Установка для сушки лакокрасочных покрытий ик (инфракрасным) лазерным излучением Советский патент 1978 года по МПК F26B3/30 B44D3/24 

Средство для изменения температуры нагрева выполнено в виде прер1 шателя излучения.

Средство для изменения температуры нагреBia имеет отклоняющее зеркало с двумя перпендикулярно расположенными осями и с приводом для каждой из них, генератор импульсов и цифровое программирующее устройство, связанное с приводами осей отклоняющего зеркала и через генератор импульсов- с регулирующим усилителем.

Цифровое программирующее устройство выполнено в виде двух контуров, каждый из которых имеет блоки памяти и ввода координат участков нагрева, счетчик импульсов с блоком адресации, компаратор и координатный счетчик, при этом блок ввода координат участков нагрева и счетчик импульсов с блоком адресации соединены с блоком памяти, компаратор связан со счетчиком импульсов, блоком памяти и координатным счетчиком, а координатн-ый с.четчик-с генератором импульсов и с приводом одной из осей отклоняющего зеокала.

На фиг. изображена принципиальная схема предлагаемой установки; на фиг. 2 - программный эадатчик температур; на фиг. 3 - график изменения температуры нагрева, задаваемой программным задатчиком температур; на фиг. 4 - средство для изменения температуры нагрева, осуществляемого путем управления положениялуча.

Установка содержит: источник 1 ИК ла; верного излучения; отклоняющее зеркало 2, устанавливаемое над поверхностью покрытия 3; направляющее зеркало 4; узел регистрации ИК, излучения от нагретого участка покрытия, сое-. тоящий из соосно расположенного инфракрасного термометра 5 и телескопа 6; источник 7 света, конденсаюр 8 и кольцевое зеркало 9 служат для освещения нагреваемого участка покрытия, что необходимо для видимого ограничения той части поверхности покрытия 3, которая охватывается одновременно лучом йеточника 1 и регистрируется инфракрасным термометром 5.

Установка .HufeeT также средство для изменения температуры нагрева и программный задатчнк температур, который состоит из зарядного конденсатора 10, элементов 1 задержки времени, источников 12 тока, блока 13 логики и электрометрического усилителя 14. Каждый источник 12 тока связан с зарядным конден; сатором 10 и блоком 13 логики. Все источники 12 тока последовательно соединены между собой через элементы 11 задержки времени.

Средство для изменения температуры нагрева включает: упомянутое выше отклоня рщее зеркало 2 с двумя перпендикулярно расположенными осями; приводы 15 и 16 для поворота осей зеркала 2; генератор 7 импульсов и цифровое программирующее устройство. Последнее выполнено в виде двух контуров, каждый из которых имеет: блоки 18, 19 гшмятн; блоки 20, 21 ввода координат участков нагрева; счетчики 22, 23 импульсов с. блоками 24, 25 адресации; компараторы 26, 27 и координатные счет чики 28. 29.

Блок 20 ввода координат участков нагрева и счетчик 22 импульсор с блоком 24 адресации соединены с блоком 18 памяти, компаратор 26 связан со счетчиком 22 импульсов, блоком 18 памяти и координатным счетчиком 28, а последний - с генератором 17 импульсов и с приводом 15 одной из осей отклоняющего зеркала 2 (см. фиг. 3).

Связи между соответствующими элементами второго контура цифрового программирующего устройства аналогичны описанным выше.

Цифровое программирующее устройство связано с приводами 15, 16 осей отклоняющего зеркала 2 и через генератор 17 импульсов - с регулирующим усилителем (на чертежах не показан).

В другом варианте средство для изменения температуры нагрева выполнено в виде оптического модулятора источника 1 лазерного излучения. Еще в одном варианте изобретения средство для изменения температуры нагрев представляет собой прерыватель излучения. Указанные варианты используются тогда, когда эффективная .регулировка температуры путем модуляции скорости отклонения оказывается невозможной. При выполнении средства для изменения температуры нагрева в виде внешнего оптического амплитудного модулятора его пропускаемость изменяется для лазерного излучения в зависимости от усиленного дифференциального сигнала регулирующего усилителя.

