专利名称：通过荧光灯温度监控的紫外线输出稳定性的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及诸如隐形眼镜制造的制造过程，其中一个或多个诸如隐形眼镜的 聚合物基工件受到紫外线(UV)辐射以交联聚合物。更具体地，本发明涉及通过控制UV灯 温度来稳定辐射的强度。
背景技术：
在大多数制造过程中，通常期望控制尽可能多的变量，以便维持产品的一致性，最 大化吞吐量和提供其它优点。例如，在产品被传送通过加热炉的热固化处理中，加热炉温度 通常通过监控加热炉温度并将温度信号反馈回调节加热炉热源的控制器来控制。如图1所示，在传统的软(亲水性聚合物)隐形眼镜的制造中，液体聚合物材料被 注入模子10中，然后模子10在传送带12上被传送通过固化室14。发出紫外线(UV)辐射 的管状荧光灯16被安装在固化室14中。当模子10经过固化室14时受到UV辐射可交联 并从而加固该聚合物。尽管为了说明的目的，示出将灯16只安装在传送带12的上方，但应 当认识到，传统的固化室可包括安装在不同位置的灯16，包括某些灯16安装在传送带12的 上方，而其它的安装在传送带12的下方，以使模子10更均勻地暴露在UV光线下。在现有 技术中，固化室14有时被称为加热炉，虽然固化效果的主要源是UV光线而不是热。灯16通过包括镇流器20的电源电路18供电。由于荧光灯16是负电阻器件，即 它的电阻随着电流的增加而降低(从而允许更多的电流经过)，因此，需要镇流器20以减 少经过灯管的电流。尽管用于荧光灯的某些类型的镇流器可包括有源电子元件，诸如功率 晶体管和数字电路，但是，镇流器20可以简单地是单个电感或电容。镇流器20通常被安装 在安装了灯16的同一个支架22之上或之中。由于镇流器20产生废热，因此，鼓风机或风 扇24被包括在固化室14中，以使冷却空气流经固化室14并防止过热。尽管为了说明的目 的，镇流器20在图1中被示为暴露(在固化室14的内腔中)，但在其它传统的固化室设置 中，镇流器可以被封装在支架内部，从而在某种程度上与固化室14的内腔更加隔热。在这 种设置中，镇流器所产生的热量可以通过支架壁传导到固化室中。当电源电路18向每个灯16的电极(未单独示出)供电时，在电极处放射的电能 激励灯管所填充的气体，使其转换为等离子状态。等离子产生短波UV光。每个灯管的内部 涂有荧光物质。UV激励荧光物质，使其发出荧光并从而产生可见光。从灯管中发出的UV光 和可见光的相对比例是荧光材料和灯管传递率的函数(即，灯管可包含过滤器或由掺杂玻 璃制成)。将被主要用作UV光的源的灯16具有荧光物质，其促进较大比例的UV光和较小 比例的可见光的发射。由于该可见光的多数接近于UV，因此，灯16通常可以被看作发出紫 色或紫罗兰色的光。这种UV灯16不仅用在工业固化室中，而且用于照射艺术品或其它具 有当暴露于UV光线下时发出荧光的表面的装饰性物品。实际上，同样的UV灯通常用在工 业固化和装饰照明应用中，因为它们通常被认为对于这种两种应用是足够的。在现有技术中，荧光灯所发出的光的强度或功率通常被认为是稳定并不变的，一 旦该灯被加热到稳定的工作温度。(功率，也被称为强度，通常被量化为采用每平方厘米微
4瓦的单位的实例。)例如，灯16的制造商通常规定每个灯16当工作在规定电压和温度时将 发出规定强度(mW/cm2)的UV辐射(在此也称为UV光)。在本领域中通常认为灯16应当 最好被允许工作大约20-30分钟，从而允许固化室14在开始将模子10传送通过固化室14 之前加热一些。由于荧光灯本身并不产生很多热量，因此，固化室14的加热主要是由于镇 流器20所产生的热量。一旦固化室14已经被加热，并且模子10开始通过固化室14，则通常已经假定当模 子10经过固化室14时射在模子10上的UV光足够实现固化，除了维持传送带12在基本恒 定的速度上和将灯16维持在基本恒定的电压上之外，对固化室处理很少实行进一步的控 制。由于镇流器20会变得相当热，因此，风扇24通常持续地工作以不断地使空气流经固化 室14，从而使过热的可能性最小化。这种气流在图1中用黑箭头表示，其中空气在邻近传送 带12的进气口进入固化室14并通过风扇24出去或排出。如上所述，图1中所示的设置仅 仅是传统的用于隐形眼镜制造的UV固化室的例子，其它设置也是已知的。
