Die Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung für eine Laserwerkstückbearbeitung mit einem Laser zum Erzeugen von Laserstrahlung und mit zumindest zwei Laserwerkzeugen, denen die Laserstrahlung mittels eines Lichtleitkabels zuführbar ist.

Eine derartige Laserbearbeitungsvorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 591 189 A1 bekannt geworden, bei der die von dem Laser erzeugte Laserstrahlung den einzelnen Laserwerkzeugen über mehrere mit diesen verbundene Lichtleitkabel zuführbar ist. Die Lichtleitkabel erfordern laserseitig jeweils separate An-

Schlüsse, die, bedingt durch einen jeweiligen Querschnitt der Lichtleiterkabel bzw. deren Anschlussstecker in einem vorgegebenen indestabstand voneinander angeordnet sind. Dies steht einer kompakten Bauart entgegen. Zudem ergeben sich, insbesondere bei einem Wechsel der Lichtleitkabel, ein erheblicher Bedienauf- wand und eine in der Praxis nicht zu unterschätzende Gefahr einer Verschmutzung, beispielsweise von optischen Koppelflächen eines optischen Faserkerns der einzelnen Lichtleitkabel, was zu Leistungsstörungen der Laserwerkzeuge führen kann. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Laserbearbeitungsvorrichtung anzugeben, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Diese Aufgabe wird durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit den in Patentan- spruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Der mit der erfindungsgemäßen Laserbearbeitungsvorrichtung verbundene Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass, bedingt durch das einzelne eingangsseitige Ende des Lichtleitkabels, lediglich ein einziger laserseitiger Anschluss erforderlich ist. Dadurch wird ein besonders kompakter und konstruktiv vereinfachter Aufbau ermöglicht. Auch wird dadurch die Handhabung der Laserbearbeitungsvorrichtung insgesamt erleichtert und die Gefahr einer Verschmutzung von eingangsseitigen optischen Koppelflächen der Faserkerne bzw. eines dem Lichtleitkabel laserseitig zugeordneten Anschlusses verringert. Auch kann so anschlussseitigen Fehlfunkti- onen vorgebeugt werden. Die Faserkerne des Lichtleitkabels sind von einem gemeinsamen Mantel (cladding) umhüllt, wodurch eine sichere Verlegung des Lichtleitkabels, etwa im Gefahrenbereich bewegbarer Maschinenteile der Laserbearbeitungsvorrichtung, erleichtert wird. Das Lichtleitkabel kann eine der Anzahl der Laserwerkzeuge entsprechende Anzahl von Faserkernen oder aber eine über die Anzahl der Laserwerkzeuge hinausgehende Anzahl von Faserkernen aufweisen. Im letztgenannten Fall kann eine Übertragung der Laserstrahlung an die Laserwerkzeuge auch im Falle einer Beschädigung eines Faserkerns des Lichtleitkabels gewährleistet werden. Unerwünschte Ausfallzeiten der Laserbearbeitungsvorrich- tung werden dabei minimiert und ein kostenintensiver Austausch des gesamten Lichtleitkabels vermieden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Laserschalteinrich- tung zum wahlweisen Einkoppeln der Laserstrahlung in einen oder mehrere der Faserkerne des Lichtleitkabels vorgesehen. Dadurch kann die Laserstrahlung zu einem gegebenen Zeitpunkt bedarfsweise jeweils einem der Laserwerkzeuge oder auch - unter Aufspaltung der Laserstrahlung - zeitgleich mehreren Laserwerkzeugen zugeführt werden. Dies ist im Hinblick auf Werkstückbearbeitungszeiten sowie die Handhabung der Laserbearbeitungsvorrichtung von Vorteil. Weiterhin sind infolge der eingangsseitig dicht beieinanderliegenden optischen Faserkerne des Lichtleitkabels nur sehr geringe Verstellwege, beispielsweise optischer Umlenkmittel, für ein entsprechendes Einkoppeln der Laserstrahlung in die Faserkerne erforderlich. Zudem können eingesetzte optische Umlenkmittel besonders kompakt ausgeführt werden. Dadurch können besonders kurze Schaltzeiten der Schalteinrichtung, d.h. eine für eine Ansteuerung eines jeweiligen Faserkerns des Lichtleitkabels erforderliche Zeitdauer, sowie ein insgesamt kompakter Aufbau der Schalteinrichtung realisiert werden. Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind Anschlussmittel vorgesehen, mittels derer das eingangsseitige Ende des Lichtleitkabels in einer definierten Position und in einer definierten Drehlage gegenüber der Schalteinrichtung positionierbar ist. Dadurch können die optischen Faserkerne mit ihren eingangs- seitigen optischen Koppelflächen gemeinsam in einer für das Einkoppeln der La- serstrahlung betriebsoptimalen Weise gegenüber der Schalteinrichtung, beispielsweise in einer Brennebene einer Sammellinse, angeordnet werden. Auch kann durch insgesamt ein Justieren der Laserschalteinrichtung erleichtert werden.

