CN114761368A - 紫外线底部涂覆系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种紫外线底部涂覆系统，包括构造成在机器方向上传送多个罐的输送机构，其中所述多个罐各自具有底部表面和施加在底部表面上的未固化的涂层材料。该系统还包括至少一个紫外线发光二极管(UV‑LED)装置，其配置成向所述多个罐发射紫外线辐射，其中紫外线辐射配置成将未固化的涂层材料固化到底部表面上。

Description

紫外线底部涂覆系统及其操作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年11月4日提交的第16/673,522号美国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文，作为本申请的一部分。
技术领域
本公开总体上涉及罐制造中的涂层，更具体地，涉及使罐的底部边缘表面上的涂层固化的系统和方法。
背景技术
用于向消费者提供食品的许多已知容器，如金属罐，经涂层处理，以例如实现抑制腐蚀、改善容器的美观、以及改善容器在制造过程中的搬运的目的。当用于促进改进的搬运时，示例涂层可以包括施加到容器底部边缘表面的边缘涂层。当容器沿生产线行进时，边缘涂层通过为容器提供减少摩擦的界面来改善容器的搬运。边缘涂层通常以未固化的状态施加到底部边缘表面，然后可以用紫外线能量固化。然而，许多已知的紫外线能量发射器具有固有的缺点，例如高功耗、延迟输出、有限的可用焦距、有限的灯寿命，以及需要具有大的物理占地面积的辅助支承系统。
发明内容
一方面，提供一种紫外线底部涂覆系统。该系统包括输送机构，该输送机构配置成能在机器方向上传送多个罐，其中所述多个罐各自具有底部表面和施加在底部表面上的未固化的涂层材料。该系统还包括至少一个紫外线发光二极管(UV-LED)装置，其配置成向所述多个罐发射紫外线辐射，其中紫外线辐射配置成使未固化的涂层材料固化到底部表面上。
另一方面，提供了一种紫外线底部涂覆系统。该系统包括输送机构，该输送机构配置成能在机器方向上传送多个罐，其中所述多个罐各自具有底部表面。涂层施加器在输送机构上限定涂覆区域，其中涂层施加器配置成将未固化的涂层材料施加到被传送经过涂覆区域的所述多个罐的底部表面。至少一个紫外线发光二极管(UV-LED)装置在输送机构上限定固化区域，该固化区域在机器方向上位于涂覆区域的下游。所述至少一个UV-LED装置配置成向所述多个罐发射紫外线辐射，以使未固化的涂层材料固化到底部表面上。
另一方面，提供一种在金属罐的底部表面上形成边缘涂层的方法。该方法包括：沿机器方向将多个罐传送经过涂覆区域并且然后传送经过固化区域；将未固化的涂层材料施加到被传送经过涂覆区域的所述多个罐的底部表面；以及从至少一个紫外线发光二极管(UV-LED)装置向被传送经过所述固化区域的所述多个罐发射紫外线辐射。紫外线辐射配置成使未固化的涂层材料固化到底部表面上以形成边缘涂层。
附图说明
图1为示例性紫外线底部涂覆系统的框图。
图2为图1所示紫外线底部涂覆系统的侧视示意图。
图3为可用于图1所示紫外线底部涂覆系统的示例性紫外线发光二极管装置的透视图。
图4为图2所示紫外线底部涂覆系统一部分的俯视示意图。
图5为在金属罐底部表面上形成边缘涂层的示例性方法的流程图。
具体实施方式
本文所述实施例一般地涉及使罐的底部边缘表面上涂层固化的系统和方法。例如，这里描述的系统包括输送机构和一个或多个紫外线发光二极管(UV-LED)装置。输送机构接收多个罐，所述多个罐是已在生产线上由片材坯料而成形的。涂覆区域和固化区域被限定在输送机构上，并且罐被传送经过每个区域以在每个罐的底部表面上形成边缘涂层。未固化的涂层材料被施加到被传送经过涂覆区域的罐的底部表面上，然后当罐被传送经过固化区域时，涂层材料被固化到底部表面上。用从UV-LED装置发射的紫外线辐射固化涂层材料。
在示例性实施例中，UV-LED装置采用流体如水或空气冷却。与非LED的空气冷却的UV固化装置相比，UV-LED装置具有许多优势。例如，UV-LED装置的灯的功耗比非LED装置低50-90％。此外，与非LED装置相比，UV-LED装置的冷却的要求更低，其更容易利用流体进行冷却。通过消除空气供应器具如导管、外壳、过滤器、鼓风机和真空仪器，有助于减少本文所述系统的总功耗和物理占地面积。此外，非LED的空气冷却的UV固化装置的一个已知缺点是易于将空气中的灰尘和油雾吸入非LED装置中，这会损坏装置和/或减少其在维护间隔之间的使用寿命。向UV-LED装置供应诸如水之类的流体使得能够以受控的方式冷却该装置，这减少了引入系统中的污染物的量。当被激活时，UV-LED装置还产生紫外线辐射的即时输出，不需要使用精确的焦距来成功地完成固化操作，并且具有改进的灯寿命。UV-LED装置的其他优点是产生的热量更少，机器部件的表面温度更低，从而提高了机器操作员和维护人员的安全性。因此，在本文所述的紫外线底部涂覆系统中使用UV-LED装置有助于以高效、安全和成本有效的方式提高罐的产量。
