對用於光反應/固化應用的多個光源單元進行編程和校準的系統、方法和可攜式控制器的製作方法

2023-09-17 16:53:00 2

專利名稱：對用於光反應/固化應用的多個光源單元進行編程和校準的系統、方法和可攜式控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對加工過程的(UV)光激活(photo-activated)的粘合劑和材料進行點固化(spot curing)的光源，更具體地，涉及對光固化應用的多個聯網光源進行網絡管理，以提供監控、校準、控制和編程的系統、方法和可攜式控制器。
背景技術：
存在這樣一些大型的加工應用其中UV光源參與部分加工過程，用於對UV激活的粘合劑或其他材料進行點固化。那些將UV點光源用於粘合劑固化的典型的加工實例包括， 行動電話內使用的透鏡照相機模塊組件和硬碟驅動拾取組件。這些加工過程的參數被嚴格地控制，以確保高的產品質量和可預期的產量。常見的是，例如，對於單個加工車間，具有上百個分立的UV光源。通常，難以確保這些大量光源的輸出的一致性一無論是就單元和單元之間，還是就單個單元的一個持續時間段內。此外，為一個加工工廠配備精密複雜且獨立的固化系統在成本上也是個很大的考慮因素。對加工過程的嚴密控制對加工線上所用的儀器也提出了特定的要求。對於UV光源，其通常包括調節該光源的光輸出的能力。在加工過程的過程開發期間，需要進行調節以優化固化參數。而在執行過程優化時，通常僅有少量的固化系統被用到。一旦已經執行所述過程，則諸如光通量和曝光時間之類的參數被記錄。為了使該過程能夠在其他固化系統上重現，該UV固化系統首先必須具有一個用於產生光的裝置，一個用於對何時以及多少光被輸送至固化位置進行調整的裝置，以及一個在單元內編程和存儲這些參數的裝置，以及一個用於在需要時讀取所存儲的參數以及執行所述固化過程的處理裝置。此外，更為先進的系統具有在多次曝光期間調整光輸出的能力，以確保隨著時間的推移而出現的UV光源的衰減(例如由於老化效應)不會影響固化過程。在這樣的系統中——其中每個光源都與其自身的例如位於每個單獨的工作站的控制器相關——每個光單元必須單獨被校準以及被調節，以設置或存儲過程參數，因此需要監控和校準，以確保一致性以及在單個或多個工作站上提供一個高度可重複的運行。閉環反饋UV固化系統可以以相對形式或校準形式為人所用。在相對形式中，閉環反饋信號是對UV系統或其他一些替代輸出指示器的輸出的相對度量。對於更為先進的系統，所述反饋信號以絕對單位，例如瓦特(例如參見頒給Kennedy的第5521392號美國專利)的形式被測量。校準一個閉環反饋信號的有利之處在於，可以允許對多個UV固化單元上的固化過程進行簡單的編程和監控，而這對於使用了許多UV系統的加工工廠和/或對於位於地理位置較遠的工廠中的多個系統而言是一個難題，如上文所討論的。例如，被共同納入本發明中的頒給Kayser的第7335901號美國專利(AP1224US) 以及頒給Kayser的第2008/0197300號美國專利出版文本(AP1224USCIP)描述了 「Method for calibrating light delivery systems,light delivery systems,and a radiometer for use therewith(用於校準光輸送系統的方法、光輸送系統以及用於其中的輻射計)」。 其中所公開的手持可攜式輻射計便於對光源進行監控和校準，所述光源例如可以為傳統的汞燈或LED陣列。每個光源具有其自身的控制系統，用於運行和編程，這要求每個光源具有大量的智能和處理能力。上面描述的這些特性導致了非常複雜且昂貴的固化系統，每個系統必須被獨立地校準、監控和編程。時至今日，在降低這些系統的成本上的工業努力可以分為兩類。第一類涉及形成被單個控制單元控制的多個UV光源。例如，這可以通過以下方式實現取用單個較高功率的光源，如汞弧燈(常見的光學功率生成為大於10W)以及將該燈提供的能量在多個光輸送裝置(如二分或多分復用光導)之間進行分配。或者，可以將數個較低功率UV光源，如UV LED (常見的光學功率生成為小於2W)連接至同一控制器。在後一情況中的所述控制器可以提供控制信號和控制功能，以監控單獨的光源，或它也可以提供電驅動功率至單獨的光源。 另一個降低UV固化系統的成本的方法是犧牲一些特性，例如，通過降低每個單元的控制能力。然而，該方法導致對加工過程的較少的控制。在用於控制多個光源的已知系統中，每個光源具有有限的功能，以及中央控制系統含有用於控制多個光源的智能。例如，Hamamatsu已經介紹了一種聯網LED系統，其帶有一個基於LED的控制器。該系統的有利之處在於，能夠獨立且同時控制多個UV光源(即， 高達8個單元)，但是其局限在於，光源必須在空間上位於介入的連接電纜的長度之內。此外，LED光源網絡中的控制器的固定的中央位置使其難以執行對單獨UV LED光源的光學校準。校準必須用分立的輻射計單元來執行，所述輻射計信號被手動地或電學地反饋至控制器單元。如上面所提到的，這樣的系統只是部分解決了上面提到的對加工環境中的幾十個或上百個光源進行監控、校準和控制或編程的問題。因此，需要一些改進的系統和方法，用於對光固化應用中的大量光源進行管理——尤其是在要求嚴格控制加工過程中的過程參數的一致性的加工環境中，和/或其中光源可以分布在佔據一個很大區域的多個工作站處或位於多個地理位置中，從而允許在單個或多個工作站上有一個高度可重複的運行
發明內容