Die Anschlussmittel weisen vorzugsweise eine an der Schalteinrichtung angeord- nete Anschlussbuchse und einen am Lichtleitkabel angeordneten Anschlussstecker auf, der in der Anschlussbuchse positionierbar ist. Dadurch kann das eingangsseitige Ende des Lichtleitkabels reproduzierbar und präzise in der vorbestimmten Position bzw. in der vorbestimmten Drehlage gegenüber der Schalteinrichtung positioniert werden. Damit die Laserstrahlung während des Betriebs der Laserbearbeitungsvorrichtung nicht etwa aufgrund einer unerwünschten Änderung der Drehlage des eingangs- seitigen Endes des Lichtleitkabels in dessen Mantel eingestrahlt wird, ist vorzugs- weise eine Verdrehsicherung vorgesehen. Die Verdrehsicherung ist dabei insbesondere derart ausgelegt, dass ein maximaler Verdrehwinkel des Lichtleitkabels, und damit der optischen Faserkeme, gegenüber der Schalteinrichtung von 0,3°, insbesondere 0,2°, nicht überschritten wird. Die optischen Faserkerne weisen bevorzugt eingangsseitige optische Koppelflächen auf, die auf einer eine Längsachse des Lichtleitkabels schneidenden Querachse des Lichtleitkabels angeordnet sind. Unter den optischen Koppelflächen werden vorliegend entweder die in der Praxis zumeist präzise geschliffenen ein- gangsseitigen Stirnflächen der optischen Faserkerne selbst oder aber Stirnflächen von Führungsröhrchen verstanden, die im Anschlussstecker des Lichtleitkabels einen jeweiligen Faserkem des Lichtleitkabels aufnehmen (sogenannte Ferrulen) und ggf. gegenüber dem Anschlussstecker fixieren.

Die eingangsseitigen optischen Koppelflächen der optischen Faserkerne können dabei insbesondere symmetrisch zu der Querachse angeordnet sein. Dadurch kann das Lichtleitkabel einen jeweilig erforderlichen minimalen Querschnitt aufweisen, und die Faserkerne sind zugleich innerhalb des Lichtleitkabels durch einen jeweilig maximalen Abstand zur Mantelaußenfläche geschützt. Die bekannte Anordnung der jeweiligen optischen Koppelflächen der einzelnen Faserkerne zu- einander sowie deren jeweilige bekannte Größe ermöglichen des Weiteren ein vereinfachtes Justieren der Laserschalteinrichtung, da die Position einer Stirnfläche der Faserkerne als Bezugsgröße für die Ansteuerung der weiteren Faserkerne, d.h. ein Einkoppeln der Laserstrahlung in dieselben, herangezogen werden kann.

Sofern das Lichtleitkabel eine gerade Mehrzahl von optischen Faserkernen aufweist, können deren optische Koppelflächen insbesondere paarweise auf jeweiligen Querachsen angeordnet sein. Auch können die optischen Koppelflächen der Faserkerne kreisförmig um die Längsachse des Lichtleitkabels herum angeordnet sein.

