專利名稱：加熱預(yù)型件主體的加熱系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加熱預(yù)型件主體的加熱系統(tǒng)和方法，該預(yù)型件主體包括由第一表面和第二表面界定的材料厚度。
背景技術(shù)：
預(yù)型件，特別是塑料預(yù)型件，廣泛地用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品，其范圍例如從彎曲表面到飲料瓶。通常，在使這種預(yù)型件形成所需形狀之前，它們必須被加熱到接近預(yù)型件材料熔點的溫度。然后成形工具將更改形狀，從而逐步發(fā)展成為全新產(chǎn)品。這種成形方法包括將塑料預(yù)型件拉深或吹塑模制(moulding)。(吹塑)模制加熱的預(yù)型件的熟知應(yīng)用為生產(chǎn)PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)瓶， 其用于多種飲料，例如礦泉水、果汁、檸檬水和啤酒。為了產(chǎn)生這種瓶，具有管狀形狀的PET 預(yù)型件借助于鹵素?zé)艏訜?。圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這種加熱裝備(arrangement)的示意剖視圖。由三個鹵素?zé)?來加熱預(yù)型件主體1，預(yù)型件主體1具有第一外表面2和第二內(nèi)表面4。為此，使用鏡7來反射由鹵素?zé)?發(fā)出的發(fā)散光3的部分且將光線基本上導(dǎo)向至預(yù)型件1的橫向T。橫向T由光耦合進(jìn)入主體1的點處的第二表面4和第一表面2之間的最短直線來限定。由于光3是發(fā)散的，S卩，非定向或僅部分地定向，且由許多不同波長的光構(gòu)成， 其并不完全在橫向T上橫穿主體1，而是此方向不過是大體上橫向的主方向。通常，預(yù)型件在生產(chǎn)線上移動，沿著生產(chǎn)線設(shè)置大量鹵素?zé)?。這導(dǎo)致溫度升高到能通過在模具(mould) 內(nèi)吹塑預(yù)型件或者也通過僅將它們壓入到模具內(nèi)來使它們成形的點。鹵素?zé)舭l(fā)出廣譜可見光線和范圍在紅外區(qū)域內(nèi)的不可見光線，如在圖2中可看出的那樣。此處，在X軸上繪制鹵素?zé)舻牟ㄩL譜(以納米為單位)，而左y軸以的相對應(yīng)的吸收譜且右y軸指以瓦特為單位的典型鹵素?zé)舻陌l(fā)射能量。第一曲線A對應(yīng)于PET 吸收譜(左y軸)，而第二曲線B對應(yīng)于發(fā)射能量譜(右y軸)?？捎^察到，PET的吸收在約 IOlOnm以下的近紅外波長和可見波長中明顯為低，而在IOlOnm與2000nm之間能實現(xiàn)PET 更高的吸收率。高于2000nm，PET基本上為不透明的。因此鹵素?zé)舻牟ㄩL譜產(chǎn)生不均勻的加熱結(jié)果，因為鹵素?zé)糇V的大部分處于被PET很高地吸收的波長，即高于2000nm。因此，所發(fā)出光的較大部分在預(yù)型件的外部吸收，而其內(nèi)部被加熱到低得多的程度。為此，常常需要冷卻預(yù)型件的外部，例如，通過在其上灑水，而同時延長加熱過程以便使得預(yù)型件的內(nèi)部也被加熱?？傊?，這導(dǎo)致比施加均勻加熱所需更多的能量消耗和更長的加熱過程。避免這些缺陷的一種方式是選擇不同的發(fā)光系統(tǒng)，諸如激光器，其僅以特定波長操作。以此方式，可調(diào)整波長符合加熱過程的需求，這些需求主要由預(yù)型件的材料和厚度決定。舉例而言，借助于PET的吸收率小于50%的激光波長來加熱PET預(yù)型件將意味著能實現(xiàn)更持續(xù)的吸收，導(dǎo)致必需更低的總能量輸入，即，能以更有效的方式進(jìn)行加熱過程。但是， 日常使用的典型激光器并不發(fā)出這種合適的激光波長，日常使用的典型激光器以SOOnm或 970nm的典型波長發(fā)射。令人遺憾的是，在此波長范圍，僅能實現(xiàn)PET的大約15%的相當(dāng)?shù)偷奈章省?br> 與這個背景相反，高度期望提供借助于激光束、或更廣泛地借助于定向光束來更有效地且不那么與光源發(fā)出的光束的波長相關(guān)地加熱預(yù)型件主體的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
為此目的，本發(fā)明描述了一種加熱系統(tǒng)，其用于加熱預(yù)型件主體，該預(yù)型件主體包括由第一表面和第二表面界定的材料厚度，該加熱系統(tǒng)包括至少以下元件
-光源裝備，其被設(shè)置成發(fā)出多個定向光束，
