DE3742553A1 - Licht-, insbesondere laserstrahlrichtvorrichtung und -verfahren sowie laserarbeitsplatzsystem - Google Patents

Licht-, insbesondere laserstrahlrichtvorrichtung und -verfahren sowie laserarbeitsplatzsystem

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DE3742553A1
DE3742553A1 DE19873742553 DE3742553A DE3742553A1 DE 3742553 A1 DE3742553 A1 DE 3742553A1 DE 19873742553 DE19873742553 DE 19873742553 DE 3742553 A DE3742553 A DE 3742553A DE 3742553 A1 DE3742553 A1 DE 3742553A1
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Tushar Shahsikant Chande
Marshall Gordon Jones
Jun Angel Luis Ortiz
Jun John Leo August
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General Electric Co
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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Lasersysteme, die bei der Fertigung benutzt werden, und betrifft insbesondere ein Lasersystem, welches mehreren Arbeitsplätzen gestattet, sich einen einzelnen Laser zu teilen.
Hochleistungsgas- und -festkörperlaser haben Eingang in die heutige Fertigung gefunden, weil sie die Kosten senken und die Produktqualität verbessern. Die Ausnutzung von solchen Lasern, ausgedrückt als Prozentsatz der Zeit, während der sie für den Gebrauch verfügbar sind, ist jedoch gering. Das ist der Fall, weil bei solchen Verwendungszwecken üblicherweise ein Laser pro Arbeitsplatz vorgesehen ist. Infolgedessen ergeben sich bei diesen Verwendungszwecken ein großes Verhältnis von Einricht- und Bearbeitungszeit und große Kapitalkosten pro Arbeitsplatz.
Ein Entwurfsziel bei solchen Laserarbeitsplätzen besteht darin, Flexibilität bei der Verwendung des Strahls zu schaffen, der durch einen einzelnen Laser erzeugt wird, beispielsweise zum Schweißen an verschiedenen räumlich getrennten Orten. Diese Flexibilität dient zum Verbessern der Ausnutzung des Lasers. Eine bekannte Methode zum Erzielen dieser Flexibilität besteht darin, den Laserstrahl durch ein Ende einer Lichtleitfaser zu leiten, so daß das andere Ende der Faser zwischen mehreren verschiedenen Orten an einem Arbeitsplatz bewegt werden kann. Eine Vorrichtung für diese Methode ist aus der US-PS 45 64 736 bekannt. Eine zweite bekannte Methode zum Erzielen der Flexibilität besteht darin, einen Laserstrahl zwischen verschiedenen Punkten an einem Werkstück und/oder zwischen Arbeitsplätzen mit Hilfe von Spiegeln und brechenden Elementen abzulenken. Üblicherweise ist die Gesamtstrecke, die der Strahl eines im Handel erhältlichen Stablasers zurücklegen kann, bevor er auf eine unbrauchbare Größe divergiert, klein (z.B. weniger als 2 m). Daher ist die Gesamtzahl der Arbeitsplätze, zu denen ein Laserstrahl abgelenkt werden kann, durch die Gesamtstrecke, die der Strahl zurücklegen kann, sehr begrenzt. Infolgedessen ist die Verbesserung der Laserausnutzung, die durch derartiges Ablenken erzielt werden kann, begrenzt. Eine dritte bekannte Methode zum Steigern der Flexibilität der Laserverwendung besteht darin, den Laserstrahl in mehrere Teile aufzuteilen, von denen jeder zu einem anderen Arbeitsplatz geleitet wird. Ein wesentlicher Nachteil dieser Methode ist die durch die Strahlaufteilung reduzierte Laserleistung, die jedem Arbeitsplatz zugeführt werden kann.
Die Verwendung von Lasern für Markierzwecke ist bekannt und umfaßt eine Vorrichtung zum Richten eines Laserstrahls auf eine Oberfläche, um auf dieser Information zu schreiben. Bei einem Typ von Vorrichtung zum Markieren (Schreiben) mit einem Laserstrahl werden zwei jeweils durch ein Galvanometer angetriebene Spiegel benutzt, welche den Strahl längs der "x"- bzw. der "y"-Richtung, die zueinander orthogonal sind, ablenken. Die Galvanometerbewegungen werden so gesteuert, daß die gewünschte Information geschrieben wird. Solche Verwendungszwecke beinhalten eine Fokussierlinse zum Fokussieren des Laserstrahls auf einen kleinen Punkt, um lesbare Zeichen zu erzeugen. Üblicherweise wird bei derartigen Markierzwecken mit Ablenkung hinter dem Objektiv gearbeitet, wobei der Strahl durch die Fokussierlinse (oder das Fokussierobjektiv) geleitet wird, bevor er durch die Spiegel abgelenkt wird. Ein erwünschtes Merkmal der Ablenkung hinter dem Objektiv besteht darin, daß der Durchmesser des Strahls klein ist, wenn dieser auf die Spiegel trifft, was die Verwendung von kleinen Spiegeln ermöglicht. Kleine Spiegel haben eine relativ geringe Trägheit, so daß eine schnellere Galvanometerbewegung und eine größere Arbeitsgeschwindigkeit der Markiervorrichtung möglich sind.
Es gibt Markierzwecke, bei denen mit Ablenkung vor dem Objektiv gearbeitet wird. Die Schwierigkeiten bei der Anwendung der Ablenkung vor dem Objektiv für Markierzwecke sind in dem Aufsatz "Precision, Post-Objective, Two-axis, Galvanometer Scanning" von Kurt Pelsue, Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, Band 390, 1983, beschrieben, auf den bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Wegen der hohen Genauigkeit, die bei der Strahlplazierung verlangt wird, und aufgrund der Tatsache, daß ein unfokussierter Strahl relativ großen Durchmessers durch die Spiegel über die Fokussierlinse abgelenkt wird, ist eine spezielle f-R-Linse erforderlich. Gemäß den Angaben in dem oben erwähnten Aufsatz wird die f-R-Linse benutzt, um Korrekturen an dem auf sie auftreffenden Laserstrahl vorzunehmen. Die f-R-Linse ruft jedoch Verzerrungen in dem abgetasteten Muster auf der markierten Oberfläche hervor. Weiter gilt der Entwurf der f-R-Linse einzig und allein für die Parameter des Systems, für die sie hergestellt worden ist, so daß kleine Änderungen in der Systemkonfiguration einen neuen Entwurf und eine neue Herstellung der Linse erfordern, was teuer ist. Aus diesen Gründen wird daher die Ablenkung hinter dem Objektiv ebenfalls bei Markierzwecken bevorzugt. Bei einem anderen Markierzweck werden ein oder mehrere nichtlineare optische Kristalle statt der oben beschriebenen Spiegel- und Galvanometerkombination benutzt, um den Laserstrahl über der markierten Oberfläche abzulenken. Solche optischen Kristalle ändern ihren Brechungsindex in direktem Verhältnis zu einer angelegten Spannung. Charakteristisch für die Verwendung von optischen Kristallen ist, daß sehr hohe Spannungen (in der Größenordnung von Kilovolt) erforderlich sind, um winzige Strahlablenkungen zu erzeugen. Das erfordert das Vorsehen von Komponenten zum Erzeugen und Modulieren der hohen Spannungen. Weiter sind die so erzeugten Strahlablenkungen klein, wodurch die Brauchbarkeit der Kristalle bei solchen Verwendungszwecken begrenzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine wesentliche Verbesserung der Leistungslaserausnutzung und eine wesentliche Verringerung der Kapitalkosten pro Arbeitsplatz ermöglicht.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Richten eines Lichtstrahls in mehrere Lichtleitfasern. Die Vorrichtung hat eine Linse zum Fokussieren des Lichtstrahls, eine Einrichtung zum Halten der Lichtleitfasern mit ihren Spitzen nahe dem Linsenbrennpunkt sowie eine Reflektoreinrichtung zum Leiten des Laserstrahls durch die Linse, um den Strahl separat wahlweise auf jede der Lichtleitfaserspitzen zu fokussieren. Die Reflektoreinrichtung umfaßt einen Spiegel, der auf der Welle eines Galvanometers befestigt ist. Die Vorrichtung weist weiter eine Steuereinrichtung auf zum Steuern der Bewegung des Galvanometers, um den Spiegel in mehreren vorbestimmten Positionen auszurichten, welche jeweils bedeuten, daß der Lichtstrahl durch die Linse auf eine andere Lichtleitfaserspitze fokussiert wird.
Die Vorrichtung nach der Erfindung gestattet, einen Impulsleistungslaserstrahl, wie er durch einen Neodym : Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG)-Laser erzeugt wird, in mehrere Lichtleitfasern zu richten, welche ihn zu verschiedenen Arbeitsplatzorten übertragen, wo der Laser benutzt werden kann. Der Impulslaserstrahl wechselt zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand, und die Steuereinrichtung ist in der Lage, die Galvanometerwelle und den darauf befestigten Spiegel während des Aus-Zustands des Laserstrahls zu bewegen. In einer ersten dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist ein einziges Galvanometer mit einem auf dessen Welle befestigtem Spiegel vorgesehen, um den Laserstrahl separat durch mehrere Fokussierlinsen zu leiten. Ein Faserhalter, der jeder Linse zugeordnet ist, hält wenigstens eine Faser mit der Spitze in der Nähe des Linsenbrennpunkts. Die Faserspitzen und eine Achse des Laserstrahls sind im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Eine ebene, reflektierende Oberfläche des Spiegels und die Linsen sind rechtwinkelig zu der gemeinsamen Ebene.
In einer zweiten dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Galvanometer, jedes mit einem auf seiner Welle befestigten Spiegel, vorgesehen, um den Laserstrahl separat durch mehrere Fokussierlinsen zu leiten. Ein Lichtleitfaserhalter, der jeder Linse zugeordnet ist, hält wenigstens eine Faser mit ihrer Spitze in der Nähe des Linsenbrennpunkts. Die Spiegel sind so angeordnet, daß ein erster Spiegel den Laserstrahl auf den zweiten Spiegel richtet. Die Spiegel sind weiter so angeordnet, daß die Bewegung des ersten Spiegels durch dessen Galvanometer den Laserstrahl langs einer ersten Koordinatenachsenrichtung ablenkt und daß die Bewegung des zweiten Spiegels durch dessen Galvanometer den Laserstrahl längs einer zweiten Koordinatenachsenrichtung ablenkt.
Im Betrieb jeder dargestellten Ausführungsform enthält die Steuereinrichtung einen Digitalcomputer, der eine Sequenz von Positionsadressen erzeugt, welche bewirken, daß das (die) Galvanometer zu den vorbestimmten Positionen bewegt wird (werden),von denen jede bewirkt, daß der Laserstrahl in eine andere Lichtleitfaser geleitet wird. Die schnelle Umorientierung zwischen den Laserimpulsen führt dazu, daß die volle Laserleistung zu den Ausgangsenden der Lichtleitfasern, in die der Laserstrahl gerichtet wird, übertragen wird.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines Laserstrahlrichtsystems, das gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist,
Fig. 2 in Draufsicht das in Fig. 1 gezeigte Strahlrichtsystem einschließlich Schnittansichten von ausgewählten Elementen desselben,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Laserstrahls, der in eine Lichtleitfaser geleitet wird,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung, die bei der ersten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird,
Fig. 5 eine isometrische Darstellung eines Laserstrahlrichtsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Laserstrahltrajektorie, welche durch Spiegel erzeugt wird, die in der zweiten Ausführungsform der Erfindung benutzt werden,
Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung, die in der zweiten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird,
Fig. 8 ein Laserarbeitsplatzsystem, welches die Laserstrahlrichtvorrichtung nach der Erfindung aufweist, und
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer weiteren Steuerschaltung, die in der zweiten Ausführungsform der Erfindung benutzt werden kann.
