CN111097674B - 一种线缆交联固化紫外光源装置 - Google Patents

一种线缆交联固化紫外光源装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种线缆交联固化紫外光源装置，包括八个紫外光源单元，八个所述紫外光源单元均匀环设于线缆四周，与所述线缆的距离相等，且相互平行排布；沿所述线缆轴线垂直面方向，相邻所述紫外光源单元之间均间隔45°，且所述紫外光源单元的出光端均指向所述线缆。本发明提供了一种线缆交联固化紫外光源装置，通过紫外光源特定排布方式，使装置能够满足1～40mm较大尺寸线缆的交联固化，且线缆所在区域的辐照度分布大于90％，辐照强度显著提高。

Description

一种线缆交联固化紫外光源装置
技术领域
本发明涉及紫外固化领域，特别是一种线缆交联固化紫外光源装置。
背景技术
在光纤拉制工艺过程中，于拉制光纤时，需要在线涂覆多层功能性涂层，一方面能够较软性的涂层防止光纤发生微观形变，另一方面较刚性的涂层能够给光纤提供附加的保护和更好的可操作性。关于线缆交联固化工艺通常有滑雪教练和物理交联两种方式，其中的物理交联工艺使用高能电子束加速器对线缆表面辐照扫描，使交联剂产生交联反应，形成稳定的绝缘层。但是电子束交联工艺的设备价格昂贵，需要大量的防护设施，大量的定制与安装时间都限制了该工艺的大批量生产实用；现使用UV辐照的工艺取代传统的电子束辐照的工艺，高能量的光子使交联剂发生交联反应，达到电子束辐照工艺的效果，却大幅降低了设备成本和使用难度。
专利CN201920178119.6中公开了一种用于线缆固化的紫外照射装置，其包括环绕一指定区域设置的复数个紫外光源单元件和复数个反射镜组件，所述紫外光源单元件与反射镜组件依次交替设置，所述紫外光源单元件的出光端与反射镜组件的反光面均朝向该指定区域；当被照射物被置于该指定区域内时，任一所述紫外光源单元件发出的部分紫外光线能够直接射入所述被照射物的第一区域，另一部分紫外光线能够被至少一反射组件反射至被照射物内除第一区域之外的区域。该实用新型中通过三路交替式直照和交替间隔式反射辐照，以达到线缆表面均匀固化的效果；在实际实施过程中，该方案对于直径小于1mm的线缆例如光纤可正常使用，但对于直径大于1mm的线缆，例如电缆，则不能提供均匀辐照，从而无法对较大直径的线缆进行均匀固化。故需要提出一种新的线缆交联固化装置用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种线缆交联固化紫外光源装置，用于解决现有技术中的紫外照射装置无法对较大直径的线缆进行均匀固化的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种线缆交联固化紫外光源装置，包括八个紫外光源单元，八个紫外光源单元均匀环设于线缆四周，与线缆的距离相等，且相互平行排布；沿线缆轴线垂直面方向，相邻紫外光源单元之间均间隔45°，且紫外光源单元的出光端均指向线缆。
其中，对直径为1～10mm的线缆进行固化辐照时，紫外光源单元均包括灯珠封装模组和二级圆柱透镜，二级圆柱透镜设置于灯珠封装模组与线缆之间，且二级圆柱透镜位于靠近灯珠封装模组出光端处；灯珠封装模组和二级圆柱透镜分别到线缆的距离，与线缆的直径尺寸相适应。
其中，灯珠封装模组包括紫外LED芯片和一级圆柱透镜，一级圆柱透镜沿垂直于线缆轴线方向的截面呈四分之三圆周状；紫外LED芯片镶嵌于一级圆柱透镜的平面处中央，并设置于一级圆柱透镜远离二级圆柱透镜一侧。
其中，紫外LED芯片、一级圆柱透镜和二级圆柱透镜均平行排布，且二级圆柱透镜的半径大于一级圆柱透镜的半径。
其中，LED芯片尺寸为1.1～1.3mm，一级圆柱透镜的半径为2mm，二级圆柱透镜的半径为9mm。
其中，紫外LED芯片发出的光经一级圆柱透镜后的出光角度为46～54°，紫外LED芯片发出的光依次经一级圆柱透镜和二级圆柱透镜后的出光角度为8～12°。
其中，对直径为10～40mm的线缆进行固化辐照时，紫外光源单元均包括灯珠封装模组。
其中，对直径为10～40mm的线缆进行固化辐照时，紫外光源单元均包括灯珠封装模组，灯珠封装模组包括紫外LED芯片和一级圆柱透镜，一级圆柱透镜沿垂直于线缆轴线方向的截面呈四分之三圆周状；紫外LED芯片镶嵌于一级圆柱透镜的平面处中央，并设置于一级圆柱透镜远离线缆一侧；灯珠封装模组到线缆之间的距离，与线缆的直径尺寸相适应。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种线缆交联固化紫外光源装置，通过紫外光源特定排布方式，使装置能够满足1～40mm较大尺寸线缆的交联固化，且线缆所在区域的辐照度分布大于90％，辐照强度显著提高。
附图说明
图1是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的立体结构图；
