection with a (not shown) connector plug of a respective optical cable. At the two optical inputs 3, 4 contact rings 13 are provided, which can be contacted by means of an external (not shown), so that depending on the position of the piston of the pneumatic cylinder 9, the (not shown) laser sources are switched on or off. The housing 2 is closed at the optical inputs 3, 4 and at the optical output 8 by means of optical elements. Collimating lenses 14a, 14b are used as optical elements at the optical inputs 3, 4 in the present example. An adjusting device not described in more detail here makes it possible to displace the collimating lenses 14a, 14b in the x and y directions (perpendicular to the beam direction), around the two parallel but divergent laser beams entering the beam splitter 1 through the optical inputs 3, 4 after the switch to coincide (concentricity). By an adjusting device for the Kollimationslinsen 14a, 14b in the z-direction (beam direction), it is also possible to bring the focus position in the intermediate focus to cover. For this purpose, the sockets of the collimating lenses 14a, 14b can be moved in the z-direction, while the position of the optical fibers and the focusing lens 15 remain stationary. An axial movement of the collimating lenses 14a, 14b can take place until a sharp image of an alignment laser beam is made (possibly with the aid of adjustment aids). The use of collimating lenses 14a, 14b at the optical inputs 3, 4 enables beam guidance within the beam splitter in the collimated state. At the optical output, a focusing lens 15 is used as an optical element to focus the laser beams to a common intermediate focus. The focal lengths or the imaging ratios of the collimating lenses 14a, 14b and the focusing lens 15 are selectable as required, but preferably the focal lengths of the three lenses 14a, 14b, 15 are identical.

Bei dem in Fig. 1 und in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Strahlweiche 1 wird das Umschalten zwischen den beiden Lichtwegen LW1 , LW2 mittels zweier parallel ausgerichteter 90°-Umlenkspiegel 6, 7 realisiert, die auf dem Schlitten 5 befestigt und mit diesem verfahrbar sind. Es versteht sich, dass auch andere Konzepte zum Schalten zwischen mehreren Laserstrahlen verwendet werden können. Beispielsweise ist in Fig. 3 eine Strahlweiche 1 zum Schalten von Laserstrahlen aus drei verschiedenen Lichtleitkabeln LLK1 , LLK2, LLK3 gezeigt, wobei die Laserstrahlen aus dem ersten und zweiten Lichtleitkabel LLK1 , LLK2 parallel zueinander und der Laserstrahl aus dem dritten Lichtleitkabel LLK3 senkrecht dazu in die Strahlweiche 1 eingestrahlt werden. Beim Eintritt in die Strahlweiche 1 werden die Laserstrahlen durch Kollimationslinsen 14a, 14b, 14c kollimiert und mit Hilfe von Spiegeln 16a, 16b auf den optischen Ausgang 8 gelenkt. Die beiden Spiegel 16a, 16b aus dem jeweiligen Strahlengang heraus gefahren bzw. verschoben werden, so dass ein Umschalten zwischen verschiedenen Strahlwegen realisiert werden kann. Bei der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Spiegel 16a, 16b wird der Laserstrahl aus dem zweiten Lichtleitkabel LLK2 auf den optischen Ausgang 8 gelenkt, während die anderen (in Fig. 3 ebenfalls eingezeichneten) Lichtwege inaktiv sind. In the embodiment of the beam splitter 1 shown in Fig. 1 and in Fig. 2, the switching between the two light paths LW1, LW2 by means of two parallel aligned 90 ° -Umlenkspiegel 6, 7 realized, which are mounted on the carriage 5 and movable therewith , It is understood that other concepts for switching between multiple laser beams can be used. For example, in Fig. 3, a beam splitter 1 for switching laser beams from three different optical cables LLK1, LLK2, LLK3 shown, wherein the laser beams from the first and second optical fiber LLK1, LLK2 parallel to each other and the laser beam from the third optical fiber LLK3 perpendicular thereto in the Beam splitter 1 are irradiated. Upon entering the beam splitter 1, the laser beams are collimated by collimating lenses 14a, 14b, 14c and directed to the optical output 8 by means of mirrors 16a, 16b. The two mirrors 16a, 16b are moved out of the respective beam path or displaced, so that switching between different beam paths can be realized. In the position of the mirrors 16a, 16b shown in FIG. 3, the laser beam from the second optical fiber cable LLK2 is directed onto the optical output 8, while the other optical paths (also shown in FIG. 3) are inactive.