In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein Laserstrahlrichtsystem 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zum Richten eines Leistungslaserstrahls 102 in eine unter mehreren Lichtleitfasern 104 ausgewählte Lichtleitfaser. Das System 100 weist einen Spiegel 106 auf zum Reflektieren eines einfallenden Teils 108 des Strahls 102. Der Spiegel 106 ist an einer Welle 110 eines Galvanometers 112 starr befestigt, welches die Welle und den daran befestigten Spiegel 106 in irgendeiner von mehreren vorbestimmten Positionen positionieren kann. Jede dieser vorbestimmten Positionen ermöglicht die Reflexion des Laserstrahls mittels des Spiegels 106 durch eine Linse 114 zum Fokussieren auf die Spitze einer von mehreren Lichtleitfasern 104. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 gibt es mehrere Linsen 114, von denen jede in einem von zwei Linsenhaltern 116, 118 starr gehalten ist. Zwischen den Linsenhaltern ist ein Zwischenraum vorgesehen, so daß der einfallende Teil 108 des Strahls 102 dazwischen hindurchgeleitet werden kann.
Jede Lichtleitfaser 104 ist in einem Faserhalter 120 so befestigt, daß die Spitze der Faser nahe dem Brennpunkt einer zugeordneten Linse 114 angeordnet ist. So wird gemäß der Darstellung in Fig. 1 die Faserspitze 104-1 nahe dem Brennpunkt der Linse 114-1 durch den Faserhalter 120-1 gehalten. Für jede Linse 114 ist ein gesonderter Faserhalter 120 vorgesehen. Das Galvanometer, die Faserhalter und die Linsenhalter sind auf einer Basis 122 starr befestigt, um eine geeignete Ausrichtung zwischen denselben aufrechtzuerhalten. Die Basis 122 kann eine optische Laborplatte sein. Wenn die Elemente des Systems 100 in einem Gehäuse befestigt sind, können sie an den Gehäusewänden oder an der Gehäuseoberseite statt an der Basis gehaltert sein, je nachdem, wie sich ihre Ausrichtung am zweckmäßigsten unverändert aufrechterhalten läßt. Das System 100 weist weiter eine Steuereinrichtung auf, die einen Digitalcomputer 124 enthält, mittels welchem die Position des Galvanometers 112 auf programmierte Weise steuerbar ist. Die Steuereinrichtung enthält weiter eine Steuerinterfaceschaltung (in Fig. 1 nicht gezeigt) zwischen dem Computer und dem Galvanometer, die weiter unten ausführlich beschrieben ist. Der Computer 124 kann ein IBM-PC/AT-Computer sein.
Eine Achse 126 des Laserstrahls 102 und die Spitzen der Lichtleitfasern 104 liegen im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene. Es wird hier bevorzugt, den Strahl 102 an einer vorderen, im wesentlichen ebenen reflektierenden Oberfläche 128 des Spiegels 106 reflektieren zu lassen. Die Galvanometerwelle 110 ist so ausgerichtet und der Spiegel 106 ist so daran befestigt, daß in allen vorbestimmten Positionen des Spiegels und der Welle die reflektierende Oberfläche 128 rechtwinkelig zu der gemeinsamen Ebene ist. Darüber hinaus sind sämtliche Linsen 114 gleichabständig von einem zentralen Punkt auf der reflektierenden Oberfläche 128 des Spiegels 106 befestigt. Weiter ist jede Linse in einer Ebene angeordnet, die zu der gemeinsamen Ebene im wesentlichen rechtwinkelig ist.
Fig. 2 zeigt in Draufsicht das System 100, und zwar einschließlich Schnittansichten der Halter 116 und 118, der Linsen 114 und der Faserhalter 120. Gemäß Fig. 2 können mehrere Fasern 104 in jedem Faserhalter 120 befestigt sein. Für die Anzahl von Fasern, die in jedem Halter befestigt werden müssen, gibt es jedoch keine Beschränkung. Wenn mehrere Fasern in einem Faserhalter befestigt sind, liegen deren Spitzen alle im wesentlichen in der gemeinsamen Ebene, die oben beschrieben worden ist. Es wird hier bevorzugt, jeden Faserhalter aus einem für einen Laserstrahl durchlässigen Material herzustellen, um eine Beschädigung zu vermeiden, die sich sonst ergeben würde, sollte der Laserstrahl vorübergehend fehlgerichtet werden. Jeder Faserhalter sollte außerdem ein einfaches Entfernen und Wiederbefestigen der Fasern sowie eine axiale Justierbarkeit jeder Faser längs der Achse der Faser gestatten. Ein solcher Lichtleitfaserhalter bildet den Gegenstand einer weiteren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin.
Jede Linse 114 ist vorzugsweise eine im Handel erhältliche plan-konvexe Linse aus Quarz, die mit einer Vergütung versehen ist und deren ebene Seite den Faserspitzen zugewandt ist. Die Ablenkung des Laserstrahls vor dem Objektiv wird bei der Ausführung der Erfindung erfolgreich angewandt, ohne daß Spezialfokussierlinsen, wie z.B. die oben erwähnte f-R-Linse, erforderlich sind. Wie erwähnt sind die Spitzen der Lichtleitfasern nahe dem Brennpunkt der ihnen zugeordneten Linse befestigt. Bei so positionierten Spitzen führen kleine Änderungen in der Position des Spiegels 106 dazu, daß der Laserstrahl auf andere Fasern fokussiert wird, die in einem besonderen Faserhalter gehalten sind.
Gemäß Fig. 3 und gemäß dem Stand der Technik ist eine besondere Eigenschaft jeder Lichtleitfaser ein Öffnungswinkel 130 an der Faserspitze, in den ein fokussierter, konvergierender Teil 132 des Laserstrahls fallen muß, um in die Lichtleitfaser einzutreten und vollständig durch diese übertragen zu werden. Weiter muß die Fleckgröße des fokussierten Laserstrahls auf der Faserspitze einen Durchmesser haben, der kleiner als der der Spitze oder gleich dem der Spitze ist. Wenn der Durchmesser des fokussierten Strahlflecks größer als der der Faserspitze ist, können die Faser, der Faserhalter und/oder jede umgebenden Oberfläche beschädigt werden. Die Öffnungskegel- und Fleckgrößenbeschränkungen dienen zum Festlegen der Brennweite jeder Linse 114. Außerdem gibt es einen gewissen Spielraum beim Positionieren jeder Faserspitze, im wesentlichen längs der Strahlachse 126, welcher den obigen Beschränkungen unterliegt. Daher braucht nicht jede Faserspitze genau in einem Linsenbrennpunkt positioniert zu sein.
Das System 100 ist speziell geeignet, den Verbrauch der Leistung eines einzelnen Impulslasers an mehreren entfernten Arbeitsplatzorten im wesentlichen gleichzeitig zu ermöglichen, d.h. ohne den Laserstrahl zwischen den Arbeitsplätzen zu teilen, zu brechen oder zu reflektieren. Erreicht wird das durch Einleiten der aufeinanderfolgenden Laserstrahlimpulse in schneller Folge in ausgewählte Faserspitzen. Die volle Leistung des Laserstrahls wird dadurch als eine Vielzahl vom Impulsen zu einem entfernten Ausgangsende jeder Faser geleitet, in die er eingeleitet worden ist, wobei die gelieferte Laserleistung im wesentlichen nur durch Leistungsverluste innerhalb der Faser beschränkt wird. Mit einem Laser und dem Strahlrichtsystem nach der Erfindung, das mit mehreren entfernten Arbeitsstationen durch mehrere Lichtleitfasern verbunden ist, kann die volle Leistung des einzelnen Lasers jedem dieser entfernten Orte zugeführt werden.
In Fällen, in denen in jeder Arbeitsstation geschweißt oder gebohrt wird, was hier bevorzugt wird, ist das System 100 besonders zur Verwendung mit einem Impulsleistungslaser geeignet, wie beispielsweise einem Neodym : Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG)-Impulsstablaser, der von der Raytheon Corporation als Modell Nr. SS550 erhältlich ist. Dieser Laser hat eine mittlere Nennleistung von 400 W, ein Maximum von 50 J/Impuls bei einer Impulsfrequenz von 0-200 Impulsen pro Sekunde, wobei die Impulslänge von 0,1 bis 9 ms veränderbar ist.
Im Anschluß an jeden Impuls des Laserstrahls kann das Galvanometer den Spiegel 106 zu einer anderen seiner vorbestimmten Positionen bewegen. Wie erwähnt erfolgt das auf programmierte Weise unter der Steuerung des Computers 124, so daß der Laserstrahl in irgendeine oder jede Spitze der Fasern 104 in jeder gewünschten Reihenfolge eingeleitet werden kann. Die Geschwindigkeit, mit der er in die Fasern eingeleitet werden kann, wird zum Teil durch die mögliche Impulsfrequenz des Lasers und durch die Geschwindigkeit, mit der das Galvanometer 112 den Spiegel 106 zu einer anderen vorbestimmten Position zwischen Laserstrahlimpulsen bewegen kann, bestimmt. Das Galvanometer 112 kann als Dreheisengalvanometerabtaster, Modell G 350DT, mit zugeordnetem Treiberverstärker, Modell CX660, verwendet werden, die beide von der General Scanning, Inc., Watertown, Massachusetts, hergestellt werden.
Die Geschwindigkeit, mit der das Galvanometer den daran befestigten Spiegel bewegen kann, wird durch die Trägheit des Spiegels begrenzt. Wenn die Strahlgüte (BQ) des Laserstrahls relativ gering ist, wird der einfallende Laserstrahl eine relativ hohe Divergenz haben und auf dem Spiegel einen großen Fleck erzeugen. Eine geringe Strahlgüte eines Leistungslasers liegt vor, wenn sie in dem Bereich von 125 bis 200 mm-mrad bei ungefähr 400 W mittlerer Leistung liegt. Die reflektierende Oberfläche 128 des Spiegels 106 muß groß genug sein, um den gesamten Strahl 102 zu reflektieren. Je schlechter die Strahlgüte ist, um so größer ist der zum Reflektieren des Strahls erforderliche Spiegel, und je größer der Spiegel ist, um so langsamer ist die mögliche Galvanometergeschwindigkeit. Die theoretisch beste Strahlgüte, die bei einem Nd:YAG-Laser erzielbar ist, liegt in der Größenordnung von 2 mm-mrad, und die beste Strahlgüte, die bislang in einem kommerziellen Stablaser nach Wissen der Anmelderin praktisch erzielt wird, liegt nur in der Größenordnung von 80 mm-mrad bei ungefähr 250 Watt mittlerer Leistung. Die Strahlgüte des oben erwähnten Lasers, der von Raytheon hergestellt wird, liegt in der Größenordnung von 125 mm-mrad. Solche Strahlgütewerte für Leistungslaser sind von Werten zu unterscheiden, welche bei Lasermarkierzwecken angetroffen werden. Beispielsweise ist es bekannt, gütegeschaltete Stablaser niedriger Leistung (10-50 Watt mittlerer Leistung) in solchen Fällen zu benutzen, die üblicherweise eine Strahlgüte in der Größenordnung von 7-15 mm-mrad haben. Die Erfindung kann daher selbst mit einem Laser erfolgreich ausgeführt werden, der eine schlechte Strahlgüte hat. In der Praxis wurde bei Verwendung des oben erwähnten Galvanometers von General Scanning zum Ablenken eines Strahls, der durch den von Raytheon hergestellten Laser erzeugt wird, eine Galvanometerschaltgeschwindigkeit von bis zu 15 Hz erzielt.
Der Typ des Laserstrahls, der benutzt wird, bestimmt zum Teil das Lichtleitfasermaterial, das zur Strahlübertragung am besten geeignet ist. Hier werden Quarzglasfasern zum Übertragen des Nd:YAG-Laserstrahls bevorzugt. Darüber hinaus erfordern die Spitzen der Lichtleitfasern eine Präparierung, damit der fokussierte Laserstrahl effizient in sie eingeleitet werden kann. Eine geeignete Faserspitzenpräpariertechnik, die hier bevorzugt wird, ist in der US-PS 45 64 736 beschrieben, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.