图2是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的截面结构图；
图3是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的紫外光源单元结构图；
图4是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆有效出光角度准直前后对比图：a为准直前的有效出光角度，b为准直后的有效出光角度；
图5是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的光路分布图；
图6是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的辐照度分布图：a为线缆表面圆周10mm直径的辐照度分布图，b为线缆表面圆周15mm直径的辐照度分布图；
图7是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的立体结构图；
图8是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的截面结构图；
图9是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的光路分布图；
图10是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的辐照度分布图：a为线缆表面圆周40mm直径的辐照度分布图，b为线缆表面圆周45mm直径的辐照度分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
本发明提供了一种线缆交联固化紫外光源装置，包括八个紫外光源单元，八个紫外光源单元均匀环设于线缆四周，与线缆的距离相等，且相互平行排布；沿线缆轴线垂直面方向，相邻紫外光源单元之间均间隔45°，且紫外光源单元的出光端均指向线缆，使线缆的圆周面上形成均匀的辐照带；下面针对不同直径尺寸的线缆对该线缆交联固化紫外光源装置的具体设置方式进行详细描述。
对于直径为1～10mm的线缆进行固化辐照的情况，请参阅图1～3，图1是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的立体结构图，图2是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的截面结构图，图3是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的紫外光源单元结构图。此时，紫外光源单元均包括灯珠封装模组1和二级圆柱透镜2，每一灯珠封装模组1均有一个二级圆柱透镜2与之对应，二级圆柱透镜2设置于灯珠封装模组1与线缆3之间，且二级圆柱透镜2位于靠近灯珠封装模组1出光端处；灯珠封装模组1和二级圆柱透镜2分别到线缆3的距离，与线缆3的直径尺寸相适应，可根据实际所需加工的线缆尺寸进行距离的适应性设置，在此不作限定。
具体地，灯珠封装模组1包括紫外LED芯片11和一级圆柱透镜12，一级圆柱透镜12沿垂直于线缆3轴线方向的截面呈四分之三圆周状；紫外LED芯片11镶嵌于一级圆柱透镜12的平面处中央，并设置于一级圆柱透镜12远离二级圆柱透镜2一侧；紫外LED芯片11、一级圆柱透镜12和二级圆柱透镜2均平行排布，且二级圆柱透镜2的半径大于一级圆柱透镜12的半径。本实施方式中，优选的LED芯片尺寸为1.1～1.3mm，一级圆柱透镜的半径为2mm，二级圆柱透镜的半径为9mm，在其他实施方式中，可根据实际情况进行适应性选择，在此不作限定。
请参阅图4，图4是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆有效出光角度准直前后对比图：a为准直前的有效出光角度，b为准直后的有效出光角度。由于二级圆柱透镜2设置于一级圆柱透镜12与线缆3之间，其作用在于，对灯珠封装模组1所发出的光进行准直和收束，以保证线缆表面所受辐照的均匀性，由图4可以看出紫外LED芯片发出的光经一级圆柱透镜后的出光角度为46～54°，紫外LED芯片发出的光依次经一级圆柱透镜和二级圆柱透镜后的出光角度为8～12°，引入二级圆柱透镜2后使有效出光角度得到了很好的收束。