При применении известного способа внут.ренней модуляции изменяется параметр, определяющий генерацию колебаний в лазерном источнике, при этом скорость отклонения остается постоянной и равной тому значению, которое обеспечивает достижение максимальной температуры согласно программе при полной мощности лазера для каждого элемента поверхности, .

В другой форме исполнения применяют внешний цифровой оптический прерыватель излучения, с помощью которого создается непрерывный ряд различных по длительности импульсов излучения. Среднее значение во времени выходной мощности источника 1 можно менять, такнм образом, от нуля до максимального значения. При этом несущая частота этой щиротно-импульсной модуляции должна быть такой высокой, чтобы прерывистый подвод энергии не вызывал мешающих пиковых температур в напыляемом слое. Возможно регулирование и при перекрывании отдельного элемента поверхности..

Упомянутый прерыватель может быть либо чисто .механическим, либо внещним модулятором, работающим в качестве-прерывателя. Возможная схема для генерирования уравляющего сигнала для оптического коммутатора состоит из интегратора, который попеременно управляется посредством порогового выключателя через электронный переключатель выходным сигналом регулирующего усилителя, смещенного в данном случае на достоянное напряжение в положительном нли отрицательном направлении. В результате в зависимости от величины и знака разности между заданным значением температуры и ее действительным значением периодически следуют удлиненные временные промежутки переключателя, или сокращенные временные промежутки, или наоборот, причем основная частота остается постоянной. Вместо внешнего прерывателя может при меняться также известный расположенный в резонаторе источника лазерного излучения и работающий в качестве прерывателя внутренний модулятор. Варианты выполнения средства для изменения температуры нагрева на чертежах не показаны. Согласно изобретению средство для изменения температуры нагрева соединено с выходом регулирующего усилителя, при этом входы последнего электрически связаны с программным задатчиком температур и с узлом регистрации ИК излучения от нагретого участка покрытия Кроме того, установка имеет не показанные на чертежах измерительный усилитель и компенсатор искажений, посредством которых регулирующий усилитель связан с инфракрасным термометром 5. Установка работает следующим образом. Луч источника 1 лазерного излучения через зеркала 4 и 2 попадает на поверхность лакового покрытия 3, причем часть теплового излучения, испускаемого нагретой лаковой поверхностью, регистрируется при помощи зеркала 2 и телескопа 6 инфракрасным термометром 5. Измерительный сигнал от инфракрасного термометра 5 измерительным усилителем и компенсатором искажений преобразуется в напряжение, пропорциональное поверхностной температуре элемента поверхности 3, и известным способом сравнивается в регулирующем усилителе с опорным значением напряжения, подаваемого от программного задатчика температуры. Усиленная разность напряжения вызывает такое изменение частоты генератора 17 и тем самым скорости хода программы отшгонения, что при низкой действительной температуре луч источника 1 воздействует на данный элемент поверхности 3 до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура, затем этот, луч отклоняется к соседнему элементу поверхности. Для того чтобы полностью использовать преимущества отверждения органических покрытий с помощью лазера,- необходимо обеспечить регулирование температуры поверхностей лака, причем заданная температура изменяется во времени. Испарение растворителя, растекание напыляемого покрытия для получения гладкой пленки и процесс «сщивания должны протекать прн различных температурах, эти процессы требуют и различного времени. Программный датчик температуры дает на .55 зарядном конденсаторе 10, например, ход напряжения, изображенный на фиг. 3 для четырех источников 12 тока н трех элементов 11 задержки. Это напряжение соответствует напряжению, пропорциональному температуре и снимаемому с инфракрасного термометра 5, от измерительного усилителя и компенсатор;), и поэтому оно непосредстг снно может Оьт, ярнложено к стунени сравнения регулирукицег-д усилителя. Скорость нарастания npoiiopuHoiia.ibnoro те {пературе Т напряжения (скорость изменения напряжения) определяется величиной емкости зарядного конденсатора 10 и током, протекающим от соответствующего источника тока После достижения установленного уровня напряжения отключается источник тока и включается часть программного датчика для следующего участка кривой. В примере на фиг. 3 выбран.