本發明致力於消除或至少減輕已知的用於對多個光源進行管理的系統和方法的缺陷，或至少提供一種替代方案。因此，根據本發明的一個方面，提供了一種對用於光激活/光固化應用的多個光源單元進行管理的系統，該系統包括多個光源單元，每個具有一個數據通信接口 ；一個移動控制器，具有數據通信接口和控制裝置，用於選擇性地建立與光源單元的網絡連接，以及用於對每個光源單元進行監控、校準和編程；每個光源單元經由所述網絡連接而被所述控制器遠程可編程，以編程一個曝光方案(profile)；以及每個光源單元獨立於用於輸送所編程的曝光方案的控制器而可運行；以及所述移動控制器包括一個用戶接口，用於對所述多個光源單元中的每個光源單元進行控制、監控、校準和編程。例如，每個光源單元可以包括可見光LED或UV LED或LED陣列或其他固態光源。 優選地，移動控制器包括對每個光源單元進行編程以使其具有曝光方案或固化方案的裝置，所述曝光方案或固化方案包括強度和曝光時間。可選地，所述移動控制器還包括一個具有光學埠的輻射計，和/或一個用於耦合至遠程輻射計的輸入埠，用於對來自所述多個可編程光源單元的至少一個光源單元的光學輸出進行監控。有利的是，每個光源單元具有唯一的標識符，且所述控制器包括控制裝置，該控制裝置用於與連接至該控制器的所述多個光源單元的至少一個中所選取的一個光源單元建立通信，以實現對所選取的光源單元進行監控、校準、控制和編程中的至少一種功能。所述接口裝置可以提供臨時建立一個與所述多個光源單元中的每個進行雙向通信的有線或無線的網絡連接，例如，用於依序或同時連接單獨的或多個光源單元。該系統的優選實施方案可以包括一個中央處理單元，如PC，所述控制器還包括用於與中央處理單元建立網絡連接的裝置，以經由控制器在中央處理單元和單獨的光源單元之間傳送曝光方案數據和光源數據。本發明的另一方面提供了一種光源單元，該光源單元具有用於網絡連接至控制器的通信接口，以及該光源單元經由所述網絡連接被所述控制器遠程可編程，以編程曝光方案；以及該光源單元獨立於用於輸送所編程的曝光方案的控制器而可運行。所述光源單元還可以包括供電連接和控制裝置；存儲器裝置，其用於存儲至少一個曝光方案，該曝光方案包括時間、強度和功率信息，以用於輸送所編程的光子劑量；以及激活裝置，用於執行一個所存儲的曝光方案。當光源單元有能力存儲多個曝光方案時，所述光源單元還包括用於選擇多個所存儲的曝光方案中的一個曝光方案的裝置。本發明的另一方面提供了一種用於對包括多個遠程可編程的光源單元的網絡進行管理的移動控制器，所述光源單元中的每一個具有通信接口，所述控制器包括接口裝置，其用於建立與所述多個遠程可編程的光源中的一些單獨的光源的雙向通信；控制裝置， 用於對所述光源單元進行監控、校準和編程；以及一個用戶接口，用於對所述通信、監控、校準和編程裝置進行管理。所述接口裝置還可以包括一個用於與中央處理單元通信，以及經由控制器在中央處理單元和單獨的光源單元之間傳送曝光方案數據和光源數據的裝置。本發明的另一方面提供了一種用於對多個遠程可編程的光源單元進行管理的方法，每個光源單元具有一個通信接口，所述方法包括，經由一個移動控制器執行以下步驟 建立與所述多個遠程可編程的光源單元中的至少一個光源單元的網絡連接；識別所述多個光源單元中的所選取的一個光源單元；選取監控、校準和編程功能中的至少一個功能；執行對所選取的光源單元進行監控、校準和編程功能中的至少一個所選取的功能。對所選取的光源單元進行編程可以包括，經由所述網絡連接，將曝光方案數據從控制器傳送至所選取的光源的存儲器中。當所述曝光方案數據被一個中央處理單元存儲時，將該數據傳送至所選取的光源包括從中央處理單元取回數據，然後經由所述網絡連接將所述數據從所述移動控制器傳送至所述光源單元。校準所選取的光源單元可以包括對耦合至所選取的光源單元的輻射計的輸出進行採樣，確定所選取的光源單元的校準狀態，並且，如果需要校準，則將校準數據傳送至所選取的光源單元。監控所選取的光源單元可以包括取回光源單元數據和狀態信息，並顯示這些信息或在控制器處處理所述信息。本發明的再一方面提供一種用於對多個遠程可編程的光源單元的網絡進行管理的網絡管理系統，所述系統包括一個中央處理單元，以及至少一個移動控制器，該移動控制器用於與所述中央處理單元和所述多個遠程可編程的光源單元相接口 ；所述移動控制器包括接口裝置，用於建立與所述多個光源單元中的所選取的一些單獨的光源單元的通信； 以及控制裝置，用於對所述多個光源單元中的所選取的一些單獨的光源單元進行控制、監控、校準和編程；以及一個用戶接口，用於管理所述接口裝置和控制裝置。因此，提供了用於對諸如對多個光源單元進行監控、控制、編程和校準之類的功能進行網絡管理的系統、方法和可攜式或移動控制器，所述光源例如包括UV或可見光LED或 LED陣列，或其他用於光激活的或光反應過程和光固化應用的固態光源。有利的是，提供了一種可靠的受控的閉環反饋網絡，在該閉環反饋網絡中，例如用於點固化或其他光反應或光啟動過程的光劑量或曝光方案可以被編程到光源單元中，以在單個或多個工作站上執行高度可重複的運行。該系統可以擴展最高至1000個工作站。通過下文結合參考附圖所做的本發明的優選實施方案的詳細描述，本發明的前述的和其他目標、特徵、方面和優點將更為明顯，這些優選實施方案僅僅以示例的方式給出。


