用于罐内固化的系统及方法与流程

用于罐内固化的系统及方法
1.本技术案是基于2019年4月19日申请的第62/836,447号美国临时申请案且主张所述美国临时申请案的优先权，所述美国临时申请案以其全文引用的方式并入本文中。


背景技术：

2.在制造例如两片铝或钢饮料罐的罐的过程中，需要施覆涂层，使得生产罐的原料铝或钢决不会直接接触罐最终将被填充的产品。要放到罐中的一些液体会因接触铝材料而被破坏。其它液体可能会与铝发生不利化学反应，使得会损坏容器的完整性。举例来说，啤酒即使与生铝有最轻微的接触也会被破坏。另一方面，软饮料通常具有足够的酸性，使得它们会以化学方式蚀刻到已经很薄的铝表面，从而削弱其强度及完整性。其它产品可能会因口味变化而受到不利影响。涂覆铝材料的一些工艺正在使用中，在铝材料形成最终罐形状之前，铝材料仍以平切长度或卷材存在。然而，大多数罐是在它们经过成型工艺之后进行涂覆的，在成型工艺中，它们是由起始扁平卷材形成的。现代食品或饮料罐的制造主要有两种工艺。它们经过拉制再拉制工艺(d&r)，或甚至更典型的是经过拉伸及熨烫工艺(d&i)。d&i工艺有时被称为拉壁熨烫工艺或dwi。在这两种工艺中，拉制杯都是由扁平(通常)卷材制成的。接着，通过拉制甚至更深但最终尺寸的杯来进一步处理那个杯。d&i工艺的第二步骤涉及连续“熨烫”杯的壁，直到它们达到正确及所期望的厚度及尺寸。在所述工艺中进行了大量工程及实验，且最终在底部形成了最终开发的形状，且最终在稍后工艺中形成罐的颈部。精确的几何形状至关重要，因此成品罐能够承受来自罐装液体食品或饮料的气体所施加的压力。此结构成型希望保持沿侧壁的压力，但最终必须防止圆顶形底部实际故障，称为底部反转故障。
3.为了更详细地解释，以典型的拉制及熨烫工艺(d&i或dwi)为例，参考图6。在图6中，说明使用d&i形成罐的实例工艺600。如所展示，罐是使用开卷机(602)、注油器(604)、杯吸器(606)、制罐机(608)及修边机(610)来形成的。所属领域的技术人员应了解典型d&i工艺中的这些元件的形式及功能。
4.在罐呈直壁无颈罐形状之后，其在被放入包含内部涂覆工艺的涂覆工艺之前使用清洗器(612)进行清洗且使用例如气体干燥器炉(614)在约400℉下进行干燥处理。
5.涂覆工艺是通过任选地使用底涂机(616)将施覆油墨底涂层到罐外部及接着使用在约400℉下操作的任选底涂机炉(618)对任何施覆底涂层进行干燥处理来启动。接着，罐通过装饰器(620)以将油墨图案施覆到罐的外部表面且通过底部涂覆器(622)以将一层保护涂层施覆到罐的底部。罐接着被发送到德科炉(624)(也在约400℉下操作)以对所施覆外部涂层进行干燥处理。
6.接着，内部涂覆工艺经启动以涂覆罐的内部表面。内部涂覆工艺通常涉及一行单排罐穿过内部涂覆器(626)、分度星形轮或连续运行的星形轮，其中涂覆罐内部的喷枪被致动。喷枪高度发达，可以将非常细的湿涂层雾化到罐中，使得覆盖所有表面。罐在操作期间在喷枪下旋转以在罐的周长内提供约360度的炉覆盖率。一般来说，罐的目标是在内部被喷射时旋转两到五转。当潮湿时，涂层看起来就像附着在罐整个内部表面上的薄薄的白色油
漆。罐在所述工艺期间高速旋转，以使用向心力使涂覆均匀。重要的是，喷涂以正确的厚度进行，使得其提供铝或钢罐原料的充分覆盖。它既不能太薄也不能太厚而无法正确执行。如果太厚，那么可能会导致流痕及厚区，这可能无法正确固化且将浪费涂层。喷涂工艺完成后，罐必须立即在称为ibo(628)的内部烤炉中进行热固化。
7.从喷涂机出来的一行单排罐被路由到质量输送。质量输送机材料处理将罐尽可能靠近地分组在一起，因为它们可在宽度范围从30到80"的宽输送机上嵌套几十个宽。通过ibo(628)在其上运输罐的输送机带经设计以处理重复严酷高温，使得带材料可安全地通过炉以将罐运送到固化炉。通过固化炉的行程通常需要两到四分钟。炉将通常具有罐逐渐通过的多个热区段。典型的ibo炉配置会将罐引入到炉的第一区段，这将使罐经受200到270
°
华氏度约60秒的预热。区段或区二会将温度升高到270到400
°
，持续大约60秒。最后区段或区3通常将温度保持在380到450
°
华氏度，以进行大约60秒的最终固化。罐在炉中总共花费大约180秒，此时序可能会有所不同，但这代表传统情况。
8.当质量输送罐离开ibo时，如果正确固化，那么内部的环氧树脂涂层应该看起来几乎是透明的。透明度是一个指标，但并不能保证涂层完全固化。必须在实验室进行测试才能确定。ibo的概念是逐渐将质量输送罐的温度带到完全固化温度，且接着确定它已在380到450
°
华氏度下保持至少最少秒数。这是环氧树脂涂层开始适当、完全固化所需的粘合或连结工艺所需的时间。所述连结工艺一旦在此“温度时间”启动，如果实际上已在指定时间内保持在375
°
温度以上，那么所述连结工艺将继续直到完全固化。如提及，“透明”化合物并不意味着它已被正确固化。如果当时提供的温度稍低，即使正确的连结温度从未启动，它也会变得透明。如果温度过高或如果保温时间过长，也可能发生过度固化，这会使涂层变黄或产生气泡。举例来说，如果经涂覆罐被保持在高温下15分钟，那么它将导致可变泛黄甚至起泡，这显然是不可接受的固化结果。如果炉传送机因任何原因停转，而炉中仍有大量罐，那么通常会发生这种情况。饮料罐通常含有80到150毫克的总内部涂层重量，其必须被正确固化。
9.在罐离开ibo(628)后，它们被发送到涂蜡机(630)进行进一步处理。所属领域的技术人员应了解，在完成涂蜡机功能之后，使用缩颈机(632)及翻边机(634)来完成罐形成工艺。还可使用光测试仪(636)。最后，形成的罐被发送到码垛机(638)。
10.此工艺在全球范围内使用，并被广泛接受为两件罐安全食品及饮料包装的标准。相同或非常相似的工艺也经常用于其它类型的罐。
11.然而，值得注意的是，当前ibo炉使用令人难以置信的能量。大多数炉是用天然气燃烧的，但也有一些是电动的。任一类型使用非常大量的能量并占用大量的地面空间。炉需要大量维护，因为进行罐质量输送的带必须通过炉，并在连续24/7的基础上进行热/冷循环。轴承、传动系、导引件及带材料本身都会受到持续的热及机械磨损。此外，鉴于炉通常以化石燃料为基础获取能量，ibo炉周围存在可持续性以及空气污染问题。此外，通常需要五个大型电动机，总共约95hp，来运行带以及继续通风、排气及擦洗与炉相关的空气。
12.在罐制造工业中众所周知，生产罐的铝实际上会因为在ibo中花费的时间而失去强度。被广泛认可的是，罐在高温下需要两到三分钟，会发生去回火/退火效应，从而削弱3004铝合金。虽然正常退火所需的时间比这些时间长得多，但人们认为退火是在罐体中进行的，因为铝既薄，可以发生完全热穿透并几乎立即开始影响晶粒结构。
13.由于这种去回火/退火效应，罐必须制造成实际上比最终规格更坚固。由于ibo炉跳闸，它们损失了大约8到10％的底部反转强度，而这些强度是它们正常性能所需的。在碳酸软饮料“底部反转”之前，它们必须保持92到95psi的压力遏制强度，而啤酒则必须保持105到110psi。这种高速软化、去强度或退火具有降低铝合金的拉伸强度及屈服强度的效应，使得与未退火的罐相比，铝必须更厚以具有所需的强度。


技术实现要素：

14.在本发明描述的实施例的一个方面中，一种用于罐制造内部涂覆及固化工艺的方法，其中涂层已经喷射到罐的内部表面上，所述方法大体上包括：朝向至少一个固化站运输所述罐；及在所述至少一个固化站中使用窄带辐射红外能量及定位在所述罐外的光学元件个别地且电加热所述罐，使得一系列生产罐中的每一连续罐的内部表面上的涂层被带到临界温度以在少于20秒内在所述涂层中开始固化连结工艺来防止在所述罐中发生去回火或退火。
15.在本发明描述的实施例的另一方面中，每一罐由经重新配置以减小坯料的切割边缘的直径的制造工具形成，所述罐的起始杯从所述坯料的所述切割边缘拉制，由此卷料铝的厚度基本上与进行工具重新配置之前相同但使得所述卷料更窄，从而将制造每一罐所需的铝的重量减小3％以上。
16.在本发明描述的实施例的另一方面中，每一罐使用罐设计及工具形成，所述罐设计及工具经修改以用更薄卷料材料制造所述罐来减小所述罐由其制造的所述铝，由此在少于20秒内完成所述连结固化工艺的所述加热消除所述罐的强度的降低，使得所述罐相较于需要更长时间来固化的较厚罐将具有类似的侧壁轴向强度、底部反转强度及整体强度，所述更长时间使金属弱化。
17.在本发明描述的实施例的另一方面中，涂层的电固化由窄带基于半导体的辐射加热系统实施。
18.在本发明描述的实施例的另一方面中，产生所述窄带辐射能量的基于半导体的系统可在几微秒内接通或关断，且可在少于10秒内将所述涂层及/或所述罐加热到固化温度。
19.在本发明描述的实施例的另一方面中，输送机在所述固化工艺期间运输所述罐且利用连续旋转运动，由此所述至少一个照射固化站与借此被固化的所述罐同步地处于连续旋转运动且电功率、冷却液及控制信号中的至少一者通过旋转接头连接到所述至少一个固化站。
20.在本发明描述的实施例的另一方面中，服务于所述至少一个固化站的dc电力供应器、冷却热交换器、冷却制冷机、冷却再循环泵及控制系统中的至少一者以旋转运动移动且与所述罐同步移动，从而提供连续旋转运动固化系统，其中所述系统的所述连续运动有助于冷却功能。
21.在本发明描述的实施例的另一方面中，输送机在所述固化工艺期间运输所述罐且利用分度旋转运动，由此多个照射固化站定位于转台的外围周围但不定位于所述转台上，使得在所述转台旋转分度时一群组罐被连续装载到所述转台周围的所选择数目个空站中，使得所述罐各自在其相应窄带固化站下，所述固化站经致动以使所述罐固化且接着所述转台再次旋转分度，此取出经固化罐，同时一组新罐在所述固化站下被分度到其位置中以进
行固化且所述工艺继续重复。
22.在本发明描述的实施例的另一方面中，罐在少于5秒内个别地被固化。
23.在本发明描述的实施例的另一方面中，窄带半导体装置以匹配到每一连续罐的所述内部表面上的所述涂层的吸收特性的波长发射所述窄带辐射红外能量。
24.在本发明描述的实施例的另一方面中，用于加热的所述窄带辐射红外能量的波长在800nm到1200nm、1400nm到1600nm及1850nm到2000nm中的一者的范围内。
25.在本发明描述的实施例的另一方面中，用于加热的所述窄带红外辐射能量是使用基于半导体的照射装置、发光二极管(led)及激光二极管中的至少一者产生。
26.在本发明描述的实施例的另一方面中，产生所述照射的所述半导体装置经配置成多装置阵列，其组合多于10个个别半导体装置的光学输出功率以产生100瓦特以上的总光学输出功率。
27.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述半导体装置是激光二极管且使得全宽/半最大输出带宽窄于20纳米。