_耦合裝備，其被設(shè)置成在至少特定最短時段期間故意地將來自光源裝備的光在特定方向上耦合進(jìn)入到主體內(nèi)，使得光基本上沿著第一表面與第二表面之間的較長路徑被引導(dǎo)。因此，作為簡單地使激光束或類似定向光束對準(zhǔn)預(yù)型件主體使得光束直接穿過預(yù)型件的替代，本發(fā)明利用耦合裝備，利用該耦合裝備可以將光故意地耦合進(jìn)入到主體內(nèi)，效果在于，光在主體內(nèi)部沿著比現(xiàn)有技術(shù)情況長的路徑被弓丨導(dǎo)。此外，光源裝備可包括一個或若干光源，使得可以產(chǎn)生一個或若干光束且由耦合裝備來耦合進(jìn)入。關(guān)于這樣的光束(一個或多個)被引導(dǎo)所沿的路徑長度，這可一般地表征為“較長的路徑”。這個表述基本上表示光不在從一個表面處的進(jìn)入點到另一表面的最短直線上穿過該物體的兩個表面，如在現(xiàn)有技術(shù)解決方案中通常采取的做法。替代地，更長的路徑為第一表面與第二表面之間最短距離的數(shù)倍(至少兩倍)長的路徑(在光進(jìn)入主體內(nèi)的進(jìn)入點處測量)。優(yōu)選地，更長的路徑比此最短距離顯著更長，即，該最短距離的至少四倍，最優(yōu)選地至少十倍。換言之，光被故意地引導(dǎo)或耦合進(jìn)入到預(yù)型件主體內(nèi)，使得光在最終離開該主體之前和/或被完全吸收之前將覆蓋主體內(nèi)的更長路徑或軌跡。因為由于散射效果通常存在光束(甚至定向光束)的光線的特定損失，應(yīng)當(dāng)注意，基本上沿著更長路徑或軌跡來引導(dǎo)這樣的光束(一個或多個)意味著光束光線的主要部分，即至少一半沿著該路徑傳送。應(yīng)該關(guān)于表述“故意地耦合進(jìn)入”的定義做出特別說明。與偶然耦合不同，以上文所述的方式將定向光束故意地耦合進(jìn)入到主體內(nèi)是指特別以使該光束以該特定方式進(jìn)入到主體內(nèi)為目的的預(yù)期耦合。特別地，這意味著選擇耦合裝備的耦合裝置(means)，其適合于使光束耦合進(jìn)入使得光束將留在該主體內(nèi)至少最短時段且將沿著更長路徑被引導(dǎo)。為此，耦合裝置可包括用于精確地確定光束要耦合進(jìn)入到主體內(nèi)的方向和/或角度的控制裝置和/或方便以所需方式精確耦合進(jìn)入的物理裝置。關(guān)于將光耦合進(jìn)入到物體內(nèi)的持續(xù)時間，需要特定最短時段。通常，這樣的時段將精確地為將該預(yù)型件的主體加熱到所需溫度所需的時間量。但在特殊情況下，可認(rèn)為需要由不同光源以逐步方式或連續(xù)地加熱該主體。因此，可認(rèn)為最短時段優(yōu)選地為至少一秒，更優(yōu)選地至少兩秒。以此方式，確保了光不只是偶然耦合進(jìn)入到主體內(nèi)，而是根據(jù)本發(fā)明按照預(yù)期故意地耦合進(jìn)入到主體內(nèi)。在該最短時段期間，可以通過源自一個或若干光源的光束并行地和/或相繼地以持續(xù)或脈動方式將光耦合進(jìn)入到主體內(nèi)。本發(fā)明還描述了一種加熱預(yù)型件主體的方法，該預(yù)型件主體包括由第一表面和第二表面界定的材料厚度，其中來自光源裝備的多個定向光束被發(fā)送(即，傳輸)通過主體， 來自光源裝備的光在至少特定最短時段內(nèi)被故意地在特定方向上耦合進(jìn)入到主體內(nèi)，使得光束基本上沿著第一表面與第二表面之間的更長的路徑被弓I導(dǎo)。
從屬權(quán)利要求和下文的描述公開了本發(fā)明特別有利的實施例和特征。利用根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)和方法，現(xiàn)在可以例如使用發(fā)射波長為SOOnm和/或 970nm的常規(guī)激光源來以很少的能量損失加熱預(yù)型件的主體，因為光在主體自身內(nèi)引導(dǎo)且在那里的吸收比現(xiàn)有技術(shù)方案能實現(xiàn)的吸收更均勻。實際上，吸收足夠低而不會使主體過熱，從而通常無需額外地冷卻該預(yù)型件。尤其如此是因為加熱并非在主體表面上以集中方式發(fā)生，而是在光束被引導(dǎo)穿過的兩個邊界表面之間的整個區(qū)域上發(fā)生。因此，在本發(fā)明非常優(yōu)選的實施例中，光源裝備包括至少一個激光發(fā)射光源，其最優(yōu)選地發(fā)射波長為SOOnm 和/或970nm的激光。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，耦合裝備被設(shè)置成使得來自光源裝備的光，即多個光束中的一個或多個，以在主體材料的接受角范圍內(nèi)的角度耦合進(jìn)入到主體內(nèi)且通過全內(nèi)反射在第一表面與第二表面之間被引導(dǎo)。