Als ein weiteres Merkmal der Erfindung wird die reflektierende Oberfläche 128 des Spiegels 106 mit einem dielektrischen Material überzogen, um deren Reflexionsvermögen zu verbessern, ohne den in sie einfallenden Leistungslaserstrahl zu beeinträchtigen. Der Überzug aus dielektrischem Material wird so gewählt, daß sich für die besondere Wellenlänge des verwendeten Lasers, z.B. 1060 nm für den Nd:YAG-Laser, ein hohes Reflexionsvermögen ergibt. Weiter ergibt der dielektrische Überzug üblicherweise ein Reflexionsvermögen, das von dem Winkel abhängig ist, unter dem der Laserstrahl auf ihn einfällt, d.h. dem Winkel zwischen der Achse des Laserstrahls und der Normale zu der reflektierenden Oberfläche. Der Überzug ergibt ein maximales Reflexionsvermögen von beinahe 100%, wenn der Strahl ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel zu der reflektierenden Oberfläche ist, und zunehmend niedrigere Reflexionsvermögen für Einfallswinkel, die größer oder kleiner als der vorgeschriebene Winkel sind. Bei dem System 100 beträgt der vorgeschriebene Winkel 45°. Der Spiegel 106 kann gemäß der oben erwähnten Wellenlänge und dem durch die Spezifikationen der CVI Laser Corporation, Albuquerque, N. M., vorgeschriebenen Winkel hergestellt werden. Es scheint zwar, daß der dielektrische Überzug für feststehende Spiegel besser geeignet ist, sein Reflexionsvermögen und seine Dauerhaftigkeit ohne Beeinträchtigung des Leistungslaserstrahls machen ihn jedoch zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung gut geeignet. Durch Wählen der Strecke zwischen dem Spiegel und den Linsen sowie durch Wählen des Abstands zwischen den Linsen, um die Gesamtwinkelbewegung zu minimieren, die der Spiegel ausführen muß, werden die Gesamtverluste an Wirkungsgrad aufgrund des reduzierten Spiegelreflexionsvermögens minimiert. In der Praxis wurde ein Gesamtbereich des Einfallswinkels von ±10° um den vorgeschriebenen Winkel erfolgreich benutzt.
Es wird hier bevorzugt, hauptsächlich aus Sicherheitsgründen, daß die Elemente des Systems 100, die auf der Basis 122 befestigt sind, in ein lichtdichtes Gehäuse (nicht dargestellt) eingeschlossen sind. Infolgedessen werden im Falle des Versagens eines Elements Streuanteile des Laserstrahls in dem Gehäuse gehalten. Ein weiteres Ergebnis des Einschließens der Elemente besteht darin, daß die Ablagerung von Teilchen aus der Luft, z.B. von Staub, in der Nähe der Faserspitzen minimiert wird. Wenn der Laserstrahl auf solche Teilchen auftrifft, könnten die Fasern verbrannt und beschädigt werden.
Eine Einrichtung zum Steuern des Galvanometers 112 mit dem Computer 124 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Computer ist mit dem Galvanometer über eine Steuerinterfaceschaltung 200 verbunden. Die Schaltung 200 weist eine Puffertreiberschaltung 202 zum Empfangen einer 8-Bit-Galvanometerpositionsadresse aus dem Computer 124 auf. Jede Galvanometeradresse entspricht einer der vorbestimmten Spiegelpositionen zum Einleiten des Laserstrahls in eine andere Lichtleitfaser. Die Schaltung 202 ist vorgesehen, um Parameter (z.B. die Kapazität) in Verbindungskabeln zu kompensieren und das digitale Adreßsignal zum Anlegen an einen Digital/Analog(D/A)-Wandler 204 aufzubereiten. Der D/A-Wandler 204 liefert an seinem Ausgang 206 ein Analogsignal, das dem an ihn angelegten digitalen Eingangssignal entspricht. Der D/A-Wandler 204 kann ein gepufferter, multiplizierender 8-Bit-D/A-Wandler sein, der als Modell Nr. AD75245N von Analog Devices, Inc., erhältlich ist. Der Analogausgang 206 ist mit einem Verstärker 208 verbunden, dessen Ausgang 212 zu einem Rückkoppelungseingang 210 des D/A-Wandlers 204 rückgekoppelt ist. Der Verstärker 208 und die Rückkoppelungsverbindung zu dem D/A-Wandler 204 dienen zum Stabilisieren des analogen Ausgangssignals des Wandlers, wobei das stabilisierte Signal an dem Ausgang 212 des Verstärkers 208 abgegeben wird. Die Interfaceschaltung 200 enthält weiter eine Signalaufbereitungsschaltung 214 zum Empfangen eines Synchronisiereingangssignals, das durch den Laser geliefert wird. Das Synchronisiersignal besteht aus einer Folge von Impulsen, von denen jeder einem Laserimpuls unmittelbar vorangeht, wie es an sich bekannt ist. Die Signalaufbereitungsschaltung 214 enthält eine Schaltungsanordnung, die auf das Synchronisiersignal hin an einem Ausgang 216 ein impulsförmiges Schreibfreigabesignal liefert, das an einen Freigabeeingang 218 des D/A-Wandlers 204 angelegt wird. Die Schreibfreigabesignalimpulse entsprechen Perioden, in denen der Laserstrahl in dem Aus-Zustand ist. Der D/A-Wandler 204 spricht nur auf die an ihn angelegte Digitaladresse an, d.h. verarbeitet diese nur, wenn das Schreibfreigabesignal vorhanden ist. Infolgedessen definiert jeder Schreibfreigabesignalimpuls ein Fenster, während welchem der durch ein Galvanometer angetriebene Spiegel aus einer seiner vorbestimmten Positionen in eine andere bewegt werden kann. Die Signalaufbereitungsschaltung 214 verzögert das Öffnen des Fensters, so daß das Öffnen nur erfolgt, wenn der Laser in dem Aus-Zustand ist. Die Signalaufbereitungsschaltung 214 stellt die Breite des Fensters so ein, daß es schließt, bevor der nächste Laserimpuls erzeugt wird. Mit jedem so definierten Fenster ist im Betrieb des Systems 100 ein Sicherheitsspielraum vorhanden.
Ein Ausgang 220 der Signalaufbereitungsschaltung 214 legt das Schreibfreigabesignal an den Computer 124 über eine Puffertreiberschaltung 222 an. Die Schaltung 222 ist vorgesehen, um im wesentlichen die gleiche Funktion wie die Schaltung 202 zu erfüllen. Das so an den Computer 124 angelegte Schreibfreigabesignal bestimmt, wann die Galvanometerpositionsadressen durch den Computer zum Anlegen an den D/A-Wandler 204 erzeugt werden.
Das Galvanometer 112 hat einen Ausgang 224, an dem es ein Analogsignal liefert, das zu der Position der Galvanometerwelle (und des daran befestigten Spiegels 106) proportional ist. Die Wellenposition wird über einen Verstärker 226 rückgekoppelt und an einen ersten Eingang 228 eines Komparators 230 angelegt. Das stabilisierte Analogausgangssignal an dem Ausgang 212 des Verstärkers 208 wird durch einen Verstärker 232 verstärkt und an einen zweiten Eingang 234 des Komparators 230 angelegt. Die Verstärker 226 und 232 werden so gewählt, daß sie die Verstärkungen haben, welche gestatten, daß die analogen Adreß- und Galvanometerpositionssignale direkt verglichen werden können. Der Komparator 230 liefert ein Fehlersignal, das die Abweichung der Istgalvanometerwellenposition von einer Sollposition darstellt, durch einen Verstärker 236 verstärkt und dann an das Galvanometer als ein Galvanometersteuersignal angelegt wird. Bei dem Galvanometer und dem Treiberverstärker, die von der General Scanning, Inc., hergestellt werden und oben erwähnt sind, wird das Fehlersignal an den Treiberverstärker angelegt und die Wellenposition von diesem rückgekoppelt. Der Treiberverstärker dient seinerseits zum Ansteuern des Galvanometers.
Im Betrieb ist das System 100 über die Lichtleitfasern 104 mit einer oder mehreren Arbeitsplätzen verbunden, um den Laserstrahl 102 zu diesen zu übertragen. Jeder Lichtleitfaserhalter 120 hält eine oder mehrere Lichtleitfasern fest. Eine oder mehrere Lichtleitfasern, die aus jedem Lichtleitfaserhalter austreten, können mit jedem Arbeitsplatz verbunden sein. Der Computer 124 ist so programmiert, daß er die 8-Bit-Adressen der vorbestimmten Galvanometerwellenpositionen liefert, in denen der Laserstrahl durch jede Linse 114 nur auf die Spitzen von Lichtleitfasern geleitet wird, die mit Arbeitsplätzen verbunden sind, denen der Strahl zugeführt werden soll. Die Adressen können durch den Computer 124 in irgendeiner vorbestimmten Reihenfolge geliefert werden, werden aber vorzugsweise in einer Reihenfolge geliefert, die die Spiegelbewegung von Adresse zu Adresse minimiert. Die Adressen werden gemäß dem Schreibfreigabesignal geliefert, und der D/A-Wandler wird, wie oben erwähnt, freigegeben, um auf eine neu gelieferte Adresse nur dann anzusprechen, wenn er das Schreibfreigabesignal empfängt. Bei Nichtvorhandensein des Schreibfreigabesignals, wenn der Laser in dem Ein-Zustand ist, hält der D/A-Wandler 204 an seinem Ausgang 206 das Analogsignal aufrecht, welches der letzten angelegten digitalen Adresse entspricht. Der Verstärker 208 und die Rückkopplungsverbindung zu dem Wandlereingang 210 halten das analoge Ausgangssignal stetig, was erforderlich ist, da eine Spiegelbewegung während des Ein-Zustands des Laserstrahls äußerst unerwünscht ist. Die Rückführung der Galvanometerposition in geschlossenem Regelkreis zu dem Komparator 230 dient weiter dazu, die Spiegel stetig und in der korrekten vorbestimmten Position zu halten. Das System 100 arbeitet also in einer "Schrittschalt"-Betriebsart, in der die Spiegelbewegung zwischen Laserimpulsen bewirkt wird. Der mechanische Verschluß, der bei Leistungslasern üblicherweise vorgesehen ist, bleibt während des gesamten normalen Systembetriebes offen.
Fig. 5 zeigt ein Laserstrahlrichtsystem 300 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zum Richten eines Leistungslaserstrahls 302 in eine unter mehreren Lichtleitfasern 304 ausgewählte Lichtleitfaser. Das System 300 weist einen Spiegel 306 auf, der einen einfallenden Teil 308 des Laserstrahls auf einen zweiten Spiegel 310 reflektiert. Der Strahl wird an dem Spiegel 310 reflektiert, der ihn auf eine von vier Fokussierlinsen 312 lenkt, welche den Strahl auf die Spitze einer von mehreren Lichtleitfasern 304 fokussiert. Die Linsen 312 sind plan-konvexe Linsen wie in dem oben beschriebenen System 100, wobei die Planflächen jeweils den Faserspitzen zugewandt sind. Die Linsen sind in einem Linsenhalter 314 starr befestigt, der seinerseits auf einer Basis 316 starr befestigt ist, bei der es sich um eine optische Laborplatte handeln kann. Eine Gruppe aus einer oder mehreren Lichtleitfasern ist jeder Linse zugeordnet und hat ihre Faserspitzen nahe einem Brennpunkt ihrer zugeordneten Linse. Jede Gruppe von Fasern wird mit den so positionierten Spitzen in einem Faserhalter 318 starr festgehalten. Die Faserhalter 318 sind an Winkeln 320 starr befestigt, welche an zwei Tragteilen 322 starr befestigt sind. Die Tragteile 322 sind ihrerseits auf der Basis 316 starr befestigt. Die Faserhalter 318 haben im wesentlichen denselben Aufbau wie die Halter 120 nach den Fig. 1 und 2, die oben beschrieben worden sind.
Der Spiegel 306 ist an einer Welle 324 eines Galvanometers 326 befestigt, so daß sich der Spiegel mit der Welle bewegt. Ebenso ist der Spiegel 310 an einer Welle 328 eines Galvanometers 330 befestigt, so daß er sich mit dieser bewegt. Die Galvanometer 326 und 330 können jeweils ein Dreheisengalvanometerabtaster, Modell XY3035, hergestellt von General Scanning, Inc., sein, und das System 300 enthält weiter eine Steuereinrichtung, die einen Digitalcomputer 332 umfaßt, mittels welchem die Positionen der Galvanometerwellen 324 und 328 sowie der daran befestigten Spiegel 306 bzw. 310 auf programmierte Weise steuerbar sind. Die Steuereinrichtung enthält weiter eine Interfaceschaltung (in Fig. 5 nicht dargestellt), die zwischen die Galvanometer und den Computer geschaltet und weiter unten ausführlich beschrieben ist.
