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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen
US-Patentanmeldung mit der Nr. 62/574,823 , eingereicht am 20. Oktober 2017. Die gesamte Offenbarung obiger Patentanmeldung ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Schweißen von Kunststoffen und, insbesondere, zum Bewerten von optischen Fasern bei Direktzufuhrschweiß- und Simultan-Laserschweiß-Anwendungen.
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Hintergrund
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Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung, die nicht zwangsläufig bekannten Stand der Technik darstellen.
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Laserschweißen wird häufig verwendet, um Kunststoff- oder harzartige Bauteile, wie z.B. thermoplastische Bauteile, an einer Schweißzone zu verbinden.
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Es gibt viele verschiedene Laser-Schweißtechnologien. Eine nützliche Technologie ist das Simultane Infrarot Durchstrahl-Schweißen (Simultaneous Through Transmissive Infrared Welding), nachfolgend STTIr. Beim STTIr-Schweißen wird der vollständige Schweißweg bzw. die Schweißstelle (nachfolgend der Schweißweg) gleichzeitig einer Laserstrahlung ausgesetzt, z.B. durch koordiniertes Abstimmen von einer Mehrzahl von Laserlichtquellen, wie zum Beispiel Laserdioden. Ein Beispiel für STTIr-Schweißen ist in
US 6,528,755 f ür einen „Laserlichtleiter zum Laserschweißen“ beschrieben, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist. Beim STTIr-Schweißen wird die Laserstrahlung normalerweise von einer oder mehreren Laserquellen an die zu verschweißenden Bauteile mittels einem oder mehreren optischen Wellenleiter abgegeben, die zu den Umrissen der zu schweißenden Bauteilflächen entlang dem Schweißweg passen. Um eine akkurate und vollständige Schweißnaht zu gewährleisten, wird der Abstand zwischen jedem der Lichtwellenleiter und dem Werkstück, das dem Wellenleiter am nächsten liegt, so gering wie möglich gehalten. Dementsprechend wird zur Steigerung der Effizienz auch der Abstand zwischen dem Zufuhrende des Faserbündels und dem Wellenleiter möglichst gering gehalten. Dementsprechend besteht ein Bedarf, die Verschlechterung der Glasfasern über zahlreiche Schweißzyklen hinweg zu beobachten, während zuvor beschriebene Abstände möglichst gering gehalten werden.
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Zusammenfassung
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Dieser Abschnitt bietet eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung und stellt keine umfassende Offenbarung in vollem Umfang oder all ihrer Merkmale dar.
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Die vorliegende Technologie stellt ein Verfahren zum Erfassen der Abgabe von Licht bereit, das durch mindestens eine optische Laserzufuhrfaserläuft, um die Integrität eines Laserzufuhrbündels in einem Simultan-Laserschweißsystem zu bestimmen. Das Simultan-Laserschweißsystem besteht aus einer Laserquelle, die einen Laser von einer Laserbank angefangen von den Eingangsenden bis hin zu den Zufuhrenden einer Mehrzahl von Laserzufuhrbündeln leitet, wobei jedes Laserzufuhrbündel aus mindestens einer optischen Laserzufuhrfaser zum Schweißen einer Mehrzahl von Werkstücken besteht. Das Verfahren umfasst das Leiten von Licht, das von einer Lichtquelle abgegeben wird, die stromabwärts eines Zufuhrendes der optischen Laserzufuhrfaser angeordnet ist, durch das Zufuhrende der optischen Laserzufuhrfaser, die in dem Simultan-Laserschweißsystem verwendet wird. Ein Sensor erfasst das Licht, nachdem das Licht geleitet wurde von und gelaufen ist durch das Zufuhrende zu einem Eingangsende der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser, und die Abgabe von Licht, die vom Sensor erfasst wird, kann dazu verwendet werden, die Integrität des Laserzufuhrbündels zu bestimmen oder zu ermitteln. In anderen Ausführungsformen wird das Leiten des Lichts durch Anordnen der Lichtquelle zwischen dem Zufuhrende des zugeordneten optischen Laserzufuhrendes und der Mehrzahl an Werkstücken durchgeführt. In weiteren solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin: Abdecken des Sensors mit einem chromatischen Bandpassfilter. In wieder anderen solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin: Emittieren von Licht über die Lichtquelle in einem vom Schweißzyklus getrennten Zeitintervall. In weiteren Ausführungsformen wird das Leiten des Lichts mittels Positionieren der Lichtquelle innerhalb eines Schein- oder Blindteils durchgeführt wobei, dieses Schein- oder Blindteil dort angeordnet ist, wo sich die Mehrzahl der Werkstücke normalerweise während des Schweißzyklus befindet. In weiteren Ausführungsformen gibt der Sensor das erfasste Licht an eine Steuerung weiter. In weiteren solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin: Bestimmen mithilfe der Steuerung, ob der Sensor eine zufriedenstellende Menge an von der Lichtquelle emittiertem Licht erfasst hat und Alarmieren eines Benutzers mithilfe der Steuerung, wenn der Sensor erfasst, dass das von der Lichtquelle ausgestrahlte Licht zufriedenstellen ist. In weiteren solchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin: Schweißen der Mehrzahl von Werkstücken mit Laserlicht über das Simultan-Laserschweißsystem und Anpassen der Laserlichtintensität mithilfe der Steuerung, wenn der Sensor erfasst, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht unzureichend oder nicht zufriedenstellend ist.