為此目的，耦合裝備可例如包括激光源，其在適當(dāng)?shù)慕嵌确较蛏蠈⒓す馐鴮?zhǔn)主體。一旦耦合進(jìn)入到主體內(nèi)，引導(dǎo)光束使得它在邊界表面處基本上完全(即，對于其主要部分)內(nèi)反射，從而其保留在主體內(nèi)達(dá)較長時間且因此行進(jìn)較長的路徑。接受角將取決于預(yù)型件主體的材料而變化。舉例而言，空氣的折射率為大約1，而PET 的折射率在1. 54至1. 575的范圍。用于耦合進(jìn)入光束的合適角度取決于預(yù)型件材料的折射率、光束從中耦合進(jìn)入的材料的折射率和在將發(fā)生全反射的點處預(yù)型件的環(huán)境中的材料的折射率以及取決于沿著光束預(yù)期行進(jìn)的路徑的預(yù)型件形狀。因此特別優(yōu)選地，耦合裝備被設(shè)置成使得來自光源裝備的光在第一表面與第二表面之間被引導(dǎo)直到其基本上沿著該路徑被吸收為止。這意味著當(dāng)光束在主體內(nèi)行進(jìn)時每個光束能量的至少一半，更優(yōu)選地至少80%由預(yù)型件主體吸收。以此方式，確保了光束的能量盡可能有效地使用，這可特別地通過使用全內(nèi)反射而實現(xiàn)，如上文所述的那樣。為了控制耦合光束進(jìn)入的過程，特別優(yōu)選地，耦合裝備被設(shè)置成使得來自光源裝備的光，例如光束，在先前限定的進(jìn)入點和/或沿著先前限定的進(jìn)入線耦合進(jìn)入到主體內(nèi)， 其中“進(jìn)入線”可基本上被認(rèn)為是進(jìn)入點的序列。本上下文中先前的定義意味著設(shè)想到在該進(jìn)入點和/或線處的故意耦合，這是之前可預(yù)見的，即，通過使光束對準(zhǔn)這樣的點和/或線。當(dāng)預(yù)型件主體在整個過程中保留在相同位置時，優(yōu)選地將存在進(jìn)入點，而在該主體相對于光源裝備和/或耦合裝備移動的情況下將優(yōu)選地使用進(jìn)入線。舉例而言，當(dāng)用于產(chǎn)生瓶的PET預(yù)型件要被加熱時，它可繞由預(yù)型件主體的管狀形狀的中間軸限定的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。 在此情況下，定向光束可對準(zhǔn)一個特定第一進(jìn)入點，且然后通過旋轉(zhuǎn)該預(yù)型件，將由預(yù)型件的旋轉(zhuǎn)運動來自動地描繪進(jìn)入線，該進(jìn)入線為在旋轉(zhuǎn)方向上從第一進(jìn)入點沿著預(yù)型件表面的線。作為使用單個光束的替代，也能將若干光束同時或相繼地對準(zhǔn)這樣的進(jìn)入點或線。在加熱系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例中，光源裝備包括至少一個光源和至少一個光纖， 該至少一個光纖用于在主體的方向上傳送多個光束。光纖可被認(rèn)為是光源自身的延伸部， 其從其起始點(即，光源)向發(fā)射點(即，光纖的末端)傳送光束，從光纖的末端，光束被朝著預(yù)型件的主體導(dǎo)向并耦合進(jìn)入到預(yù)型件的主體內(nèi)。在本上下文中的光纖提供改變光束方向和/或進(jìn)一步導(dǎo)向光束使得可在任何時間容易地控制光束到主體內(nèi)的耦合的可能性。進(jìn)一步優(yōu)選地，耦合裝備被設(shè)置成使得來自光源裝備的光在相對于橫向成角度的方向耦合進(jìn)入到主體內(nèi)，由光(例如，光束)耦合進(jìn)入到主體內(nèi)的點處第一表面與第二表面之間的最短直線限定所述橫向。這種相對于橫向(如上文所定義)成角度的方向可為來自
6側(cè)的切向或者也垂直于橫向，例如，光來自物體下方或上方且正好(right)在兩個表面之間行進(jìn)。在后一種情況下，這意味著光束無需通過全內(nèi)反射來反射而是也可以在與第一表面和第二表面(如果這兩個表面是平行的)平行的路徑上導(dǎo)向。但是，由于甚至定向光束在從光源釋放時也常常會展開，甚至在這樣的情況下，其光的至少部分可能會在表面處反射。在前一種情況下，全內(nèi)反射是實現(xiàn)光束留在預(yù)型件主體內(nèi)的非常優(yōu)選的方法。通常能將光束從光源或連接到光源裝備的光源的光纖直接地或者經(jīng)由空氣間隙耦合進(jìn)入到主體內(nèi)。在這樣的情況下，在光源裝備的發(fā)射端與預(yù)型件主體之間的距離優(yōu)選地最多為若干厘米。但下面這種情況將是非常有利的耦合裝備包括中間耦合材料，來自光源裝備的光可穿過中間耦合材料通過直接接觸而從光源裝備被引導(dǎo)進(jìn)入到主體內(nèi)。