加熱生產線中的物體的系統和方法

文檔序號：6889915閱讀：435來源：國知局

專利名稱：加熱生產線中的物體的系統和方法
技術領域：
本發明總體上涉及用于加熱物體的系統和在生產線上的熱處理過程(特別是熱變形過程)中加熱物體的方法。
背景技術：
對于工業上的加熱應用(例如熱變形處理，如吹瓶、干燥、硬化、快速熱處理等等)，如白熾燈或氙燈的光源直至今日已經典型地被使
用。同時，IR激光二極管是最為有效的輻射源。除了輻射的高準直之外，定義明確和狹窄的波長帶使得它們成為用于工業加熱應用的第二代光源，這些應用中白熾燈或氙燈已經到達了它們的極限。W0 2006/056673 Al中給出了激光加熱方法和用于吹瓶的實際設置的概括。該文獻提出激光的高功率強度以及800-1064nm的波長范圍的優點，這對于PET加熱是有益的，因為吸收相當低。所述優點在于所述輻射被整個體積吸收，而非僅由表皮吸收。另一方面，這需要激光多次經過PET結構。因此，在此文獻中，給出了一些適用于激光光線多次經過的反射器設置，從而所述反射器設置包括兩個相對的半圓形反射器表面。被引導進入該反射器設置的激光光束以星形方式圍繞所述半圓形反射器表面的公共焦點在所述反射器表面之間經歷多次徑向反射。為了充分利用表面之間被反射的光，PET結構必須位于所述反射器設置的中央。這需要分段式處理PET結構，并且不允許連續的生產流程。另一個缺點在于這些實施例中需要的用于加熱過程的激光光源是高功率激光二極管棒。在此文獻中所述單個lcm長的激光棒所發射的紅外功率是100W。然而高功率二級管激光棒十分昂貴。此外，極端的能量匯聚需要先進的安裝和冷卻技術，這又導致成本可能比原始激光二極管的成本高出十倍。

發明內容
因此，本發明的目的是提供更為經濟的用于加熱物體的系統和在生產線上的熱處理過程中(特別是熱變形處理過程中)加熱物體的方法，同時允許連續的生產流程。
為此，本發明提供一種用于在生產線上的熱處理過程中加熱物體
的系統，包括
-用于沿所述生產線以輸送方向輸送物體的輸送系統，
-鏡設置，包括沿所述生產線的至少一段設置在相對側的第一鏡
表面和第二鏡表面，以使得所述物體可以沿所述生產線在所述鏡表面
之間被輸送，
-以及輻射設備，包括用于產生光的多個激光器，
從而所述輻射設備和所述鏡設置被構建成使得進入所述鏡設置的光的主方向被引導以與所述生產線成一角度地朝向所述第一鏡表面，并且所述光隨后在所述鏡表面之間經歷多次反射，以便所述光的多次反射系列在輸送方向上(即與所述物體一起)沿所述鏡表面的至少一段行進，或者與所述輸送方向相反地沿所述鏡表面的至少一段行進，并且加熱在所述鏡之間被輸送的物體。
因此，光的"主方向"應當被理解為光的大部分被輻射的方向。在光的分束情況下，主方向例如是光束的中心軸的方向。
此外，術語"光的多次反射系列，，-在光以輸送方向或與所述輸送方向相反的方向沿所述鏡表面的至少一段行進的上下文中-應當理解為光束在相同方向上沿所述鏡表面的一段持續進行的兩次或三次以上的連續反射，而不是在中心焦點處被來回反射，如W0 2006/056673 Al 的實施例中所述。本發明的上下文中的"鏡表面"是基本上完全反射落在該表面上的光的任何表面。因此，下文中，術語"反射器，，和"鏡" 被交替使用并具有相同的含義。
本發明提供一種對應的用于在生產線上的熱處理過程中加熱物體的方法，
-其中所述物體沿著所述生產線在鏡設置的第一鏡表面和第二鏡表面之間被輸送，所述第一鏡表面和第二鏡表面沿所述生產線的至少一段被設置在相對側，
-其中光通過輻射設備的多個激光器而產生，
-其中所產生的光被51導進入所迷鏡設置，以便進入所述鏡設置的光的主方向被引導以與所述生產線成一角度地朝向所述第一鏡表面，并且所述鏡設置被構建成以便所述光隨后在所述鏡表面之間經歷多次反射，以便所述光的多次反射系列在輸送方向上沿所述鏡表面的至少一段行進，或者與所述輸送方向相反地沿所述鏡表面的至少一段行進，并且加熱在所述鏡之間被輸送的物體。
該構造的優點在于它允許進入所述鏡設置的光在連續的生產流程中被充分利用。由于對入射光的創造性地利用，可以減少輻射源的光輸出-通過使用較少的高功率激光二極管棒，或者，如下所述地通過有利地使用更多的經濟型低功率激光二極管。
從屬權利要求以及此后的說明特別披露了本發明的優勢實施例和特征。
