CN103476534A - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于激光工件加工的激光加工装置（10），其具有用于产生激光射束（50）的激光器（14）和至少两个激光工具（18、18’），借助于光导电缆（16）能够给所述至少两个激光工具供应所述激光射束（50）。根据本发明，所述光导电缆（16）具有一配备有至少两个光学纤维芯（22、22’）的输入侧端部（20）以及多个分别配备有所述光学纤维芯（22、22’）中之一的输出侧端部（26、26’），其中，所述光学纤维芯（22、22’）分别与所述激光工具（18、18’）之一连接。为了有选择地将所述激光射束（50）耦入到所述光导电缆（16）的光学纤维芯（22、22’）中的一个或者多个光学纤维芯中而优选地设置有切换装置（28）。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种用于激光工件加工的激光加工装置，其具有用于产生激光射束的激光器和至少两个激光工具，借助于光导电缆能够给所述至少两个激光工具供应所述激光射束。

背景技术

例如由EP 1 591 189 A1已经公开了这类激光加工装置，其中，通过多个与激光工具连接的光导电缆可以给各个激光工具供应由激光器所产生的激光射束。所述光导电缆在激光侧上分别要求单独的接口，这些接口由光导电缆的对应横截面或所述光导电缆的接口插头造成地以彼此的预先给定的最小间距设置。这妨碍了紧凑的结构方式。另外得出：尤其是在更换光导电缆的情况下，显著的操作耗费以及例如由单个光导电缆的光学纤维芯的光学耦合面的污染的、在实践中不可低估的危险，这可能导致激光工具的功率干扰。

发明内容

本发明与之相对地基于这样的任务：提出一种开头所述的激光加工装置，所述激光加工装置克服了现有技术的缺点。

所述任务通过具有权利要求1中所给出的特征的激光加工装置解决。

与根据本发明的激光加工装置相关联的优点基本上在于，由光导电缆的单个的输入侧端部造成地仅需要激光侧上的唯一的接口。由此可以实现特别紧凑的并且结构上简单的构造。也由此使得激光加工装置的操作总体上变得简单并且降低了纤维芯的输入侧光学耦合面或激光侧地配属于光导电缆的接口的污染的危险。因此也可以预防接口侧的功能故障。光导电缆的纤维芯由一共同的外套（cladding）包裹，由此使得光导电缆例如在激光加工装置的可运动的机器部件的危险区域中的可靠敷设变得简单。光导电缆可以具有相应于激光工具数量的纤维芯数量或者超过激光工具数量的纤维芯数量。在最后提到的情况中，将激光射束传递到激光工具上也可以在光导电缆的一纤维芯的损坏的情况中得到确保。在此，所不希望的激光加工装置的停机时间被最小化并且避免了成本高昂地更换整个光导电缆。

根据本发明的一优选的改进方案，设置了激光切换装置，用于有选择地将激光射束耦入到光导电缆的光学纤维芯中的一个或多个光学纤维芯中。由此，在一给定的时间点上可以按需求分别给激光工具中之一或者也可以在激光射束***的情况下同时给多个激光工具供应激光射束。这在工件加工时间以及操作激光加工装置方面都具有优点。另外，由于光导电缆的光学纤维芯在输入侧上紧密地相互排列，为了将激光射束相应地耦入到所述纤维芯中仅需要例如光学转向器件的非常小的调整行程。另外，所使用的光学转向器件可以特别紧凑地实施。由此可以实现切换装置的特别短的切换时间，也就是说用于操控光导电缆的对应纤维芯所必需的持续时间以及实现所述切换装置的整体紧凑的构造。

根据本发明的一优选的改进方案，设置了多个接口器件，借助于所述多个接口器件可以将光导电缆的输入侧端部定位在相对于切换装置的一限定的转动位态中和一限定的位置中。由此，所述光学纤维芯与其输入侧的光学耦合面可以共同地按对于激光射束的耦入经运行优化的方式相对于切换装置进行布置、例如布置在聚光透镜的一焦平面中。也可以通过总共一次调整所述激光切换装置而变得简单。

所述多个接口器件优选具有在切换装置上布置的接口插座以及在光导电缆上布置的接口插头，所述接口插头可以定位在所述接口插座中。由此，光导电缆的输入侧端部可以能重现地并且精确地定位在预先确定的位置中或定位在相对于切换装置的预先确定的转动位态中。

为了使激光射束在激光加工装置运行期间不会例如由于光导电缆的输入侧端部的转动位态的不希望的改变而射入该光导电缆的外套中，优选设置有防转动保险装置。在此，所述防转动保险装置尤其如此设计，使得相对于切换装置的光导电缆的最大转动角度进而光学纤维芯的最大转动角度不会超过0.3°、由其是不会超过0.2°。