发明内容
本发明涉及一种用于在具有一个或多个紫外线(UV)荧光灯和相关的电源电路的 固化室中控制UV荧光灯温度的系统和方法。电源电路包括镇流器和其它与将电源应用于 UV荧光灯有关的元件，诸如变压器。控制器测量处理室内腔的至少一个部分的温度。例如， 它可以读取暴露在处理室的周围内部环境中的温度探测器或安装在UV灯的表面的温度探 测器。控制器将所测量的温度与一个或多个预定温度相比较，并响应于该比较，控制从电源 电路的发热部分(例如镇流器)到处理室的内腔的热传递。例如，控制器可控制适合类型 的气流控制设备，诸如风扇、气阀、空气混合器等，以使已被镇流器加热的空气流经处理室， 或者直接或者首先将这样的空气与周围外部空气相混合，以调节其温度。通过控制处理室内腔与外部环境之间的热传递，本发明控制荧光灯的温度，从而 促进光线以稳定或恒定的强度发射。稳定的灯温度也可以延长灯的寿命，并提供其它优点。
图1是传统的用于隐形眼镜制造的紫外线固化室的侧视图。图2是根据本发明的示例性实施例的具有温控紫外线固化室的系统的概略性图。图3是示出图2的系统的运行的方法的流程图。
具体实施例方式如图2所示，在本发明的示意性或实例性实施例中，以上参照图1所描述的那种类 型的固化室26用于制造隐形眼镜。因此，管状UV荧光灯28 (为了简化的目的，没有全部示 出)按照传统的方式安装在固化室中，并通过传统的电源电路30供电。然而，在该实例性 实施例中，电源电路30的镇流器32安装在设置在固化室26之外(即在固化室26的外面) 的壳体34中，以使镇流器32与固化室26的内腔36隔热。镇流器32与灯28之间的电连 接用虚线表示。电子控制器38可以是通常用于控制加热或冷却或类似工业处理的任何适合类型 的控制器，根据本发明，其被编程或配置为通过控制固化室26的内腔36与一个或多个热源或吸热设备之间的热传递，将内腔36维持在稳定或恒定的温度。更具体地，由镇流器34所 产生的热量以受控的方式被传递到固化室26的内腔36内或内腔36外，如下面更详细说明 的。存在灯28可以工作以发出最大或另外最佳强度的UV光的最佳温度或相对窄的温 度范围。如果灯28工作在更低或更高的温度，则它会发出比最佳强度小的UV光。在传统 的系统中，当固化室(进而灯)被加温时，它们接近该最佳温度范围。然而，固化室温度会 受负载的影响，即，固化室中模子的数量(和当模子进入时模子的温度)、固化室被设置的 环境(例如工厂地面)的周围温度和其它因素。另外，根据本发明已经认识到，当传统系统 中的风扇以不受控的连续方式运行时，它可能将灯冷却到低于最佳温度范围。因此，在传统 的系统中，固化室可能变得比最佳温度范围更热或者达不到最佳温度范围。固化室温度也 会在生产线运行的数小时、天、月等过程期间，在经过固化室的不同批次的眼镜之间显著地 波动。这种波动有可能会有害地影响产品的一致性。本发明通过以受控的方式将热量从镇 流器34传递到灯28以将灯温度维持在最佳范围内来解决这些问题。一个或多个温度探测器，诸如热电偶探测器40和表面安装的探测器42，被安装在 固化室26的内腔36的适合部分。例如，热电偶探测器40可被安装成使其延伸通过传过固 化室26的端口，并且其感应端悬挂在内腔36中以测量内腔36中空气的温度。同样，表面 安装的探测器42可以用合适的粘合剂直接安装在灯28的玻璃管上。鉴于这些教导，本领 域的普通技术人员将容易地想到其它适当的探测器位置。如下面进一步详细描述的，控制 器38可以读取这些温度探测器，并使用所测量的温度值作为其温度控制算法的输入。多种气流控制设备，诸如鼓风机或风扇44、46、气流混合器48和气流阀50、52和 54，被包括，并各自受控制器38控制。