優選地，根據本發明的系統用于加熱對于所產生的光至少部分透明的物體，以便在所述物體通過所述鏡設置被輸送時，所述光在所述鏡表面之間被多個物體部分地吸收。在這樣的應用中，根據本發明的鏡設置尤其有利，因為在所述光經過將被加熱的物體的每次通過過程中，所述光只是部分"被使用"-即被吸收，并且由于被削弱的光束隨后立即被反射至另一物體上，因此所述光的剩余能量可以被再次利用。當然，根據本發明的系統也可以用于其它類型產品的熱處理，特別是當這些是通過被相對長的距離分隔開的處理鏈輸送的產品時，以便光束可能只在先在所述鏡設置中經歷多次反射之后才接觸物體。所述系
統十分優選地用于熱變形處理，例如前述PET吹瓶。
根據實際應用，可能沿所述物體的輸送方向需要不同的強度分布。例如，在一種應用中，光的均勻分布輻射可能是必須的，而在另一種應用中，需要初始輕微加熱，之后是光強度的穩步增加直到最終達到特定的熱點。同樣地，在另一種應用中，熱點之后可能需要更加緩慢的冷卻。因此，在優選實施例中，所述鏡設置凈皮構建成以便所述光的多次反射導致了在從光進入所述鏡設置的入射點起下游的光的行進方向上對于特殊應用所期望的光的預定強度分布。因此，可以為空的鏡設置(即沒有物體被輸送的設置)限定強度分布。"行進方向"應當理解為沿著光在所述鏡表面之間以之字形方式行進的光行進的"主要方向，，。下文中，該方向也被稱為"光行進的整體方向"。術語"從入射點起的下游，，相對于光行進的初始整體方向進行定義。它意味著當光最初在輸送方向上行進時，所期望的強度分布在輸送方向上從光的入射點開始發展，而在光最初在與輸送方向相反的方向上行進時，強度分布相應地在相對于輸送方向的光的入射點起上游形成。
在這樣的實施例的特別優選的變化中，所述鏡設置被構建成以便如果所述鏡設置為空，則光的多次反射導致在從光的入射點起下游的光行進方向上光的強度增加。所述系統被配置成以便強度的增加將補償由于物體吸收光而造成的強度損失。同樣地，在另一優選實施例中，光強度可以隨著到光入射點的距離增加而增加，從而，例如物體被逐漸加熱直到它到達鏡設置中的最熱位置。另一方面，鏡設置中的最熱位置可以接近或處于光入射點。
例如，為了實現在從入射點起下游的光行進方向上光的強度增加，優選地，所述鏡設置被構建成以便鏡設置的單個鏡表面上的光線入射點之間的距離在從進入鏡設置的光的入射點起下游的光行進方向上降低。這是因為，隨著沿光行進方向增加到入射點的距離，光束在鏡表面之間反射，而反射之間的距離持續降低。因此，光線所行進的之字形線路變得越來越扁，即該行進線路部分沿鏡表面之間的中心軸(即沿物體的輸送方向)更加靠近，最終導致光強度的增加。
從而一種控制強度分布的方法是構建所述鏡設置以便沿著從光進入鏡設置的入射點起下游的光行進方向第一鏡表面和第二鏡表面在鏡設置的至少一段上彼此靠近。也就是說，鏡設置的鏡表面以例如漏斗
方式而被i殳置。
在第一優選實施例中，第一鏡表面和第二鏡表面是平面的，即沿輸送方向水平并且彼此成角度。該簡單的結構以簡明的方式使得鏡設置的各個鏡表面上的光線的入射點之間的距離在從入射點起下游的光行進方向上降低。此后將參考附圖對其進行詳細描述。
在另一優選實施例中，至少一個鏡表面是彎曲的，以便從光入射點起下游的鏡表面的至少部分朝著沿生產線輸送的物體向內彎曲。在其特殊優選變化中，至少一個鏡表面是內凹的。在另一優選變化中，使用至少一個凸鏡表面。
所述鏡設置可以被構建成以便所述進入鏡設置的光最初在從光的入射點起下游的第一整體方向行進，并且在從光的入射點起下游的鏡設置中的某個距離之后反轉光行進方向。在此構造中，已經被多次反
在光的入射1方向^進回去，以;光的剩余能量被理想地利用。這可以多種方法實現。例如，第一和第二鏡表面以適當方式被定型并且相對彼此設置。后面會示出當兩個平面鏡表面以漏斗方式彼此成角度設置時可以實現該效果。
在替換實施例中，鏡設置包括鏡表面區域，其被設置以基本上將所述光以相反方向反射回去。在此情況下，所述光基本上采取沿生產線的相同路徑回去，即它所行進的以抵達特定的鏡表面區域的所述路徑。用于此目的的特定鏡表面區域可以是單獨的鏡，或者可以是以適當方式被彎折或者被定型的鏡表面之一部分。
在鏡表面分束的另一實施例中，即為了實現在從入射點起的下游的光行進方向上降低的強度分布，它們在從光入射點起的下游方向上彼此向外移動。
為了將所述光耦合進入鏡設置，輻射設備的至少激光器組的光被優選地聚焦以便以所述光線被聚焦于鏡設置的光入射開口或其附近的方式將光引導進入鏡設置。這意味著在根據本發明的方法中，與現有技術不同，各個激光器的光沒有被聚焦于它所加熱的物體，而是聚焦于鏡設置的入射點處。然后，利用上述途徑，通過有利地反射所述光來對其進行利用，以便大部分光強度被轉換成物體自身中的熱能。
