CN110304843B - 一种光纤着色固化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤着色固化装置，包括第一发光单元、第二发光单元、第三反射板、第四反射板、矩形石英管和光纤组，其中，所述第一发光单元与所述第二发光单元相对平行设置，所述第三反射板与所述第四反射板相对平行设置，所述第一发光单元、所述第三反射板、所述第二发光单元和所述第四反射板沿逆时针方向依次首尾排布，并将所述矩形石英管包覆起来；所述光纤组包括第一光纤层和第二光纤层，所述第一光纤层和所述第二光纤层平行于所述第一发光单元设置，并于所述矩形石英管的内部沿所述矩形石英管轴线方向排布。本发明通过包覆式的光反射结构与光纤错位排布方式，显著提升了光纤对UV光的利用率和生产效率。

Description

一种光纤着色固化装置

技术领域

本发明涉及光纤制造领域，特别是一种光纤着色固化装置。

背景技术

在光纤拉制工艺过程中，于拉制光纤时，需要在线涂覆两层或者两层以上的涂层，通常会涂覆一层较柔韧的内部涂层防止光纤产生微观形变，以及涂覆一层较刚性的外部涂层给光纤提供附加的保护和更好的可操作性；这些功能性涂层可以通过热固化或紫外光固化的方式固化涂覆至光纤表面。其中，光纤涂层的紫外线固化是指利用紫外线引发光纤上液态涂层材料的快速聚合交联，使其瞬时固化成固体材料，较热固化方式具有更优秀的涂覆效果，提高紫外线的强度可以减少固化时间。

关于紫外光固化方式，专利CN207088709U公开了一种智能光纤着色UV-LED固化系统，其机理在于，UV光线在光纤表面聚焦后，再经过反射镜聚焦，光纤相对出光面的正反两面均有极高的辐射照度和光线利用率，但在两侧会有相对的暗区，不利于生产速度的提高。专利CN105084783B公开了一种光纤着色固化设备，该装置能够使光纤的表面被均匀照射，但是UV光线只利用了一次就穿过光纤被吸收变成热量，降低了能量的利用率。上述两个现有方案均是用柱形透镜聚集UVLED发出的光线，再把每一个柱形透镜的聚焦光线聚焦到单根光纤上，以达到极高的辐射照度，但因光线聚焦区域狭窄，通常只能应用于单根光纤的着色固化，生产效率较低，这就亟需提出一种新的光纤着色方案用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种光纤着色固化装置，用于解决现有技术中存在的UV光能利用率低且着色效率较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光纤着色固化装置，包括第一发光单元、第二发光单元、第三反射板、第四反射板、矩形石英管和光纤组，其中，第一发光单元与第二发光单元相对平行设置，第三反射板与第四反射板相对平行设置，第一发光单元、第三反射板、第二发光单元和第四反射板沿逆时针方向依次首尾排布，并将矩形石英管包覆起来；光纤组包括第一光纤层和第二光纤层，第一光纤层和第二光纤层平行于第一发光单元设置，并于矩形石英管的内部沿矩形石英管轴线方向排布。

优选的，第一发光单元包括第一灯珠阵列和第一反射板，第一灯珠阵列设置于第一反射板靠近矩形石英管一侧；第二发光单元包括第二灯珠阵列和第二反射板，第二灯珠阵列设置于第二反射板靠近矩形石英管一侧。

优选的，第一灯珠阵列包括若干矩形灯珠模组，相邻矩形灯珠模组之间平行排布，第一灯珠阵列与第二灯珠阵列具有相同的结构组成与设置方式且相对发光。

优选的，矩形灯珠模组包括若干紫外灯珠，紫外灯珠包括紫外LED芯片、半球状石英透镜和封装硅胶层，紫外LED芯片设置于半球状石英透镜的底面空腔处，且半球状石英透镜通过封装硅胶层与第一反射板粘接。

优选的，矩形石英管的外表面均设置有高反射薄膜。

优选的，第一光纤层包括若干平行等距排布的光纤，且第一光纤层与第二光纤层具有相同设置方式；第一光纤层与第二光纤层在竖直方向的投影为等距排布方式，且投影相邻相距为第一光纤层中光纤相邻间距的一半。

优选的，该光纤着色固化装置还包括相对平行设置且结构相同的第一端部反射单元和第二端部反射单元，其中，第一端部反射单元分别同第一反射板和第二反射板垂直连接，且还分别同第三反射板和第四反射板垂直连接；第二端部反射单元分别同第一反射板和第二反射板垂直连接，且还分别同第三反射板和第四反射板垂直连接。