在附圖中，不同附圖之間的相同或相對應的元件具有相同的參考標記。圖1示出了一個根據本發明的第一實施方案的用於對多個光源進行網絡管理的系統的示意性框圖；圖IA示出了如圖1所示的一個LED光源IOOn的放大示意圖；圖IB示意性地示出了如圖1所示的LED固化控制系統200的放大示意圖；圖2示出了一個根據一個實施方案的被布置用於校準UV光源的系統，該系統使用一個可攜式LED固化控制器以及一個現場的輻射計(on-site radiometer)；圖3示出了一個根據一個實施方案的使用一個可攜式LED固化控制器的被布置用於校準UV光源的系統，該可攜式LED固化控制器使用一個機載輻射計(on-board radiometer)；圖4示出了一個包括多個LED光源和一個被連接用於對LED光源進行編程的可攜式LED固化控制器的系統；圖5示出了可攜式LED固化控制器和光源單元之間的無線通信；圖6示出了可攜式LED固化控制器和PC的連接；圖7示出了圖IA所示的LED光源單元運行的流程圖8示出了圖IB所示的LED固化控制器運行的流程圖；圖9示出了根據本發明的方法的優選實施方案的用於對多個LED光源單元進行編程的方法步驟的流程圖；以及圖10示意性地示出了用於一個根據本發明的另一實施方案的系統的網絡框圖或網絡架構。
具體實施方案圖1示出了系統10，該系統包括多個光源100a，100b，…100η，如用於UV點固化的UV LED光源；以及一個用於控制每個光源100a，100b, ... IOOn的UV LED固化控制器 200，該固化控制器200優選為一個可攜式手持設備。這些UV LED光源單元IOOa…IOOn中的每一個通常都關聯於或位於多個工作站(未示出)的其中一個，所述工作站用於實施特定的UV固化過程或運行，例如，執行一個特定的固化方案，或更一般的是，執行一個曝光方案，包括特定的曝光時間和強度。為了對不同工作站處的運行和處理提供一致性，或者為了對每一個工作站提供時間上的一致性，通常必要的是，對每一個光源IOOa…IOOn提供定期的監控和校準，例如，以對UV光源隨著使用壽命推移而引起的輸出的變化或在不同運行條件下的輸出的變化進行補償。在一些加工環境中，每個工作站可以被編程，以執行一個具體的UV固化任務或運行。在另外一些應用中，每個UV光源IOOa…IOOn是可被編程的，以用於實施多個固化過程中的一個，例如，使用不同的劑量和曝光時間。因此，每個光源單元IOOn 包括一個LED光源110、一個LED強度監控器120、一個光源控制器130，以及一個電源單元 150，所述光源控制器130具有獨立於控制器200來運行光源單元的有限的功能。為了對每個UV光源IOOa…IOOn進行編程、監控和校準，該UV固化控制系統包括一個控制器200，其可以經由有線或無線的連接190被可移動地連接至單獨的LED光源 IOOa…IOOn中的至少一個。該LED固化控制器200優選地是一個可攜式手持單元，具有一個包括處理器的控制單元202、一個用戶接口 204，以及存儲器260，其中所述用戶接口 204 可以包括一個圖形用戶接口 206和鍵盤208 (見圖3)。該固化控制器200包括一個控制單元202，以及一個用於光源控制器130的通信接口 190，一個諸如串行埠、USB埠或無線埠 210之類的外部通信接口，和一個電源250 ；如果需要，該固化控制器200可以帶有一個冷卻裝置，如風扇。固化控制器200還具有一個輻射計的光學輸入248，該輻射計包括一個或多個光學傳感器240、放大器242和ADC 244。DAC 282、ADC 284、放大器286、隔離器288也被提供給一個使用數字控制信號(如TTL控制信號)連至外部可編程邏輯控制器 (PLC) 292 的 PLC 接口 290。本實施方案的控制器200的一些元件類似於第2008/0197300號美國專利出版文本中所描述的輻射計單元38(參見其中的圖2及相關描述)，該專利出版文本以參引的方式納入本文。然而，後者的控制器僅僅提供監控和校準功能。另一方面，可攜式控制器單元 200也包括附加的功能，以允許對光源單元進行控制和編程，從而便於對多個分布式的可以獨立運行的光源單元IOOn進行集中的基於網絡的管理。因此，如將要參考圖IA和圖IB以及圖2、圖3和圖4進行描述的，在一個優選實施方案中，提供了以下一個聯網系統，該聯網系統包括手持式(遠程)控制器200和多個分布式的獨立可運行的UV光源lOOwlOOn，以及一個簡單的用戶接口，其中每個UV光源具有用於執行有限功能的處理能力和存儲器，以及其中該用戶接口能夠使本地用戶或運行者可以獨立於所述控制器運行UV光源，以提供這些功能。光源IOOa…IOOn中的每一個具有其自身的電源150、有限的智能以及簡單的用戶接口，但可以被連接至所述控制器200，以向用戶接口提供附加的功能，從而集中監控、校準和控制功能，並簡化每個單獨的光單元ΙΟΟ τ·· 100η,以及降低其成本，同時經由可拆卸的控制器200提供全範圍的控制和監控功能。如圖IA中更詳細地示出的，每個光源單元IOOa…IOOn通常包括-一個包括單個LED或LED陣列112的光源110，該光源110具有一個溫度傳感器 114和一個LED信息存儲器116，該信息存儲器用於存儲關聯於具體LED陣列或光源的信息，包括，如，唯一的標識符、運行的小時數、溫度或其他運行參數，如標題為「Smart light source with integrated operational parameters data storage capability ( W 成的運行參數數據存儲能力的智能光源)」的US6333602及US6847170中所描述的「智能晶片」；-一個包括光學傳感器122的LED強度監控器120，該LED強度監控器120具有一個來自光源110的輸入128 (如，依常規，使用分束器(未示出)將光源輸出中的小部分光引導至光學傳感器)、放大器124和提供輸出129的ADC 129 ；-一個LED光源控制器130，包括一個LED驅動器138 ；—個控制單元132 ；—個位於LED UV光源、LED驅動器138和控制單元132之間的連接118 ；—個通信接口 134，具有一個用於連接至UV固化控制器200的埠 136 ；—個存儲器140 ；—個包括一個指示燈和若干個按鈕的用戶接口 142;隔離器144 ；PLC接口 146，該PLC接口 146具有一個用於連接至PLC的埠 ；來自LED強度監控器120的輸入149。