风扇44连接到固化室26的排气口，风扇46经由多 个其它气流控制设备连接到固化室26的进气口。因此，控制器38可以调节风扇44和46 的速度以调节经过镇流器34和固化室26的气流速率。风扇46使来自周围环境的空气流 经镇流器壳体34，在此，镇流器32所产生的热被传递给流经壳体34的空气。控制器38可 控制气流阀50和52以调节将要通过阀50被排出到周围环境的镇流器加热的空气与将要 经过固化室26的镇流器加热的空气的比例。控制器38还可以控制气流阀54和气流混合 器56以混合将要经过固化室26的镇流器加热的空气和通过阀54从周围环境进入的额外 空气。控制器38可读取设置在混合器48与固化室26的进气口之间的流量表56以确定进 入固化室26的空气流量，并读取设置在固化室26的排气口与风扇44之间的另一个流量表 58以确定离开固化室26的空气流量。控制器38可以本领域的普通技术人员熟知的方式使 用这些空气流量测量作为其温度控制算法的额外输入。图3示出实例性的温度控制方法。鉴于在此的教导，本领域的普通技术人员能够 容易地对控制器38编程或配置以实现该方法。该方法在系统(例如，电源电路30)加电时 开始。这样，控制器38和系统的其它有源元件也被加电。如步骤60所示，控制器38读取温 度探测器40和42中的一个或多个以获取表示灯28的温度的测量值。如步骤62所示，控制 器38将所测量的温度与一个或多个预定的设定点温度进行比较，诸如期望在固化室26中 维持温度的范围的上限温度和下限温度。例如，控制器38可确定所测量的温度是否大于上 限设定点温度，如步骤64所示，或者确定所测量的温度是否小于下限设定点温度，如步骤 66所示。如果所测量的温度大于上限设定点温度，那么控制器38可调节气流控制设备中的一个或多个以促进固化室26的内腔36中空气的冷却，即，将热传递到固化室26之外并进 入作为吸热设备的周围环境中，如步骤68所示。例如，控制器38可调节气流混合器48以 增加周围空气的量，该空气比镇流器加热的空气凉，并与镇流器加热的空气混合。可选择地 或另外，控制器38可通过调节气流阀50、52和54或风扇44和46来降低经过内腔36的暖 空气的量或速度。如果所测量的温度小于下限设定点温度，那么控制器38可调节气流控制 设备中的一个或多个以促进固化室26的内腔36中空气的加热，即，将热从镇流器32传递 到固化室26内，如步骤70所示。例如，控制器38可调节气流混合器48以增加镇流器加热 的空气与周围空气的比率。可选择地或另外，控制器38可通过调节气流阀50、52和54或 风扇44和46来增加经过内腔36的暖空气的量或速度。在上述步骤之后，控制环路返回到步骤60。当系统(例如，电源电路30)断电或操 作员人为结束时，控制器38可退出控制环路。应当指出，图3所示的方法仅仅是用于示例， 本领域的普通技术人员知道也可以使用其它合适的温度控制方法。实际上，能够非常精确 控制的各种成熟的方法，诸如比例-积分-微分(PID)方法，在本领域是公知的。应当指出，为了说明本发明的原理和概念，已经参照一个或多个实例性实施例对 本发明进行了说明。但本发明并不限于这些实施例。例如，虽然在实例性实施例中，本发明 用于制造隐形眼镜，但在其它实施例中，本发明可以用于任何其它适当的期望在固化室或 类似的密封空间中达到稳定的UV灯强度的目的。正如本领域的普通技术人员所理解的，根 据在此所提供的说明，可以对在此描述的实施例进行变形，所有这些变形都在本发明的范 围内。
权利要求
