DE4213424A1 - Umschaltsystem fuer optische fasern beim laserschweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umschaltsystem für optische Fa­ sern beim Laserschweißen, insbesondere ein System zum wahl­ weisen Zuführen eines Laserstrahls von einer Laserquelle auf eine von mehreren Schweißstationen, um dort Laserschweißen zu bewirken.

Um Laserschweißen in verschiedenen Bearbeitungsstationen mit einem gemeinsamen Laserstrahl zu bewirken, der von einer Laserquelle erzeugt wird, wurde vorgeschlagen, den Laser­ strahl wahlweise über mehrere optische Fasern zu verteilen, die zu den einzelnen Bearbeitungsstationen führen. Ein be­ kanntes System ist in Fig. 25 dargestellt. Bei ihm weist eine Schalteinrichtung 250 mehrere Spiegeleinheiten 251 auf, die in einer Reihe entlang einer Seite der Laserquelle 200 angeordnet sind und über jeweilige optische Fasern 210 an eine jeweilige von verschiedenen Bearbeitungsstationen WS angeschlossen sind. Jede der Spiegeleinheiten 251 verfügt über einen Spiegel 252, der so angesteuert wird, daß er sich zwischen einer Betriebsstellung zum Reflektieren eines La­ serstrahls LB von der Laserquelle 200 auf die zugehörige op­ tische Faser 210 und einer Nichtbetriebsstellung bewegt, in der er den Laserstrahl LB auf den nächsten Spiegel 251 durchläßt.

Ein anderes bekanntes System ist in Fig. 26 dargestellt. Es weist eine Schalteinrichtung oder einen Verteiler 260 mit mehreren Ausgangsanschlüssen 261 auf, die an einzelne Bear­ beitungsstationen WS über eine entsprechende Anzahl opti­ scher Fasern 210 angeschlossen sind. Der Verteiler 260 ist an der Seite der Laserquelle 200 befestigt und verfügt über einen Rotor 262 mit einem Spiegel, der durch einen Motor an­ getrieben wird, um den Laserstrahl LB wahlweise auf einen der Ausgangsanschlüsse 262 zu lenken. Bei diesem System fügt die Schalteinrichtung jedoch zusätzliches Volumen zur Laser­ quelle hinzu, wodurch diese platzaufwendig wird und zum An­ bringen innerhalb eines begrenzten Raums weniger geeignet ist. Auch weil die Schalteinrichtungen auf der Seite der La­ serquelle angebracht sind, ist es erforderlich, daß sich alle optischen Fasern vom Installationsort der Laserquelle über die gesamte Entfernung zu den einzelnen Bearbeitungs­ stationen erstrecken, was eine übermäßige Gesamtlänge für die optischen Fasern erfordert.

Darüber hinaus wird erwartet, daß das bekannte System von Fig. 25 nur mit einer geringen Schaltgeschwindigkeit von höchsten 10 MHz arbeitet und daß es schwierig ist, eine hö­ here Schaltgeschwindigkeit zu erhalten, weil der Spiegel 252 relativ große Entfernungen zwischen seiner Betriebsstellung und seiner Nichtbetriebsstellung einnimmt. Andererseits ist das letztgenannte System von Fig. 26 dazu in der Lage, mit einer Schaltgeschwindigkeit von bis zu 40 MHz, gesteuert durch den Motor, zu arbeiten. Jedoch leidet das System auf­ baubedingt unter verschiedenen Schaltzeiten zum Umschalten des Laserstrahls von einem der Ausgangsanschlüsse zum be­ nachbarten Anschluß und zu einem entfernten Anschluß, wo­ durch eine konstante Umschaltrate für alle optischen Fasern nicht erzielbar ist. Zum Beseitigen der vorstehend genannten Probleme unter Beibehalten einer hohen Schaltgeschwindigkeit wird daran gedacht, eine Schalteinrichtung zu verwenden, die mit der Laserquelle über eine einzige optische Faser und mit den einzelnen Bearbeitungsstationen über eine zugehörige An­ zahl optischer Fasern verbunden ist, so daß die Schaltein­ richtung getrennt und unabhängig von der Laserquelle ange­ bracht werden kann. Die Schalteinrichtung kann ein Relais mit einem Anker mit zwei Stellungen aufweisen, das so betä­ tigt wird, daß es die optischen Fasern, die sich von der La­ serquelle aus erstrecken, zwischen zwei Positionen ver­ schiebt, um sie wahlweise mit einer der optischen Fasern zu verbinden, die zu den Bearbeitungsstationen führen. Eine derartige Schalteinrichtung ist für sich von einem faserop­ tischen Kommunikationssystem bekannt, wie z. B. in den US-Patenten 43 37 995, 44 52 507 und 46 10 504 offenbart. Da jedoch eine Schalteinrichtung für faseroptische Kommunika­ tion nur für Licht sehr kleiner Energie ausgelegt ist, kann eine solche Schalteinrichtung nicht unmittelbar auf ein Um­ schaltsystem für optische Fasern zum Laserschweißen übertra­ gen werden, wo die Lichtenergie so groß ist, daß Wärmeschutz ein Hauptanliegen wird, um einen Laserstrahl sicher durch eine optische Faser zu einer zugehörigen Bearbeitungsstation zu lenken.

Die vorstehend genannten Probleme und Mängel sind durch die vorliegende Erfindung beseitigt, die ein Umschaltsystem für optische Fasern beim Laserschweißen angibt. Das erfindungs­ gemäße System ist so ausgebildet, daß es einen Laserstrahl wahlweise einer von mehreren Schweißstationen lenkt, um dort Laserschweißen zu bewirken. Das System weist eine Laserquel­ le zum Erzeugen eines Laserstrahls, eine erste optische Fa­ ser, die sich von der Laserquelle aus erstreckt, um den La­ serstrahl hindurchzuleiten, ein Paar Leiter optischer Fa­ sern, die zu den einzelnen Bearbeitungsstationen führen, und eine Schalteinrichtung auf, um die erste optische Faser mit einer ausgewählten der zweiten optischen Fasern zu verbin­ den, um den Laserstrahl der ausgewählten optischen Faser durchzulassen, um Laserschweißen an der zugehörigen Schweiß­ station zu ermöglichen. Die erste optische Faser weist ein Ausgabeende auf, das wahlweise zu einem der Eingangsenden ausgerichtet wird, die an den benachbarten Enden der zweiten optischen Fasern ausgebildet sind. Die Schalteinrichtung weist ein Gehäuse mit einer Längsachse auf, und es hält die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern parallel zur Längsachse. Ein Träger ist innerhalb des Gehäuses vorhanden, der das Ausgangsende der erste optischen Fasern trägt und linear zusammen mit diesem Ausgangsende innerhalb des Gehäu­ ses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse bewegbar ist, so daß das Ausgangsende der ersten optischen Faser zu engem endseitigen Gegenüberstehen in bezug auf die Eingangs­ enden der zweiten optischen Fasern oder weg von einem sol­ chen Gegenüberstehen kommt. In der Schalteinrichtung ist auch ein elektromagnetisches Relais mit einem zwischen zwei Stellungen bewegbaren Anker vorhanden. Der Anker ist funk­ tionsmäßig so angeschlossen, daß er den Träger linear be­ wegt, um das Ausgangsende der ersten optischen Faser mit dem Eingangsende einer ausgewählten der zweiten optischen Fasern auszurichten, wodurch der Laserstrahl von der ersten opti­ schen Faser nur auf die ausgewählte der zweiten optischen Fasern zugehörigen Bearbeitungsstation gelenkt wird. Das Eingangsende der ersten optischen Faser und die Ausgangsen­ den der zweiten optischen Fasern sind jeweils mit einer wär­ meabstrahlenden Hülse zum Abstrahlen von Energie bedeckt, die an der Verbindung zwischen der ersten und der zweiten optischen Faser abgegeben wird. Die wärmeabstrahlende Hülse besteht vorzugsweise aus einem keramischen oder festen Mate­ rial mit hervorragender Wärmeleitfähigkeit. Daher ist es leicht möglich, an der Verbindungsstelle die Wärme zu absor­ bieren, die durch einen für Laserzwecke erzeugten Laser­ strahl relativ hoher Energie erzeugt wird. Dadurch wird es möglich, die Schalteinrichtung sicher zu betreiben. Zusätz­ lich ist das System dazu in der Lage, die Schalteinrichtung getrennt von der Laserquelle anzuordnen, so daß die Laser­ quelle kompakt wird und leicht innerhalb eines begrenzten Raums angebracht kann, um die Gesamtlänge der optischen Fa­ sern von der Laserquelle zu den einzelnen Bearbeitungssta­ tionen zu verringern. Dies erlaubt auch eine flexible Anord­ nung der Laserquelle und der Bearbeitungsstationen. Das Sy­ stem ermöglicht aufgrund der Verwendung des elektromagneti­ schen Relais auch eine hohe Schaltgeschwindigkeit und gleichzeitig ein Schalten des Laserstrahls mit minimalem Energieverlust aufgrund der Faser-Faser-Verbindung, im Ge­ gensatz zum bekannten Umschaltsystem beim Laserschweißen, das einen Spiegel benutzte.

