CN107415458A - 一种智能光纤着色leduv固化系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能光纤着色LEDUV固化系统，可包括：至少一组LEDUV光源模组；用于对所述至少一组LEDUV光源模组进行散热的散热水冷系统；用于填充氮气对被固化物品进行保护的氮气环绕保护系统；用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上的光学平行汇聚系统；用于将所述被固化物品周围分散的紫外光线反射汇聚于所述被固化物品的反射光学系统；以及，用于单独控制任一组LEDUV光源模组的开关和功率，以及控制所述散热水冷系统的散热温度的LEDUV固化操作系统。本发明实施例技术方案，可以克服汞灯固化带来的缺陷，提高固化效率，且安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及光固化技术领域，具体涉及一种智能光纤着色LEDUV固化系统及装置。
背景技术
随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）的技术发展，越来越多的领域用到LED，LED 的优势很多，节能、环保是最大的优势。LED除了在照明领域的应用外，很多特别的领域也得到了很广泛的应用。特别是在紫外光（Ultraviolet Rays，UV）领域LED的应用也越来越得到重视。
在光纤光缆着色技术领域，目前市场上的光纤光缆着色UV固化，仍属于传统汞灯固化UV光纤光缆着色油墨。由于传统汞灯的功率大非常耗电、损耗强、使用寿命短（800小时-1500小时）、耗材贵、固化光纤光缆着色UV油墨时会产生VOCs排放到空气中，还会产生臭氧影响人体健康，并且利用完后的汞灯对生态环境具有一定的汞污染，1mg的水银会污染360吨的水资源。
发明内容
本发明实施例提供一种智能光纤着色LEDUV固化系统，用LEDUV替代传统汞灯进行UV固化，以克服汞灯固化带来的缺陷，提高固化效率，确保安全环保。
为解决上述问题，本发明实施例采用如下技术方案：
第一方面，提供一种智能光纤着色LEDUV固化系统，可包括：
至少一组LEDUV光源模组；
用于对所述至少一组LEDUV光源模组进行散热的散热水冷系统；
用于填充氮气对被固化物品进行保护的氮气环绕保护系统；
用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上的光学平行汇聚系统；
用于将所述被固化物品周围分散的紫外光线反射汇聚于所述被固化物品的反射光学系统；以及，
用于单独控制任一组LEDUV光源模组的开关和功率，以及控制所述散热水冷系统的散热温度的LEDUV固化操作系统。
一种实现方式中，所述被固化物品是以一定速度传动通过所述氮气环绕保护系统的线缆状物品，包括光纤光缆。
一种实现方式中，所述氮气环绕保护系统包括紫外光线透过率95%以上的石英管和氮气排放系统，所述被固化物品从所述石英管中穿入且穿过，所述氮气排放系统控制氮气从所述石英管的一端充入并从另一端排出，制造出无氧环境。
一种实现方式中，所述反射光学系统包括紫外光线反光率95%以上的U型反光面，所述石英管位于所述光学平行汇聚系统和所述反射光学系统之间，所述被固化物品周围分散的紫外光线经所述U型反光面反射汇聚于所述被固化物品。
一种实现方式中，所述LEDUV固化操作系统，还用于控制所述被固化物品的传动速度。
一种实现方式中，所述LEDUV固化操作系统，还用于监控所述散热水冷系统的水位，在所述水位低于预设位置时控制所述散热水冷系统补水；以及用于对所述散热水冷系统进行回流水监控。
一种实现方式中，所述光学平行汇聚系统，还用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的多种波段的紫外光线混合到同一条光带上。
一种实现方式中，所述至少一组LEDUV光源模组和所述光学平行汇聚系统位于所述被固化物品的上方，所述反射光学系统位于所述被固化物品的下方；或者，所述至少一组LEDUV光源模组和所述光学平行汇聚系统位于所述被固化物品的下方，所述反射光学系统位于所述被固化物品的上方。
一种实现方式中，所述LEDUV固化操作系统包括单片机和可编程逻辑控制器PLC。
一种实现方式中，所述至少一组LEDUV光源模组，所述散热水冷系统，所述氮气环绕保护系统，所述光学平行汇聚系统，所述反射光学系统，以及，所述LEDUV固化操作系统，构成一套固化模块；所述智能光纤着色LEDUV固化系统由一套或多套所述固化模块组合而成。
第二方面还提供一种包括如上所述智能光纤着色LEDUV固化系统的装置。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
