CN101563195A - 加热生产线中的物体的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于在生产线(P)上的热处理过程中加热物体(O)的系统和方法(10)，包括：用于沿所述生产线(P)以输送方向(OT)输送物体的输送系统(11)，镜设置(201，202，203，204，205，206)，包括沿所述生产线的至少一段(P)设置在相对侧的第一镜表面(21，21’，21”)和第二镜表面(22，22’，22”)，以使得所述物体(O)可以沿所述生产线(P)在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间被输送，以及辐射设备(30)，包括用于产生光(L)的多个激光器，从而所述辐射设备(30)和所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得进入所述镜设置的光(L)的主方向(R)被引导与所述生产线(P)成角度地朝着所述第一镜表面(21，21’，21”)，并且所述光(L)随后在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间经历多次反射，以便所述光(L)的多次反射系列沿所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在输送方向(OT)上行进，或者沿所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在与所述输送方向(OT)相反的方向上行进，并且加热在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间被输送的物体(O)。

Description

加热生产线中的物体的系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及用于加热物体的系统和在生产线上的热处理过程(特别是热变形过程)中加热物体的方法。
背景技术
对于工业上的加热应用(例如热变形处理，如吹瓶、干燥、硬化、快速热处理等等)，如白炽灯或氙灯的光源直至今日已经典型地被使用。同时，IR激光二极管是最为有效的辐射源。除了辐射的高准直之外，定义明确和狭窄的波长带使得它们成为用于工业加热应用的第二代光源，这些应用中白炽灯或氙灯已经到达了它们的极限。WO2006/056673 A1中给出了激光加热方法和用于吹瓶的实际设置的概括。该文献提出激光的高功率强度以及800-1064nm的波长范围的优点，这对于PET加热是有益的，因为吸收相当低。所述优点在于所述辐射被整个体积吸收，而非仅由表皮吸收。另一方面，这需要激光多次经过PET结构。因此，在此文献中，给出了一些适用于激光光线多次经过的反射器设置，从而所述反射器设置包括两个相对的半圆形反射器表面。被引导进入该反射器设置的激光光束以星形方式围绕所述半圆形反射器表面的公共焦点在所述反射器表面之间经历多次径向反射。为了充分利用表面之间被反射的光，PET结构必须位于所述反射器设置的中央。这需要分段式处理PET结构，并且不允许连续的生产流程。另一个缺点在于这些实施例中需要的用于加热过程的激光光源是高功率激光二极管棒。在此文献中所述单个1cm长的激光棒所发射的红外功率是100W。然而高功率二级管激光棒十分昂贵。此外，极端的能量汇聚需要先进的安装和冷却技术，这又导致成本可能比原始激光二极管的成本高出十倍。
发明内容
因此，本发明的目的是提供更为经济的用于加热物体的系统和在生产线上的热处理过程中(特别是热变形处理过程中)加热物体的方法，同时允许连续的生产流程。
为此，本发明提供一种用于在生产线上的热处理过程中加热物体的系统，包括：
-用于沿所述生产线以输送方向输送物体的输送系统，
-镜设置，包括沿所述生产线的至少一段设置在相对侧的第一镜表面和第二镜表面，以使得所述物体可以沿所述生产线在所述镜表面之间被输送，
-以及辐射设备，包括用于产生光的多个激光器，
从而所述辐射设备和所述镜设置被构建成使得进入所述镜设置的光的主方向被引导以与所述生产线成一角度地朝向所述第一镜表面，并且所述光随后在所述镜表面之间经历多次反射，以便所述光的多次反射系列在输送方向上(即与所述物体一起)沿所述镜表面的至少一段行进，或者与所述输送方向相反地沿所述镜表面的至少一段行进，并且加热在所述镜之间被输送的物体。