本文所用术语“罐”是指一体件或完全组装的多件式金属罐，以及多件式金属罐的、用作制造完全组装的多件式金属罐的前体的容器部分。
图1为示例性紫外线底部涂覆系统100的框图，图2为紫外线底部涂覆系统100的侧视示意图。紫外线底部涂覆系统100可以是离线组装的独立单元，并结合到生产线(未示出)中，或者可以集成为生产线本身的一部分。系统100也可以作为新组件的一部分，或者可改装到现有组件中以升级其固化系统。在示例性实施例中，紫外线底部涂覆系统100包括输送机构102、涂层施加器104和至少一个UV-LED装置106。如图2所示，输送机构102沿机器方向110传送多个罐108。罐108可以沿着生产线制造，然后以任何合适的取向输送到输送机构102。如图所示，每个罐108各自都具有底部表面112，并且罐108被倒置在输送机构102上以使底部表面112朝上。在这样的实施例中，输送机构102具有连续的工作表面114，该工作表面114在其上接收罐108，并且工作表面114可通过轨道系统旋转，该轨道系统使用滑轮、辊等赋予运动。替代地，罐108可以通过与每个罐108相关联的保持构件(未示出)保持在输送机构102上。因此，罐108可以在输送机构102上以任何方向定向，这使得紫外线底部涂覆系统100能够如本文所述起作用。
涂层施加器104在输送机构102上限定涂覆区域116。在操作中，涂层施加器104将未固化的涂层材料118施加到被传送经过涂覆区域116的所述多个罐108的底部表面112上。涂层施加器104可以是能够使紫外线底部涂覆系统100如本文所述起作用的任何装置。如图2所示，涂层施加器104是辊120，该辊可以覆盖有弹性材料、该辊被供应有未固化的涂层材料118、并且该辊接触被传送经过涂覆区域116的多个罐108的底部表面112以在该底部表面上沉积未固化的涂层材料118。例如，当罐108被传送经过涂覆区域116时，辊120可以在旋转方向122上旋转。在一个替代实施例中，涂层施加器104是喷涂装置，其被定向成向输送机构102排放雾化的未固化涂层材料。因此，涂覆区域116由辊120的尺寸或由喷涂装置的排放视野来限定。
任何类型的未固化涂层材料118可施加至罐108的底部表面112，使得紫外线底部涂覆系统100能够如本文所述起作用。例如，未固化的涂层材料118可以用紫外线能量固化，但是不需要热能来固化。此外，未固化的涂层材料118可用小于约500mJ/cm2的能量固化，可结合使用UV-A辐射或单独使用UV-A辐射固化，并在固化时产生清漆罩面。
相对于输送机构102，UV-LED装置106在机器方向110上位于涂层施加器104的下游。UV-LED装置106在输送机构102上限定了固化区域124。在操作中，UV-LED装置106向所述多个罐108发射紫外线辐射126，以将未固化的涂层材料118固化到底部表面112上。例如，从UV-LED装置106发射的紫外线辐射126限定了跨输送机构102的视场128，并且视场128限定了固化区域124。未固化的涂层材料118与紫外线辐射126反应，并且紫外线辐射126促进了该未固化的涂层材料的固化。这样，被传送经过固化区域124然后从固化区域124离开的罐108具有形成在其底部表面112上的已固化的边缘涂层130。
在示例性实施例中，UV-LED装置106为液体冷却的或空气冷却的装置。例如，参考图1，紫外线底部涂覆系统100包括冷却流体供应装置132，其向UV-LED装置106供应冷却流体，例如水或空气。参考图3，UV-LED装置106包括与冷却流体供应装置132连通的出口端口136和入口端口134。在操作中，冷却流体经由入口端口134被引导到UV-LED装置106中，由UV-LED装置106产生的热量被传递到被引导通过其的冷却流体，并且被加热的冷却流体经由出口端口136从UV-LED装置106排出。这样，UV-LED装置106具有有助于以高效、安全和成本有效的方式提高罐产量的操作参数。
例如，UV-LED装置106可操作以在于约2瓦每平方厘米(W/cm2)至约24W/cm2的范围内限定的功率输出下发射紫外线辐射126，从而能够以大于约80英尺每分钟的生产速度进行罐生产(例如固化)。在一个实施例中，UV-LED装置106从其发射具有限定在约200纳米(nm)至约400nm范围内的波长的紫外线辐射126。或者，UV-LED装置106从其发射具有限定在约315nm至约400nm的范围内且仅在该限定范围内的波长的紫外线辐射126(即，UV-A辐射带)。因此，紫外线底部涂覆系统100的操作者不会暴露于更有害的紫外线辐射带，例如UV-B和UV-C辐射带。
紫外线底部涂覆系统100还包括为UV-LED装置106供电的电源138。紫外线底部涂覆系统100可包括任何合适的电源138，其使UV-LED装置106能够如本文所述起作用。例如，电源138可以是直流电源，其额定电压限定在约40伏至约400伏的范围内。此外，在一些实施例中，电源138配备有监控特征，其为输入电压故障、输出电压验证、内部风扇故障、过热警告和/或熔断器熔断指示提供信号输出。