Demgemäß ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, ein Um­ schaltsystem für optische Fasern beim Laserschweißen anzu­ geben, das dazu in der Lage ist, die Wärme abzustrahlen, die möglicherweise an der Verbindungsstelle der optischen Fasern abgegeben wird, um dadurch einen sicheren Schaltbetrieb zu ermöglichen, wobei es hohe Schaltgeschwindigkeit sicher­ stellt und eine flexible Anordnung der Laserquelle und der Arbeitsstationen ermöglicht.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein Ausrichter vorhanden, um die optische Achse der ersten optischen Faser mit derjenigen der vorgegebenen zweiten optischen Faser zur Deckung zu bringen. Um die Einstellung zu erleichtern, ist die wärmeabstrahlende Hülse an ihrem Ende mit Kerben verse­ hen, durch die der Kern der ersten bzw. zweiten optischen Faser betrachtet werden kann.

Es ist demgemäß ein Vorteil einer Weiterbildung der Erfin­ dung, daß ein Umschaltsystem für optische Fasern beim Laser­ schweißen ein einfaches und genaues Ausrichten der optischen Fasern ermöglicht.

Vorzugsweise sind die erste und die zweiten optischen Fasern an ihren Endflächen am Eingangs- und Ausgangsende jeweils mit Antireflexionsbeschichtungen versehen, deren optische Dicke im wesentlichen einem Mehrfachen eines Viertels der Wellenlänge des Laserstrahls entspricht. Die Beschichtung weist eine Schicht dielektrischen Materials und eine Schicht Metalloxid auf. Mit dieser Antireflexionsbeschichtung kann der Laserstrahl von der ersten optischen Faser mit minimalem Energieverlust in die zweite optische Faser durchgelassen werden, wobei es sich demgemäß um einen weiteren Vorteil einer Weiterbildung handelt.

Das System weist eine Steuerung auf, um die Erzeugung des Laserstrahls in der Laserquelle zu ermöglichen oder zu sper­ ren.

Der Steuerung ist ein Gefahrsensor zugeordnet, der innerhalb des Schaltgehäuses angebracht ist, um ein Herauslecken des Laserstrahls an der Verbindungsstelle zwischen der ersten und den zweiten optischen Fasern festzustellen. Wenn der Ge­ fahrsensor das Herauslecken von Laserstrahlen feststellt, gibt er ein Gefahrsignal aus, das das Lecken anzeigt. Die Steuerung spricht auf das Gefahrsignal dahingehend an, daß sie die Laserquelle desaktiviert, um das Erzeugen des Laser­ strahls zu beenden. Dieses Ermöglichen eines Sicherheits­ schaltvorgangs ist ein weiterer Vorteil einer Weiterbildung.

Das System weist auch mindestens einen Verschluß zum Unter­ brechen des Laserstrahls und einen Positionsdetektor zum Ermitteln der Position des Ankers des Relais und zum Ausge­ ben eines Umschaltsignals an die Steuerung auf, das anzeigt, daß der Anker ein Umschalten von einer Position in die ande­ re vornimmt. Der Verschluß wird in solcher Weise gesteuert, daß er nur dann geöffnet wird, wenn das Gefahrsignal nicht empfangen wird und gleichzeitig das Umschaltsignal empfangen wird. Aufgrund dieser Anordnung kann der Laserstrahl nur dann auf eine vorgegebene Bearbeitungsstation gelenkt wer­ den, nachdem der Schaltvorgang beendet ist und wenn der La­ serstrahl nicht ausleckt, so daß es mit vollem Erfolg mög­ lich ist, den Laserstrahl auf die vorgegebene Bearbeitungs­ station zu lenken, ohne daß es zu unerwünschtem Lecken des Laserstrahls auf dem Weg, auf dem er geleitet wird oder bei der Bearbeitungsstation, kommt. Der Verschluß kann bei jeder Bearbeitungsstation vorhanden sein.

Eine vorteilhafte Weiterbildung weist demgemäß einen Ver­ schluß oder Verschlüsse auf, die so gesteuert werden, daß sie das Herauslecken eines Laserstrahls entlang dem Weg der optischen Faser und an einer vorgegebenen Bearbeitungssta­ tion verhindern.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Schalteinrich­ tung so ausgebildet, daß sie wahlweise die erste optische Faser mit einer von drei zweiten optischen Fasern verbindet. Zu diesem Zweck weist die Schalteinrichtung einen ersten Träger auf, der das Ausgangsende der ersten optischen Faser trägt und dieses linear innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse verschiebt, und einen zweiten Träger auf, der die Eingangsenden der zweiten opti­ schen Fasern parallel zueinander trägt und der verschiebbar zusammen mit den Fasern innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse verschiebbar ist. Die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern sind gleich beab­ standet voneinander in einer horizontalen Ebene ausgerich­ tet. Der erste und der zweite Träger sind betriebsmäßig so mit einem ersten und einem zweiten elektromagnetischen Re­ lais mit Ankern verbunden, daß der erste und der zweite Trä­ ger jeweils zwischen zwei Positionen verstellbar sind. In einer der beiden Positionen des ersten Trägers kommt das Ausgangsende der ersten optischen Faser zu dichtem endseiti­ gem Gegenüberstehen mit einem ausgewählten Ausgangsende von einer der zwei benachbarten zweiten optischen Fasern. Ent­ sprechend kommt in der anderen Stellung des ersten Trägers das Ausgangsende der ersten optischen Faser zu dichtem end­ seitigem Gegenüberstehen mit dem ausgewählten Ende eines der beiden anderen benachbarten zweiten optischen Fasern. Da­ durch ist es möglich, die erste optische Faser wahlweise mit einer der drei zweiten optischen Fasern durch Kombination der Bewegung des ersten und des zweiten Trägers zu verbin­ den.

Es ist demgemäß ein Vorteil der Erfindung, daß es sich um ein Umschaltsystem für optische Fasern beim Laserschweißen handelt, bei dem alleine die Schalteinrichtung ein Dreiwege­ schalten des Laserstrahls bewirken kann.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Schaltein­ richtung so ausgebildet, daß sie die erste optische Faser wahlweise mit einer von vier zweiten optischen Fasern ver­ bindet. Die Schalteinrichtung weist einen ersten Träger auf, der das Ausgangsende der ersten optischen Faser trägt und linear innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse verschiebbar ist. Sie weist auch einen zwei­ ten Träger auf, der die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern in solcher Weise trägt, daß diese Eingangsenden in zwei parallelen Reihen mit jeweils zwei zweiten optischen Fasern angeordnet sind. Ein erstes elektromagnetisches Re­ lais ist mit seinem Anker so angeschlossen, daß es den er­ sten Träger zwischen zwei horizontalen Stellungen bewegt. Ein zweites elektromagnetisches Relais ist mit seinem Anker so angeschlossen, daß es den zweiten Träger zwischen zwei vertikalen Positionen in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse und rechtwinklig zu derjenigen Ebene bewegt, in der sich der erste Träger bewegt. In jeder der zwei vertika­ len Positionen des zweiten Trägers kommt ein Eingangsende der jeweiligen zweiten optischen Faser zu dichtem endseiti­ gem Gegenüberstehen mit dem Ausgangsende der ersten opti­ schen Faser in jeder der Horizontalpositionen, was es ermög­ licht, den Laserstrahl wahlweise zu einer der vier zweiten optischen Fasern ausgehend von der ersten optischen Faser zu lenken.