因此，光的“主方向”应当被理解为光的大部分被辐射的方向。在光的分束情况下，主方向例如是光束的中心轴的方向。
此外，术语“光的多次反射系列”-在光以输送方向或与所述输送方向相反的方向沿所述镜表面的至少一段行进的上下文中-应当理解为光束在相同方向上沿所述镜表面的一段持续进行的两次或三次以上的连续反射，而不是在中心焦点处被来回反射，如WO 2006/056673A1的实施例中所述。本发明的上下文中的“镜表面”是基本上完全反射落在该表面上的光的任何表面。因此，下文中，术语“反射器”和“镜”被交替使用并具有相同的含义。
本发明提供一种对应的用于在生产线上的热处理过程中加热物体的方法，
-其中所述物体沿着所述生产线在镜设置的第一镜表面和第二镜表面之间被输送，所述第一镜表面和第二镜表面沿所述生产线的至少一段被设置在相对侧，
-其中光通过辐射设备的多个激光器而产生，
-其中所产生的光被引导进入所述镜设置，以便进入所述镜设置的光的主方向被引导以与所述生产线成一角度地朝向所述第一镜表面，并且所述镜设置被构建成以便所述光随后在所述镜表面之间经历多次反射，以便所述光的多次反射系列在输送方向上沿所述镜表面的至少一段行进，或者与所述输送方向相反地沿所述镜表面的至少一段行进，并且加热在所述镜之间被输送的物体。
该构造的优点在于它允许进入所述镜设置的光在连续的生产流程中被充分利用。由于对入射光的创造性地利用，可以减少辐射源的光输出-通过使用较少的高功率激光二极管棒，或者，如下所述地通过有利地使用更多的经济型低功率激光二极管。
从属权利要求以及此后的说明特别披露了本发明的优势实施例和特征。
优选地，根据本发明的系统用于加热对于所产生的光至少部分透明的物体，以便在所述物体通过所述镜设置被输送时，所述光在所述镜表面之间被多个物体部分地吸收。在这样的应用中，根据本发明的镜设置尤其有利，因为在所述光经过将被加热的物体的每次通过过程中，所述光只是部分“被使用”-即被吸收，并且由于被削弱的光束随后立即被反射至另一物体上，因此所述光的剩余能量可以被再次利用。当然，根据本发明的系统也可以用于其它类型产品的热处理，特别是当这些是通过被相对长的距离分隔开的处理链输送的产品时，以便光束可能只在先在所述镜设置中经历多次反射之后才接触物体。所述系统十分优选地用于热变形处理，例如前述PET吹瓶。
根据实际应用，可能沿所述物体的输送方向需要不同的强度分布。例如，在一种应用中，光的均匀分布辐射可能是必须的，而在另一种应用中，需要初始轻微加热，之后是光强度的稳步增加直到最终达到特定的热点。同样地，在另一种应用中，热点之后可能需要更加缓慢的冷却。因此，在优选实施例中，所述镜设置被构建成以便所述光的多次反射导致了在从光进入所述镜设置的入射点起下游的光的行进方向上对于特殊应用所期望的光的预定强度分布。因此，可以为空的镜设置(即没有物体被输送的设置)限定强度分布。“行进方向”应当理解为沿着光在所述镜表面之间以之字形方式行进的光行进的“主要方向”。下文中，该方向也被称为“光行进的整体方向”。术语“从入射点起的下游”相对于光行进的初始整体方向进行定义。它意味着当光最初在输送方向上行进时，所期望的强度分布在输送方向上从光的入射点开始发展，而在光最初在与输送方向相反的方向上行进时，强度分布相应地在相对于输送方向的光的入射点起上游形成。
在这样的实施例的特别优选的变化中，所述镜设置被构建成以便如果所述镜设置为空，则光的多次反射导致在从光的入射点起下游的光行进方向上光的强度增加。所述系统被配置成以便强度的增加将补偿由于物体吸收光而造成的强度损失。同样地，在另一优选实施例中，光强度可以随着到光入射点的距离增加而增加，从而，例如物体被逐渐加热直到它到达镜设置中的最热位置。另一方面，镜设置中的最热位置可以接近或处于光入射点。
例如，为了实现在从入射点起下游的光行进方向上光的强度增加，优选地，所述镜设置被构建成以便镜设置的单个镜表面上的光线入射点之间的距离在从进入镜设置的光的入射点起下游的光行进方向上降低。这是因为，随着沿光行进方向增加到入射点的距离，光束在镜表面之间反射，而反射之间的距离持续降低。因此，光线所行进的之字形线路变得越来越扁，即该行进线路部分沿镜表面之间的中心轴(即沿物体的输送方向)更加靠近，最终导致光强度的增加。
从而一种控制强度分布的方法是构建所述镜设置以便沿着从光进入镜设置的入射点起下游的光行进方向第一镜表面和第二镜表面在镜设置的至少一段上彼此靠近。也就是说，镜设置的镜表面以例如漏斗方式而被设置。