在許多情況下，有意義的是使用相對于輸送方向沒有被橫向彎曲的鏡表面，以便進入所述鏡設置的光在除輸送方向之外的方向上不經歷聚焦或散焦。
這在加長物體的情況下(例如將被吹的PET瓶)是特別有利的，因為這些必須在它們的整個長度上被輻射。
因此，鏡設置的光入射開口可以具有縱向開口的結構，例如縫，并且光束可以沿著物體的長度或寬度上的整個縫被聚焦。自然地，也可以獲得焦點并將光入射開口實現為圓形孔。基本上，光入射開口可以以任何形狀實現。然而，有利的是具有相對窄的開口以防止散射光一次又一次地通過光入射開口射出。
在另一可能的實施例中，第一鏡表面和/或第二鏡表面相對于物體的輸送方向被橫向彎曲。于是，如果設想生產線處于水平面中，則可以設想鏡表面在該平面上和/或下向內彎曲。曲度量可以非常小，但是足夠補償在鏡表面之間光線在其路徑上的微小分束。而且，鏡表面可以包括兩個或多個不同的、對應于可以由適當的激光器設置實現的不
9同加熱位(位置)的高度區。這些高度區可以具有微弱的聚焦效應，以便不同高度區的光束不能明顯地融合。
此外，鏡表面可以被構建成以便鏡表面的曲度對于所述鏡的不同分段或部分有所不同。
為了沿生產線在更長段上加熱產品，鏡設置優選地包括多個沿生產線的級，從而每個級沿生產線的子部分包括第一鏡表面和相對的第二鏡表面。所述光被引導進入這些級中的每一個。很明顯，也可以引導來自激光器組的一些光束或一些光束柱通過不同的入射開口進入鏡設置的級，以便獲得更高的光強度。
如上已經闡述的，可以驚奇地發現當光的反射被有效利用時，不再需要使用高功率激光二極管棒。因此，在根據本發明的系統中，垂
直腔面發射激光器(VCSEL)可以用作激光光源。這些激光器可以被更加經濟地制造出來，并且具有的優點是它們的功率損耗更低，因為每個單獨地產生較少的光輸出，以便所需要的冷卻實現起來比高功率激光棒更為經濟。實際上，VCSEL是作為傳統LED的替代品而被提出在應用中使用。例如，在W0 2004/009318 Al中，描述了一種可尋址的LED 陣列，其用作光固化過程中的輻射源，并且提出VCSEL可以代替LED 而被使用。然而，光固化是其中在將被處理的物體上或其附近不需要太高輻射能的輻射處理過程，但是，根據本發明，通過光的合理集束及其在鏡設置的利用，VCSEL也可以用于熱處理過程，例如熱變形，其中必須提供更高的高能量。
優選地，使用垂直擴展腔面發射激光器(VECSEL)，其是所述腔在距離實際半導體襯底一段距離處通過附加的外耦合反射器被擴展的垂直腔面發射激光器。在該實現中，可以產生激光光束，具有每個半
錐角小于r的改進的準直，以便能量強度比通常VCSEL的情況大得多。
在電信應用中這種VECSEL迄今已經^t用盡以將光信號精確地注入光纖中。沒想到的是，人們發現以某種方式設置在激光器陣列中的這種激光光源特別適用于在熱處理過程中加熱物體，所述熱處理過程中需要大于1W/mm2的高能量，優選地大于2 W/mm2，例如熱硬化、干燥、快速熱處理，并且特別在熱變形處理中。因此，用于提供對上述問題的解決辦法的另一方法包括使用沿著生產線的若干個級(即一個或多個級)中的多個VECSEL產生紅外光，并且將其以預定模式引導至將被加熱的物體。
根據本方法在熱處理過程中(特別是在熱變形過程中)加熱生產線中物體的適當系統包括輻射設備，其包括多個用于產生紅外光的垂直擴展腔面發射激光器，所述輻射設備針對所述生產線被構建和設置以便紅外光加熱沿生產線被輸送的物體。因此輻射設備優選地包括多
個VECSEL陣列。
特別地，這種具有多個VECSEL或VECSEL陣列的輻射設備的設置是有利的，當所述輻射設備被構建成以便輻射設備的至少一激光器組的光被聚焦以將光導入將被加熱的物體經過其進行輸送的鏡設置，以便光線在鏡設置的光入射孔中或其附近被聚焦。這可以通過例如單個 VECSEL或VECSEL陣列的有利設置和/或利用合適的輻射設備的光學系統(例如鏡、透鏡、光學載體等等)來實現。
根據下面結合附圖所進行的詳細描述，本發明的其它目的和特征將變得顯然。然而，可以理解的是，附圖僅僅出于示例的目的而給出，并不限定本發明的范圍。附圖中，相似的附圖標記通篇指代相同的元件。

圖1示出根據本發明第一實施例的系統的俯視示意圖；圖2示出圖1的實施例的剖面示意圖3示出用在根據本發明實施例中的VCSEL的剖面示意圖4示出用在根據本發明實施例中的VECSEL的剖面示意圖5示出圖1的鏡設置的剖面示意圖以顯示鏡表面之間光線的反
