用于挤出机的光学检查设备和方法技术

本发明专利技术涉及一种用于穿过挤出机(3)的大量聚合物材料(2)的光学检查的设备(1)和方法，挤出机(3)具有在纵向方向上细长地延伸的中空延伸圆筒(4)，设备(1)包括光学传感器(8)，光学传感器(8)可操纵性地耦接至挤出圆筒(4)并且具有配置成对测量参数进行测量的红外光发射器(8a)和接收器(8b)，测量参数表示所述挤出圆筒(4)内部的聚合物材料(2)的光学性质；设备(1)特征在于其包括多个光学传感器(8)和处理器(9)，多个光学传感器(8)可在多个测量位点操作性地耦接至挤出圆筒(4)，多个测量位点沿着纵向方向连续地定位和彼此隔开；处理器(9)编程成获取多个测量信号，多个测量信号包含由对应光学传感器(8)所测量的测量参数，并且编程成处理多个测量信号以计算作为纵向位置的函数的对照参数的多个对应值，对照参数指示聚合物材料(2)的物理状态。

Optical inspection equipment and methods used in extruders

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于挤出机的光学检查设备和方法
本专利技术涉及一种用于挤出机的光学检查设备和方法。本专利技术还涉及一种挤出机。本专利技术针对塑料工业。更具体地，本专利技术适用于热塑性聚合物材料的挤出领域中。热塑性聚合物在加热时软化或熔融并且在冷却时恢复至固体状态。
技术介绍
一般来讲，挤出机器(或挤出机)允许获得挤出物，即，预定长度的由塑性材料制成的物品(通常横截面一致)，起始于球剂(pellets)(或颗粒，例如，直径在1mm和5mm之间的小圆柱体或盘状物)，该球剂由聚合物或聚合物混合物制成并且用作用以制备塑性物品的原料。挤出机器还用于塑性模制行业中，其中注塑模具位于挤出机器的下游以接收熔融聚合物材料并且制备塑性物品。一般来讲，熔融聚合物材料通过泵被注入模具中。挤出机器的一个实例描述于专利文件US4290986中。这些挤出机器包括例如进给料斗，聚合物材料的球剂通过该进给料斗进给至内部中空挤出圆筒中，该中空挤出圆筒通常为细长的并且在纵向方向上延伸。在挤出圆筒内部，压力和温度条件导致聚合物材料的球剂的熔融(在半结晶聚合物的情况下)或软化(在无定形聚合物的情况下)。应当指出的是，术语“熔融聚合物材料”是指半结晶聚合物，而在无定形聚合物的情况下，使用的更准确术语为“软化聚合物材料”。然而，除非另外指明，否则术语“熔融”和“软化”在本文中同义地使用。挤出圆筒通常容纳环状螺杆(或挤出机螺杆)，该环状螺杆连接至电机，该电机驱动环状螺杆绕着纵向轴线旋转。挤出机螺杆在工作方向上的旋转迫使聚合物材料在进给方向上从挤出圆筒的入口移动至出口。一般来讲，挤出圆筒由加热元件(通常为电阻器)加热，而挤出机螺杆的芯部的直径在进给方向上变得更大，从而减小挤出机螺杆自身和挤出圆筒的内部壁之间的自由空间。这在挤出圆筒内部形成压力和温度条件，这些条件致使聚合物材料熔融。为控制挤出圆筒的温度，加热元件例如连接至反馈控制系统，该反馈控制系统在聚合物材料的进给方向上使挤出圆筒内部的温度逐渐地增大，从而允许球剂随着它们沿着挤出圆筒移动而逐渐地熔融，从而防止可导致聚合物劣化的过高温度。聚合物材料由挤出机螺杆沿着挤出圆筒移动，直至其到达出口区域和用于熔融聚合物材料的出口孔，该出口区域包括模具，该模具的内径小于挤出圆筒的内径。然而，这些现有技术挤出机器遇到一些问题。一个问题与挤出机的劣化有关。例如，挤出机的长期使用致使挤出机螺杆的磨损(从而导致挤出参数的变化)。应当指出的是，置换挤出机螺杆为特别复杂且昂贵的。另一问题为挤出机所给出的产品(挤出物)可不具有所需特性。更具体地，挤出物的质量可受挤出机的出口区域中的未熔融材料(即，尚未完全熔融的聚合物材料的球剂)影响(例如，局部缺陷可出现)。检查挤出产品的需求已解决。科学论文“Nearinfrared(NIR)spectroscopyforin-linemonitoringofpolymerextrusionprocesses”(T.Rohe、W.Becker、S.Kolle、N.Eisenreich、P.Eyerer，Talanta，1999年第5期，第283-290页)描述了一种检查系统，该检查系统旨在改善对挤出产品的质量的控制，特别地旨在分析在挤出圆筒的出口附近的区域中的熔融聚合物材料的性质。该解决方案包括位于挤出圆筒的沿直径相对侧上的红外分光光度计，该红外分光光度计具有红外光源和接收器。