在第一优选实施例中，第一镜表面和第二镜表面是平面的，即沿输送方向水平并且彼此成角度。该简单的结构以简明的方式使得镜设置的各个镜表面上的光线的入射点之间的距离在从入射点起下游的光行进方向上降低。此后将参考附图对其进行详细描述。
在另一优选实施例中，至少一个镜表面是弯曲的，以便从光入射点起下游的镜表面的至少部分朝着沿生产线输送的物体向内弯曲。在其特殊优选变化中，至少一个镜表面是内凹的。在另一优选变化中，使用至少一个凸镜表面。
所述镜设置可以被构建成以便所述进入镜设置的光最初在从光的入射点起下游的第一整体方向行进，并且在从光的入射点起下游的镜设置中的某个距离之后反转光行进方向。在此构造中，已经被多次反射并且在其线路中部分地被物体吸收以便损耗强度的所述光被反转以在光的入射点方向行进回去，以便光的剩余能量被理想地利用。
这可以多种方法实现。例如，第一和第二镜表面以适当方式被定型并且相对彼此设置。后面会示出当两个平面镜表面以漏斗方式彼此成角度设置时可以实现该效果。
在替换实施例中，镜设置包括镜表面区域，其被设置以基本上将所述光以相反方向反射回去。在此情况下，所述光基本上采取沿生产线的相同路径回去，即它所行进的以抵达特定的镜表面区域的所述路径。用于此目的的特定镜表面区域可以是单独的镜，或者可以是以适当方式被弯折或者被定型的镜表面之一部分。
在镜表面分束的另一实施例中，即为了实现在从入射点起的下游的光行进方向上降低的强度分布，它们在从光入射点起的下游方向上彼此向外移动。
为了将所述光耦合进入镜设置，辐射设备的至少激光器组的光被优选地聚焦以便以所述光线被聚焦于镜设置的光入射开口或其附近的方式将光引导进入镜设置。这意味着在根据本发明的方法中，与现有技术不同，各个激光器的光没有被聚焦于它所加热的物体，而是聚焦于镜设置的入射点处。然后，利用上述途径，通过有利地反射所述光来对其进行利用，以便大部分光强度被转换成物体自身中的热能。
在许多情况下，有意义的是使用相对于输送方向没有被横向弯曲的镜表面，以便进入所述镜设置的光在除输送方向之外的方向上不经历聚焦或散焦。
这在加长物体的情况下(例如将被吹的PET瓶)是特别有利的，因为这些必须在它们的整个长度上被辐射。
因此，镜设置的光入射开口可以具有纵向开口的结构，例如缝，并且光束可以沿着物体的长度或宽度上的整个缝被聚焦。自然地，也可以获得焦点并将光入射开口实现为圆形孔。基本上，光入射开口可以以任何形状实现。然而，有利的是具有相对窄的开口以防止散射光一次又一次地通过光入射开口射出。
在另一可能的实施例中，第一镜表面和/或第二镜表面相对于物体的输送方向被横向弯曲。于是，如果设想生产线处于水平面中，则可以设想镜表面在该平面上和/或下向内弯曲。曲度量可以非常小，但是足够补偿在镜表面之间光线在其路径上的微小分束。而且，镜表面可以包括两个或多个不同的、对应于可以由适当的激光器设置实现的不同加热位(位置)的高度区。这些高度区可以具有微弱的聚焦效应，以便不同高度区的光束不能明显地融合。
此外，镜表面可以被构建成以便镜表面的曲度对于所述镜的不同分段或部分有所不同。
为了沿生产线在更长段上加热产品，镜设置优选地包括多个沿生产线的级，从而每个级沿生产线的子部分包括第一镜表面和相对的第二镜表面。所述光被引导进入这些级中的每一个。很明显，也可以引导来自激光器组的一些光束或一些光束柱通过不同的入射开口进入镜设置的级，以便获得更高的光强度。
如上已经阐述的，可以惊奇地发现当光的反射被有效利用时，不再需要使用高功率激光二极管棒。因此，在根据本发明的系统中，垂直腔面发射激光器(VCSEL)可以用作激光光源。这些激光器可以被更加经济地制造出来，并且具有的优点是它们的功率损耗更低，因为每个单独地产生较少的光输出，以便所需要的冷却实现起来比高功率激光棒更为经济。实际上，VCSEL是作为传统LED的替代品而被提出在应用中使用。例如，在WO 2004/009318A1中，描述了一种可寻址的LED阵列，其用作光固化过程中的辐射源，并且提出VCSEL可以代替LED而被使用。然而，光固化是其中在将被处理的物体上或其附近不需要太高辐射能的辐射处理过程，但是，根据本发明，通过光的合理集束及其在镜设置的利用，VCSEL也可以用于热处理过程，例如热变形，其中必须提供更高的高能量。
优选地，使用垂直扩展腔面发射激光器(VECSEL)，其是所述腔在距离实际半导体衬底一段距离处通过附加的外耦合反射器被扩展的垂直腔面发射激光器。在该实现中，可以产生激光光束，具有每个半锥角小于1°的改进的准直，以便能量强度比通常VCSEL的情况大得多。
