同步激光塑料焊接中的发光部件和工具的制作方法

本申请要求于2017年10月20日提交的美国临时申请第62/574,823号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。

本公开内容涉及塑料焊接，并且更具体地，涉及评估直接递送焊接应用和同步激光焊接应用的光纤。

背景技术：

本部分提供与本公开内容相关的背景信息，该背景信息不一定是现有技术。

激光焊接通常用于在焊接区域接合塑料或树脂部件，诸如热塑性部件。

存在许多不同的激光焊接技术。一种有用的技术是同步通过透射式红外焊接，在本文中称为sttir。在sttir中，全焊接路径或区域(在本文中称为焊接路径)例如通过多个激光光源诸如激光二极管的协同对准而同步暴露于激光辐射。在题为“laserlightguideforlaserwelding”的us6,528,755中描述了sttir的示例，其全部公开内容通过引用并入本文。在sttir中，激光辐射通常通过一个或更多个光波导从一个或更多个激光光源传送到被焊接的部件，所述一个或更多个光波导遵循沿着焊接路径被接合的部件表面的轮廓。为了确保准确和全面的焊接，在任何波导与最靠近该波导的工件之间的间隙被保持为尽可能小。相应地，为了提供效率，在光纤束的传输端与波导之间的间隙也被保持为尽可能小。在保持上述间隙尽可能小的同时存在监视光纤在多个焊接周期上劣化的相应需求。

技术实现要素：

本部分提供了对本公开内容的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本技术提供了一种方法，用于感测通过至少激光传输光纤行进的光的输出以确定在同步激光焊接系统中激光传输束的完整性。同步激光焊接系统包括激光源，该激光源将来自激光模组的激光定位成从输入端直至多个激光传输束的传输端，其中，每个激光传输束至少包括用于焊接多个工件的激光传输光纤。该方法包括将由定位在同步激光焊接系统中使用的激光传输光纤的传输端的下游的光源发射的光定向成通过所述激光传输光纤的所述传输端。传感器器感测在光被定向成从传输端起并通过传输端行进到相关联的激光传输光纤的输入端之后的光，并且由传感器感测到的光的输出可以用来确定激光传输束的完整性。在其他实施方式中，通过将光源定位在相关联的激光传输光纤的传输端与多个工件之间来执行光的定向。在其他这样的其他实施方式中，该方法还包括用色带通滤波器覆盖传感器。在又一其他这样的其他实施方式中，该方法还包括在焊接周期的单独时间间隔处经由光源发射光。在另外的实施方式中，通过将光源定位在伪部件内来执行光的定向，其中，伪部件定位在多个工件在焊接周期期间通常驻留的地方。在又另外的实施方式中，传感器将感测到的光输出至控制器。在其他这样又另外的实施方式中，该方法还包括经由控制器确定传感器是否感测到符合要求的量的由光源发射的光并且在所述传感器感测到从所述光源发射的所述光不符合要求时，经由控制器向用户发出警报。在又其他这样的又另外的实施方式中，该方法还包括经由同步激光焊接系统利用激光焊接多个工件并且在传感器感测到从光源发射的光不符合要求时，经由控制器调整激光强度。

本技术还提供了一种同步激光焊接装置。同步激光焊接装置包括激光模组，激光模组从激光源输出激光通过多个激光传输束并通过波导至要被焊接的多个工件，并且，每个激光传输束至少包括激光传输光纤。光源定位在激光传输光纤的传输端的下游，并且光源被定位成将光定向成通过激光传输光纤的传输端。传感器定位在激光模组内，用于感测从光源定向以通过激光传输光纤的光。传感器将感测到的光输出转发至控制器。控制器使用感测到的光输出来确定可以被评估的激光传输束的完整性。在其他实施方式中，色带通滤波器覆盖传感器。在又其他实施方式中，光源定位在相关联的激光传输光纤的传输端与多个工件之间。在其他这样的又另外实施方式中，光源定位在波导内。在其他实施方式中，光源定位在伪部件内并且伪部件定位在多个工件在焊接周期期间通常驻留的地方。在又另外的实施方式中，控制器被配置成确定传感器是否感测到符合要求的量的由光源发射的光并且在所述传感器感测到从所述光源发射的所述光不符合要求时，向用户发出警报。在又其他实施方式中，控制器被配置成：在传感器感测到由光源发射的光符合要求时，调整激光强度。

