DE202004013136U1

DE202004013136U1 - Modular optical waveguide lens system esp. for laser optics having a main carrier with a connector and exchangeable lens module

Info

Publication number: DE202004013136U1
Application number: DE202004013136U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2014-08-21

Abstract

The waveguide optics has a focusing optic (18) and a waveguide connector or terminal (12) for an optical waveguide (13) for connection with a radiation source (40) esp. a laser source. The waveguide optic is formed with a modular construction and has at least one main basic carrier (2) with the waveguide terminal (12) and with an exchangeable optic module (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lichtwellenoptik, insbesondere eine Laseroptik, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.The The invention relates to a light wave optics, in particular a laser optics, with the features in the preamble of the main claim.

In der Praxis sind gattungsgemäße Laseroptiken mit fester Brennweite bekannt, die einteilig ausgebildet sind und eine Fokussieroptik sowie einen Lichtleiteranschluss zur Verbindung mit einer externen Laserquelle aufweisen. Gegebenenfalls ist auch eine Kollimationsoptik vorhanden. Die bekannte Lichtwellenoptik lässt sich nicht verändern und muss komplett ausgetauscht werden, wenn eine andere Brennweite benötigt wird.In In practice, generic laser optics known with fixed focal length, which are integrally formed and a focusing optics and a fiber optic connection for connection having an external laser source. Optionally, there is also one Collimation optics available. The well-known light wave optics can be Don `t change and needs to be completely replaced if a different focal length needed becomes.

Die DE 197 09 561 C2 befasst sich mit einer Anlage zur Bearbeitung von Chip- und/oder Magnetstreifenkarten, wobei eine Laserbeschriftungsstation zum Einsatz kommt. Letztere hat ein Planfeldobjektiv zur Fokussierung der Laserstrahlung sowie eine Einkoppelvorrichtung zum Anschluss eines Lichtwellenleiters und ein Ablenkspiegelpaar. Diese Komponenten sind an einem Gehäuse mittels Flanschplatten befestigt.The DE 197 09 561 C2 deals with a system for processing chip and / or magnetic stripe cards using a laser marking station. The latter has a planar field objective for focusing the laser radiation and a coupling device for connecting an optical waveguide and a pair of deflection mirrors. These components are attached to a housing by means of flange plates.

Die DE 101 08 873 B4 offenbart ein opto-elektronisches Modul mit einem optischen Stecker und einem darin angeordneten Lichtwellenleiter. In dem opto-elektronischen Modul ist ein Laserchip angeordnet, der einen Laserstrahl emittiert, welcher über den optischen Stecker in den Lichtwellenleiter einkoppelt.The DE 101 08 873 B4 discloses an optoelectronic module with an optical connector and an optical waveguide disposed therein. In the opto-electronic module, a laser chip is arranged, which emits a laser beam which couples via the optical connector in the optical waveguide.

Eine Laserquelle mit einem modularen Aufbau aus mehreren diodengepumpten Faserlasern ist in der DE 198 40 926 A1 zu finden. An die Laserquelle ist eine Fokussieroptik direkt angebaut, wodurch eine Laserkanone gebildet wird. Die Laseroptik kann als Vario-Fokussieroptik mit relativ zueinander axial verschiebbaren Linsen ausgebildet sein.A laser source having a modular construction of a plurality of diode-pumped fiber lasers is disclosed in US Pat DE 198 40 926 A1 to find. A focusing optic is directly attached to the laser source, whereby a laser gun is formed. The laser optics can be designed as a zoom focusing optics with relatively axially displaceable lenses.

Aus der DE 195 11 393 A1 ist ein Gerät zur Substratbehandlung, insbesondere zum Perforieren von Papier bekannt, wobei ein über eine Sammellinse eingekoppelter Laserstrahl von einem Drehspiegel zu mehreren nebeneinander liegenden Linsensystemen abgelenkt wird. Diese Linsensysteme bestehen jeweils aus einem Kollimatorlinse, einem Umlenkspiegel und einer nachgeordneten optischen Anordnung, die ein Linsensystem und ein System aus diffraktiven optischen Elementen (DOE) aufweist. Das diffraktive optische Element erzeugt mehrere Brennpunkte in der Papierebene und lässt sich drehen, so dass in der Papierbahn eine Anzahl mehrerer paralleler Lochreihen gebildet wird. Zudem kann ein Ringfokus erzeugt werden. Durch eine Drehbewegung des Schwenkspiegels und die selektive Beaufschlagung unterschiedlicher Linsensysteme lassen sich mehrere Lochreihen in der Papierbahn erzeugen. Die genannten Linsensysteme sind untereinander gleichartig ausgebildet und haben gleiche Brennweiten.From the DE 195 11 393 A1 is a device for substrate treatment, in particular for the perforation of paper known, wherein a laser beam coupled via a convergent lens is deflected by a rotating mirror to a plurality of adjacent lens systems. These lens systems each consist of a collimator lens, a deflection mirror and a downstream optical arrangement, which has a lens system and a system of diffractive optical elements (DOE). The diffractive optical element generates a plurality of focal points in the paper plane and can be rotated so that a number of parallel rows of holes are formed in the paper web. In addition, a ring focus can be generated. By a rotational movement of the pivoting mirror and the selective loading of different lens systems, several rows of holes can be produced in the paper web. The lens systems mentioned are mutually identical and have the same focal lengths.

In der DE 39 41 608 A1 ist eine Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken mit Laserstrahlen, insbesondere ein Schneid- oder Schweißkopf angesprochen. Hierbei können am Schweißkopf unterschiedliche Schneid- oder Schweißdüsen angebracht werden. Im Schweißkopf befindet sich ein nicht austauschbarer Fokussierspiegel.In the DE 39 41 608 A1 a device for machining workpieces with laser beams, in particular a cutting or welding head is addressed. Here, different cutting or welding nozzles can be attached to the welding head. The welding head contains a non-exchangeable focusing mirror.

Die US-A-5,396,50 zeigt einen Faserlaser mit mehreren gekoppelten Fasern und Pumpdioden, wobei die emittierten Einzelstrahlen parallel auf eine Sammellinse gerichtet und von dieser auf einen Arbeitspunkt fokussiert werden. Über die Art der Sammellinse lässt sich die Schrift nicht im einzelnen aus.The US-A-5,396,50 shows a fiber laser with multiple coupled fibers and pump diodes, wherein the emitted single rays in parallel directed a converging lens and from this to an operating point be focused. about the type of condenser lens leaves the writing does not turn out in detail.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere und flexiblere Lichtwellenoptik aufzuzeigen.It Object of the present invention, a better and more flexible Lightwave optics show.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.The Invention solves this task with the features in the main claim.

Die beanspruchte modulare Lichtwellenoptik hat den Vorteil, dass die Charakteristik der Lichtwellenoptik und insbesondere deren Brennweite leicht und schnell verändert werden kann, was vorzugsweise durch einfachen Wechsel von ein oder mehreren Modulen, alternativ aber auch auf andere Weise, durch einen drehbaren Revolverkopf, einen beweglichen Spiegel in Verbindung mit einer Mehrfachoptik etc. geschehen kann. Außerdem kann bei einer Brennweitenänderung die Kollimation angepasst werden, was eine gezielte Beeinflussung der Fokuspunkt- oder Brennfleckgröße ermöglicht.The claimed modular light wave optics has the advantage that the Characteristic of the light wave optics and in particular their focal length changed easily and quickly which can be done by simply changing one or more several modules, but alternatively also in another way, by a rotatable turret, a movable mirror in conjunction with a multiple optics etc. can happen. In addition, at a focal length change the collimation can be adjusted, giving a targeted influence the focal point or focal spot size allows.

Für die eine Variante der Brennweitenänderung ist es vorteilhaft, einen Grundträger mit einem wechselbaren Optikmodul zu haben. Im Optikmodul ist zumindest eine Fokussieroptik mit vorzugsweise fester Brennweite untergebracht. Durch Modulwechsel kann die Brennweite verändert werden. Außerdem lässt sich gegebenenfalls die Kollimation hinsichtlich Brechungsverhalten und/oder Kollimationslänge verändern. Die einzelnen Module können ausgetauscht werden, ohne dass eine anschließende Justierung erforderlich wäre. Die Module können über ihre Modulanschlüsse, z.B. in Form von Flansch-Passungen, automatisch justiert werden.For the one Variant of the focal length change It is advantageous to have a basic carrier with a removable one To have optics module. In the optical module is at least one focusing optics housed preferably fixed focal length. By module change can change the focal length become. Furthermore let yourself optionally the collimation with respect to refraction behavior and / or Kollimationslänge change. The individual modules can be replaced without subsequent adjustment required would. The Modules can over their Module connectors, e.g. in the form of flange fits, automatically adjusted.

Bei geeigneter konstruktiver Anschlusstechnik und insbesondere bei Mehrfacheinheiten, z.B. Revolvereinheit, Drehspiegeleinheit, ist auch ein vollautomatischer Modulwechsel möglich, der eine Brennweitenänderung im Betrieb und zu beliebigen Zeitpunkten, sogar während eines Bearbeitungszyklus, gestattet.at suitable constructive connection technology and in particular for multiple units, e.g. Revolver unit, rotating mirror unit, is also a fully automatic Module change possible, the one focal length change in operation and at any time, even during one Machining cycle, allowed.