在电信应用中这种VECSEL迄今已经被用尽以将光信号精确地注入光纤中。没想到的是，人们发现以某种方式设置在激光器阵列中的这种激光光源特别适用于在热处理过程中加热物体，所述热处理过程中需要大于1W/mm2的高能量，优选地大于2W/mm2，例如热硬化、干燥、快速热处理，并且特别在热变形处理中。因此，用于提供对上述问题的解决办法的另一方法包括使用沿着生产线的若干个级(即一个或多个级)中的多个VECSEL产生红外光，并且将其以预定模式引导至将被加热的物体。
根据本方法在热处理过程中(特别是在热变形过程中)加热生产线中物体的适当系统包括辐射设备，其包括多个用于产生红外光的垂直扩展腔面发射激光器，所述辐射设备针对所述生产线被构建和设置以便红外光加热沿生产线被输送的物体。因此辐射设备优选地包括多个VECSEL阵列。
特别地，这种具有多个VECSEL或VECSEL阵列的辐射设备的设置是有利的，当所述辐射设备被构建成以便辐射设备的至少一激光器组的光被聚焦以将光导入将被加热的物体经过其进行输送的镜设置，以便光线在镜设置的光入射孔中或其附近被聚焦。这可以通过例如单个VECSEL或VECSEL阵列的有利设置和/或利用合适的辐射设备的光学系统(例如镜、透镜、光学载体等等)来实现。
根据下面结合附图所进行的详细描述，本发明的其它目的和特征将变得显然。然而，可以理解的是，附图仅仅出于示例的目的而给出，并不限定本发明的范围。附图中，相似的附图标记通篇指代相同的元件。
附图说明
图1示出根据本发明第一实施例的系统的俯视示意图；
图2示出图1的实施例的剖面示意图；
图3示出用在根据本发明实施例中的VCSEL的剖面示意图；
图4示出用在根据本发明实施例中的VECSEL的剖面示意图；
图5示出图1的镜设置的剖面示意图以显示镜表面之间光线的反射；
图6示出图1的镜设置的另一剖面示意图以显示镜表面之间光线的反射；
图7示出根据本发明第二实施例的镜设置的俯视示意图；
图8示出根据本发明第三实施例的镜设置的俯视示意图；
图9示出根据本发明第四实施例的镜设置的俯视示意图；
图10示出根据本发明第五实施例的镜设置的俯视示意图；
图11示出根据本发明第六实施例的俯视示意图；
图12示出根据本发明第七实施例的俯视示意图；
具体实施方式
附图中物体的尺寸出于清楚的目的而有所选择，并不必然反应实际的相对尺寸。
下面，使用示例描述本发明，示例中将被加热的物体O是用于吹PET瓶的PET预型件O，因为这是本发明的优选应用，而本发明不局限于此应用。
图1和图2示出十分简单的实施例，由此图1示出具有两个连续级201a、201b的镜设置201的俯视图。从辐射设备30发出的光束L在这些级201a、201b之间被引导进入镜设置201。同样地，所述光可以相同的方式在第一级201a的开始处进入，但是这里没有示出。很明显，整个实现可以包括更多级，这样有更多所述光可以进入的位置。
镜设置201突出了每个级201a、201b的两个镜表面21、22。这里，镜表面21、22是平面并且以漏斗的形式彼此成角度。预型件O在这些镜表面21、22之间沿生产线P以输送的方向OT行进。图2示出所述设置的剖面图。这里被简单示为方块的输送系统11可以是具有钩子的传送带11，预型件O由所述钩子悬挂并且镜表面21、22之间的空间中移动，所述镜表面在垂直于图1平面的方向上是平坦的。这些镜表面21、22可以由任何合适的材料制成，所述材料在其内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，从具有辐射源32的辐射设备30发出光，辐射源32包括多个一起安装在散热器33上的VECSEL阵列34。VECSEL阵列34被设置以便激光束L在与进入镜设置201的光入射点PE相符的公共焦点处汇聚在水平面(图1的图面)中。这里该入射点PE位于镜设置201的孔缝29中。
将整个装配的焦点设置在进入镜设置201的入射点PE处而不是PET预型件O位置处具有两个优点。首先，镜设置201的孔缝29可以做得尽可能地小，以便将通过该开口缝29的任何光泄漏最小化。由于镜设置201中的许多反射，低泄漏水平是很重要的，以便可以实现高效率。第二，在PET预型件O位置处的能量分配更加均匀。此外，预型件O可以由适当构建的输送系统围绕它们的对称轴(垂直于图1的图面)旋转，从而使输入预型件O的热更加均匀。
如图2所示，各个VECSEL阵列32也在焦点处被引导在垂直面中。然而，之后光束被辐射设备30的透镜31变成平行的，以建立与孔缝29的长度对应的光带，其中该长度优选地与预型件O的高度精确对应。