射；
圖6示出圖1的鏡設置的另一剖面示意圖以顯示鏡表面之間光線的反射；
圖7示出根據本發明第二實施例的鏡設置的俯視示意圖；圖8示出根據本發明第三實施例的鏡設置的俯視示意圖；圖9示出根據本發明第四實施例的鏡設置的俯視示意圖；圖IO示出根據本發明第五實施例的鏡設置的俯視示意圖；圖11示出根據本發明第六實施例的俯視示意圖；圖12示出根據本發明第七實施例的俯視示意ii
具體實施例方式
附圖中物體的尺寸出于清楚的目的而有所選擇，并不必然反應實際的相對尺寸。
下面，使用示例描述本發明，示例中將被加熱的物體0是用于吹 PET瓶的PET預型件0，因為這是本發明的優選應用，而本發明不局限于此應用。
圖1和圖2示出十分簡單的實施例，由此圖1示出具有兩個連續級201a、 201b的鏡設置201的俯視圖。從輻射設備30發出的光束L 在這些級201a、 201b之間被引導進入鏡設置201。同樣地，所述光可以相同的方式在第一級201a的開始處進入，但是這里沒有示出。很明顯，整個實現可以包括更多級，這樣有更多所述光可以進入的位置。
鏡設置201突出了每個級201a、 201b的兩個鏡表面21、 22。這里，鏡表面21、 22是平面并且以漏斗的形式彼此成角度。預型件O在這些鏡表面21、 22之間沿生產線P以輸送的方向OT行進。圖2示出所述設置的剖面圖。這里被簡單示為方塊的輸送系統11可以是具有鉤子的傳送帶ll，預型件0由所述鉤子懸掛并且鏡表面21、 22之間的空間中移動，所述鏡表面在垂直于圖1平面的方向上是平坦的。這些鏡表面21、 22可以由任何合適的材料制成，所述材料在其內表面上具有高的反射率以便理想地反射所述光。
在此示例中，從具有輻射源32的輻射設備30發出光，輻射源32 包括多個一起安裝在散熱器33上的VECSEL陣列34。 VECSEL陣列34 被設置以便激光束L在與進入鏡設置201的光入射點PE相符的公共焦點處匯聚在水平面(圖1的圖面)中。這里該入射點PE位于鏡設置201 的孔縫29中。
將整個裝配的焦點設置在進入鏡設置201的入射點PE處而不是 PET預型件O位置處具有兩個優點。首先，鏡設置201的孔縫29可以做得盡可能地小，以便將通過該開口縫29的任何光泄漏最小化。由于鏡設置201中的許多反射，低泄漏水平是很重要的，以便可以實現高效率。第二，在PET預型件0位置處的能量分配更加均勻。此外，預型件0可以由適當構建的輸送系統圍繞它們的對稱軸(垂直于圖1的圖面)旋轉，從而使輸入預型件O的熱更加均勻。
12如圖2所示，各個VECSEL陣列32也在焦點處被引導在垂直面中。然而，之后光束被輻射設備30的透鏡31變成平行的，以建立與孔縫 29的長度對應的光帶，其中該長度優選地與預型件0的高度精確對應。
這樣具有的優點在于各個激光器陣列34可以被更大的距離間隔開，同時具有在鏡表面21、 22之間的區域中平行的光束。伴隨著鏡表面21、 22在與圖1的面垂直的方向上為平面這一事實，另一優點在于可以保持激光束相對于預型件0的高度，并且可以以不同的能量水平加熱預型件0的不同部分。因此，激光器陣列32在電學上被分組并且針對所述高度而被控制，實現了對不同高度區的激光器能量的單獨設定。取代透鏡31，可以使用具有更高均化性的更加先進的光學系統，例如光學積分器。
在另一可能的實施例中，附圖中沒有示出，所述鏡表面相對于物體的輸送方向而橫向彎曲。該實施例可以借助圖2而想象出來，只是鏡表面在圖像面中是彎曲的而非平面的。曲度量可以非常小，但是足夠補償光線在鏡表面之間的路徑上的微小分束。這可以有利地使用在鏡設置之中具有不同加熱區的應用中，其中配置有激光器以產生具有不同強度分布的光束。這里，鏡表面可以包括兩個或多個不同的高度區，其表現為在邊上聚焦所述光以便不同高度區的光不顯著融合。
系統l可以包括檢測單元，具有到系統控制的反饋，以在沿生產線P沒有預型件0輸送時關閉激光器開關。
將VCSEL和VECSEL用作光源適用于所述熱應用。由于這些設備的最大能量大大低于高能量激光二極管棒的能量，因此需要100倍那么多的激光器。即使這樣，這還是比使用高能量棒的標準方法經濟得多。
如上所述，VCSEL是以晶片制成的面發射激光二極管。所發射的光束與所述晶片垂直并且每個發射體中光束的直徑大約為100jLim，單個的發射體尺寸例如為250jLimx 250jiim。這意味著數萬個VCSEL被制作在一個晶片上，并且因此每個發射體的成本非常低。此外，典型的0. 5W IR輸出VCSEL損失大約1.5W熱，這在LED領域中十分標準。這意味著可以使用LED封裝和冷卻方法，并且這些可以比高能量激光二極管棒