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Die vorliegende Technologie stellt außerdem eine Simultan-Laserschweißvorrichtung bereit. Die Simultanlaserschweißvorrichtung umfasst eine Laserbank, um Laserlicht von einer Laserquelle aus durch eine Mehrzahl von Laserzufuhrbündeln durch einen Wellenleiter zu einer Mehrzahl von zu verschweißenden Werkstücken abzugeben und jedes Laserzufuhrbündel umfasst mindestens eine optische Laserzufuhrfaser. Eine Lichtquelle ist stromabwärts eines Zufuhrendes der optischen Laserzufuhrfaser angeordnet, und die Lichtquelle ist so angeordnet, um das Licht durch das Zufuhrende der optischen Laserzufuhrfaser zu leiten. Ein Sensor ist innerhalb der Laserbank angeordnet, um das von der Lichtquelle durch die optische Laserzufuhrfaser geleitete Licht zu erfassen. Der Sensor übermittelt die erfasste Licht-Leistung oder -Ausgabe an eine Steuerung. Die Steuerung nutzt die erfasste Lichtleistung, um die Integrität des Laserzuführbündels zu bestimmen. In anderen Ausführungsformen deckt ein chromatischer Bandpassfilter den Sensor ab. In wieder anderen Ausführungsformen ist die Lichtquelle zwischen dem Zufuhrende der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser und der Mehrzahl an Werkstücken angeordnet. In anderen solchen Ausführungsformen ist die Lichtquelle innerhalb des Wellenleiters angeordnet. In weiteren Ausführungsformen ist die Lichtquelle innerhalb eines Schein- oder Blindteils angeordnet und dieses Schein- oder Blindteil ist dort angeordnet, wo sich die Mehrzahl der Werkstücke normalerweise während eines Schweißzyklus befindet. In weiteren Ausführungsformen ist die Steuerung ausgestaltet, um zu bestimmen, ob der Sensor eine zufriedenstellende Menge an von der Lichtquelle emittiertem Licht erfasst, und um einen Benutzer zu alarmieren, wenn der Sensor erfasst, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht unzureichend ist. In weiteren Ausführungsformen ist die Steuerung ausgestaltet, um die Intensität des Laserlichts anzupassen, wenn der Sensor erfasst, dass das von der Lichtquelle emittierte Licht unzureichend ist.
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Weitere Anwendungsfelder ergeben sich aus der hier bereitgestellten Beschreibung. Die Beschreibung und konkrete Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur zu illustrativen Zwecken und nicht zur Beschränkung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen zu illustrativen Zwecken ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Umsetzungen und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
- 1 ist eine schematische Darstellung, die ein Laserschweißgerät aus dem Stand der Technik verdeutlicht,
- 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung verdeutlicht,
- 3 ist eine vergrößerte schematische Darstellung, die ein Anordnen mehrerer Sensoren gemäß oben beschriebener Ausführungsformen verdeutlicht,
- 4 ist eine vergrößerte schematische Darstellung, die ein Anordnen eines Sensors gemäß obiger Ausführungsformen verdeutlicht,
- 5 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere Ausführungsform gemäß vorliegender Offenbarung verdeutlicht,
- 6 ist ein Flussdiagramm einer Steuerlogik für eine Steuerroutine zum Bestimmen, ob ein Laserzufuhrbündel eine ausreichend oder zufriedenstellend hohe Lichtintensität liefert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, und
- 7 ist ein Flussidagramm einer Steuerlogik für eine Steuerroutine zum Bestimmen, ob ein Laserzufuhrbündel eine ausreichend oder zufriedenstellend hohe Lichtintensität liefert, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Übereinstimmende Bezugszeichen kennzeichnen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung
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Beispielhafte Ausführungsformen werden nun in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
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Beispielhafte Ausführungsformen werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Umfang vollständig vermittelt. Zahlreiche spezifische Details werden dargelegt, wie beispielsweise Beispiele für spezifische Zusammensetzungen, Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass spezifische Details nicht angewendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keines von beiden so ausgelegt werden sollte, dass der Umfang der Offenbarung eingeschränkt wird. In einigen beispielhaften Ausführungsformen werden bekannte Verfahren, bekannte Vorrichtungsstrukturen und bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, können die Singularformen „ein“, „eine“ und „der“, „die“, „das“ auch die Pluralformen miteinbeziehen, es sei denn, der Kontext weist eindeutig auf etwas anderes hin. Die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „ beinhaltend“, „mit“ sind inkludierend und spezifizieren daher das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Arbeitsabläufe, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Verfahren und Arbeitsabläufe sind nicht so auszulegen, dass sie notwendigerweise ihre Ausführung in der jeweils diskutierten oder veranschaulichten Reihenfolge erfordern, es sei denn, sie sind ausdrücklich als eine Ausführungs-Reihenfolge gekennzeichnet. Ebenfalls versteht es sich, dass zusätzliche oder alternative Schritte angewendet werden können, sofern nicht anders angegeben.