更具体地，光源配置成发射红外光并且接收器配置成测量作为波长的函数的穿过熔融聚合物材料的所发射光，以获得吸收光谱(即，红外光谱)。分析红外光谱使得有可能获得关于所处理聚合物材料类型的信息：例如，关于其在出口区域附近的成分。另一解决方案描述于专利文件DE19820948中，该专利文件涉及一种挤出机，该挤出机配备有光学检查系统，该光学检查系统位于挤出机的下游以监测挤出物的性质和规格。其它技术方案公开于专利文件DE102013100866A1、WO2014/183145A1、EP0716299A1、JPH0989789A、CN104089923A中。然而，这些光学检查系统尽管允许检查挤出过程下游的聚合物材料，但未解决挤出机磨损的问题并且未向确保挤出产品规格的一致性的问题提供稳健且可靠答复。
技术实现思路
本说明书的目标是向挤出机提供一种光学检查设备和方法以克服现有技术的上文所述及缺点。更具体地，本公开向挤出机提供了一种光学检查设备和方法，该光学检查设备和方法允许对挤出机的操作提供特别重要的信息；并且该光学检查设备和方法允许获得用于识别挤出机的可能故障和/或不良产品质量的原因的信息。本公开的另一目标是向挤出机提供一种光学检查设备和方法，该光学检查设备和方法为特别有效的且不昂贵的。本公开的另一目标是提供一种挤出机，该挤出机为特别有效的和牢靠的。这些目标通过如所附权利要求所表征的根据本专利技术的光学检查设备和方法来完全实现。更具体地，根据本专利技术的检查设备配置成分析穿过挤出机的大量聚合物材料。挤出机包括中空挤出圆筒，该中空挤出圆筒在纵向方向上细长地延伸。挤出圆筒具有用于接收聚合物材料的球剂的入口，优选地位于第一端部，和用于排出熔融聚合物材料的出口，优选地位于第二端部。挤出机包括挤出机螺杆，该挤出机螺杆位于挤出圆筒内部。挤出机螺杆绕着其(纵向)轴线旋转。挤出圆筒沿着该轴线细长地延伸。优选地，挤出机螺杆连接至电机，该电机驱动挤出机螺杆在挤出圆筒内部旋转以将聚合物材料从入口移动至出口。挤出机包括多个加热器，该多个加热器耦接至挤出圆筒以与之交换热量。根据本专利技术的光学检查设备包括多个光学传感器，该多个光学传感器在多个对应测量位点操作性地耦接(即，能够进行耦接以操作性地耦接)至挤出圆筒。测量位点沿着纵向方向定位并且彼此隔开。因此，测量位点，其由耦接至挤出圆筒的光学传感器的位置限定，沿着纵向方向连续地定位。这允许同时检查挤出圆筒内部的多个区域，这些区域位于不同纵向位置，即，位于距挤出圆筒的出口(或距入口)的不同距离处。至少一个(但优选地两个或更多个)光学传感器在围绕挤出螺杆的区域中耦接至挤出机。这允许在位于不同高度(纵向隔开的援引)处的测量区域中光学上监测围绕挤出螺杆的区域。在一个示例性实施例中，每个光学传感器包括配置成对测量参数进行测量的发射器和接收器，该测量参数表示挤出圆筒内部的聚合物材料的光学性质。根据本专利技术的检查设备包括处理器，该处理器连接至光学传感器以获取多个测量信号，该多个测量信号包含由对应光学传感器所测量的测量参数。处理器编程成(配置用于)处理所获取测量信号。更具体地，处理器编程成(配置用于)处理测量信号(每一者)以从测量参数推导出对照参数(controlparameter)，该对照参数指示穿过挤出机(即，由挤出机所处理)的聚合物材料的物理状态。换句话讲，处理器编程成(配置用于)计算得自多个测量信号的对照参数的多个对应值，其中多个对应值的每个值对应于相应测量位点。据观察，沿着挤出机定位的各种光学传感器配置成检测所有相同测量参数或对应测量参数，从该对应测量参数推导出相同对照参数，该相同对照参数指示穿过挤出机(或由挤出机所处理)的聚合物材料的物理状态。多个计算对照参数值表示作为纵向位置的函数的对照参数的曲线(在挤出机的纵向延伸部的情景中)。应当指出的是，该解决方案本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于穿过挤出机(3)的大量聚合物材料(2)的光学检查的设备(1)，其中所述挤出机(3)具有：‑中空挤出圆筒(4)，所述中空挤出圆筒(4)在纵向方向上伸长并且具有用于接收聚合物材料的球剂(2a)的入口(4a)和用于排出熔融聚合物材料(2b)的出口(4b)；‑挤出机螺杆(5)，所述挤出机螺杆(5)连接至电机(6)以在所述挤出圆筒(4)内部旋转并以将所述聚合物材料(2)从所述入口(4a)移动至所述出口(4b)；‑加热器(7)，所述加热器(7)耦接至所述挤出圆筒(4)，其中所述光学检查设备(1)包括光学传感器(8)，所述光学传感器(8)可操作性地耦接至所述挤出圆筒(4)