ное напряжение (и тем самым выбранная температура) остается в данном случае для регулируемХ го промежутка времени постоянным. После ис течения этого промежутка времени начинается (согласно этому примеру) следующее нарастание напряжения и так далее; в последнюю очередь достигнутое напряжение при периодическом ходе программы одновременно определяет начальную точку. На фиг. 2 линейно изменяющиеся напряжения (с углом наклона d dT/dt) и время задержки (обозначено через ij ). следуют последовательно друг за другом. Ясно, что возможна произвольная последовательность отдельных составляющих - нарастания напряжения, спада напряжения и число задержек. О1едователы-ю можно практически образовать путем последовательного соединения блоков, составляющих программный задатчик температур, произвольный во времени .ход напряжения, т.е. ход температуры Т. В программном задатчике температур электрометрический уснлитеть 14 препятствует разряду зарядного конденсатора 10 при нагрузке напряжения U Таким образом, отличительным признаком программного задатчнка температур является свободный выбор всех параметров, возможность дополнения до произвольно больщого числа элементов, возможность приближения на каждом произвольном временном про.межутке заданного хода напряжения в зависимости от времени t, причем линейно изменяющееся нарастающее напряжение или спадающее напряжение обеснечиваются с помощью коммутируемых источников 12 постоянного тока и с помощью временных интервалов, соотйетствующих постоянному напряжению на конденсаторе 10. Для облучения больших поверхностей сфокусированным лучом лазера в предлагаемой установке осун№ствляется двухмерное откло- . нение луча с помощью зеркала 2 согласно заранее выбираемой программе, которая содержит как форму поверхности, так н уже упоминутые условия для достижения равномерного высыхания. Цифровая электронная запоминающая схема для программы отклонения, предпочитаемая для применения в предлагаемой установке, и электронная схема управления приводов 15, 16 зеркала 2, которая может быть ана-. логовой или цифровой, выполнены одинаково для обоих видов движения. В блоках 18, 19 памяти записываются через блоки 20, 21 ввода пространственные координаты ft. последовательности, установленной посредством счетчиков 22, 23 и блоков 24, 25 адресации. Если желаемая программа отклонения находится в пространственных координатах, соответствующих перемещению луча лазера в блоках 18, 19 памяти, то эта программа может быть использована многократно. Для этого компараторы 26, 27 сравнивают координаты, имеющиеся на выходе блоков 18, 19 памяти, за счет того, что счетчики. 22, 23 и блоки 24, 25 адресации передвигаются дальще на единицу. Мгновенное состояние координатных счетчинов 28, 29 определяет положение приводов 15. 16 зеркала 2 и тем самым положение самого отклоняющего зеркала. Привод зеркала 2 выполняется преимущественно в виде многофазового щагового двигателя, в этом случае состояние счетчиков 28, 29 может управлять, согласно определенному кодированию, непосредственно рабочим состоянием обмоток двигателя. По если применяют аналоговые устройства местонахождения {ДСсеропривод), то может быть также подключен известным образом цифровой аналоговый преобразователь. Отличительным признаком описываемого отклоняющего программирования является больщая гибкость накапливаемой и проводимой программы при минимальной емкости запоминающего устройства. Поскольку координатные счетчики 28, 29 автоматически и с заранее выбранной скоростью ведут счет до достижения координаты, заданмон от накопителя, то необходимо записать только значимд е точки отклоняющей программы, такие как места поворота и остановки обоих накладываемых отклоняющих движений. Скорость отклонения модулируется генераторо:. 17. Данные можно вводить при помощи перфокарт, перфолент, магнитной пленки или других носителей или вручную. Применение блоков памяти позволяет производить простым способом смену программ, не нарущаЯ первоначальной программы. Вариацией длительности воздействия на элемент поверхности может быть установлена произвольная максимальная температура. Это необходимо, когда, с одной стороны, облучаемый материал обладает .