所述光学纤维芯优选具有输入侧的光学耦合面，这些光学耦合面布置在光导电缆的与光导电缆的纵向轴线相交的横向轴线上。所述光学耦合面在这里理解为，或是光学纤维芯的在实践中大多精确地磨削的输入侧端面或是导向管的端面，所述导向管在光导电缆的接口插头中接收光导电缆的对应纤维芯（所谓的金属箍（Ferrulen））并且必要时相对于所述接口插头固定。

在此，光学纤维芯的输入侧的光学耦合面可以由其是相对所述横向轴线对称地布置。由此，光导电缆可以具有对应地所必需的最小横截面，并且同时在光导电缆内部通过相对于外套外表面的对应最大的间距来保护纤维芯。另外，各个纤维芯的对应的光学耦合面的相对彼此的已知的布置以及它们的对应已知的大小可以实现激光切换装置的简易的调整，因为纤维芯的端面位置可以作为参考大小用于操控另外的纤维芯、也就是说使激光射束耦入到该另外的纤维芯中。

如果光导电缆具有偶数的多个光学纤维芯，则它们的光学耦合面由其是以成对的方式布置在对应的横向轴线上。纤维芯的光学耦合面也可以圆形地围绕光导电缆的纵向轴线布置。

为了尽可能有效地使激光射束耦入到光导电缆的纤维芯中，此外证明有利的是，光导电缆的光学纤维芯中的至少一部分具有不同的横截面。在此，由其是在光导电缆中相对于其纵向轴线沿径向更多在外布置的光学纤维芯可以具有比沿径向更多在内布置的纤维芯更大的横截面。由此可以按简单的方式补偿单个的纤维芯直径的公差以及纤维芯在光导电缆或接口插头中的位态偏差。

所述切换装置优选具有光学转向器件，用于将激光射束耦入到光导电缆的光学纤维芯中。在此，所述光学转向器件优选包括楔形的光学棱镜、聚光透镜、全息光学元件、衍射光学元件、转向镜、顶镜（Dachspiegel）和/或平面镜（Facettenspiegel）。

优选的是，光学转向器件中的至少一部分可以绕至少一个、优选两个调整轴线摆动。由此，激光射束可以与纤维芯的输入侧光学耦合面相对于切换装置的几何布置无关地可靠耦入到光导电缆的各个纤维芯中。也可以按简单并且精确的方式补偿光学纤维芯的位态公差或其输入侧光学耦合面的位态公差。

使用棱镜可以实现激光射束的特别简单并且精确的转向，其中，尤其也可以实现非常小的偏转角度。由此，激光射束也可以无损耗地或没有较大损耗地耦入到光导电缆的紧密相互排列地布置的纤维芯中。所述棱镜可以根据一实施例（常设地）布置在激光射束的光路中。在这种情况中，通过棱镜绕其调整轴线简单地转动可以使激光射束耦入到光导电缆的各个纤维芯中。该构造方式例如在如下光导电缆的情况中具有优点，其中，纤维芯在光导电缆的输入侧端部上圆形围绕光导电缆的纵向轴线布置。

在结构上最简单的情况中，棱镜可以运动到激光射束的光路中、由其是可以摆入到所述光路中。由此，激光射束可以例如在仅具有两个纤维芯的光导电缆中按简单的方式转向并且耦入到对应的另外的纤维芯中。

根据一实施方式，所述棱镜仅部分地布置在激光射束的光路中或能够仅部分地运动到所述光路中。由此，棱镜可以用作分束器，从而使激光射束可以同时耦入到光导电缆的至少两个纤维芯中、也就是说可以同时给两个激光工具供应激光射束。

所述切换装置优选具有控制单元，以便可以实现所述切换装置的优选地集成到激光加工装置的运行控制装置中的操控。

本发明的主题的其它优点和有利的设计方案由说明书、权利要求以及附图得出。同样地，上文提到的特征以及还将进一步解释的特征可以各自身或者多个地以任意组合来使用。所示出的以及所说明的实施方式不理解为最终的列举，而是确切地说具有对本发明的说明的示例性特征。附图的示图大大示意性地示出了根据本发明的主题并且不理解为按比例绘制。