这样具有的优点在于各个激光器阵列34可以被更大的距离间隔开，同时具有在镜表面21、22之间的区域中平行的光束。伴随着镜表面21、22在与图1的面垂直的方向上为平面这一事实，另一优点在于可以保持激光束相对于预型件O的高度，并且可以以不同的能量水平加热预型件O的不同部分。因此，激光器阵列32在电学上被分组并且针对所述高度而被控制，实现了对不同高度区的激光器能量的单独设定。取代透镜31，可以使用具有更高均化性的更加先进的光学系统，例如光学积分器。
在另一可能的实施例中，附图中没有示出，所述镜表面相对于物体的输送方向而横向弯曲。该实施例可以借助图2而想象出来，只是镜表面在图像面中是弯曲的而非平面的。曲度量可以非常小，但是足够补偿光线在镜表面之间的路径上的微小分束。这可以有利地使用在镜设置之中具有不同加热区的应用中，其中配置有激光器以产生具有不同强度分布的光束。这里，镜表面可以包括两个或多个不同的高度区，其表现为在边上聚焦所述光以便不同高度区的光不显著融合。
系统1可以包括检测单元，具有到系统控制的反馈，以在沿生产线P没有预型件O输送时关闭激光器开关。
将VCSEL和VECSEL用作光源适用于所述热应用。由于这些设备的最大能量大大低于高能量激光二极管棒的能量，因此需要100倍那么多的激光器。即使这样，这还是比使用高能量棒的标准方法经济得多。
如上所述，VCSEL是以晶片制成的面发射激光二极管。所发射的光束与所述晶片垂直并且每个发射体中光束的直径大约为100μm，单个的发射体尺寸例如为250μm×250μm。这意味着数万个VCSEL被制作在一个晶片上，并且因此每个发射体的成本非常低。此外，典型的0.5WIR输出VCSEL损失大约1.5W热，这在LED领域中十分标准。这意味着可以使用LED封装和冷却方法，并且这些可以比高能量激光二极管棒方法低得多的成本获得。
图3示出VCSEL51的结构，其中附加的聚焦透镜51不是VCSEL本身的部分。
衬底52由中间介质层覆盖，并且n-DBR结构53、位于驻波波腹中的增益区54和p-DBR结构55在这些之上生长。在蚀刻之后，部分结构被金属处理以实现n-触点56和p-触点57。附图中的VCSEL结构具有另外的优点在于电和热的接触只是从底侧完成。如上所述这实现了简单安装。
为了具有满意的准直光，可以在VCSEL50的前面使用微型透镜51，如图3所示。VCSEL元件出来的典型光分束为10°半锥角，允许用于准直的F2.8透镜。距离VCSEL结构例如400μm的微型透镜可以将此准直为4°光束。优选地，所述微型透镜是平凹类型的，平面侧的位置与VCSEL结构相对，以便简单安装。
为了进一步降低成本，可以使用小的VCSEL50阵列来代替单个发射体。这种阵列可以直接由晶片制得。例如，将4×4阵列(即上面给出的数量的1mm×1mm阵列)安装在结构化散热器上也是可以的。散热器的结构化必须考虑各个VCSEL50的合理接触。可以在VCSEL阵列前面使用微型透镜阵列，以便获得准直光束。优选地，所述微型透镜阵列是平凹类型的，平面侧的位置与VCSEL结构相对，以便简单安装。所述微型透镜阵列可以被制成单体。
VECSEL阵列(E指的是扩展的腔)用在附图所示示例的特别优选的实施例中。图4中示出VECSEL40的结构。正如VCSEL50的情况，衬底42被中间介质层覆盖，这些之上生长有n-DBR结构43、位于驻波波腹中的增益区44和p-DBR结构45。再次，在蚀刻之后，部分结构被金属处理以给出n-触点46和p-触点47。这里，激光器的腔通过使用简单的平面外耦合镜41而扩展，所述平面外耦合镜可以涂覆在直接位于衬底42之上的玻璃体48上。单个被涂覆玻璃体可以用于整个VECSEL阵列。
这种VECSEL40的光束准直要好于(例如1°半锥角)VCSEL50的情况。在该应用中所述改进的准直是有利的，因为它实现了更好的光L的聚焦，并且它增加了工作距离，即光源32和生产线P之间的间隔。激光光束的良好准直允许将激光器阵列32“分布”在更大面积上，同时辐射被聚焦在小面积上以供最佳加热。因此，所述设置的冷却可以被进一步简化。这在沿着瓶移动的线以及以与此垂直的方向上是可能的。
在图1和2所示的实施例中，VECSEL光束分束为1°并且从激光器阵列34到预型件O的距离为30cm，在入射点PE中焦点尺寸可以小于1cm。这给出了精确性的表现，所实现的精确性足够用于大多数应用。