Es ist demgemäß ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Um­ schaltsystems für optische Fasern beim Laserschweißen, daß es eine Schalteinrichtung aufweisen kann, die alleine dazu in der Lage ist, ein Vierwegeschalten des Laserstrahls zu bewirken.

Diese Aufgaben und Vorteile, wie auch weitere Aufgaben, Vor­ teile und Wirkungen der Erfindung, gehen aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele hervor, die sich auf die beigefügten Figuren stützen.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Umschaltsy­ stem für optische Fasern beim Laserschweißen gemäß einem er­ sten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das das vorstehende System in näheren Einzelheiten zeigt;

Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das eine im obigen System verwendete Schalteinheit zeigt;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer in der obigen Schalteinheit enthaltenen Schalteinrichtung;

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Schalteinrichtung, wobei die obere Abdeckung entfernt ist;

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine wärmeab­ strahlende Hülse zeigt, die um ein Ausgangsende einer ersten optischen Faser angeordnet ist, die sich von einer Laser­ quelle des obigen Systems aus erstreckt;

Fig. 7 ist ein Querschnitt der wärmeabstrahlenden Hülse am Ausgangsende der ersten optischen Faser;

Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht entsprechender wär­ meabstrahlender Hülsen, wie sie um die Eingangsenden von zwei zweiten optischen Fasern angeordnet sind;

Fig. 9 ist eine Endansicht der wärmeabstrahlenden Hülsen, die um die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern ange­ ordnet sind, gesehen in der in Fig. 8 durch den Pfeil A an­ gezeigten Richtung;

Fig. 10 ist ein Querschnitt entlang der Linie X-X von Fig. 5.

Fig. 11 ist ein Querschnitt entlang der Linie Y-Y von Fig. 5.

Fig. 12 und 13 sind Ansichten, die den Betrieb der obigen Schalteinrichtung zeigen, wobei das Ausgangsende der ersten optischen Faser jeweils in einer von zwei verschiedenen Stellungen steht;

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung, die die Beziehung zwischen einem festliegenden Punkt und dem bewegten Ende der ersten optischen Faser innerhalb eines Gehäuses der Schalt­ einrichtung veranschaulicht;

Fig. 15 ist eine Darstellung, die die Hub/Kraft-Beziehung für einen Träger der Schalteinrichtung zeigt, auf den die Kraft einer elektromagnetischen Spule und einer zugeordneten Feder wirkt;

Fig. 16, die aus den Fig. 16A bis 16H besteht, ist ein Sig­ nalzugdiagramm, das den gesteuerten Betrieb des Systems ver­ anschaulicht;

Fig. 17 bis 19 sind schematische Darstellungen, die ver­ schiedene räumliche Anordnungen von drei Schalteinrichtungen innerhalb der Schalteinheit darstellen;

Fig. 20 ist eine schematische Ansicht, die eine andere Schalteinheit veranschaulicht, wie sie bei der Erfindung verwendet werden kann, und die sieben Schalteinrichtungen aufweist, um den Laserstrahl wahlweise auf eine von acht Be­ arbeitungsstationen zu lenken;

Fig. 21 ist eine schematische Ansicht, die ein Umschaltsy­ stem für optische Fasern beim Laserschweißen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;

Fig. 22 ist eine schematische Ansicht, die eine Schaltein­ heit veranschaulicht, wie sie im System von Fig. 21 verwen­ det wird, und die vier Schalteinrichtungen enthält;

Fig. 23A bis 23C sind schematische Ansichten, die den Be­ trieb der obigen Schalteinrichtung zum wahlweisen Anschlie­ ßen einer ersten optischen Faser an drei zweite optische Fa­ sern veranschaulichen;

Fig. 24 ist eine schematische Ansicht, die eine modifizierte Schalteinrichtung veranschaulicht, die erfindungsgemäß ver­ wendet werden kann und die einen Träger aufweist, der ein Array von vier zweiten optischen Fasern trägt, um den Laser­ strahl wahlweise auf eine von vier optischen Fasern zu len­ ken; und

Fig. 25 und 26 sind schematische Ansichten, die bekannte Um­ schaltsysteme zum Laserschweißen veranschaulichen.

Erstes Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 16)

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Umschaltsystem für optische Fa­ sern beim Laserschweißen gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung. Das System weist eine Laserquelle 1 auf, die einen Laserstrahl großer Energie erzeugt, die dazu ausreicht, Laserschweißen zu bewirken. Die Laserquelle 1 ist mit vier verschiedenen Bearbeitungsstationen oder Schweißka­ nonen WS1 bis WS4 über eine Schalteinheit 5 verbunden, um Laserschweißen in einer beliebigen der Bearbeitungsstationen WS1 bis WS4 durch den Laserstrahl zu ermöglichen, der ge­ meinsam von der Laserquelle 1 hergelenkt wird. Die Schalt­ einheit 5 wird von einer Bedieneinheit 3 über eine Steue­ rungseinheit 4 so gesteuert, daß sie den Laserstrahl wahl­ weise auf eine der vier Bearbeitungsstationen WS1 bis WS4 lenkt. Die Schalteinheit 5 ist so angeschlossen, daß sie den Laserstrahl von der Laserquelle 1 über eine erste optische Faser 11 empfängt, und sie weist drei Schalteinrichtungen (im folgenden der Einfachheit halber als Schalter bezeich­ net) 50-1 bis 50-3 auf, die jeweils einen Zweiwegeschaltvor­ gang vornehmen, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

Die Bedieneinheit 3 weist vier Selektoren S1 bis S4 auf, de­ ren Anzahl derjenigen Bearbeitungsstationen WS1 bis WS4 ent­ spricht, um Laserschweißen in einer beliebigen dieser Bear­ beitungsstationen zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist die Bedieneinheit 3 über eine Leitung 31 mit der Laserquelle 1 verbunden, um diese zu aktivieren, damit sie einen Laser­ strahl erzeugt. Sie ist über Leitungen 32 auch mit der Steu­ ereinheit 3 verbunden, um eine geeignete Kombination der Schalter 50-1 bis 50-3 einzustellen, um den Laserstrahl zu einer vorgegebenen der Bearbeitungsstationen WS1 bis WS4 zu lenken. Die Bedieneinheit 3 ist mit einer Leitung 33 auch an die Steuereinheit 4 angeschlossen, um die Laserquelle auf­ grund eines Signals außer Betrieb zu setzen, das über die Leitung 33 von der Steuereinheit 4 geliefert wird, und zwar wenn dieses Signal anzeigt, daß der Schaltvorgang auf die vorgegebene Bearbeitungsstation nicht abgeschlossen werden konnte, wozu Einzelheiten weiter unten angegegeben werden.