還示出了一個電源單元150，包括一個電源152，(以及可選地，包括一個冷卻風扇154或其他已知的冷卻裝置)，該電源152經由連接器156連接至控制器130。光源單元包括一個與Kennedy的US5521392中描述的閉環反饋(CLF)系統類似的閉環反饋系統。按常規將PLC(可編程邏輯控制)接口提供給LED光源控制器，以允許可以使用TTL控制信號，例如，啟動信號。如圖IB所示，LED固化控制器200包括一個包括處理器的控制單元202，該控制單元202具有用戶接口 204。在一個優選的實施方案中，如圖2和圖3所示，控制器200是移動或可攜式手持單元，用戶接口可以包括一個圖形用戶接口 206和鍵盤208。該控制器200 通常也包括一個存儲器260;—個通信接口 210，其具有一個用於連接至PC存儲卡的埠 212 ；一個控制單元202，其具有一個來自光學傳感器240的經由放大器242和ADC 246的輸入248 ；—個埠 230，被提供用於通信接口 232以經由連接190連接至光源控制器；如果出於校準需要，一個連接250將來自LED強度監控器120的輸入提供至控制單元202 (圖 1)。還提供了一個接口 280，該接口 280包括數模轉換器(DAC) 282、模數轉換器(ADC) 284、 放大器286、隔離器288、PLC接口 290，以及相應的PLC埠 292。如圖2所示，示出了使用中的光源單元100a，該光源單元由AC適配器150供電並被連接至控制器200。在一個優選的實施方案中，控制器200包括一個具有用戶接口 204的手持式便攜單元200，該用戶接口 204包括一個圖形用戶接口 206和一個鍵盤208。還提供了一個用於機載輻射計的光學傳感器242的光學埠 240，從而使光源單元的光學輸出可以直接耦合至光學埠 240，用於監控或校準。如圖2所示，作為另一選擇，一個外部輻射計300可以經由連接298被耦合至埠 296，用於測量光源單元100的光學輸出。一個雙向數據傳輸連接190被設置在UV光源單元100的通信接口 134(見圖A)和用於控制器200的通信接口 210的埠 230 (見圖1B)之間。圖3示出了類似的光源單元100和電源單元152，光源單元的光學輸出經由光學埠 240被直接耦合至控制器200的機載輻射計242。還示出了一個雙向通信連接190，其類似於圖2中所示的雙向通信連接。如圖4中示意性示出的，一個典型的系統包括多個光源單元100a，100b，100c， IOOd…100η，每個光源單元包括一個LED光源112，以及每個光源單元都具有其自身的相應的光源控制器130a，…130η和電源150a…150η。在圖4中，每個電源150被示為分立的 AC適配器，而非與該光源單元的其他部件集成的AC適配器。冷卻裝置，如風扇，可以被關聯至控制器130或電源單元150。每個光源單元100a，…100η具有簡單的用戶接口，該用戶接口例如可包括一個與激活開關(如腳踏板)的連接，以用於控制運行，以及可以包括一組控制按鈕(通電/停電或模式選擇)以及一個或多個狀態指示燈。然而，單獨的光源單元 100a,…IOOn不具有允許用戶進行輸入以進行編程的接口，所述編程必須通過連接至控制器200來遠程地實現。一旦一個工作站處的光源單元已經被校準和編程(如下文將要描述的)，所述光源單元可以獨立於移動控制器200來運行，以執行一個所設計的程序運行(如， 所設計的劑量、強度和曝光時間，以及劑量方案，如單曝光或階躍式曝光)。控制器200被示為經由雙向通信鏈路190被連接，例如，當編程或校準光源單元 IOOa時。例如，多個類似的或不同的光源單元IOOa……IOOn可以被分布在加工工廠的多個工作站處，以執行一個或多個類似的或不同的光啟動過程。圖5示出了經由無線接口 193和無線接口 195之間的無線連接192而耦合至控制器200的光源單元100，所述無線接口 193和所述無線接口 195分別位於控制器200和光源單元100上。該實施方案的其他元件則類似於圖3和圖4中所示的那些元件。圖6示出了經由有線連接510耦合至PC 500的控制器200。控制器200可以連接至PC，以上傳或下載數據，尤其是為了實現一些功能如，更新存儲在控制器200上的程序；及更多的數據密集型活動，如設計新的曝光方案的程序；或進行一些藉助於PC用戶接口，S卩，PC的鍵盤和顯示器，而非藉助於手持控制器200上較為有限的接口(例如，鍵盤/小型顯示器)，來更易於或更方便完成的數據分析。光源單元的運行將參考圖7進行更為詳細的描述，圖7示出了一個表示實現多個功能的LED光源單元的運行序列的步驟的流程圖。在UV光源單元的簡化實施方案中，每個光源單元具有一個存儲器和處理器，以提供執行所存儲的曝光程序的能力(即劑量和時間)，以及監控和存儲諸如使用小時數、曝光數量以及錯誤之類的運行參數的能力。