进一步地，对直径为1～10mm的线缆在上述装置下进行固化辐照的情况进行测试分析，请参阅图5和图6，图5是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的光路分布图，图6是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对1～10mm线缆的辐照度分布图：a为线缆表面圆周10mm直径的辐照度分布图，b为线缆表面圆周15mm直径的辐照度分布图。由于线缆在实际加工过程中，会存在5mm的幅度抖动，故选择了10mm和15mm两组线缆进行对比测试；本实施方式中，测试时灯珠封装模组所围成的圆周直径为120mm，综合图5和图6可以看出，线缆所在区域的辐照度分布均匀度大于90％，同时聚合光束的有效均匀照射区域可以控制在直径15mm的圆周内，且不受抖动的影响，特别是线缆表面圆周10mm直径的辐照强度可高达15w/cm2，辐照强度显著提高。
对直径为10～40mm的线缆进行固化辐照时，请参阅图7和图8，图7是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的立体结构图，图8是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的截面结构图。此时，紫外光源单元均包括灯珠封装模组。
具体地，对直径为10～40mm的线缆进行固化辐照时，紫外光源单元均包括灯珠封装模组1，灯珠封装模组1包括紫外LED芯片11和一级圆柱透镜12，一级圆柱透镜12沿垂直于线缆3轴线方向的截面呈四分之三圆周状；紫外LED芯片11镶嵌于一级圆柱透镜12的平面处中央，并设置于一级圆柱透镜12远离线缆3一侧；灯珠封装模组1到线缆3之间的距离，与线缆3的直径尺寸相适应，可根据实际所需加工的线缆尺寸进行距离的适应性设置，在此不作限定。本实施方式中，优选的LED芯片尺寸为1.1～1.3mm，一级圆柱透镜的半径为2mm，在其他实施方式中，可根据实际情况进行适应性选择，在此不作限定。
进一步地，对直径为10～40mm的线缆在上述装置下进行固化辐照的情况进行测试分析，请参阅图9和图10，图9是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的光路分布图，图10是本发明中线缆交联固化紫外光源装置一实施方式针对10～40mm线缆的辐照度分布图：a为线缆表面圆周40mm直径的辐照度分布图，b为线缆表面圆周45mm直径的辐照度分布图。由于线缆在实际加工过程中，会存在5mm的幅度抖动，故选择了40mm和45mm两组线缆进行对比测试；本实施方式中，测试时灯珠封装模组所围成的圆周直径为120mm，相较于上述1～10mm线缆的辐照情况，在光源位置不变的情况下，移除了二级圆柱透镜，使光线大角度辐照在线缆表面，每一路紫外光源单元叠加后形成均匀的辐照区域，从而能够应对较大尺寸线缆的辐照加工；该实施方式中，辐照度分布均匀度大于90％，线缆表面光辐照度可高达3.515w/cm2，辐照强度显著提高。
此外，当对1mm直径以上不同直径尺寸的线缆进行加工时，可基于上述两种情况的装置排布方式做优化调整，如加大紫外光源单元的阵列排布直径，或是增加光路的数量，在此不做一一列举。
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种线缆交联固化紫外光源装置，通过紫外光源特定排布方式，使装置能够满足1～40mm较大尺寸线缆的交联固化，且线缆所在区域的辐照度分布大于90％，辐照强度显著提高。
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 (2)

1.一种线缆交联固化紫外光源装置，其特征在于，包括八个紫外光源单元，八个所述紫外光源单元均匀环设于线缆四周，与所述线缆的距离相等，且相互平行排布；
沿所述线缆轴线垂直面方向，相邻所述紫外光源单元之间均间隔45°，且所述紫外光源单元的出光端均指向所述线缆；
当对直径为1~10mm的所述线缆进行固化辐照时，所述紫外光源单元均包括灯珠封装模组和二级圆柱透镜，所述二级圆柱透镜设置于所述灯珠封装模组与线缆之间，且所述二级圆柱透镜位于靠近所述灯珠封装模组出光端处；
所述灯珠封装模组和二级圆柱透镜分别到所述线缆的距离，与所述线缆的直径尺寸相适应，所述灯珠封装模组包括紫外LED芯片和一级圆柱透镜，所述紫外LED芯片镶嵌于所述一级圆柱透镜的平面处中央，并设置于所述一级圆柱透镜远离所述二级圆柱透镜一侧；
所述紫外LED芯片、一级圆柱透镜和二级圆柱透镜均平行排布，且所述二级圆柱透镜的半径大于所述一级圆柱透镜的半径；
所述紫外LED芯片发出的光经所述一级圆柱透镜后的出光角度为46~54°，所述紫外LED芯片发出的光依次经所述一级圆柱透镜和二级圆柱透镜后的出光角度为8~12°；
当对直径为10~40mm的所述线缆进行固化辐照时，移除二级圆柱透镜；所述一级圆柱透镜沿垂直于所述线缆轴线方向的截面呈四分之三圆周状。
2.根据权利要求1中所述的线缆交联固化紫外光源装置，其特征在于，所述紫外LED芯片尺寸为1.1~1.3mm，所述一级圆柱透镜的半径为2mm，所述二级圆柱透镜的半径为9mm。
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