Innerhalb der Schalteinheit 5 sind die drei Schalter 50-1 bis 50-3 mit identischem Aufbau kaskadenförmig angeschlos­ sen, um das Ausgangssignal vom Primärschalter 50-1 auf die Eingänge der Sekundärschalter 50-2 und 50-3 zu lenken, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Der Eingang des Primärschalters 50-1 ist mit der Laserquelle 1 über die er­ ste optische Faser 11 verbunden. Seine zwei Ausgänge sind mit den Eingängen der Sekundärschalteinrichtungen 50-2 und 50-3 über eine jeweilige zweite optische Faser 12-1 bzw. 12-2 verbunden. Die Ausgänge der Sekundärschaltungen 50-2 und 50-3 sind mit einer jeweiligen Bearbeitungsstation WS1 bis WS4 über dritte optische Fasern 12-1 bis 12-4 verbunden. Wie in Fig. 3 dargestellt, weist jeder Schalter ein elektro­ magnetisches Relais 60 mit einem Anker 61 auf, der zwischen zwei Stellungen bewegbar ist. Im Primärschalter 50-1 ist der Anker 61 mit dem Ausgangsende der ersten optischen Faser 11 verbunden, damit sich diese mit dem Anker zwischen den zwei Stellungen bewegt. Dicht benachbart zum Ausgangsende der er­ sten optischen Faser 11 sind die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern 12-1 bzw. 12-2 angeordnet, die stationär gehalten werden, so daß das Ausgangsende der ersten opti­ schen Faser 11 wahlweise mit einem der beiden Eingangsenden der zweiten optischen Fasern 12-1 bzw. 12-2 abhängig von der Stellung des Ankers 61 verbunden wird. Entsprechend sind in den Sekundärschalteinrichtungen 50-2 und 50-3 die Ausgangs­ enden der zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 mit einem jeweiligen Anker 61 der Sekundärschalter 50-2 bzw. 50-3 ver­ bunden, so daß sie jeweils zwischen zwei Stellungen ver­ schiebbar sind. Auch ist in jeder der Sekundärschalter 50-2 und 50-3 ein Paar dritter optischer Fasern 13-1 und 13-2 (13-3 und 13-4) so angeordnet, daß ihre Eingangsenden dicht benachbart zum Ausgangs ende der zweiten optischen Fasern 12-1 (bzw. 12-2) stehen, um die zweite optische Faser 12-1 (bzw. 12-2) mit einer der dritten optischen Fasern 13-1 oder 13-2 (bzw. 13-3 oder 13-4) zu verbinden. Die vier dritten optischen Fasern 13-1 bis 13-4 sind jeweils mit den Bearbei­ tungsstationen WS1 bis WS4 verbunden. Dadurch arbeitet die Schalteinheit 5 dahingehend, daß sie den Laserstrahl wahl­ weise auf eine der Bearbeitungsstationen WS1 bis WS4 dadurch lenkt, daß sie die Stellungen des Primärschalters 50-1 und der Sekundärschalter 50-2 und 50-3 gesteuert durch die Steu­ ereinheit 4 verstellt. Wenn z. B. der Selektor S1 der Be­ dieneinheit betätigt wird, reagiert die Steuereinheit 4 da­ hingehend, daß sie die Anker 61 des Primärschalters 50-1 und des Sekundärschalters 50-2 betätigt, um einen Pfad für den Laserstrahl von der Laserquelle 1 über die optische Faser 11, die zweite optische Faser 12-1 und die dritte optische Faser 13-1 zur Bearbeitungsstation WS1 aufzubauen. Auf ent­ sprechende Weise wird auf wahlweises Einschalten einer der Selektoren S2 bis S4 hin ein Weg für den Laserstrahl durch die erste sowie zweite und dritte optische Fasern aufgebaut.

Die Schalter 50-1 bis 50-3 sind jeweils mit Kontaktsätzen 51-1 bis 51-3 versehen, die mit einem jeweiligen Anker 61 gekoppelt sind, damit sie sich auf die Bewegung dieses An­ kers hin öffnen oder schließen, was die Steuerungseinheit 4 mit Positionssignalen versorgt, die die Stellung des Ankers 61 und damit des Ausgangsendes der zugehörigen Faser anzei­ gen. In jedem der Schalter 50-1 bis 50-3 ist auch ein Ge­ fahrsensor 52 vorhanden, der benachbart zur Verbindung zwi­ schen dem Ausgangsende und dem Eingangsende der optischen Fasern angeordnet ist, um ein Herauslecken des Laserstrahls an dieser Stelle festzustellen. Der Sensor gibt an die Steu­ ereinheit 4 ein Gefahrsignal aus, wenn er ein Herauslecken feststellt. Auf das Gefahrsignal hin steuert die Steuerein­ heit 4 die Bedieneinheit 3 so, daß diese sofort das Erzeugen des Laserstrahls in der Laserquelle 1 beendet. Ein solches Lecken kann auftreten, wenn das Ausgangs- und das Eingangs­ ende der Fasern schlecht gegeneinander ausgerichtet sind oder wenn mindestens eines dieser beiden Enden beschädigt ist. Der Gefahrsensor kann ein Temperatursensor, wie ein Thermistor, oder ein Thermostat sein, der einen ungewöhnli­ chen Temperaturanstieg feststellt, oder es kann ein Licht­ sensor, wie eine Photodiode, sein, die ein Herauslecken des Laserstrahls feststellt. Wie in den Fig. 1 und 2 darge­ stellt, sind die Bearbeitungsstationen WS1 bis WS4 jeweils mit Verschlüssen 20-1 bis 20-4 versehen, die über eine ge­ eignete Kombination der Kontaktsätze 51-1 bis 51-3, gesteu­ ert durch die Steuereinheit 4, aktiviert werden, damit sich zwischen einer Verschlußstellung zum Unterbrechen des Laser­ strahls und einer geöffneten Stellung zum Durchlassen des Laserstrahls zu einem Zielobjekt bewegen.

Der Betrieb des Systems wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 und die Fig. 16A bis 16H erläutert, die Signalzüge von Steu­ ersignalen darstellen. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, auf die Bearbeitungsstation WS4 von der Bearbeitungsstation WS1 umzuschalten, wird der Selektor S1 abgeschaltet, und gleichzeitig wird der Selektor S4 eingeschaltet, was zur Folge hat, daß an die Steuereinheit 4 über zugehörige Lei­ tungen 32 Schaltsignale SS1 und SS4 gegeben werden, die auf niedrigen bzw. hohen Pegel umschalten, wie dies in den Fig. 16A und 16B dargestellt ist. Nachdem die Steuereinheit 4 diese Signale empfangen hat, setzt sie ein Bereitsignal RD auf niedrigen Pegel, wie in Fig. 16 dargestellt. Das auf niedrigen Pegel fallende Bereitsignal RD wird über die Lei­ tung 33 auf die Bedienheit 3 zurückgegeben, die ihrerseits ein Lasersteuersignal LS auf niedrigen Pegel schaltet, wie in Fig. 16H dargestellt. Das niedrigen Pegel einnehmende Signal LS wird der Laserquelle 1 über die Leitung 31 zuge­ führt, damit diese das Erzeugen des Laserstrahls beendet. Es wird hier darauf hingewiesen, daß dann, wenn ein beliebiger der Selektoren S1 bis S4 in der Bedieneinheit 3 eingeschal­ tet wird, diese das Bereitsignal RD auf niedrigen Pegel setzt. Nach einer kurzen Zeitspanne ab dem Zeitpunkt des Em­ pfangs der Schaltsignale SS1 und SS4 gibt die Steuereinheit 4 Relaisignale RY1 und RY4 aus, wie dies in den Fig. 16C und 16D dargestellt ist, um die Relais der zugehörigen Schalter 50-1 bzw. 50-3 zu aktivieren und dadurch die Stellungen der zugehörigen Anker 61 und damit der Ausgangsenden der ersten optischen Faser 11 und der zweiten optischen Faser 12-2 um­ zuschalten. Wenn das Umschalten der jeweiligen Anker 61 der Schalter 50-1 und 50-3 von der einen auf die andere Position abgeschlossen ist, zwingt dies die Kontaktsätze 51-1 und 51-3 zu einer Änderung in ihrer Stellung, wodurch Positions­ signale PS1 und PS4 ausgegeben werden, wie sie in den Fig. 16E bzw. 16F dargestellt sind, die dazu dienen, den Ver­ schluß 20-1 zu schließen bzw. den Verschluß 20-4 zu öffnen. Anschließend setzt die Steuereinheit 4 das Bereitsignal RD verzögert auf hohen Pegel, wie dies in Fig. 16G dargestellt ist, welches Signal RD an die Bedieneinheit 3 zurückgelie­ fert wird, um dort das Lasersteuersignal LS auf hohen Pegel zu setzen, wie dies in Fig. 16H dargestellt ist, woraufhin die Erzeugung des Laserstrahls wieder aufgenommen wird.