28.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述半导体装置是其全宽/半最大输出带宽窄于2纳米的表面发射激光二极管。
29.在本发明描述的实施例的另一方面中，能量源包括产生在825到1075纳米之间的其光子能量输出的表面发射激光二极管阵列。
30.在本发明描述的实施例的另一方面中，材料/罐处理促进一排罐以超过每分钟300个罐的生产速度个别固化。
31.在本发明描述的实施例的另一方面中，多个平行固化站经布置以依超过每分钟1,800个罐的总吞吐速度个别地固化同时运行除了一排之外的所有排，所述排可用于可能需要的任何维护，或如果需要的话，那么提供额外生产，使得可实现更高级总运行时间。
32.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述方法消除烃基燃料使用，且在罐制造工艺中由于较高速度在20秒固化内节省3％以上的铝，此消除罐体的铝的退火及弱化。
33.在本发明描述的实施例的另一方面中，特定添加剂被明确添加到所述涂层中以与所述窄带红外光相互作用以改进所述经固化涂层的性能或功能性。
34.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述方法促进所述涂层的重制以消除涂层配制中的bpa或其它不合意组分。
35.在本发明描述的实施例的另一方面中，固化方法的设备配置可被容易地开始及停止，而对罐或生产工艺没有有害效应。
36.在本发明描述的实施例的另一方面中，作为从检验系统获得的感官信息的结果，实施方案提供即时且在运动中对所述方法的调制作出响应的能力。
37.在本发明描述的实施例的另一方面中，一种用于罐制造内部涂覆及固化工艺中的系统，其中涂层已经喷射到罐的内部表面上，所述系统包括：罐处理系统，其经配置以将生产罐连续移动到至少一个固化区中；基于半导体的窄带照射装置阵列，其经定位以使用定位于每一罐的开放端外的光学元件个别地且电加热移动到固化区中的所述罐的内部表面，使得一系列生产罐中的每一连续罐的所述内部表面上的所述涂层被带到临界温度以在少于20秒内产生连结固化工艺来防止在所述罐中发生去回火或退火。
38.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述基于半导体的窄带照射装置阵列及所
述光学元件正好被定位于所述罐的切割边缘的顶部平面外且将由所述基于半导体的窄带照射装置产生的窄带红外光子能量的90％以上瞄准到被固化的罐的内部中，其中大部分所述能量经聚焦于侧壁的上半部上，使得内反射暴露所述罐的下部。
39.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述光学元件包括：至少一个微透镜阵列，其与所述基于半导体的窄带照射装置阵列的相应装置对准以形成柱状能量；聚光透镜，其经配置以朝向且通过针孔或孔元件聚焦所述柱状能量且将其聚焦到被固化的罐的内部中，且所述针孔或孔提供穿过反射工程形状表面的旋涡的开口，其作用是将原本会从所述罐漏出的窄带能量重新引导回到所述罐中。
40.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述反射工程表面经配备有通风槽或开口以促进蒸气从固化罐移除。
41.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述反射工程表面是大致圆锥形，且由铜、铝、镀金金属、镀银材料及高度反射纳米结构中的一者制成。
42.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述光学元件及所述基于半导体的窄带照射装置阵列经安装于外壳中，所述外壳经配置以防止杂散红外能量从外壳漏出，只是除了通过所述针孔或孔元件漏出之外，且经配置有再循环水冷却布置以在生产固化环境中将所述阵列及光学元件保持在可接受操作温度下。
43.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述基于半导体的窄带照射装置阵列包含经定位在所述罐外的至少一个激光二极管阵列，且所述对应光学元件在固化的至少一部分期间经环接到每一罐的内部。
44.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述光学元件包括经配置以经由光学器件及镜组合件从所述基于半导体的窄带照射装置阵列接收能量的物镜，且所述系统进一步包括插入及取回机构以通过反射遏制板将所述光学元件平移到所述罐中，所述反射遏制板经配置以被定位于每一罐上方，使得光学能量传送在所述插入机构将所述光学组合件的部分定位于所述罐内时对准，因此照射可在光学系被恰当定位于容器内部时被激活以实现所述固化。
45.在本发明描述的实施例的另一方面中，一种在罐或容器制造中用于固化已经喷射到所述容器的内部壁上的涂层的系统，其包括进入轨道或输送机，其经配置以组织或促进个别容器以单排顺序朝向第二输送机移动，所述第二输送机经配置为旋转转台以将个别容器移动到至少一个固化站及远离至少一个固化站移动个别容器，所述至少一个固化站包括光学配置，其中来自至少一个表面发射激光二极管阵列的光子能量穿过柱状光学器件且接着由至少一个聚光透镜元件通过光子能量在其处发散的针孔或孔聚焦以照射经涂覆容器的内部侧壁，此针孔或孔经定位于反射锥的顶点，此反射锥用于将光子能量反射回到容器中以实施进一步固化工作，其中涂层在少于20秒内固化，从而足够快以防止在包括容器的铝中发生弱化或退火，所述第二输送机意味着递送容器且被导引到第三输送机，所述第三输送机经配置以使容器显出且远离第二输送机，因此空凹穴可用于装载等待的未固化罐以继续连续固化，同时经固化容器在第三输送机上朝向后续容器制造操作传送。
46.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述后续制造操作包含定位于所述第三输送机上的检验站，所述检验站的功能是至少通过每一容器内部的成像及搜索裸金属区来核实涂覆及固化的真实性，及在所述经固化涂层的经成像质量级别不足的程度上，在经配置
成所述检验站之后的第三输送机的拒绝站处拒绝具有故障涂层的容器，及接着发送信号到涂层系统控制系统及固化控制系统中的至少一者以校正相应过程。
47.在本发明描述的实施例的另一方面中，一种用于罐或开放顶容器制造以将已经喷射到所述容器的内部表面上的涂层固化的系统，其包括：进入轨道或输送机，其经配置以朝向第二输送机移动单排个别容器，所述第二输送机经配置以使用旋转运动台以将所述容器移动到至少一个固化站中及远离至少一个固化站移动所述容器，所述至少一个固化站并入将用于通过所述容器的开放顶部从所述阵列重新引导光子能量且将所述光子能量直接重新引导到所述容器的所述内部表面上的所述经喷射涂层上以实施固化工艺的工程反射器中的一者，其中所述涂层在少于20秒内固化，从而足够快地防止在包括所述容器的铝中发生弱化或退火，所述第二输送机经配置以旋转以向第三输送机提供用于已经固化的容器的出口，同时新的未经固化罐被连续装载到空位置，所述第三输送机经配置以在出口上接收已经固化的容器且一直朝向接下来的容器制造操作输送已经固化的容器。
48.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述第二输送机是旋转配置，其具有定位于外围周围的多个固化站，多个固化站中的每一者可同时用于用由至少一个激光二极管阵列产生的红外能量来固化容器的内部。
49.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述多个固化站包括多于8个固化站。
50.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述第二输送机是旋转配置，其具有与所述容器同步旋转的多个固化站，因此固化可在台没有开始或停止旋转的情况下继续，且其中电功率、冷却及控制信号中的至少一者通过至少一个旋转接头经连接到所述固化站。
51.在本发明描述的实施例的另一方面中，所述进入轨道或输送机经配置以使用重力使是单排的所述容器前进且施加重力压力以将每一个别罐都馈送到所述第二输送机中。
52.在本发明描述的实施例的另一方面中，一种用于罐制造内部涂覆及固化工艺中的系统，其中涂层已经喷射到罐的内部表面上，所述系统包括：罐处理系统，其经配置以将生产罐连续移动到至少一个固化区中；及宽带红外源，其经定位以使用光学元件个别地且电加热移动到固化区中的每一罐的内部表面，所述光学元件经定位以朝向所述罐的所述内部表面的上侧壁引导照射，使得一系列生产罐中的每一连续罐的所述内部表面上的所述涂层被带到临界温度以在少于20秒内在所述涂层中产生连结固化工艺来防止在罐体中发生去回火或退火；及控制系统，其经配置以使用传感器信息来调制所述宽带红外源的输出以维持一致固化温度及结果。
附图说明
53.图1展示使用本发明描述的实施例固化的示范性罐；
54.图2展示根据本发明描述的实施例的系统；
55.图3展示根据本发明描述的实施例的另一系统；
56.图4展示根据本发明描述的实施例的另一系统；
57.图5展示根据本发明描述的实施例的另一系统；
58.图6展示说明用于形成罐的示范性先前方法的流程图；
59.图7展示根据本发明描述的实施例的另一系统；及，
60.图8展示根据本发明描述的实施例的另一系统。
具体实施方式
61.本发明描述的实施例教示一种用于固化食物、饮料及其它类型罐内部上的涂层的全新概念。根据本发明描述的实施例，许多实施方案适于更换上文结合形成罐的已知技术描述的常规内部烤炉(ibo)。
62.一种优选实施方案预期使用窄带半导体产生的红外能量，其经聚焦到罐的内部以影响非常高速的固化结果。其预期使用经聚焦高功率辐射能量，其将直接影响涂层及罐内部的侧壁以将能量快速传输到涂层材料及罐的壁两者，接着，此既反射又重新辐射回到涂层材料。此高功率辐射窄带能量将直接被引入到每一个别罐中且将以光速在罐内反弹直到事实上其所有能量都被吸收到涂层及铝衬底中。