如图1所示，引导激光L的光束的主方向R，以便每个光线在镜设置201中以预定角度接触与孔29相对的镜表面21，并且在镜表面21、22之间在输送方向OT上以之字形形式来回反射，因此光LT的整体行进方向与预型件O的方向相同。显然，这种设置也可以在与输送方向OT相反的方向上工作。其结果是，每个光束接触多个物体，并且每个光线的光强度被最佳地利用，因为在通过PET预型件O的单个行程中激光的吸收十分低。
镜表面21、22的特定设置确保输送方向OT中的光线随着反射的增加变得越来越密集，因为输送方向OT中的光线的矢量部分随着反射次数的增加而变小。也就是说，沿生产线轴的反射之间的距离变短，因此光线强度变高。后者十分有利，因为这可以补偿光束由于多次反射和材料的多次穿过而造成的光束衰减。
通过镜表面21、22的有利构建和角度选择，甚至可以使得光的整体行进方向反转，并且朝输送方向的相反方向返回。在该返回行程中，光束的光强度也可以被进一步利用。
下面借助图5和6描述该效应。为了简化起见，只示出在镜表面21、22之间来回反射的单个光束L。光束L由线表示。附图中，为了简单化，较低的镜表面22被看作参考平面，相对于所述参考平面计算角度。参照沿生产线P的参考平面，所述计算同样可以很好地进行。在该情况下，两个镜表面21、22与参考平面成一角度，这只会使得计算更加复杂。
对于图5中所示的角度，应用
δ＝γ+α(1a)
并且
ε＝γ-α(1b)
其中α是两个镜表面之间的角度，δ是光束入射角度，γ和ε是随后两次反射的反射角度。接下来
ε＝γ-α(2)
随着每次接下来的反射，光束到相应镜表面21、22的入射角度(以及由此生产线P与光线的端面交叉角)降低。相对于物体输送方向的光束整体行进方向因此在下面所给出的次数的反射之后被反转
δ 2 · α - - - ( 3 )
为了计算该反转点，镜表面上两个入射点之间的距离D必须被确定，参考图6。沿生产线P的预型件O的输送方向以及LT光的整体行进方向在图6中再次示意性地示出。下面的相互关系应用于图中所示的角度和距离：
tan ( δ ) = x h → h = x tan ( δ ) - - - ( 4 )
以及
sin ( α ) = h d - x → h = sin ( α ) · ( d - x ) - - - ( 5 )
接下来
x = sin ( α ) · tan ( δ ) · d 1 + sin ( α ) · tan ( δ ) - - - ( 6 )
同时
tan ( ϵ ) = y h - - - ( 7 )
接下来
y = h · tan ( ϵ ) = x · tan ( ϵ ) tan ( δ ) = x · tan ( δ - 2 · α ) tan ( δ ) - - - ( 8 )
以便将被确定的距离D由下式给出：
D = x + y = sin ( α ) · d · sin ( δ ) · cos ( δ - 2 · α ) + cos ( δ ) · sin ( δ - 2 · α ) ( cos ( δ ) + sin ( α ) · sin ( δ ) ) · cos ( δ - 2 α ) - - - ( 9 )
假设第一入射点PI1和两个镜表面21、22将相遇的交叉(有效)点之间的总体距离大约为2m，其中一个镜表面21相对于另一镜表面的倾斜角为α＝1°，并且还假设光束的第一入射角度为45°，使用迭代计算中的等式(9)，接下来光线将在大约二十二次反射之后反转它的总体方向。可以想象有效点在距第一入射点PI1大约1.40m距离处。
图7再次示意性地示出沿生产线P在镜设置201的两个镜表面21、22之间在输送方向OT上的光线L的路径。朝着反转点，光束强度增加并且光线将在某点以它来的方向反转回去，直到它再次到达镜设置201的顶端并且可以由光衰减或吸收元件24吸收。或者，这里可以使用反射元件以再次反射光线，以便它可以进一步被利用。例如，图1中所示的位于两个连续级201a、201b之间并且连接所述镜表面201a、201b的转换表面可以在它的内表面上涂覆高反射材料，以便它可以实现该功能。
图8示出镜设置202的替代变化，其中光线在下游端被外耦合并且由吸收元件23吸收。这会是有用的，例如如果激光光束已经被所加热的物体的多次穿过吸收之后，激光光束已经明显变弱。
图9示意性地示出镜设置203的变化，其中镜表面21、22被彼此平行设置。在此示例中，平面镜形式的外部镜元件25位于输送方向OT下游的镜设置203的末端，并且该平面镜元件25沿相同路径将光反射回镜设置203。或者，所述反射可以是小角度的，以便提供沿生产线对中心区域的更佳覆盖。