一种紫外线(UV)输出控制的荧光灯系统，包括固化室，其具有内腔、进气口和排气口；至少一个UV荧光灯，其安装在所述固化室的内腔中；电源电路，所述电源电路包括镇流器，所述镇流器与所述固化室的内腔隔热；至少一个温度探测器，其设置在所述固化室的至少一个部分；至少一个气流控制设备，其连接到所述进气口和所述排气口的至少一个；以及温度控制器，所述温度控制器读取所述温度探测器以测量所述固化室内的温度，在所测量的温度和预定温度之间执行比较，并响应于所述比较，控制所述至少一个气流控制设备以控制所述固化室的内腔与所述电源电路的发热部分之间的热传递。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述电源电路的发热部分包括所述镇流器，所述镇 流器被设置在所述固化室之外。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度探测器被暴露在所述固化室内的周围内 部环境中。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度探测器被暴露在所述UV荧光灯的表面上。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述温度控制器控制被所述电源电路的发热部分 加热的气流通过所述固化室的内腔。
6.如权利要求5所述的系统，还包括流量计，其连接到所述进气口和所述排气口的至 少一个，其中，所述温度控制器读取所述流量计，并响应于所述流量计的读取，至少部分地 控制所述至少一个气流控制设备。
7.如权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个气流控制设备包括风扇，所述温度控 制器通过控制所述风扇来控制被所述电源电路的发热部分加热的气流。
8.如权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个气流控制设备包括气阀，所述温度控 制器通过控制所述气阀来控制被所述电源电路的发热部分加热的气流。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个气流控制设备包括空气混合器，所述 温度控制器通过控制所述空气混合器来控制被所述电源电路的发热部分加热的空气与从 周围外部环境提取的空气的混合。
10.一种用于在固化室内控制紫外线(UV)荧光灯温度的方法，其中所述固化室具有UV 荧光灯和相关的电源电路，所述方法包括测量所述固化室的内腔的至少一个部分的温度；电子处理控制器执行所测量的温度与预定温度的比较；以及响应于所述比较，所述电子处理控制器控制所述电源电路的发热部分与所述固化室的 内腔之间的热传递。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述测量所述固化室的内腔的至少一个部分的 温度的步骤包括测量所述固化室内周围内部环境的温度。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述测量所述固化室的内腔的至少一个部分的 温度的步骤包括测量荧光灯的表面温度。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述电子处理控制器控制所述电源电路的发热 部分与所述固化室的内腔之间的热传递的步骤包括控制被所述电源电路的发热部分加热 的气流通过所述固化室的内腔。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述电子处理控制器控制所述电源电路的发热 部分与所述固化室的内腔之间的热传递的步骤包括控制被所述电源电路的发热部分加热 的空气与从周围外部环境提取的空气的混合。
全文摘要
控制器测量紫外线(UV)荧光灯工作时的温度，并作为响应，控制荧光灯电源电路的发热部分(诸如镇流器)与固化室的内腔之间的热传递，以维持荧光灯工作在稳定的温度。
文档编号B29C35/08GK101980844SQ200980111330
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月26日 优先权日2008年4月1日
发明者C·F·摩根 申请人:诺瓦提斯公司