Durch Verschieben des ersten, oberen Spiegels 16a aus dem Strahlengang des ersten Lichtleitkabels LLK1 (z.B. in Richtung auf das dritte Lichtleitkabel LLK3) wird der Laserstrahl aus dem ersten Lichtleitkabel LLK1 auf den optischen Ausgang 8 gelenkt. Der erste Spiegel 16a dient also als Schaltelement zwischen den optischen Eingängen des ersten und zweiten Lichtleitkabels LLK1 , LLK2. Durch Schalten bzw. Verschieben des zweiten, unteren Spiegels 16b aus dem Strahlengang des dritten Lichtleitkabels LLK3 wird der Laserstrahl aus dem dritten Lichtleitkabel LLK 3 zum optischen Ausgang 8 umgelenkt. Der zweite Spiegel 16b dient somit als Schaltelement zwischen den optischen Eingängen des zweiten und dritten Lichtleitkabels LLK2, LLK3. Der jeweils aus den optischen Ausgang 8 austretende Laserstrahl wird durch die Fokussierlinse 15 in einem Zwischenfokus 18 fokussiert und zur weiteren Strahlformung zu einer nachfolgenden Baugruppe, z.B. einer (variablen) Kollimator-Einrichtung durchgelassen. Die Strahlweiche 1 bzw. der Bereich, in dem der kollimierte Strahlengang verläuft, wird durch die optischen Elemente 14a, 14b, 14c, 5 von der Umgebung getrennt. Es versteht sich, dass an Stelle der Umlenkung bzw. des Umschaltens zwischen den Lichtwegen im kollimierten Strahlengang auch eine Umschaltung im von den Lichtleitkabeln LLK1 , LLK2, LLK3 ausgehenden divergenten Strahlengang erfolgen kann. By moving the first, upper mirror 16a out of the beam path of the first optical cable LLK1 (for example, toward the third optical cable LLK3), the laser beam from the first optical fiber cable LLK1 is directed onto the optical output 8. The first mirror 16a thus serves as a switching element between the optical inputs of the first and second optical fiber cable LLK1, LLK2. By switching or shifting the second, lower mirror 16b out of the beam path of the third optical cable LLK3, the laser beam is deflected out of the third optical fiber cable LLK 3 to the optical output 8. The second mirror 16b thus serves as a switching element between the optical inputs of the second and third optical cable LLK2, LLK3. The respective laser beam exiting from the optical output 8 is focused by the focusing lens 15 in an intermediate focus 18 and, for further beam shaping, to a subsequent assembly, e.g. passed through a (variable) collimator device. The beam splitter 1 or the region in which the collimated beam path runs is separated from the environment by the optical elements 14a, 14b, 14c, 5. It is understood that instead of the deflection or switching between the light paths in the collimated beam path, a switchover in the divergent beam path emanating from the light guide cables LLK1, LLK2, LLK3 can take place.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Laserbearbeitungsanlage 17 mit einer Strahlweiche 1 entsprechend Fig. 1 und Fig. 2, bei der divergente Laserstrahlung von zwei Lichtleitkabeln LLK1 , LLK2 einem Laserbearbeitungskopf 19 zugeführt wird. Die in einem jeweiligen Schaltzustand der Strahlweiche 1 am optischen Ausgang 8 austretenden Laserstrahlen verlaufen entlang einer gemeinsamen optischen Achse, so dass beide Laserstrahlen an derselben Stelle und an einem gemeinsamen Zwischenfokus 18 der nachfolgenden optischen Baugruppe bereitgestellt werden. Es versteht sich, dass die Laserbearbeitungsanlage 17 auch mit einer anderen Strahlweiche 1 , beispielsweise mit der in Fig. 3 dargestellten Strahlweiche 1 , ausgestattet sein kann. Auch bei der in Fig. 3 gezeigten Strahlweiche 1 kann mindestens ein Verschlusselement vorgesehen sein, das den bzw. die jeweils inaktiven Lichtwege am entsprechenden optischen Eingang lichtdicht verschließt. Bei dem Verschlusselement kann es sich bspw. um eine verschiebbare Platte handeln. FIG. 4 shows a section of a laser processing system 17 with a beam switch 1 corresponding to FIGS. 1 and 2, in which divergent laser radiation from two optical cables LLK1, LLK2 is fed to a laser processing head 19. In the a respective switching state of the beam splitter 1 at the optical output 8 emerging laser beams extend along a common optical axis, so that both laser beams are provided at the same location and at a common intermediate focus 18 of the subsequent optical assembly. It is understood that the laser processing system 17 can also be equipped with another beam splitter 1, for example with the beam splitter 1 shown in FIG. 3. 3, at least one closure element may be provided which closes the respectively inactive light paths at the corresponding optical input in a light-tight manner. The closure element may, for example, be a displaceable plate.