63.虽然有可能用宽带源影响到达罐内的相同量值的直接辐射能量，但出于很多原因，窄带源是优选的且可能是最理想的解决方案。可使用例如石英灯的宽带源，但无法实现许多优点且实施方案并不那么有益。然而，有可能用宽带源实施及实践本发明描述的实施例。举例来说，可利用石英灯、高密度放电或弧光灯。它们趋向于具有波长输出带，其属于用普通玻璃光学器件聚焦的足够短的波长范围。然而普通光学玻璃在超过约2.7微米的波长下开始变得无效，甚至于多数宽带光源及电阻加热源的上端在没有将光学器件加热到有时超温的情况下将不会穿过聚焦光学器件。代替用折射光学器件聚焦热光子能量，可以使用反射光学配置。举例来说，大体上锥形形状的反射器或椭圆形圆形对称镜可用于将红外能量聚焦于罐或容器的上侧壁内部。那就是具有击中罐内部的能量的最佳区，这是因为从那里内反射将使其从那个优选起始区分布。在针对罐涂层固化处理的那种生产速度下，几乎肯定必须连续接通各种宽带源，因为它们无法以这种应用所需的速度关断及接通。虽然可以做到，但向此系统配备切换电子器件来例如处理每一固化站都需要的2,000到3,000瓦特的石英灯泡也很昂贵。需要更多的关注以确保罐被加热到实现连结固化动作所需但还没有热到使罐的铝主体退火的温度。将极其期望罐温度的密切监测及在电子控制件中调制宽带装置输出的能力。本发明的一个基本优势是消除对铝的弱化效应以便促进使用较小重量的铝来制造与由当前在世界罐行业中几乎普遍使用的常规工艺造成的罐相同强度的罐。宽带源的一个额外考虑是它们具有比用于窄带源的半导体装置更短的固有服务寿命。例如，石英灯的寿命很短，但随着其本身耗尽，其还继续具有较少光子输出。电子器件必须能够调制功率直到继续解释减小的输出。可采用监测传感器，正如其可用窄带装置提供关于罐温度的反馈且因此提供固化完整性。
64.存在许多可实施的窄带源，包含高功率激光器、各种基于半导体的照射装置、激光二极管、边缘发射器激光二极管、vcsel激光二极管、包含se
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dfb激光二极管的表面发射激光二极管、激光器阵列及甚至例如高功率led阵列的发光二极管(led)。多个装置阵列(例如，每阵列多于10个装置)可用于产生输出功率(例如，多于100瓦特)。尽管本发明描述的实施例可用其它模态高功率激光二极管阵列执行，这是由于其易于实施且功效将是优选实施方案。而且，包含例如激光二极管阵列的半导体窄带红外源或阵列的窄带源或阵列的各个实例及实施方案描述于例如2004年12月3日申请的第11/003,679号美国申请案(现在是第7,425,296号美国专利)、2010年3月5日申请的第12/718,899号美国申请案(现在是第2011/0002677a1号美国公开案)及2010年3月5日申请的第12/718,919号美国申请案(现在是第9,282,851号美国专利)中，所有所述美国申请案特此以引用方式并入本文中。
65.窄带能量还促进更佳光学精度，这是因为波长足够类似以几乎完全相同地聚焦，宽带辐射源的情况不是这样的。在一些实施方案中，光学器件上的例如抗反射涂层的涂层可经优化以在所采用的特定波长或窄范围波长下是很有效的。
66.因为激光二极管阵列被数字交换、立即接通及立即关断，所以其将促进本发明描述的实施例的各种各样的可能实施方案。其还可经配置使得其可以数种常规方式被光学处理以促进使引导到罐中的直接能量达到需要其来进行高速固化的有效实施方案的精确区域。本公开取决于本发明描述的实施例的精确应用程序及偏好将教示是可能实例的数个光学实施方案及数个罐处理机械实施方案。
67.如果本发明描述的实施例被有效地实践，那么应有可能影响最快一秒将固化罐的内部上的涂层的系统。具有来自辐射源的足够功率，如果涂层被如此配制以足够快地开始连结工艺，那么甚至有可能在少于一秒内固化。应了解，相较于常规方法的固化时间的任何减少将导致整体效率、益处及结果改进。显著地，随着固化时间减少到小于一分钟，例如，改进基本上增加。作为另外实例，少于30秒、少于20秒、少于10秒、少于5秒及(如上文指出)少于1秒的固化时间展示甚至更大改进。如果固化时间足够快，例如，在至少一个实施例中少于20秒，或作为另一实例，在至少另一实施例中少于30秒，那么将防止罐退火。较短固化时间(例如少于10秒、少于5秒或少于1秒)同样导致避免退火。如果可防止退火效应，那么其将防止对罐进行过度强化的需求以在固化工艺之后维持足够保持强度。对罐制造商来说此可为巨大的优势，因为材料清单的约70％及平均罐的制造成本是用于生产罐的铝材料的成本。如果无需罐的8％到10％过度强化，那么有巨大潜力的材料节省且因此有很大的成本节省。直到此时，从未有以防止需要过度构建罐的生产速度进行高速固化的方式。这是完全新颖的想法，因为制造商通常必须过度构建罐来维持足够强度，因为以前的想法不可能以这些快速速率固化。罐在历史上一直在质量输送中固化。本发明描述的实施例引入每一个别罐的高速窄带固化。
68.有用的是，概述将来自本发明描述的实施例的适当实施方案的许多优点。减少材料量是罐制造中的主要优点。替代节省可为合金含量略低的铝，与当前合金含量更高的铝相比，这种铝的成本可能更低。本发明描述的实施例的另一优点是铝卷料的宽度可由于较短切割边缘长度因此拉制杯上的较小直径而减小。接着，宽度减小意味着较低成本，及送料设备及卷处理设备中的较高可靠性。其还意味着可以购买及实施较窄床身双动冲压机以及较小较轻及较高速冲压模具。较窄压制床还意味着导致更长压机寿命及更长刀具寿命的更大机器刚度及较低移动质量。制造更小直径杯的杯吸器工具初始将更便宜且更换加工组件也将更便宜，因为存在所涉及的更小直径且存在所涉及的更少的工具钢。另一优点是本发明描述的实施例使用例如数字窄带固化系统，其促进改变及精确调谐固化参数以改进或优化等级及整体固化工艺。另一优点是此调谐可动态地进行以优选地对应于任何选定生产速度及改进或最佳能量节省。还可开发闭环工艺，其将核实固化的真实性且校正可能正发生的任何欠固化或过度固化。而且，通过用机器视觉检验、激光扫描或其它以实时方式核实固化，可优化固化能量的量。此可用于通过不将更多焦耳能量注入到适当固化真正需要的罐中来进一步节省能量。另一优点是本发明描述的实施例在一些实施例中促进将添加剂放入将容易吸收更多且在选定波长下更优的涂层中，从而为甚至更低能量固化及潜在更高吞吐速度铺设道路。本发明描述的实施例具有促进巨大能量节省的另一优点。又一优点是固化
工艺中任何烃类或化石燃料的消除或接近消除。其它另外优点来自罐将以其固化于本身内且相较于其它包围罐的均匀度。另一优点是系统将提供以在最小有害结果下立即停止及立即开始生产线的能力。类似优点是消除在生产线启动之前需要的预热，无论是从冷线还是关闭后的热线。另一相关优点是避免由于计划外的停工、停电及类似物而导致清理炉子及报废罐的必要性。其它质量优势起因于在没有有害结果的情况下更随意停止线的能力，实践由当前技术的用户由于害怕此类有害结果来避免。另外优点通过消除发生于ibo炉周围的非所要额外工厂加热来产生，在许多气候区，此将降低对额外工厂冷却或空气调节的需要。另外优点包含烃基燃料使用的减少或消除。本发明描述的实施例的又一优点是很快且完全在可编程控制下从一种类型罐切换到另一类型罐的能力。又一优点从能够服务于线的固化部分的部分出现，同时线的平衡由于个别单排固化道可被独立服务而继续延伸。此带来能够更加连续地延伸且消除对周期性关闭以进行炉维护的需要的另一优点。最终，此应导致更多生产吞吐量及更少停机时间。
69.现在，参考图式，可以数种不同方式实践结合本发明描述的实施例描述的高速罐内固化技术。实践本发明描述的示范性实施例的不同方式主要是关于两个通用领域。首先是如何布置系统使得罐被引入到窄带照射源及从窄带照射源取走，且其次是如何产生窄带照射且将其明确引导到在罐内部需要其的区中。
70.根据本发明描述的实施例，具有将固化的内部涂层的两件饮料罐通常包括此后描述的区段，这是由于其在行业中通常是已知的且如在图1中展示。尽管其它形状及配置可被固化，例如具有锥形壁的罐，但多数两件罐仍具有将在此处详述用于实践本发明描述的实施例的教育的配置。在这方面，罐(22)包括笔直垂直壁(23)，其从壕沟(26)及跟区(25)延伸到罐的顶部。无颈笔直壁式罐(22)的最顶部通常称为切断边缘或修剪边缘(21)。内部涂层及后续固化操作通常发生于笔直壁式无颈罐(22)上。其在缩颈机/翻边机机器操作中在修剪边缘附近的区中在稍后操作中变窄且带凸缘。在罐(22)底部，形成以壁(23)的底部区段开始的区且称为跟部(25)，其转变成壕沟区(26)且接着最终在罐(22)的中心底部处转变成拱形圆顶区(24)。罐(22)的这些各个区段已经设计制造及彻底测试以在软饮料或啤酒容器需要的压力下保持住，其中压力范围通常在从90到110psi的范围内。罐(22)的整个主体由其制造的基底金属(28)最通常是由铝合金#3,004制造。此合金已被大多数行业选择并标准化，因为其在罐制造工艺及应用中结合了强度、成型性及弹性。可以肯定的是，此合金比笔直铝材料更贵且可进行以促进由较低合金材料制造完整的足以胜任的罐的任何事物将为制造商节省钱。
71.罐(22)的外部表面通常用涂层或油墨层(29)涂覆或印制，如所展示。当前工业实践的罐(22)的完整内部表面被涂覆有被烘烤于其上以适当地固化其的环氧树脂基材料层，例如层(27)。适当固化涂层的工业规格在工业内的实践是众所周知的，且是制造商规格的部分。当然，在罐内部上具有尚未被完全涂覆或适当固化的任何区完全是不可接受的。罐制造行业不断关注确保涂层全部都被正确固化且在成品中没有未固化环氧树脂存在的空隙区域。已对除了环氧树脂的涂层进行试验但尚未被广泛推广。如果其它类型的涂层或部分涂层需要热或热固化，那么本发明描述的实施例也将相当适于那些。对减小或消除被热固化的涂层中的bpa的较新涂层来说也是如此。
72.尽管存在需要设计关注的两个主要领域，但在实践本发明描述的实施例时遇到的
第一挑战是如何产生强有力的窄带照射。设计者的第一冲动是尝试配置可被插入到罐中的某物，如果没有360
°
模式，那么这将在多方向上照射。虽然这是可能的，但可用于产生高功率窄带能量的多数技术显著大于可通过饮料罐的无颈顶部被插入到罐中的某物。当然可能的是，随着技术萎缩及窄带能量装置更有效且在更小封装中产生更多功率，此将变得更加实际。无论能量产生装置的大小为何，“插入到罐中”技术的问题是其涉及多得多的移动部件及机构。插入/回缩运动将必须在每分钟200到400个冲程或插入之间发生，且所述速度未来很可能增加。此假设通过罐制造线的整个生产流程被划分成六到八个固化道，每一者以每分钟200到400个罐的吞吐速率运行。在这方面，例如，典型的生产速度可为每分钟约300个罐或更多。虽然如此，插入罐及从罐取回照射源的概念是可行实施技术，但将需要更多机构以便以此快速速率插入及取回照射供给布置。将预期，其将更加复杂且因此需要比没有通过罐体的开口平面进入的非环接布置更多的维护。
73.代替插入及取回窄带照射的实际源，可被插入及取回的部分正好可为将在罐外产生的窄带照射引导到罐内部上的适当位置中的光学器件或某形式的光导引件。此可采用经配置以从一或多个窄带源收集能量且将其递送到罐中的光纤光导引件的形式。举例来说，如果单个极高功率激光器用于提供窄带辐射能量，那么光纤光导引件可在将使所述激光器安全地远离实际固化站的严酷性、振动或污染物定位的位置中经耦合到所述激光器。必要的是，在光纤光导引件的出口端处设计正确透镜或扩散以产生将足以照射罐内部上的涂层的输出模式。