Zwecks eines möglichst effizienten Einkoppeins der Laserstrahlung in die Faser- kerne des Lichtleitkabels hat es sich darüber hinaus als vorteilhaft erwiesen, dass zumindest ein Teil der optischen Faserkerne des Lichtleitkabels einen unterschiedlichen Querschnitt aufweist. Dabei kann insbesondere ein im Lichtleitkabel zu dessen Längsachse radial weiter außen angeordneter optischer Faserkern einen größeren Querschnitt aufweisen, als ein radial weiter innen angeordneter Fa- serkern. Dadurch können Toleranzen der einzelnen Faserkerndurchmesser sowie Lageabweichungen der Faserkerne im Lichtleitkabel bzw. Anschlussstecker auf einfache Weise ausgeglichen werden.

Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise optische Umlenkmittel zum Einkoppeln der Laserstrahlung in die optischen Faserkeme des Lichtleitkabels auf. Die optischen Umlenkmittel umfassen dabei vorzugsweise ein keilförmiges optisches Prisma, eine Sammellinse, ein holografisches optisches Element, ein diffraktives optisches Element, einen Umlenk-, Dach- und/oder einen Facettenspiegel. Vorzugsweise ist zumindest ein Teil der optischen Umlenkmittel um zumindest eine, vorzugsweise zwei, Justierachse(n) verschwenkbar. Dadurch kann die Laserstrahlung in die einzelnen Faserkerne des Lichtleitkabels unabhängig von einer geometrischen Anordnung derer eingangsseitigen optischen Koppelflächen gegenüber der Schalteinrichtung zuverlässig eingekoppelt werden. Auch können Lagetoleranzen der optischen Faserkerne bzw. deren eingangsseitigen optischen Koppelflächen auf einfache und präzise Weise ausgeglichen werden.

Der Einsatz des Prismas ermöglicht ein besonders einfaches und präzises Umlenken der Laserstrahlung, wobei insbesondere auch sehr kleine Ablenkwinkel reali- siert werden können. Dadurch kann die Laserstrahlung auch in dicht beieinander liegend angeordnete Faserkerne des Lichtleitkabels verlustfrei bzw. ohne einen größeren Verlust eingekoppelt werden. Das Prisma kann nach einer Ausführungsform (permanent) im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet sein. In diesem Fall kann die Laserstrahlung durch einfaches Verdrehen des Prismas um dessen Justierachsen in die einzelnen Faserkerne des Lichtleitkabels eingekoppelt werden. Diese Bauart ist beispielsweise bei einem Lichtleitkabel, bei dem die Faserkerne am eingangsseitigen Ende des Lichtleitkabels kreisförmig um die Längsachse des Lichtleitkabels herum angeordnet sind, von Vorteil.

Im konstruktiv einfachsten Fall ist das Prisma in den Strahlengang der Laserstrahlung bewegbar, insbesondere in diesen einschwenkbar. Dadurch kann die Laserstrahlung, beispielsweise bei einem Lichtleitkabel mit nur zwei Faserkernen, auf einfache Weise umgelenkt und in einen jeweilig anderen Faserkern eingekoppelt werden.

Nach einer Ausführungsform ist das Prisma nur teilweise im Strahlengang der Laserstrahlung angeordnet bzw. nur teilweise in diesen hinein bewegbar. Dadurch kann das Prisma als Strahlteiler fungieren, so dass die Laserstrahlung zeitgleich in zumindest zwei Faserkerne des Lichtleitkabels eingekoppelt, d.h. zeitgleich zwei Laserwerkzeugen zugeführt werden kann.