方法低得多的成本獲得。
圖3示出VCSEL51的結構，其中附加的聚焦透鏡51不是VCSEL本
身的部分。襯底52由中間介質層覆蓋，并且n-DBR結構53、位于駐波波腹中的增益區54和p-DBR結構55在這些之上生長。在蝕刻之后，部分結構被金屬處理以實現n-觸點56和p-觸點57。附圖中的VCSEL結構具有另外的優點在于電和熱的接觸只是從底側完成。如上所述這實現了簡單安裝。
為了具有滿意的準直光，可以在VCSEL50的前面使用微型透鏡51, 如圖3所示。VCSEL元件出來的典型光分束為10°半錐角，允許用于準直的F2. 8透鏡。距離VCSEL結構例如400 pm的微型透鏡可以將此準直為4°光束。優選地，所述微型透鏡是平凹類型的，平面側的位置與 VCSEL結構相對，以便簡單安裝。
為了進一步降低成本，可以使用小的VCSEL50陣列來代替單個發射體。這種陣列可以直接由晶片制得。例如，將4x4陣列(即上面給出的數量的lmmx l,陣列)安裝在結構化散熱器上也是可以的。散熱器的結構化必須考慮各個VCSEL50的合理接觸。可以在VCSEL陣列前面使用微型透鏡陣列，以便獲得準直光束。優選地，所述微型透鏡陣列是平凹類型的，平面側的位置與VCSEL結構相對，以便簡單安裝。所述微型透鏡陣列可以被制成單體。
VECSEL陣列(E指的是擴展的腔)用在附圖所示示例的特別優選的實施例中。圖4中示出VECSEL40的結構。正如VCSEL50的情況，村底42被中間介質層覆蓋，這些之上生長有n-DBR結構43、位于駐波波腹中的增益區44和p-DBR結構45。再次，在蝕刻之后，部分結構被金屬處理以給出n-觸點46和p-觸點47。這里，激光器的腔通過使用簡單的平面外耦合鏡41而擴展，所述平面外耦合鏡可以涂覆在直接位于襯底42之上的玻璃體48上。單個被涂覆玻璃體可以用于整個VECSEL 陣列。
這種VECSEL40的光束準直要好于(例如1°半錐角)VCSEL50的情況。在該應用中所述改進的準直是有利的，因為它實現了更好的光L 的聚焦，并且它增加了工作距離，即光源32和生產線P之間的間隔。激光光束的良好準直允許將激光器陣列32 "分布"在更大面積上，同時輻射被聚焦在小面積上以供最佳加熱。因此，所述設置的冷卻可以被進一步簡化。這在沿著瓶移動的線以及以與此垂直的方向上是可能的。
14在圖1和2所示的實施例中，VECSEL光束分束為r并且從激光器陣列34到預型件0的距離為30cm，在入射點PE中焦點尺寸可以小于 lcm。這給出了精確性的表現，所實現的精確性足夠用于大多數應用。
如圖1所示，引導激光L的光束的主方向R，以便每個光線在鏡設置201中以預定角度接觸與孔29相對的鏡表面21，并且在鏡表面21、 22之間在輸送方向0T上以之字形形式來回反射，因此光LT的整體行進方向與預型件0的方向相同。顯然，這種設置也可以在與輸送方向 OT相反的方向上工作。其結果是，每個光束接觸多個物體，并且每個光線的光強度被最佳地利用，因為在通過PET預型件0的單個行程中激光的吸收十分低。
鏡表面21、 22的特定設置確保輸送方向0T中的光線隨著反射的增加變得越來越密集，因為輸送方向0T中的光線的矢量部分隨著反射次數的增加而變小。也就是說，沿生產線軸的反射之間的距離變短，因此光線強度變高。后者十分有利，因為這可以補償光束由于多次反射和材料的多次穿過而造成的光束衰減。
通過鏡表面21、 22的有利構建和角度選擇，甚至可以使得光的整體行進方向反轉，并且朝輸送方向的相反方向返回。在該返回行程中，光束的光強度也可以被進一步利用。
下面借助圖5和6描述該效應。為了簡化起見，只示出在鏡表面 21、 22之間來回反射的單個光束L。光束L由線表示。附圖中，為了簡單化，較低的鏡表面22被看作參考平面，相對于所述參考平面計算角度。參照沿生產線P的參考平面，所述計算同樣可以很好地進行。在該情況下，兩個鏡表面21、 22與參考平面成一角度，這只會使得計算更加復雜。
對于圖5中所示的角度，應用
5 = y + a (la)
并且
e = Y_a (lb)
其中ot是兩個鏡表面之間的角度，5是光束入射角度，Y和s是
隨后兩次反射的反射角度。接下來
e = Y — a (2)
15隨著每次接下來的反射，光束到相應鏡表面21、 22的入射角度(以及由此生產線P與光線的端面交叉角)降低。相對于物體輸送方向的光束整體行進方向因此在下面所給出的次數的反射之后被反轉