Die Spiegel 306 und 310 weisen jeweils eine vordere, im wesentlichen ebene reflektierende Oberfläche 334 bzw. 336 zum Reflektieren des Laserstrahls auf. Jede reflektierende Oberfläche ist mit einem dielektrischen Material überzogen, wie es oben für die reflektierende Oberfläche 128 des Spiegels 106 in dem System 100 beschrieben worden ist. Der vorgeschriebene Winkel zwischen der Normalen zu der reflektierenden Oberfläche und der Achse des auf diese Oberfläche fallenden Strahls bestimmt daher das Oberflächenreflexionsvermögen. Der vorgeschriebene Winkel für die Spiegel 306 und 310 beträgt 45°. Die Spiegel können durch die oben erwähnte CVI Laser Corporation hergestellt sein.
Jede Galvanometerwelle 324 und 328 ist um ihre Achse drehbar, um den daran befestigten Spiegel so zu positionieren, daß er den Laserstrahl 302 auf eine der Linsen 312 reflektiert, die den Laserstrahl auf die Spitze einer besonderen Lichtleitfaser fokussiert. Die Trajektorie, welcher der Laserstrahl folgt und welche durch die Positionen der Spiegel 306 und 310 bestimmt wird, ist in Fig. 6 gezeigt. Nur die Spiegel 306 und 310, Teile der Galvanometerwellen 324 und 328, eine Linse 312 und ein Teil des Laserstrahls 302 sind in Fig. 6 gezeigt. Der Laserstrahl 302 pflanzt sich längs einer Strahlachse 350 fort. Der Spiegel 306 ist so positioniert, daß die Achse 350 einen Mittelpunkt 352 auf der reflektierenden Oberfläche 334 des Spiegels 306 schneidet. Die Welle 324 des Galvanometers 326 und damit der Spiegel 306 drehen sich um eine Achse 354. In dem Drehwinkelbereich um die Achse 354 schneidet bei der Ausführung der Erfindung die Strahlachse 350 immer den Mittelpunkt 352 auf der reflektierenden Oberfläche 334. Der Laserstrahl 302 projiziert einen Fleck 356 auf die reflektierende Oberfläche 334. Der Spiegel 310 ist um eine Achse 357 drehbar. Die Spiegel 306 und 310 sind so ausgerichtet, daß die Achse 350 des Strahls, der an dem Spiegel 306 reflektiert wird, in dem Drehwinkelbereich des Spiegels 310 um die Achse 357 bei der Ausführung der Erfindung immer eine "x"-Mittellinienkoordinatenachse 358 auf der reflektierenden Oberfläche 336 schneidet. Der Spiegel 310 weist weiter eine "y"-Mittellinienkoordinatenachse 360 auf der reflektierenden Oberfläche 336 auf, wobei die Achsen 358 und 360 zueinander orthogonal sind und sich in einem Mittelpunkt 362 schneiden. Der Laserstrahl 302, der von dem Spiegel 306 auf den Spiegel 310 reflektiert wird, projiziert einen Fleck 364 auf den letztgenannten Spiegel. In Fig. 6 ist die reflektierende Oberfläche 336 des Spiegels 310, auf die der Strahl 302 trifft, von dem Betrachter abgewandt. Aus diesem Grund ist der Fleck 364, der eigentlich nicht sichtbar ist, nur gestrichelt dargestellt.
In Fig. 6 sind die Spiegel so positioniert, daß sie den Laserstrahl auf die Linse 312 richten, die in dem oberen linken Teil des Linsenhalters 314 in Fig. 5 angeordnet ist. Die Strahlachse 350 schneidet daher die konvexe Oberfläche der Linse 312, auf die ein Fleck 366 des Laserstrahls projiziert wird. Außerdem ist in Fig. 6 eine rechteckige Linsenebene 368 gezeigt, welche vier Ecken 370 aufweist. Die Ebene 368 hat definitionsgemäß eine "x"-Mittellinienkoordinatenachse 372 und eine "y"-Mittellinienkoordinatenachse 374, welche zu der Achse 372 orthogonal ist. Beide Achsen schneiden sich in einem Mittelpunkt 376. Die vier Linsen sind so angeordnet, daß ein Mittelpunkt auf der konvexen Seite jeder Linse in einer der vier Ecken 370 angeordnet ist. Die Lichtleitfaserspitzen, welche der oberen linken Linse zugeordnet sind, sind so positioniert, daß sie im wesentlichen in einer Faserspitzenebene 378 liegen, die einen Mittelpunkt 380 in dem Schnittpunkt einer "x"-Mittellinienkoordinatenachse 382 und einer "y"-Mittellinienkoordinatenachse 384, welche zu der Achse 382 orthogonal ist, hat. Gemäß Fig. 6 ist der Abstand zwischen der Planfläche der oberen linken Linse und der Ebene 378 im wesentlichen gleich einer Linsenbrennweite "f". Daher ist jeder der vier Linsen eine andere Faserspitzenebene zugeordnet, die im wesentlichen in der Entfernung "f" von der Linsenplanfläche angeordnet ist. Jede Faserspitzenebene ist so ausgerichtet, daß sie zu der Planfläche ihrer zugeordneten Linse im wesentlichen parallel ist. Die Spiegel 306 und 310 können den fokussierten Laserstrahl über einen Ablenkbereich 386 der Ebene 378 ablenken, in der die Spitzen der Fasern positioniert sind. Bevorzugt wird hier, daß die Spitze einer der Fasern 304, die in dem Faserhalter 318 befestigt sind, in dem Mittelpunkt 380 positioniert ist. Da die Spiegel 306 und 310 so positioniert werden, daß sie den Strahl auf diese zentrale Faserspitze fokussieren, ist jede Linse so positioniert, daß die Achse des Strahls durch den Mittelpunkt der Linse hindurchgeht und zu den beiden Linsenplanflächen und der Faserspitzenebene 378 rechtwinkelig ist. Die Brennweite "f" jeder Linse wird außerdem gemäß dem Öffnungskegel der benutzten Lichtleitfasern wie oben beschrieben festgelegt, um eine maximale spezifische Durchlässigkeit des eingeleiteten Laserstrahls zu gewährleisten.
Die Galvanometerwellen 324 und 328 mit den daran befestigten Spiegeln 306 bzw. 310 nehmen eine Ausgangsposition ein, wenn keine Treibersignale zum Steuern ihrer Bewegung vorhanden sind. In der Ausgangsposition sind die Spiegel 306 und 310 jeweils mit ihrer reflektierenden Oberfläche unter einem Winkel von 45° gegen die Teile der Strahlachse 350 ausgerichtet, welche die Spiegel schneiden. In der Ausgangsposition richten die Spiegel den Laserstrahl auf die Linsenebene 368, so daß die Strahlachse den Mittelpunkt 376 derselben schneidet. Gemäß Fig. 5 ist eine Öffnung 388 in dem Linsenhalter 314 in einem Gebiet vorgesehen, in welchem sich der Mittelpunkt 376 befindet. Die Öffnung 388 ist groß genug, um den unbehinderten Durchgang des Laserstrahls zu ermöglichen. Ein Wärmeableiter, beispielsweise eine wassergekühlte Metallplatte, kann ausgerichtet auf die Öffnung 388 hinter den Haltern 322 positioniert sein, um den Strahl zu empfangen, wenn die Spiegel die Ausgangsposition einnehmen. Ein Sicherheitsmerkmal, das bei der Ausführung der Erfindung realisiert werden kann, umfaßt daher das Abschalten der Galvanometersignale im Falle einer festgestellten Funktionsstörung, indem die Laserenergie in den Wärmeableiter geleitet wird.
Wenn die Spiegel in der Ausgangsposition sind, schneidet die Achse 350 des Laserstrahls den Mittelpunkt 362 des Spiegels 310. Unter Verwendung der Ausgangsposition als Referenzposition wird das Ablenken des Laserstrahls durch Drehung der Spiegel 306 und 310 besser verständlich. Beginnend in der Ausgangsposition bewirkt das Festhalten des Spiegels 310 und das Drehen des Spiegels 306 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 354, daß der Punkt, wo die Strahlachse 350 die "x"-Achse 358 des Spiegels 310 schneidet, sich längs dieser x"-Koordinatenachse ab dem Mittelpunkt 362 in Fig. 6 nach rechts bzw. links bewegt. Diese Drehung des Spiegels 306 bewirkt weiter, daß sich der Punkt, wo die Strahlachse 350 die "x"-Achse 372 der Linsenebene 368 schneidet, längs dieser "x"-Koordinatenachse ab dem Mittelpunkt 376 in Fig. 6 nach rechts bzw. links bewegt. Wieder beginnend in der Ausgangsposition bewirkt das Festhalten des Spiegels 306 und das Drehen des Spiegels 310 im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um die Achse 357, daß sich der Punkt, wo die Strahlachse 350 die "y"-Achse 374 der Linsenebene schneidet, längs dieser "y"-Koordinatenachse ab dem Mittelpunkt 376 in Fig. 6 nach oben bzw. unten bewegt. Während dieser gesamten Drehung des Spiegels 310 bei festgehaltenem Spiegel 306 in der Ausgangsposition schneidet die Strahlachse kontinuierlich die Mittelpunkte 352 und 362 der Spiegel 306 bzw. 310. Es ist deshalb zu beobachten, daß die Drehung des Spiegels 306 die Ablenkung des Laserstrahls längs der "x"-Koordinatenachsenrichtung des Spiegels 310, der Linsenebene und der Faserspitzenebene bewirkt. Ebenso führt die Drehung des Spiegels 310 zur Strahlablenkung längs der "y"-Koordinatenachsenrichtung der Linsen- und Faserspitzenebenen.
Die Drehung von beiden Spiegeln 306 und 310 ist also notwendig, um den Laserstrahl 302 auf irgendeine der vier Linsen 312 zu richten. Um beispielsweise den Laserstrahl auf die Linsen zu richten, die in dem oberen rechten Teil des Linsenhalters 314 in Fig. 5 angeordnet ist, ist eine Drehung im Uhrzeigersinn von beiden Spiegeln 306 und 310 aus ihren Ausgangspositionen erforderlich. Zum Richten des fokussierten Laserstrahls in eine besondere Lichtleitfaserspitze ist es notwendig, die Spiegel 306 und 310 jeweils in eine besondere, vorbestimmbare Position zu drehen. Somit entspricht ein eindeutiges, vorbestimmtes Paar Spiegelpositionen für die Spiegel 306 und 310 dem Fokussieren des Laserstrahls auf jede Lichtleitfaserspitze. Mittels der Steuereinrichtung werden die Galvanometer so betätigt, daß sich die Spiegel durch eine Sequenz von diesen vorbestimmten Positionspaaren bewegen, welche einer Sequenz von Lichtleitfasern entsprechen, in die der Laserstrahl eingeleitet werden soll.
Wie in dem Fall des Systems 100 wird bevorzugt, daß die Elemente des Systems 300, die auf dem Basisteil 316 befestigt sind, in ein lichtdichtes Gehäuse eingeschlossen sind. Die Verwendung eines solchen Gehäuses für das System 300 erfolgt im wesentlichen aus denselben Gründen, die oben mit Bezug auf das System 100 erläutert worden sind.
Die beiden Galvanometer in dem oben erwähnten Galvanometerabtaster, Modell XY3035, das von der General Scanning, Inc., hergestellt wird, sind in dem System 300 so befestigt, daß die Spiegel- und Wellenachsenpositionen erzielt werden, die hier beschrieben sind, und nicht wie in dem Abtaster XY3035 vorgesehen, damit die Erfindung erfolgreich ausgeführt werden kann. Es sei weiter angemerkt, daß die Welle jedes Galvanometers, das in dem Abtaster XY3035 enthalten ist, sich rechtwinkelig von einer Befestigungsfläche des Galvanometers aus erstreckt, die mit Gewinde versehene Löcher aufweist. Zum Positionieren der Wellen 324, 328 dieser Galvanometer gemäß der Darstellung in Fig. 5 wird daher vorzugsweise jedes Galvanometer mit an einem ebenen Tragteil, durch das hindurch sich die Galvanometerwelle erstreckt, befestigter Befestigungsfläche montiert, wobei das ebene Teil seinerseits rechtwinkelig zu der Basis 316 montiert wird.