Mit Hinblick auf eine verbesserte Anpassung der Kollimationslänge ist es außerdem vorteilhaft, wenn am Grundträger zusätzlich ein Anschlussmodul wechselbar angeflanscht werden kann, mit dem sich der Abstand des Strahlaustrittspunktes von einer vorzugsweise im Optikmodul untergebrachten Kollimationsoptik verändern lässt. Hierdurch kann die Kollimationslänge in zweifacher Art, nämlich durch Wechsel des Optikmoduls und durch Wechsel des Anschlussmoduls in der gewünschten Weise verändert werden. Die zweifache Anpassungsmöglichkeit spart Platz.With With regard to an improved adaptation of the collimation length it as well advantageous if at the base support additionally a connection module can be flanged replaceable, with the the distance of the beam exit point from a preferably can be changed in the optical module accommodated collimating optics. hereby can the collimation length in two ways, namely by changing the optics module and by changing the connection module in the desired Be changed. The double customization option saves space.

Insbesondere lassen sich hierdurch bei einer Änderung der Fokussier-Brennweite die Kollimations-Brennweite und die Kollimationslänge entsprechend anpassen und dadurch die Brennfleck- oder Fokuspunktgröße des Lichtwellenstrahls oder Laserstrahls konstant halten. Alternativ kann durch Veränderung der Kollimation auch die Brennfleckgröße bei gleichbleibender oder variabler Brennweite verändert werden. Mit der beanspruchten Lichtwellenoptik ergeben sich sehr viele Möglichkeiten zur Beeinflussung der Lichtstrahlcharakteristik.Especially can be changed by a change the focus focal length, the collimation focal length and the Kollimationslänge accordingly adjust and thereby the focal spot or focal point size of the lightwave beam or keep the laser beam constant. Alternatively, by change the collimation also the focal spot size at constant or variable focal length can be changed. With the claimed light wave optics there are many possibilities for influencing the light beam characteristic.

Die Anordnung der Kollimationsoptik in Strahlrichtung hinter dem Spiegel und mit kurzem Abstand vor der Fokussieroptik hat Vorteile bei der Verbesserung der optischen Justier- und Toleranzprobleme und der Baugröße.The Arrangement of the collimation optics in the beam direction behind the mirror and with a short distance in front of the focusing optics has advantages in the Improvement of the optical adjustment and tolerance problems and the Size.

Die beanspruchte Lichtwellenoptik ist für beliebige Lichtstrahlquellen geeignet. Ferner lässt sie sich durch Auswahl und Einbau geeigneter Module an unterschiedliche Licht- oder Laserstrahlquellen schnell und ohne Aufwand anpassen. Unterschiedliche Laserquellen, z.B. Diodenlaser, Faserlaser und CO2-Laser, haben unterschiedliche Strahlcharakteristiken, die eine Anpassung der Lichtwellenoptik verlangen. Diese Adaption ist durch einfachen Modultausch möglich.The claimed light wave optics is for any beam sources suitable. Further leaves By selecting and installing suitable modules to different Adjust light or laser sources quickly and easily. Different laser sources, e.g. Diode lasers, fiber lasers and CO2 lasers, have different beam characteristics, which is an adaptation require the light wave optics. This adaptation is by simple Module exchange possible.

Der Grundträger besitzt vorzugsweise ein Gehäuse mit einem abgewinkelten Strahlkanal. Hierdurch kann eine große Kollimationslänge bei kompakten Gehäuseabmessungen erreicht werden. Ein in den Strahlkanal integrierter Umlenkspiegel lenkt den vom Einkoppelpunkt aus sich aufweitenden Lichtwellenstrahl um, wobei sich dieser bis zur Kollimationsoptik noch weiter spreizen kann. Diese bewusste Strahlaufweitung verringert die Intensität des Lichtwellenstrahls und die thermische Belastung des Umlenkspiegels sowie der Optiken. Dank der Winkelbauweise können große Kollimationswege mit großen Strahlaufweitungen bei kompakten Geräteabmessungen erreicht werden.Of the base support preferably has a housing with an angled beam channel. This can be a great Kollimationslänge compact housing dimensions be achieved. An integrated in the beam channel deflecting mirror directs the light wave beam that expands from the coupling point around, whereby this spreads even further up to the collimation optics can. This deliberate beam expansion reduces the intensity of the lightwave beam and the thermal load of the deflection mirror and the optics. Thanks to the angular construction can size Collimation paths with large Beam expansions are achieved with compact device dimensions.

Die Verringerung der thermischen Belastung ermöglicht den Einsatz kostengünstiger Linsenmaterialien in der Kollimations- und Fokussieroptik. Hochqualitative Gläser, z.B. Quarzgläser, sind entbehrlich. Bei den vorbekannten Lichtwellenoptiken waren solche hohen Glasqualitäten durch die geringe Strahlaufweitung und die kleinen Linsendurchmesser von ca. 45 mm erforderlich. Bei der beanspruchten Lichtwellenoptik können deutlich größere Linsen mit Durchmessern von z.B. 60 bis 100 mm und mehr eingesetzt werden, was auch zur Erzielung großer Brennweiten von ca. 1.400 mm und mehr von Vorteil ist.The Reducing the thermal load allows the use of cheaper Lens materials in the collimating and focusing optics. high quality glasses, e.g. Silica glasses, are expendable. In the previously known optical wave optics were such high glass qualities due to the low beam expansion and the small lens diameter of about 45 mm required. In the claimed light wave optics can significantly larger lenses with diameters of e.g. 60 to 100 mm and more are used which also helps to achieve great focal lengths of about 1,400 mm and more is beneficial.

Die Winkelbauweise des Grundträgergehäuses hat zudem Vorteile für die Wärmeableitung. Hierfür ist es außerdem günstig, wenn das Gehäuse aus einem besonders gut wärmeleitenden Material, z.B. einem Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung, besteht. Auf eine zusätzliche aktive Kühlung kann verzichtet werden. Ferner kann der Spiegel mit Hinblick auf Montage, Justierung und beschädigungsfreie Handhabung in einem Gehäuseaufsatz optimal angeordnet werden.The Angular construction of the base carrier housing has plus benefits for the heat dissipation. Therefor it is as well Cheap, if the case made of a particularly good thermal conductivity Material, e.g. a light metal, in particular an aluminum alloy, consists. On an additional active cooling can be waived. Furthermore, the mirror with regard to mounting, Adjustment and damage-free Handling in a housing attachment optimal to be ordered.

Zudem ist es durch die Einheitlichkeit der Modulanschlüsse möglich, die Modulpaare untereinander zu tauschen. Das Anschlussmodul wird dabei an der bisherigen Optikseite und das Optikmodul an der bisherigen Anschlussseite angeflanscht. Hierdurch lässt sich die Strahlrichtung ohne Umbau oder Umorientierung des abgewinkelten Grundträgers verändern. Ein Laserstrahl kann somit wahlweise parallel oder senkrecht zur Befestigungsachse, z.B. einer Roboterachse, verlaufen.moreover It is possible by the uniformity of the module connections, the module pairs with each other to exchange. The connection module will be on the previous optical side and flanged the optical module to the previous connection side. This leaves the beam direction without conversion or reorientation of the angled Change basic carrier. One Laser beam can thus either parallel or perpendicular to the mounting axis, e.g. a robot axis, run.

Die beanspruchte Lichtwellenoptik eignet sich besonders als Laseroptik in Verbindung mit Laserstrahlquellen hoher Leistung von 10 kW und mehr. Insbesondere in Verbindung mit leistungsstarken Faserlasern ergeben sich Vorteile. Zudem erlaubt die Lichtwellenoptik eine Brennweitenvariation in einem sehr großen Bereich. Es lassen sich Brennweiten zwischen 200 mm und 1.400 mm oder mehr realisieren, wobei auch hier bei Bedarf die Fokuspunkt- oder Brennfleckgröße im gewünschten Maß und eingestellt und ggf. bei einer Brennweitenveränderung auch konstant gehalten werden kann.The claimed optical wave optics is particularly suitable as laser optics in conjunction with high power laser sources of 10 kW and more. Especially in combination with powerful fiber lasers there are advantages. In addition, the light wave optics allows a focal length variation in a very big one Area. It can focal lengths between 200 mm and 1,400 mm or more, whereby here as well the focus point or focal spot size in the desired Measure and set and possibly kept constant at a focal length change can be.