附图说明

在附图中：

图1以透视图示出了根据本发明的激光加工装置，其具有用于产生激光射束的激光器，通过具有两个光学纤维芯的光导电缆可以给两个激光工具供应所述激光射束；

图2a，2b示出了光导电缆的输入侧端部的端侧面的视图（图2a）和光导电缆的输出侧端部的端侧面的视图（图2b）；

图3在第一切换状态下示出了根据图1的激光加工机的切换装置；

图4以侧视图示出了根据图3的切换装置；并且

图5以类似于图4的侧视图在第二切换状态下示出了根据图3的切换装置。

具体实施方式

图1示出了用于激光加工工件12的激光加工装置10。激光加工装置10具有用于产生激光射束的激光器14，通过基本上Y形的光导电缆16可以给两个激光工具18、18’供应所述激光射束。

光导电缆16具有带两个光学纤维芯22、22’的输入侧端部20，所述光学纤维芯分别用虚线示出。光导电缆16在其走向上分支成两个光导电缆腿部24、24’并且因此具有两个分别配备所述光学纤维芯22、22’中之一的单独的输出侧端部26、26’。输出侧端部26、26’或光学纤维芯22、22’分别与激光工具18、18’中之一连接。

接在激光器14后面的切换装置28用于将由激光器14所产生的激光射束有选择地分别耦入到光导电缆16的光学纤维芯22、22’之一中。切换装置28具有配备接口插座32的壳体30，在光导电缆16的输入侧端部20上布置的接口插头34***到所述接口插座中。接口插头34和接口插座32如此共同作用，使得光导电缆16能够以其输入侧端部20定位在一限定的位置中以及定位在相对于切换装置28的一限定的转动位态中。

防转动保险装置36用于限制光导电缆16的布置在相对于切换装置28的所述限定的转动位态中的输入侧端部20关于切换装置28在绕光导电缆16的纵向轴线38的+/-0.03°的最大转动角度上的转动。

由图2a中所示出的、到光导电缆16的输入侧端部20（在去除接口插头的情况下）上的端侧面的正视图得出，光导电缆16的光学纤维芯22、22’分别具有圆形的输入侧端面40，这些输入侧端面分别形成用于耦入激光射束的光学耦合面。纤维芯22、22’的端面40在这里具有相同的横截面。根据附图中未进一步示出的实施例，纤维芯22、22’也可以具有不同的横截面。纤维芯22、22’由一共同的外套（Cladding）42包裹并且布置在与光导电缆16的纵向轴线38相交的横向轴线44上。

图2b示出了光导电缆腿部24的输出侧端部26上的端侧面的正视图。具有其输出侧端面40的纤维芯22以其输出侧端面居中地布置并且由同轴的外套42’包裹。

在图3中示出没有壳体的切换装置28。切换装置28具有基本上板形的基体46，所述基体具有用于激光射束50的穿通开口48。在穿通开口48与光导电缆16之间布置有聚光透镜52，所述聚光透镜的光学轴线54在这里与从穿通开口48射出的激光射束50的中心束轴线56重合。光导电缆16以其输入侧端部20布置在聚光透镜52的后焦平面58中的其预先确定的位置中。在基体46上布置有楔形的棱镜60，所述棱镜一端固定在保持元件62上。棱镜60可以绕转动轴线64沿以66标记的箭头的方向摆动到激光射束50的光路中。为此，保持元件62布置在由于示图原因未示出的转动轴上。所述转动轴可以由电调节马达68操纵，为了控制所述电调节马达而设置了控制装置70。附加的是，保持元件62以及因此也在其上固定的棱镜60可以通过未进一步示出的微调器件绕第二转动轴线72摆动。

图4中以侧视图示出了在切换装置28的第一切换状态中激光束50的光路。光导电缆16的两个光学纤维芯22、22’的两个在聚光透镜52的焦平面58中布置的端面40可以被良好地识别。在这里示出的切换装置28的第一切换状态中，位于图4中上方的光学纤维芯22的输入侧端面40布置在聚光透镜52的光学轴线54上。光学纤维芯22、22’的端面40竖直地相互叠置地布置在光导电缆16的输入侧端部20相对于切换装置28的预先确定的装入位置中，也就是说，其横向轴线（图2a）相对于下文结合图5所说明的、激光射束50穿过棱镜60的偏转方向基本上平行地走向。

图5示出了切换装置28的第二切换状态，其中，棱镜60绕第一转动轴线64摆动到激光射束50的光路中。从棱镜60射出的激光射束50相对于聚光透镜52的光学轴线54沿偏转方向74偏转并且借助于聚光透镜52在焦平面58中聚焦到光导电缆16的光学纤维芯22’的端面40上。

以下将进一步说明激光加工装置10的调整以及运行。

光导电缆16的接口插头34被***到切换装置28的接口插座32中。在此，通过接口插头34和接口插座32的共同作用，光导电缆16的两个光学的纤维芯22、22’以其输入侧端面40布置在切换装置28的聚光透镜52的焦平面58中并且附加地以这样的转动位态相对于切换装置28取向，使得这些端面40沿着横向轴线44（图2）并且沿着穿过棱镜60预先给定的偏转方向74相互叠置地布置。