74.光导引件还可采用经布置以收集源(32)附近的窄带能量且接着通过当环接机构(33)将其完全插入到罐(22)内部的其照射位置中时处于完全正确的焦距处的最终物镜配置(38)及镜组合件(34)投影所述窄带能量的透镜配置(参见图3)的形式。光子能量(30)可沿着管(35)被向下引导到罐(22)内部的物镜(38)的输出，可能结合额外扩散器(37)，接着，可直接照射罐内部上的涂层(27)。透镜及光导引件类型方法的许多不同排列可由高能量透镜及光学设计领域的技术人员配置。垂直插入及取回机构(33)理想地将具有遏制反射板布置(36)以通过将能量反射回到罐中来保持罐中的光子能量。还可通过确保照射全都被递送到罐的内部来保证布置更安全。所有组件及机构将必须被设计使得其可处理以高速移动到罐及从罐取回的严酷性以满足高产量制造的要求。此方法可被证明为用均匀照射模式照射罐的内部的绝佳方式，但在环接机构及工程设计方面将需要很多且因此实施起来成本更高。其具有提供将窄带照射投影到经涂覆表面来获得优异结果的很直接的方式的相异优点。其具有以下缺点：将障碍物(35)放置到罐中，障碍物(35)将阻挡需要继续击中经涂覆表面直到其能量被耗尽的一些经反射能量(39)。其本身(35)将变成反射器，但这将浪费在于未涂覆表面上反映期间丢失的一些能量(30)。还将必须被处理且被移除的相当多的热给予光学组合件(35)&(34)。
75.用于将照射能量提供到罐(22)内部的另一技术在图2中展示。其包括设计概念，由此没有组件会因突出到罐内部而弄坏切断边缘(21)的平面。假设照射机构不必环接出入罐，但确切来说可以某方式被恰好固定在罐略上方且仍将充分且适当分散的照射提供到罐中。在这方面，光学系统可经并入到照射系统中及/或连同照射系统一起使用。良好设计的光学照射系统在至少一些实施例中为了固化目的将能够把从光学配置出现的光学能量的相对高百分比(例如95％以上或90％以上)直接且平均聚焦到罐的内部。由于铝在这些红外
波长下具有高度反射性且由于罐是圆柱形的，所以可以可靠低预测大量内反射。针对多数实施方案，在设计中应注意确保通过罐的开放顶部随机反射的能量被反射回到罐中以继续内反射过程直到能量被耗尽。因为红外光能量以光速行进，所以大量反射可在数秒长的曝光时间内发生以进行高速固化。
76.此配置依赖于铝不仅在可见及近红外中具有高度反射性而且在短波红外波带中也具有高度反射性。如果窄带照射组合件的底部的平面被定位例如与罐(21)的顶部切断边缘相距约0.030"到0.045"，那么其足够靠近而没有过多通过间隙的能量损失，但其足够靠近，使得足够号的能量传送将以必要角度发生以通过在罐内部反弹能量来有效固化涂层。其需要足够靠近，使得圆锥或圆锥表面(64)能够与罐内部几何形状对接以将从罐的开放顶部反射出的多数能量返回到罐中。圆锥表面可由包含铜、铝、镀金金属、镀银金属及/或高度反射纳米结构材料的各种不同材料形成。
77.还可修改图2中展示的实施例。在这方面，参考图7，反射锥(64)或无论其选定何种几何形状在多数实施例中都还应通过相应地定位遮板为罐中的水蒸气最佳提供通风。遮板(74)必须经塑形使得其是面向罐的内部但在遮板之间具有空间的反射器以通过(72)真空端口提供真空气流。良好设计的气流系统实际上通过反射锥中的遮板(74)或通风孔既将空气推动到罐中又从罐抽出充满蒸气的空气。
78.如果90
°
夹角(69)例如经设计成锥(64)的内部几何形状，那么其将用作优异的多角反射器以将窄带能量反射回到或返回到罐中以进一步固化。能量可取决于选定波长在罐内部反弹数百次或甚至数千次直到所有能量都被吸收到涂层(27)或衬底铝(28)中。
79.图2(或图7)中展示的光学布置的主要目的是将光子能量注入到罐(22)内部，如所展示。在一个实例中，窄带光子辐射能量是在图2中的图的顶部处的阵列(51)中产生。一阵列或若干阵列(51)可使任何数目个激光二极管连接到适当电力供应器。阵列的设计者可使用激光二极管装置的串联及/或并联连接的组合以获得其期望的电流及电压输入偏好来满足他正设计的系统。此将确定从电力供应器需要的电流容量及电压。选定正确组合将允许优化电力供应器规格。激光二极管可具有边缘发射器设计或表面发射类型的设计。表面发射设计具有实际稳健性优点，因为有效孔大得多且因此不易受到污染物的损害。传统边缘发射器最通常耦合到光纤光导引件以提供更佳方式来将窄带能量送到光学系，而不会将其相当脆弱的孔暴露到可能导致灾难性孔故障的艰难的环境及污染物。与到装置的光纤耦合相关的额外成本及组合件复杂性使传统边缘发射激光二极管成为实践本发明描述的实施例的可行解决方案，但不如其它解决方案那么合意且成本比其它解决方案高得多。另一方面，表面发射类型的激光二极管通常无需进行光纤耦合。其通常可经配置以直接照射到将把窄带输出直接导引到罐中的光学配置中。此布置可在一些情况下使其更脆弱，因为其更靠近固化位置，但光纤耦合的消除可节省大量成本且在整体配置中提供更多可靠性。无论哪一类型装置可被选定用于应用，其都必须以使得其光学输出被朝向聚光透镜(56)引导的方式被安装于外壳(55)中。在至少一个实施例中，外壳经配置以防止杂散红外能量从外壳漏出，只是除了通过针孔元件或合适大小的孔元件(下文描述)漏出之外，但可实施外壳的各种配置。激光二极管的输出将在两个方向
‑
快轴及慢轴上发散或在单个方向上发散。在se
‑
dfb的情况下，输出在一个方向上是柱状的，且在另一方向上具有慢发散。关于se
‑
dfb，慢轴将被视作柱状方向且快轴通常将以7
°
到10
°
发散。如果vcsel用作窄带光子能量产生装
置，那么其具有圆锥输出模式。无论选定哪一类型的激光二极管，其都必须被封装及配置于多个装置阵列中，使得其总输出功率是足够的。关于se
‑
dfb、vcel及任何其它表面发射装置，其可以x乘y或某其它模式被封装到冷却电路板上，但使得能量主要正交于安装电路板被引导。
80.阵列当然具有不同大小以执行本发明描述的实施例。在至少一些实施例中，阵列可被构建及用于罐内部固化，其总输出范围从250瓦特到500瓦特以上。举例来说，500瓦特阵列可包括50个表面发射激光二极管，其中的每一者可产生10瓦特的光学窄带近红外功率。此光学功率可能不足以在指定时间内执行涂层内固化，使得多个相同阵列可为设计者的最佳配置。一个试验表明，一个300瓦特的激光二极管阵列能够在10到15秒内正确固化超厚的内部涂层，而无需仔细注意优化的光学布置。适当光学配置的实例，例如图2中展示的实例，可在需要改进均匀性及快得多的固化之处精确分布光子能量。此光学配置将确保浪费较少光子能量且将实现快得多的固化时间。通过联合正确数目及设计的阵列，其在经改进(例如，高达优化)及生产工程配置中相当合理，以在一秒内固化每一个别罐内部的环氧树脂涂层。应了解，光学配置在至少一些实施例中可经设计或调谐以在罐内部上的所期望位置中沉积所期望量的能量。举例来说，可实施光学配置，其在罐的内部侧壁表面的顶部处沉积更多能量且使能量沿着罐的侧壁的减小平滑。各种光学元件(例如折射、反射、非线性、非球面或其它元件)可用于实现这些目标及其它目标来满足特定配置的要求。
81.在此经改进或优化配置中，继续参考图2(及图7)，光学器件或微透镜阵列(52)可经选择使得其产生与系统的中心光学轴平行地引导的柱状能量(54)。一旦柱状能量已产生且被引导朝向聚光透镜(56)，输出能量(57)就将朝向处于针孔(65)中的焦点会聚，接着光能量将在针孔(65)中交叉且变成发散射线(58)，因为接着其被导向罐(22)内部上的涂层。一旦光子能量已达到已穿过涂层(27)的第一层的罐的内部的壁，就将从罐()的内侧壁反射，使得能量再次返回穿过涂层(27)。光子能量将继续通过涂层(27)前进且从壁(28)反弹且通过涂层(27)返回，如例如在(59)处所展示，直到其将所有其能量都给予涂层及罐壁。一些那些反弹还将影响反射锥表面(64)且接着将反弹回到罐且继续工艺。锥表面(64)应由高度反射材料制造或经涂覆有高度反射材料。其可为铜、涂银、涂金或其它的使得其尽可能如所利用那样是高度反射的特定红外波长。针孔(65)&(71)在经设计为可更换的以提供容易维护来维护干净的尖锐的针孔区的板(62)中。针孔大小(其可为3mm，但是仅作为一个实例)及侧壁形状应为光学配置可适应的最小者，使得事实上所有经聚焦光子能量都穿过孔而不会在针孔板(62)上沉积能量，但不穿过板(62)及锥(64)中的不必很大的开口。然而，应了解，合适大小的孔可用作针孔(65)或代替针孔(65)使用。在这方面，例如针孔(65)的针孔可根据需要将照射更精确聚焦到罐内部的本发明描述的实施例良好经实施用于系统。然而，此类布置(其可产生更多热或具有更高实施成本)可能对所有配置都是必要的。因此，例如具有小于罐的顶部的开口的直径的孔的任何合适大小的孔可经实施以实现所期望结果。在这方面，此孔(但是仅作为一个实例)取决于罐的大小可小于2英寸或另一尺寸。可经形成为用于将能量最佳反射回到罐中的任何几何形状的反射结构(64)也经制造使得其可被更换以易于更新且提供干净的反射表面。当必要时，其可周期性地进行快速及容易更换，且应经设计使得其可用最小工具完成。给定罐的几何形状的特定形状，反射锥插入件(64)的角度应被仔细建模，使得将最大量的能量反射回到罐中。外壳(55)应由可处理器将包含的红外
辐射的散射反射的材料制成。其优选地应经设计有贯穿其的加工孔(61)，使得水或冷却液可循环通过外壳以始终保持为冷。必要的是，将其保持在舒适操作温度下，使得半导体装置阵列(51)不会尝试在过暖的环境中操作。激光二极管阵列(51)也应具有某形式的冷却。其可由制冷循环系统通过实际阵列冷却或其可为去离子水。在最期望实施方案中，其可为通过阵列的淡水循环。如果装置高度有效，如同在未来情况下，可能无需气体或液体冷却剂，且用散热器及风扇进行空气冷却可足以将装置保持在舒适的操作温度范围内。外壳(55)还可具有冷却设施，使得安装在其处的包含光学器件及激光二极管阵列的任何组件没有经历过多的热。再次，外壳(66)的冷却可为再循环水套或可为迫使空气冷却布置。还应了解，底部表面(67)以至少一种形式经配置以控制从罐(22)内部漏出的任何能量的反射。尽管各种配置及/或技术可经实施以实现此目标，如所展示，但表面(67)经提供有凹槽，例如深凹槽，以对任何漏出能量提供此控制。无论底部表面(67)的配置为何，外壳(55)之前及之后的齐平的配合面应经工程设计及组装使得入射面(73)处于与外壳(55)的底部表面(67)的最远范围相同的水平处。出射面(72)还必须处于与外壳(55)的底部表面(67)的最远范围相同的水平处或略高于所述最远范围，使得罐(22)的顶部的修剪边缘表面不会遇到凸块。