因此，例如一個運行700的典型序列包括如下激活時的步驟在702，打開對光源的供電；在704，打開供電指示器；在706，檢查錯誤狀態；在708，萬一出現錯誤狀態，則光源單元被關閉，否則，在710，UV光源被激活。當請求執行所存儲的曝光程序時，在712，UV 光源被打開，以及在714，UV光源指示燈被打開。在716，UV光源小時數、溫度和狀態被檢查並被記錄，即記錄在LED陣列存儲器116中。如果小時數和溫度和/或其他參數被監控， 且如果它們落在可接受的界限內，則在738曝光將繼續，直至在740達到要退出曝光所對應的界限(如劑量和時間)。如果UV光源小時數是不可接受的或者落在誤差界限之外，則在 724打開小時數錯誤指示器，以及關閉UV光源。類似地，如果讀取小時數較長，則在726打開小時數過度指示器。在728，檢查所述溫度，如果存在一個錯誤，則在729溫度錯誤指示器被打開，或者如果在730探測到溫度過度了，則在731打開一個溫度過度指示器，並關閉所述光源。如果在732探測到另一 UV光源錯誤，則關閉UV光源指示器，在734打開UV光源錯誤指示器，並在750關閉UV光源。否則，在738，UV光源持續打開已設計的劑量和時間或固化/曝光方案中的其他參數。—旦被編程和校準，UV光源單元僅僅需要一個提供所述的激活具體的UV光源的能力的和提供基本的指示器(通常為諸如供電、激活狀態和/或錯誤狀態燈的指示燈)的簡單的用戶接口 142 (如，腳激活開關)。所述光源可以包括閉環反饋控制，如，Kennedy的US5521392中所描述的。在一個光源的優選實施方案中，可以利用控制器200，通過一個例行校準過程來校準所述閉環反饋監控器。圖8示出了一個流程圖，該流程圖表示控制器200的運行中的步驟序列800。可以通過一個有線或無線的連接，將一個或多個單獨的光源IOOn連接至UV LED固化控制器 200。如果使用了有線連接，例如，光源IOOn可以依序被連接，進而依次實現對每一個光單元IOOn的校準或編程。作為另外的選擇，可以提供至一個單元或同時至多個單元的無線連接。因此，在第一步驟802中，控制器通過確定所連接的光源單元的識別碼來識別光源，如 100a，以及在804，選擇一個特定的光源識別碼。然後在806，選擇多個功能中的其中一個。 例如，如圖8所示，這些功能例如可以包括在808，下載數據至光源；在810，取回光源數據和狀態；或在812，進行測量。如果選擇了 808下載數據至光源，則在814發布一個詢問，以確定固化方案是否被保存在控制器200中。如果是，則在816，固化方案可以被傳送至光源， 否則，在814，可以經由控制器200的用戶接口輸入固化方案。作為另一選擇，在818，可以通過控制器200連接至存儲固化方案的PC或中央處理單元來取回固化方案。因此，或作為另一選擇，可以在810從光源單元取回光源狀態和數據，並在820將其顯示在控制器200或 PC的圖形用戶接口上。在812，如果進行測量，則在822，UV光源IOOn可以與控制器200光學連接，或分立的強度監控器300可以被連接至控制器200，在824光源被打開，在826測量光源的輸出；在827，如果要求進行校準，則在828，實施校準過程，然後在830，控制器詢問是否在同一光源上進行更多的步驟。如果否，則選擇另外的光源進行數據傳送或校準。可以類似於例如Kayser的US2008/0197300中所描述的過程來實施校準過程。然而，其中的一些處理被從光源單元傳送或移動至可攜式控制器。也就是說，確定所選取的光源單元的校準狀態包括對來自所選取的光源單元的光學輸出的多個數據點進行採樣，即， 對光源單元的多個輸出設置參數中的每一個測量一系列的實際的輸出輻射水平，並在移動控制器中計算校準算法，以及將相應的校準數據陣列傳送至所選取的光源單元。因此，所述光源單元可以被控制器編程，以輸出特定的光水平，或者該光源單元被調節以匹配具體的光水平。因此，分立的控制器單元200結合每個單獨的UV光源IOOa至IOOn工作，以對多個光源單元進行網絡管理，例如，下載固化參數至單獨的光源(可以從所存儲的固化方案的菜單選取的過程參數)，從UV光源取回曝光的歷史數據，以及從UV光源取回其他運行和錯誤信號。在一個簡化的實施方案中，控制器200可以包括一個更小的更為簡化的用戶接口，但該接口足夠完善，以便通過手動或經由至計算機的連結來輸入固化方案。例如，如果固化方案是從PC被下載到控制器200並被存儲，並且接著可以從控制器傳送，以對光源單元進行編程，則它可以更為方便。類似地，控制器可以被用於查看所有或部分從每個單獨的 UV光源所取回的數據，但更為方便的是通過將所取回的數據從控制器上傳至PC來執行數據密集型的功能或分析。控制器200還需要通過一種方式來與每個UV光源相接口，S卩，通過有線或無線的雙向數據連接，以及用於監控光源的光學輸出的光學輸入埠。在一個簡化的實施方案中，也即在一個基本的配置中，所述控制器一次將僅與一個UV光源通信。在一個具有更先進配置的優選實施方案中，所述控制器將同時與多個UV光源通信，以允許對多個光源進行同時管理，如對多組光源進行編程和對它們同時進行監控。圖9示出了一個流程圖，該流程圖表示用於對LED光單元(LED頭)IOOn進行編程的控制器200的運行中的步驟序列900。因此，一個或多個光源IOOn被通過，例如有線或無線連接，而連接至控制器200。一個光源被選取(見圖8)，然後在902該光源被打開，在 904供電指示器被打開，以及在906檢查該單元的狀態和錯誤。可以如參照圖7的類似步驟 710至735所描述的來實施類似的步驟序列910-935，包括下述序列在916，檢測和記錄UV 光源小時數、溫度和狀態，以及如果需要的話，包括隨後的指示錯誤的步驟。