Eine Einrichtung zum Steuern der Galvanometer 326 und 330 mit dem Computer 332 ist in Fig. 7 gezeigt. Der Computer 332, bei dem es sich um einen IBM-PC/AT-Computer handeln kann, ist über eine Parallel-E/A-Schaltung 400 mit einer Signalaufbereitungsschaltung 402 verbunden. Die Signalaufbereitungsschaltung 402 empfängt das Lasersynchronisiereingangssignal und gibt auf dieses hin ein impulsförmiges Schreibfreigabesignal an den Computer 332 an ihrem Ausgang 404 ab. Die Signalaufbereitungsschaltung 402 stellt die Breite und die Verzögerung jedes Schreibfreigabeimpulses so ein, daß jeder Impuls ein Fenster für die galvanometergesteuerte Spiegelbewegung festlegt. Jedes Fenster entspricht einer Periode, in der der Laserstrahl in dem Aus-Zustand ist, wie es im wesentlichen oben für die Signalaufbereitungsschaltung 214 (Fig. 4) beschrieben worden ist. Die galvanometergesteuerte Spiegelbewegung wird nur während des Fensters bewirkt. Innerhalb jedes durch einen Schreibfreigabesignalimpuls definierten Fensters ist der Computer 332 so programmiert, daß er sowohl eine 16-Bit-"x"-Galvanometerpositionsadresse als auch eine 16-Bit-"y"-Galvanometerpositionsadresse erzeugt, wobei jede so erzeugte Adresse einem Eingang 406 der Signalaufbereitungsschaltung 402 zugeführt wird. Die "x"-Positionsadresse entspricht einer Position, in die der Spiegel 306, angetrieben durch das Galvanometer 326, auszurichten ist, und die "y"-Positionsadresse entspricht einer Position, in die der Spiegel 310, angetrieben durch das Galvanometer 330, auszurichten ist.
Die Galvanometer 326 und 330 werden durch einen Galvanometertreiber 408 angesteuert. Der Galvanometertreiber 408 empfängt eine 16-Bit-Positionsadresse an einem Eingang 410 und behandelt diese Adresse als die "x"-Positionsadresse oder die "y"-Positionsadresse, je nachdem, ob er ein Strobe (Übernahme)-Signal an einem Strobe-"x"-Eingang 412 oder einem Strobe-"y"-Eingang 414 empfängt. Der Galvanometertreiber 408 ist weiter in der Lage, ein Analogsignal zu erzeugen, das der Positionsadresse entspricht, die ihm zugeführt wird, um es an das geeignete Galvanometer anzulegen. Daher ist ein Ausgang 416 des Treibers 408 mit dem Galvanometer 326 verbunden, um an dieses ein analoges "x"-Positionsadreßsignal anzulegen. Weiter ist ein Ausgang 418 des Treibers 408 mit dem Galvanometer 430 verbunden, um ein analoges "y"-Positionsadreßsignal an dieses anzulegen. Die Galvanometer 326 und 330 koppeln jeweils ein analoges Positionssignal an ihren Ausgängen 420 bzw. 422 zurück zu dem Galvanometertreiber 408. Der Galvanometertreiber 408 ist weiter in der Lage, ein Positionsquittiersignal an einem Ausgang 424 abzugeben, welches zeigt, daß jedes Galvanometer auf die Position ausgerichtet ist, die der gewünschten 16-Bit-Positionsadresse entspricht. Der obenerwähnte Galvanometerabtaster, Modell XY3035, der von General Scanning, Inc. hergestellt wird, enthält einen Galvanometertreiber und zwei Galvanometer, die im wesentlichen so steuerbar sind, wie es vorstehend beschrieben ist.
Die Signalaufbereitungsschaltung 402 empfängt das Positionsquittiersignal, das durch den Galvanometertreiber 408 erzeugt wird. Die Signalaufbereitungsschaltung 402 ist in der Lage, die Signale aufzubereiten, die an den Computer 332 angelegt werden, sowie diejenigen, die durch den Computer erzeugt werden. Diese Signalaufbereitung beinhaltet das Isolieren von Auswirkungen elektromagnetischen Rauschens und das Kompensieren von Verbindungskabelparametern. Die Signalaufbereitungsschaltung 402 leitet die Positionsquittiersignale, die durch den Galvanometertreiber 408 erzeugt werden, an einem Ausgang 426 zu dem Computerteil 332. Der Computer 332 ist weiter so programmiert, daß er die "x"- und "y"-Strobe-Signale im Anschluß an die Erzeugung der "x"- und "y"-Positionsadressen erzeugt. Die Strobe-Signale werden an einen Eingang 428 der Signalaufbereitungsschaltung 402 angelegt, die ihrerseits die Signale an den Galvanometertreiber 408 anlegt.
Der Computer 332 erzeugt daher bei Empfang des Schreibfreigabesignals die "x"-Positionsadresse und unmittelbar anschließend daran ein "x"-Strobe-Signal. Der Galvanometertreiber 408 empfängt die Adreß- und Strobe-Signale über die Signalaufbereitungsschaltung und legt daraufhin das analoge "x"-Positionsadreßsignal an das Galvanometer 326 an. Der Galvanometertreiber 408 stellt fest, wann das Galvanometer 326 den Spiegel 306 in die gewünschte Position bewegt hat, und zwar über das rückgekoppelte analoge Positionssignal, und zeigt durch das Positionsquittiersignal an, daß die gewünschte Position erreicht worden ist. Der Computer 332 empfängt das Positionsquittiersignal über die Signalaufbereitungsschaltung 402 und erzeugt daraufhin die "y"-Positionsadresse. Der Computer erzeugt dann das "y"-Strobesignal. Daraufhin bewirkt der Galvanometertreiber 408, daß das Galvanometer 330 den Spiegel 310 auf die gewünschte Position ausrichtet, und erzeugt das Positionsquittiersignal, wenn das erfolgt ist.
Im Betrieb ist das System 300 über die Lichtleitfasern 304 an einen oder mehrere Arbeitsplätze angeschlossen. Der Computer 332 ist so programmiert, daß er eine Sequenz von 16-Bit-"x"- und -"y"-Galvanometerpositionsadreßpaaren liefert, wobei jedes Paar Spiegelpositionen entspricht, in denen der Laserstrahl durch eine der Linsen 312 auf die Spitze einer besonderen Lichtleitfaser fokussiert wird. Die Sequenz von Positionsadreßpaaren definiert daher eine Sequenz von Fasern, in die der Laserstrahl eingeleitet wird, und damit von Arbeitsplätzen, zu denen der Laserstrahl zu übertragen ist. Wie in dem System 100 können die Adressen in irgendeiner vorbestimmten Reihenfolge geliefert werden. Das System 300 arbeitet daher im wesentlichen so wie das System 100 in einer Schrittschaltbetriebsart, in der die Spiegel 306 und 310 nur zwischen aufeinanderfolgenden Laserimpulsen umpositioniert werden.
Fig. 8 zeigt ein Laserarbeitsplatzsystem 500, das einen Impulsleistungslaser 502, eine Laserstrahlrichtvorrichtung 504 nach der Erfindung und mehrere Laserarbeitsplätze 506-1, 506-2, . . . , 506- N zum Ausführen von Aufgaben mit einem impulsförmigen Laserstrahl 508, der durch den Laser 502 erzeugt wird, aufweist. Jeder Laserarbeitsplatz 506 ist mit der Strahlrichtvorrichtung 504 durch eine oder mehrere Lichtleitfasern 510 verbunden. Ein Eingangsende jeder Faser ist mit der Strahlrichtvorrichtung verbunden, wogegen ein Ausgangsende jeder Faser mit einem besonderen Arbeitsplatz verbunden ist. Im Betrieb des Systems 500 leitet die Strahlrichtvorrichtung aufeinanderfolgende Impulse des Laserstrahls 508 in die Faserspitzen an den Eingangsenden dieser Lichtleitfasern, welche mit den Arbeitsplätzen verbunden sind, die die Verwendung des Laserstrahls erfordern. Durch Einleiten der Laserimpulse allein in die Spitzen dieser Fasern wird die volle Leistung des Laserstrahls, der Übertragungsverlusten in den Fasern unterliegt, zu den Ausgangsenden dieser Fasern und dadurch zu den an diese angeschlossenen Arbeitsplätze übertragen.
Oben ist zwar angegeben, daß die Galvanometer 326 und 330 in dem System 300 das Kombinationsmodell XY3035 des von General Scanning hergestellten Abtasters sein können, jedes Galvanometer kann jedoch statt dessen ein diskretes Element sein, beispielsweise der Galvanometerabtaster, Modell G 350DT, von General Scanning mit zugeordnetem Treiberverstärker, Modell CX 660. In diesem Fall ist jedoch ein anderes Steuerschema als das in Fig. 7 dargestellte zum Ansteuern der diskreten Galvanometer erforderlich. Eine Einrichtung zum Steuern der diskreten Galvanometer 326 und 330 ist in Fig. 9 gezeigt. Der Computer 332 ist über eine Steuerinterfaceschaltung 600 mit den diskreten Galvanometern verbunden. Die Schaltung 600 arbeitet analog der Schaltung 200 (Fig. 4), in der der Computer separate 8-Bit-"x"- und -"y"-Galvanometerpositionsadressen zum Positionieren der Spiegel 306 bzw. 310 erzeugt. Wie oben beschrieben entspricht jedes "x"- und "y"-Adreßpaar einem eindeutigen, vorbestimmten Paar Spiegelpositionen zum Einleiten des Laserstrahls in eine andere Lichtleitfaser. Jede digitale Adresse wird zum Anlegen an das geeignete Galvanometer aufbereitet, dem ein zulassendes Schreibfreigabesignal geliefert wird, und jede Galvanometerposition wird rückgekoppelt, um einen geschlossenen Positionsregelkreis zu schaffen, was alles im wesentlichen auf dieselbe Weise wie bei der Schaltung 200 (Fig. 4) erfolgt.
So liefert der Computer 332 8-Bit-"x"- und -"y"-Galvanometerpositionsadressen an einem Ausgang 602. Wenn der Computer die "x"- und "y"-Adressen der Reihe nach und nicht gleichzeitig erzeugen kann, ist der Ausgang 602 mit einem Schaltkreis 604 verbunden, der die sequentiell erzeugten Adressen zu den geeigneten D/A Wandlern leitet. Die "x"-Adresse wird an eine Puffertreiberschaltung 606 angelegt, deren Ausgang mit einem "x"-Adresse-D/A-Wandler 608 verbunden ist. Ebenso wird die "y"-Adresse einer Puffertreiberschaltung 610 zugeführt, die einen Ausgang hat, der mit einem "y"-Adresse-D/A-Wandler 612 verbunden ist. Die Puffertreiberschaltungen 606 und 610 erfüllen im wesentlichen dieselbe Funktion, die oben für die Schaltung 202 (Fig. 4) beschrieben worden ist. Die D/A-Wandler 608, 612 können von demselben Typ wie der D/A-Wandler 204 (Fig. 4) sein, der oben beschrieben worden ist. Die D/A-Wandler 608 und 612 liefern an ihren Ausgängen 614 und 616 ein Analogsignal, das dem an sie angelegten Digitalsignal entspricht. Die Ausgänge 614 und 616 sind mit Verstärkern 618 bzw. 620 verbunden. Ein Ausgang 622 des Verstärkers 618 ist zu einem Rückkoppelungseingang 624 des D/A-Wandlers 608 rückgekoppelt. Ebenso ist ein Ausgang 626 des Verstärkers 620 zu einem Rückkopplungseingang 628 des D/A-Wandlers 612 rückgekoppelt. Wie in dem Fall der Schaltung 200 dient die Rückkopplungsverbindung zu jedem D/A-Wandler zum Stabilisieren des analogen Wandlerausgangssignals.