82.关于这些各种技术，有可能使用例如石英灯或高能量放电灯及类似物的宽带红外照射源。然而，其更难以精确聚焦能量。其在产生最有效波长时能量没有那么有效以匹配涂层来进行最佳及最快固化。其将由于其从根本上产生其输出能量的方式而固有地热得多地运行。此将需要许多额外工程设计以将各物都保持为冷且不会让罐完全过热。如果罐被过度加热，那么即使是短暂的持续时间，其也被退火或去回火。这些宽带红外源对给予罐的热将具有更少控制且将需要依据吞吐速度调制其输出。虽然其无法被快速且以如同基于半导体的照射的精确方式接通及关断，但其可用仔细工程设计来调制。举例来说，如上文指出，可利用例如石英灯、高密度放电灯或弧光灯的宽带电红外组件。再次，代替用折射光学器件聚焦热光子能量，可以使用反射光学配置。举例来说，适当工程设计的反射器布置、大体上锥形形状的反射器或椭圆形圆形对称镜可用于将红外能量聚焦于罐或容器的上侧壁内部。那就是具有击中罐内部的能量的最佳区，这是因为从那里内反射将使其从那个优选起始区分布。在这方面，图3中展示的配置(以及图2中展示的配置)可经适当修改以实施宽带实施例，其中辐射源用宽带源实施且光学元件使用反射(而非折射)元件实施且经布置以瞄准或引导罐的内表面的上侧壁处的辐射。
83.而且，现在参考图8，代表性地说明宽带红外系统200。用于罐制造内部涂覆及固化工艺(其中涂层已经喷射到罐的内部表面上)中的系统200包含包括经配置以将生产罐连续移动到至少一个固化区中的罐处理系统205(未详细展示)。另外，系统200包含例如包含石英灯220的宽带红外源230的宽带红外源，其经定位以使用光学元件240个别地且电加热移动到固化区中的每一罐22(以横截面展示)的内部表面，光学元件240经定位以引导照射(例如，在260处代表性地展示)朝向罐的内部表面的上侧壁，使得一系列生产罐中的每一连续罐的所述内部表面上的涂层被带到临界温度以在少于20秒内在涂层中产生连结固化工艺来防止在罐中发生去回火或退火。系统还经提供有控制系统210(使用链路250连接
‑
其可采用各种形式且仅代表性地展示)，其经配置以使用传感器信息(未展示)来调制宽带红外源的输出来维持一致固化温度及结果。尽管此系统200的形式可改变，如所展示，但光学元件可采用适当工程反射器布置的例如上文所描述的形式，大体上圆锥形反射器或椭圆形圆形
对称镜用于将红外能量聚焦于罐或容器22的上侧壁的内部上。以至少一种形式，此类光学元件可具有至少略小于例如容器22的容器的直径或容器的开口的大小，以允许将能量适当传输到罐中且为了固化目的将那些能量适当维持于罐中。
84.然而，如本文中所指出，精确数字控制及精度能量控制有利于半导体解决方案。基于半导体的照射配置应具有长得多的寿命及在所述有用寿命期间具有更加一致的输出。虽然宽带源可具有数千小时的有用寿命，但其输出在所述时间期间将持续下降，因此其必须被仔细调制以确保一致固化结果。其将不会以相同速率磨损，因此其将是工程挑战以及长期维护问题以确保每一灯的辐照输出足以确保适当固化。
85.现在参考图4及5，本发明描述的实施例的实施方案还应以多数形式解决机械罐处理的优选配置。这些配置可以有至少四种不同的形式。而且，应了解，图4及5的描述包含对窄带照射源的实例的参考；然而，宽带红外源极对应系统还可在必要时用于具有合适修改的这些实施例中。
86.此外，尽管实例实施方案在图4及5中说明，但实施方案可采用各种形式。按照如此方法，根据本发明描述的实施例的方法及/或系统可经实施于罐制造内部涂覆及固化工艺中，其中涂层已经喷射到罐内部表面上。罐处理系统(包含例如可采用各种形式的输送机)将罐朝向至少一个固化站连续运输。接着，罐在至少一个固化站中使用例如窄带半导体产生的辐射红外能量(由例如基于半导体的窄带照射装置阵列产生)及定位在罐外的光学元件个别地且电加热，使得一系列单排生产罐中的每一连续罐的内部表面上的涂层被带到临界温度以在少于20秒内在涂层中完成连结固化工艺来防止在罐中发生去回火或退火。因此，使用此技术，铝量例如可减少例如3％或更大，且相较于先前技术，将具有与在更长时间内固化的更厚更重罐相比类似的侧壁轴向强度、底部反转强度及整体强度，因为更厚罐在更长固化期间弱化。而且，实例实施例包含进入轨道或输送机，其经配置以组织或促进个别容器以单排顺序朝向第二输送机移动，所述第二输送机经配置为旋转转台以将个别容器移动到至少一个固化站及远离至少一个固化站移动个别容器，所述至少一个固化站包括光学配置，其中来自至少一个表面发射激光二极管阵列的光子能量穿过柱状光学器件且接着由至少一个聚光透镜元件通过光子能量在其处发散的针孔或孔聚焦以照射经涂覆容器的内部侧壁，此针孔或孔经定位于反射锥的顶点，此反射锥用于将光子能量反射回到容器中以实施进一步固化工作，其中涂层在少于20秒内固化，从而足够快以防止在包括容器的铝中发生弱化或退火，且所述第二输送机递送容器且被导引到第三输送机，所述第三输送机经配置以使容器显出且远离第二输送机，因此空凹穴可用于装载等待的未固化罐以继续连续固化，同时经固化容器在第三输送机上朝向后续容器制造操作传送。另外，实例实施例包含进入轨道或输送机，其经配置以组织或促进个别容器以单排顺序朝向第二输送机移动，所述第二输送机经配置为旋转转台以将个别容器移动到至少一个固化站及远离至少一个固化站移动个别容器，所述至少一个固化站包括光学配置，其中来自至少一个表面发射激光二极管阵列的光子能量穿过柱状光学器件且接着由至少一个聚光透镜元件通过光子能量在其处发散的针孔或孔聚焦以照射经涂覆容器的内部侧壁，此针孔或孔经定位于反射锥的顶点，此反射锥用于将光子能量反射回到容器中以实施进一步固化工作，其中涂层在少于20秒内固化，从而足够快以防止在包括容器的铝中发生弱化或退火，且所述第二输送机递送容器且被导引到第三输送机，所述第三输送机经配置以使容器显出且远离第二输送机，
因此空凹穴可用于装载等待的未固化罐以继续连续固化，同时经固化容器在第三输送机上朝向后续容器制造操作传送。
87.更明确来说，返回参考图式，将结合图5概述的一个实例配置是涉及连续旋转运动的配置。在此布置中，窄带照射源(且可能是控制器)、光学器件、冷却(例如热交换、冷却器及/或再循环泵)及电力供应器(例如dc电力供应器)与星形轮一起旋转，所述星形轮将罐组织成正确间隔、提供推进力来移动罐及将其递送到适当位置来照射。旋转接头将被设计到系统中以提供连续旋转的转盘或转台上需要的无论何种电功率、控制信号、压缩空气、真空及/或冷却的递送。此时假设其经配置使得窄带照射阵列或源可在给予足够焦耳能量来进行完整固化必要的时段内通过其光学配置连续照射罐的内部。整个照射系统将与罐一起以同步运动来旋转。当罐通过起始照射站旋转时辐照能量将接通，且接着，在罐离开行星轮之前将关断。作为实例，如果特定窄带照射系统能够产生500焦耳，且为了正确固化，特定罐需要850焦耳，那么照射必须在行星轮的弧的1.7秒部分期间接通。接通时间的开始时间及持续时间可为固定的或更理想地是可编程参数。密度或脉冲宽度调制接通时间(工作循环)应可以至少一些形式来编程。用户接口可经配置以满足终端客户的要求。其可如可编程控制器的显示器上的屏幕条目那样简单或可如具有展示接通/关断时序、持续时间及密度的用户友好图形的pc驱动用户接口那样复杂。其还可促进密度曲线依据时间或转台位置的可编程性或图形设置。系统的控制器还可与便携式装置通信，所述便携式装置无论是平板计算机、智能电话、智能手表还是其它，以使得很方便地监测固化系统的设置、速度及功能。行星轮的直径及rpm必须经配置使得向照射提供充足的停留周期来执行适当固化。本发明描述的实施例的此配置将在下文更详细描述。
88.因为此窄带辐照固化系统是可如此编程的且是灵活的，所以其也可以其它方式连接。下游检验系统(97)可检验传出罐(89)以确保涂层已覆盖罐的整个内部且确保其被完全且正确固化。此检验系统可利用可见光灰度或彩色相机或其可在离开固化系统的路上使用红外相机，或其可使用两种类型。检验系统最终可尝试确定是否存在任何裸的、未经涂覆的金属或未固化涂层。如果检验系统(97)尚未核实涂层未被正确固化，那么系统可关闭环路且逐渐出现焦耳能量，其被施加到来自相应站的各种罐以确保其被正确固化。系统将能够使其将了解哪一罐通过哪一固化系统(91)固化的内容关联。在来自个别固化站的罐是欠固化的程度上，系统将能够校正且增加来自任何特定固化站的固化能量。通过关闭从检验站返回到特定固化站的环路的类似工艺校正可在本发明描述的实施例可在其中实践的任何配置上完成。
89.图5中的系统可如下那样工作。经喷射但未固化罐(82)将通过经配置以组织或促进个别容器以单排顺序朝向例如另一输送机或装置移动的输送机、轨道或类似机构或系统到达。此输送机可呈任何形式的输送机，包含真空输送机，或其可意味着轨道简单导引罐，同时空气或重力推动它们前进。示意性地展示真空带式类型输送机(80)，其沿着一行罐的两个侧还具有导引轨道(81)。一行罐(82)被推动使得轻微的压力被施加于支撑板(87)上，由于要装载的下一罐位于固定板(96)上。随着转盘或转台(84)旋转，罐继续挤压支撑板(87)直到下一空凹穴(86)到达且罐能够被推到凹穴中。随着罐被推到凹穴(86)中，其可由从模穴支撑板(87)的后区段抽出的真空辅助，所述后区段最靠近于转盘的中心。支撑/模穴板的形状必须被仔细导出，使得罐在凹穴被打开且可用且使得其不会产生凹痕或使罐变形
时平滑地滑动。其在罐被固化的时间期间还必须为罐产生一致位置且牢固地固持其且将其固持于一致位置中。随着转盘(84)继续旋转，其将在模穴位置(86)中运输罐且一旦其清理装载站，就将给出信号来接通照射能量。控制系统将以照射装置可处理的没有有害效果的速率接通能量，但不会如此慢使得可行地用于固化的时间被浪费。随着照射装置(85)的阵列被致动，其由对应于每一照射站的控制系统及电力供应器(95)供电。在罐通过转盘旋转的整个时间内，它们都应中心地位于照射光学器件(91)下。光学器件(91)、阵列(85)及电力供应器及控制系统(95)与转盘(84)一起旋转且在整个旋转过程期间维持其与彼此的相对位置。编码器(93)通过电缆(98)将旋转位置及速度信息连续馈送回到中心控制系统(99)。中心控制系统(99)馈送回每一站都必须其需要的本地控制件(95)以便以其适当时序及电力电平正确地致动每一照射站(91)的相关信息。控制系统(95)中的每一者将监测其相应站中的每一者的冷却且将通过互连件(98)将所述内容馈送回到中心控制件(99)以便促进对所有站的全面监督控制。
90.随着经固化罐(89)接近未装载站，其将逐渐与剥离器臂(90)接触，剥离器臂(90)将逐渐且缓慢将其从站推出到已经移动真空输送机带(88)上。经固化罐(89)将继续沿着真空输送机(88)行进，且将在检验站(97)下在其路径上从固化系统传递。作为真空输送机的替代，轨道系统利用重力或高容量低压力空气使其继续移动以退出固化系统。