如果UV光源小時數、溫度和其他狀態參數是可以接受的，則在960讀取強度監控器讀數，在962將該讀數與設定點進行比較，以確定結果是否超出範圍966或處於範圍內968。如果該結果超出範圍，則該強度被調節，並重複下述序列檢查和記錄UV光源小時數、溫度和狀態，並監控強度(步驟916至960)，控制器提供閉環反饋系統，以恰當地調節所述強度，然後退出所述曝光或執行下一個曝光。在上述實施方案中，UV光源控制器130被示為與UV LED光源集成，電源150被示為分立的單元，其可選擇地包括一個風扇或其他熱管理系統，但作為另一種選擇，這些元件可以與UV LED光源集成，或在經由合適的連接裝置154所連接的UV光源的外部並與其遠罔。有利的是，控制器200包括一個傳感器裝置，以用於測量(UV)光源的輸出，這作為校準過程的一部分。該過程將涉及，將一個單獨的UV光源物理地(S卩，光學地)與控制器相接合，以實現對光源所生成的所有光或該光的代表性部分進行收集。所接合的光源將被激活，通過控制器內的傳感器從所得UV光得到相對信號。所述相對信號接著會在控制器200 內被使用，以確定該UV光源是否在可接受的運行參數內運行，以及將校準數據通信至所測試的UV光源。在控制器200的一個更為先進的實施方案中，還將提供一種用於校準在單個UV光源的校準過程中所用的控制器內的傳感器的裝置。該校準能夠對隨後被校準的每個UV光源的校準參數的絕對值進行編程。絕對值的使用(如瓦特)易於使過程一致的傳送至多個固化系統，為存儲在每個UV光源內的曝光數據提供更大的完整性，並允許，一旦數據被控制器取回和顯示，對所述數據進行一致的解釋。因此，根據本發明的實施方案的系統提供了對多個光源單元的網絡管理，其中，該系統的用於管理運行和控制的智能被分布在控制器之間，控制器作為一個用於對光源單元IOOn進行監控、校準和編程的網絡的集線器，已具有足夠的智能來使它們能夠在一個分布式環境中獨立地被運行——當它們沒有被連接至控制器200時。如圖10所示，一個示意性的網絡圖示出了一個可攜式控制器200a以及可選地另一控制器200b (如，在第二加工區中)，提供一個帶有連接至多個光源單元IOOa…IOOn ； IOla…IOlb以及102a…102η的數據通信鏈路(有線、無線、光學地連接)的集線器。這些光源單元可以都是同一類型的，或可以包括不同類型的光源單元，這些光源可以被用於相同的或不同的過程中。例如，不同類型的光源可以被用於發射不同的UV波長或其他波長， 以用於不同的固化過程步驟。所有光源可以被一個控制器集中控制。還提供了每個控制器 200a和200b以及PC 500之間的通信鏈路，PC 500提供集中式CPU/存儲器。PC 500提供例如控制和分析、數據合併和分配，並經由控制器200a或200b，提供來自所有光源單元的數據傳送和/或向所有光源單元提供數據傳送。該系統提供了一種管理加工環境中的大量類似的光源單元或不同類型的光源單元組的聯網方法，以及可攜式控制器200提供了比已知系統更低成本的對監控、校準和可編程性方面的改進的控制。該系統對於很多工作站分布在一個寬的地理範圍內的情況具有其有利之處。例如，對於存在多個如15或50或更多個光源單元的情況，其中每個光源單元具有較簡單的集成控制或智能，但就單獨而言每個並不是智能的燈。即，每個光源單元僅僅需要對光固化或其他光啟動應用的運行的最小的用戶控制。因此，本發明的實施方案的系統、方法和控制器提供了在一個移動控制器200中對高級命令的共享的控制，該移動控制器200可以是可攜式的，和/或可無線連接至光源單元，以執行控制功能，所述控制功能包括監控、校準和編程，而光源的運行功能可以獨立於控制器被實施。因此，可攜式控制器200需與光源單元建立連接——僅是為了執行所述控制功能，然後就可以斷開連接。一個具有輻射計——該輻射計帶有光學或電學耦合一一的可攜式遠程控制器，能夠實現對下述功能的管理，如監控、數據收集、校準、編程，通常這些功能在其他已知系統中由用於每個光源的專用的光源單元控制器來提供(這是一個高費用的選擇，其中每個單元具有大於其所需的處理能力)或通過一個控制一組有限個類似光源的固定的中央控制器來提供；同時為多個光源的分布式布置提供了更大的靈活性。因此，該系統的處理能力/智能更為經濟和靈活地被分布，其中可攜式遠程控制器作為用於對許多光源單元進行網絡管理的集線器，從而提供了一個因此可以擴展至更大數目的光源單元的系統。與智能燈系統相比，根據本發明的實施方案的系統較為便宜，在智能燈中，每個光源單元藉助其自身的供電單元和其自身的控制器而獨立地運行，從而在每個工作站處必須重複地建設智能和控制系統。當沒有連續使用處理能力和智能時，這種系統是浪費型的，並不經濟。另一方面，在其他使用中央控制單元來管理多個光源的已知系統中，光源必須保持連接至以及依賴於中央單元，以獲取智能和處理能力，並且在沒有連續連接至中央控制器的情況下不能獨立地運行。這種系統不適合於寬範圍內的分布式環境。通過提供根據本發明的實施方案的移動控制器——其可以選擇性地或依次連接至一個或多個光源單元，以用於實現監控、校準和編程功能，每個光源可以被更為經濟地提供以更少的功能，以在一旦被編程時，允許進行獨立於控制器的運行，而多數處理能力和共同的控制功能則由可攜式控制器提供，這也允許大量的光源可以被相似地以及一致地管理。