优选的，第一端部反射单元包括位于同一平面上的第五反射板和第六反射板，第五反射板与第六反射板之间预留有供光纤组通过的间隙；第五反射板与第一反射板垂直连接，且第五反射板分别同第三反射板和第四反射板垂直连接；第六反射板与第二反射板垂直连接，且第六反射板分别同第三反射板和第四反射板垂直连接。

优选的，第二端部反射单元包括位于同一平面上的第七反射板和第八反射板，第七反射板与第八反射板之间预留有供光纤组通过的间隙；第七反射板与第一反射板垂直连接，且第七反射板分别同第三反射板和第四反射板垂直连接；第八反射板与第二反射板垂直连接，且第八反射板分别同第三反射板和第四反射板垂直连接。

优选的，第一反射板、第二反射板、第三反射板、第四反射板、第五反射板、第六反射板、第七反射板和第八反射板均为高反射镜面铝板。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过包覆式的光反射结构与光纤错位排布方式，使UV光于反射腔中多次反射，显著提升了光纤对UV光的利用率，并可对多条光纤同时进行着色固化，使生产效率显著提高。

附图说明

图1是本发明中光纤着色固化装置一实施方式的主视结构示意图；

图2是图1中沿A-A方向的剖视图；

图3是本发明中光纤着色固化装置一实施方式的三维结构示意图；

图4是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中紫外灯珠的结构示意图；

图5是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中矩形灯珠模组的结构示意图；

图6是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中第一灯珠阵列的结构示意图；

图7是基于图1的工作光路分布渐变图；

图8是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中光纤表面光强辐照度分布曲线图：a为中央光纤表面辐照度分布曲线图，b为偏置光纤表面辐照度分布曲线图，c为边缘光纤表面辐照度分布曲线图；

图中：1：第一发光单元；11：第一灯珠阵列；111：紫外灯珠；111a：紫外LED芯片；111b：半球状石英透镜；111c：封装硅胶层；12：第一反射板；2：第二发光单元；21：第二灯珠阵列；22：第二反射板；3：第三反射板；4：第四反射板；5：矩形石英管；6：光纤组；61：第一光纤层；62：第二光纤层；7：第一端部反射单元；71：第五反射板；72：第六反射板；8：第二端部反射单元；81：第七反射板；82：第八反射板。

具体实施方式

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，均属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，图1是本发明中光纤着色固化装置一实施方式的主视结构示意图，图2是图1中沿A-A方向的剖视图，图3是本发明中光纤着色固化装置一实施方式的三维结构示意图。本发明中光纤着色固化装置包括第一发光单元1、第二发光单元2、第三反射板3、第四反射板4、矩形石英管5和光纤组6，其中，第一发光单元1与第二发光单元2相对平行设置，第三反射板3与第四反射板4相对平行设置，第一发光单元1、第三反射板3、第二发光单元2和第四反射板4沿逆时针方向依次首尾垂直排布，并将矩形石英管5包覆起来，而光纤组6沿矩形石英管5轴线方向设置于矩形石英管5内部。

具体地，对本发明中光纤着色固化装置的各个组成部分进行一一阐述。第一发光单元1包括第一灯珠阵列11和第一反射板12，第一灯珠阵列11设置于第一反射板12靠近矩形石英管5一侧；第二发光单元2包括第二灯珠阵列21和第二反射板22，第二灯珠阵列21设置于第二反射板22靠近矩形石英管5一侧；第一灯珠阵列11与第二灯珠阵列21具有相同的结构组成与设置方式且相对设置，以建立相对发光的光源。请参阅图4～6，图4是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中紫外灯珠的结构示意图，图5是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中矩形灯珠模组的结构示意图，图6是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中第一灯珠阵列的结构示意图。以第一灯珠阵列11的结构为例进行详细说明，第一灯珠阵列11包括若干矩形灯珠模组，相邻矩形灯珠模组之间平行排布，矩形灯珠模组包括若干相同大小且呈矩形均匀分布的紫外灯珠111，紫外灯珠111包括紫外LED芯片111a、半球状石英透镜111b和封装硅胶层111c，紫外LED芯片111a设置于半球状石英透镜111b的底面空腔处，且半球状石英透镜111b通过封装硅胶层111c与第一反射板12粘接，由此，紫外光由紫外LED芯片111a出产生，经半球状石英透镜111b向矩形石英管5中的光纤组6传播；而第一灯珠阵列11中，相邻矩形灯珠模组之间的间距以及单个矩形灯珠模组中每个紫外灯珠111的具体排布方式，可根据实际需求进行适应性配置，在此不作限定。

具体地，本实施方式中，矩形石英管5的外表面均设置有高反射薄膜，即靠近第一发光单元1、第三反射板3、第二发光单元2和第四反射板4一侧矩形石英管的四个外表面上均设置有高反射薄膜，其目的在于，由第一灯珠阵列11和第二灯珠阵列21所发出的紫外光穿过矩形石英管5后，在光纤组6处发生光路偏转并向远离矩形石英管5的方向传播，此时由于矩形石英管5的外表面均设置有高反射薄膜，可将向外传播的紫外光尽可能约束在矩形石英管5的内部并有利于光纤组6再次利用紫外光能量，从而使紫外光利用率显著提升。