Die Schalteinrichtung weist vorzugsweise eine Steuereinheit auf, um ein, vorzugsweise in eine Betriebssteuerung der Laserbearbeitungsvorrichtung integrier- tes, Ansteuern der Schalteinrichtung zu ermöglichen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigte und beschriebene Ausführungsform ist nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern hat vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Die Figuren der Zeichnung zeigen den erfindungsgemäßen Gegenstand stark schematisiert und sind nicht maßstäblich zu verstehen. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem

Laser zum Erzeugen von Laserstrahlung, die über ein Lichtleitkabel mit zwei optischen Faserkernen zwei Laserwerkzeugen zuführbar ist, in einer perspektivischen Ansicht;

Fign. 2a, 2b eine stirnseitige Ansicht des eingangsseitigen Endes des Lichtleitkabels (Fig. 2a) und eine stirnseitige Ansicht eines ausgangsseitigen Endes des Lichtleitkabels (Fig. 2b); eine Schalteinrichtung der Laserbearbeitungsmaschine gemäß Fig. 1 in einem ersten Schaltzustand; Fig. 4 die Schalteinrichtung gemäß Fig. 3 in einer Seitenansicht; und

Fig. 5 die Schalteinrichtung gemäß Fig. 3 in einem zweiten Schaltzustand, in einer Seitenansicht analog zu Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung 10 für eine Laserbearbeitung eines Werkstücks 12. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 weist einen Laser 14 zum Erzeugen von Laserstrahlung auf, die über ein im Wesentlichen Y-förmiges Lichtleitkabel 16 zwei Laserwerkzeugen 18, 18 ^' zuführbar ist.

Das Lichtleitkabel 16 weist ein eingangsseitiges Ende 20 mit zwei optischen Faserkernen 22, 22 ^' auf, die jeweils mit gestrichelten Linien wiedergegeben sind. Das Lichtleitkabel 16 ist in seinem Verlauf in zwei Lichtleitkabelschenkel 24, 24 ^' aufgezweigt und weist somit zwei separate ausgangsseitige Enden 26, 26 ^' mit jeweils einem der optischen Faserkerne 22, 22 ^' auf. Die ausgangsseitigen Enden 26, 26' bzw. die optischen Faserkerne 22, 22 ^' sind mit jeweils einem der Laserwerkzeuge 18, 18 ^' verbunden. Eine dem Laser 14 nachgeschaltete Schalteinrichtung 28 dient dem wahlweisen Einkoppeln der von dem Laser 14 erzeugten Laserstrahlung in jeweils einen der optischen Faserkerne 22, 22 ^' des Lichtleitkabels 16. Die Schalteinrichtung 28 weist ein Gehäuse 30 mit einer Anschlussbuchse 32 auf, in die ein an dem eingangssei- tigen Ende 20 des Lichtleitkabels 16 angeordneter Anschlussstecker 34 eingesteckt ist. Der Anschlussstecker 34 und die Anschlussbuchse 32 wirken derart zusammen, dass das Lichtleitkabel 16 mit seinem eingangsseitigen Ende 20 in einer definierten Position und in einer definierten Drehlage bezüglich der Schalteinrichtung 28 positionierbar ist.

Eine Verdrehsicherung 36 dient dazu, ein Verdrehen des in der definierten

Drehlage gegenüber der Schalteinrichtung 28 angeordneten eingangsseitigen Endes 20 des Lichtleitkabels 16 bezüglich der Schalteinrichtung 28 auf einen maximalen Verdrehwinkel von +/- 0,03° um die Längsachse 38 des Lichtleitkabels 16 zu beschränken.

Wie aus der in Fig. 2a gezeigten stimseitigen Draufsicht auf das eingangsseitige Ende 20 des Lichtleitkabels 16 (bei entferntem Anschlussstecker) hervorgeht, weisen die optischen Faserkerne 22, 22 ^' des Lichtleitkabels 16 jeweils kreisrunde eingangsseitige Stirnflächen 40 auf, die jeweils optische Koppelflächen zum

Einkoppeln der Laserstrahlung bilden. Die Stirnflächen 40 der Faserkerne 22, 22 ^' weisen vorliegend den gleichen Querschnitt auf. Nach einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel können die Faserkerne 22, 22 ^' auch unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Die Faserkerne 22, 22 ^' sind von einem gemeinsamen Mantel (Cladding) 42 des Lichtleitkabels 16 umhüllt und auf einer die Längsachse 38 des Lichtleitkabels 16 schneidenden Querachse 44 angeordnet.