使用匹配光引发剂的油墨情况下，用LEDUV固化系统固化光纤光缆等被固化物品上的着色油墨，能够克服汞灯固化带来的多种缺陷：并且，相对于传统汞灯固化，节省电能70%-85%，起到了高效节能的效果； LED使用寿命在20000小时以上，对比传统的800-1500小时的汞灯寿命来说，也体现出低维护低耗材费的效果；LEDUV采用半导体放光，不像传统汞灯内含有水银，废品处理、运输非常麻烦，稍有不慎对环境造成严重的污染。
利用氮气环绕保护系统制造无氧环境，不产生臭氧有害气体，并可进一步提高固化效率；利用光学平行汇聚系统对紫外光线进行汇聚，可以提高固化效率；利用反射光学系统对分散的紫外光线进行反射汇聚，提高效率的同时，防止紫外光线外泄，避免对环境和人体产生损伤；利用LEDUV固化操作系统进行精确控制，提高效率，减少能耗，提高安全性和可靠性；可使用紫外光365nm以上波段，固化时不会产生VOCs物质，不对生产环境和生态环境带来污染，对人体无害；固化速度可达到数千米每分钟，优选实施例中可达到2500~3500米/分钟。
总之，本发明实施例技术方案，克服了汞灯固化带来的缺陷，以及目前市场上的简单的LEDUV直接照射被固化物的简单装置的缺陷，具有能耗小，损耗少，寿命长，耗材便宜，安全环保，不损害人体健康，固化效率高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例和现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的智能光纤着色LEDUV固化系统的主视图；
图2是本发明实施例提供的智能光纤着色LEDUV固化系统的侧视图；
图3是本发明实施例提供的智能光纤着色LEDUV固化系统的俯视图；
图4是本发明实施例中多套固化模块组合使用的主视图；
图5是本发明实施例中多套固化模块组合使用的侧视图；
图6是本发明实施例中LEDUV固化操作系统的电路原理图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面通过具体实施例，分别进行详细的说明。
如背景技术部分所述，现有的光纤光缆着色UV固化，仍属于传统汞灯固化，而汞灯固化技术存在诸多技术缺陷，例如能耗大，损耗多，寿命短，耗材贵，不环保，影响人体健康等，产生的臭氧会对人体造成咽喉肿痛、胸闷咳嗽、引发支气管炎和肺气肿；神经中毒，头晕头痛、视力下降、记忆力衰退；皮肤起皱、出现黑斑；破坏人体的免疫机能等；且光衰严重，需要不断地调整固化速度来匹配光的衰减，大大降低效率和增加产品不良率。。
为解决这些问题，本发明实施例考虑在不改变光纤光缆等被固化物品采用的着色油墨的前提下，采用LEDUV来代替传统汞灯，进行UV固化，并且提高固化效率，争取达到将固化速度提高到数千米/分钟以上。
请参考图1至图3，本发明实施例提供一种智能光纤着色LEDUV固化系统，该系统可包括：至少一组LEDUV光源模组，散热水冷系统11，氮气环绕保护系统12，光学平行汇聚系统13，反射光学系统14，以及，LEDUV固化操作系统；其中，LEDUV光源模组和LEDUV固化操作系统未在图中示出。
所述散热水冷系统11，用于对所述至少一组LEDUV光源模组进行散热；
所述氮气环绕保护系统12，用于填充氮气对被固化物品10进行保护；
所述光学平行汇聚系统13，用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品10上；
所述反射光学系统14，用于将所述被固化物品10周围分散的紫外光线反射汇聚于所述被固化物品10；
所述LEDUV固化操作系统，用于单独控制任一组LEDUV光源模组的开关和功率，以及控制所述散热水冷系统的散热温度。
容易理解，以上的至少一组LEDUV光源模组，可被分别单组控制、单组更换和维护。
本发明实施例中，优选的，所述被固化物品10是以一定速度传动的线缆状物品，例如光纤光缆等。本文中以光纤光缆为例。本发明实施例中，光纤光缆是高速传动的，可以每分钟几千米的速度经过紫外光线照射而进行着色固化。
本发明实施例中，所述氮气环绕保护系统12可包括紫外光线透过率95%以上的石英管121和氮气排放系统，所述被固化物品10从所述石英管121中穿入且穿过，所述氮气排放系统控制氮气从所述石英管121的一端充入并从另一端排出，在所述石英管121中制造出无氧环境。
本发明实施例中，所述反射光学系统14可包括紫外光线反光率95%以上的U型反光面141，所述石英管121位于所述光学平行汇聚系统13和所述反射光学系统14的U型反光面141之间，所述被固化物品10周围分散的紫外光线经所述U型反光面141反射汇聚于所述被固化物品10。特制的U型反光面141位于距离石英管一定距离的位置，该距离根据汇聚光线的位置测算。U型反光面141的高度，即相对于被固化物品的距离，是可调的。