Die beanspruchte Lichtwellenoptik lässt sich in beliebiger Weise stationär oder instationär einsetzen und z.B. durch einen mehrachsigen Industrieroboter bewegen. Hierbei bestehen beliebige Einsatzbereiche. Besondere Vorteile ergeben sich bei Laserstrahlprozessen mit hoher Strahlleistung, z.B. beim Schweißen, Löten, Schneiden oder dergleichen.The stressed light wave optics leaves stationary in any way or transiently insert and e.g. move through a multi-axis industrial robot. Here are any areas of application. Special benefits arise in laser beam processes with high beam power, e.g. when welding, soldering, cutting or similar.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.In the dependent claims are further advantageous embodiments of the invention indicated.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:The The invention is for example and schematically in the drawings shown. In detail show:

1 In einer Explosionsdarstellung eine modulare Lichtwellenoptik mit auswechselbaren Modulen in verschiedenen Ausführungen und in der Darstellung als Baukastensystem, 1 In an exploded view, a modular light wave optics with interchangeable modules in various designs and in the presentation as a modular system,

2 eine erste Variante der Lichtwellenoptik in montiertem Zustand und in geschnittener Darstellung, 2 a first variant of the optical waveguide in the assembled state and in a sectional view,

3 eine Einzeldarstellung der Module der Lichtwellenoptik von 2 in Explosionsdarstellung, 3 a single representation of the modules of the optical wave optics of 2 in exploded view,

4 und 5 eine zweite Variante der Lichtwellenoptik in montierter Darstellung und Explosionsdarstellung 4 and 5 a second variant of the optical wave optics in assembled representation and exploded view

6 und 7 eine dritte Variante der Lichtwellenoptik in montierter Darstellung und Explosionsdarstellung, 6 and 7 a third variant of the light wave optics in mounted representation and exploded view,

8 und 9 eine vierte Variante der Lichtwellenoptik in Form einer Revolvereinheit mit mehreren Modulen in perspektivischen Ansichten, 8th and 9 A fourth variant of the optical waveguide in the form of a revolver unit with several modules in perspective views,

10 und 11 weitere Ansichten der Revolvereinheit gemäß Pfeilen X und XI von 8, 10 and 11 Further views of the revolver unit according to arrows X and XI of 8th .

12 und 13 eine fünfte Variante der Lichtwellenoptik in Form einer Drehspiegeleinheit mit mehreren Modulen in perspektivischen Ansichten, 12 and 13 a fifth variant of the optical waveguide in the form of a rotating mirror unit with several modules in perspective views,

14 eine weitere Ansicht der Drehspiegeleinheit gemäß Pfeil XIV von 12 und 14 another view of the rotating mirror unit according to arrow XIV of 12 and

15 ein Einsatzbeispiel mit einer Roboterschweißzelle. 15 an application example with a robot welding cell.

Die Erfindung befasst sich mit einer Lichtwellenoptik (1), insbesondere einer Laseroptik, mit veränderlicher Brennweite F, wobei ggf. auch die Kollimation hinsichtlich ihrer Brennweite und/oder der Kollimationslänge verändert und angepasst werden kann. Durch Veränderungen an Fokussierung und/oder Kollimation kann gezielt Einfluss auf die Form und Größe des Fokuspunkts oder Brennflecks genommen werden.The invention relates to a light wave optics ( 1 ), in particular a laser optics, with variable focal length F, where appropriate, the collimation with respect to their focal length and / or the Kollimationslänge changed and can be adjusted. Changes to the focus and / or collimation can be used to influence the shape and size of the focal point or focal spot.

In den zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen wird eine Lichtwellenoptik in Modulbauweise gezeigt, wobei in 1 ein Baukastensystem mit verschiedenen verfügbaren einzelnen Modulen (2,3,4) dargestellt ist. In 2, 4 und 6 sind drei verschiedene Modulzusammenstellungen und Bauvarianten der Lichtwellenoptik (1) dargestellt. Darüber hinaus gibt es noch beliebige andere Varianten bei Bauformen und Modulkombinationen. 8 bis 14 zeigen Varianten mit Mehrfacheinheiten (24). 15 verdeutlicht den Einsatz beispielsweise in einer Roboterschweißzelle (41).In the drawings illustrated embodiments, a light wave optics is shown in modular design, wherein in 1 a modular system with various available individual modules ( 2 . 3 . 4 ) is shown. In 2 . 4 and 6 are three different module combinations and construction variants of the light wave optics ( 1 ). In addition, there are any other variants of designs and module combinations. 8th to 14 show variants with multiple units ( 24 ). 15 illustrates the use, for example, in a robot welding cell ( 41 ).

Die Lichtwellenoptik (1) ist für beliebige Lichtwellenstrahlen (10) geeignet. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Laserstrahlen, die von einer beliebigen Laserquelle (40) stammen und auf beliebige Art zugeführt werden können. Vorzugsweise handelt es sich um eine Hochleistungs-Laserquelle, z.B. einen Faserlaser oder Scheibenlaser. Die Laserleistungen können eine beliebige Höhe haben und z.B. 4 bis 10 kW sowie deutlich mehr betragen. Der Lichtwellen- oder Laserstrahl (10) wird der Lichtwellenoptik (1) von der Strahlquelle über einen Lichtwellenleiter (13) eingangseitig zugeführt und tritt ausgangseitig fokussiert aus. Der Lichtwellen- oder Laserstrahl (10) wird vorzugsweise über einen fasergekoppelten Lichtleiter (13) übertragen und zugeführt.The light wave optics ( 1 ) is suitable for any light wave ( 10 ) suitable. These are preferably laser beams which are emitted by any desired laser source ( 40 ) and can be supplied in any way. It is preferably a high-power laser source, for example a fiber laser or disk laser. The laser powers can have any height and eg be 4 to 10 kW and significantly more. The light wave or laser beam ( 10 ) is the light wave optics ( 1 ) from the beam source via an optical waveguide ( 13 ) supplied on the input side and emerges focused on the output side. The light wave or laser beam ( 10 ) is preferably via a fiber-coupled optical fiber ( 13 ) transmitted and supplied.

Die Lichtwellenoptik (1) ist insbesondere eine transmittierende Laseroptik, die in einem weiten Bereich hinsichtlich der Brennweiten von Fokussierung und Kollimation und auch der Kollimationslänge variabel ist. Die Brennweiten können z.B. zwischen 200 mm und 1400 mm variieren und die angegebenen Bereiche auch nach oben und unten überschreiten. Die modulare Lichtwellenoptik (1) ist justierfrei.The light wave optics ( 1 ) is in particular a transmitting laser optics, which is variable in a wide range with respect to the focal lengths of focusing and collimation and also the Kollimationslänge. The focal lengths can vary, for example, between 200 mm and 1400 mm and the specified ranges also go up and down. The modular light wave optics ( 1 ) is adjustment free.

Die Lichtwellenoptik (1) besteht aus einem Grundträger (2) und zumindest einem Optikmodul (4), welches wechselbar mit dem Grundträger (2) verbunden ist und unterschiedlich ausgebildet sein kann. Vorzugsweise lässt sich am Grundträger (2) auch ein Anschlussmodul (3) in unterschiedlichen Ausführungsformen austauschbar anbringen.The light wave optics ( 1 ) consists of a basic carrier ( 2 ) and at least one optical module ( 4 ), which can be exchanged with the basic carrier ( 2 ) is connected and can be configured differently. Preferably can be at the base support ( 2 ) also a connection module ( 3 ) attach interchangeably in different embodiments.

Der Grundträger (2) besitzt ein Gehäuse (5) mit einem innenliegenden rohrförmigen Strahlkanal (7) für den Durchtritt des Lichtwellenstrahls (10). Vorzugsweise haben das Gehäuse (5) und der Strahlkanal (7) eine abgewinkelte Form. Der Winkel beträgt in der gezeigten Ausführungsform 90°. Er kann beliebig nach oben und unten variieren. Das Gehäuse (5) hat in der Seitenansicht eine im wesentlichen gleichschenklige dreieckige Form und besteht aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere einem Metall, vorzugsweise einem Leichtmetall, insbesondere einer Aluminiumlegierung.The basic carrier ( 2 ) has a housing ( 5 ) with an inner tubular jet channel ( 7 ) for the passage of the light wave beam ( 10 ). Preferably, the housing ( 5 ) and the beam channel ( 7 ) an angled shape. The angle is 90 ° in the embodiment shown. It can vary up and down as you like. The housing ( 5 ) has in side view a substantially isosceles triangular shape and consists of a good heat-conducting material, in particular a metal, preferably a light metal, in particular an aluminum alloy.

Der Grundträger (2) besitzt in den Ausführungsformen von 1 bis 11 einen im Strahlgang (7) an der Knickstelle angeordneten Umlenkspiegel (6), an dem der Lichtwellenstrahl (10) reflektiert wird. Der Umlenkspiegel (6) kann in einem separatem Gehäuseaufsatz (22) an der schrägen Gehäuserückseite über einer dortigen Gehäuseöffnung positionsgenau und mit einer Dichtung angeordnet sein. Die Winkellage des z.B. stationären Umlenkspiegels (6) ist so gewählt, dass der Lichtwellenstrahl (10) im Strahlgang (7) symmetrisch reflektiert wird. Der Gehäuseaufsatz (22) mit dem darin gehaltenen Umlenkspiegel (6) lässt sich einfach von außen montieren, bei Bedarf austauschen und dabei automatisch justieren. Die Gefahr von Berührungen, Verschmutzungen und Beschädigungen des Umlenkspiegels (6) ist durch diese Anordnung minimiert.The basic carrier ( 2 ) has in the embodiments of 1 to 11 one in the beam path ( 7 ) arranged at the bend deflecting mirror ( 6 ), at which the light wave beam ( 10 ) is reflected. The deflection mirror ( 6 ) can be installed in a separate housing attachment ( 22 ) can be arranged on the oblique rear side of the housing over a local housing opening with exact position and with a seal. The angular position of the stationary deflection mirror ( 6 ) is chosen so that the light wave ( 10 ) in the beam path ( 7 ) is reflected symmetrically. The housing attachment ( 22 ) with the deflecting mirror ( 6 ) can be easily mounted from the outside, replace if necessary and thereby automatically jus animals. The risk of contact, dirt and damage to the deflecting mirror ( 6 ) is minimized by this arrangement.