光纤组6包括第一光纤层61和第二光纤层62，第一光纤层61和第二光纤层62平行于第一发光单元1设置，并于矩形石英管5的内部沿矩形石英管5轴线方向排布；本实施方式中，第一光纤层61包括若干平行等距排布的光纤，且第一光纤层61与第二光纤层62具有相同设置方式，第一光纤层61与第二光纤层62在竖直方向的投影为等距排布方式，且投影相邻相距为第一光纤层61中光纤相邻间距的一半，即在第一光纤层61和第二光纤层62沿竖直方向一一对应的情况下，第二光纤层62沿水平方向相对于第一光纤层61发生了半个间距长度的位移，使得第一光纤层61和第二光纤层62从竖直方向上看呈错位排布方式，而这种错位排布方式有利于第一光纤层61和第二光纤层62均能受到较好的紫外辐照效果，在保证辐照效果的基础上使同时进行着色工序的光纤数量增加，从而使工作效率显著提升。

上述光纤着色固化装置还包括相对平行设置且结构相同的第一端部反射单元7和第二端部反射单元8，其中，第一端部反射单元7分别同第一反射板12和第二反射板22垂直连接，且还分别同第三反射板3和第四反射板4垂直连接；第二端部反射单元8分别同第一反射板12和第二反射板22垂直连接，且还分别同第三反射板3和第四反射板4垂直连接。具体地，第一端部反射单元7包括位于同一平面上的第五反射板71和第六反射板72，第五反射板71与第六反射板72之间预留有供光纤组6通过的间隙，其目的在于，便于光纤组6导入矩形石英管5中，或从矩形石英管5中将光纤组6抽取出来；第五反射板71与第一反射板12垂直连接，且第五反射板71分别同第三反射板3和第四反射板4垂直连接；第六反射板72与第二反射板22垂直连接，且第六反射板72分别同第三反射板3和第四反射板4垂直连接。第二端部反射单元8包括位于同一平面上的第七反射板81和第八反射板82，第七反射板81与第八反射板82之间预留有供光纤组6通过的间隙，其目的与前述第五反射板71与第六反射板72之间预留间隙的目的相同；第七反射板81与第一反射板12垂直连接，且第七反射板81分别同第三反射板3和第四反射板4垂直连接；第八反射板82与第二反射板22垂直连接，且第八反射板82分别同第三反射板3和第四反射板4垂直连接。可以看出第一端部反射单元7和第二端部反射单元8是以镜像方式进行设置的，并同第一发光单元1、第三反射板3、第二发光单元2和第四反射板4一起排布构成矩形体的六个面，并将矩形石英管5包覆于内部，从而形成了前述光纤着色固化装置；本实施方式中，优选的，第一反射板、第二反射板、第三反射板、第四反射板、第五反射板、第六反射板、第七反射板和第八反射板均为高反射镜面铝板，其目的在于，将紫外光约束在矩形石英管5的范围内并形成均匀的辐照光场，每当光路沿远离矩形石英管5方向进行传播时，可于矩形体六个面的反射板处发生反射，将原本可能逃逸的紫外光再次发射回矩形石英管5的区域，并被光纤组6再次利用紫外光能量，从而使紫外光利用率进一步提升。

在一个具体的实施例中，选取1.1mm的紫外LED芯片与半径1.5mm的半球状石英透镜，并涂覆0.2mm的封装硅胶层将紫外灯珠封装于第一反射板12和第二反射板22上；每个矩形灯珠模组包括40个相同的紫外灯珠，以4x10的矩阵方式排布，相邻紫外灯珠之间间距为4mm；沿矩形灯珠模组的长边，将六组相同的矩形灯珠模组平行排布，形成第一发光单元1和第二发光单元2；第一光纤层61与第二光纤层62中单层光纤相邻间距为7mm，第一光纤层61与第二光纤层62的层间垂直距离为15mm，第一光纤层62相对于第一光纤层61沿水平方向发生3.5mm的错位偏移；依前述光纤着色固化装置的设置方式，选取适应大小的矩形石英管5和各反射板，进行该装置工作光路分布和光纤表面的光强辐照度进行测试分析。本实施方式的测试结果请参阅图7和图8，图7是基于图1的工作光路分布渐变图，图7中由a到d反应的是沿时间顺序对工作光路分布的状态捕捉，可以看出随着时间的推移，伴随着光线的折射和反射，工作光路逐渐均匀分布于装置的内部，表明装置内部能够形成均匀的辐照光场，并且该装置很好的将光线约束起来，避免了因光线逃逸而导致过多能量损失；图8是本发明中光纤着色固化装置一实施方式中光纤表面光强辐照度分布曲线图，以竖直方向中垂线为基准，沿该中垂线远离矩形石英管向外的方向，将该方向上的三条光纤依次称为中央光纤、偏置光纤和边缘光纤，其中，a为中央光纤表面辐照度分布曲线图，b为偏置光纤表面辐照度分布曲线图，c为边缘光纤表面辐照度分布曲线图，对比a、b、c三图可知，这三条光纤所测试出的光强辐照强度分布曲线极为相似，即说明于矩形石英管范围内的光场具有很好的均匀性，使不同位置的光纤所接收到的紫外辐照强度基本保持一致，确保了装置能够同时对多条光纤进行相同效果的着色固化，在提升工作效率的同时也保证了每条光纤的固化品质。