紫外线底部涂覆系统100还包括控制器140，控制器140与输送机构102、涂层施加器104、UV-LED装置106和/或冷却流体供应装置132通信。在一些实施例中，控制器140控制沿机器方向110移动的工作表面114的生产速度，以及涂层施加器104和UV-LED装置106的选择性激活和停用。罐108可以布置在输送机构102上，或者可以间隔开的或不连续的方式提供至涂覆区域116和固化区域124。例如，参照图2，多个罐108布置在多个组142中，每个组在机器方向110上彼此间隔开距离D。组142可以在机器方向110上以规则或不规则的间隔彼此隔开。
在操作中，控制器140有助于基于多个罐108与涂覆区域116的接近程度，选择性地激活/启用和停用涂层施加器104，并有助于基于多个罐108与固化区域124的接近程度，选择性地激活和停用UV-LED装置106。UV-LED装置106能够在没有预热时间的情况下提供即时输出。即时输出可由UV-LED装置106达到最大功率的激活时间来限定。激活时间可以小于约1秒、小于约0.75秒、小于约0.5秒或小于约0.25秒。UV-LED装置106的启用/激活也可以通过在大于约1秒的持续时间内逐渐激励UV-LED装置106至最大功率来控制。
控制器140基于已知激活时间和输送机构102上罐108的相邻组142之间的已知距离D，控制多个罐108的传送速度。例如，选择传送速度以提高紫外线底部涂覆系统100的产量，同时也为涂层施加器104和UV-LED装置106提供足够的时间，以在罐108分别被传送经过涂覆区域116和固化区域124时被激活。这样，控制器140可以选择性地启用/激活和停用涂层施加器104和UV-LED装置106，以降低材料成本，例如未固化的涂层材料118的成本，并限制UV-LED装置106的能量使用。
图4为紫外线底部涂覆系统100(如图2所示)一部分的俯视示意图。在示例性实施例中，输送机构102的工作表面114具有基本垂直于机器方向110的宽度尺寸144。UV-LED装置106可以在相对于宽度尺寸144的任何方向上定向，以向被传送经过固化区域124的每个罐108(两者都在图2中示出)提供固化。如图所示，UV-LED装置106被定向成基本上垂直于机器方向110，以对被传送经过固化区域124的每个罐108提供固化。UV-LED装置106可以是单个细长的发光单元146。或者，UV-LED装置106可包括多个发光单元148，这些发光单元148串联或以其他方式联接在一起、定向成跨工作表面114地在宽度尺寸144上延伸。
图5为在金属罐底部表面上形成边缘涂层的示例性方法150的流程图。方法150包括沿机器方向将多个罐传送152经过涂覆区域并且然后传送经过固化区域、将未固化的涂层材料施加154到被传送经过涂覆区域的多个罐的底部表面、以及从紫外线发光二极管(UV-LED)装置向被传送经过固化区域的所述多个罐发射156紫外线辐射。
本文所述实施例涉及在金属罐底部表面上形成边缘涂层的系统和方法。本文所述的系统和方法通过使用流体冷却的UV-LED装置来将涂层材料固化到金属罐上并形成边缘涂层，从而以高效、安全和成本有效的方式实现了上述目的。因此，本文所述的系统和方法能够在高速生产过程中在金属罐的底部表面上形成边缘涂层。
上文详细描述了紫外线底部涂覆系统的示例性实施例。虽然这里的系统是结合金属饮料罐的生产来描述和说明的，但是本发明也可以用于需要将涂层紫外线固化到物品上的任何生产系统。此外，还应注意，本发明的组件不限于本文所述的具体实施例，而是，每个部件的各方面可与本文所述的其他部件和方法独立和分开使用。
本书面说明使用实例公开了各种实施例，包括最佳模式，并使本领域的任何技术人员能够实施各种实施方案，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何纳入的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有的结构元件并没有不同于权利要求的字面语言，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等同结构元件，则这些其他示例旨在落入权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种紫外线底部涂覆系统，包括：
输送机构，其配置成在机器方向上传送多个罐，其中所述多个罐各自具有底部表面和施加在所述底部表面上的未固化的涂层材料；和