Der zylindrische Strahlgang (7) durchsetzt zentrisch das Gehäuse (5), welches an den Eintritts- und Austrittsöffnungen des Strahlgangs (7) jeweils einen Modulanschluss (8,9) zum Anschluss des Optikmoduls (4) und des Anschlussmoduls (3) aufweist. Beide Module (3,4) haben hierzu passende Anschlussstellen für eine selbstzentrierende und justierfreie Verbindung mit dem Grundträger (2). Die Modulanschlüsse (8,9) können z.B. Zentrierringe mit Flanschpassungen und außenseitigen Befestigungsflanschen für Schraubverbindungen oder dergleichen andere geeignete Konstruktionen haben. Die Modulanschlüsse (8,9) sind untereinander gleich, so dass die Modulpaarungen (3,4) beliebig untereinander getauscht und angeflanscht werden können.The cylindrical beam path ( 7 ) centrally penetrates the housing ( 5 ), which at the inlet and outlet openings of the jet passage ( 7 ) each have a module connection ( 8th . 9 ) for connecting the optical module ( 4 ) and the connection module ( 3 ) having. Both modules ( 3 . 4 ) have suitable connection points for a self-centering and adjustment-free connection with the base support ( 2 ). The module connections ( 8th . 9 ) may have, for example centering rings with flange and external mounting flanges for screw or the like other suitable constructions. The module connections ( 8th . 9 ) are equal to each other so that the module pairings ( 3 . 4 ) can be exchanged and flanged with each other.

Die Module (3,4) haben ebenfalls axiale Strahlkanäle (15,20), die fluchtend an den abgewinkelten Strahlkanal (7) anschließen. Die frei durchgängigen Strahlkanäle (7,15,20) haben vorzugsweise eine zylindrische Form und einen auch für auf geweitete Lichtwellenstrahlen (10) ausreichenden Durchmesser.The modules ( 3 . 4 ) also have axial jet channels ( 15 . 20 ), which are aligned with the angled beam channel ( 7 ) connect. The freely continuous beam channels ( 7 . 15 . 20 ) preferably have a cylindrical shape and also for on expanded lightwave beams ( 10 ) of sufficient diameter.

Das Optikmodul (4) besitzt ein zylinderrohrförmiges Gehäuse (16) mit dem innenliegenden Strahlkanal (20). Am einen Gehäuseende befindet sich der Modulanschluss (9). Am anderen Gehäuseende ist eine Fokussieroptik (18) im Strahlkanal (20) angebracht und in geeigneter Weise stationär gehalten. In Strahlrichtung hinter der Fokussieroptik (18) kann ein Schutzglas (19) angebracht sein, um die Fokussieroptik (18) gegen Umwelteinflüsse, z.B. Schweißspritzer, Schmauch oder dergleichen zu schützen. Außerdem ist das Optikmodul (4) spritzwasserfest.The optics module ( 4 ) has a cylindrical tube-shaped housing ( 16 ) with the internal jet channel ( 20 ). At one end of the housing is the module connection ( 9 ). At the other end of the housing is a focusing optics ( 18 ) in the jet channel ( 20 ) and kept stationary in a suitable manner. In the beam direction behind the focusing optics ( 18 ), a protective glass ( 19 ) to focus the focusing optics ( 18 ) to protect against environmental influences, such as welding spatter, smoke or the like. In addition, the optical module ( 4 ) splash-proof.

In Strahlrichtung kann mit kurzem Abstand vor der Fokussieroptik (18) eine Kollimationsoptik (17) im Strahlgang (20) des Optikmoduls (4) angebracht sein. Die Kollimationsoptik (17) befindet sich in Strahlrichtung hinter dem Umlenkspiegel (6) und formt den auftreffenden, konisch aufgeweiteten Lichtwellenstrahl (10) in einen Strahl mit im Wesentlichen parallelen Lichtwellen um. Der Parallelstrahl wird in der anschließenden Fokussieroptik (18) wieder gebeugt und zum Fokuspunkt (nicht dargestellt) fokussiert.In the beam direction, with a short distance in front of the focusing optics ( 18 ) a collimation optics ( 17 ) in the beam path ( 20 ) of the optical module ( 4 ) to be appropriate. The collimation optics ( 17 ) is located in the beam direction behind the deflection mirror ( 6 ) and forms the incident, conically widened light wave beam ( 10 ) into a beam with substantially parallel light waves. The parallel beam is used in the subsequent focusing optics ( 18 ) again and focused to focus point (not shown) focused.

Beide Optiken (17,18) bestehen aus ein oder mehreren geeigneten optischen Linsen. Die Linsendurchmesser können größer als 45 mm sein. Für den vorstehend angegebenen Brennweitenbereich liegen die Linsendurchmesser vorzugsweise zwischen 60 mm und 100 mm und können auch noch größer sein. Die Linsen können aus einem beliebig geeigneten und vorzugsweise preisgünstigen Material, z.B. billigen Glassorten, Kunststoffen oder dgl., bestehen.Both optics ( 17 . 18 ) consist of one or more suitable optical lenses. The lens diameters may be greater than 45 mm. For the above focal length range, the lens diameters are preferably between 60 mm and 100 mm and may be even larger. The lenses can be made of any suitable and preferably inexpensive material, such as cheap types of glass, plastics or the like.

Wie 1 im Baukastensystem und 2, 4 und 6 in den drei Modulvarianten verdeutlichen, können die Optikmodule (4) in den Gehäuselängen variieren. Hierdurch ändert sich der Abstand der Optiken (17,18) vom Grundträger (2) und vom Umlenkspiegel (6). Dementsprechend ändert sich die Kollimationslänge. Ferner können die Brennweiten der Optiken (17,18) variieren. Bei den längeren Optikmodulen (4) von 1, 2 und 6 haben z.B. die Fokussieroptik (18) eine Brennweite von 750 mm und die Kollimationsoptik (17) eine Brennweite von 500 mm. Bei der kürzeren Modulvariante von 1 und 4 beträgt die Brennweite der Fokussieroptik (18) z.B. 500 mm und die Brennweite der Kollimationsoptik (17) 330 mm. Entsprechend der unterschiedlichen Brennweiten können auch die Linsen und Kanaldurchmesser der verschiedenen Optikmodule (4) variieren.As 1 in the modular system and 2 . 4 and 6 clarify in the three module variants, the optical modules ( 4 ) vary in the case lengths. This changes the distance of the optics ( 17 . 18 ) from the base support ( 2 ) and the deflection mirror ( 6 ). Accordingly, the collimation length changes. Furthermore, the focal lengths of the optics ( 17 . 18 ) vary. For the longer optical modules ( 4 ) from 1 . 2 and 6 have, for example, the focusing optics ( 18 ) has a focal length of 750 mm and the collimation optics ( 17 ) a focal length of 500 mm. For the shorter module variant of 1 and 4 is the focal length of the focusing optics ( 18 ) eg 500 mm and the focal length of the collimating optics ( 17 ) 330 mm. Depending on the different focal lengths, the lenses and channel diameters of the various optical modules ( 4 ) vary.

Die Optiken (17,18) können austauschbar in den Optikmodulen (4) untergebracht werden und sind z.B. in einem frontseitig zugänglichen zylindrischen Aufnahmeschacht mittels Halteringen gelagert und gegeneinander distanziert. Sie werden durch einen stirnseitig aufgesetzten Spannring gehalten und als Paket gegen einen rückwärtigen Bund des zylindrischen Aufnahmekanals gepresst.The optics ( 17 . 18 ) can be interchangeable in the optical modules ( 4 ) are housed and stored for example in a front accessible cylindrical receiving shaft by means of retaining rings and spaced from each other. They are held by a frontally mounted clamping ring and pressed as a package against a rear collar of the cylindrical receiving channel.

In Variation zur gezeigten stationären Optikanordnung ist auch eine verstellbare Ausführungsform möglich, die bei Bedarf eine Fokusnachführung erlaubt. Hierfür können z.B. nur die Fokussieroptik (18) oder beide Optiken (17,18) in einem axial verschiebbaren und motorisch angetriebenen Schlitten gelagert sein, der von einer geeigneten Steuerung beaufschlagt wird. Eine Fokusnachführung kann z.B. bei Schwenkbewegungen des Lichtwellenstrahls (10) gegenüber einem ebenen Werkstück (39) zum Ausgleich der durch die Bogenbewegung hervorgerufenen Höhenänderungen des Fokuspunktes sinnvoll sein.In variation to the stationary optical arrangement shown, an adjustable embodiment is also possible, which allows a focus tracking if necessary. For this purpose, for example, only the focusing optics ( 18 ) or both optics ( 17 . 18 ) be mounted in an axially displaceable and motor-driven slide, which is acted upon by a suitable controller. A focus tracking can, for example, during pivoting movements of the light wave beam ( 10 ) against a flat workpiece ( 39 ) to compensate for the caused by the bow movement height changes of the focus point be useful.