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Wenn eine Komponente, ein Element oder eine Schicht als „an“, „ in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt an“ ein anderes Element oder eine andere Schicht bezeichnet wird, kann sie direkt in Eingriff mit, verbunden mit oder gekoppelt sein an die andere Komponente, das andere Element oder die andere Schicht, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt an“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt an“ ein anderes Element oder eine andere Schicht bezeichnet wird, könnten keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen den Elementen verwendet werden, sollten in ähnlicher Weise interpretiert werden (z.B. „zwischen“ und „direkt zwischen“, „angrenzend“ und „direkt angrenzend“, etc.). Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ sämtliche Kombinationen von einem oder mehreren der damit zusammenhängenden aufgeführten Punkte.
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Obwohl die Begriffe erster (erste, erstes), zweiter (zweite, zweites), dritter (dritte, drittes) usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Schritte, Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden, sofern nicht anders angegeben. Diese Begriffe sind ausschließlich zur Unterscheidung eines Schrittes, Elements, einer Komponente, eines Bereichs, einer Schicht oder eines Abschnitts von einem anderen Schritt, Element, einer anderen Komponente, einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu verwenden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe, sofern sie hierin verwendet werden, stellen keine Reihenfolge oder Abfolge dar, es sei denn, dies wird durch den Kontext klar angegeben. Somit könnte ein erster Schritt, ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, der im Folgenden erläutert wird, als ein zweiter Schritt, ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
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Raum- oder zeitbezogene Begriffe, wie „zuvor“, „danach“, „innerer“ (innere, inneres), „äußerer“ (äußere, äußeres), „darunter“, „unterhalb“, „unterer“ (untere, unteres), „oberhalb“, „oberer“ (obere, oberes) und dergleichen, können hier zur vereinfachten Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem bzw. mehreren anderen Elementen oder einem bzw. mehreren Merkmalen wie in den Abbildungen dargestellt zu beschreiben. Raum- oder zeitbezogene Begriffe können dazu dienen, neben der in den Abbildungen dargestellten Orientierung auch unterschiedliche Orientierungen der Vorrichtung oder des Systems bei Verwendung oder im Betrieb zu beschreiben.
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Es versteht sich, dass bei jeder Anführung eines Verfahrens, einer Zusammensetzung, einer Vorrichtung oder eines Systems, das bestimmte Schritte, Inhaltsstoffe oder Merkmale „umfasst“, in bestimmten alternativen Varianten auch vorgesehen ist, dass ein solches Verfahren, eine solche Zusammensetzung, eine solche Vorrichtung oder ein solches System auch „im Wesentlichen aus“ den aufgezählten Schritten, Inhaltsstoffen oder Merkmalen „bestehen“ kann, so dass jegliche weitere Schritte, Inhaltsstoffe oder Merkmale, die die grundlegenden und neuartigen bzw. erfinderischen Eigenschaften der Erfindung maßgeblich verändern würden, davon ausgenommen werden.
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In der ganzen Offenbarung stellen die Zahlenwerte ungefähre Maße oder Grenzwerte für Bereiche dar, um geringfügige Abweichungen von den angegebenen Werten und Ausführungsformen mit etwa dem genannten Wert sowie mit genau dem genannten Wert zu erfassen. Abgesehen von den am Ende der ausführlichen Beschreibung aufgeführten Arbeitsbeispielen sind alle numerischen Werte von Parametern (z.B. von Mengen oder Bedingungen) in dieser Beschreibung, einschließlich der anhängenden Ansprüche, so zu verstehen, dass sie in allen Fällen um den Begriff „etwa“ verändert werden, ungeachtet dessen, ob der Begriff „etwa“ tatsächlich vor dem numerischen Wert erscheint oder nicht. Der Begriff „etwa“ zeigt an, dass der angegebene Zahlenwert eine leichte Ungenauigkeit zulässt (mit einer Annäherung an die Genauigkeit des Wertes; ungefähr oder ziemlich nahe am Wert; beinahe). Wenn die Ungenauigkeit, die „etwa“ bietet, in der Fachwelt nicht anders als in dieser gewöhnlichen Bedeutung gedeutet wird, dann zeigt „etwa“, wie hierin verwendet, zumindest Abweichungen an, die sich aus gewöhnlichen Verfahren zum Messen und Verwenden solcher Parameter ergeben können. Wenn aus irgendeinem Grund die Ungenauigkeit, die „etwa“ bietet, in der Fachwelt nicht anders als in dieser gewöhnlichen Bedeutung gedeutet wird, so kann „etwa“, wie hierin verwendet, auf eine mögliche Abweichung von bis zu 5% des angegebenen Wertes oder auf eine Varianz von 5% von den üblichen Messverfahren hinweisen.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Zusammensetzung“ im weitesten Sinne auf eine Substanz, die zumindest die bevorzugten Metallelemente oder Verbindungen enthält, die aber optional zusätzliche Substanzen oder Verbindungen umfasst, einschließlich Additive und Fremdstoffe. Der Begriff „Material“ bezieht sich auch im weitesten Sinne auf Stoffe, die die bevorzugten Verbindungen oder Zusammensetzungen enthalten.