Fig. 2b zeigt eine stirnseitige Draufsicht auf das ausgangsseitige Ende 26 des Lichtleitkabelschenkels 24. Der Faserkern 22 mit seiner ausgangsseitigen Stirnfläche 40 ist mit seiner ausgangsseitigen Stirnfläche mittig angeordnet und von einem koaxialen Mantel 42 ^' umhüllt. !n Fig. 3 ist die Schalteinrichtung 28 ohne Gehäuse wiedergegeben. Die Schait- einrichtung 28 weist einen im Wesentlichen plattenförmigen Grundkörper 46 mit einer Durchtrittsöffnung 48 für die Laserstrahlung 50 auf. Zwischen der

Durchtrittsöffnung 48 und dem Lichtleitkabel 16 ist eine Sammellinse 52 angeord- net, deren optische Achse 54 vorliegend mit einer Zentralstrahlachse 56 der aus der Durchtrittsöffnung 48 austretenden Laserstrahlung 50 zusammenfällt. Das Lichtleitkabel 16 ist mit seinem eingangsseitigen Ende 20 in seiner vorbestimmten Position in einer hinteren Brennebene 58 der Sammellinse 52 angeordnet. An dem Grundkörper 46 ist ein keilförmiges Prisma 60 angeordnet, das einenends an ei- nem Halteelement 62 befestigt ist. Das Prisma 60 ist um eine Drehachse 64 in Richtung des mit 66 bezeichneten Pfeils in den Strahlengang der Laserstrahlung 50 verschwenkbar. Das Halteelement 62 ist dazu auf einer aus Darstellungsgründen nicht gezeigten Drehwelle angeordnet. Die Drehwelle ist von einem elektrischen Stellmotor 68 betätigbar, zu dessen Steuerung eine Steuereinrichtung 70 vorgesehen ist. Das Halteelement 62 und somit auch das daran befestigte Prisma60 sind zusätzlich über nicht näher gezeigte Feinjustiermittel um eine zweite Drehachse 72 verschwenkbar.

In Fig. 4 ist der Strahlengang der Laserstrahlung 50 im ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung 28 in einer Seitenansicht verdeutlicht. Gut zu erkennen sind die beiden in der Brennebene 58 der Sammellinse 52 angeordneten Stirnflächen 40 der beiden optischen Faserkerne 22, 22 ^' des Lichtleitkabels 16. Die eingangsseiti- ge Stirnfläche 40 des in Fig. 4 oberen optischen Faserkerns 22 ist bei dem hier gezeigten ersten Schaltzustand der Schalteinrichtung 28 auf der optischen Achse 54 der Sammellinse 52 angeordnet. Die Stirnflächen 40 der optischen Faserkerne 22, 22 ^' sind in der vorbestimmten Einbaulage des eingangsseitigen Endes 20 des Lichtleitkabels 16 gegenüber der Schalteinrichtung 28 vertikal übereinander angeordnet, d.h. deren Querachse 44 (Fig. 2a) verläuft im Wesentlichen parallel zu einer nachstehend im Zusammenhang mit Fig. 5 erläuterten Ablenkrichtung der Laserstrahlung 50 durch das Prisma 60.

Fig. 5 zeigt einen zweiten Schaltzustand der Schalteinrichtung 28, bei dem das Prisma 60 um die erste Drehachse 64 in den Strahlengang der Laserstrahlung 50 verschwenkt ist. Die aus dem Prisma 60 austretende Laserstrahlung 50 ist gegen- über der optischen Achse 54 der Sammellinse 52 in Ablenkrichtung 74 abgelenkt und mittels der Sammellinse 52 in der Brennebene 58 auf die Stirnfläche 40 des optischen Faserkerns 22 ^' des Lichtleitkabels 16 fokussiert. Nachfolgend werden die Justierung und der Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 näher erläutert.