Das Anschlussmodul (3) dient zum lösbaren Anschluss eines Lichtwellenleiters (13), von dem der Übersicht halber in 2 nur der Stecker (23) oder die Montagefassung mit einem kurzen Kabelstück dargestellt sind. Für die vorzugsweise lösbare Verbindung besitzt das Anschlussmodul (3) am rückwärtigen Ende einen entsprechenden Lichtleiteranschluss (12), der z.B. als buchsenförmige Aufnahme für den Stecker (23) des Lichtleiters (13) ausgebildet ist. Die lösbare Verbindung kann z.B. eine Bajonettkupplung sein. Am vorderen Ende hat das Anschlussmodul (3) einen Modulanschluss (8), der in entsprechender Weise wie der andere Modulanschluss (9) des Optikmoduls (4) ausgebildet sein kann.The connection module ( 3 ) serves for the detachable connection of an optical waveguide ( 13 ), for the sake of clarity in 2 only the plug ( 23 ) or the mounting frame are shown with a short length of cable. For the preferably detachable connection, the connection module ( 3 ) at the rear end of a corresponding optical fiber connection ( 12 ), for example, as a socket-shaped receptacle for the plug ( 23 ) of the light guide ( 13 ) is trained. The releasable connection may be, for example, a bayonet coupling. At the front end, the connection module ( 3 ) a module connection ( 8th ) in the same way as the other module connection ( 9 ) of the optical module ( 4 ) may be formed.

Das Anschlussmodul (3) besitzt ebenfalls ein im Wesentlichen rohrförmiges Gehäuse (11) mit einem zentralen und geraden Strahlkanal (15). Bei den in 1 im Baukasten dargestellten Varianten des Anschlussmoduls (3) ändert sich die Form und Länge des Gehäuses (11). Hierbei ändert sich auch der Abstand des Lichtleiteranschlusses (12) vom Grundträger (2) und vom Umlenkspiegel (6). Dementsprechend variiert die Kollimationslänge, die als der Abstand zwischen der Austrittsstelle (14) des Lichtwellenstrahls am Lichtleiter (13) und dem Auftreffpunkt an der Kollimationsoptik (17) bei zentrischem Strahlengang definiert ist. In 2 ist dies mit dem Zentralstrahl bzw. der strichpunktierten optischen Achse (21) dargestellt.The connection module ( 3 ) also has a substantially tubular housing ( 11 ) with a central and straight jet channel ( 15 ). At the in 1 in the kit illustrated variants of the connection module ( 3 ) changes the shape and length of the housing ( 11 ). This also changes the distance of the optical fiber connector ( 12 ) from the base support ( 2 ) and the deflection mirror ( 6 ). Accordingly, the collimation length, which varies as the distance between the exit point ( 14 ) of the light wave at the light guide ( 13 ) and the point of impact at the collimating optics ( 17 ) is defined at centric beam path. In 2 this is with the central beam or the dot-dashed optical axis ( 21 ).

In der Modulvariante 3 von 1 und 2 erstreckt sich das Gehäuse (11) vom Modulanschluss (8) nach hinten. Hierbei sind der Lichtleiteranschluss (12) und der Austrittspunkt (14) weit vom Umlenkspiegel (6) distanziert. Hierdurch ergibt sich eine große Kollimationslänge, die mit einer entsprechenden starken Aufweitung des Lichtwellenstrahls (10) verbunden ist, was in 2 durch gestrichelte Linien verdeutlicht ist. Bei dieser Variante hat auch das Optikmodul (4) eine große Gehäuselänge und lange Brennweiten in den Optiken (17,18).In the module variant 3 from 1 and 2 extends the housing ( 11 ) from the module connection ( 8th ) to the rear. Here, the optical fiber connection ( 12 ) and the exit point ( 14 ) far from the deflection mirror ( 6 ) distant. This results in a large collimation length, which with a corresponding strong expansion of the light wave beam ( 10 ), what is in 2 is illustrated by dashed lines. In this variant, the optical module ( 4 ) a large case length and long focal lengths in the optics ( 17 . 18 ).

In der zweiten Variante von 4 und der zugehörigen mittleren Moduldarstellung von 1 hat das Anschlussmodul (3) eine kurze Gehäuselänge, wobei sich außerdem das Gehäuse (11) vom Modulanschluss (8) nach vorn erstreckt und ein Stück in den Strahlkanal (7) des Grundträgers (2) hineinragt. Dementsprechend wandern der Lichtleiteranschluss (12) und die Strahlaustrittsstelle (14) näher zum Umlenkspiel (6) und führen zu einer Verkürzung der Kollimationslänge. In der Darstellung von 4 kommt hierbei das kürzere der beiden Optikmodule (4) mit den kürzeren Brennweiten der Optiken (17,18) zum Einsatz.In the second variant of 4 and the associated middle module representation of 1 has the connection module ( 3 ) a short housing length, wherein also the housing ( 11 ) from the module connection ( 8th ) extends forward and a piece in the beam channel ( 7 ) of the basic carrier ( 2 ) protrudes. Accordingly, the optical fiber connection ( 12 ) and the beam exit point ( 14 ) closer to the deflection game ( 6 ) and lead to a shortening of the collimation length. In the presentation of 4 Here comes the shorter of the two optical modules ( 4 ) with the shorter focal lengths of the optics ( 17 . 18 ) for use.

In der dritten Variante von 6 und der unteren Moduldarstellung von 1 hat das Anschlussmodul (3) ein Gehäuse (11), welches einen noch längeren vorderen Gehäuseabschnitt aufweist und noch tiefer in den Strahlkanal (7) des Grundträgers (2) ragt. Durch diese Gestaltung wird eine noch größere Annäherung des Lichtleiteranschlusses (12) und der Strahlaustrittsstelle (14) an den Umlenkspiegel (6) erreicht. Bei dieser Variante von 6 kommt das längere Optikmodul (4) mit den größeren Brennweiten der Optiken (17,18) zum Einsatz. Im Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel von 2 wird hierdurch die Kollimationslänge gegenüber der Brennweite verkürzt. Dies führt beim Ausführungsbeispiel von 6 zu einer geringeren Strahlaufweitung. Auf diese Weise können auch Strahlquellen mit einer größeren Strahldivergenz eingesetzt werden.In the third variant of 6 and the lower module presentation of 1 has the connection module ( 3 ) a housing ( 11 ), which has an even longer front housing section and even deeper into the jet channel ( 7 ) of the basic carrier ( 2 protrudes. By this design, an even closer approach of the optical fiber connection ( 12 ) and the beam exit point ( 14 ) to the deflection mirror ( 6 ) reached. In this variant of 6 comes the longer optical module ( 4 ) with the larger focal lengths of the optics ( 17 . 18 ) for use. In comparison with the embodiment of 2 This shortens the collimation length compared to the focal length. This leads in the embodiment of 6 to a smaller beam expansion. In this way, beam sources with a larger beam divergence can be used.

Durch die beschriebene Lichtwellenoptik (1) lässt sich eine optimale Anpassung an unterschiedliche Laserquellen und unterschiedliche Brennweiten erzielen.By the described light wave optics ( 1 ), an optimal adaptation to different laser sources and different focal lengths can be achieved.

Die verschiedenen Laserquellen (40), z.B. Faserlaser, Diodenlaser, CO₂-Laser und dergleichen haben unterschiedliche Strahleigenschaften und unterschiedliche Spreizwinkel des Laserstrahls. Faserlaser oder Scheibenlaser haben z.B. eine sehr hohe Strahlqualität mit enger Strahlbündelung und geringen Spreizwinkeln. Bei kleinen Strahlspreizwinkeln kann es sich empfehlen, zur Erzielung der gewünschten Strahlaufweitung und Aperturgröße das längere Anschlussmodul (3) von 2 einzusetzen und dadurch den Abstand des Strahlaustrittspunktes (14) vom Umlenkspiegel (6) groß zu machen. Bei schlechteren Strahlqualitäten und größeren Strahlspreizwinkeln kann es sich empfehlen, diesen Abstand zu verkürzen und die anderen Varianten des Anschlussmoduls (3) gemäß 4 und 6 einzusetzen.The different laser sources ( 40 ), eg fiber lasers, diode lasers, CO ₂ lasers and the like have different beam properties and different angles of spread of the laser beam. For example, fiber lasers or disk lasers have a very high beam quality with narrow beam bundling and low spread angles. For small beam spread angles, it may be recommended to achieve the desired beam spread and aperture size, the longer connection module ( 3 ) from 2 and thereby the distance of the beam exit point ( 14 ) from the deflection mirror ( 6 ) to make big. For poorer beam qualities and larger beam spread angles, it may be advisable to shorten this distance and the other variants of the connection module ( 3 ) according to 4 and 6 use.

In vielen Einsatzfällen gehen die gewählte Brennweiten und die Länge der Kollimationsstrecke proportional einher. Je länger die Fokussier-Brennweite wird, desto länger werden auch die Kollimations-Brennweite und Kollimationsstrecke. Dies gilt jedenfalls dann, wenn der Durchmesser des Brennflecks oder Fokuspunktes im Wesentlichen konstant gehalten werden soll. 2 und 4 verdeutlichen z.B. dieser Vorgehensweise.In many applications, the selected focal lengths and the length of the Kollimationsstrecke go proportional. The longer the focusing focal length becomes, the longer the collimation focal length and collimation distance become. This is true in any case when the diameter of the focal spot or focal point is to be kept substantially constant. 2 and 4 clarify eg this procedure.