這樣的中間耦合材料因此將在光束耦合進(jìn)入到主體內(nèi)的點與光源裝備的發(fā)射點接觸和與物體表面接觸。關(guān)于用于這種中間耦合材料的材料，其物理特征可以是相關(guān)的，特別是其適應(yīng)預(yù)型件主體表面的柔性和其粘住預(yù)型件主體和光源裝備的發(fā)射端這二者的能力。根據(jù)第一優(yōu)選替代，這種耦合材料為透明聚合物，優(yōu)選地為柔性聚合物，例如硅樹脂，而第二替代由其中耦合材料為液體(優(yōu)選地為水或油)的耦合裝備構(gòu)成。用于耦合材料的材料選擇高度取決于預(yù)型件主體的材料，特別地取決于其折射率。因此優(yōu)選的是，耦合材料具有在預(yù)型件主體的折射率與光源裝備的發(fā)光表面材料的折射率之間的折射率。除了其光傳輸特征之外，可以優(yōu)選液體，特別是水的另一原因為當(dāng)已到達(dá)預(yù)型件的特定臨界溫度(即大約100°c)時，水將易于蒸發(fā)且因此自動地解耦輸入到預(yù)型件內(nèi)的光束。由于PET預(yù)型件不應(yīng)被加熱遠(yuǎn)高于100°C，已發(fā)現(xiàn)在加熱PET材料的背景下，水為優(yōu)選的耦合材料。自然，對于具有不同熔點的預(yù)型件，具有相似蒸發(fā)溫度的其他液體將是優(yōu)選的。因此在光源裝備的發(fā)射點與預(yù)型件主體之間施加液滴是將光束耦合進(jìn)入到預(yù)型件內(nèi)和將光束從預(yù)型件解耦的有效方式。為了避免在光束耦合進(jìn)入的點處光束在向后方向上再次耦合，進(jìn)一步優(yōu)選的是， 耦合裝備被設(shè)置成使得多個光束耦合進(jìn)入到主體內(nèi)的角度使得來自光源裝備的光的主要部分不返回到光耦合進(jìn)入到主體內(nèi)的點。出于說明目的，提及預(yù)型件的管狀主體，其具有垂直于主體的圓形截面形狀的縱向延伸，例如，通過將光以不同于精確垂直于縱向延伸的角度的角度導(dǎo)向到預(yù)型件內(nèi)，可以實現(xiàn)以這樣的方式耦合光束進(jìn)入使得其不被再定向到光耦合進(jìn)入的點。以此方式，光以螺旋線沿著主體的圓周而引導(dǎo)同時沿著縱向延伸向上或向下“攀爬”而不再碰撞其耦合進(jìn)入的點。可利用單個光源和/或僅一個發(fā)光表面來實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法，定向光自該單個光源和/或僅一個發(fā)光表面耦合進(jìn)入到主體內(nèi)。但在許多情形下，可認(rèn)為下面的情況是有利的具有帶多個發(fā)光表面的加熱系統(tǒng)，在這多個發(fā)光表面發(fā)出定向光束。以此方式，預(yù)型件能更有效地且更迅速地加熱且預(yù)型件的不同區(qū)域能根據(jù)其對于加熱能量的需要而精確地加熱。這樣的發(fā)光表面可分布成相對于彼此處于恒定距離。但是，那些距離也可變化且適應(yīng)關(guān)于預(yù)型件特定形狀的特殊需要。例如，在預(yù)型件本身形狀不均勻且因此包括對能量輸入需求較高的區(qū)域和對能量輸入需求較低的區(qū)域的情況下，不均勻的分配可以是有意義的。根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例，加熱系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)移裝置，轉(zhuǎn)移裝置被設(shè)置成在加熱主體的同時沿著路線移動主體。類似于當(dāng)今的加熱系統(tǒng)，其中預(yù)型件通常也沿著生產(chǎn)線系統(tǒng)移動，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)也可使用這種轉(zhuǎn)移裝置以便在加熱過程期間傳送預(yù)型件直到模制系統(tǒng)，在模制系統(tǒng)中，使經(jīng)加熱的預(yù)型件成為其所需形狀。在這樣的情況下，尤其優(yōu)選的是，耦合裝備被設(shè)置成使得來自光源裝備的光在預(yù)先限定的進(jìn)入點或進(jìn)入線處耦合進(jìn)入到移動的主體內(nèi)。這意味著光束隨著移動的主體一起移動，這可例如通過移動光源裝備的發(fā)射方向來實現(xiàn)。但是，特別有利的是，光源裝備和/ 或耦合裝備被設(shè)置成至少部分地與主體同步移動。這可通過以下任一來實現(xiàn)光源裝備集成在這樣的生產(chǎn)線的移動部分中，或者，通過借助于另一移動設(shè)備(device)完全或部分同步地移動該光源裝備和/或耦合裝備。舉例而言，作為光源裝備的一部分的光纖可沿著平行于預(yù)型件的路線移動。