至少一个紫外线发光二极管(UV-LED)装置，其配置成向所述多个罐发射紫外线辐射，其中所述紫外线辐射配置成使所述未固化的涂层材料固化到所述底部表面上。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置是水冷却的或空气冷却的。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述输送机构包括工作表面，所述工作表面具有垂直于所述机器方向的宽度尺寸，其中所述至少一个紫外线发光二极管装置定向成跨所述工作表面的、在所述宽度尺寸上的整个长度提供紫外线辐射。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，向所述输送机构发射的紫外线辐射在所述输送机构上限定出固化区域，所述输送机构还配置成沿所述机器方向将所述多个罐传送经过所述固化区域。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置配置成能向所述多个罐发射仅具有限定在约200纳米(nm)至约400纳米的范围内的波长的紫外线辐射。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置配置成能在少于约1秒的时间内激活至最大功率。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置配置成能以限定在约2瓦每平方厘米(W/cm2)至约24瓦每平方厘米的范围内的功率输出来发射所述紫外线辐射。
8.一种紫外线底部涂覆系统，包括：
输送机构，其配置成在机器方向上传送多个罐，其中所述多个罐各自具有底部表面；
在所述输送机构上限定出涂覆区域的涂层施加器，其中所述涂层施加器配置成能将未固化的涂层材料施加到被传送经过所述涂覆区域的所述多个罐的底部表面；和
至少一个紫外线发光二极管(UV-LED)装置，其在所述输送机构上限定出固化区域，该固化区域在所述机器方向上位于所述涂覆区域的下游，其中所述至少一个紫外线发光二极管装置配置成能向所述多个罐发射紫外线辐射，以将所述未固化的涂层材料固化到所述底部表面上。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置是水冷却的或空气冷却的。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置具有小于约1秒的激活时间，所述系统还包括与所述输送机构和所述至少一个紫外线发光二极管装置通信的控制器，所述控制器配置成能：
选择性地激活和停用所述至少一个紫外线发光二极管装置；和
基于所述至少一个紫外线发光二极管装置的激活时间来控制所述输送机构的传送速度。
11.根据权利要求8所述的系统，其中，所述涂层施加器包括辊，所述辊构造成能接触被传送经过所述涂覆区域的所述多个罐的底部表面。
12.根据权利要求8所述的系统，其中，所述输送机构包括工作表面，所述工作表面具有垂直于所述机器方向的宽度尺寸，其中所述至少一个紫外线发光二极管装置定向成跨所述工作表面的、在所述宽度尺寸上的整个长度提供紫外线辐射。
13.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置配置成能向所述多个罐发射仅具有限定在约200纳米(nm)至约400纳米的范围内的波长的紫外线辐射。
14.根据权利要求8所述的系统，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置配置成能在少于约1秒的时间内激活至最大功率。
15.一种在金属罐的底部表面上形成边缘涂层的方法，该方法包括：
沿机器方向将多个罐传送经过涂覆区域并且随后传送经过固化区域；
将未固化的涂层材料施加到被传送经过所述涂覆区域的所述多个罐的底部表面；以及
从至少一个紫外线发光二极管(UV-LED)装置向被传送经过所述固化区域的所述多个罐发射紫外线辐射，其中所述紫外线辐射配置成能使所述未固化的涂层材料固化到所述底部表面上以形成所述边缘涂层。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括用水或空气冷却所述至少一个紫外线发光二极管装置。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，发射紫外线辐射包括基于所述多个罐与所述固化区域的接近程度来选择性地激活和停用所述紫外线发光二极管装置。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个紫外线发光二极管装置的用以达到最大功率的激活时间小于约1秒，其中所述多个罐分成多个组地布置，相邻组在机器方向上以一距离彼此间隔开，其中传送多个罐包括基于所述激活时间和相邻组之间的所述距离来控制所述多个罐的传送速度。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，发射紫外线辐射包括向所述多个罐发射仅具有限定在约200纳米(nm)至约400纳米的范围内的波长的紫外线辐射。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，发射紫外线辐射包括以限定在约2瓦每平方厘米(W/cm2)至约24瓦每平方厘米的范围内的功率输出来发射所述紫外线辐射。
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