Andererseits ist es möglich, den Brennfleckdurchmesser gezielt zu beeinflussen und insbesondere zu vergrößern. Hierfür kann z.B. bei gleich bleibenden Brennweiten beider Optiken (17,18) die Kollimationslänge verändert werden. Auch die Brennweiten der Optiken (17,18) lassen sich einzeln oder gemeinsam verändern.On the other hand, it is possible to specifically influence the focal spot diameter and in particular to increase. For this example, with the same focal lengths of both lenses ( 17 . 18 ) the collimation length can be changed. Also the focal lengths of the optics ( 17 . 18 ) can be changed individually or together.

Durch die Modulbauweise ist es möglich, die Optik- und Anschlussmodule (4,3) beliebig zu tauschen. Hierdurch können die Brennweiten und die Kollimationslänge beliebig beeinflusst werden. 6 zeigt hierbei z.B. die Konstellation mit einem langen Optikmodul (4) und einem kurzen Anschlussmodul (3). Insbesondere lässt sich hierdurch die Kollimationslänge beliebig im Anschlussbereich und/oder im Optikbereich beeinflussen.The modular design makes it possible to connect the optics and connection modules ( 4 . 3 ) to exchange as desired. As a result, the focal lengths and the Kollimationslänge can be arbitrarily influenced. 6 shows eg the constellation with a long optical module ( 4 ) and a short connection module ( 3 ). In particular, this allows the collimation length to be influenced as desired in the connection area and / or in the optics area.

Die Lichtwellenoptik (1) kann in beliebiger Weise geführt und eingesetzt werden. Der Grundträger (2) lässt sich z.B. direkt an einem stationären Ständer oder an einem beweglichen Manipulator anbringen. Der Grundträger (2) kann z.B. direkt oder mittelbar über eine Wechselkupplung an der Roboterhand (37) eines mehrachsigen Industrieroboters (36), z.B. eines sechsachsigen Gelenkarmroboters, angeflanscht werden. 15 zeigt diese Anordnung mit einer Stirnansicht auf das Gehäuse (5). Bei einem Modulwechsel kann hierdurch die Trägerbefestigung gleich bleiben. Andererseits ist es möglich, die in den Zeichnungen dargestellte Lichtwellenoptik (1) mit einem separaten Gestell oder Gehäuse zu umgeben und dieses mit einer stationären oder instationären Führung zu verbinden. Dies kann z.B. ein U-förmiger Haltebügel sein, der das Gehäuse (5) seitlich längs eines Strahlkanalabschnitts (7) übergreift und mit dessen Seitenwänden verschraubt ist. Hierbei sind zwei um 90° verdrehte Gehäusepositionen möglich.The light wave optics ( 1 ) can be performed and used in any way. The basic carrier ( 2 ) can be attached directly to a stationary stand or to a mobile manipulator. The basic carrier ( 2 ) can, for example, directly or indirectly via a removable coupling on the robot hand ( 37 ) of a multi-axis industrial robot ( 36 ), for example, a six-axis articulated arm robot, flanged. 15 shows this arrangement with an end view of the housing ( 5 ). At a Module replacement can thereby remain the same carrier mounting. On the other hand, it is possible to use the light wave optics shown in the drawings ( 1 ) with a separate frame or housing to surround and connect this with a stationary or unsteady leadership. This may be, for example, a U-shaped headband, the housing ( 5 ) laterally along a jet channel section ( 7 ) and screwed to its side walls. In this case, two housing positions rotated by 90 ° are possible.

Varianten der gezeigten Ausführungsbeispiele sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen können statt der dargestellten manuell bedienbaren Modulanschlüsse (8,9) automatische Wechselanschlüsse eingesetzt werden, die einen automatischen Modultausch ermöglichen. Hierbei kann z.B. ein Roboter die Lichtwellenoptik (1) zu einer Wechseleinrichtung führen, die automatisch das alte Modul (3,4) abnimmt und ein neues Modul (3,4) anflanscht. Dies kann mit ein oder beiden Anschluss- und/oder Optikmodulen (3,4) geschehen.Variants of the embodiments shown are possible in various ways. On the one hand, instead of the illustrated manually operable module connections ( 8th . 9 ) automatic exchange connections are used, which allow an automatic module exchange. In this case, for example, a robot, the light wave optics ( 1 ) lead to a change device that automatically removes the old module ( 3 . 4 ) and a new module ( 3 . 4 ) flanged. This can be done with one or both connection and / or optical modules ( 3 . 4 ) happen.

Ein automatischer Modulwechsel erlaubt eine Veränderung der Fokussier-Brennweite und/oder der Brennfleckgeometrie während des Betriebs. Die kann z.B. bei Schweißprozessen an einer Fahrzeugkarosserie im Rahmen des Laser-Remote-Schweißens sinnvoll sein. Zum Schweißen großer Arbeitsbereiche, z.B. eines seitlichen Türausschnitts an der Karosserie wird eine große Brennweite eingesetzt, die es dem seitlich stehenden Schweißroboter ermöglicht, über kleine Roboterhandbewegungen den Laserstrahl entlang des Türausschnitts zu führen. Wenn andererseits anschließend im Dachbereich Schweißungen vorgenommen werden sollen, empfiehlt sich ein Brennweitenwechsel und der Einsatz einer deutlich kürzeren Brennweite. Hierdurch kann der Abstand der Lichtwellenoptik (1) von der Karosserie verringert werden, was es dem Schweißroboter mit seinem räumlich beschränkten Arbeitsbereich ermöglicht, trotz seitlicher Position über die Karosserie zu fassen und auch den Dachbereich zu bearbeiten. Bei gleichbleibender langer Brennweite bräuchte der Roboter sonst eine zusätzliche Hebeachse, um einen genügenden Abstand der Lichtwellenoptik (1) vom Karosseriedach zu erreichen.An automatic module change allows a change of the focus focal length and / or the focal spot geometry during operation. This may be useful, for example, in welding processes on a vehicle body in the context of laser remote welding. For welding large work areas, eg a side door cutout on the bodywork, a large focal length is used, which allows the side standing welding robot to guide the laser beam along the door cutout via small robot hand movements. If, on the other hand, welds are subsequently made in the roof area, it is advisable to change the focal length and use a much shorter focal length. As a result, the distance of the optical waveguide ( 1 ) are reduced by the bodywork, which allows the welding robot with its spatially limited work area, despite lateral position on the body to grasp and edit the roof area. With a constant long focal length, the robot would otherwise need an additional lifting axis in order to ensure a sufficient distance of the optical waveguide (FIG. 1 ) to reach from the body roof.

Ein anderer Anwendungsfall für einen automatisierten Modulwechsel sind Prozessänderungen während des Betriebs und insbesondere während des Prozesszyklus oder der Taktzeit. Hierbei kann z.B. ein Schweißroboter zunächst an der Außenseite einer Karosserie, z.B. an einer Seitenwand, Schweißnähte setzen und hierfür eine in den Brennweiten und der Kollimation geeignete Modulkombinationen verwenden. Wenn der Schweißprozess abgeschlossen ist, kann der Schweißroboter innerhalb der Zykluszeit eine andere Aufgabe an anderer Stelle wahrnehmen, indem er z.B. auf der Innenseite der gegenüberliegenden Seitenwand der Karosserie einen Prozess durchführt. Dies kann einerseits ein Schweißprozess mit entsprechender Brennweitenanpassung auf Grund des größeren Werkzeugabstands sein. Es kann sich alternativ aber auch um einen anderen Prozess handeln, z.B. Löten, Kleben, Ausgleichserwärmen, Gelieren oder dergleichen. Wenn statt des Schweißens ein großflächiges Erwärmen von Werkstückbereichen gewünscht wird, kann entsprechend die Brennfleckgröße durch Änderung der Brennweiten und/oder der Kollimation erhöht werden. In den genannten Fällen wird der Modulwechsel innerhalb der Zykluszeit oder Taktzeit durchgeführt.One another use case for an automated module change are process changes during operation and in particular during the Process cycle or the cycle time. Here, e.g. a welding robot first on the outside of one Body, e.g. put on a side wall, welds and this one in Focal lengths and collimation suitable module combinations use. When the welding process is completed, the welding robot can within the cycle time perform another task elsewhere, e.g. on the inside of the opposite Side wall of the body performs a process. On the one hand, this can be a welding process with appropriate focal length adjustment due to the larger tool spacing. Alternatively, it may be another process, e.g. Soldering, Gluing, balancing, Gelling or the like. If, instead of welding, a large-scale heating of Workpiece areas required can, according to the focal spot size by changing the focal lengths and / or the collimation increases become. In the cases mentioned the module change is carried out within the cycle time or cycle time.