Claims

Patentansprüche claims 1 . Strahlweiche (1 ), umfassend: 1 . Beam switch (1), comprising: einen ersten optischen Eingang (3) zur Einkopplung eines ersten Laserstrahls, einen zweiten optischen Eingang (4) zur Einkopplung eines zweiten Laserstrahls, eine Schalteinrichtung mit einem Schaltelement (5), welches bewegbar ist zwischen einer ersten Stellung, in welcher ein erster Lichtweg (LW1 ) vom ersten optischen Eingang (3) zu einem optischen Ausgang (8) freigeschaltet ist, und einer zweiten Stellung, in welcher ein zweiter Lichtweg (LW2) vom zweiten optischen Eingang (4) zum optischen Ausgang (8) freigeschaltet ist, gekennzeichnet durch ein bevorzugt mit dem Schalteiement (5) bewegungsgekoppeltes  a first optical input (3) for coupling a first laser beam, a second optical input (4) for coupling a second laser beam, a switching device with a switching element (5) which is movable between a first position in which a first light path (LW1 ) is enabled from the first optical input (3) to an optical output (8), and a second position in which a second optical path (LW2) is enabled from the second optical input (4) to the optical output (8), characterized by preferably with the switching element (5) motion-coupled Verschlusselement ( 0) zum lichtdichten Verschließen des zweiten optischen Eingangs (4) in der ersten Stellung und zum lichtdichten Verschließen des ersten optischen Eingangs (3) in der zweiten Stellung.  A closure element (0) for sealing the second optical input (4) in the first position in a light-tight manner and for sealing the first optical input (3) in the second position in a light-tight manner. 2. Strahlweiche nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, 2. beam switch according to claim 1, characterized dass das Schaltelement als linear verschiebbarer Schlitten (5) ausgebildet ist, und dass das Verschlusselement (10) an dem Schlitten (5) angebracht ist.  in that the switching element is designed as a linearly displaceable carriage (5), and in that the closure element (10) is attached to the carriage (5). 3. Strahlweiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, 3. beam switch according to claim 2, characterized dass die Schalteinrichtung als Aktor zur Bewegung des Schlittens (5) einen Pneumatikzylinder (9) umfasst.  the switching device comprises, as an actuator for moving the carriage (5), a pneumatic cylinder (9). 4. Strahlweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. beam switch according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet,  in dass die Schalteinrichtung Umlenkmittel, insbesondere mindestens einen  that the switching device deflecting means, in particular at least one Umlenkspiegel (6, 7, 16a, 16b), umfasst. Deflection mirror (6, 7, 16a, 16b) includes. 5. Strahlweiche nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 5. beam switch according to claim 4, characterized in that dass mindestens eines der Umlenkmittel (6, 7, 16a, 16b) an dem Schaltelement angebracht ist.  in that at least one of the deflecting means (6, 7, 16a, 16b) is attached to the switching element. 6. Strahlweiche nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. beam switch according to one of the preceding claims, characterized gekennzeichnet,  in dass am ersten optischen Eingang (3) und/oder am zweiten optischen Eingang (4) jeweils ein Anschluss (19) zur Verbindung mit einem Lichtleitkabel (LLK , LLK2) vorgesehen ist.  in that a respective connection (19) for connection to a light-conducting cable (LLK, LLK2) is provided on the first optical input (3) and / or on the second optical input (4). 7. Strahlweiche nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 7. beam switch according to claim 6, characterized dass die beiden Anschlüsse (19) für die Lichtleitkabel (LLK1 , LLK2) parallel zueinander ausgerichtet sind.  the two connections (19) for the lightguide cables (LLK1, LLK2) are aligned parallel to one another. 8. Strahlweiche nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. beam switch according to the preamble of claim 1, in particular according to one of the preceding claims, dadurch gekennzeichnet,  characterized, dass das Schaltelement in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, welches an den optischen Eingängen (3, 4) und am optischen Ausgang (8) jeweils mit einem für Laserstrahlung durchlässigen optischen Element (14a, 14b, 15) verschlossen ist  the switching element is arranged in a housing (2) which is closed at the optical inputs (3, 4) and at the optical output (8) in each case with an optical element (14a, 14b, 15) permeable to laser radiation 9. Strahlweiche nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, 9. beam switch according to claim 8, characterized dass die optischen Elemente an den optischen Eingängen (3, 4)  that the optical elements at the optical inputs (3, 4) Kollimationslinsen (14a, 14b) sind. 0. Strahlweiche nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Element am optischen Ausgang (8) eine Fokussierlinse (15) ist.  Collimating lenses (14a, 14b) are. 0. beam switch according to one of claims 8 or 9, characterized in that the optical element at the optical output (8) is a focusing lens (15). 1 1 . Laserbearbeitungsanlage (17) mit einer Strahlweiche (1 ) nach einem der 1 1. Laser processing system (17) with a beam switch (1) according to one of vorhergehenden Ansprüche.  previous claims.
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