91.本发明描述的实施例的另一可行配置有点类似，因为其采用连续旋转或线性运动，但其使用选通以在罐经过正确位置时给予能量的固定位置照射系统。此配置将需要必须被正确计时的十分强有力且十分短的脉冲的照射能量。此高速选通脉冲的持续时间将关于材料处理的精确实施方案细节及吞吐速度改变但将很可能需要少于500毫秒的脉冲，但针对一些较高速应用，可如300微秒那样短。窄带红外半导体的过度脉冲阵列有可能在十分短的时段内获得十分高的输出。此时概念是，如果阵列上的额定正常电供应电流可能是x，那么针对十分短的持续时间，可能10、15或20x是可能的以获得高得多的峰值输出。如果，例如如果正确照射需要1700焦耳，那么一群组照射阵列通常用15安培的电流输入在1.7秒内产生1700焦耳、可以其正常电流的十倍被选通以在170毫秒内产生1700焦耳，在此情况下，正常电流可为150安培。此整体配置需要较少机构，且照射阵列无需被机械移动或动态环接，但需要进行更多电及电子工作来将此类大电流的功率脉冲，且阵列需要能够承受脉冲功率且等比例产生高输出。它们需要被测试以核实实际上它们是否被过度脉冲到此程度且针对特定实施方案仍具有可用服务寿命。
92.经选通或过度脉冲配置可执行于旋转运动配置的系统或连续线性运动配置的系统中。任一布置将促进允许罐在用于固化曝光的经选通窄带照射阵列下传递单排。本发明描述的实施例的实施者将不断讨论照射系统的材料处理吞吐速度对功率及配置的相对优点。更强有力的照射系统将在与其并入的功率成比例的较短时段内表面上地照射。举例来说，为了实际目的，2,000瓦特阵列将是1,000瓦特阵列大约两倍快地照射，但1,000瓦特阵列需要以较慢速度运行的更多材料处理设备，因为系统必须被设计有更多并联或串联机构以获得特定吞吐速度。如果材料处理系统以双倍速度运行，那么无论其是星形轮、输送机还是其它，可在给定时段内处理两倍多的罐。然而，为了以双倍速度固化，在窄带照射阵列及更大电力供应器等等中需要大约两倍的功率输出。更高功率照射系统通常需要多得多的冷却，且系统中的各物，包含光学系，必须能够处理高得多的电力电平。类似地，高速材料处理
设备带来了其自身挑战。由于运动项中的动能以其速度的平方增加，所以以两倍速度运行的材料处理系统在整个系统内(包含在被处理的罐中)必须处理四倍惯性或动能。由于所有这些因素，本发明描述的实施例的设计者及实施者必须确定系统将被分成多少个单独道以得到指定吞吐量且接着确定在照射系统中需要多少功率，以便以材料处理系统要求的速度固化。
93.典型罐线将生产流程划分成七个道以在罐涂层内部进行。假设所述道中的一者可用于在任何时间维护，同时其它六者运行继续生产。根据本发明描述的实施例，每一固化道可例如以每分钟300个罐的生产速度固化个别罐(转换成六个道每分钟1800个罐)。接着，那六个有效道的完整输出在穿过ibo之前被一起带成质量传递。关于本发明描述的实施例，道将继续通过对应固化道同时仍被分离。因此，由于固化道是并行的独立道，所以其可被单独开始及停止。它们维持对控制、服务及速度优化的独立性。此配置的独立固化道允许出于任何原因开始或停止，而无需关闭工厂或整个生产线。其促进在维持生产的同时进行调度维护，以及在不停止生产的情况下进行自发维护或堵塞清除。如果需要任何电子排错或组件更换，那么其可在正常生产继续的同时无缝地进行。接着，单独固化道可再次经并入成一个高速单排道以通过下一生产步骤，其通常是颈部翻边机。
94.可根据本发明描述的实施例实施的另一布置并入高速经分度旋转运动。此配置将涉及并入将重复移动指定弧度的旋转分度配置的转盘或星形轮布置。分度技术可为数种机械或电机械考虑中的一者。周期性分度可为包含电伺服机构、凸轮、棘轮或离合器机械、气动或任何数目个其它分度机构的数种技术中的一者。尽管此处其是以唯一方式被采用，但所有这些机械机构详述于文献及专利数据库中且在此处将不详细解释。市售产品可以很好满足基础机构的此要求，但接着，它们必须被很明确地加工且因此通过高速照射固化站处理罐。
95.被正确分度的星形轮或转盘促进在照射源下移动罐且将提供停留，在停留期间照射源可被接通且接着最终在从窄带照射源下将罐分度出去且将新罐带到允许对其进行照射的位置之前被关断。此重复分度循环具有以下优点：应用需要提供任何长度的停留持续时间。其必须提供适当固化所需的任何数目的焦耳能量，但速度及吞吐量将要求特定辐射功率与分度器的正确速度匹配以满足系统的整体生产要求。
96.分度布置可提供将单个罐移动到窄带照射源极远离窄带照射源移动单个罐。替代地，关于每一分度，其可将多个罐移动到多个照射源下的位置。因此，有可能设计系统使得其通过具有完美数目个照射源以处理固化循环来优化，同时分度转盘可以在其机构的高可靠性范围内的速度运行。
97.设计伺服驱动分度系统以具有正确的分度停留与分度时间与分度弧长的比率非常重要。此将促进配置窄带照射源，使得其可完全利用最大辐射时间，同时最小化实际分度时间。还有可能具有多个照射站，使得所有照射都不必在单个站处发生。此技术将促进逐渐照射，使得罐中的涂层可通过一系列照射停止被加热。由于铝罐会很快冷却下来，所以此可致使大量的热浪费，此可能需要在后续站处注入更多热。然而，如果将涂层保持在高温下达更延长持续时间来满足特定种类的涂层，那么其可为可行配置。如果需要比可通过其它机构来促进的更长的照射周期，那么其还将促进多个重复照射。如果被仔细配置，那么此还可促进更高吞吐速度。在一些情况下，可能需要更长的有效持续时间来驱赶水或出于其它固
化原因。
98.本发明描述的实施例的旋转运动配置的实施方案可利用重力来通过罐的各个相应轨道辅助罐的移动。罐可随着其通过轨道在路径上或从窄带高速辐射固化站移动基本上触碰彼此。为了提供轻微压力来将其下一罐推到其相应转盘运输模穴中，充满罐的陡峭倾斜或垂直轨道是非常有帮助的。举例来说，在图5中，如果轨道(81)，无论是否是通过真空输送机(80)支持，可经配置使得其是垂直的或处于陡峭角度，使得罐(82)互相推动。重力的轻推，此力可通过在运输模穴(86)在剥离导引件(87)将下一罐轻微导引到运输模穴(86)之前增加垂直性或堆叠长度来增加或减小。
99.实施本发明描述的实施例的另一方式是通过线性擒纵配置，如例如图4中展示。此涉及具有两个平行输送机：输入输送机及输出输送机。其经定位成彼此平行及并排，但在其之间具有用于擒纵轨道及站的空间。可编程擒纵推进器沿着输入输送机布置，其经配置以将适当计时的推进提供到两个输送机之间的擒纵轨道中。窄带照射系统被提供于擒纵工作站处的每一擒纵轨道上的工作站上方，使得当罐被推离且停留在工作站时，只要对正确固化必要，照射就可继续。一旦固化持续时间完成，罐就从工作站推出且以正确时序推到出口输送机，使得其适合已经在高速出口输送机上进行处理的其它罐之间的间隙。此类型的布置允许长停留时间内的大量平行度但具有高可编程性。其可通常以较低成本点实施且可提供比多数其它配置更高的可靠性及更多的模块性。然而，其需要罐的更多感测、更多编程及更多环接。图4中的线性擒纵配置将在此处更详细解释。
100.线性擒纵配置将如下那样工作。参考图4，传入输送机(111)带来一行单排直立罐。开放顶部背对运输其的真空输送机。输送机(111)的输入速度将取决于系统的整个平衡的吞吐速度及处理速度。实际速度及带位置连续被编码器(109)监测，编码器(109)直接链接到输送机(118)及(119)的驱动。编码器经连接到计算机、控制系统或可编程控制器，其连续记录带的位置且通过输入从光电池(100)监测进入材料处理系统的每个罐的位置。随着未经固化罐(112)进入输入带上，控制系统确定哪一照射站将可用于让罐进入。七个完全独立的照射固化站(106)在图4中展示。如果可编程控制器确定其将把罐发送到站三，那么其将向站三换向器(114)警告以非常精确的时序延伸其指部以提供必要向量力以使罐倾斜到第三个照射站。随着罐随着其接近站三碰到转向器(114)的指部，将存在通过由移动带提供的动力学动作的组合产生的推进滑动运动。随着罐被推离到站三侧轨输送机上，其在被站转向器输送机(105)拾取之前将首先在固定板(113)之上滑动。转向器输送机将继续将未经固化罐运输到其相应固化站(106)直到中心点(110)在固化站(106)下的未经固化罐的中心点之上。转向器(105)将继续将罐传送到固化站(106)直到光电池(120)核实其到达。此刻，转向器输送机(105)将停止移动输送机，且照射站(106)将被激活且将照射罐的内部。电光系统与图2中展示的电光系统非常类似。当接通时间指示正确数目的焦耳能量已被给予罐的内部时，窄带固化系统(106)将被关断且控制系统将了解现在经固化罐准备好离开。跟踪所有罐在系统中的位置的控制系统将了解转向输送机将花费多长时间将罐运输到出口输送机(108)。当时序是正确的且罐(107)之间的间隙如在图4中展示时，其将准备重新激活转向器输送机以将经固化罐运输到沿着出口输送机(108)行进的罐之间的正确间隙中。其了解转向器输送机(105)的速度，且如果被如此配备，那么可调制其速度以促进以合理的均匀间隔将罐定位于出口输送机(108)上。转向器输送机(105)可经配备有有孔的带，真空通过其
被抽取，使得罐紧密粘附且因此其可快速加速。出口输送机(108)还可经配备有真空孔(104)，真空可通过其被抽取以将罐详细紧密固持于带上用于良好加速及控制。入口输送机(111)将由电动机(119)及齿轮驱动(118)驱动，且出口输送机(108)类似地将由电动机(101)及齿轮驱动(102)驱动，且所述两者都可为可由控制系统根据支持的生产速度调整以实现最平滑罐啮合的可变速度电动机。转向器(114)必须经设计使得指部足够快以使罐转向，但其必须平滑地进行此使得罐不会翻倒或变形。但指部还必须足够快地回缩以在即将到来的下一罐出现之前让路。控制系统必须了解回缩时间以延伸指部及回缩指部且必须能够协调所有罐运输的时序、转向及接着退出输送机(108)上的系统。
101.应了解，本发明描述的实施例的多数功能性
‑
例如产生窄带红外能量(或宽带能量)的功能性、生产罐的功能性、检验罐/涂层及/或反馈信息的功能性及执行罐处理的功能性
‑
以至少一些形式，将由合适控制器或控制系统控制。此类控制器或控制系统可取决于特定实施方案采用各种形式，但将以至少一种形式经实施有合适硬件配置及/或软件例程以实现本发明描述的实施例的形式及功能。此外，此类控制器或控制系统可为例如独立系统、分布式系统或并入于另一胡偶更复杂系统中。
102.本发明描述的实施例可通过其执行的上文详述的不同形状因子主要是促进固化的直接窄带照射部分。取决于各种因子，扩充上述配置以进行完整固化可为必要的。一种形式的扩充可涉及具有罐可立即穿过其的在窄带照射区段之前的预暖区段。此可促进将罐预暖，使得从窄带照射区段需要较少焦耳能量。
103.另一形式的扩充可涉及窄带照射之后的后吹区段。由于湿涂层的大部分是液态水，所以在固化工艺中的某点将湿气排出是必要的。一旦水蒸发，其应在达到固化及交联温度之前发生，蒸气就必须从罐移除。其可能需要温暖的空气或其可能仅需要在罐之上吹气以从罐移除蒸气。此可经配置为作为具有将罐导引穿过相应区段的轨道的圆形或线性布置的后暖区段。