在任何情況下，這種同步移動確保了加熱在整個移動和加熱過程中以恒定能量輸入速率發(fā)生。以此方式，能保證預(yù)型件(盡管移動)將在其到達(dá)模制系統(tǒng)時達(dá)到其預(yù)期溫度。作為移動光源裝備或耦合裝備的替代，加熱裝備的這些元件可替代地為固定的， 這是本發(fā)明特別優(yōu)選的實施例，這是由于易于操作除預(yù)型件自身以外的部件且減少了機(jī)械移動這些部件的必要性。在這樣的情況下，預(yù)型件將沿著所述路線移動，經(jīng)過加熱系統(tǒng)的發(fā)射表面(一個或多個)，當(dāng)滿足先決條件，特別是合適的耦合角度時，光從發(fā)射表面(一個或多個)耦合進(jìn)入到預(yù)型件的主體內(nèi)。為了確保發(fā)生故意耦合，發(fā)光表面的取向?qū)⑹窍鄳?yīng)的和 /或可存在控制設(shè)備來控制預(yù)型件的主體的位置以便檢測光束何時在所需情形下耦合進(jìn)入到特定預(yù)型件的主體內(nèi)。這然后將觸發(fā)光束在此特定預(yù)型件的主體方向上的脈動輸出。 因此本發(fā)明還包括加熱系統(tǒng)，該加熱系統(tǒng)具有控制設(shè)備，該控制設(shè)備被設(shè)置成控制定向光從光源裝備和/或耦合裝備的輸出的定時，使得當(dāng)預(yù)型件主體處于該發(fā)光表面的光路徑中時，即當(dāng)光可以以根據(jù)本發(fā)明的方式從發(fā)光表面發(fā)射到所述主體內(nèi)時，光從發(fā)光表面輸出。


圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的加熱系統(tǒng)的示意性剖視圖。圖2示出其中在χ軸上繪制鹵素?zé)舻牟ㄩL譜的曲線圖，而左y軸指PET的相對應(yīng)吸收率且右y軸指鹵素?zé)舻牟ㄩL譜。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的第一實施例的示意性剖視圖。圖4示出與圖3中的實施例相同的實施例的截面圖。圖5示出類似于圖3中所示實施例的根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的第二實施例的示意性剖視圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的第三實施例的示意性剖視圖。圖7示出包括生產(chǎn)線系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的第四實施例的示意剖視圖。圖8示出包括生產(chǎn)線系統(tǒng)的根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)的第五實施例的示意剖視圖。圖9示出第五實施例的可能底部的示意性頂視圖。在附圖中，在整個描述中相同的附圖標(biāo)記指代相同的物體。物體未必按照比例繪制。
具體實施例方式圖1和圖2已在上文中討論。圖3和圖4示出根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)13的第一實施例，其用于加熱如圖1中所描繪類型(即具有管狀形狀)的預(yù)型件主體1。但應(yīng)了解，預(yù)型件可具有所有類型的形狀，主要取決于在預(yù)型件加熱之后執(zhí)行的模制過程之后得到的物件(piece)的預(yù)期的最終形狀。加熱系統(tǒng)13包括光源裝備12和耦合裝備15。光源裝備12包括光源9和光纖11， 在此情況下，光源9為發(fā)出970nm波長激光的激光二極管，光纖11將激光引至耦合裝備15。 在所描繪的實例中，耦合裝備15包括硅樹脂端件(end pieCe)22(其可在圖4中看出)，其充當(dāng)類似于光纖的光學(xué)材料。激光束17從光源9發(fā)出且通過光纖11到耦合裝備15內(nèi)且進(jìn)一步到預(yù)型件主體 1內(nèi)，由此在第一表面2上的進(jìn)入點18處進(jìn)入主體1。其在預(yù)型件主體1內(nèi)沿著較長路徑 19引導(dǎo)，描述了在向上方向上的螺旋路徑。這造成光束17由主體1的材料吸收，這意味著主體被加熱。為了以確保光束17在較長距離上保留在兩個表面2、4內(nèi)的方式故意耦合光束17 進(jìn)入，硅樹脂端件22在其朝向預(yù)型件主體1的末端具有一定形狀，該形狀自動地限定圖3 的剖平面中的角度α，以此角度α，可使之與預(yù)型件主體1直接物理接觸。如在圖4中可看出，耦合裝備15在進(jìn)入點18處以相對于第一表面2的圓形形狀的法線20的角度β經(jīng)由其硅樹脂端件22與主體1接觸。選擇角度β使得光在主體1的材料的接受角范圍內(nèi)進(jìn)入主體1。