根据本文中提供的描述，其他应用领域将变得明显。该发明内容中的描述和具体示例旨在仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于所选择的实施方式而不是全部可能的实现的说明性目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。

图1是示出现有技术激光焊机的示意图；

图2是示出根据本公开内容的实施方式的示意图；

图3是示出根据以上实施方式的多个传感器的定位的放大示意图；

图4是示出根据以上实施方式的传感器的定位的放大示意图；

图5是示出根据本公开内容的另一实施方式的示意图；

图6是根据本公开内容的实施方式的用于控制例程的控制逻辑的流程图，用于确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度；以及

图7是根据本公开内容的另一实施方式的用于控制例程的控制逻辑的流程图，用于确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度。

遍及附图中的几幅图，对应的附图标记指示对应的部分。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例实施方式。

提供示例实施方式以使得本公开内容将是透彻的，并且将范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了许多特定细节例如特定组合物、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开内容的实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员而言明显的是，不需要采用特定细节，可以以许多不同的形式来实施示例实施方式，并且两者都不应被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施方式中，没有详细描述公知的过程、公知的装置结构和公知的技术。

本文使用的术语仅用于描述特定示例实施方式的目的，而不旨在限制。除非上下文另有明确指示，否则如在本文中使用的单数形式“一个”、“一个”、“该”可以旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，并且因此指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。除非特别标识为执行的顺序，否则在本文中描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或说明的特定顺序执行。也要理解可以采用另外的或替选的步骤，除非另外指示。

当部件、元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“耦接到”另一元件或层时，其可以是直接在其他部件、元件或层上、直接接合、直接连接或直接耦接到其他部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。应该以类似的方式解释用于描述元件之间关系的其他词语(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的所列项目的任何和全部组合。

虽然术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制，除非另外指示。这些术语可以仅用来将一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一步骤、元件、部件、区域、层或部分区分开。除非上下文明确指出，否则在本文中使用术语例如“第一”、“第二”和其他数字术语时并不意味着次序或顺序。因此，在不脱离示例实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二步骤、元件、部件、区域、层或部分。

在本文中可以使用空间或时间关系术语例如“在…之前”、“在…之后”、“内部”、“外部”、“在…之下”、“在…下面”、“在…下方”、“在…上面”、“在…上方”等，用于简化对描述如附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系的描述。除了附图中所描述的取向之外，空间或时间关系术语可以旨在涵盖使用或操作中的装置或系统的不同取向。

应当理解，在某个替选的变化中的用于“包括”某些步骤、成份或特征的方法、组合物、装置或系统的任何叙述，还预期这样的方法、组合物、装置或系统也可以“基本上由所列举的步骤、成份或特征组成”，使得从而排除了实质上改变本发明的基本和新颖特征的任何其他步骤、成份或特征。

遍及本公开内容，数值表示对范围的大致测量或限制以涵盖与所给值和具有提到的约值的实施方式以及具有提到的精确值的实施方式的较小偏离。除了在详细描述的最后提供的工作示例中以外，在包括所附权利要求书的本说明书中的参数的(例如数量或条件的)所有数值将被理解为在所有情况下均由术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在数值之前。“约”指示所述数值允许一些轻微的不精确(稍微接近精确值；大约或合理地接近该值；接近)。如果由“约”提供的不精确不能在技术中以普通意思另外理解，则之后本文中使用的“约”指示可能根据测量和使用这样的参数的普通方法而出现的至少变化。出于某个原因，如果由“约”提供的不精确不能在技术中以普通意思另外理解，则之后本文中使用的“约”可以根据通常的测量方法来指示可能的变化高达指示值的5％的或5％的变化。

如本文使用的，术语“组合物”广泛指物质，该物质包含至少优选的金属元素或混合物，而可选地包括含有添加剂和杂质的附加物质或混合物。术语“材料”也广泛指包含优选的混合物或组合物的物质。

另外，范围的公开包括在整个范围内所有值和进一步划分的范围的公开，其包括针对范围给出的端点和子范围。

如图1所示，根据本公开内容的技术提供了用于同步激光焊接的方法和装置。在用于同步激光焊接的常规方法下，激光模组112将经由激光辐射源的激光定向成通过多个激光传输束10。每个激光传输束10可以进一步分成分支并且每个分支包括至少激光传输光纤。如果激光传输束10未分成分支，则每个激光传输束10包括至少激光传输光纤。每个激光传输光纤通过波导30将来自激光模组112的经由激光辐射源的激光传输到要被焊接在一起的多个工件60。波导30使通过每个激光传输光纤传输到工件60的激光均匀。