Die Erfindung sieht darüber hinaus weitere Variationsmöglichkeiten zur Beeinflussung, Veränderung der Brennweiten, der Kollimation und der Brennfleckgeometrie vor. Statt der vorbeschriebenen Modulbauweise mit einzelnen wechselbaren Modulen (3,4) können Mehrfacheinheiten (24) in unterschiedlichen Ausführungsformen eingesetzt werden. Die Mehrfacheinheiten (24) besitzen mehrere Optikmodule (26 bis 28, 32 bis 34), die nach Bedarf ausgewählt und zum Einsatz kommen können.The invention also provides further variations for influencing, changing focal lengths, collimation and focal spot geometry. Instead of the above-described modular design with individual exchangeable modules ( 3 . 4 ), multiple units ( 24 ) can be used in different embodiments. The multiple units ( 24 ) have several optical modules ( 26 to 28 . 32 to 34 ), which can be selected and used as needed.

Eine Mehrfacheinheit (24) kann z.B. die in 8 bis 11 dargestellte Revolvereinheit (25) mit mehreren, z.B. drei unterschiedlichen Optikmodulen oder Optikeinheiten (26,27,28) sein. Die Optikmodule (26,27,28) unterscheiden sich wie in der vorstehend beschrieben Ausführungsformen von 1 bis 7 in den Brennweiten und ggf. der gegenseitigen Anordnung der Fokussier- und Kollimationsoptik (17,18). Auch die Gehäuselängen können unterschiedlich sein. Die Optikmodule (26,27,28) sind gemeinsam an einem Modulträger (29) angebracht, der um eine Drehachse (30) drehbar am Grundträger (2) angeordnet ist.A multiple unit ( 24 ) can eg the in 8th to 11 illustrated revolver unit ( 25 ) with several, eg three different optical modules or optical units ( 26 . 27 . 28 ) be. The optics modules ( 26 . 27 . 28 ) differ as in the above-described embodiments of 1 to 7 in the focal lengths and possibly the mutual arrangement of the focusing and collimating optics ( 17 . 18 ). The housing lengths can be different. The optics modules ( 26 . 27 . 28 ) are together on a module carrier ( 29 ) mounted around a rotation axis ( 30 ) rotatable on the base support ( 2 ) is arranged.

Die Optikmodule (26,27,28) sind mit ihren zentralen Optikachsen (35) derart am Modulträger (29) angebracht und ausgerichtet, dass sich die Optikachsen (35) zusammen mit der optischen Achse (21) des Laserstrahls (10) an der Reflektionsfläche des Umlenkspiegels (6) in einem gemeinsamen Punkt (43) schneiden. Diesen Punkt (43) schneidet auch die Drehachse (30) des Modulträgers (29). Die Optikmodule (26,27,28) sind im Kreis mit einer kegelartigen Anordnung rund um die zentrale Drehachse (30) positioniert und dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt. 8 zeigt diese Anordnung. Die Optikachse (35) des gerade beaufschlagten Optikmoduls (26) fällt dabei mit der optischen Achse (21) des Laserstrahls (10) zusammen.The optics modules ( 26 . 27 . 28 ) are with their central optical axes ( 35 ) on the module carrier ( 29 ) and aligned so that the optical axes ( 35 ) together with the optical axis ( 21 ) of the laser beam ( 10 ) at the reflection surface of the deflecting mirror ( 6 ) in a common point ( 43 ) to cut. This point ( 43 ) also cuts the axis of rotation ( 30 ) of the module carrier ( 29 ). The optics modules ( 26 . 27 . 28 ) are in a circle with a conical arrangement around the central axis of rotation ( 30 ) and thereby preferably uniformly distributed in the circumferential direction. 8th shows this arrangement. The optical axis ( 35 ) of the currently loaded optical module ( 26 ) coincides with the optical axis ( 21 ) of the laser beam ( 10 ) together.

Die Anbringung der Optikmodule (26,27,28) am Modulträger (29) kann stationär oder in der vorbeschriebenen Art wechselbar sein. Durch eine Revolverdrehung um die Achse (30) wird das jeweils benötigte Optikmodul (26,27,28) in Position gebracht. 11 verdeutlicht diese Kinematik. Hierfür ist ein geeigneter Revolverantrieb (nicht dargestellt) nebst zugehöriger integrierter oder externer Steuerung vorhanden. Der Revolverantrieb ist z.B. über eine Leitung (42) mit der Robotersteuerung (38) verbunden. Zudem können geeignete Überwachungseinrichtungen mit Sensoren etc. vorhanden sein.The attachment of the optical modules ( 26 . 27 . 28 ) on the module carrier ( 29 ) may be stationary or changeable in the manner described above. Revolver rotation about the axis ( 30 ) is the respective benö approved optical module ( 26 . 27 . 28 ) in position. 11 clarifies this kinematics. For this purpose, a suitable turret drive (not shown) together with associated integrated or external control available. The turret drive is eg via a line ( 42 ) with the robot controller ( 38 ) connected. In addition, suitable monitoring devices with sensors, etc. may be present.

In einer in 12 bis 14 dargestellten weiteren Variation ist es möglich, die Mehrfacheinheit (24) als Drehspiegeleinheit (31) auszubilden. Hierbei können mehrere Optikeinheiten oder Optikmodule (32,33,34) in einer Fassung an der Ausgangsseite des Grundträgers (2) stationär angeordnet werden, wobei eine variable und gezielte Strahlzuführung zu den einzelnen Optikmodulen (32,33,34) erfolgt. Die stationäre Anordnung der Optikmodule (32,33,34) kann wiederum fest oder lösbar sein.In an in 12 to 14 shown further variation, it is possible, the multiple unit ( 24 ) as a rotating mirror unit ( 31 ) train. Several optical units or optical modules ( 32 . 33 . 34 ) in a socket on the output side of the basic carrier ( 2 ) are arranged stationary, with a variable and targeted beam delivery to the individual optical modules ( 32 . 33 . 34 ) he follows. The stationary arrangement of the optical modules ( 32 . 33 . 34 ) may in turn be solid or solvable.

Die Strahlzuführung kann z.B. mittels eines um ein oder zwei Achsen (45,46) schwenkbaren Umlenkspiegels (6) geschehen, der die auf einer Kugelschale um den kardanischen Spiegeldrehpunkt (44) angeordneten Optikmodule (32,33,34) nach Bedarf anvisiert. Die Schwenkachse (45,46) können die in der Reflektionsebene des Umlenkspiegels (6) befindlichen Hauptachsen sein. Der Umlenkspiegel (6) führt beim Anvisieren der verschiedenen Optikmodule (32,33,34) und zur gezielten Ablenkung des einfallenden Laserstrahls (10) eine Taumelbewegung um den Spiegeldrehpunkt (44) aus.The beam feed can be done, for example, by means of one or two axes ( 45 . 46 ) pivotable deflecting mirror ( 6 ) done on a spherical shell around the gimbal mirror fulcrum ( 44 ) arranged optical modules ( 32 . 33 . 34 ) as required. The pivot axis ( 45 . 46 ) in the reflection plane of the deflecting mirror ( 6 ) be located major axes. The deflection mirror ( 6 ) when aiming the various optical modules ( 32 . 33 . 34 ) and for targeted deflection of the incident laser beam ( 10 ) a tumbling motion about the mirror pivot point ( 44 ) out.

Die Optikmodule (32,33,34) sind ähnlich wie im vorigen Ausführungsbeispiel der Revolvereinheit (25) mit schrägen und im Spiegeldrehpunkt (44) sich schneidenden Optikachsen (35) in kegelförmiger Verteilung um eine zentrale und ebenfalls den Punkt (44) schneidende Achse angeordnet.The optics modules ( 32 . 33 . 34 ) are similar to the previous embodiment of the revolver unit ( 25 ) with oblique and mirror fulcrum ( 44 ) intersecting optical axes ( 35 ) in a conical distribution around a central and also the point ( 44 ) intersecting axis.

Auch bei der Drehspiegeleinheit (31) sind entsprechend geeignete Antriebe nebst Steuerung und Überwachungseinrichtungen (nicht dargestellt) vorhanden und ggf. mit der Robotersteuerung (38) verbunden.Also with the rotating mirror unit ( 31 ) are correspondingly suitable drives together with control and monitoring devices (not shown) and possibly with the robot controller ( 38 ) connected.

Ein ein- oder mehrachsig beweglicher Umlenkspiegel (6) kann auch in Verbindung mit den anderen vorbeschriebenen Ausführungsformen mit einzeln wechselbaren Modulen, Revolverkopf oder dergleichen eingesetzt werden, um den Lichtwellenstrahl (10) unterschiedlich zu den Optiken (17,18) hin abzulenken und die Ausgangs-Strahlcharakteristik entsprechend zu ändern. Ferner ist es möglich, ein oder beide Optiken (17,18) drehbeweglich anzuordnen, um z.B. über eine Taumelbewegung ein oder beider Optiken (17,18) den austretenden Laserstrahl in einer Kreisbahn oder dergleichen wandern zu lassen.A single or multi-axially movable deflection mirror ( 6 ) can also be used in conjunction with the other embodiments described above with individually exchangeable modules, turret or the like to the light wave beam ( 10 ) different from the optics ( 17 . 18 ) and to change the output beam characteristic accordingly. It is also possible to use one or both optics ( 17 . 18 ) rotatably, for example, via a tumbling motion of one or both optics ( 17 . 18 ) to let the exiting laser beam in a circular path or the like.