(3)
2.a
為了計算該反轉點，鏡表面上兩個入射點之間的距離D必須被確定，參考圖6。沿生產線P的預型件O的輸送方向以及LT光的整體行進方向在圖6中再次示意性地示出。下面的相互關系應用于圖中所示的角度和距離
tan(S)乂 h
h =
tan(S)
(4)
以及
sm
h
d-x
■>h = sin(a). (d_ x)
(5)
接下來
x = sm
l + sin(a)'tan(3)
(6)
(7)
同時
tan(￡) = Z h
接下來
， / 、 tan(s) tan(5-2.a) tan(5) tan(S)
以便將被確定的距離D由下式給出
D:x , y:。in(a) d sin(5)cos(5-2.a)+cos(5).sin(5-2a)
(cos(5) + sin(a). sin(5)). cos(S - 2a)
(8)
(9)
假設第一入射點PL和兩個鏡表面21、 22將相遇的交叉(有效) 點之間的總體距離大約為2m，其中一個鏡表面21相對于另一鏡表面的傾斜角為a-r，并且還假設光束的笫一入射角度為45°,使用迭代計算中的等式(9)，接下來光線將在大約二十二次反射之后反轉它的總體方向。可以想象有效點在距第一入射點PI,大約1.40m距離處。圖7再次示意性地示出沿生產線P在鏡設置201的兩個鏡表面21、 22之間在輸送方向OT上的光線L的路徑。朝著反轉點，光束強度增加并且光線將在某點以它來的方向反轉回去，直到它再次到達鏡設置201 的頂端并且可以由光衰減或吸收元件24吸收。或者，這里可以使用反射元件以再次反射光線，以便它可以進一步被利用。例如，圖1中所示的位于兩個連續級201a、 201b之間并且連接所述鏡表面201a、 201b 的轉換表面可以在它的內表面上涂覆高反射材料，以便它可以實現該功能。
圖8示出鏡設置202的替代變化，其中光線在下游端被外耦合并且由吸收元件23吸收。這會是有用的，例如如果激光光束已經被所加熱的物體的多次穿過吸收之后，激光光束已經明顯變弱。
圖9示意性地示出鏡設置203的變化，其中鏡表面21、 22被彼此平行設置。在此示例中，平面鏡形式的外部鏡元件25位于輸送方向OT 下游的鏡設置203的末端，并且該平面鏡元件25沿相同路徑將光反射回鏡設置203。或者，所述反射可以是小角度的，以便提供沿生產線對中心區域的更佳覆蓋。
圖10中示出這種鏡設置204的相似變化。與圖9的鏡設置203不同，此情況下的外部鏡元件26被彎曲，以便補償在經歷鏡設置204中的多次反射之后激光光束的實際上不可避免的分束。
代替平面鏡表面21、 22，可以使用彎曲鏡表面21，、 22，、 21"、 22"。這示意性地示于圖11和12中。圖11示出鏡表面21，、 22，的設置，鏡表面21，、 22，以內凹方式在它們的下游末端處向內彎曲，以便提供某種強度分配。圖12示出鏡設置205的另一變化，其中21"、 22" 在上游末端處改為向外彎曲。最為有利的設置將取決于應用以及相應優選的沿生產線P的強度分布。
雖然已經以優選實施例的形式描述了本發明及其變化，但是可以理解的是可以對其進行多種補充修改和變化，而不脫離本發明的范圍。例如，各個激光器或激光器陣列的光可以被耦合進入光纖，然后，所述光纖被用作用于加熱應用的源。該設置允許將激光器安裝在遠處位置的大面積上，這簡化了傳統技術的熱擴散和冷卻。
雖然主要參考吹瓶機械中的應用，但是許多其它應用可以從這里所述的本發明中獲益，如干燥、硬化、快速熱處理。為了簡化起見，也可以理解的是說明書通篇使用的"一"或"一個"不排除多個，"包括，，不排除其它步驟或元件。
權利要求
1.一種用于在生產線(P)上的熱處理過程中加熱物體(O)的系統(10)，包括-用于沿所述生產線(P)以輸送方向(OT)輸送物體的輸送系統(11)，-鏡設置(201，202，203，204，205，206)，包括沿所述生產線的至少一段(P)設置在相對側的第一鏡表面(21，21’，21”)和第二鏡表面(22，22’，22”)，以使得所述物體(O)可以沿所述生產線(P)在所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之間被輸送，-以及輻射設備(30)，包括用于產生光(L)的多個激光器，其中所述輻射設備(30)和所述鏡設置(201，202，203，204，205，206)被構建成使得進入所述鏡設置的光