在很多方面，根据本公开内容描述的实施方式可以用作sttir激光焊接系统的一部分。再次参考图1，示例性sttir系统包括激光支持单元102，激光支持单元102包括一个或更多个控制器104、接口110、一个或更多个电源106、以及一个或更多个冷却器108。激光支持单元102与相关联的传感器(例如如下面更详细描述的传感器70、光源传感器80、以及激光模组传感器90)电连通。sttir激光焊接系统也可以包括执行器、一个或更多个激光模组112，以及固定在支承平台上的上工具/波导组件35和下工具20。激光支持单元102耦接到执行器和每个激光模组112并且将经由电源(或电源)106和冷却器(冷却器)108的电力和冷却提供至激光模组112并且经由控制器104控制执行器和激光模组112。执行器耦接到上工具/波导组件并在控制器104的控制下往返移动下工具。

参考图2，并且还阐述了根据图1描述的同步激光焊机，根据本公开内容的实施方式，至少光源40定位在相关联的激光传输光纤的传输端(即激光传输光纤的激光被定向至要被焊接的多个工件60的端部)的下游。换句话说，光源40可以定位在相关联的激光传输光纤的传输端与多个工件60之间的任意位置处。在一些实施方式中，例如，光源40可以并入到波导工具35中(例如波导30中)。在每个这样的实施方式中，光源40定位成使得由光源40发射的光向上游穿过相关联的激光传输光纤的传输端。

合适的光源是能够提供光的任何光源，包括：发光光源，诸如发光二极管和激光；白炽光源，诸如卤素灯和白炽灯泡；以及放电光源，诸如日光灯。光源可以定位在激光传输光纤的传输端的下游与固定在支承平台(如下面更详细描述的)上的下工具20之间的任意地方。例如，光源可以并入波导内，或者并入伪部件内。特别地，光源可以定位成将光定向成通过激光传输光纤的传输端至相关联的传感器。

现在转到图3，向上游穿过相关联的激光传输光纤的传输端的从光源40发射的光由传感器70感测。传感器70定位在激光模组112内以感测由光源40发射的光，该由光源40发射的光已经从相关联的激光传输光纤的传输端被定向并随后通过相关联的激光传输光纤的传输端行进。传感器70不仅感测这样的从光源40发射的光而且感测从激光辐射源122发射的激光。因此，传感器70还感测从激光辐射源122发射的激光。特别地，甚至可以在从激光辐射源122发射的激光和从光源40发射的光均包括传感器70可以检测的波长的情况下使用单个传感器70。因此，预期的是，在这样的实施方式中，由激光辐射源122发射的激光的波长可以与由光源40发射的光的波长相同或相似。此外，在这样的实施方式中，预期的是，光源40和激光模组112将彼此单独地操作，使得传感器70在给定时间检测仅来自一个光源的光，以防止传感器70混淆所发射的光信号中的每个光信号。以这种方式，可以确定相关联的激光传输光纤的完整性。更具体地，由传感器70感测的由光源40发射的光的强度与相关联的激光传输光纤的完整性相关。例如，在开始单个焊接周期之前由传感器70感测的已经通过相关联的激光传输光纤行进的由光源40发射的光的强度被输出至控制器104。在每个焊接周期之后(或在预定数量的焊接周期之后)，光源40再次发射光在下游端处穿过相关联的激光传输光纤至传感器70。然后可以通过控制器104将得到的由传感器70感测到的光的强度与初始强度进行比较，以确定相关联的激光传输光纤是否仍然符合要求地使激光通过其传输。