图10中示出这种镜设置204的相似变化。与图9的镜设置203不同，此情况下的外部镜元件26被弯曲，以便补偿在经历镜设置204中的多次反射之后激光光束的实际上不可避免的分束。
代替平面镜表面21、22，可以使用弯曲镜表面21’、22’、21”、22”。这示意性地示于图11和12中。图11示出镜表面21’、22’的设置，镜表面21’、22’以内凹方式在它们的下游末端处向内弯曲，以便提供某种强度分配。图12示出镜设置205的另一变化，其中21”、22”在上游末端处改为向外弯曲。最为有利的设置将取决于应用以及相应优选的沿生产线P的强度分布。
虽然已经以优选实施例的形式描述了本发明及其变化，但是可以理解的是可以对其进行多种补充修改和变化，而不脱离本发明的范围。例如，各个激光器或激光器阵列的光可以被耦合进入光纤，然后，所述光纤被用作用于加热应用的源。该设置允许将激光器安装在远处位置的大面积上，这简化了传统技术的热扩散和冷却。
虽然主要参考吹瓶机械中的应用，但是许多其它应用可以从这里所述的本发明中获益，如干燥、硬化、快速热处理。为了简化起见，也可以理解的是说明书通篇使用的“一”或“一个”不排除多个，“包括”不排除其它步骤或元件。

Claims (16)

1.一种用于在生产线(P)上的热处理过程中加热物体(O)的系统(10)，包括：
-用于沿所述生产线(P)以输送方向(OT)输送物体的输送系统(11)，
-镜设置(201，202，203，204，205，206)，包括沿所述生产线的至少一段(P)设置在相对侧的第一镜表面(21，21’，21”)和第二镜表面(22，22’，22”)，以使得所述物体(O)可以沿所述生产线(P)在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间被输送，
-以及辐射设备(30)，包括用于产生光(L)的多个激光器，
其中所述辐射设备(30)和所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得进入所述镜设置的光(L)的主方向(R)被引导以与所述生产线(P)成一角度地朝向所述第一镜表面(21，21’，21”)，并且所述光(L)随后在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间经历多次反射，由此所述光(L)的多次反射系列沿所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在输送方向(OT)上行进，或者沿所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在与所述输送方向(OT)相反的方向上行进，并且加热在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间被输送的物体(O)。
2.根据权利要求1的系统，其中将被加热的物体(O)对于所产生的光(L)至少部分透明，并且所述光(L)在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间被多个物体(O)部分地吸收，同时物体(O)被输送经过所述镜设置(201，202，203，204，205，206)。
3.根据权利要求1或2的系统，其中所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得光的多次反射导致了在从光(L)进入所述镜设置(201，202，203，204，205，206)的入射点(PE)起下游的光行进方向(LT)上的光(L)的预定强度分布。
4.根据权利要求1到3中任意一个系统，其中所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得在镜设置(201，202，203，204，205，206)的单个镜表面(22)上光线(L)的入射点(PI1，PI2)之间的距离(D)在从光(L)进入镜设置(201，202，203，204，205，206)的入射点(PE)起下游的光行进方向(LT)上降低。
5.根据权利要求1到4中任意一个系统，其中所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得沿着从光(L)进入镜设置(201，202，203，204，205，206)的入射点(PE)起下游的光行进方向(LT)，第一镜表面(21，21’，21”)和第二镜表面(22，22’，22”)在镜设置的至少一段上彼此靠近。
