LED阵列型紫外固化光源的关键技术研究

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紫外光固化技术是目前应用最为广泛的一种辐射固化技术。该技术一直是世界各国表面处理技术的研究重点之一,品种丰富、性能优良的UV新材料层出不穷;然而,同样影响固化效果的紫外固化光源发展相对缓慢,几种常用紫外光源在工业生产中日益暴露出缺点:高压汞灯需要高压驱动和冷却设备,耗电量高,辐照不均匀,可调性差,固化效率低,存在重金属污染:微波无电极紫外光源价格昂贵,与汞灯同样的灯管结构使得该光源应用也存在局限等;基于UV LED的点光源利用LED作为发光元件,具有许多良好的性能特点,但辐照面积等指标受到限制。本文对现有UV固化光源的应用情况进行了较为深入地调研,针对高压汞灯等光源使用中存在的问题,充分利用UV LED的优点,探索性地设计出一种辐照均匀稳定并且灵活可调的LED阵列型紫外固化光源系统,并实现一套3*3LED阵列的光源系统验证了系统方案的可行性。在驱动单元设计方面,系统采用了以AT89S52为控制核心的多路可控恒流源系统,使各路LED的驱动电流通过外部按键独立可调,兼顾多种UV材料和不同固化对象形态的要求,调节方式分为粗调、细调两种;光学系统设计采用了单管准直系统与LED空间阵列结构相结合的光学处理方案。LED排布在弧面基板上组成空间阵列,沿同一弧线的LED发光经大数值孔径准直系统会聚于弧面轴线,得到一条光带用于固化,控制LED数量及工作电流可调节辐照面积及光源辐照度。本系统摒弃了传统光源“一刀切”的辐照现状,可灵活调节辐照面上光功率密度分布,使得三维物体的高效固化成为现实。在完成设计和功能调试的基础上,用3*3LED阵列的实验系统对本文方案进行了一系列的实验验证,包括驱动单元的精度、稳定性以及光源辐照度可控性、均匀性等,实验数据分析表明驱动单元和光学系统均符合设计要求,光源工作时表现出良好的稳定性、均匀性和可调控性,验证了系统方案的性能指标。
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