Dadurch kann der Laserstrahl über die erste optische Faser 11, die zweite optische Faser 12-2 und die dritte optische Faser 13-4 gelenkt werden, um das beabsichtigte Laserschwei­ ßen in der vorgegebenen Bearbeitungsstation WS4 zu bewirken. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Verschluß in jeder Bearbeitungsstation vorhanden, jedoch kann ein entsprechen­ der Verschluß oder können entsprechende Verschlüsse in der Laserquelle oder der Schalteinheit vorhanden sein.

Gemäß den Fig. 4 und 5 weist jeder der Schalter 50-1 bis 50-3 ein dichtes Gehäuse 70 aus einem oben offenen Kasten 71 und einer oberen Abdeckung 72 auf. Der Kasten 71, der aus einem Material mit guten Wärmeabstrahleigenschaften wie auch hoher Reflektivität in bezug auf den Laserstrahl besteht, weist langgestreckte Form mit einer Längsachse auf, wodurch ein langgestreckter Raum festgelegt wird, der von einem Paar Endwände 73 und einem Paar Seitenwände 74 umgeben und fest­ gelegt wird. Innerhalb des Kastens 71 ist ein Träger 80 an­ geordnet, der an einer sich horizontal erstreckenden Längs­ achse 75 getragen ist und entlang dieser verschiebbar ist. Durch diesen Träger 80 wird das Ausgangsende der ersten op­ tischen Faser 11 oder einer zweiten optischen Faser 12-1 bzw. 12-2 gehalten, wodurch die Faser mit dem Träger ver­ schiebbar ist. Der Einfachheit halber und zum Vermeiden dop­ pelter Erläuterungen wird der Schalteraufbau nachfolgend nur in bezug auf den Primärschalter 50-1 zum wahlweisen Verbin­ den der ersten optischen Faser 11 und der zweiten optischen Fasern 12-1 oder 12-2 erläutert, da alle drei Schalter 50-1 bis 50-3 identischen Aufbau aufweisen. Das Ausgangsende der ersten optischen Faser 11 ist in eine wärmeabstrahlende Hül­ se 90 eingepaßt, und sie wird von einem im Träger 80 ausge­ bildeten Schlitz 81 aufgenommen und am Träger durch eine Spange 82 gehalten. Die erste optische Faser 11 ist auch mit einem Längsende des Kastens 71 in einer Entfernung beabstan­ det vom Befestigungsort des Trägers 80 mit Hilfe einer Klemmeinrichtung befestigt, die aus einem am Kasten 71 bei der Endwand 73 befestigten Block 76 und einem Festhalter 77 besteht, wodurch sich die erste optische Faser 11 innerhalb dieser Entfernung biegen kann, wenn sich ihr Ausgangsende horizontal bewegt. Die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 sind in ähnliche wärmeabstrahlende je­ weilige Hülsen 90 eingepaßt, und sie sind am anderen Längs­ ende des Kastens 71 dicht beieinander und parallel zur Längs­ achse des Kastens 71 so befestigt, daß das Ausgangsende der ersten optischen Faser 11 zu dichtem endseitigem Gegenüber­ stehen mit einem ausgewählten Eingangsende einer der zweiten optischen Fasern 12-1 bzw. 12-2 kommt. Ein Paar Gleitstücke 100 mit keilförmigen Oberflächen 101 ist auf einem Block 78 angebracht, der so im Inneren des Kastens 71 angebracht ist, daß er entlang der Längsachse verschiebbar ist. Die keilför­ migen Oberflächen 101 sind so positioniert, daß sie die Hül­ sen 90 an den Eingangsenden der zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 in solcher Weise unterstützen, daß die Gleit­ bewegung des Gleitstücks 100 die Vertikalposition der Ein­ gangsenden verstellen kann, wodurch ein vertikales Einstel­ len erfolgen kann, damit die Eingangsenden sich auf Höhe des Ausgangsendes der ersten optischen Faser 11 befinden. Der Träger 80 ist mit einem Antriebsstift 102 verbunden, der sich quer durch die Seitenwände 74 parallel zur Achse 75 er­ streckt und axial zusammen mit dem Träger 80 bewegbar ist. Die entgegengesetzten Enden des Antriebsstiftes 102 erstrecken sich aus den Seitenwänden 74 so nach außen, daß sie an Einstellschrauben 104 anliegen, die an zugehörigen Stützen 103 angebracht sind, um den zulässigen Hub für die Axialbe­ wegung des Antriebsstiftes 102 einzustellen. Der Antriebs­ stift 102 ist über eine Feder 105 mit dem Anker 61 des Elek­ tromagneten 60 gekoppelt, so daß er durch diesen axial ver­ schoben wird, um den Träger 80 zwischen zwei Horizontalposi­ tionen zu verstellen, in denen das Ausgangsende der ersten optischen Faser mit einem der Eingangsenden der zwei zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 verbunden ist. Die genaue Ausrichtung der optischen Achse für die erste und zweite Faser 11 bzw. 12-1, 12-2 kann durch Horizontaleinstellung des Antriebsstiftes 102 durch die Einstellschrauben 104 und durch die Vertikalbewegung der zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 durch die Gleitstücke 100 erfolgen, wie vorstehend erläutert. Das Relais 60 ist ein bistabiles polarisiertes Relais, das dazu dient, den Anker 61 zwischen zwei stabilen Positionen durch wahlweises Polarisieren einer Spule 62 zu bewegen. Wenn das Relais 60 durch eine Spannung erster Pola­ rität aktiviert wird, bewegt der Anker 61 den Träger 80 und damit das Ausgangsende der ersten optischen Faser so, daß es zu Übereinstimmung mit dem Eingangsende der zweiten opti­ schen Faser 12-1 kommt, um den Laserstrahl in diese zu lei­ ten, wie in Fig. 12 dargestellt. Wenn dagegen das Relais 60 durch eine Spannung umgekehrter Polarität erregt wird, be­ wegt der Anker 61 den Träger 80 und damit das Ausgangsende der ersten optischen Faser 11 so, daß es zu Übereinstimmung mit dem Eingangsende der anderen zweiten optischen Faser 12-2 kommt, um den Laserstrahl in diese zu lenken, wie in Fig. 13 dargestellt. An den gegenüberliegenden Enden des Ankers 61 sind Federkontakte 64 angebracht, die vom Anker 61 so betätigt werden, daß sie zugehörige feste Kontakte 65 bzw. 66 öffnen und schließen. Die Federkontakte 64 arbeiten mit den feststehenden Kontakten 65 und 66 so zusammen, daß sie den oben genannten Kontaktsatz 51 bilden, der das Posi­ tionssignal ausgibt, der die Stellung des Ankers 61, d. h. diejenige der ersten optischen Faser 11 in Beziehung auf die zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 anzeigt, und das auch anzeigt, ob das Schalten der ersten optischen Faser 11 zur vorgegebenen der zweiten optischen Fasern 12-1 bzw. 12-2 hin abgeschlossen ist.

Die sich vom Anker 61 aus erstreckende Feder 105 ist mit ih­ rem gegabelten Ende an einem Ende des Antriebsstiftes 102 außerhalb der Seitenwand 74 verbunden, um eine Federgegen­ kraft gegen die Axialbewegung des Antriebsstiftes 102 zu er­ zeugen. Die Federgegenkraft ist so eingestellt, daß sie niedriger ist als die Anzugskraft des Ankers 61, daß die Stellung des Trägers 80 und damit des Ausgangsendes der er­ sten optischen Faser 11 durch den Ankerhub festgelegt ist, während die Federkraft dazu beiträgt, daß sich der Träger 80 schneller von der einen in die andere Position bewegt. Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß der Hub SA des Ankers 61 so gewählt wird, daß er größer ist als der Hub SC des Trägers 80, wie er durch die Einstellschrauben 104 festgelegt wird, wie dies in Fig. 15 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung wird der Trägerhub SC frei von mögli­ chen Änderungen im Ankerhub SA, was exaktes Positionieren des Trägers 80 und sicheres Umschalten des Laserstrahls auf die zweiten optischen Fasern 12-1 bzw. 12-2 ermöglicht.