例如，該系統允許對重複相同輸出的多個光源進行同步，以使那些要求在很多不同工作站都具有高重複性的處理具有一致性。該系統提供對批量和大規模處理的多組光源單元進行編程，其中在一個工作站使用多個功能性燈，或一個工作站對應一個功能。根據本發明的實施方案的系統和方法適用於依賴光激活的材料，如粘合劑、墨、塗料和染料，其中光源包括上傳時間、強度、供電的光劑量方案的智能。儘管具體參照UV LED 光源描述了系統和方法，但是用於不同的固化或光激活過程的合適的光源單元可以包括UV LED和LED陣列、可見光LED，如藍色的約400nm LED、可見光LED陣列或其他合適的具有不同波長的光源。光劑量方案從遠程可攜式程序源(即，移動的控制器)下載。該遠程的可攜式程序源具有能夠計量(或讀取)和校準被光源發射的光的劑量的內置智能。該光源網絡可以包括可以獨立於彼此運行的多個光源，每個光源至少具有一組常規的內置智能和功能，使它們在被編程之後足以在使用中獨立地運行。然而，監控、校準和編程需要連接至控制器。在使用光反應粘合劑的用於組裝應用的R&D中心或加工環境的情況下，所述光源可以被設置為在單個或多個工作站內運行。遠程可攜式程序源經由可移動線纜或無線通信被連接至每個工作站，所述線纜的任一端使用諸如USB之類的連接器來連接。用戶可以用相同的劑量程序對所有獨立的光源組件工作站進行編程，並通過打開光源和發射光至一個包含在遠程可攜式程序源中的檢測器上而確保光源正在執行所下載的程序。工業應用根據本發明的實施方案的系統、方法和可攜式控制器以佔已知系統的成本的一小部分，來提供對多個光源的運行和控制功能(如，控制、設置、數據收集、編程和校準)的網
絡管理。應用包括使用光激活過程和UV固化過程的工業過程，尤其是那些要求進行監控和校準以確保在單個或多個工作站上的一致性和提供高度可重複的運行。在易於使用的同時，可以使用更低成本的、簡化的光源單元或模塊，而中央分布式控制通過可攜式遠程控制器來提供，同時在對多個單元進行管理、監控、校準、控制和編程上增強了功能。該系統可以擴展至1到1000個光源，如用於批量產品和組裝環境中。用於多個光源單元和過程的網絡管理的系統、方法和可攜式控制器的其他應用將在，例如，集成油墨印刷站、塗層站和/或用於顯微鏡檢查中所使用的螢光染料或染色劑系統中。儘管詳細描述和圖解了本發明的實施方案，可以清楚理解的是，這些實施方案僅是說明性的和示例性的，不應被理解為是限制性的，本發明的範圍僅由所附加的權利要求書來限定。
權利要求
1.一種對用於光激活/固化應用的多個光源單元進行管理的系統，其包括多個光源單元(100a··· 100η)，每個具有一個數據通信接口(134)；一個移動控制器000)，具有相應的數據通信接口(23 和控制裝置002)，用於選擇性地建立與光源單元的網絡連接(190)，以及用於對每個光源單元進行監控、校準和編程；每個光源單元(100a··· 100η)，經由所述網絡連接(190)而被所述控制器(200)遠程可編程，以編程一個曝光方案；以及獨立於用於輸送所編程的曝光方案的所述控制器而可運行；以及所述移動控制器(200)包括一個用戶接口 004)，用於對所述多個光源單元中的每個光源單元進行控制、監控、校準和編程。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述移動控制器(200)的控制裝置(20 包括對每個光源單元進行編程以使其具有曝光方案的裝置，所述曝光方案包括強度和曝光時間。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述移動控制器還包括一個具有一個光學埠 (248)的輻射計040，242，244)，用於對來自多個可編程的光源單元中的一個可編程的光源單元的光學輸出進行監控。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制器還包括一個輸入埠040)，用於耦合至一個輻射計，所述輻射計用於對來自多個可編程的光源單元中的至少一個可編程的光源單元的光學輸出進行監控。
5.根據權利要求1至4之一所述的系統，其中，每個光源單元(100a···100η)具有一個唯一的標識符，且所述控制器包括一裝置，該裝置用於與連接至所述控制器的所述多個光源單元中的所選取的一個光源單元建立通信，以實現對所述所選取的光源單元進行監控、 校準、控制和編程中的至少一種。
6.根據權利要求5所述的系統，其中所述控制器的所述通信接口(23 提供臨時建立一個有線或無線的網絡連接，用於與所述多個光源單元中的每個進行雙向通信。
7.根據權利要求6所述的系統，其中，所述通信接口(23 提供了每個光源單元至所述控制器的依序連接。
8.根據權利要求6所述的系統，其中，所述通信接口(23 提供了一組所述多個光源單元至所述控制器的同時連接。
9.根據權利要求1所述的系統，其中，所述系統包括一個中央處理單元(500)，該控制器(200)還包括一個用於與所述中央處理單元(500)建立網絡連接，以經由所述控制器 (200)在所述中央處理單元(500)和單獨的光源單元(100a……100η)之間傳送曝光方案數據和光源數據的接口裝置010)。
10.一種用於權利要求1所述的系統的光源單元，具有用於網絡連接至控制器的雙向通信接口，以及該光源單元經由所述網絡連接被所述控制器遠程可編程，以編程曝光方案； 以及獨立於用於輸送所編程的曝光方案的所述控制器而可運行，並且還包括供電連接和控制裝置(150)；存儲器裝置(140)，用於存儲至少一個曝光方案，該曝光方案包括時間和強度信息，以用於輸送所編程的光子劑量；以及激活裝置(160)，用於執行一個所存儲的曝光方案。