Eine Signalaufbereitungsschaltung 630 empfängt das Lasersynchronisiereingangssignal und liefert ein impulsförmiges Schreibfreigabesignal an ihren Ausgängen 632 und 634. Die Signalaufbereitungsschaltung 630 stellt den Schreibfreigabesignalimpuls so ein, daß er ein Fenster für die galvanometerbetätigte Spiegelbewegung festlegt, im wesentlichen wie oben für die Signalaufbereitungsschaltung 214 (Fig. 4) beschrieben. Das Schreibfreigabesignal wird an den Computer 332 über eine Puffertreiberschaltung 635 angelegt, welche im wesentlichen die gleiche Schaltung wie die Schaltungen 606 und 610 ist. Innerhalb jedes durch das Schreibfreigabesignal festgelegten Fensters werden sowohl die "x"- als auch die "y"-Positionsadresse durch den Computer 332 erzeugt, der sie an die D/A-Wandler 608 und 612 abgibt, durch welche sie verarbeitet werden.
Das Galvanometer 326 liefert an einem Ausgang 640 ein Analogsignal, das zu der Winkelposition seiner Welle 324 proportional ist. Diese Wellenposition wird durch einen Verstärker 642 verstärkt und einem ersten Eingang eines Komparators 644 zugeführt. Das stabilisierte Analogsignal an dem Ausgang 622 des Verstärkers 618, das die "x"-Galvanometerpositionsadresse darstellt, wird durch einen Verstärker 646 verstärkt und an einen zweiten Eingang des Komparators 644 angelegt. Die Verstärker 642 und 646 sind so gewählt, daß sie den Vergleich der "x"-Adreß- und der Galvanometer-326-Positionssignale ermöglichen. Der Komparator 644 liefert ein Fehlersignal, welches die Differenz zwischen der Ist- und der Sollgalvanometerposition darstellt, durch einen Verstärker 648 verstärkt und an das Galvanometer 326 zum Steuern desselben angelegt wird.
Das Galvanometer 330 liefert sein analoges Wellenpositionssignal an einem Ausgang 650. Dieses Signal wird durch einen Verstärker 652 verstärkt und an einen ersten Eingang eines Komparators 654 angelegt. Das Signal an dem Ausgang 626 des Verstärkers 620, das die "y"-Galvanometerpositionsadresse darstellt, wird durch einen Verstärker 656 verstärkt und an einen zweiten Eingang des Komparators 654 angelegt. Die Verstärker 652 und 656 ermöglichen einen direkten Vergleich der Ist- und der Sollgalvanometerpositionsadreßsignale, und das Fehlersignal, welches die Differenz zwischen denselben darstellt und durch den Komparator erzeugt wird, wird durch einen Verstärker 658 verstärkt und an das Galvanometer 330 zur Steuerung desselben angelegt. Wie oben mit Bezug auf das Galvanometer 112 erwähnt, wo die Galvanometer 326 und 330 jeweils den obenerwähnten G350DT-Galvanometerabtaster und den CX660-Treiberverstärker umfassen, wird das Fehlersignal an den Treiberverstärker angelegt und ein Positionsrückkopplungssignal von diesem geliefert.
Der Betrieb des Systems 300 bei Verwendung von diskreten Galvanometern ist also dem Betrieb des Systems 100 analog. Die digitalen "x"- und "y"-Positionsadressen, die während des Schreibfreigabesignals erzeugt werden, welches durch das Fenster festgelegt ist, werden sofort in Analogsignale umgewandelt und dann an die Galvanometer angelegt, deren Bewegung in einem geschlossenen Regelkreis mit Rückführung gesteuert wird.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung enthält zwar zwei Spiegel, von denen der erste Spiegel den Laserstrahl auf den zweiten Spiegel richtet und der zweite Spiegel den Laserstrahl längs der "x"- und der "y"-Koordinatenachsenrichtungen ablenkt, darauf ist jedoch die Erfindung nicht beschränkt. Die Spiegel können statt dessen so angeordnet sein, daß erste und der zweite Spiegel den Laserstrahl längs der "y"- und "x"-Koordinatenachsenrichtungen ablenken.
Der Computer liefert in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung entweder 8- oder 16-Bit-Galvanometerpositionsadressen. Die Erfindung kann mit einem Computer ausgeführt werden, welcher Bitadressen mit anderen geeigneten Größen erzeugt.
Die Elemente der oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung einschließlich der Galvanometer, Linsen und Faserhalter sind als starr befestigt angegeben. Es wird hier bevorzugt, daß die Ausrichtung und die Positionen dieser Elemente präzise im voraus bestimmt sind und daß die Elemente starr, d.h. ohne Spielraum für eine Bewegung befestigt sind. Dieser präzise Aufbau erleichtert die spätere Herstellung des Laserstrahlrichtsystems. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht darauf. Die verschiedenen Elemente könnten statt dessen auf eine Weise befestigt sein, die geringfügige Justierungen ihrer Positionen ermöglicht, z.B. durch die Verwendung von Spiellöchern, wobei die betreffenden Elemente wieder starr festgelegt werden, nachdem die Ausrichtung vorgenommen worden ist.
Jeder Spiegel, der bei der Ausführung der Erfindung benutzt wird, hat eine Frontfläche, die mit einem dielektrischen Material überzogen ist. Da das Reflexionsvermögen dieses Überzugs abnimmt, wenn der Strahleinfallswinkel von dem vorgeschriebenen Winkel abweicht, kann ein kleiner Teil des Laserstrahls durch die Frontfläche durchgelassen und an der Rückfläche reflektiert werden. Geisterbilder, die aus Rückflächenreflexionen resultieren, beeinflussen die Ausführung der Erfindung zwar nicht nachteilig, es ist jedoch erwünscht, deren Vorhandensein zu minimieren. Ein Weg zum Minimieren von Rückflächenreflexionen besteht darin, die Rückfläche des Spiegels mit einem Antireflexüberzug zu versehen, der entsprechend der Laserstrahlwellenlänge gewählt wird, um die Reflexion des Teils des Laserstrahls, der durch die Frontfläche durchgelassen wird, zu reduzieren. Die Erfindung kann außerdem auch erfolgreich ausgeführt werden, wenn nur die Rückfläche jedes Spiegels mit dem reflektierenden dielektrischen Material und nicht die Frontfläche überzogen wird.
Weiter beschränkt sich die Ausführung der Erfindung nicht auf die Verwendung eines Überzugs, der ein maximales Reflex 01955 00070 552 001000280000000200012000285910184400040 0002003742553 00004 01836ionsvermögen bei einem vorgeschriebenen Winkel von 45° ergibt. Der vorgeschriebene Winkel von 45° ergibt sich aus der bevorzugten Befestigung jedes Spiegels in den oben dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen, so daß der Bereich der Spiegelbewegung um einen nominellen Strahleinfallswinkel von 45° erfolgt. Jeder hier benutzte Spiegel kann statt dessen so befestigt werden, daß sein Bewegungsbereich um einen vorgeschriebenen Winkel liegt, der von 45° verschieden ist. In einem solchen Fall würde jeder Spiegel so überzogen werden, daß sich ein im wesentlichen maximales Reflexionsvermögen um seinen entsprechenden vorgeschriebenen Winkel ergibt.
Die hier beschriebene Erfindung ermöglicht das Richten jedes Laserstrahlimpulses in eine andere Lichtleitfaser, darauf beschränkt sich die Erfindung aber nicht. Mehrere aufeinanderfolgende Impulse können in dieselbe Faser gerichtet werden, bevor der Strahl auf eine andere Faser gerichtet wird. Das kann einfach dadurch erfolgen, daß der Computer so programmiert wird, daß er dieselbe Positionsadresse so oft wie gewünscht wiederholt erzeugt. Das Richten von aufeinanderfolgenden Impulsen in eine einzelne Lichtleitfaser ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Betrieb, z.B. Schneiden oder Bohren, der an einem Arbeitsplatz an dem entfernten Ende der Faser ausgeführt wird, beträchtliche Laserenergie erfordert.
Die oben beschriebene Erfindung wird zwar vorzugsweise unter Verwendung eines Impulslasers ausgeführt, sie beschränkt sich jedoch nicht darauf. Statt dessen kann durch Verwendung einer bekannten mechanischen Zerhackungstechnik ein Strahl aus einem Dauerstrichlaser in eine Kette von Impulsen verwandelt werden, die eine vorbestimmte Folgefrequenz haben, wobei jeder Impuls eine vorbestimmte Dauer hat.

Claims (52)

1. Vorrichtung zum Richten eines Lichtstrahls (102) in eine von mehreren Lichtleitfasern (104), gekennzeichnet durch:
eine Linse (114) zum Fokussieren des Lichtstrahls (102);
eine Einrichtung (120, 122) zum Haltern einer Gruppe der Lichtleitfasern (104) derart, daß deren Spitzen in der Nähe eines Brennpunkts der Linse (114) angeordnet sind; und
eine Reflektoreinrichtung (106, 110, 112) zum Hindurchleiten des Lichtbündels (102) durch die Linse (114), um das Lichtbündel auf ausgewählte Weise separat auf jede Faserspitze zu richten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung umfaßt:
einen Spiegel (106) zum Reflektieren des Lichtstrahls (102); und
eine Positioniereinrichtung (110, 112) zum Ausrichten des Spiegels (106) auf mehrere vorbestimmte Positionen, von denen jede dem durch die Linse (114) auf eine andere Lichtleitfaser fokussierten Lichtbündel (102) entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung ein Galvanometer (112) aufweist, das eine Welle (110) hat, auf der der Spiegel (106) befestigt ist, und daß eine Steuereinrichtung (124) vorgesehen ist zum Steuern der Bewegung der Galvanometerwelle (110) derart, daß der Spiegel (106) auf die vorbestimmten Positionen auf programmierte Weise ausgerichtet wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Digitalcomputer (124) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (102) durch einen Laser erzeugt wird;
daß eine reflektierende Oberfläche (128) des Spiegels (106), auf die der Lichtstrahl (102) fällt, im wesentlichen eben ist; und
wobei die reflektierende Oberfläche (128) des Spiegels (106) einen Überzug hat, der durch ein Reflexionsvermögen gekennzeichnet ist, welches von dem Winkel abhängt, unter dem der Lichtstrahl (102) auf die reflektierende Oberfläche (128) auftrifft, wobei der Überzug ein maximales Reflexionsvermögen ergibt, wenn der einfallende Lichtstrahl (102) ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel zu der reflektierenden Oberfläche (128) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschriebene Winkel 45° beträgt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
eine reflektierende Oberfläche (128) des Spiegels (106), auf die der Lichtstrahl (102) fällt, im wesentlichen eben ist; daß die Faserspitzen und eine zentrale Achse (126) des Lichtstrahls (102) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind; und
daß die Positioniereinrichtung (110, 112) so ausgebildet ist, daß sie den Spiegel (106) um eine Drehachse drehen kann, die zu der gemeinsamen Ebene rechtwinkelig ist, wobei die reflektierende Oberfläche (128) rechtwinkelig zu der gemeinsamen Ebene bleibt, während der Spiegel (106) gedreht wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (114) eine derartige Brennweite hat, daß ein Kegel des fokussierten Strahls (102) in einen Öffnungskegel der Lichtleitfaser (104) fällt; und daß der Lichtstrahl (102) als ein Fleck auf die Faserspitze fokussiert wird und die Brennweite so gewählt ist, daß der Fleck einen Durchmesser hat, welcher kleiner als der oder gleich dem der Faserspitze ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch:
eine Anzahl der Linsen (114);
eine Anzahl der Halteeinrichtungen (120) zum Haltern einer Gruppe der Lichtleitfasern (104) derart, daß sich deren Spitzen in der Nähe des Brennpunkts einer der Linsen (114) befinden;
wobei die Faserspitzen und eine zentrale Achse (126) des Lichtstrahls (102) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind; und
wobei jede der Linsen (114) in einer Ebene angeordnet ist, die zu der gemeinsamen Ebene rechtwinkelig ist und gleichen Abstand von dem Spiegel (106) hat.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (102) durch einen Impulslaser geliefert wird, wobei der Lichtstrahl zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und daß die Positioniereinrichtung (110, 112) in der Lage ist, den Spiegel (106) auf eine andere der vorbestimmten Positionen nur dann auszurichten, wenn der Lichtstrahl (102) in dem Aus-Zustand ist.