区别于现有技术的情况，本发明通过包覆式的光反射结构与光纤错位排布方式，使UV光于反射腔中多次反射，显著提升了光纤对UV光的利用率，并可对多条光纤同时进行着色固化，使生产效率显著提高。

需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种光纤着色固化装置，其特征在于，包括第一发光单元、第二发光单元、第三反射板、第四反射板、矩形石英管和光纤组，其中，

所述第一发光单元与所述第二发光单元相对平行设置，所述第三反射板与所述第四反射板相对平行设置，所述第一发光单元、所述第三反射板、所述第二发光单元和所述第四反射板沿逆时针方向依次首尾排布，并将所述矩形石英管包覆起来；

所述光纤组包括第一光纤层和第二光纤层，所述第一光纤层和所述第二光纤层平行于所述第一发光单元设置，并于所述矩形石英管的内部沿所述矩形石英管轴线方向排布；

所述第一发光单元包括第一灯珠阵列和第一反射板，所述第一灯珠阵列设置于所述第一反射板靠近所述矩形石英管一侧；所述第二发光单元包括第二灯珠阵列和第二反射板，所述第二灯珠阵列设置于所述第二反射板靠近所述矩形石英管一侧；

所述光纤着色固化装置还包括相对平行设置且结构相同的第一端部反射单元和第二端部反射单元，其中，所述第一端部反射单元分别同所述第一反射板和所述第二反射板垂直连接，且还分别同所述第三反射板和所述第四反射板垂直连接；所述第二端部反射单元分别同所述第一反射板和所述第二反射板垂直连接，且还分别同所述第三反射板和所述第四反射板垂直连接。

2.根据权利要求1所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述第一灯珠阵列包括若干矩形灯珠模组，相邻所述矩形灯珠模组之间平行排布，所述第一灯珠阵列与所述第二灯珠阵列具有相同的结构组成与设置方式且相对发光。

3.根据权利要求2所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述矩形灯珠模组包括若干紫外灯珠，所述紫外灯珠包括紫外LED芯片、半球状石英透镜和封装硅胶层，所述紫外LED芯片设置于所述半球状石英透镜的底面空腔处，且所述半球状石英透镜通过所述封装硅胶层与所述第一反射板粘接。

4.根据权利要求1所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述矩形石英管的外表面均设置有高反射薄膜。

5.根据权利要求1所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述第一光纤层包括若干平行等距排布的光纤，且所述第一光纤层与所述第二光纤层具有相同设置方式；

所述第一光纤层与所述第二光纤层在竖直方向的投影为等距排布方式，且投影相邻相距为所述第一光纤层中光纤相邻间距的一半。

6.根据权利要求1所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述第一端部反射单元包括位于同一平面上的第五反射板和第六反射板，所述第五反射板与所述第六反射板之间预留有供所述光纤组通过的间隙；

所述第五反射板与所述第一反射板垂直连接，且所述第五反射板分别同所述第三反射板和所述第四反射板垂直连接；

所述第六反射板与所述第二反射板垂直连接，且所述第六反射板分别同所述第三反射板和所述第四反射板垂直连接。

7.根据权利要求6所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述第二端部反射单元包括位于同一平面上的第七反射板和第八反射板，所述第七反射板与所述第八反射板之间预留有供所述光纤组通过的间隙；

所述第七反射板与所述第一反射板垂直连接，且所述第七反射板分别同所述第三反射板和所述第四反射板垂直连接；

所述第八反射板与所述第二反射板垂直连接，且所述第八反射板分别同所述第三反射板和所述第四反射板垂直连接。

8.根据权利要求7所述的光纤着色固化装置，其特征在于，所述第一反射板、所述第二反射板、所述第三反射板、所述第四反射板、所述第五反射板、所述第六反射板、所述第七反射板和所述第八反射板均为高反射镜面铝板。

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