因此，光束17將由于全內(nèi)反射而留在主體1中。由于在主體中光束相對于法線 24的角度γ高于光束會耦合出主體1的臨界角而保證這種情況。因此，隨著其在主體1內(nèi)進(jìn)一步行進(jìn)，光束17在第一表面2處通過全內(nèi)反射而反射若干次直到其最后完全被吸收為止。以此方式，其描繪了在主體1的表面2、4內(nèi)的較長路徑19。由于光束耦合進(jìn)入的角度α相對于第一表面2和相對于預(yù)型件的縱向軸不等于 90°，也避免了光束返回到進(jìn)入點18，在進(jìn)入點18其可能會以不受控制的方式耦合出主體 1。圖5示出可與參考圖3和圖4描述的加熱系統(tǒng)相比的加熱系統(tǒng)，其具有進(jìn)一步的改進(jìn)提供了若干光源裝備12 (其也可被認(rèn)為是由若干子裝備12構(gòu)成的一個光源裝備)和耦合裝備15 (其可相應(yīng)地定義為一個光源裝備)。還可以觀察到，在預(yù)型件主體1的上部， 設(shè)有三個均勻分布的，即均勻地間隔開的耦合裝備15，而在主體1的下部，耦合裝備15不均勻地間隔且更遠(yuǎn)地分開。使用這種具有多個光源裝備12和耦合裝備15 (即具有若干發(fā)光表面)的改進(jìn)的加熱系統(tǒng)13，甚至更容易保證加熱過程在諸如形狀和/或材料厚度和/或組成之類的預(yù)型件局部差異方面的高精度。除此之外，可更迅速地且因此更有效地執(zhí)行加熱。應(yīng)指出，耦合裝備15也可以以許多其他方式來實現(xiàn)。特別地，在附圖中未示出，可使用水滴來代替硅樹脂端件。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)13的替代實施例。在此情況下，加熱系統(tǒng)集成在預(yù)型件保持器23中或連接到預(yù)型件保持器23，預(yù)型件保持器23在預(yù)型件被加熱時保持預(yù)型件主體1。在加熱過程期間，也可通過移動預(yù)型件保持器23來移動預(yù)型件的主體1。在此情況下，該實施例的兩個光源裝備12僅由兩個光源9構(gòu)成，同樣實現(xiàn)為在970nm處發(fā)光的激光二極管。這些光源9附接到預(yù)型件保持器23的底部且每一個被導(dǎo)向至預(yù)型件保持器23內(nèi)的腔16內(nèi)。在腔16內(nèi)，還存在透鏡形式的耦合裝備21，耦合裝備21被定位成使得由光源(裝備)9/12發(fā)出的光束17正好被導(dǎo)向至預(yù)型件主體1的底部內(nèi)。以此方式，光束 17在精確地垂直于上文所提到的橫向T的方向上耦合進(jìn)入到主體1內(nèi)，即，與兩個表面2、4 的縱向延伸平行地耦合進(jìn)入到主體1內(nèi)。因此根據(jù)本發(fā)明的加熱系統(tǒng)13的設(shè)置的這種特定形式提供使借助于全內(nèi)反射來引導(dǎo)光束17通過主體1本質(zhì)上不是必要的可能性。但是， 全內(nèi)反射仍可起到相當(dāng)大的作用，因為光束17將最有可能地散開，特別是通過透鏡21的效果，這意味著光束17的光線的部分將通過全內(nèi)反射而反射。僅精確地平行于兩個表面2、4 的縱向延伸的那些光線無需被反射。就以下而言，根據(jù)本發(fā)明的此實施例特別有利光源裝備12和耦合裝備21為預(yù)型件保持器23的構(gòu)成整體的部件且因此可固定地安裝，使光束17耦合進(jìn)入到主體內(nèi)的耦合角度能夠在較長時段里被準(zhǔn)確地預(yù)先確定而不會有任何其他的麻煩。此外(未示出)，可將水引入到預(yù)型件保持器23內(nèi)以提供預(yù)型件主體1與預(yù)型件保持器之間的直接物理接觸。 因此，水將用作耦合介質(zhì)且因此為耦合裝備的部分。圖7示出使用兩條生產(chǎn)線25、27的根據(jù)本發(fā)明的實施例。生產(chǎn)線25和27都分別沿著輥^a、29b和同時移動。在第一生產(chǎn)線25移動預(yù)型件的主體1時，第二生產(chǎn)線27并行地移動光源9。加熱系統(tǒng)13的設(shè)置是基于如圖3中所描繪的本發(fā)明的原理，即，從一側(cè)且以合適角度將激光束17耦合進(jìn)入到預(yù)型件的主體內(nèi)，該合適角度在主體1的材料的接受角范圍內(nèi)。但是，在主體與加熱系統(tǒng)之間并不做出直接物理接觸，使得耦合裝備15僅在如下意義上存在光束17相對于預(yù)型件主體1以特定角度發(fā)射，這通過光源9與相應(yīng)生產(chǎn)線27 —起的同時移動來實現(xiàn)。在這個意義上，第二生產(chǎn)線27和保證第二生產(chǎn)線27和第一生產(chǎn)線25 的同時移動的控制單元(未示出)構(gòu)成耦合裝備15。