11. Vorrichtung zum Richten eines Lichtbündels (102) in eine von mehreren Lichtleitfasern (104), gekennzeichnet durch:
mehrere Linsen (114) jeweils zum Fokussieren des Lichtstrahls (102);
eine Einrichtung (120) zum Haltern der Lichtleitfasern (104) derart, daß eine Spitze wenigstens einer der Fasern in der Nähe eines Brennpunkts jeder Linse (114) positioniert ist; und
eine Reflektoreinrichtung (106, 110, 112, 124) zum Richten des Lichtstrahls (102) durch jede Linse (114) zum wahlweisen Fokussieren des Lichtstrahls separat auf jede Faserspitze.
12. Vorichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung aufweist:
einen Spiegel (106) zum Reflektieren des Lichtstrahls (102);
ein Galvanometer (112), das eine Welle (110) hat, auf der der Spiegel befestigt ist; und
eine Steuereinrichtung (124) zum Steuern der Bewegung der Galvanometerwelle (110) zum Ausrichten des Spiegels (106) auf mehrere vorbestimmte Positionen, die jeweils der Fokussierung des Lichtstrahls (102) durch eine der Linsen (114) auf eine der Faserspitzen entsprechen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Lichtbündel (102) durch einen Laser erzeugt wird;
daß eine reflektierende Oberfläche (128) des Spiegels (106), auf die der Lichtstrahl (102) fällt, im wesentlichen eben ist; und
daß die reflektierende Oberfläche (128) des Spiegels (106) einen Überzug hat, der durch ein Reflexionsvermögen gekennzeichnet ist, welches von dem Winkel abhängig ist, unter dem der Lichtstrahl (102) auf die reflektierende Oberfläche fällt, wobei der Überzug ein maximales Reflexionsvermögen hat, wenn der einfallende Lichtstrahl ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel zu der reflektierenden Oberfläche ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschriebene Winkel 45° beträgt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (102) durch einen Impulslaser geliefert wird und zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und daß die Steuereinrichtung (124) in der Lage ist, die Galvanometerwelle (110) zu bewegen, um das Licht auf eine ändere Faserspitze nur dann zu fokussieren, wenn der Lichtstrahl (102) in dem Aus-Zustand ist.
16. Vorrichtung zum Richten eines Lichtbündels (302) in eine von mehreren Lichtleitfasern (304), gekennzeichnet durch:
eine Linse (312) zum Fokussieren des Lichtstrahls (302);
eine Einrichtung (320, 322) zum Haltern einer Gruppe der Lichtleitfasern (304) derart, daß deren Spitzen in der Nähe eines Brennpunkts der Linse (312) positioniert sind; wobei die Faserspitzen im wesentlichen in einem Feld positioniert sind, das zwei Achsenrichtungen hat;
eine erste Reflektoreinrichtung (306, 324, 326) zum Ablenken des Lichtbündels (302) längs einer ersten der beiden Achsenrichtungen;
eine zweite Reflektoreinrichtung (310, 328, 330) zum Ablenken des Lichtbündels (302) längs einer zweiten der beiden Achsenrichtungen;
daß die erste Reflektoreinrichtung (306, 324, 326) so positioniert ist, daß sie den Lichtstrahl (302) auf die zweite Reflektoreinrichtung (310, 328, 330) richtet; und
daß die erste und die zweite Reflektoreinrichtung (306, 324, 326; 310, 328, 330) unabhängig ausrichtbar sind, um den Lichtstrahl (302) durch die Linse (312) zu richten, um den Lichtstrahl wahlweise separat auf jede Faserspitze zu fokussieren.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Reflektoreinrichtung (306, 324, 326; 310, 328, 330) jeweils aufweisen:
einen Spiegel (306; 310) zum Reflektieren des Lichtstrahls (302);
eine Positioniereinrichtung (324, 326; 328, 330) zum Ausrichten des Spiegels (306; 310) auf eine von mehreren vorbestimmten Positionen; und
wobei jedes Paar vorbestimmter Positionen auf die die erste und die zweite Reflektoreinrichtung ausgerichtet werden, dem Fokussieren des Lichtbündels (302) durch die Linse (312) auf eine andere Faserspitze entspricht.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß die Positioniereinrichtung ein Galvanometer (326; 330) aufweist, das eine Welle (324; 328) hat, auf der der Spiegel (306; 310) befestigt ist; und
daß weiter eine Steuereinrichtung (332) vorgesehen ist zum Steuern der Bewegung der Welle (324; 328) jedes Galvanometers (326; 330) derart, daß die Spiegel (306, 310) auf die vorbestimmten Positionspaare auf programmierte Weise ausgerichtet werden.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Digitalcomputer (332) aufweist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (302) durch einen Laser erzeugt wird;
daß eine reflektierende Oberfläche (334, 336) jedes Spiegels (306, 310), auf die der Lichtstrahl fällt, im wesentlichen eben ist; und
daß die reflektierende Oberfläche (334, 336) jedes Spiegels (306, 310) einen Überzug hat, der durch ein Reflexionsvermögen gekennzeichnet ist, das von dem Winkel abhängig ist, unter dem eine Achse des Lichtstrahls (302) die reflektierende Oberfläche schneidet;
wobei der Überzug ein maximales Reflexionsvermögen ergibt, wenn die Strahlachse ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel zu der reflektierenden Oberfläche ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschriebene Winkel 45° beträgt.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (302) durch einen Impulslaser geliefert wird und zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und daß die Positioniereinrichtung (324, 326; 328, 330) der ersten und der zweiten Reflektoreinrichtung in der Lage ist, jeden Spiegel (306, 310) auf eine andere vorbestimmte Position nur dann auszurichten, wenn der Lichtstrahl (302) in dem Aus-Zustand ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (312) eine Brennweite (f) hat, die so gewählt ist, daß ein Kegel des fokussierten Strahls innerhalb eines Öffnungskegels der Lichtleitfaser (304) ist; und daß der Lichtstrahl (302) als ein Fleck auf die Faserspitze fokussiert wird, wobei die Brennweite (f) so gewählt ist, daß der Fleck einen Durchmesser hat, der kleiner als der oder gleich dem der Faserspitze ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 23, gekennzeichnet durch: eine Anzahl der Linsen (312); mehrere der Halteeinrichtungen (318, 320) jeweils zum Haltern einer anderen Gruppe der Lichtleitfasern (304), deren Spitzen in der Nähe des Brennpunkts einer der Linsen (312) angeordnet sind; wobei die erste und die zweite Reflektoreinrichtung (306, 324, 326; 310, 328, 330) unabhängig ausrichtbar sind, um den Lichtstrahl (302) durch jede Linse (312) zu leiten und den Lichtstrahl selektiv und separat auf jede Faserspitze der zugeordneten Lichtleitfasergruppe zu fokussieren.
25. Vorrichtung zum Richten eines Lichtstrahls in eine von mehreren Lichtleitfasern, gekennzeichnet durch:
mehrere Linsen (312) jeweils zum Fokussieren des Lichtstrahls (302);
eine Einrichtung (318, 320) zum Haltern der Lichtleitfasern (304) derart, daß eine Spitze jeder Faser in der Nähe eines Brennpunkts einer der Linsen (312) positioniert ist;
eine erste Reflektoreinrichtung (306, 324, 326) zum Ablenken des Lichtstrahls (302) längs einer ersten der beiden Achsenrichtungen;
eine zweite Reflektoreinrichtung (310, 328, 330) zum Ablenken des Lichtbündels (302) längs einer zweiten der beiden Achsenrichtungen;
wobei die erste Reflektoreinrichtung so positioniert ist, daß sie den Lichtstrahl auf die zweite Reflektoreinrichtung richtet; und
wobei die erste und die zweite Reflektoreinrichtung unabhängig voneinander ausrichtbar sind, um den Lichtstrahl durch jede Linse (312) zu richten und den Lichtstrahl (302) wahlweise und separat auf jede Faserspitze zu fokussieren.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Reflektoreinrichtung jeweils aufweisen:
einen Spiegel (306; 310) zum Reflektieren des Lichtstrahls (302);
ein Galvanometer (326; 330), das eine Welle (324; 328) hat, auf der der Spiegel (306; 310) befestigt ist; und daß die Vorrichtung weiter aufweist:
eine Steuereinrichtung (332) zum Steuern der Bewegung der Welle (324; 328) jedes Galvanometers (326, 330) zum Ausrichten jedes Spiegels (306, 310) auf mehrere vorbestimmte Positionen, wobei jedes Paar vorbestimmter Positionen, auf die die Spiegel der ersten und zweiten Reflektoreinrichtung ausgerichtet werden, dem durch eine der Linsen (312) auf eine andere Faserspitze fokussierten Lichtbündel entspricht.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtstrahl (302) durch einen Laser erzeugt wird;
daß eine reflektierende Oberfläche (334, 336) jedes Spiegels (306, 310), auf die der Lichtstrahl (302) fällt, im wesentlichen eben ist;
daß die reflektierende Oberfläche jedes Spiegels einen Überzug hat, der durch ein Reflexionsvermögen gekennzeichnet ist, welches von dem Winkel abhängig ist, unter dem eine Achse des Lichtstrahls die reflektierende Oberfläche schneidet; und
daß der Überzug ein maximales Reflexionsvermögen ergibt, wenn die Strahlachse ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel gegen die reflektierende Oberfläche ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschriebene Winkel 45° beträgt.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (302) durch einen Impulslaser erzeugt wird und zwischen einem Ein- und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und daß die Steuereinrichtung (332) in der Lage ist, die Galvanometerwellen (324, 328) der ersten und der zweiten reflektierenden Einrichtung (306, 310) so zu bewegen, daß der Lichtstrahl (302) auf eine andere Faserspitze nur dann fokussiert wird, wenn der Lichtstrahl in dem Aus- Zustand ist.