Variationen sind auch an der Anschlussseite zum Lichtleiter (13) möglich. Der Lichtleiteranschluss (12) kann z.B. stationär am Grundträger (2) angeordnet und mit diesem fest verbunden sein. In diesem Fall bestehen anschlussseitig keine Variationsmöglichkeiten hinsichtlich der Kollimationslänge. In diesem Fall wird nur auf der Optikseite durch die Optikmodule (4) oder dergleichen und variierende Abstände der Optiken (17,18) vom Umlenkspiegel (6) Einfluss auf die Kollimationslänge genommen. Ferner ist es möglich, den Lichtleiteranschluss (12) verstellbar zu machen, wobei der Stecker (13) in Richtung der einfallenden optischen Achse (21) vor- und zurückbewegt werden kann und der Abstand der Austrittsstelle (14) vom Umlenkspiegel (6) verändert wird.Variations are also on the connection side to the light guide ( 13 ) possible. The light conductor connection ( 12 ) can, for example, be stationary on the base support ( 2 ) and firmly connected to this. In this case, there are no possible variations with regard to the collimation length on the connection side. In this case, only on the optical side through the optical modules ( 4 ) or the like and varying distances of the optics ( 17 . 18 ) from the deflection mirror ( 6 ) Influence on the collimation length taken. Furthermore, it is possible to connect the light conductor connection ( 12 ), whereby the plug ( 13 ) in the direction of the incident optical axis ( 21 ) can be moved back and forth and the distance of the exit point ( 14 ) from the deflection mirror ( 6 ) is changed.

Die vorgenannten Variationsmöglichkeiten erlauben ebenfalls eine Veränderung der Lichtwellenoptik (1) während des Betriebs und der Zyklus- oder Taktzeiten.The above-mentioned variations also allow a change in the optical wave optics ( 1 ) during operation and cycle or cycle times.

Ein bevorzugter Einsatzbereich der Laseroptik (1) liegt beim Schweißen, Löten oder Schneiden mit einem Laserstrahl (10). Durch die lange Brennweite ist hierbei z.B. ein sogenanntes Remote-Laserschweißen mit großem Abstand zum Werkstück (39) möglich. Ansonsten ist es auch möglich, mit einem Laserstrahl (10) oder einem sonstigen Lichtwellenstrahl beliebige andere Prozesse durchzuführen, z.B. Löten, Oberflächenerwärmungen beim Kleben, Gelieren, Entspannen, Gefügeändern etc., Oberflächenbearbeitungen in Form eines Beschriftens oder Gravierens von Bauteilen etc..A preferred field of use of the laser optics ( 1 ) is when welding, soldering or cutting with a laser beam ( 10 ). Due to the long focal length in this case, for example, a so-called remote laser welding at a great distance from the workpiece ( 39 ) possible. Otherwise it is also possible to use a laser beam ( 10 ) or any other light wave beam to perform any other processes, such as soldering, surface heating during bonding, gelling, relaxing, structural changes, etc., surface treatment in the form of a labeling or engraving of components etc ..

11: Lichtwellenoptik, LaseroptikFiber optics, laser optics
22: Modul, GrundträgerModule, base support
33: Modul, AnschlussmodulModule, connection module
44: Modul, OptikmodulModule, optical module
55: Gehäuse GrundträgerHousing basic carrier
66: Umlenkspiegeldeflecting
77: abgewinkelter Strahlkanalangled beam channel
88th: Modulanschlussmodule connector
99: Modulanschlussmodule connector
1010: Lichtwellenstrahl, LaserstrahlOptical beam, laser beam
1111: Gehäuse AnschlussmodulHousing connection module
1212: LichtleiteranschlussOptical fiber connection
1313: Lichtleiteroptical fiber
1414: Austrittsstelle Lichtwellenstrahlexit site Optical beam
1515: Strahlkanal im Anschlussmodulbeam channel in the connection module
1616: Gehäuse OptikmodulHousing optical module
1717: Kollimationsoptik, Kollimationslinsecollimating optics, collimating lens
1818: Fokussieroptik, Fokussierlinsefocusing optics, focusing lens
1919: Schutzglasprotective glass
2020: Strahlkanal im Optikmodulbeam channel in the optics module
2121: optische Achseoptical axis
2222: Gehäuseaufsatzhousing attachment
2323: Steckerplug
2424: MehrfacheinheitMultiple unit
2525: Revolvereinheitrevolver unit
2626: Optikmodul, Optikeinheit, drehbarOptical module, Optical unit, rotatable
2727: Optikmodul, Optikeinheit, drehbarOptical module, Optical unit, rotatable
2828: Optikmodul, Optikeinheit, drehbarOptical module, Optical unit, rotatable
2929: Modulträgermodule carrier
3030: Drehachse Modulträgeraxis of rotation module carrier
3131: DrehspiegeleinheitOptics head
3232: Optikmodul, Optikeinheit, festOptical module, Optical unit, fixed
3333: Optikmodul, Optikeinheit, festOptical module, Optical unit, fixed
3434: Optikmodul, Optikeinheit, festOptical module, Optical unit, fixed
3535: Optikachseoptical axis
3636: Manipulator, IndustrieroboterManipulator, industrial robots
3737: Roboterhandrobot hand
3838: Robotersteuerungrobot control
3939: Werkstückworkpiece
4040: Laserquellelaser source
4141: RoboterschweißzelleRobot welding cell
4242: Leitungmanagement
4343: Schnittpunktintersection
4444: SpiegeldrehpunktMirrors pivot point
4545: Schwenkachse Umlenkspiegelswivel axis deflecting
4646: Schwenkachse Umlenkspiegelswivel axis deflecting

Claims

Lightwave optics, in particular laser optics, with a focusing optics ( 18 ) and a light guide connection ( 12 ) for an optical waveguide ( 13 ) for connection to an external beam source ( 40 ), in particular a laser source, characterized in that the light wave optics ( 1 ) is modular and at least one basic carrier ( 2 ) with the light conductor connection ( 12 ) and with a replaceable optical module ( 4 . 26 . 27 . 28 . 32 . 33 . 34 ) having.

Lightwave optics according to claim 1, characterized in that the optical module ( 4 ) individually detachable on the base carrier ( 2 ) is arranged.

Lightwave optics according to claim 1, characterized in that a plurality of different optical modules ( 26 . 27 . 28 . 32 . 33 . 34 ) in a multiple unit ( 24 ) connected to the basic carrier ( 2 ) and with the laser beam ( 10 ) can be acted upon either.

Light wave optics according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the light wave optics ( 1 ) on the base ( 2 ) connectable and exchangeable connection module ( 3 ) for the optical fiber connection ( 12 ) having.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the base support ( 2 ) a housing ( 5 ) with an angled beam channel ( 7 ) and with a deflection mirror ( 6 ) having.

Light wave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the light wave optics ( 1 ) has a changeable by module change focal length and possibly variable Kollimationslänge.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 5 ) of the basic carrier ( 2 ) made of metal, in particular a light metal.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 5 ) of the basic carrier ( 2 ) and the modules ( 3 . 4 ) centering precisely fitting module connections ( 8th . 9 ) exhibit.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the connection module ( 3 ) a hollow housing ( 11 ) with the light conductor connection ( 12 ) having.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of connection modules ( 3 ) with different housings ( 11 ) and variable distances of the beam exit point ( 14 ) to the basic carrier ( 2 ) are provided.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the optical module ( 4 ) a housing ( 16 ) with a focusing optics ( 18 ) having.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that in the housing ( 16 ) of the optical module ( 4 ) a collimation optics ( 17 ) in the beam direction in front of the focusing optics ( 18 ) is arranged.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of optical modules ( 4 ) with different housings ( 11 ) and variable distances of the optics ( 17 . 18 ) to the basic carrier ( 2 ) are provided.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the focusing optics ( 18 ) has a fixed focal length.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the focal length is more than 300 mm.

Lightwave optics according to one of the preceding claims, characterized in that the optics (s) ( 17 . 18 ) has one or more lenses with diameters of more than 60 mm, preferably 90 mm or more.

Lightwave optics according to one of claims 3 to 16, characterized in that the multiple unit ( 24 ) as a revolver unit ( 25 ) with one about a rotation axis ( 30 ) movable on the base support ( 2 ) arranged module carrier ( 29 ) with several optical modules ( 26 . 27 . 28 ) is trained.

Lightwave optics according to one of claims 3 to 16, characterized in that the multiple unit ( 24 ) as a rotating mirror unit ( 31 ) with one around one or more axes of rotation ( 45 . 46 ) movable deflection mirror ( 6 ) and several at the base support ( 2 ) stationarily arranged optical modules ( 32 . 33 . 34 ) is trained.

Lightwave optics according to claim 17 or 18, characterized in that the optical modules ( 26 . 27 . 28 . 32 . 33 . 34 ) oblique optical axes ( 35 ), which interact with the laser beam ( 10 . 21 ) at the deflection mirror ( 6 ) in a common point ( 43 . 44 ) to cut.

Lightwave optics according to claim 17, 18 or 19, characterized in that the optical modules ( 26 . 27 . 28 . 32 . 33 . 34 ) conically around the common point ( 43 . 44 ) are arranged.