Der Anschlussstecker 34 des Lichtleitkabels 16 wird in die Anschlussbuchse 32 der Schalteinrichtung 28 eingesteckt. Die zwei optischen Faserkerne 22, 22 ^' des Lichtleitkabels 16 werden dabei durch das Zusammenwirken des Anschlusssteckers 34 und der Anschlussbuchse 32 mit ihren eingangsseitigen Stirnflächen 40 in der Brennebene 58 der Sammellinse 52 der Schalteinrichtung 28 angeordnet und zusätzlich mit einer solchen Drehlage gegenüber der Schalteinrichtung 28 ausgerichtet, dass die Stirnflächen 40 längs der Querachse 44 (Fig.2) und entlang der durch das Prisma 60 vorgegebenen Ablenkrichtung 74 übereinanderliegend angeordnet sind.

Die Schalteinrichtung 28 wird mittels der Steuereinrichtung 70 in ihren im Zusammenhang mit den Fign 3 und 4 erläuterten ersten Schaltzustand geschaltet, in dem das Prisma 60 außerhalb des Strahlengangs der Laserstrahlung 50 angeordnet ist.

Sofern die eingangsseitige Stirnfläche 40 des optischen Faserkerns 22, beispielsweise aufgrund von Lagetoleranzen des optischen Faserkerns 22 innerhalb des Lichtleitkabels 16 bzw. des Anschlusssteckers 34, nicht exakt auf der optischen Achse 54 der Sammellinse 52 angeordnet ist, wird die Laserstrahlung durch Justieren der Schalteinrichtung 28 auf die eingangsseitige Stirnfläche 40 des optischen Faserkerns 22 fokussiert. Dies kann in hier nicht näher wiedergegebener Weise beispielsweise durch eine kontrollierte relative Verschiebung der An- schlussbuchse 32, der Sammellinse 52 und/oder der Zentralstrahlachse 56 der Laserstrahlung 50 zueinander erfolgen, bis die eingangsseitige Stirnfläche 40 des optischen Faserkerns 22 auf der optischen Achse 54 der Sammellinse 52 zu liegen kommt. Alternativ kann auch die Sammellinse 52 gegenüber der Laserstrahlung 50 entsprechend nachjustiert (verdreht) werden. In einem weiteren Schritt werden die ausgangsseitigen Enden 26, 26 ^' der beiden Lichtleitkabelschenkel 24, 24 ^' des Laserlichtkabels 16 mit dem jeweilig zugeordneten Laserwerkzeug 18, 18 ^' verbunden.

Nachfolgend wird die Schalteinrichtung 28 mittels der Steuereinrichtung 70 in den im Zusammenhang mit Fig. 5 erläuterten zweiten Schaltzustand überführt, indem das Prisma 60 durch eine Betätigung des Stellmotors 68 um die Drehachse 64 in den Strahlengang der Laserstrahlung 50 verschwenkt wird.

Bei hinreichend präziser Anordnung des anderen optischen Faserkerns 22 ^' wird die Laserstrahlung 50 nunmehr mittels der Sammellinse 52 exakt auf der in der Brennebene 58 der Sammellinse 52 angeordneten eingangsseitigen Stirnfläche 40 des anderen Faserkerns 40 des Lichtleitkabels 16 fokussiert, d.h. in diesen eingekoppelt.

Im Falle einer azimutalen Lageabweichung des Faserkerns 22 ^' gegenüber der Ablenkrichtung 74 des Prismas 60 wird dieses durch dessen Verdrehen um die Justierachse 72 soweit feinjustiert, dass die Laserstrahlung 50 exakt auf der Stirn- fläche 40 des zweiten optischen Faserkerns 22 ^' fokussiert wird.

Nach einem solchen Justieren der Schalteinrichtung 28 kann die Laserstrahlung 50 nunmehr durch einen Wechsel des jeweiligen Schaltzustands der Schalteinrichtung 28 bedarfsweise in den einen oder in den anderen optischen Faserkern 22, 22 ^' des Lichtleitkabels 16 eingekoppelt und somit dem einen oder dem anderen Laserwerkzeug 18, 18 ^' der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 zugeführt werden.