一种基于双波长光纤激光耦合的PET瓶坯加热装置及方法与流程

本发明属于塑料瓶加工处理，具体涉及一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置及方法。

背景技术：

1、pet（聚对苯二甲酸乙二酯）塑料瓶在生活中应用广泛，在其制造过程中需要加热塑化，然后通过吹塑成型制成标准塑料瓶。胚料加热是整个制造过程中一个关键的环节，直接影响到塑料瓶的成型和质量。在传统的pet塑料瓶加热技术中，有以下三种方法。第一种是高温空气循环加热，该方法采用预热后的高温空气来加热pet塑料瓶坯，在pet塑料瓶旋转的同时，热风对其进行循环加热，使其达到塑化温度。第二种是热导油加热，该方法将热导油加热后通过加热片传导到pet塑料瓶坯料表面，将其加热至一定温度，以达到瓶坯成型的目的。第三种是采用卤素灯管红外线加热的方式来加热塑料瓶坯料，使用该方法加热时，将卤素灯管布置在pet塑料瓶坯旁边或上方，通过红外线加热的方式来加热pet塑料瓶坯。在采用卤素灯管加热pet塑料瓶坯时，可以在大约在5～6秒钟内将pet塑料瓶坯加热至一定温度。用于实际生产时，第一种方式由于使用的是高温空气，加热过程中容易产生瓶坯表面的氧化和脆化现象，影响瓶子的成型和质量。第二种方式虽然热均匀性良好，但其缺点主要在于加热时间较长，而且需要较长时间进行调节和预热，需要占用更多的时间和资源。第三种方式中，由于瓶坯对卤素灯超宽光谱的吸收率较低，一般要求烘炉设计功率在600kw左右（甚至超过1000kw），常用功率在200kw左右，能耗较高；其次，由于卤素灯管加热时会同时产生紫外线和红外线，这对人的健康和环境可能会产生负面影响。

2、针对上述问题，现有技术中，有人提出采用2000nm波长的光纤激光器对pet塑料瓶坯进行加热的方法，该特定波长的光可被pet塑料良好吸收，因此可以提高加热效率，降低功耗。但为了满足吹塑要求，按行业经验，一般将pet塑料瓶坯内外壁加热速率比控制在0.33以上，即升温相近，而pet塑料对该波长光的热吸收及升温主要由外壁向内壁传导和体现，由于pet塑料热传导性能较差，在光源短时间的加热过程中，难以保证内外壁实现合适的加热速率比，导致在后续的吹塑过程中瓶坯容易开裂或出现部分发白的问题，因此只适用于薄壁pet塑料瓶坯的吹塑预热，使用场景受到较大限制。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置及方法的技术方案。

2、一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，包括激光器、平顶光扩束整形器、全反射镜组和瓶口夹具，所述激光器输出耦合激光束，所述平顶光扩束整形器对耦合激光束进行扩束并输出平顶激光束，平顶激光束上侧部分照射pet塑料瓶坯侧面形成侧向加热区，下侧部分经全反射镜组反射照射在pet塑料瓶坯底部形成底部加热区，所述瓶口夹具装夹和移动pet塑料瓶坯，并控制pet塑料瓶坯旋转。

3、进一步地，所述激光器包括第一激光光源、第二激光光源和双波长光纤激光耦合器，所述第一激光光源输出第一激光束，所述第二激光光源输出第二激光束，所述第一激光束和第二激光束的波长不同，所述双波长光纤激光耦合器对第一激光束和第二激光束耦合输出，形成双波长的耦合激光束。

4、进一步地，所述第一激光光源输出的第一激光光束的波长为1900-2050nm，所述第二激光光源输出的第二激光光束的波长为1400-1600nm；所述第一激光光源的输出功率为60-100w，所述第二激光光源的输出功率为35-70w。

5、进一步地，所述第一激光光源输出的第一激光光束的波长为1980nm，所述第二激光光源输出的第二激光光束的波长为1550nm；所述第一激光光源的输出功率为90w，所述第二激光光源的输出功率为50w。

6、进一步地，还包括控制器，所述控制器控制激光器的功率、全反射镜组的位置和角度以及瓶口夹具的运动轨迹和旋转速度参数。

7、进一步地，还包括非接触式测温机构，所述非接触式测温机构监测pet塑料瓶坯的温度并将数据反馈给控制器。

8、本发明还提供一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热方法，其特征在于，采用如上所述的pet瓶坯加热装置对pet塑料瓶坯进行加热，包括：

9、步骤1，通过瓶口夹具安装pet塑料瓶坯；

10、步骤2，设置pet瓶坯加热装置的参数；

11、步骤3，激光器开启并输出耦合激光束，经平顶光扩束整形器扩束后输出平顶激光束，平顶激光束上侧照射pet塑料瓶坯侧面形成侧向加热区，下侧经全反射镜组反射照射在pet塑料瓶坯底部形成底部加热区；

