[发明专利]一种紫外LED平面固化装置的设计方案

说明书

技术领域

本发明涉及紫外固化装置的设计，尤其是一种紫外LED平面固化装置的设计方案。

背景技术

众多行业中紫外固化灯具应用得越来越广泛，如汽车行业、电子行业、印刷行业、工艺品行业等，因为LED紫外光源有寿命长、启动快、能耗小、温度低、光衰小、环保、节能等其他光源不可比拟的优点，已逐步被广大厂家应用于固化装置中，现阶段厂家主要使用透镜改变LED光功率分布，并且主要用于点固化，但紫外线的穿透能力差需要选用特殊的材料以保证良好的透过率和透镜的均匀性，并精确的加工透镜的两个曲面，会增加成本，另外由于透镜材料吸收和反射，导致紫外线的利用率下降，LED发出的部分紫外光不能完全射到透镜上也会被浪费掉，这些缺点在很大层面上限制了紫外固化灯具的发展，亟待解决。

发明内容

为了解决上述技术难题，本发明提出了一种紫外LED平面固化装置的设计方案。

本发明通过下述技术方案来解决上述问题：

根据给出的光源辐射特性和所需实现的固化面上的能量分布，将固化面沿着进料方向分为若干等份，每份小于或等于50毫米，作为矩形的宽，垂直于进料方向的固化面的边作为矩形的长，固化面被分为若干个宽小于或等于50毫米的矩形；

每颗紫外LED配备一个反射面和一个反射圈，紫外LED放在反射圈中，LED发出的部分紫外光直接照射到反射面，LED发出的其余紫外光通过反射圈反射到反射面，紫外光经过反射面后照到固化面；

一颗紫外LED和相应的反射面、反射圈形成一个光学元件，每个矩形中心正上方放置两个光学元件，每两个光学元件作为一组，多组光学元件沿着进料口方向分别在各矩形中心正上方沿直线排列。

所选反射面采用自由曲面，反射圈为一圆环。

本装置设计采用紫外LED替代传统光源，寿命长、启动快、能耗小、功率密度高、温度低、光衰小、环保、无汞污染，将固化面沿着进料方向分区设计且采用自由曲面的反射面，使配光易于实现，采用反射圈可以有效的克服LED的发光角度大的缺点，采用反射面替代透镜，使得整机成本低且紫外光的利用率大幅度上升，可以将紫外LED推广到平面固化设备中。

附图说明

图1是固化面分区示意图；

图2是一组紫外LED光源发出的光线经反射面到达固化面的光路示意图；

图3是多组紫外LED与反射面的排列组合图。

图中1.紫外LED，2.反射面，3.固化面，4.反射圈，5.散热片。

具体实施方式

下面结合附图和实例讲述具体实施方案。

本发明采用紫外LED替代传统的光源，且将固化面沿着进料口方向分区设计，使固化均匀度大幅度的提高，用反射面替代透镜，节省成本，克服了透镜对光的吸收，提高了效率。

根据给出的光源辐射特性和所需实现的固化面上的能量分布，设计固化机的固化面在沿着进料口方向的边长为200毫米、垂直于进料口方向的边长为150毫米，如图1所示，图中箭头表示进料口方向，将沿着进料口方向的固化面的边分为4等份，每份的边长为50毫米，即可将固化面分为4个长为150毫米、宽为50毫米的矩形。

在图2中，一颗紫外LED和一个反射面、反射圈构成一个光学元件，紫外LED发出的部分光线直接照射到反射面，其余紫外光通过反射圈反射到反射面，紫外光经过反射面后照到固化面上，形成一个长为150毫米，宽为50毫米的矩形；

两颗紫外LED背对背的安装在一个散热片上，共同照射同一个矩形区域。

LED发出的光线最终落到固化面上，可以求出辐照强度，列出一组微分方程，用计算机编程求解微分方程组，代入初始条件，得到反射面的一组数值解，即反射面上各点的坐标，将这些点导入Pro/E等建模软件中，拟合成自由曲面反射器的模型，将所画的反射器模型再导入TracePro等光学软件中，设置反射器的材料属性，并对光学系统进行光线追迹，根据模拟的配光结果进一步优化反射面。

每个矩形中心的正上方对应安放两个光学元件，如图3所示，两个光学元件形成一组光学元件，多组光学元件在各矩形中心正上方沿着进料口方向排列组合起来照亮整个固化面，在固化面上形成沿进料口方向为200毫米、垂直于进料口方向为150毫米的矩形光斑，经测试固化面上各点的照度和辐射强度均满足均匀固化的要求。

经测试，应用本紫外LED均匀固化设计方案后，启动时间小于0.5秒，被固化物体表面温度变化小于5摄氏度，光的光衰为传统灯具的三分之一。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及功效，以及部分的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。