30. Vorrichtung zum Richten eines Lichtstrahls in eine von mehreren Lichtleitfasern, gekennzeichnet durch:
eine erste Linse (312);
eine zweite Linse (312);
eine dritte Linse (312);
eine vierte Linse (312);
eine erste Einrichtung (318, 320, 322) zum Befestigen wenigstens einer der Lichtleitfasern (304) derart, daß deren Spitze in der Nähe eines Brennpunkts der ersten Linse (312) positioniert ist;
eine zweite Halteeinrichtung (318, 320, 322) zum Befestigen wenigstens einer der Lichtleitfasern (304) derart, daß deren Spitze in der Nähe eines Brennpunkts der zweiten Linse (312) positioniert ist;
eine dritte Halteeinrichtung (318, 320, 322) zum Befestigen wenigstens einer der Lichtleitfasern (304) derart, daß deren Spitze in der Nähe eines Brennpunkts der dritten Linse (312) positioniert ist; eine vierte Halteeinrichtung (318, 320, 322) zum Befestigen wenigstens einer der Lichtleitfasern (304) derart, daß deren Spitze in der Nähe eines Brennpunkts der vierten Linse (312) positioniert ist;
eine erste Reflektoreinrichtung (306, 324, 326) zum Ablenken des Lichtstrahls (302) längs einer ersten der beiden Achsenrichtungen;
eine zweite Reflektoreinrichtung (310, 328, 330) zum Ablenken des Lichtstrahls (302) längs einer zweiten der beiden Achsenrichtungen;
wobei die erste Reflektoreinrichtung so positioniert ist, daß sie den Lichtstrahl auf die zweite Reflektoreinrichtung richtet; und
wobei die erste und die zweite Reflektoreinrichtung unabhängig voneinander ausrichtbar sind, um den Lichtstrahl durch eine ausgewählte Linse (312) zu richten und den Lichtstrahl wahlweise und separat auf jede Faserspitze zu fokussieren, die in der Nähe des Brennpunkts der ausgewählten Linse positioniert ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Reflektoreinrichtung jeweils aufweisen:
einen Spiegel (306; 310) zum Reflektieren des Lichtstrahls (302);
eine Positioniereinrichtung (324, 326; 328, 330) zum Ausrichten des Spiegels (306; 310) auf eine von mehreren vorbestimmten Positionen; und wobei jedes Paar vorbestimmter Positionen, auf die die erste und die zweite Reflektoreinrichtung ausgerichtet werden, dem durch die ausgewählte Linse auf eine andere Faserspitze fokussierten Lichtbündel entspricht.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Positioniereinrichtung ein Galvanometer (326, 330) aufweist, das eine Welle (324, 328) hat, auf der der Spiegel (306, 310) befestigt ist; und daß die Vorrichtung weiter aufweist: eine Steuereinrichtung (332) zum Steuern der Bewegung jeder Galvanometerwelle (324, 328) derart, daß die Spiegel (306, 310) auf die vorbestimmten Positionspaare auf programmierte Weise ausgerichtet werden.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Digitalcomputer (332) umfaßt.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch einen Laser erzeugt wird;
daß eine reflektierende Oberfläche (334, 336) jedes Spiegels (306, 310), auf die der Lichtstrahl fällt, im wesentlichen eben ist;
daß die reflektierende Oberfläche jedes Spiegels einen Überzug hat, der durch ein Reflexionsvermögen gekennzeichnet ist, welches von dem Winkel abhängig ist, unter dem eine Achse des Lichtstrahl die reflektierende Oberfläche schneidet; und
daß der Überzug ein Maximum an Reflexionsvermögen ergibt, wenn die Strahlachse ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel zu der reflektierenden Oberfläche ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (302) durch einen Neodym:YAG-Laser erzeugt wird; und daß der Überzug auf der reklektierenden Oberfläche (334, 336) ein dielektrisches Material aufweist.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (302) durch einen Impulslaser geliefert wird und zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und
daß die Positioniereinrichtungen (324, 326; 328, 330) der ersten und der zweiten Reflektoreinrichtung in der Lage sind, jeden Spiegel auf eine andere der vorbestimmten Positionen nur dann auszurichten, wenn der Lichtstrahl in dem Aus-Zustand ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl durch einen Neodym:YAG-Laser erzeugt wird.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spiegel (306, 310) eine im wesentlichen ebene reflektierende Oberfläche (334, 336) aufweist, auf die der Lichtstrahl fällt;
daß die reflektierende Oberfläche (334, 336) jedes Spiegels (306, 310) einen dielektrischen Überzug hat, der durch ein Reflexionsvermögen gekennzeichnet ist, welches von einem Winkel abhängt, unter dem eine Achse des Lichtstrahls (302) die reflektierende Oberfläche schneidet, wobei der Überzug ein maximales Reflexionsvermögen ergibt, wenn die Strahlachse ungefähr unter einem vorgeschriebenen Winkel zu der reflektierenden Oberfläche ist.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeschriebene Winkel 45° beträgt.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 39,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Linse (312) eine plan-konvexe Linse ist, wobei die Planfläche jeder Linse der dieser zugeordneten Faserspitze zugewandt ist; und
daß jede Linse so positioniert ist, daß eine Achse des Lichtstrahls (302), die durch einen Mittelpunkt der Linse hindurchgeht, im wesentlichen rechtwinkelig zu der planen und der konvexen Fläche der Linse ist.
41. Laserarbeitsplatzsystem, gekennzeichnet durch:
mehrere Lichtleitfasern (510) jeweils zum Übertragen eines Laserstrahls (508);
eine Vorrichtung (504) zum Richten des Laserstrahls (508) in ein Eingangsende einer unter den Lichtleitfasern (510) ausgewählten Lichtleitfaser zur Übertragung des Laserstrahls (508);
mehrere Arbeitsplätze (506-1, . . . , 506-N), die jeweils mit einem Ausgangsende wenigstens einer der Lichtleitfasern (510) gekoppelt sind, um den Laserstrahl (508) zu empfangen, der über die Lichtleitfaser durch die Strahlrichtvorrichtung (504) übertragen wird;
wobei die Strahlrichtvorrichtung enthält:
eine Linse (114) zum Fokussieren des Laserstrahls (508);
eine Einrichtung (120, 122) zum Halten der Lichtleitfasern (510) mit den Spitzen an den Eingangsenden derselben, so daß sie in der Nähe eines Brennpunkts der Linsen (114) positioniert sind; und eine Reflektoreinrichtung (106, 110, 112) zum Richten des Laserstrahls (102) durch die Linse (114), um den Laserstrahl (508) wahlweise und separat auf jede Faserspitze zu fokussieren.
42. Laserarbeitsplatzsystem nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (106, 110, 112) aufweist:
einen Spiegel (106) zum Reflektieren des Laserstrahls (508);
ein Galvanometer (112), das eine Welle (110) hat, auf der der Spiegel (106) befestigt ist; und
eine Steuereinrichtung (332) zum Steuern der Bewegung der Galvanometerwelle (110), um den Spiegel (106) auf mehrere vorbestimmte Positionen auszurichten, von denen jede der Fokussierung des Laserstrahls (508) durch die Linse (114) auf eine andere Faserspitze entspricht.
43. Laserarbeitsplatzsystem nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (508) durch einen Impulslaser geliefert wird und zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und daß die Steuereinrichtung (332) in der Lage ist, die Galvanometerwelle (110) so zu bewegen, daß der Laserstrahl (508) auf eine andere Faserspitze nur dann fokussiert wird, wenn der Laserstrahl in dem Aus-Zustand ist.
44. Laserarbeitsplatzsystem nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlrichtvorrichtung (504) weiter aufweist:
mehrere Linsen (312);
mehrere Halteeinrichtungen (318, 320) jeweils zum Halten einer anderen Gruppe der Lichtleitfasern (304) derart, daß sich deren Spitzen in der Nähe des Brennpunkts einer anderen Linse befinden;
wobei die Faserspitzen und eine zentrale Achse des Laserstrahls (508) im wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind; und
wobei jede Linse (312) in einer Ebene angeordnet ist, die zu der gemeinsamen Ebene rechtwinkelig und in gleichem Abstand von dem Spiegel ist.
45. Laserarbeitsplatzsystem, gekennzeichnet durch: mehrere Lichtleitfasern (510), von denen jede einen Laserstrahl (508) übertragen kann; eine Vorrichtung (504) zum Richten eines Laserstrahls (508) in ein Eingangsende einer ausgewählten Lichtleitfaser (510) zur Übertragung des Laserstrahls; mehrere Arbeitsplätze (506-1, . . . , 506-N), die jeweils mit einem Ausgangsende wenigstens einer der Lichtleitfasern (510) gekoppelt sind, um den Laserstrahl (508) zu empfangen, der über die Lichtleitfaser durch die Strahlrichtvorrichtung (504) zu ihr übertragen wird; wobei die Strahlrichtvorrichtung (504) aufweist:
eine Linse (114) zum Fokussieren des Laserstrahls (508);
eine Einrichtung (120, 122) zum Befestigen der Lichtleitfasern (508) mit den Spitzen an den Eingangsenden derselben derart, daß diese in der Nähe eines Brennpunkts der Linse angeordnet sind, wobei die Faserspitzen in einem Feld angeordnet sind, das zwei Achsenrichtungen hat;
eine erste Reflektoreinrichtung (306) zum Ablenken des Laserstrahls (508) längs einer ersten der beiden Achsenrichtungen;
eine zweite Reflektoreinrichtung (310) zum Ablenken des Laserstrahls (508) längs einer zweiten der beiden Achsenrichtungen;
wobei die erste Reflektoreinrichtung so positioniert ist, daß sie den Laserstrahl auf die zweite Reflektoreinrichtung richtet; und
wobei die erste und die zweite Reflektoreinrichtung unabhängig voneinander ausrichtbar sind, um den Laserstrahl durch die Linse zu richten und den Laserstrahl wahlweise und separat auf jede Faserspitze zu fokussieren.
46. Laserarbeitsplatzsystem nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Reflektoreinrichtung jeweils aufweisen:
einen Spiegel (306, 310) zum Reflektieren des Laserstrahls (508);
ein Galvanometer mit einer Welle (324, 328), auf der der Spiegel (306, 310) befestigt ist; und
daß die Strahlrichtvorrichtung (504) weiter aufweist: eine Steuereinrichtung (332) zum Steuern der Bewegung der Welle jedes Galvanometers, um jeden Spiegel (306, 310) auf mehrere vorbestimmte Positionen auszurichten, wobei jedes Paar vorbestimmter Positionen, auf die die Spiegel ausgerichtet werden, der Fokussierung des Laserstrahls durch die Linse auf eine andere Faserspitze entspricht.
47. Laserarbeitsplatzsystem nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (508) durch einen Impulslaser erzeugt wird und zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand periodisch wechselt; und daß die Steuereinrichtung (332) in der Lage ist, die Galvanometerwellen (324, 328) der ersten und der zweiten Reflektoreinrichtung (306, 310) so zu bewegen, daß der Laserstrahl (508) auf eine andere Faserspitze fokussiert wird, wenn der Laserstrahl in dem Aus-Zustand ist.
48. Laserarbeitsplatzsystem nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserstrahlrichtvorrichtung (504) weiter aufweist:
eine Anzahl der Linsen (312); und
eine Anzahl der Halteeinrichtungen (318, 320, 322), die jeweils eine andere Gruppe der Lichtleitfasern (508) derart tragen, daß die Spitzen derselben sich in der Nähe des Brennpunkts einer anderen Linse befinden.
49. Verfahren zum Leiten eines Laserstrahls zu mehreren Arbeitsplatzorten, wobei jeder Arbeitsplatzort mit einem Ausgangsende einer Lichtleitfaser gekoppelt ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Befestigen einer Gruppe der Lichtleitfasern derart, daß eine Faserspitze an einem Eingangsende jeder Faser sich in der Nähe eines Brennpunkts einer Fokussierlinse befindet; und
Richten des Laserstrahls durch die Linse, um wahlweise den Laserstrahl separat auf die Faserspitzen zu fokussieren, so daß der Laserstrahl zu dem Ausgangsende jeder Lichtleitfaser geleitet wird, in die er gerichtet wird.
50. Verfahren nach Anspruch 49, bei dem die Laserstrahlimpulse zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand wechseln, dadurch gekennzeichnet, daß der Richtschritt folgende Unterschritte umfaßt:
Reflektieren des Laserstrahls an einem Spiegel und durch die Linse; und
Richten des Spiegels während jedes Aus-Zustands des Laserbündels auf eine gewünschte von mehreren vorbestimmten Spiegelpositionen, die jeweils der Fokussierung des Laserstrahls durch die Linse auf eine andere Faserspitze entsprechen.
51. Verfahren nach Anspruch 50, wobei der Spiegel einen ersten und einen zweiten Spiegel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Reflektierens folgende Unterschritte umfaßt:
Reflektieren des Laserstrahls an dem ersten Spiegel und auf den zweiten Spiegel, wobei der erste Spiegel in der Lage ist, den Laserstrahl längs einer ersten von zwei Achsenrichtungen abzulenken;
Reflektieren des Laserstrahls an dem zweiten Spiegel und durch die Linse, wobei der zweite Spiegel in der Lage ist, den Laserstrahl längs einer zweiten der beiden Achsenrichtungen abzulenken;
wobei der Ausrichtschritt weiter beinhaltet:
Ausrichten des ersten und des zweiten Spiegels auf deren vorbestimmte Positionen, wobei jedes Paar vorbestimmter Positionen, auf die der erste und der zweite Spiegel ausgerichtet werden, der Fokussierung des Laserstrahls durch die Linse auf eine andere Faserspitze entspricht.
52. Verfahren nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Linsen benutzt werden, wobei jeder Linse eine andere Gruppe der Lichtleitfasern zugeordnet ist, die so befestigt sind, daß sich die Faserspitze an dem Eingangsende jeder Lichtleitfaser in der Nähe des Brennpunkts der zugeordneten Linse befindet.
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