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Zusätzlich schließt die Angabe von Bereichen die Angabe aller Werte und weiter unterteilter Bereiche innerhalb des gesamten Bereichs ein, einschließlich der für die Bereiche angegebenen Endpunkte und Teilbereiche.
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Wie in 1 dargestellt, stellt die Technologie gemäß der vorliegenden Offenbarung Verfahren und Vorrichtungen zur Verwendung beim Simultan-Laserschweißen bereit. Bei konventionellen Verfahren zum Simultan-Laserschweißen leitet eine Laserbank 112 Laserlicht über eine Laserstrahlungsquelle durch eine Mehrzahl von Laserzufuhrbündeln 10. Jedes Laserzufuhrbündel 10 kann weiter in Schenkel unterteilt sein und jeder Schenkel besteht aus mindestens einer optischen Laserzufuhrfaser. Wenn das Laserzufuhrbündel 10 nicht in Schenkel unterteilt ist, besteht jedes Laserzufuhrbündel 10 aus mindestens einer optischen Laserzufuhrfaser. Jede optische Laserzufuhrfaser führt Laserlicht über die Laserstrahlungsquelle von der Laserbank 112 durch einen Wellenleiter 30 zu einer Mehrzahl von miteinander zu verschweißenden Werkstücken 60. Der Wellenleiter 30 homogenisiert das durch jede optische Laserzufuhrfaser an die Werkstücke 60 geleitete oder zugeführte Licht.
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In vieler Hinsicht können die gemäß vorliegender Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen als Teil eines STTIr-Laserschweißsystems verwendet werden. Mit erneutem Bezug auf 1 umfasst ein beispielhaftes STTIr-System eine Laserträgereinheit 102, umfassend eine oder mehrere Steuerungen 104, eine Schnittstelle 110, eine oder mehrere Strom- bzw. Energieversorgungen 106 und einen oder mehrere Kühler 108. Die Laserträgereinheit 102 steht in elektrischer Verbindung mit zugeordneten Sensoren (wie z.B. einem Sensor 70, einem Lichtquellensensor 80 und einem Laserbanksensor 90, wie sie weiter unten genauer beschrieben werden). Das STTIr-Laserschweißsystem kann auch ein Stellglied, eine oder mehrere Laserbänke 112 und eine obere Werkzeug- bzw. Wellenleiter-Anordnung 35 und ein auf einem Auflagetisch befestigtes unteres Werkzeug 20 umfassen. Die Laserträgereinheit 102 ist mit dem Stellglied und jeder Laserbank 112 gekoppelt und stellt über die Energieversorgung (-versorgungen) 106 und den Kühler (oder die Kühler) 108 Energie und Kühlung für die Laserbänke 112 bereit und steuert das Stellglied und die Laserbänke 112 über die Steuerung 104. Das Stellglied ist mit der oberen Werkzeug-/Wellenleiter-Anordnung verbunden und bewegt sie unter Kontrolle der Steuerung 104 hin zum unteren Werkzeug und davon weg.
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Mit Bezug auf 2, und weiterführend zum in 1 dargestellten Laserschweißgerät, ist - gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung - mindestens eine Lichtquelle 40 stromabwärts eines Zufuhrendes (also dem Ende der optischen Laserzufuhrfaser, wo das Laserlicht auf eine Mehrzahl von zu verschweißenden Werkstücken 60 gerichtet ist) einer zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser angeordnet. Anders ausgedrückt kann die Lichtquelle 40 an irgendeiner Stelle zwischen einem Zufuhrende einer zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser und der Mehrzahl an Werkstücken 60 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 40 beispielsweise in das Wellenleiterwerkzeug 35 (z.B. im Wellenleiter 30) integriert sein. In einer solchen Ausführungsform ist die Lichtquelle 40 so angeordnet, dass das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht stromaufwärts durch ein Zufuhrende einer zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser läuft.
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Geeignete Lichtquellen sind jegliche Lichtquellen, die in der Lage sind, Licht bereitzustellen, einschließlich lumineszierende Lichtquellen, wie beispielsweise Leuchtdioden und Laser; ebenso weißglühende Quellen, wie beispielsweise Halogenlampen und Glühlampen; und elektrische Entladungs-Lichtquellen, wie z.B. Fluoreszenzlampen oder Leuchtstoffröhren. Die Lichtquellen können überall zwischen stromabwärts eines Zuführendes einer optischen Laserzufuhrfaser und dem unteren Werkzeug 20 angeordnet sein, das auf einem Auflagetisch befestigt ist (wie weiter unten näher beschrieben). Zum Beispiel kann die Lichtquelle innerhalb eines Wellenleiters oder innerhalb von Schein- oder Blindteilen integriert sein. Insbesondere sind die Lichtquellen angeordnet, um das Licht durch ein Zufuhrende einer optischen Laserzufuhrfaser zu einem zugeordneten Sensor zu leiten.
