[发明专利]基于激光的、特定波长的红外辐射处理的方法和系统

说明书

背景技术

本发明涉及为了广泛的加热、加工或处理的目的将所选择的热红外(IR) 波长辐射或能量直接注入到目标物体当中。如下面所要说明的一样，这些目的 可包括加热、提高或保持物件的温度、或是在不同的工业、医疗、消费品或商 业环境的范围内激励目标物体。这里所说明的方法和系统尤其适用于这样的操 作，即操作需要或是受益于以特别选定的波长进行辐射、或是起脉动或注入辐 射的能力。当目标以高速移动以及在与目标呈非接触环境中时，本发明是特别 有利的。本发明提供了基于红外激光的系统，其中选择了对于宽范围的终端应 用极容易编程的窄波长。本发明教示了一种新颖并且独创类型的红外辐射系 统，该系统由一个或多个激光器组成，这些激光器是通过一类全新的窄波长固 态辐射发射设备来非常适当地制成，在本文件中随后将会特别参考这种窄波长 固态辐射发射设备中的一个变量。

更具体的，本发明涉及一种将一个或多个特定优化波长的红外辐射注入目 标当中的全新并且高效方式，其中在某些方面的目的是用来影响目标的温度。 为了引证例子中的少量取样，对于红外注入的“目标”可以从在如下的宽范围 内的物体中选出，该范围内的物体包括制造操作中的各个部件、对于材料的连 续卷绕进行处理的领域、烹饪加工中的食品、或是在医疗诊治中的病人等。

尽管下面所说明的本发明的特定实施例是一个特别关于塑料瓶预成型回 热(reheat)操作的例子，但是在这里所包括的概念还可以被应用到许多其他 值得注意的场合。其还可被应用到单级塑料吹瓶操作中，其中在吹塑成型操作 之前顺序地执行注塑成型操作。例如，在这种应用下，本发明的方法和装置提 供了与现有技术相比类似的优点，但是使用了用来处理在开始回热部分的处理 时的初始温度变量的不同感应和控制。

通常，理想的红外加热系统优选地利用最少的能量消耗来提高目标的温 度。这样的系统可包括利用对准目标的所选择的单个或窄带波长将电能输入直 接转换为射线电磁能量输出的设备，从而包含辐射的能量被目标部分地或完全 地吸收并且被转换为热。越高效地将电输入转换为射线电磁输出时，系统就越 高效地执行。越高效地将射线电磁波对准以仅曝光目标上的期望区域时，系统 就越高效地完成工作。为使用所选择的射线发射设备应该具有快速“打开”和 快速“关闭”的特性，从而当没有向目标辐射时，既不会浪费输入能量也不会 浪费输出能量。当被曝光的目标越高效地吸收射线电磁能量以直接地将其转换 为热时，系统就高效地发挥功能。对于优化系统，必须要谨慎以正确地选择从 而这组系统输出波长匹配目标的吸收特性。将会为本发明所针对的不同应用以 不同的方式选择这些波长，从而最佳地适应于不同材料的不同吸收特性并且适 应于不同的期望结果。

然而，本领域和工业上公知的是在宽广范围内的加工和处理当中使用不同 类型的射线加热系统。用于这种目的的在以前已经商业化应用的技术产生了相 对宽带频谱的所发射的射线电磁能量。这些技术可被参考地称为红外加热、处 理、或是加工系统，然而事实上它们通常产生红外光谱以外的射线能量。

通常将光谱的红外部分分割为三种波长分类。这些分类通常按照近红外、 中红外、和远红外波长带进行分类。尽管没有对这些大致区间建立精确的分割 点，但是通常所接受的是，近红外区域跨越了从人类视觉的上限(大约780NM) 到1.5微米之间的范围。中红外区域跨越了从1.5到5微米之间的范围。通常 认为长波红外区域介于5到14微米或更高之间的范围。通常认为真实的热红 外由中、远、和超远波长带组成。然而，近红外射线趋于具有更类似于非可见 光一样的性能。

以前已经在工业、商业、和医疗、加热处理或加工设备中所使用的射线红 外源可产生通常不会局限于一部分的红外光谱的宽带波长。尽管它们的宽带输 出会在特定范围的红外光谱内达到峰值，但是它们典型地具有已经延伸进入邻 近区域内的输出尾段。