Wie in Fig. 14 dargestellt, wird die erste optische Faser 11 in solcher Weise zum Kasten 71 geführt, daß sie die folgende Gleichung für freies Biegen ohne Beschädigungsgefahr er­ füllt:

wobei L die Entfernung zwischen dem festliegenden Ende der ersten optischen Faser am Kasten 71 und dem festen Ende am Träger 80 ist, R der minimal zulässige Krümmungsradius für die optische Faser ist und 1 der Trägerhub SA zwischen den zwei Stellungen ist.

Wie in den Fig. 6 bis 9 dargestellt, ist die wärmeabstrah­ lende Hülse 90 um das Eingangs- und Ausgangsende der jewei­ ligen optischen Fasern gepaßt, und zwar über eine gewisse Länge in solcher Weise, daß sie sich von einem Nylonmantel 14 der Faser zum freien Endbereich erstreckt, in dem der Mantel 14 entfernt ist, um einen Kern 15 freizulegen. Die Hülse 90 besteht aus Keramik oder Metall mit guter thermi­ scher Leitfähigkeit und Festigkeit, mit einem Sackloch 91 in seinem freien Ende, wie dies am besten in Fig. 7 erkennbar ist. In das Sackloch 91 ist ein Saphir 92 so eingepaßt, daß er den Kern 15 in solcher Weise umgibt, daß er das freie En­ de des Kerns 15 freiläßt. Das Ende der Hülse 90 ist so ein­ geschnitten, daß es Kerben 93 aufweist, die entlang dem Um­ fang um den Kern 15 angeordnet sind und sich axial zu einem Punkt benachbart der Endfläche des Saphirs 92 erstrecken. Aufgrund der Kerben 93 im freien Ende der Hülse 90 kann ein Benutzer durch diese Kerben 93 hindurch erkennen, ob die Kerne einer ersten und zweiten optischen Faser exakt zuein­ ander ausgerichtet sind, und er kann die Ausrichtung leicht dadurch einstellen, daß er die Gleitstücke 100 und die Ein­ stellschrauben 104 betätigt. Das Äußere der Hülsen 90 ist so ausgebildet, daß ein zylindrischer Abschnitt 94 und ein sich an diesen zum freien Ende hin anschließenden, im wesentli­ chen polygonalen Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser grö­ ßer ist als der des zylindrischen Abschnitts 94. Der polygo­ nale Abschnitt 95 weist runde Oberflächen 96 auf, die sich in Umfangsrichtung mit ebenen Oberflächen 97 abwechseln, de­ ren axiale Enden in den jeweiligen Kerben 93 enden. Mit Hil­ fe der ebenen Flächen 97 können die zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 dicht beieinander gehalten werden, wobei die ebenen Flächen aneinanderliegen, wie dies in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Das Ende des Kerns 15 ist mit einer Anti­ reflexionsbeschichtung 98 bedeckt, deren optische Dicke im wesentlichen einem Mehrfachen eines Viertels (1/4) der Wel­ lenlänge λ des Laserstrahls entspricht. Die Beschichtung 98 weist Mehrschichtstruktur aus Schichten von dielektrischem Material und Metalloxid auf, um so wirkungsvoll ungewünsch­ te Reflexion an der Endfläche des Kerns 15 zu vermeiden.

Die Fig. 17 bis 19 zeigen Darstellungen für nützliche Anord­ nungen der drei Schalter 50-1 bis 50-3 zum Unterbringen der­ selben in begrenztem Raum innerhalb der Schalteinheit 5. In Fig. 17 sind die drei Schalter 50-1 bis 50-3 nebeneinander angeordnet, wobei die zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 in Schleifen gebogen sind, um die Ausgangsenden der Schalter 50-1 bis 50-3 in derselben Richtung ausrichten zu können. In Fig. 18 ist der Primärschalter 50-1 vertikal von den Sekun­ därschaltern 50-2 und 50-3 beabstandet, die in derselben horizontalen Ebene wie die zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 angeordnet sind, die zu Schleifen gebogen sind, um das Eingangsende des Primärschalters 50-1 und die Ausgangsenden der Sekundärschalter 50-2 und 50-3 in dieselbe Richtung in bezug auf die Laserquelle und die Bearbeitungsstationen aus­ zurichten. In Fig. 19 sind die zwei Sekundärschalter 50-2 und 50-3 gegen den Primärschalter 50-1 geneigt, wobei die zweiten optischen Fasern 12-1 und 12-2 etwas gebogen sind, um die Sekundärschalter 50-2 und 50-3 dicht beieinander an­ ordnen zu können.

Das vorstehende Ausführungsbeispiel verwendet drei Schalter zum Verteilen der Laserstrahlen auf vier verschiedene Bear­ beitungsstationen. Auf diese besondere Anordnung ist das Sy­ stem der vorliegenden Erfindung jedoch nicht beschränkt. Es ist genausogut möglich, den Laserstrahl auf jede beliebige Zahl von Bearbeitungsstationen durch Hinzufügen einer geeig­ neten Anzahl entsprechender Schalter zu lenken. Z. B. kann das System so erweitert werden, daß es den Laserstrahl auf acht Bearbeitungsstationen lenkt, wie in Fig. 20 darge­ stellt, was durch Hinzufügen von vier weiteren Schaltern 50-4 bis 50-7 hinter den Sekundärschaltern 50-2 und 50-3 und durch Verbinden der vier Schalter 50-4 bis 50-7 mit den je­ weiligen Bearbeitungsstationen durch acht vierte optische Fasern 14-1 bis 14-8 erfolgt.

Zweites Ausführungsbeispiel (Fig. 21 bis 23)

Ein Umschaltsystem für optische Fasern beim Laserschweißen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so ausgebildet, daß es den Laserstrahl von einer Laserquelle 1A wahlweise auf eine von neun Bearbeitungsstationen WS1 bis WS9 über eine Schalteinheit 5A lenkt, die über vier Schalt­ einrichtungen (im folgenden der Einfachheit halber als Schalter bezeichnet) 50A-1 bis 50A-4 verfügt, von denen jede ein Dreiwegeumschalten vornehmen kann, wie in den Fig. 21 und 22 dargestellt. Die Schalter 50A-1 bis 50A-4 sind je­ weils so ausgebildet, daß sie einen Eingang und drei Ausgän­ ge aufweisen und sie kaskadenförmig mit dem Primärschalter 50A-1 verbunden sind, der an die Laserquelle 1 über eine er­ ste optische Faser 11A und an die drei Sekundärschalter 50A-2 bis 50A-4 jeweils über eine von drei zweiten optischen Fasern 12A-1 bis 12A-3 angeschlossen ist. Die Sekundärschal­ ter 50A-2 bis 50A-4 sind mit den Bearbeitungsstationen WS1 bis WS9 über dritte optische Fasern 13A-1 bis 13A-9 verbun­ den. Die Dreiwege-Umschaltstruktur wird nun unter Bezugnahme auf den Primärschalter 50A-1 beschrieben, der der Einfach­ heit halber alleine erläutert wird, da die vier Schalter 50A-1 bis 50A-4 identischen Aufbau aufweisen. Wie schema­ tisch in Fig. 23A dargestellt, weist der Schalter 50A-1 einen ersten Träger 110 und einen zweiten Träger 120 auf, die jeweils zwischen zwei Stellungen innerhalb eines abge­ schlossenen (nicht dargestellten) Gehäuses verschiebbar sind. Der erste Träger 110 trägt das Ausgangsende der ersten optischen Faser 11A und ist an den Anker 131 eines ersten elektromagnetischen Relais 130 angeschlossen, wodurch das Ausgangsende der ersten optischen Faser 11A zwischen zwei Stellungen verschoben werden kann. Der zweite Träger 120 trägt die Eingangsenden der drei zweiten optischen Fasern 12A-1 bis 12A-3, die parallel dicht nebeneinander angeordnet sind. Er ist mit dem Anker 141 eines zweiten elektromagneti­ schen Relais 140 verbunden, wodurch er zwischen zwei Stel­ lungen verstellt werden kann. Mit dieser Struktur ist es möglich, die erste optische Faser 11A wahlweise an eine be­ liebige der drei zweiten optischen Fasern 12A-1 bis 12A-3 anzuschließen, was dadurch erfolgt, daß die Anker 131 und 141 des ersten bzw. zweiten Relais 130 bzw. 140 in Kombina­ tion betätigt werden. Wie in Fig. 23A dargestellt, ist dann, wenn der Anker 131 des ersten Relais 130 in seiner Anzugs­ stellung ist und gleichzeitig der Anker 141 des zweiten Re­ lais 140 in seiner Nichtanzugseinstellung ist, die erste optische Faser 11A mit der zweiten optischen Faser 12A-1 verbunden, die in der Figur die untere Faser ist. Wenn, wie dies in Fig. 12B dargestellt ist, die Anker 131 und 141 des ersten bzw. zweiten Relais 130 bzw. 140 beide in ihrer Nichtanzugsstellung sind, ist die erste optische Faser 11A mit der zweiten optischen Faser 12A-1 in der Mitte der Figur verbunden. Wie in Fig. 23G dargestellt, ist dann, wenn die Anker 131 und 141 des ersten bzw. zweiten Relais 130 bzw. 140 in ihrer Nichtanzugs- bzw. ihrer Anzugsstellung sind, die erste optische Faser 11A mit der dritten optischen Faser 12A-3 verbunden, die in der Figur als oberste Faser darge­ stellt ist. Der Relaisaufbau und die Steuerung des Systems ist mit dem identisch, was zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde. Jedoch kann bei der Erfindung auch ein an­ ders aufgebautes Relais genausogut verwendet werden.