11.根據權利要求10所述的光源單元，還包括監控裝置(120，114，116)，用於監控光源的至少一個下述運行參數強度、溫度、使用的小時數和其他運行參數。
12.根據權利要求11所述的光源單元，包括反饋裝置(110，120，130)，用於確定依賴於所述運行參數的運行狀態；以及包括用於指示所述運行狀態的裝置(142)。
13.根據權利要求12所述的光源單元，其中，所述光源單元還包括控制裝置(132)，用於調節所述光源的強度，以維持一個運行狀態。
14.根據權利要求13所述的光源單元，其有能力存儲多個曝光方案(140)，並且還包括用於選擇多個所存儲的曝光方案中的一個曝光方案的裝置(142)。
15.一種用於對包括多個遠程可編程的光源單元(100a··· 100η)的網絡進行管理的移動控制器000)，其中每一個具有通信接口(134)，所述控制器(200)包括接口裝置032)，用於選擇性地建立與所述多個遠程可編程的光源中的一些單獨的光源的雙向通信；控制裝置002)，用於對所述光源單元的曝光參數進行監控、校準和編程；以及一個用戶接口 O04)，用於對所述通信、監控、校準和編程裝置進行控制。
16.一種移動控制器，其中，用於對曝光參數進行編程的裝置包括用於對一個曝光方案進行編程的裝置，所述曝光方案包括強度和曝光時間。
17.根據權利要求15所述的移動控制器，還包括一個具有光學埠的輻射計，用於監控來自所述多個可編程的光源單元中的一個光源單元的光學輸出。
18.根據權利要求15所述的移動控制器，還包括一個用於耦合至輻射計的輸入埠， 所述輻射計用於監控來自所述多個可編程的光源單元中的至少一個的光學輸出。
19.根據權利要求15所述的移動控制器，包括用於確定光源單元的唯一標識符的裝置。
20.根據權利要求15所述的移動控制器，其中，所述接口裝置提供臨時建立有線或無線網絡連接，用於與所述多個光源單元中的每一個進行雙向通信。
21.根據權利要求20所述的移動控制器，其中，所述接口裝置提供每個光源單元至所述控制器的依序連接。
22.根據權利要求20所述的移動控制器，其中，所述接口裝置提供了一組所述多個光源單元至所述控制器的同時連接。
23.根據權利要求15所述的移動控制器，其中，還包括接口裝置010)，用於與中央處理單元(500)通信，以及經由所述控制器在所述中央處理單元(500)和單獨的光源單元 (100a……100η)之間傳送曝光方案數據和光源數據。
24.一種用於對多個遠程可編程的光源單元進行管理的方法，每個光源單元具有一個通信接口，所述方法包括，經由一個移動控制器執行以下步驟建立與所述多個遠程可編程的光源單元中的至少一個光源單元的網絡連接；識別所述多個光源單元中的所選取的一個光源單元；選取監控、校準和編程功能中的一個功能；執行對所選取的光源單元進行監控、校準和編程功能中的至少一個所選取的功能。
25.根據權利要求M所述的方法，其中，對所選取的光源單元進行編程包括經由所述網絡連接，將曝光方案數據從所述控制器傳送至所選取的光源的存儲器中。
26.根據權利要求M所述的方法，其中，所述曝光方案數據被一個中央處理單元存儲，將該數據傳送至所選取的光源包括從所述中央處理單元取回數據，然後經由所述網絡連接將所述數據從所述移動控制器傳送至所述光源單元。
27.根據權利要求M所述的方法，其中，校準所選取的光源單元包括對耦合至所選取的光源單元的光學輸出的輻射計的輸出進行採樣，確定所選取的光源單元的校準狀態，並且，如果需要校準，則將校準數據傳送至所選取的光源單元。
28.根據權利要求27所述的方法，其中，確定所選取的光源單元的校準狀態，包括對來自所選取的光源單元的光學輸出的多個數據點進行採樣，以及在所述移動控制器中計算校準算法，並將一個校準數據陣列傳送至所選取的光源單元。
29.根據權利要求M所述的方法，其中，監控所選取的光源單元包括從所述光源單元取回光源數據和狀態信息，並顯示所述信息或在控制器處處理所述信息。
30.一種用於對多個遠程可編程的光源單元(100a··· 100η)的網絡進行管理的網絡管理系統，所述系統包括一個中央處理單元(500)，以及至少一個移動控制器O00a，200b)，該移動控制器用於與所述中央處理單元(500)和所述多個遠程可編程的光源單元(100a··· 100η)相接口 ；所述移動控制器包括接口裝置032)，用於建立與所述多個光源單元中的所選取的一些單獨的光源單元的通信；以及控制裝置002)，用於對所述多個光源單元中的所選取的一些單獨的光源單元進行控制、監控、校準和編程；以及一個用戶接口 004)，用於管理所述接口裝置和控制裝置。
31.根據權利要求1至14之一或30所述的系統，其中，每個光源單元包括UVLED或 UV LED陣列。
32.根據權利要求1至14之一或30所述的系統，其中，每個光源單元包括可見光LED 或可見光LED陣列。
全文摘要
提供了一種對用於光反應和光固化反應的多個(UV)光源的諸如監控、控制、編程和校準之類的功能的網絡管理的系統、方法和可攜式或移動控制器。有利的是，提供了一種可靠且受控的閉環反饋網絡，其中，可在光源單元中對光劑量或曝光方案，例如用於點固化，進行編程，以在單個或多個工作站上執行高度可重複的運行。該系統可擴展至1000個工作站。
文檔編號H05B37/02GK102326452SQ201080009034
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月9日 優先權日2009年2月24日
發明者A·菲爾霍傑, J·J·庫塔 申請人:流明動力學集團有限公司