圖8示出本發(fā)明的另一實施例，其中主體1沿著路線移動。在此情況下，它們借助于(象征的)傳送系統(tǒng)37傳送。主體1在加熱系統(tǒng)13的頂側(cè)42與底側(cè)41之間移動。在頂側(cè)上附接有光線發(fā)射器31，而在底側(cè)41的相對應(yīng)末端定位有光線接收器33。這兩個元件連同接收感測信號SS的控制電路39形式的控制設(shè)備組成光電屏障。這個屏障用于感測主體1何時進(jìn)入加熱系統(tǒng)1。取決于傳感信號SS，控制電路39觸發(fā)到光源9的觸發(fā)信號TS， 光源9位于底側(cè)41上且被朝著頂側(cè)42導(dǎo)向。觸發(fā)信號TS將觸發(fā)來自那些光源9的光發(fā)射，當(dāng)前預(yù)型件的主體1位于光源9的上方。因此，定向光束17被故意地在預(yù)型件的方向上發(fā)送。加熱系統(tǒng)13可由形狀類似盆的底側(cè)41實現(xiàn)，其中水或另一合適液體存儲為耦合介質(zhì)。光源9可設(shè)置于盆的透明部分下方。例如，在第一優(yōu)選實施例中，盆的截面可實現(xiàn)為大體上如圖6中關(guān)于預(yù)型件保持器所描繪的那樣。在此情況下，傳送系統(tǒng)37可例如由移動橡膠輥來實現(xiàn)，其發(fā)起預(yù)型件的滾動移動，使得預(yù)型件旋轉(zhuǎn)，且在預(yù)型件沿著生產(chǎn)線移動期間每個預(yù)型件的側(cè)壁的每個點沿著其圓周暴露于來自光源9的光束足夠長的時段。圖9示出如何可以根據(jù)第二實施例有利地實現(xiàn)這種底側(cè)14的頂視圖。光源9 (參看圖8)設(shè)置成陣列，預(yù)型件的主體1在該陣列上方移動。僅開啟光源9，當(dāng)前預(yù)型件主體定
10位在光源9上。因此，在未開啟的光源43與開啟的光源45之間存在區(qū)別。在沿著預(yù)型件的路徑移動預(yù)型件時，將根據(jù)觸發(fā)信號TS開啟不同光源9。盡管已經(jīng)以多個優(yōu)選實施例的形式公開了本發(fā)明，應(yīng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可對所描述的實施例做出附加的修改或變化。舉例而言，移動設(shè)備可以許多方式更改，以及光源的設(shè)置和耦合裝備的設(shè)置也可以許多方式更改。如參看附圖可看出，光源裝備可包括若干子裝備，耦合裝備也可為這種情況。為了清楚起見，應(yīng)理解，本申請中“一”的使用并不排除多個，且“包括”并不排除其他步驟或元件?！皢卧笨砂ǘ鄠€單元，除非另有聲明。特別地指出，“多個光束”可由單個光束或多個光束構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種加熱系統(tǒng)(13)，其用于加熱預(yù)型件主體(1)，所述預(yù)型件主體(1)具有由第一表面(2)和第二表面(4)界定的材料厚度，所述加熱系統(tǒng)(13)包括至少以下元件-光源裝備(12)，其被設(shè)置成發(fā)出多個定向光束(17)，-耦合裝備(15，21)，其被設(shè)置成在至少特定最短時段期間故意地將來自光源裝備 (12)的光在特定方向上耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)，使得所述光基本上沿著所述第一表面 (2)與第二表面⑷之間的更長路徑(19)而引導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合裝備(15，21)被設(shè)置成使得來自所述光源裝備(12)的光以在所述主體(1)的材料的接受角范圍內(nèi)的角度(β)耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)且通過全內(nèi)反射在所述第一表面(2)與所述第二表面(4)之間引導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合裝備(15，21)被設(shè)置成使得來自所述光源裝備(12)的光在所述第一表面(2)與第二表面⑷之間引導(dǎo)直到其基本上沿著所述路徑(19)被吸收為止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合裝備(15，21)被設(shè)置成使得來自所述光源裝備(12)的光在先前限定的進(jìn)入點(18)處和/或沿著先前限定的進(jìn)入線耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述光源裝備(12)包括至少一個光源(9)和多個光纖(11)，所述光纖(11)用于在所述主體(1)的方向上傳送多個光束 (17)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合裝備(15，21)設(shè)置成使得來自所述光源裝備(12)的光在與橫向⑴成角度的方向上耦合進(jìn)入到所述主體⑴內(nèi)， 所述橫向(T)由光耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)的點(18)處所述第一表面(2)與所述第二表面(4)之間的最短直線限定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合裝備(15，21)包括中間耦合材料(22)，來自所述光源裝備(12)的光能穿過所述中間耦合材料(22)從所述光源裝備 (12)引導(dǎo)至所述主體(1)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合材料(22)為透明聚合物或液體，優(yōu)選地為水或油。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合材料(22)具有在所述預(yù)型件主體(1)的折射率與所述光源裝備(12)的發(fā)光表面材料的折射率之間的折射率。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述耦合裝備(15，21)被設(shè)置成使得所述多個光束(17)耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)的角度(α )使得來自所述光源裝備 (12)的光的主要部分不返回到所述光耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)的點(18)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于多個發(fā)光表面，從所述多個發(fā)光表面發(fā)出定向光束。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于轉(zhuǎn)移裝置(25，29a,29b, 37)，其被設(shè)置成在所述主體(1)被加熱時沿著路線移動所述主體(1)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于控制設(shè)備(39)，其被實現(xiàn)為控制定向光從光源裝備(12)和/或耦合裝備(15，21)的輸出的定時，使得當(dāng)預(yù)型件的主體(1)處于發(fā)光表面的光路徑中時，光從該發(fā)光表面輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱系統(tǒng)，其特征在于，所述光源裝備(12)包括至少一個激光發(fā)射光源(9)，其優(yōu)選地發(fā)射SOOnm和/或970nm波長的激光。
15.一種加熱預(yù)型件主體(1)的方法，所述預(yù)型件主體(1)包括由第一表面(2)和第二表面(4)界定的材料厚度，其中來自光源裝備(12)的多個定向光束(17)通過所述主體 (1)發(fā)送，在至少特定最短時段內(nèi)故意地將來自光源裝備(12)的光在特定方向上耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)，使得所述光基本上沿著所述第一表面(2)與第二表面(4)之間的更長路徑(19)而引導(dǎo)。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種加熱系統(tǒng)(13)，其用于加熱預(yù)型件主體(1)，所述預(yù)型件主體(1)包括由第一表面(2)和第二表面(4)界定的材料厚度。該加熱系統(tǒng)(13)至少包括光源裝備(12)，光源裝備(12)被設(shè)置成發(fā)出多個定向光束(17)；以及，耦合裝備(15,21)，其實現(xiàn)為在至少特定最短時段期間故意地將來自光源裝備(12)的光在特定方向上耦合進(jìn)入到所述主體(1)內(nèi)，使得所述光基本上沿著所述第一表面(2)與第二表面(4)之間的更長路徑(19)而引導(dǎo)。而且，本發(fā)明涉及加熱預(yù)型件主體(1)的方法。
文檔編號B29C49/06GK102438806SQ201080017729
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者明希 H., 波爾曼-雷奇 J., 魏希曼 U. 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司