Fig. 24 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine Schalteinrichtung 50B, die beim oben genannten System ver­ wendet werden kann, um eine Vierwegeumschaltung zu bewirken, um beim oben genannten System ein wahlweises Verteilen des Laserstrahls zu ermöglichen. Die Schalteinrichtung 50B weist einen ersten Träger 110B und einen zweiten Träger 120B auf, die jeweils zwischen zwei Stellungen in horizontaler bzw. vertikaler Richtung verschiebbar sind, wie dies durch Pfeile X bzw. Y dargestellt ist. Der erste Träger 110B trägt das Ausgangsende einer einzigen optischen Faser 11B, und er wird so durch ein (nicht dargestelltes) Relais angetrieben, daß sich dieses Ausgangsende zwischen zwei horizontalen Stellun­ gen bewegt. Der zweite Träger 120B trägt die Eingangsenden von vier optischen Fasern 12B-1 bis 12B-4, die in zwei pa­ rallelen Reihen mit jeweils zwei Fasern angeordnet sind. Der zweite Träger 120B ist mit einem zugehörigen Relais so ver­ bunden, daß er vertikal zwischen zwei Stellungen bewegt wer­ den kann, so daß die optische Faser 11B auf dem ersten Trä­ ger 110B wahlweise zu dichtem endseitigem Gegenüberstehen mit einer beliebigen der vier Fasern 12B-1 bis 12B-4 auf dem zweiten Träger 120B gebracht werden kann, was durch solche Steuerung erfolgt, daß die Horizontal- und Vertikalpositio­ nen des ersten bzw. zweiten Trägers 110B bzw. 120B in Kom­ bination geändert werden.

Claims (14)

1. Umschaltsystem zum wahlweisen Zuführen eines Laser­ strahls zu einer von mehreren Schweißstationen (WSn), um dort Laserschweißen zu bewirken, welches System folgendes aufweist:

• - eine Laserquelle, die den Laserstrahl erzeugt;
• - eine erste optische Faser (11), die sich von der Laser­ quelle aus erstreckt, um den Laserstrahl durch sie hindurch­ zuführen;
• - ein Paar zweiter optischer Fasern (12-m), die jeweils zu den Schweißstationen führen; und
• - eine Schalteinrichtung (50-m) zum Verbinden der ersten op­ tischen Faser mit einer ausgewählten zweiten optischen Fa­ ser, um den Laserstrahl in die ausgewählte zweite optische Faser zu leiten, um das Laserschweißen an der zugeordneten Schweißstation zu ermöglichen, welche Schalteinrichtung fol­ gendes aufweist:
• - ein Gehäuse (70) mit einer Längsachse, das die Eingangs­ enden der zweiten optischen Fasern parallel zur Längsachse hält;
• - einen Träger (80), der das Ausgangsende der ersten opti­ schen Faser trägt und diese mit sich innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse in solcher Weise bewegt, daß das Ausgangsende der ersten optischen Fa­ ser zu engem endseitigem Gegenüberstehen mit dem Eingangs­ ende der jeweils ausgewählten zweiten optischen Faser kommt oder von dieser getrennt wird; und
• - ein elektromagnetisches Relais (60) mit einem zwischen zwei Stellungen bewegbaren Anker (61), der so bedienbar ist, daß er den Träger linear verstellt, um das Ausgangsende der ersten optischen Faser mit dem Eingangsende der ausgewählten zweiten optischen Faser auszurichten, wodurch der Laser­ strahl aus der ersten optischen Faser in die ausgewählte zweite optische Faser geleitet wird;
• - wobei das Eingangsende der ersten optischen Faser und die Ausgangsenden der zweiten optischen Fasern an ihrem Umfang mit einer wärmeabstrahlenden Hülse (90) abgedeckt sind.

2. Umschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabstrahlende Hülse (90) aus Keramik besteht.

3. Umschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabstrahlende Hülse (90) aus einem wärmebestän­ digen festen Metall besteht.

4. Umschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabstrahlende Hülse (90) an ihrem Ende minde­ stens eine Kerbe (93) aufweist, durch die der Kern (15) der ersten bzw. jeweiligen zweiten optischen Faser erkennbar ist.

5. Umschaltsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung (84) zum Einstellen der optischen Achse der ersten optischen Faser in Übereinstimmung mit der­ jenigen der zweiten optischen Faser.

6. Umschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektromagnetische Relais (60) bistabil so betätig­ bar ist, daß es den Anker (61) in eine der beiden Stellungen bewegt, wobei der Anker mit dem Träger (80) über eine Feder (105) verbunden ist, die den Träger mit einer Federkraft be­ lastet, die geringer ist als die Anzugskraft des Ankers.

7. Umschaltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Endflächen der Ausgangs- und Eingangsenden der ersten optischen Faser und der zweiten optischen Fasern An­ tireflexionsbeschichtungen (98) mit einer optischen Dicke ausgebildet sind, die im wesentlichen einem Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge des Laserstrahls entspricht.

8. Umschaltsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (98) als Mehrfachschicht mit Schichten aus dielektrischem Material und Metalloxid vorliegt.