本发明实施例中，所述LEDUV固化操作系统，还可用于控制所述被固化物品10的传动速度。
本发明实施例中，所述LEDUV固化操作系统，还可用于监控所述散热水冷系统11的水位，在所述水位低于预设位置时控制所述散热水冷系统11补水；以及用于对所述散热水冷系统11进行回流水监控。
本发明实施例中，所述光学平行汇聚系统13，还用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的多种波段的紫外光线混合到同一条光带上。
本发明实施例中，所述至少一组LEDUV光源模组和所述光学平行汇聚系统12位于所述被固化物品10的上方，所述反射光学系统14位于所述被固化物品10的下方；或者，反之：所述至少一组LEDUV光源模组和所述光学平行汇聚系统12位于所述被固化物品10的下方，所述反射光学系统14位于所述被固化物品10的上方。
本发明实施例中，所述LEDUV固化操作系统可包括单片机和可编程逻辑控制器PLC。
本发明实施例中，如图4和图5所示，所述至少一组LEDUV光源模组，所述散热水冷系统，所述氮气环绕保护系统，所述光学平行汇聚系统，所述反射光学系统，以及，所述LEDUV固化操作系统，可构成一套固化模块；所述智能光纤着色LEDUV固化系统可由一套或多套所述固化模块组合而成。
下面，继续对本发明实施例智能光纤着色LEDUV固化系统所包括的各个模组做进一步补充说明。
氮气环绕保护系统12：
可以在固化前，充入氮气，制造出无氧环境。对光纤丝的表面进行氮气环绕保护，提高光固化效率。且在光固化反应时，绝不产生臭氧等有害物质。
该系统可以采用紫光透光率在95以上甚至98%以上的特制的石英管，该石英管内充氮气，且氮气从一端进入，另外一端出来，确保石英管内始终被氮气填充，始终是无氧环境。
光学平行汇聚系统13：
该系统包括一组光透镜131，可以将LEDUV光源模组发出无方向的紫外光线汇聚成一条细线或者说一条光带，并把LEDUV发出的紫外光线的多个波段综合，使其在一条光线上有多种波段；这样的一条混合多个波段的紫外光带作用于被固化物品——快速传动的光纤或其它被着色件，可大幅提高光固化的效率。需要说明的是，该光学平行护具系统13，是先平行光后汇聚光，使无方向的光线，汇聚成一条光带；然后根据被固化物的直径大小，而设计光带的宽度。
反射光学系统14：
由于紫外光的泄露，会对人体带来一定的损伤。所以加入了紫外光高强度反射光学系统，使LEDUV光达到0漏光的效果，并且二次利用了紫外光辐射能量，极大的提高了光固化效率。
该系统的U型反光面，可以是特殊金属材质制成的反光率达到98%以上的U型反光面，用于将经过被固化物品后分散的光线，再次反射汇聚于被固化物品，形成多面反复照射，提高固化效果，节约能源成本。反射系统的反射面高度可调；根据反射需求设置反光面曲率，与待固化片物品的距离可调。
LEDUV固化操作系统：
智能的LEDUV固化操作系统可以使LEDUV的光功率随固化速度的变化而变化，从而更加的节能。每一个LEDUV光源模组，都可以被单独控制，并且功率可以自由调整。由于LEDUV的功率属于大功率输出，采用的是水冷系统散热， LEDUV固化操作系统就可以有效的控制水冷系统的散热温度，使LEDUV的能量输出更加稳定。LEDUV固化操作系统具有智能补水功能，当散热水冷系统的压缩机不断工作，消耗循环水，即使水蒸发，但只要达到了智能系统所感应水位，便能自动补水，不用人工的频繁监视水位。智能系统还带有回流水监控，当人为的操作不当，或者水冷系统出现故障。一定时间例如15秒内智能系统的保护系统措施便会启动，即使在无人监控的环境下出现了问题，也能立即保护LEDUV光源和生产线生产，以免带来更大的损失。如图6所示，是一些实施例中所述LEDUV固化操作系统的电路原理图。
本发明实施例技术方案中，分“从下往上照，从上往下反射”和“从上往下照，从下往上反射”两种模式；且根据被固化的油墨特性和传动速度，可以多个固化模块组合，单个模块，2个模块，至N个模块组合；多模块连接时，可使用套筒连接；一个固化模块可包括多组例如10组LEDUV光源组；单个光源组可以单独控制和开关闭；每个光源组都可以设置控制10~100%的光能量输出。
LEDUV固化操作系统的温控系统，可设置温度达到第一温度例如40℃则报警，超过更高的第二温度例如45℃则自动减低光照度输出或关机，以保护固化模块系统，并且可以连接传动系统，同时停止材料供给，避免废料产生。
散热水冷系统因水损耗，自动补水系统，进水口接固定的过滤的纯净水即可；补回水系统，检测到没有回水时，可自动报警并进入停机控制系统。