参考图4，向上游穿过相关联的激光传输光纤的传输端的从光源40发射的光由光源传感器80感测。光源传感器80可以定位在激光模组112内以感测由光源40发射的光，该由光源40发射的光已经从相关联的激光传输光纤的传输端被定向并随后通过相关联的激光传输光纤的传输端行进。另一方面，激光模组传感器90感测从激光辐射源122发射的激光。在这样的实施方式中，从光源40发射的光的波长可以由光源传感器80而不能由激光模组传感器90感测。类似地，从激光辐射源122发射的光的波长不能由光源传感器80感测但可以由激光模组传感器90感测。在一些实施方式中，光源传感器80和激光模组传感器90通过使用色带通滤波器来检测仅与其相关联的光源，使得相应的传感器不能够感测与其不相关联的光源的波长。换句话说，第一色带通滤波器85可以与光源传感器80集成或覆盖光源传感器80以防止光源传感器80感测由激光辐射源122发射的波长，并且第二色带通滤波器95可以与激光模组传感器90集成或覆盖激光模组传感器90以防止激光模组传感器90感测由光源40发射的波长。在这样的实施方式中，光源40和激光辐射源122可以同时操作；不需要光源的分叉操作，原因是光源传感器80和激光模组传感器90将不会被从与其不相关联的光源发射的光混淆。这就是说，光源40不需要一直处于操作状态。以这种方式，可以确定相关联的激光传输光纤的完整性。更具体地，由光源传感器80感测的由光源40发射的光的强度与相关联的激光传输光纤的完整性相关。例如，在单个焊接周期之前由光源传感器80感测的已经通过相关联的激光传输光纤行进的由光源40发射的光的强度被输出至控制器104。光源40可以持续地发射光在下游端处穿过相关联的激光传输光纤至光源传感器80，并且得到的由光源传感器80感测到的光的强度可以持续地输出至控制器104。在替选实施方式中，光源40可以在预定次数期间(例如在给定数量的焊接周期之后)间歇地操作，其中，由光源40发射的光由光源传感器80感测并且得到的传感器数据被输出至控制器104。然后可以通过控制器104将每个得到的由光源传感器80感测到的光的强度与初始强度进行比较，以确定相关联的激光传输光纤是否仍然符合要求地使激光通过其传输。

参考图5，公开了替选实施方式。与图1相同，该替选实施方式包括用于同步焊接的常规方法，其中，至少激光传输束10接收经由激光辐射源122的来自激光模组112的激光。每个激光传输束10可以进一步分成分支并且每个分支包括至少激光传输光纤。如果激光传输束10未分成分支，则每个激光传输束10包括至少激光传输光纤。每个激光传输光纤通过波导30将经由激光辐射源122的来自激光模组112的激光传输到要被焊接在一起的多个工件60。波导30使通过每个激光传输光纤传输到工件60的激光均匀。在多个焊接周期之间，在要被焊接的多个工件60在焊接周期期间通常驻留的区域中放置伪部件65。伪部件65是发光的。伪部件65的尺寸可以设定为与多个工件60的累积尺寸大致相同。根据若干实施方式，伪部件65包括光源45，光源45被定位成发射光穿过波导30和相关联的激光传输光纤到定位在激光模组112内的传感器，以感测由光源45发射的光，该由光源45发射的光已经从相关联的激光传输光纤的传输端被定向并随后通过相关联的激光传输光纤的传输端行进(诸如传感器70，如图3所示)。以这种方式，可以确定相关联的激光传输光纤的完整性。更具体地，由传感器70感测的由伪部件65发射的光的强度与相关联的激光传输光纤的完整性相关。例如，在开始单个焊接周期之前由传感器70感测的已经通过波导30和相关联的激光传输光纤行进的由伪部件65发射的光的强度被输出至控制器104。在每个焊接周期之后(或者在多次焊接周期之后)，伪部件65放置在要被焊接的多个工件60在焊接周期期间通常驻留的区域中并且发射光在下游端处穿过波导30和相关联的激光传输光纤至传感器70。传感器70感测发射的光的强度并且将感测到的强度输出至控制器104。然后可以通过控制器104将得到的由传感器70感测到的光的强度与初始强度进行比较，以确定相关联的激光传输光纤是否仍然符合要求地使激光通过其传输。

图6是用于在控制器104中实现的示例控制例程的控制逻辑的流程图，用于确定激光传输束(诸如激光传输束10)是否正在传输符合要求的激光强度。控制例程在600处开始并且进行到610，在610处，控制器确定此时是否可以确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度。更具体地，如果激光模组(例如激光模组112)具有多个传感器(诸如具有相关联的色带通滤波器的光源传感器80和激光模组传感器90)，则然后可以确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度。然而，如果激光模组具有单个传感器(诸如传感器70)，则控制器104首先确定由激光模组112(例如经由激光辐射源122)发射的激光是否具有与由光源(诸如光源40)发射的光相同的或相似的波长。如果由激光模组112(例如经由激光辐射源122)发射的激光不具有与由光源(诸如光源40)发射的光相同的或相似的波长，则可以开始确定。但是如果发射的激光的波长和光源的波长相同或相似，则然后在焊接周期正在进行的情况下不能开始确定。一旦任何正在进行的焊接周期结束，然后可以开始确定。并且如果伪部件(例如伪部件65)用作光源，则控制器104首先确定伪部件在工件通常驻留的位置中。在确定之后，可以确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度，控制例程进行到620，在620处，传感器(诸如传感器70或光源传感器80)检测从光源发射的光。然后控制例程进行到630，在630处，控制器104确定由传感器感测的由光源发射的光强度是否低于预定参数。如果控制器104确定感测到的由光源发射的光强度低于预定参数，则控制例程进行到640，并且控制器104发出指示由光源发射的光强度低于预定参数的警报。在发出警报或确定不需要警报之后，控制例程进行到结束650。