6.根据权利要求5的系统，其中第一镜表面(21)和第二镜表面(22)沿着输送方向(OT)是平面的，并且彼此成一角度。
7.根据权利要求5的系统，其中至少一个镜表面(21’，21”，22’，22”)是弯曲的，以便在从光入射点(PE)起下游的镜表面(21’，21”，22’，22”)的至少部分朝着沿生产线(P)输送的物体(O)向内弯曲。
8.根据权利要求1到7中任意一个系统，其中所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得所述进入镜设置(201，202，203，204，205，206)的光(L)最初在从光的入射点起下游的光的第一行进方向(LT)上行进，并且在从光的入射点(PE)起下游的镜设置(201，202，203，204，205，206)中的某个距离之后反转光行进方向(LT)。
9.根据权利要求8的系统，其中镜设置(203，204)包括镜表面区域(25，26)，其被设置以基本上将所述光(L)以相反方向反射。
10.根据权利要求1到9中任意一个系统，第一镜表面(21)和/或第二镜表面(22)相对于物体的输送方向(OT)被横向弯曲。
11.根据权利要求1到10中任意一个系统，其中所述镜设置(201，205，206)包括沿着所述生产线的多个级(201a，201b，205a，205b，206a，206b)，其中每个级(201a，201b，205a，205b，206a，206b)包括沿着生产线(P)的一部分的第一镜表面(21，21’，21”)和相对的第二镜表面(22，22’，22”)。
12.根据权利要求1到11中任意一个系统，其中辐射设备(30)的至少激光器组(40)的光(L)被聚焦以将光(L)导入镜设置(201，205，206)，以便光线在镜设置(201，205，206)的光入射开口(29)中或其附近被聚焦。
13.根据权利要求1到12中任意一个系统，其中辐射设备(30)包括多个垂直腔面发射激光器(40，50)，优选地为垂直扩展腔面发射激光器(40)。
14.一种用于在生产线(P)上的热处理过程——优选地为热变形过程——中加热物体(O)的系统(10)，包括辐射设备(30)，所述辐射设备包括多个用于产生红外光(L)的垂直扩展腔面发射激光器(40)，所述辐射设备(30)相对于所述生产线(P)被构建和设置以使得红外光(L)加热沿生产线(P)被输送的物体(O)。
15.一种用于在生产线(P)上的热处理过程中加热物体(O)的方法，
-其中所述物体(O)沿着所述生产线(P)在传输方向(OT)上在镜设置(201，202，203，204，205，206)的第一镜表面(21，21’，21”)和第二镜表面(22，22’，22”)之间被输送，所述第一镜表面(21，21’，21”)和第二镜表面(22，22’，22”)沿所述生产线的至少一段被设置在相对侧，
-其中光通过辐射设备(30)的多个激光器而产生，
-其中所产生的光(L)被引导进入所述镜设置(201，202，203，204，205，206)，以便进入所述镜设置的光的主方向被引导以与所述生产线(P)成一角度地朝向所述第一镜表面(21，21’，21”)，并且所述镜设置(201，202，203，204，205，206)被构建成使得所述光(L)随后在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间经历多次反射，以便所述光(L)的多次反射系列沿所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在输送方向(OT)上行进，或者沿所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)的至少一段在与所述输送方向(OT)相反的方向上行进，并且加热在所述镜表面(21，22，21’，22’，21”，22”)之间被输送的物体(O)。
16.一种用于在生产线(P)上的热处理过程——优选地为热变形过程——中加热物体(O)的方法，包括在生产线(P)中的多个级处使用多个垂直扩展腔面发射激光器产生红外光(L)的步骤，以及将所述红外光(L)以预定方式引导至将被加热的物体(O)上的步骤。
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