以上所述的控制可以结合单片机和PLC控制系统，水冷部分可使用单片机控制，固化部分可使用PLC控制，可以手动设置控制，也可以接到其他系统的PLC上联动远程控制，实现手动和自动控制双控制系统。
本发明实施例还提供包括如上所述智能光纤着色LEDUV固化系统的装置。
以上，本发明实施例公开了一种智能光纤着色LEDUV固化系统及装置，取得的有益效果如下：
本发明技术方案相对于传统汞灯固化光纤光缆着色UV油墨，可节省原本损耗电能70%-85%，起到了高效节能的效果；并且LED使用寿命在20000小时以上，对比传统的汞灯800-1500小时的寿命来说，也体现出低维护低耗材费的效果。
本发明技术方案对于环境来说，具有更大的意义：由于采用半导体放光，不像传统汞灯内含有水银，废品处理、运输非常麻烦，稍有不慎对环境造成严重的污染，所以，本发明即使使用寿命过了，也不会对环境带来一点污染。
本发明技术方案在固化光纤光缆着色UV油墨时，由于本发明优选使用紫外光365nm以上波段，所以固化时不会产生VOCs物质，不对生产环境和生态环境带来污染，对人体无害。
总之，本发明实施例技术方案，克服了汞灯固化带来的缺陷，具有能耗小，损耗少，寿命长，耗材便宜，安全环保，不损害人体健康，固化效率高等优点。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，包括：
至少一组LEDUV光源模组；
用于对所述至少一组LEDUV光源模组进行散热的散热水冷系统；
用于填充氮气对被固化物品进行保护的氮气环绕保护系统；
用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的紫外光线，汇聚成一条光带，作用在所述被固化物品上的光学平行汇聚系统；
用于将所述被固化物品周围分散的紫外光线反射汇聚于所述被固化物品的反射光学系统；以及，
用于单独控制任一组LEDUV光源模组的开关和功率，以及控制所述散热水冷系统的散热温度的LEDUV固化操作系统。
2.根据权利要求1所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述被固化物品是以一定速度传动通过所述氮气环绕保护系统的线缆状物品，包括光纤光缆。
3.根据权利要求2所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述氮气环绕保护系统包括紫外光线透过率95%以上的石英管和氮气排放系统，所述被固化物品从所述石英管中穿入且穿过，所述氮气排放系统控制氮气从所述石英管的一端充入并从另一端排出，制造出无氧环境。
4.根据权利要求3所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述反射光学系统包括紫外光线反光率95%以上的U型反光面，所述石英管位于所述光学平行汇聚系统和所述反射光学系统之间，所述被固化物品周围分散的紫外光线经所述U型反光面反射汇聚于所述被固化物品。
5.根据权利要求2所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述LEDUV固化操作系统，还用于控制所述被固化物品的传动速度。
6.根据权利要求2所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述LEDUV固化操作系统，还用于监控所述散热水冷系统的水位，在所述水位低于预设位置时控制所述散热水冷系统补水；以及用于对所述散热水冷系统进行回流水监控。
7.根据权利要求1至6任一所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述光学平行汇聚系统，还用于将所述至少一组LEDUV光源模组发出的多种波段的紫外光线混合到同一条光带上。
8.根据权利要求1至6任一所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述至少一组LEDUV光源模组和所述光学平行汇聚系统位于所述被固化物品的上方，所述反射光学系统位于所述被固化物品的下方；或者，
所述至少一组LEDUV光源模组和所述光学平行汇聚系统位于所述被固化物品的下方，所述反射光学系统位于所述被固化物品的上方。
9.根据权利要求1至6所述的智能光纤着色LEDUV固化系统，其特征在于，
所述至少一组LEDUV光源模组，所述散热水冷系统，所述氮气环绕保护系统，所述光学平行汇聚系统，所述反射光学系统，以及，所述LEDUV固化操作系统，构成一套固化模块；所述智能光纤着色LEDUV固化系统由一套或多套所述固化模块组合而成。
10.一种包括如权利要求1所述的智能光纤着色LEDUV固化系统的装置。
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