12、步骤4，加热结束，激光器停止运行。

13、进一步地，所述步骤2包括：设置瓶口夹具的转速、所需加热温度以及第一激光光源和第二激光光源的功率。

14、进一步地，所述步骤2中设定瓶口夹具的转速为100-200rpm，优选为100rpm。

15、进一步地，所述步骤3中，通过非接触式测温机构监测pet塑料瓶坯的温度，并将数据反馈给控制器，由其调整激光器的功率和全反射镜组的位置和角度，保持加热区温度的均匀分布。

16、本发明采用双波长光纤激光耦合加热的方法来加热pet瓶坯，相比于传统的pet塑料瓶坯加热技术，具有以下优点：

17、1）本发明采用激光加热可实现快速升温，与传统方式相比大大降低了整机功率，缩短加热时间，提高了生产效率；

18、2）采用双波长光纤激光耦合加热，首先可在保证加热效率的同时使瓶坯内外壁温度升温速度相近，其次通过设置全反射镜组实现了底部的加热，能够使pet塑料瓶坯整体均匀受热，避免了现有技术中加热不均匀的问题，提高了瓶坯的成型质量；

19、3）激光加热只在pet塑料瓶坯的加热区域产生能量损耗，比传统加热方式更加节能环保，且不会产生废气、废水等污染物；

20、4）最后，采用本发明的装置对pet塑料瓶坯加热，操作简单方便，不需要对瓶坯进行预热。

技术特征：

1.一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，其特征在于，包括激光器（1）、平顶光扩束整形器（2）、全反射镜组（3）和瓶口夹具（4），所述激光器（1）输出耦合激光束（7），所述平顶光扩束整形器（2）对耦合激光束（7）进行扩束并输出平顶激光束（8），平顶激光束（8）上侧部分照射pet塑料瓶坯（6）侧面形成侧向加热区（9），下侧部分经全反射镜组（3）反射照射在pet塑料瓶坯（6）底部形成底部加热区（10），所述瓶口夹具（4）装夹和移动pet塑料瓶坯（6），并控制pet塑料瓶坯（6）旋转。

2.根据权利要求1所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，其特征在于，所述激光器（1）包括第一激光光源（11）、第二激光光源（12）和双波长光纤激光耦合器（13），所述第一激光光源（11）输出第一激光束，所述第二激光光源（12）输出第二激光束，所述第一激光束和第二激光束的波长不同，所述双波长光纤激光耦合器（13）对第一激光束和第二激光束耦合输出，形成双波长的耦合激光束（7）。

3.根据权利要求2所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，其特征在于，所述第一激光光源（11）输出的第一激光光束的波长为1900-2050nm，所述第二激光光源（12）输出的第二激光光束的波长为1400-1600nm；所述第一激光光源（11）的输出功率为60-100w，所述第二激光光源（12）的输出功率为35-70w。

4.根据权利要求3所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，其特征在于，所述第一激光光源（11）输出的第一激光光束的波长为1980nm，所述第二激光光源（12）输出的第二激光光束的波长为1550nm；所述第一激光光源（11）的输出功率为90w，所述第二激光光源（12）的输出功率为50w。

5.根据权利要求1所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，其特征在于，还包括控制器（5），所述控制器（5）控制激光器（1）的功率、全反射镜组（3）的位置和角度以及瓶口夹具（4）的运动轨迹和旋转速度参数。

6.根据权利要求5所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热装置，其特征在于，还包括非接触式测温机构，所述非接触式测温机构监测pet塑料瓶坯（6）的温度并将数据反馈给控制器（5）。

7.一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热方法，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一所述的pet瓶坯加热装置对pet塑料瓶坯（6）进行加热，包括：

8.根据权利要求7所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热方法，其特征在于，所述步骤2包括：设置瓶口夹具（4）的转速、所需加热温度以及第一激光光源（11）和第二激光光源（12）的功率。

9.根据权利要求8所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热方法，其特征在于，所述步骤2中设定瓶口夹具（4）的转速100-200rpm。

10.根据权利要求7所述的一种基于双波长光纤激光耦合的pet瓶坯加热方法，其特征在于，所述步骤3中，通过非接触式测温机构监测pet塑料瓶坯（6）的温度，并将数据反馈给控制器（5），由其调整激光器（1）的功率和全反射镜组（3）的位置和角度，保持加热区温度的均匀分布。

技术总结
本发明属于塑料瓶加工处理技术领域，具体涉及一种基于双波长光纤激光耦合的PET瓶坯加热装置及方法，包括激光器、平顶光扩束整形器、全反射镜组和瓶口夹具，所述激光器输出耦合激光束，所述平顶光扩束整形器对耦合激光束进行扩束并输出平顶激光束，平顶激光束上侧部分照射PET塑料瓶坯侧面形成侧向加热区，下侧部分经全反射镜组反射照射在PET塑料瓶坯底部形成底部加热区，所述瓶口夹具装夹和移动PET塑料瓶坯，并控制PET塑料瓶坯旋转。本发明采用激光加热可实现快速升温，与传统方式相比大大降低了整机功率，缩短加热时间，提高了生产效率。

技术研发人员：樊振宇,印雄飞,刘旭辉,王至诚,林成翰,李家庆
受保护的技术使用者：国科大杭州高等研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22