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Nun bezugnehmend auf 3 wird das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht, das stromaufwärts durch ein Zufuhrende einer zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser läuft, von dem Sensor 70 erfasst. Der Sensor 70 ist innerhalb der Laserbank 112 angeordnet, um das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht zu erfassen, das geleitet wurde von und nachfolgend gelaufen ist durch ein Zufuhrende der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser. Der Sensor 70 erfasst nicht nur dieses von der Lichtquelle 40 emittierte Licht sondern auch Laserlicht, das von einer Laserstrahlungsquelle 122 emittiert wird. Somit erfasst der Sensor 70 weiterhin Laserlicht, das von der Laserstrahlungsquelle 122 emittiert wird. Insbesondere kann ein einzelner Sensor 70 auch dann verwendet werden, wenn das von der Laserstrahlungsquelle 122 emittierte Licht und das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht jeweils aus Wellenlängen besteht, die der Sensor 70 erfassen kann. Somit wird es in Betracht gezogen, dass die Wellenlänge des von der Laserstrahlungsquelle 122 emittierten Laserlichts in einer solchen Ausführungsform der Wellenlänge des von der Lichtquelle 40 emittierten Lichts gleich oder ähnlich ist. Ferner wird in solchen Ausführungsformen in Betracht gezogen, dass die Lichtquelle 40 und die Laserbank 112 betriebsmäßig voneinander getrennt sind, sodass der Sensor 70 nur Licht von einer Quelle zu einer vorgegebenen Zeit erfasst, um zu verhindern, dass der Sensor 70 die emittierten Lichtsignale verwechselt. Hierdurch kann die Integrität der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser bestimmt werden. Genauer gesagt korreliert die Intensität des von der Lichtquelle 40 emittierten Lichts, die vom Sensor 70 erfasst wird, mit der Integrität der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser. Beispielsweise wird die Intensität des Lichts, das von der Lichtquelle 40 emittiert wurde, das durch eine zugeordnete optische Laserzufuhrfaser gelaufen ist, und durch den Sensor 70 erfasst wurde, bevor ein einzelner Schweißvorgang gestartet wurde, an die Steuerung 104 ausgegeben. Nach jedem Schweißzyklus (oder nach einer vorher festgelegten Anzahl an Schweißzyklen), emittiert die Lichtquelle 40 erneut Licht, das durch die zugeordnete optische Laserzufuhrfaser an einem stromabwärtigen Ende zum Sensor 70 läuft. Die resultierende Lichtintensität, die vom Sensor 70 erfasst wird, kann dann von der Steuerung 104 mit der ursprünglichen Intensität verglichen werden, um zu bestimmen, ob die zugeordnete optische Laserzufuhrfaser noch immer ausreichend oder zufriedenstellend Laserlicht dort hindurch zuführt.
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Bezug nehmend auf 4 wird das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht, das stromaufwärts durch ein Zufuhrende einer zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser läuft, von einem Lichtquellensensor 80 erfasst. Der Lichtquellensensor 80 kann innerhalb der Laserbank 112 angeordnet sein, um das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht zu erfassen, das geleitet wurde von und nachfolgend gelaufen ist durch ein Zufuhrende der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser. Ein Laserbanksensor 90 erfasst, andererseits, das von der Laserstrahlungsquelle 122 emittierte Laserlicht. In einer solchen Ausführungsform kann die Wellenlänge des von der Lichtquelle 40 emittierten Lichts vom Lichtquellensensor 80 aber nicht vom Laserbanksensor 90 erfasst werden. In ähnlicher Weise kann die Wellenlänge des von der Laserstrahlungsquelle 122 emittierten Lichts nicht vom Lichtquellensensor 80 erfasst werden, kann aber vom Laserbanksensor 90 erfasst werden. In einigen Ausführungsformen erkennen der Lichtquellensensor 80 und der Laserbanksensor 90 durch die Anwendung von chromatischen Bandpassfiltern nur die ihnen zugeordnete Lichtquelle, so dass die entsprechenden Sensoren nicht in der Lage sind, Wellenlängen der ihnen nicht-zugeordneten Lichtquellen zu erfassen. Mit anderen Worten kann ein erster chromatischer Bandpassfilter 85 integriert sein in den Lichtquellensensor 80 oder ihn abdecken, um zu verhindern, dass der Lichtquellensensor 80 die von der Laserstrahlungsquelle 122 emittierten Wellenlängen erfasst, und ein zweiter chromatischer Bandpassfilter 95 kann integriert sein in den Laserbanksensor 90 oder ihn abdecken, um zu verhindern, dass der Laserbanksensor 90 die von der Lichtquelle 40 emittierten Wellenlängen erfasst. In solchen Ausführungsformen können die Lichtquelle 40 und die Laserstrahlungsquelle 122 simultan oder gleichzeitig betriebsfähig sein; ein verzweigter oder gabelförmig geteilter Betrieb der Lichtquellen ist hierbei nicht nötig, da der Lichtquellensensor 80 und der Laserbanksensor 90 nicht von dem Licht verwirrt werden, das von den ihnen nicht-zugeordneten