在其他实施方式中，光纤反馈系统还包括闭环控制，如在美国申请第7,343,218号中描述的，其由同一受让人共同拥有并通过引用并入本文。

图7是用于在控制器104中实现的示例控制例程的控制逻辑的流程图，用于确定激光传输束(诸如激光传输束10)是否正在传输符合要求的激光强度。控制例程在700处开始并且进行到710，在710处，控制器确定此时是否可以确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度。更具体地，如果激光模组(例如激光模组112)具有多个传感器(诸如具有相关联的色带通滤波器的光源传感器80和激光模组传感器90)，则然后可以确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度。然而，如果激光模组具有单个传感器(诸如传感器70)，则控制器104首先确定由激光模组112(例如经由激光辐射源122)发射的激光是否具有与由光源(诸如光源40)发射的光相同的或相似的波长。如果由激光模组112(例如经由激光辐射源122)发射的激光不具有与由光源(诸如光源40)发射的光相同的或相似的波长，则可以开始确定。但是如果发射的激光的波长和光源的波长相同或相似，则然后在焊接周期正在进行的情况下不能开始确定。一旦任何正在进行的焊接周期结束，然后可以开始确定。并且如果伪部件(例如伪部件65)用作光源，则控制器104首先确定伪部件在工件通常驻留的位置中。在确定之后，可以确定激光传输束是否正在传输符合要求的激光强度，控制例程进行到720，在720处，传感器(诸如传感器70或光源传感器80)检测从光源发射的光。在由传感器感测到的光的量与在焊接周期中使用的由激光模组112发射的激光的激光强度之间存在直接相关。控制例程进行到730，在730处，控制器104评估检测到的从光源发射的光的强度是否低于预定参数。如果检测到的从光源发射的光的强度不低于预定参数，结束评估并且控制例程进行到750。然而，如果检测到的从光源发射的光的强度被感测到低于预定参数，则然后控制器进行至在740处计算激光强度，并且控制器104在745处按比例调整激光传输束的强度以使强度在预定的范围内。此外，如果感测到光在焊接周期期间发生，并且控制器104确定感测到的光低于预定范围，则控制器104在一些实施方式中将在已经调整激光传输束的强度以使强度在预定的范围内之后重新运行焊接周期。在调整强度或确定没有必要进行这样的调整之后，控制例程返回到检测激光强度720。如果在730中确定检测到的从光源发射的光的强度不低于预定参数并且因此完成焊接例程，则控制例程进行到结束750。

控制器104可以是或包括以下器件中的任何一个：数字处理器(dsp)、微处理器、微控制器或以实现上述逻辑的软件来编程的其他可编程器件。应当理解，控制器104替选地是或包括其他逻辑器件，诸如现场可编程门阵列(fpga)、复杂可编程逻辑器件(cpld)或专用集成电路(asic)。当陈述控制器104执行功能或被配置成执行功能时，应当理解，控制器104被配置成使用适当的逻辑(诸如以软件、逻辑器件或其组合)来执行功能，诸如图6和图7的流程图中示出的控制逻辑。当陈述控制器104具有功能的逻辑时，应当理解，这样的逻辑可以包括硬件、软件或其组合。

为了说明和描述的目的，已经提供了对实施方式的上述描述。其不旨在穷举或限制本公开内容。特定实施方式的各个元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是在适用的情况下是可互换的并且可以用于所选择的实施方式中，即使没有具体示出或描述也是如此。特定实施方式的各个元件或特征在许多方面也可以变化。这样的变型不被视为是脱离本公开内容，并且所有这样的修改旨在被包括在本公开内容的范围内。