104.预暖区段可为温暖的空气或其可为辐射且经配备有例如石英灯组以提供轻柔的辐射预热。扩充区段可以有很大不同且将取决于系统将被安装到其中的精确环境、工厂配置及地理气候。所属领域的技术人员将理解，不仅是窄带固化系统可以超出此处教示的特定实例的范围的许多不同方式被配置，而且扩充在之前及之后也都可采用许多形式。
105.本发明描述的实施例与固化饮料罐的内部的传统方式之间的一个重要差异是本发明描述的实施例通过直接辐射能量固化。常规ibo固化炉通过热气对流加热罐的内部。ibo通过以某形式的燃烧天然气或通过耐电加热来加热空气。这两者都加热空气，且热气加热罐。因为罐所位于的带是热的，所以通过从输送机带到金属罐基底的传导，会产生少量加热。这也是ibo的一个缺陷及低效之处，即当带反复通过炉时，通过持续加热带会从炉中排出热。当然，当前老式ibo的目的是通过直接热对流空气来完成大部分罐加热。
106.对流加热通常是低效的热传送过程。其是多阶段过程且在每一阶段之间固有地具有损失。空气必须初始被加热，且接着空气必须与罐接触以将其热传送到罐及其涂层中。与击中罐的内部类似量的热气击中罐的外部。当然，击中罐的内部的热气在其传导性地穿透以加热金属之前首先击中涂层。然而，击中罐的外部的热气必须加热金属且接着，金属必须加热涂层。在完美世界中，更加期望将涂层刚好加热到其交联固化温度。然而，此实际上是不可能的，由于涂层紧密接触包括罐的主体的铝衬底，且因为其很薄，所以其将把热直接传
输到金属衬底中。由于此加热方法，金属衬底与涂层一样加热。而且，炉中的热气是不完全均匀的。热点固有地存在于炉中且空气移动因位置而不同，因此其具有过度加热一些罐且其它者欠加热的趋势。此趋势的固化是使用比真正最佳更多的炉热来防止未经固化罐。
107.尤其关于铝罐，在显著时段内将铝保持在这些温度下具有将其弱化的结果。在行业中众所周知，罐必须被制造得比最终规格更重且更强，使得其可承受在浪费两到三分钟之后在高温下在bio中发生的弱化效应。
108.此弱化效应是去回火还是退火效应是不完全清楚的。冶金学家不同意如何命名所述效应。非常清楚且众所周知的是，铝在通过ibo的过程中肯定会被削弱。通常认为，由于穿过炉的直接结果，其会损失8％到10％的底部反转强度。
109.与罐在ibo炉中花费的时间相比，传统退火通常需要更高的温度及更长的高温持续时间。对3004合金及其它类似合金系列的文献搜索证实了这点。深入研究文献及至少一项研究表明，此退火及去回火工艺可在罐中进行得如此迅速，因为铝极薄。铝是一种极好的热导体，且在典型的千分之三或四英寸的壁厚处，热浸几乎是立即发生的。其以秒为单位而不是分钟或小时，就像大多数退火候选物的情况一样。
110.还称为uns a93004的3004合金铝除了基铝外还具有以下化学组合物。其具有最高0.3％的硅酮、最高0.7百分比的铁、最高0.25的铜、在1％与1.5％之间的锰、在0.8与1.3％之间的镁、最高0.25％的锌及接着为其它元素，其小于或等于0.05％，各自总共高达0.15％。数种回火变动可用于此合金。可用标准回火包含0(退火)、h32、h34、h36及h38。h指示应变硬化，且存在应变硬化及稳定的h3x。通常用于铝饮料罐的特定回火值为h19，其应变硬化程度低于h32，但比退火状态更硬。h19回火似乎是处理d&i(拉制及熨烫)工艺中发生的重要冷加工的理想选择。有关抗拉强度的规格从26kpsi到41kpsi不等。屈服强度从0回火或退火产品的10kpsi到h38回火的36kpsi不等。
111.罐的强度降低8％到10％确实是降低了罐在压力下能够承受的扣压强度或底部反转强度。应注意，扣压强度与屈服强度或抗拉强度没有直接关系，因为罐的形状的确切几何形状及厚度是影响罐强度的重要因素。但是，由于这些在固化之前及之后都可以测量到的相同，因此很明显，拉伸强度及屈服强度的变化是导致扣压或底部反转强度损失的原因。这种退火/去回火效应显然是制罐行业必须相应处理的一个因素。
112.本发明描述的实施例实际上可以消除ibo中出现的这种退火/去回火效应。本发明描述的实施例消除了ibo并代之以高速窄带红外辐射固化技术。罐是单排的，且照射被个别引导到每一罐。它们一次一个连续固化，而不是作为一群组全体地固化。由于窄带辐照加热的可控性及相对效率，涂层可在仅几秒内达到完全固化及交联温度。由于罐在高温下停留的时间很少，因此没有时间发生弱化效应。在整个本档案内更详细教示实施此高速辐射固化技术的细节及技术。
113.基于吸收光谱分析的结果，可计算喷射涂层样本的穿透深度。在此应用中，低穿透实际上是有利的，由于其对应于ir辐射的更快吸收。
114.穿透深度(吸收95％)的表达式为：β＝(3*l)/a，其中β是以毫米为单位的深度，l是实验样本的路径长度且a是给定波长下的吸收率。作为实例，1930nm的波长(其中吸收是1.526)导致穿透深度β＝3.93mm。此意味着红外光在95％的入射能量被吸收之前将必须穿过3.93mm的涂层。当考虑到罐侧壁上的涂层厚度低至0.00254mm时，这显然是不可能的。幸
运的是，铝是一种非常好的ir辐射反射器。红外光在第一次通过喷射涂层时会被轻微吸收，但随后会从涂层下方的铝衬底反射，且接着在开始在罐内部周围反射的过程中通过涂层返回。其将在每一反射通过时接触喷射涂层及铝壁。即使在略微不完美的反射期间铝吸收的少量能量也会有利于固化工艺，因为它会在保持喷射化合物的铝表面上产生热能，从而使化合物进一步加热。而且，应了解，如果铝充分加热，那么罐上的外部装饰也可能固化。这对于一些实施方案是合乎需要的，因此可以设计、配置或调谐系统以适应此加热及固化目标。
115.对于最薄的标准涂层厚度，罐内的每一反射都会导致0.00508mm的穿过喷射涂层的行程，因为每一反射都会通过双涂层。为了达到上面确定的95％吸收数字，在与3.93mm的喷射涂层相互作用之前，需要774次通过罐的主体。在65mm宽的罐中(假设壁到壁是完美的正交反射，这将不现实)，这意味着光必须经过大约50m才能被完全吸收。这似乎是一个漫长的过程，但光速(c＝3x10
8 m/s)实在是太快了。最薄及最厚涂层厚度的计时计算结果为：0.1密耳厚度为0.17纳秒，0.5密耳厚度为0.03纳秒。结果表明，从激光二极管发射能量实际上将需要比涂层吸收能量多得多的时间。
116.正如讨论，用于罐涂层固化的当前传统方法利用具有质量输送机的大型炉。三个连续的区段加热罐。炉由天然气供料，其中最后区段的温度保持在375到450华氏度之间。罐通过炉的这个最热区段通过使用质量输送机带进行固化时间大约为一(1)分钟。由于与初始炉加热程序相关联的高成本，这些炉尽可能地保持接通状态，这在生产线停机期间或在可能在炉之前或在炉中备份的堵塞期间都是浪费的。
117.表1展示基于合理假设及美国当前天然气成本的成本累积。如表1所展示，必须连续供应相当大量的热以保持炉内部始终处于高温。天然气成本也是年度总运营成本的重要组成部分。
118.表1：常规天然气烧制炉的操作成本
119.部分速率2,400cpm每小时btu3,000,000btu/mcf天然气1,026,000转换效率90％消耗每小时3.25mcf成本$11.00/mcf每小时成本$35.74每24小时成本$857.70炉正常运行时间(24/7的％)95％每年成本$297,407
120.上面的高涂层厚度结果用于代表最坏的情况。此分析与常规变量之间的额外差异包含天然气到热与电到辐射热之间的转换效率差异、天然气的$/mcf与电的$/kwh之间的差异，以及炉正常运行时间与二极管阵列正常运行时间之间的差异。
121.虽然不能直接比较，但差异确实有利于窄带辐射电加热。假设一年中所有可用时间的89％的常见生产线正常运行时间(用于实际生产罐的时间)，由于与冷启动相关联的成本及时间，假设炉实际上会保持有效达更长时段。因此，虽然生产线可能只有89％的时间在生产罐，但炉实际上会在一年中95％的可用时间内保持温度。另一方面，窄带辐射加热元件
被设计为脉冲式的，且因此仅在罐存在且实际固化时才使用电功率。这不仅可以在操作期间提高效率，而且当线因维护或线路堵塞而停机时，二极管不会操作。结果是二极管阵列的正常运行时间与实际线正常运行时间相当。
122.从纯粹的环境角度来看，在预计实例中，固化罐并使炉保持在正确的温度范围内所需的3,000,000btu/hr可以转换为焦耳，使得3,000,000btu＝3,165,167,700焦耳。将其与辐射加热系统的每小时插头电源进行比较，表2显示当热被正确“瞄准”时可用的显著节省。仅加热常规炉所需的能量是窄带辐射加热系统固化涂层的理论能量需求的12倍以上。换句话说，关于当前ibo技术，大约92％的能源消耗实际上被浪费了。
123.表2：窄带辐射固化的操作成本
124.部分速率2,400cpm每罐用于固化的焦耳量700转换效率40％每罐的焦耳量、壁插1786每分钟的焦耳量、壁插4,285,714每小时的焦耳量、壁插257,142,857kw71.4每kwh成本$0.107每小时成本$7.64每24小时成本$183.43二极管正常运行时间(24/7的％)89％每年成本$59,587
125.将常规当前的标准固化方法的结果与本发明描述的实施例的结果进行比较显示，基于当前的成本估算，每年可显著节省大约$240,000。
126.这项技术对罐制造商的好处很多。不仅如上面的预计实例中所讨论的那样显著节约能源，而且空气污染也大大减少。节省的能量及成本实际上大于上面的实例，因为它没有计算消除典型的95hp电动机及大型输送机式炉的高维护方面所节省的能量。对罐制造商来说，最显著的好处可能是，如果正确实施本发明描述的实施例，那么完全或几乎完全消除退火/去回火效应。因此，罐制造商能够用更少的铝生产罐。一些生产罐的重量约为0.34到0.39盎司，但应了解罐的重量/质量可依据例如精确几何形状及材料厚度而变化。而且，罐制造商周期性地重新设计罐、罐加工及制造工艺以改变重量/质量(例如，使罐重量更轻)。此外，一些罐，例如特种罐，甚至可能被设计成具有增加的重量/质量。巧妙的实施方案可节省多达9％到14％的铝使用量。然而，铝量的任何减少，例如将铝的重量减少3％、5％、8％或更多，将是有益的。由于大约70％的饮料罐成本是铝材料的成本，这对罐制造商或罐用户来说意味着巨大的节省。这在其它方面也是一种环境收益，因为需要开采、精炼、制造及运输的铝更少。
127.通过炉消除弱化效应将以三种方式中的一种或多种方式的组合是有益的。罐可用当前的铝及工具制成，但由于消除了铝的弱化，所以它会比当前的罐坚固得多。替代地，生产罐需要较少的铝。第三种可能性是，可使用更便宜、合金含量较低或回火度较低的铝来代替当前价格较高的铝产品。其可为这些的组合，这取决于制造商选择如何实施此技术的本
发明描述的实施例。