Lichtquellen emittiert wird. Das bedeutet, dass sich die Lichtquelle 40 nicht immer im betriebsbereiten Zustand befinden muss. Auf diese Weise kann die Integrität der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser bestimmt werden. Genauer gesagt korreliert die Intensität des von der Lichtquelle 40 emittierten Lichts, das vom Lichtquellensensor 80 erfasst wird, mit der Integrität der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser. Beispielsweise wird die Intensität des Lichts an eine Steuerung 104 ausgegeben, das von der Lichtquelle 40 emittiert wurde, durch eine zugeordnete optische Laserzufuhrfaser gelaufen ist und vom Lichtquellensensor 80 erfasst wurde, bevor ein einzelner Schweißzyklus gestartet wurde. Die Lichtquelle 40 kann kontinuierlich Licht emittieren, das durch die zugordnete optische Laserzufuhrfaser an einem stromabwärtigen Ende zum Lichtquellensensor 80 läuft, und die resultierende Intensität des vom Lichtquellensensor 80 erfassten Lichts kann kontinuierlich an eine Steuerung 104 weitergegeben werden. In alternativen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 40 während vorher festgelegter Zeiten (z.B. nach einer bestimmten Anzahl an Schweißzyklen) periodisch arbeiten, wobei das von der Lichtquelle 40 emittierte Licht vom Lichtquellensensor 80 erfasst wird und die resultierenden Sensordaten an die Steuerung 104 ausgegeben werden. Jede resultierende Lichtintensität, die vom Lichtquellensensor 80 erfasst wird, kann dann von der Steuerung 104 mit der Anfangsintensität verglichen werden, um festzustellen, ob die zugeordnete optische Laserzufuhrfaser noch immer ausreichend Laserlicht dort hindurch zuführt.
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Nun Bezug nehmend auf 5 ist eine alternative Ausführungsform offenbart. Wie in 1 enthält diese alternative Ausführungsform ein konventionelles Verfahren zum Simultanschweißen, wobei mindestens ein Laserzufuhrbündel 10 von einer Laserbank 112 Laserlicht über eine Laserstrahlungsquelle 122 empfängt. Jedes Laserzufuhrbündel 10 kann weiterhin in Schenkel unterteilt sein und jeder Schenkel besteht aus mindestens einer optischen Laserzufuhrfaser. Ist das Laserzufuhrbündel 10 nicht in Schenkel unterteilt, besteht jedes Laserzufuhrbündel 10 aus mindestens einer optischen Laserzufuhrfaser. Jede optische Laserzufuhrfaser führt Laserlicht von einer Laserbank 112 über die Laserstrahlungsquelle 122 durch einen Wellenleiter 30 an eine Mehrzahl von zu verschweißenden Werkstücken 60 zu. Der Wellenleiter 30 homogenisiert das Laserlicht, das durch jede der optischen Laserzufuhrfasern den Werkstücken 60 zugeführt wird. Zwischen einer Anzahl von Schweißzyklen wird ein Schein- oder Blindteil 65 in dem Bereich oder Gebiet angeordnet, wo sich die Mehrzahl der zu verschweißenden Werkstücke 60 während eines Schweißzyklus normalerweise befindet. Das Schein- oder Blindteil 65 ist lumineszierend oder leuchtend. Das Scheinteil 65 kann so dimensioniert sein, dass es in etwa die gleiche Gesamtgröße aufweist wie die Mehrzahl der Werkstücke 60. Gemäß mehrerer Ausführungsformen besteht das Scheinteil 65 aus einer Lichtquelle 45, die so angeordnet ist, dass sie Licht durch den Wellenleiter 30 und eine zugeordnete optische Laserzufuhrfaser an einen Sensor emittiert, der innerhalb der Laserbank 112 angeordnet ist, um das von der Lichtquelle 45 emittierte Licht zu erfassen, das geleitet wurde von und nachfolgend gelaufen ist durch ein Zufuhrende der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser (wie z.B. der Sensor 70, wie in 3 gezeigt). Auf diese Weise kann die Integrität der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser bestimmt werden. Genauer gesagt korreliert die Intensität des vom Scheinteil 65 emittierten Lichts, das vom Sensor 70 erfasst wurde, mit der Integrität der zugeordneten optischen Laserzufuhrfaser. Beispielsweise wird die Intensität des Lichts, das vom Scheinteil 65 emittiert wurde, das durch den Wellenleiter 30 und eine zugeordnete optische Laserzufuhrfaser gelaufen ist und vom Sensor 70 erfasst wurde bevor ein einzelner Schweißzyklus gestartet wurde, an eine Steuerung 104 ausgegeben. Nach jedem Schweißzyklus (oder nach einer Anzahl von Schweißzyklen) wird das Scheinteil 65 in dem Bereich angeordnet, in dem sich die Mehrzahl der zu verschweißenden Werkstücke 60 während eines Schweißzyklus normalerweise befindet, und emittiert Licht, das durch den Wellenleiter 30 und die zugeordnete optische Laserzufuhrfaser an einem stromabwärtigen Ende zu einem Sensor 70 läuft. Der Sensor 70 erfasst die Intensität des emittierten Lichts und gibt die erfasste Intensität an die Steuerung 104 weiter. Die resultierende Intensität des vom Sensor 70 erfassten Lichts kann dann von der Steuerung 104 mit der Anfangsintensität verglichen werden, um zu bestimmen, ob die zugeordnete optische Laserzufuhrfaser noch ausreichend oder zufriedenstellend Laserlicht dort hindurch zuführt.