切换装置28借助于控制装置70被切换到所述切换装置的结合图3和图4所说明的第一切换状态中，在所述第一切换状态中，棱镜60布置在激光射束50的光路以外。

一旦光学纤维22的输入侧端面40例如由于光学纤维22在光导电缆16或接口插头34内部的位态公差而在聚光透镜52的光学轴线54上没有精确地布置，则激光射束通过调整所述切换装置28而聚焦到光学纤维22的输入侧端面40上。这可以按这里未进一步阐述的方式例如通过接口插座32、聚光透镜52和/或激光射束50的中心束轴线56彼此的受控的相对移动来进行，直到光学纤维芯22的输入侧端面40置于聚光透镜52的光学轴线54上。可替代的是，聚光透镜52也可以相对于激光射束50相应地再调整（转动）。

在另一步骤中，激光电缆16的两个光导电缆腿部24、24’的输出侧端部26、26’与对应配属的激光工具18、18’连接。

随后，切换装置28借助于控制装置70转换为结合图5所说明的第二切换状态，通过以下方式实现：通过操作调节马达68使棱镜60绕转动轴线64摆动到激光射束50的光路中。

在另一光学纤维芯22’的足够精确的布置的情况下，激光射束50现在借助于聚光透镜52准确地聚焦到布置在聚光透镜52的焦平面58中的、光导电缆16的另一纤维芯40的输入侧端面40上，也就是说耦入到所述纤维芯中。

在纤维芯22’相对于棱镜60的偏转方向74有方位角位态偏差的情况中，通过将所述棱镜绕调整轴线72转动来如此程度地微调所述棱镜，使得激光射束50精确地聚焦到第二光学纤维芯22’的端面40上。

在这样调整切换装置28之后，现在可以通过变换切换装置28的对应切换状态按需求将激光射束50耦入到光导电缆16的一个或者另一个光学纤维芯22、22’中，并且因此可以给激光加工装置10的一个或者另一个激光工具18、18’供应所述激光射束。

Claims (11)

1.激光加工装置（10），用于激光工件加工，具有用于产生激光射束（50）的激光器（14）和至少两个激光工具（18、18’），借助于光导电缆（16）能够给所述至少两个激光工具供应所述激光射束（50），

其特征在于，

所述光导电缆（16）具有一配备有至少两个光学纤维芯（22、22’）的输入侧端部（20）以及多个分别配备有所述光学纤维芯（22、22’）中之一的输出侧端部（26、26’），其中，所述光学纤维芯（22、22’）分别与所述激光工具（18、18’）之一连接。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，设置了切换装置（28），用于有选择地将所述激光射束（50）耦入到所述光导电缆（16）的光学纤维芯（22、22’）中的一个或者多个光学纤维芯中。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，设置了多个接口器件，借助于所述多个接口器件，所述光导电缆（16）的输入侧端部（20）定位在相对于所述切换装置（28）的一限定的转动位态中和一限定的位置中。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，所述多个接口器件具有在所述切换装置（28）上布置的接口插座（32）以及在所述光导电缆（16）上布置的接口插头（34），所述接口插头能够定位在所述接口插座（32）中。

5.根据权利要求3或4所述的激光加工装置，其特征在于，所述接口器件具有防转动保险装置（36），以便限制所述光导电缆（16）的输入侧端部（20）相对于所述切换装置（28）转动。

6.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述光学纤维芯（22、22’）具有输入侧的光学耦合面，优选通过所述光学纤维芯的端面（40）形成的光学耦合面，所述光学耦合面布置在所述光导电缆（16）的与所述光导电缆（16）的纵向轴线（38）相交的横向轴线（44）上，优选布置得相对于所述横向轴线对称。

7.根据前述权利要求中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述至少两个光学纤维芯（22、22’）具有相同的横截面或者不同的横截面。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述切换装置（28）包括光学的转向器件，尤其是棱镜（60）、聚光透镜（52）、全息光学元件、衍射光学元件、转向镜、顶镜和/或平面镜。

9.根据权利要求8所述的激光加工装置，其特征在于，所述棱镜（60）能够运动到所述激光射束（50）的光路中，尤其是能够摆入到所述光路中。

10.根据权利要求8或9所述的激光加工装置，其特征在于，所述棱镜（60）能够绕至少一个调整轴线（72、72’）摆动。

11.根据权利要求2至10中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，所述切换装置（28）配备有控制装置（70）。

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