128.当采用本发明描述的实施例时，存在多种减少用于生产罐的铝量的新颖方式。铝卷材的制造商及供应商通常会对将铝轧制成特定的精度及厚度收取额外费用。铝按磅定价及销售，但轧制厚度及精加工工艺也需要支付大量工艺费用。虽然需要较少重量的铝，但铝卷材的制造商可能需要将其卷成更薄但仍然精确的规格。为了保持他们的利润地位，他们可能会收取比更大重量、更大厚度的铝更高的轧制溢价。在这种情况下，如果轧钢厂采用这种业务方法，那么可能不会节省成本。实施本发明描述的实施例的一种更新颖的方式是减小坯料的切割边缘直径，从而减小所得杯的直径。典型的12盎司两件罐的起始杯直径为5.100"。这种技术将通过按比例减小杯大小来减轻重量，但保持相同的卷板厚度且因此保持相同的轧制溢价。d&i工艺的第一步骤是深拉“起始杯”。同样，这意味着铝卷的宽度会更小，但与当前的厚度相同，因此它应该符合行业标准定价，且只需将其切割成更窄的宽度即可。通过从较小直径的杯开始，罐体最终产品将在成品罐中达到所期望的更薄规格，但无需为将铝轧制成更薄规格而支付额外费用。熟练的工具制造商应理解工具的修改或重新配置。为了最终得到一个按比例较小直径的杯，d&i工艺中的第一步骤的深拉制杯，必须制造或修改工具，使得其每个部分都适合并正确指定新直径。杯是在双动杯吸压力机中制造的，且工具有很多个杯，这取决于杯吸压力机设置的设计及年份。坯料的直径必须更小，从而减少所谓的“切割边缘”。那些坯料以与卷边缘成60
°
角紧密嵌套在卷的宽度上，以减少坯料之间的废料量，且在坯料的切向边缘之间留下最少的铝腹板。为了实现这一点，可减少卷材的总宽度，且在其宽度上制造与较大直径的传统尺寸坯料相同数目的杯坯。替代方法是以使得保持更宽的卷宽度但在其宽度上制造更多的杯坯及杯的方式重新加工。在任何情况下，冲压模具中每一加工站的复合深拉制工具都将必须重新制造成具有正确的新直径、间隙及深度。新的冲头、拉环、压紧器及所有相关联工具组件都将必须与新的直径相匹配。将需要调整每一加工站的几何关系，以保持相应坯料之间的紧密嵌套配置及最小废料关系。工具组件的直径将更小，且将因此需要更少的工具钢及更少的机械加工，使得它们应比当前更大的版本相对便宜。尽管将需要对杯吸器压力机工具进行修改才能制造出直径较小的杯，但做出所述改变的回报可能相当可观。杯吸器压力机、馈送设备及整个系统的平衡应重新配置，以使用新工具或工具修改。
129.为了正确地实施此技术，重要的是理解关于本发明描述的实施例如何工作的更多细节。本发明描述的实施例的优选简化实践教示将强红外窄带能量尽可能直接注入罐的内部及涂层本身。这意味着将红外线能量直接瞄准并投射到每一个别罐的内部，且不会因在工厂周围反弹或试图加热若干组或大量罐而浪费能量。虽然通过照射罐的外部或同时照射罐的外部及罐的内部有可能实施本发明描述的实施例，但更有效实施方案将是将能量直接瞄准罐的内部。此有效得多，因为来自窄带能量的光子将实际上会以其液态、预固化形式穿透涂层，且被它部分吸收。它实际上将一直穿过涂层，而一些能量会被直接吸收，且接着，将从铝衬底反射回涂层以进行第二次通过及对应进一步吸收。当光子在回程中穿过涂层时，额外的能量将被吸收，且在随后的每次反射中，都将会穿过涂层两次。涂层很薄使得其不会很快吸收所有的光子能量，且光子将继续沿着其反射路径，直到它们撞击下一经涂覆表面。想象一下，一个台球从罐的内表面弹起，且在每次弹跳的额外反射之前，入站及出站通过涂层。当我们继续以台球进行类比时，台球最终减速并停止的原因是因为它已将所有能量都
消耗在保险杠上，且滚动摩擦的量较小。同样，光子以两种主要方式失去其能量。能量在每次通过涂层时都会被吸收，在不完美的反射影响中，铝会损失少量能量。取决于所使用的窄带红外辐射能量的波长，在光子的全部能量被涂层吸收及加热铝之前，将有几百到约1,500次反射。当然，涂层越厚，每次通过涂层时吸收的能量就越多。穿过涂层的路径越长意味着更多的吸收来自光子穿过涂层时发生的光子撞击。作为实例，进入及通过涂层的陡峭角度将提供更多的路径长度，且因此提供更多吸收。
130.有多种方法可以产生强大的窄带照射能量并将其有效地引导到罐内。虽然有可能使用宽带辐照能量，但要有效且高效地实施则要麻烦得多。例如，从石英灯产生的宽带能量无法以真正清洁实施所需的各种速度接通及关断。石英灯的接通压摆率及完全预热时间以秒为单位进行测量，且对于许多配置来说，整个最佳接通时间可能只有一或两秒或甚至几分之一秒。由于其固有的形状及灯丝配置，将能量准确地聚焦在需要的地方也更加困难。它们不容易促进正确数量的焦耳的精确传递，而是倾向于在泛溢布置中更好地工作，其中焦耳能量被传递到更大的特定区域但难以控制。宽带源由于其固有性质可能无法促进超快固化，且因此仍可能通过快速过度加热罐而引起部分或全部退火效应。窄带照射及基于半导体的窄带能量产生两者都有许多优点。首先，它们可以微秒的速度关断及接通。它们仅在实际接收dc电压输入(通常在1.2到3.3伏特之间)时才产生光子能量，且它们没有滞后或高黑体等效性，在输入电流停止流动后会导致大量输出，如石英或气体放电灯那样。宽带源通常在非常高的温度下工作，这会带来一系列完整的实施问题。它们的存在会导致整个固化环境非常热，从而降低组件的可靠性并需要能够承受更高温度的光学器件。它们的使用寿命本来就短得多，且必须经常更换，从而增加了维护及停机时间。此外，窄带设置还有助于其本身出色地实施抗反射涂层。之所以如此是因为可以针对正在使用的确切窄波长段来设计及优化涂层。它无需是不太理想的宽带抗反射涂层。类似地，光学器件及光学涂层(例如冷镜涂层)可更容易地设计用于特定的窄波长范围。镜头针对不同的波长聚焦在不同的距离上，因此在为窄带系统设计光学系时，精度更高是一个优势。应了解，窄带可以有不同的解释，但我们指的是光学或光子能量的产生，其全宽半最大带宽通常小于100纳米。如果窄带能量源是固态或半导体源，那么通常情况下就是这种情况，除非在装置配置中添加宽带荧光。led的原始输出通常是所述范围内固有的窄带，但对于某些类型，激光二极管更窄，例如小于20纳米(nm)，通常小于
±
10纳米(全宽/半最大)，或甚至窄到
±
1纳米(全宽/半最大)。例如，vcels及se
‑
dfb装置的带宽通常小于
±
2nm(全宽/半最大)。确切带宽不如输出的中心波长重要。波长可确定涂层本身吸收能量的速度。涂层的透射率可在不同波长下测量，且可以选择实现最佳吸收结果的波长。例如，在至少一些实施例中，用于固化的窄带红外能量(如上文详述，可窄到
±
1nm(全宽/半最大)，这取决于实施方案)将匹配涂层的至少一个吸收特性。因此，对于通常施覆于罐的内部表面的水基环氧树脂涂层的实例，窄带波长可以落入800到1200nm的范围内，例如约972nm。如本文中所讨论，972nm代表水基环氧树脂涂层的深穿透波长。在1400nm到1600nm范围内(例如约1,454nm或1456nm)，涂层的吸收速度可能明显更快，但壁插效率不那么高，因此权衡是系统设计人员必须做出的决策。在1850nm到2000nm范围内(例如，在1935nm)存在类似的壁插效率挑战。
131.如同许多高功率工业工艺，在系统设计者的头脑中，此工艺必须以安全为先而实施。不管本发明描述的实施例如何在其最终设计中被简化为实践，它都必须具有适当的安
全防护以防止物理或光学暴露于所述技术的危险方面。强大的红外能量会导致眼睛损伤或失明，因此必须通过安全设计加以预防。系统的实际材料处理部分有许多移动部件，在移动或突然致动以执行一功能时可能会很危险。必须实施防护，无论是物理防护还是电子感测，当有人在场时可以安全地停止运动。在设计系统时，应遵守osha、csa或ce安全标准，以确保系统安全的所有方面。
132.系统的窄带照射方面应非常严格地注意系统的安全方面。对快速固化涂层非常有效的强大红外能量对肉眼来说是非常危险的。它是隐形的，且强大到足以在人或动物眨眼之前迅速致盲。即使是太阳镜或电焊眼镜，因为它们的滤光片很弱且可能会过滤错误的波长，也不足以阻止强大的光子能量对眼睛造成伤害。可用于减少实践的一些较长红外波长无法穿透到眼睛的视网膜，但仍会损坏眼睛的角膜、巩膜、虹膜及/或晶状体。通常，此类波长被错误地称为“眼睛安全”，但这仅适用于对眼睛视网膜的潜在损害。系统应经设计使得其应消除任何人的眼睛暴露于激光二极管或阵列产生的窄带光子能量的最小安全阈值之外的可能性。例如双备份互锁系统的故障安全可经设计成控制面板或安全防护。它们应经设计使得确保在向窄带装置供电时无法移除防护，且设计不应允许在移除任何安全防护时跨接或操纵装置为装置供电。此外，所有壳体及防护都应经设计使得其在可以向窄带装置供应电力时不透光。还强烈建议将阵列设计成当它们不在系统内时不能随意连接到电力供应器，这样服务人员或好奇的寻求者就不会试图为装置供电并因此而受到伤害。由于强大的窄带红外能量对人眼来说是完全不可见的，因此在损伤完成之前，眼睛无法致动眨眼反射。虽然暴露于身体其它部位可能会令人不快或甚至会导致严重烧伤，但并不像眼睛瞬间暴露于这种能量中那么严重。因此，应遵守所有适用的机构安全标准，且运用扎实的设计常识以确保窄带高速固化系统是安全的。它将提供出色的实用性，但安全性必须是使用根据本发明描述的实施例构建的系统的所有方面的组成部分。
133.此外，进一步改进本发明描述的实施例的性能的有效方式包括将特殊添加剂放入涂层中。这将显著增加给定波长下的吸收。如果仔细选择并与用于固化的波长相匹配，那么这可以帮助将更多的热传递到涂层中，且将更少的热传递到铝或钢罐原料中。换句话说，添加剂或露点将使涂层在所使用的波长下吸收更多的矿石，因此更多的热直接进入涂层本身，而不是从金属传导。它可以通过更少的反弹来改进系统的效率，且因此减少在非固化功能上浪费的能量，以达到所需的固化或交联温度。
134.还有可能合并使用此固化系统的窄带红外能量来进一步优化所使用的涂层。涂层的制造商可以使用适用于罐内涂覆目的的ir致动的化学反应致动器或加速器。此外，可以吸收特定窄带红外波长带的功能性染料是可用的。例如，此类染料由山田化工有限公司(yamada chemical co.)制造。化学涂层制造商可以创造性地使用窄带ir照射来改进他们的涂层，减少或消除基于bpa的涂层，或以各种方式改进性能。罐内的一些反射会固有地将能量通过罐的开放顶部向外引导。正确设计的系统将适当地放置反射面，以至少部分地将任何离开的能量引导回罐中以执行进一步固化，直到其被耗尽。然而，即使是反射最强的表面，也会将百分之几的冲击能量释放到反射材料中。它们通常被称为菲涅耳(fresnel)反射。此外，一些能量可能会被错误地散射或反射，且可能永远不会回到罐中。适当设计的反射形状或锥(64)可以更好地放置返回的能量，使得更多的能量将在额外通过涂层及从基材料反射时被吸收。
135.此处教示的关于如何实施窄带红外辐射固化的本发明描述的实施例的概念希望帮助想要针对其特定应用及生产需要配置本发明描述的实施例的人。实例将展示如何有许多不同的方式来实施远远超出给出的特定实例的本发明描述的实施例。各自领域的技术人员或团队将能够相应地扩展新概念以满足其独特的应用需求。