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6 zeigt ein Flussdiagramm einer Steuerlogik für eine beispielhafte Steuerroutine, die in der Steuerung 104 implementiert ist, um zu bestimmen, ob ein Laserzufuhrbündel (wie beispielsweise das Laserzufuhrbündel 10) eine zufriedenstellende Laserlichtintensität zuführt. Die Steuerroutine startet bei 600 und geht voran zu 610, wo die Steuerung ermittelt, ob ein Ermitteln, ob ein Laserzufuhrbündel eine zufriedenstellende Laserlichtintensität liefert, zu diesem Zeitpunkt möglich ist. Genauer gesagt, wenn eine Laserbank (z.B. die Laserbank 112) mehrere Sensoren aufweist (wie z.B. den Lichtquellen- 80 und den Laserbanksensor 90 mit zugeordneten chromatischen Bandpassfiltern), dann ist es möglich zu ermitteln, ob ein Laserzufuhrbündel eine zufriedenstellende Laserlichtintensität liefert oder zuführt. Wenn die Laserbank jedoch nur einen einzigen Sensor aufweist (wie z.B. den Sensor 70), bestimmt die Steuerung 104 zunächst, ob der von der Laserbank 112 emittierte Laser (z.B. über die Laserstrahlungsquelle 122) eine Wellenlänge aufweist, die gleich oder ähnlich ist zu der von einer Lichtquelle (wie z.B. der Lichtquelle 40) emittierten. Wenn nicht, kann das Ermitteln beginnen. Aber wenn die Wellenlängen des emittierten Lasers und der Lichtquelle gleich oder ähnlich sind, kann das Ermitteln nicht beginnen, soweit ein Schweißzyklus gerade stattfindet. Sobald jeglicher stattfindende Schweißzyklus beendet ist, kann das Ermitteln beginnen. Und wenn ein Scheinteil (z.B. das Scheinteil 65) als Lichtquelle verwendet wird, bestimmt oder ermittelt die Steuerung 104 zunächst, ob sich das Scheinteil in der Position befindet, wo sich normalerweise die Werkstücke befinden. Nach dem Ermitteln, ob es möglich ist zu ermitteln, ob ein Laserzufuhrbündel eine zufriedenstellende Laserlichtintensität liefert oder zuführt, fährt die Steuerroutine mit 620 fort, wo ein Sensor (wie z.B. der Sensor 70 oder der Lichtquellensensor 80) das von einer Lichtquelle emittierte Licht erfasst. Die Steuerroutine fährt dann mit 630 fort, wo die Steuerung 104 ermittelt, ob die von der Lichtquelle emittierte und vom Sensor erfasste Lichtintensität unter einem vorgegebenen Parameter liegt. Wenn die Steuerung 104 feststellt oder ermittelt, dass die erfasste Lichtintensität, die von der Lichtquelle emittiert wird, unter einem vorgegebenen Parameter liegt, fährt die Steuerroutine mit 640 fort und die Steuerung 104 gibt einen Alarm ab, der Selbiges anzeigt. Nach Abgabe des Alarms oder dem Feststellen, dass kein Alarm nötig ist, fährt die Steuerroutine zum Ende 650 fort.