(L)的主方向(R)被引導以與所述生產線(P)成一角度地朝向所述第一鏡表面(21，21’，21”)，并且所述光(L)隨后在所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之間經歷多次反射，由此所述光(L)的多次反射系列沿所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在輸送方向(OT)上行進，或者沿所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在與所述輸送方向(OT)相反的方向上行進，并且加熱在所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之間被輸送的物體(O)。
2. 根據權利要求1的系統，其中將被加熱的物體(0)對于所產生的光(L)至少部分透明，并且所述光(L)在所述鏡表面(21， 22， 21，， 22，， 21"， 22")之間被多個物體(0)部分地吸收，同時物體(0)被輸送經過所述鏡設置(201， 202， 203， 204， 205， 206 )。
3. 根據權利要求1或2的系統，其中所述鏡設置(201， 202， 203， 2(M， 205， 206 )被構建成使得光的多次反射導致了在從光(L)進入所述鏡設置(201， 202, 203， 204, 205， 206 )的入射點(PE)起下游的光行進方向(LT)上的光(L)的預定強度分布。
4. 根據權利要求1到3中任意一個系統，其中所述鏡設置(201， 202， 203， 204， 205， 206 )被構建成使得在鏡設置(201, 202， 203, 204， 205， 206 )的單個鏡表面(22)上光線(L)的入射點(PI" PI2) 之間的距離(D)在從光(L)進入鏡設置(201， 202， 203， 204, 205， 206 )的入射點(PE)起下游的光行進方向(LT)上降低。
5. 根據權利要求1到4中任意一個系統，其中所述鏡設置(201， 202， 203， 204, 205， 206 )被構建成使得沿著從光(L)進入鏡設置(201， 202， 203， 204, 205， 206 )的入射點(PE)起下游的光行進方向(LT)，第一鏡表面(21， 21，， 21")和第二鏡表面(22， 22，， 22")在鏡設置的至少一段上彼此靠近。
6. 根據權利要求5的系統，其中第一鏡表面(21)和第二鏡表面 (22)沿著輸送方向(0T)是平面的，并且彼此成一角度。
7. 根據權利要求5的系統，其中至少一個鏡表面(21，， 21"， 22，， 22")是彎曲的，以便在從光入射點(PE)起下游的鏡表面(21，， 21"， "，，22")的至少部分朝著沿生產線(P)輸送的物體(0)向內彎曲。
8. 根據權利要求1到7中任意一個系統，其中所述鏡設置(201， 202， 203， 204， 205, 206 )被構建成使得所述進入鏡設置(201 ， 202, 203， 204, 205, 206 )的光(L )最初在從光的入射點起下游的光的第一行進方向(LT)上行進，并且在從光的入射點(PE)起下游的鏡設置(201， 202， 203， 204， 205， 206 )中的某個距離之后反轉光行進方向(LT)。
9. 根據權利要求8的系統，其中鏡設置(203， 204 )包括鏡表面區域(25， 26)，其被設置以基本上將所述光(L)以相反方向反射。
10. 根據權利要求1到9中任意一個系統，第一鏡表面(21 )和/ 或第二鏡表面(22)相對于物體的輸送方向(OT)被橫向彎曲。
11. 根據權利要求l到10中任意一個系統，其中所述鏡設置(201， 205， 206 )包括沿著所述生產線的多個級(201a, 201b， 205a， 205b， 206a, 206b)，其中每個級(201a， 201b， 205a， 205b， 206a， 206b) 包括沿著生產線(P)的一部分的第一鏡表面(21， 21，， 21")和相對的第二鏡表面(22， 22，， 22")。
12. 根據權利要求1到11中任意一個系統，其中輻射設備(30) 的至少激光器組(40)的光(L)被聚焦以將光(L)導入鏡設置(201， 205, 206 )，以便光線在鏡設置(201， 205， 206 )的光入射開口 ( 29 ) 中或其附近被聚焦。