плохой теплогфоводностью, с тем, чтобы за короткое время получить высокие температуры, а с другой стороны - подложка имеет большую теплоемкость по отношению к напыляемому слою. Оба условия возможны в случае высыхания лаков на основе искусственной смолы, причем каждая точка поверхности во время процесса, получает необходимую для полного высыхаяпяэпергню. Высушиваемая поверхность может иметь произвольную конфигурацию, поскольку при правильной форме поверхности луч лазера имеет преимущественно строчную развертку. Расстояние мемсду строк при этом определяется диаметром луча лазера, а также теплопроводкостью лаковой поверхности и выбирается таким, чтобы соседние следы луча пересекались на 20-80% от диаметра луча. Диаметр и соответственно плотность мощности луча лазера могут быть установлены известным способом при помощи оптических вспомогательных средств (линз, зеркал). Преимущество предлагаемой установки состоит в том, что, в противоположность непосредственному увеличению поперечного сечения луча лазера посредством чисто оптического расширения, больщинство неоднородных поперечных мод не проецируется на высыхаемую лаковую поверхность, благодаря чему обеспечивается местный равномерный нагрев. Кроме того, программированное отклонение посредством зеркала обеспечивает точное ограничение нагреваемого лазером участка, а нагрев осуществляется согласно оптимальной для данного покрытия температурной программе, что наряду с хорощим качеством высыхания дает значительную экономию во времени по сравнению с конвенционным методом. Формула изобретения. 1.Установка для сущки лакокрасочных покрытий инфракрасным (ИК) лазерным излучением, содержащая источник лазерного излучения и направляющее зеркало, отличающаяся тем, что, с целью повыщения равномерности нагрева, она снабжена системой автоматического регулирования температуры нагрева, вклю. чающей узел регистрации ИК излучения от нагретого участка покрытия, регулирующий усилитель, программный задатчик температур и средство для изменения температуры нагрева, при этом входы регулирующего усилителя электрически связаны с программным задатчиком температур и с узлом регистрации ИК излучения от Нагретого участка покрытия, а выход - соединен со средством для изменения температуры нагрева. 2.Установка по п. , отличающаяся тем, что узел регистрации ИК излучения от нагретого участка покрытия содержит соосно расположенные телескоп и инфракрасный термометр. 3.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что программный задатчик температур состоит из .зарядного конденсатора, нескольких элеме1ггов задержки времени, источников тока и одного блока логики, причем источники тока связаны каждый с зарядным конденсатором и блоком логики и последовательно соединены между собой через элементы задержки времени. 4.Установка по п. I, отличающаяся тем, что средство для изменения температуры нагрева выполнено в виде оптического исгочника лазерного излучения. 5.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что средство для изменения температуры нагрева выполнено в виде прерывателя излучения 6.Установка по п. I, отличающаяся тем, что средство для изменения температуры нагрева имеет отклоняющее зеркало с двумя перпендикулярно расположенными осями и с приводом для каждой нз них, генератор импульсов и цифровое программирующее устройство, связанное с приводами осей отклоняющего зеркала и через генератор импульсов - с регулирующим усилителем. 7.Установка по п. 6, отличающемся тем, что цифровое программирующее устройство выполнено в виде двух контуров, каждый из которых имеет блоки памяти и ввода координат участков нагрева, счетчик импульсов с блоком адресации, компаратор и координатный счетчик, при этом блок ввода координат

I 6

fut 1 участков нагрепа и счетчик имнульсон г Олоком адресации соединены с блоком памяти, компаратор связан со счетчиком импульсой. блоком памяти и координатным счетчиком, а координатный счетчик - с генератором импульсов н с приводом одной из осей отклоняющего зеркала. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Патент Австрии № 29500, кл. 22 d 9/03 1971. 2.Патент Австрии № 303927, кл. 22 d 9/03 1972. 3.Патент Великобритании № 1.209335 кл. F 4 G , 1970.

J

PatJ