9. Umschaltsystem zum wahlweisen Zuführen eines Laser­ strahls zu einer von mehreren Schweißstationen (WSn), um dort Laserschweißen zu bewirken, welches System folgendes aufweist:

• - eine Laserquelle, die den Laserstrahl erzeugt;
• - eine erste optische Faser (11), die sich von der Laser­ quelle aus erstreckt, um den Laserstrahl durch sie hindurch­ zuführen;
• - ein Paar zweiter optischer Fasern (12-m), die jeweils zu den Schweißstationen führen;
• - eine Schalteinrichtung (50-m) zum Verbinden der ersten op­ tischen Faser mit einer ausgewählten zweiten optischen Fa­ ser, um den Laserstrahl in die ausgewählte zweite optische Faser zu leiten, um das Laserschweißen an der zugeordneten Schweißstation zu ermöglichen, welche Schalteinrichtung fol­ gendes aufweist:
• - ein Gehäuse (70) mit einer Längsachse, das die Eingangs­ enden der zweiten optischen Fasern parallel zur Längsachse hält;
• - einen Träger (80), der das Ausgangsende der ersten opti­ schen Faser trägt und diese mit sich innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse in solcher Weise bewegt, daß das Ausgangsende der ersten optischen Faser zu engem endseitigem Gegenüberstehen mit dem Eingangs­ ende der jeweils ausgewählten zweiten optischen Faser kommt oder von dieser getrennt wird; und
• - ein elektromagnetisches Relais (60) mit einem zwischen zwei Stellungen bewegbaren Anker (61), der so bedienbar ist, daß er den Träger linear verstellt, um das Ausgangsende der ersten optischen Faser mit dem Eingangsende der ausgewählten zweiten optischen Faser auszurichten, wodurch der Laser­ strahl aus der ersten optischen Faser in die ausgewählte zweite optische Faser geleitet wird;
• - eine Steuereinrichtung (4) zum Steuern des Erzeugens bzw. Nichterzeugens des Laserstrahls in der Laserquelle; und
• - eine Gefahrsensoreinrichtung (52), die innerhalb der Schalteinrichtung angeordnet ist, um ein Auslecken des Laserstrahls an der Verbindungsstelle zwischen der ersten optischen Faser und einer der zweiten optischen Fasern fest­ zustellen und um bei Feststellen eines Ausleckens des Laser­ strahls ein Gefahrsignal an die Steuereinrichtung aus zu­ geben;
• - wobei die Steuereinrichtung auf das Gefahrsignal hin die Laserquelle desaktiviert, um das Erzeugen des Laserstrahls zu beenden.

10. Umschaltsystem nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens einen Verschluß (20) zum Unterbrechen des Laser­ strahls, und durch einen Positionsdetektor (51-m) zum Fest­ stellen der Stellung des Ankers (61-m) des Relais (60-m) und zum Liefern eines Umschaltsignals an die Steuereinrichtung (4), das anzeigt, daß der Anker den Wechsel von einer Stel­ lung zur anderen abgeschlossen hat, wobei der Verschluß durch die Steuereinrichtung so gesteuert wird, daß er nur dann geöffnet wird, wenn das Gefahrsignal nicht erzeugt wird und gleichzeitig das Umschaltsignal empfangen wird.

11. Umschaltsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schweißstationen (WSn) mit einem Verschluß (20-n) versehen ist, um den über die zugehörige zweite opti­ sche Faser zugeführten Laserstrahl zu unterbrechen, und ein Positionsdetektor vorhanden ist, um die Stellung des Ankers des Relais zu ermitteln und ein Umschaltsignal an die Steu­ ereinrichtung zu liefern, das anzeigt, daß das Umschalten von einer Stellung in die andere abgeschlossen ist, wobei die Steuereinrichtung (4) bei Empfang des Umschaltsignals so arbeitet, daß sie denjenigen Verschluß öffnet, der derjeni­ gen zweiten optischen Faser zugeordnet ist, die zum Verbin­ den mit der ersten optischen Faser ausgewählt ist, und daß die Steuereinrichtung bis zum Empfang des Umschaltsignals eine solche Steuerung vornimmt, daß das Erzeugen des Laser­ strahls unterbunden wird.

12. Umschaltsystem zum wahlweisen Zuführen eines Laser­ strahls zu einer von mehreren Schweißstationen (WSn), um dort Laserschweißen zu bewirken, welches System folgendes aufweist:

• - eine Laserquelle, die den Laserstrahl erzeugt;
• - eine erste optische Faser (11), die sich von der Laser­ quelle aus erstreckt, um den Laserstrahl durch sie hindurch­ zuführen;
• - einen Satz von drei zweiten optischen Fasern (12-m), die jeweils zu den Schweißstationen führen; und
• - eine Schalteinrichtung (50-m) zum Verbinden der ersten op­ tischen Faser mit einer ausgewählten zweiten optischen Fa­ ser, um den Laserstrahl in die ausgewählte zweite optische Faser zu leiten, um das Laserschweißen an der zugeordneten Schweißstation zu ermöglichen, welche Schalteinrichtung fol­ gendes aufweist:
• - ein Gehäuse (70) mit einer Längsachse, das die Eingangs­ enden der zweiten optischen Fasern parallel zur Längsachse hält;
• - einen ersten Träger (110), der das Ausgangsende der er­ sten optischen Faser trägt und der innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse verschiebbar ist;
• - einen zweiten Träger (130), der die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern in paralleler Ausrichtung zueinan­ der trägt, die zusammen mit dem Träger innerhalb des Gehäu­ ses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse bewegbar sind, wobei die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern gleichmäßig voneinander beabstandet innerhalb einer Ebene angeordnet sind;
• - ein erstes elektromagnetisches Relais (130) mit einem An­ ker (131), der so betätigbar ist, daß er den ersten Träger linear zwischen zwei Stellungen bewegt;
• - ein zweites elektromagnetisches Relais (140) mit einem Anker (141), der so betätigbar ist, daß er den zweiten Trä­ ger linear zwischen zwei Stellungen in solcher Weise ver­ stellt, daß das Ausgangsende der ersten optischen Faser in einer der zwei Stellungen zu dichtem endseitigem Gegenüber­ stehen wahlweise mit dem Eingangsende einer von zwei benach­ barten zweiten optischen Fasern kommt, und daß das Ausgangs­ ende der ersten optischen Faser in der anderen Stellung wahlweise zu dichtem endseitigem Gegenüberstehen mit dem Eingangsende einer der beiden anderen zwei benachbarten zweiten optischen Fasern kommt.

13. Umschaltsystem zum wahlweisen Zuführen eines Laser­ strahls zu einer von mehreren Schweißstationen (WSn), um dort Laserschweißen zu bewirken, welches System folgendes aufweist:

• - eine Laserquelle, die den Laserstrahl erzeugt;
• - eine erste optische Faser (11), die sich von der Laser­ quelle aus erstreckt, um den Laserstrahl durch sie hindurch­ zuführen;
• - einen Satz von vier optischen Fasern (12-m), die jeweils zu den Schweißstationen führen; und
• - eine Schalteinrichtung (50-m) zum Verbinden der ersten op­ tischen Faser mit einer ausgewählten zweiten optischen Fa­ ser, um den Laserstrahl in die ausgewählte zweite optische Faser zu leiten, um das Laserschweißen an der zugeordneten Schweißstation zu ermöglichen, welche Schalteinrichtung fol­ gendes aufweist:
• - ein Gehäuse (70) mit einer Längsachse, das die Eingangs­ enden der zweiten optischen Fasern parallel zur Längsachse hält;
• - einen ersten Träger (110B), der das Ausgangsende der er­ sten optischen Faser trägt und der innerhalb des Gehäuses in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse verschiebbar ist;
• - einen zweiten Träger (120B), der die Eingangsenden der zweiten optischen Fasern in solcher Weise trägt, daß diese in zwei parallelen Reihen mit jeweils zwei zweiten optischen Fasern angeordnet sind, welcher zweite Träger zusammen mit den Eingangsenden der zweiten optischen Fasern in einer Richtung rechtwinklig zur Längsachse und rechtwinklig zur Ebene verschiebbar ist, in der sich der erste Träger bewegt;
• - ein erstes elektromagnetisches Relais mit einem Anker, der so betätigbar ist, daß er den ersten Träger linear zwi­ schen zwei Stellungen bewegt;
• - ein zweites elektromagnetisches Relais mit einem Anker, der so betätigbar ist, daß er den zweiten Träger linear zwi­ schen zwei vertikalen Stellungen bewegt, wobei in jeder das Eingangsende jeder zweiten optischen Fasern zu dichtem end­ seitigem Gegenüberstehen mit dem Eingangsende der ersten optischen Faser in jeder von deren horizontalen Stellung kommt, wobei der Laserstrahl wahlweise auf eine der vier zweiten optischen Fasern ausgehend von der ersten optischen Faser gelenkt wird.

14. Umschaltsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine beliebige Kombination sich nicht gegenseitig ausschließender Merkmale aus der Beschreibung und den Ansprüchen.