13. 根據權利要求1到12中任意一個系統，其中輻射設備(30) 包括多個垂直腔面發射激光器(40， 50),優選地為垂直擴展腔面發射激光器(40)。
14. 一種用于在生產線(P)上的熱處理過程——優選地為熱變形過程——中加熱物體(0)的系統(10)，包括輻射設備(30),所述輻射設備包括多個用于產生紅外光(L)的垂直擴展腔面發射激光器(40)，所述輻射設備(30)相對于所述生產線(P)被構建和設置以使得紅外光(L)加熱沿生產線(P)被輸送的物體(0)。
15. —種用于在生產線(P)上的熱處理過程中加熱物體(0)的方法，-其中所述物體(0)沿著所述生產線(P)在傳輸方向(OT)上在鏡設置(201， 202， 203， 204， 205, 206 )的第一鏡表面(21， 21，， 21")和第二鏡表面(22， 22，， 22")之間被輸送，所述第一鏡表面(21， 21，， 21")和第二鏡表面(22， 22，， 22")沿所述生產線的至少一段被設置在相對側，-其中光通過輻射設備(30)的多個激光器而產生， -其中所產生的光(L)被引導進入所述鏡設置(201， 202, 203， 204， 205， 206 ),以便進入所述鏡設置的光的主方向被引導以與所述生產線(P)成一角度地朝向所述第一鏡表面(21， 21，， 21")，并且所述鏡設置(201， 202， 203， 204, 205, 206 )被構建成使得所述光 (L)隨后在所述鏡表面(21， 22， 21，， 22，， 21"， 22")之間經歷多次反射，以便所述光(L)的多次反射系列沿所述鏡表面(21， 22, 21，， 22，， 21", 22")的至少一段在輸送方向(OT)上行進，或者沿所述鏡表面(21， 22， 21，， 22，， 21", 22")的至少一段在與所述輸送方向(OT)相反的方向上行進，并且加熱在所述鏡表面(21, 22， 21，， 22，， 21"， 22")之間被輸送的物體(0)。
16. —種用于在生產線(P)上的熱處理過程一一優選地為熱變形過程一一中加熱物體(0)的方法，包括在生產線(P)中的多個級處使用多個垂直擴展腔面發射激光器產生紅外光(L)的步驟，以及將所述紅外光(L)以預定方式引導至將被加熱的物體(0)上的步驟。
全文摘要
一種用于在生產線(P)上的熱處理過程中加熱物體(O)的系統和方法(10)，包括用于沿所述生產線(P)以輸送方向(OT)輸送物體的輸送系統(11)，鏡設置(201，202，203，204，205，206)，包括沿所述生產線的至少一段(P)設置在相對側的第一鏡表面(21，21’，21”)和第二鏡表面(22，22’，22”)，以使得所述物體(O)可以沿所述生產線(P)在所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之間被輸送，以及輻射設備(30)，包括用于產生光(L)的多個激光器，從而所述輻射設備(30)和所述鏡設置(201，202，203，204，205，206)被構建成使得進入所述鏡設置的光(L)的主方向(R)被引導與所述生產線(P)成角度地朝著所述第一鏡表面(21，21’，21”)，并且所述光(L)隨后在所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之間經歷多次反射，以便所述光(L)的多次反射系列沿所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在輸送方向(OT)上行進，或者沿所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在與所述輸送方向(OT)相反的方向上行進，并且加熱在所述鏡表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之間被輸送的物體(O)。
文檔編號H01S5/183GK101563195SQ200780047105
公開日2009年10月21日申請日期2007年12月17日優先權日2006年12月19日
發明者H·莫恩克, J·拜爾, J·本戈奇, S·蒙泰克斯, U·韋克曼申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司

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