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In weiteren Ausführungsformen umfasst das Faser-Rückkopplungs-System weiterhin einen geschlossenen Regelkreis, wie im US-Patent mit der Nr. 7,343,218 beschrieben, das sich allgemein im Eigentum desselben Anmelders befindet und hierein durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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7 ist ein Flussdiagramm einer Steuerlogik für eine beispielhafte Steuerroutine, die in der Steuerung 104 durchgeführt wird, um festzustellen oder zu ermitteln, ob ein Laserzufuhrbündel (wie das Laserzufuhrbündel 10) eine zufriedenstellende Laserlichtintensität bereitstellt. Die Steuerroutine startet bei 700 und schreitet voran zu 710, wo die Steuerung feststellt, ob ein Ermitteln, ob ein Laserzufuhrbündel eine zufriedenstellende Laserlichtintensität liefert oder zuführt, zu diesem Zeitpunkt möglich ist. Genauer gesagt, wenn eine Laserbank (z.B. die Laserbank 112) mehrere Sensoren aufweist (wie z.B. den Lichtquellen- 80 und den Laserbanksensor 90 mit zugeordneten chromatischen Bandpassfiltern), dann ist es möglich festzustellen, ob ein Laserzufuhrbündel eine zufriedenstellende Laserlichtintensität zuführt. Weist die Laserbank jedoch nur einen einzigen Sensor auf (wie z.B. den Sensor 70), bestimmt die Steuerung 104 zunächst, ob der von der Laserbank 112 emittierte Laser (z.B. über die Laserstrahlungsquelle 122) eine Wellenlänge aufweist, die gleich oder ähnlich der des von der Lichtquelle (z.B. der Lichtquelle 40) emittierten Lichts ist. Ist dies nicht der Fall, kann das Ermitteln beginnen. Aber wenn die Wellenlängen des emittierten Lasers und der Lichtquelle gleich oder ähnlich sind, kann das Ermitteln nicht beginnen, soweit ein Schweißzyklus gerade stattfindet. Sobald jeglicher stattfindende Schweißzyklus beendet ist, kann das Ermitteln beginnen. Und wenn ein Scheinteil (z.B. das Scheinteil 65) als die Lichtquelle verwendet wird, bestimmt oder ermittelt die Steuerung 104 zunächst, ob sich das Scheinteil in der Position befindet, in der sich die Werkstücke normalerweise befinden. Nach dem Ermitteln, ob es möglich ist festzustellen, ob ein Laserzufuhrbündel eine zufriedenstellende Laserlichtintensität zuführt, fährt die Steuerroutine mit 720 fort, wo ein Sensor (wie z.B. der Sensor 70 oder der Lichtquellensensor 80) das von einer Lichtquelle emittierte Licht erfasst. Es besteht eine direkte Korrelation zwischen der vom Sensor erfassten Lichtmenge und der Laserintensität des von einer Laserbank 112 emittierten Lasers, die in einem Schweißzyklus verwendet wird. Die Steuerroutine fährt mit 730 fort, wo die Steuerung 104 beurteilt, ob die erfasste Intensität des von einer Lichtquelle emittierten Lichts unter einem vorgegebenen Parameter liegt. Ist die erfasste Intensität des von einer Lichtquelle emittierten Lichts nicht unter einem vorgegebenen Parameter, wird die Bewertung beendet und die Steuerroutine fährt mit 750 fort. Wird die erfasste Intensität des von einer Lichtquelle emittierten Lichts jedoch als unter einem vorgegebenen Parameter erfasst, fährt die Steuerung damit fort, die Laserintensität bei 740 zu berechnen, und die Steuerung 104 passt die Intensität des Laserzufuhrbündels proportional an, um die Intensität bei 745 in einen vorgegebenen Bereich zu bringen. Weiterhin, wenn das erfasste Licht während eines Schweißzyklus auftritt und die Steuerung 104 feststellt, dass das erfasste Licht unter einem vorgegebenen Bereich liegt, wird die Steuerung 104 in einigen Ausführungsformen den Schweißzyklus neu starten, nachdem sie die Intensität des Laserzufuhrbündels angepasst hat, um die Intensität in den vorgegebenen Bereich zu bringen. Nach der Anpassung der Intensität oder dem Ermitteln, dass eine solche Anpassung nicht gerechtfertigt ist, kehrt die Steuerroutine zum Erfassen der Laserintensität bei 720 zurück. Wird festgestellt, dass die erfasste Intensität des von einer Lichtquelle emittierten Lichts nicht unter einem vorgegebenen Parameter liegt und die Schweißroutine bei 730 daher fertig ist, geht die Steuerroutine voran zum Ende 750.
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Die Steuerung 104 kann ein beliebiger digitaler Prozessor (DSP), Mikroprozessor, Mikrocontroller oder eine andere programmierbare Vorrichtung sein oder umfassen, die mit Software programmiert ist, die die oben beschriebene Logik implementiert. Es versteht sich, dass es sich alternativ um andere logische Vorrichtungen handelt oder diese umfasst, wie beispielsweise eine feldprogrammierbare Gatter-Anordnung (FPGA), eine komplexe programmierbare Logikvorrichtung (CPLD) oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Wenn angegeben wird, dass die Steuerung 104 eine Funktion ausführt oder konfiguriert ist, um eine Funktion auszuführen, versteht es sich, dass die Steuerung 104 so konfiguriert ist, dass sie dies mit einer geeigneten Logik (wie z.B. in Software, Logikvorrichtungen oder einer Kombination derselben) ausführt, wie beispielsweise der Steuerlogik, die in den Flussdiagrammen der 6 und 7 dargestellt ist. Wenn angegeben wird, dass die Steuerung 104 eine Logik für eine Funktion hat, versteht es sich, dass diese Logik Hardware, Software oder eine Kombination derselben umfassen kann.
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Die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zu Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecken bereitgestellt. Sie ist nicht als erschöpfend oder zur Einschränkung der Offenbarung zu verstehen. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind, wo anwendbar, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Dieselben können auch in vielfältiger Weise variiert werden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle diese Veränderungen sind beabsichtigt, vom Umfang der Offenbarung umfasst zu sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62/574823 [0001]
- US 6528755 F [0005]