并且具有配置为对测量参数进行测量的红外光发射器(8a)和接收器(8b)，所述测量参数表示所述挤出圆筒(4)内部的所述聚合物材料(2)的光学性质，所述光学检查设备(1)特征在于其包括：‑多个所述光学传感器(8)，所述多个光学传感器(8)在多个测量位点可操作性地耦接至所述挤出圆筒(4)，所述多个测量位点沿着所述纵向方向连续地定位和彼此隔开；‑处理器(9)，所述处理器(9)编程成获取多个测量信号，所述多个测量信号包含由所述多个光学传感器(8)的对应光学传感器(8)所测量的测量参数，并且编程成处理所述多个测量信号以计算对照参数的多个对应值，所述对照参数指示所述聚合物材料(2)的物理状态，其中所述多个值表示作为纵向位置的函数的所述挤出圆筒(4)内部的对照参数的变化曲线。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.13 IT BO2015A0002471.一种用于穿过挤出机(3)的大量聚合物材料(2)的光学检查的设备(1)，其中所述挤出机(3)具有：-中空挤出圆筒(4)，所述中空挤出圆筒(4)在纵向方向上伸长并且具有用于接收聚合物材料的球剂(2a)的入口(4a)和用于排出熔融聚合物材料(2b)的出口(4b)；-挤出机螺杆(5)，所述挤出机螺杆(5)连接至电机(6)以在所述挤出圆筒(4)内部旋转并以将所述聚合物材料(2)从所述入口(4a)移动至所述出口(4b)；-加热器(7)，所述加热器(7)耦接至所述挤出圆筒(4)，其中所述光学检查设备(1)包括光学传感器(8)，所述光学传感器(8)可操作性地耦接至所述挤出圆筒(4)并且具有配置为对测量参数进行测量的红外光发射器(8a)和接收器(8b)，所述测量参数表示所述挤出圆筒(4)内部的所述聚合物材料(2)的光学性质，所述光学检查设备(1)特征在于其包括：-多个所述光学传感器(8)，所述多个光学传感器(8)在多个测量位点可操作性地耦接至所述挤出圆筒(4)，所述多个测量位点沿着所述纵向方向连续地定位和彼此隔开；-处理器(9)，所述处理器(9)编程成获取多个测量信号，所述多个测量信号包含由所述多个光学传感器(8)的对应光学传感器(8)所测量的测量参数，并且编程成处理所述多个测量信号以计算对照参数的多个对应值，所述对照参数指示所述聚合物材料(2)的物理状态，其中所述多个值表示作为纵向位置的函数的所述挤出圆筒(4)内部的对照参数的变化曲线。2.根据权利要求1所述的设备(1)，其中所述处理器(9)编程成获取预定测量时间间隔的测量信号，并且为每个测量位点计算所述对照参数，所述对照参数作为所述测量时间间隔中的对应测量信号的测量参数曲线的函数。3.根据权利要求2所述的设备(1)，其中所述测量参数表示所述塑性材料的透射率和/或反射率，并且其中所述处理器(9)编程成为每个测量位点计算所述对照参数，所述对照参数作为所述对应测量信号的测量参数从高基准间隔至低基准间隔的变化频率的函数。4.根据权利要求2或3所述的设备(1)，其中所述处理器(9)编程成为每个测量位点计算所述对照参数，所述对照参数作为所述对应测量信号的测量参数在所述测量时间间隔中的平均值的函数。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中所述光学传感器(8)的接收器(8b)限定小于100nm的带宽。6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，对于多个光学传感器(8)中的每个光学传感器(8)而言，所述设备(1)包括滤波器(10)，所述滤波器(10)连接至所述光学传感器(8)并且能够调整以选择性地改变所述接收器(8b)的带宽的位置。7.根据权利要求6所述的设备(1)，其中所述处理器(9)配置成接收与由所述挤出机(3)所处理的聚合物材料(2)相关的信息，所述处理器(9)连接至所述滤波器(10)以对它们进行调整并且编程成对每个光学传感器(8)设定介于吸收峰之间的所述聚合物材料(2)的红外光谱区域中的带宽的位置。8.根据权利要求7所述的设备(1)，包括散射分光光度计或傅里叶变换分光光度计，所述的散射分光光度计或傅里叶变换分光光度计连接至所述处理器(9)以传送与由所述挤出机(3)所处理的所述聚合物材料(2)相关的信息。9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其中所述处理器(9)设置成接收如下所列出的操作参数中的一者或多者：-所述挤出机螺杆(5)的旋转速度，-所述加热器(7)的加热功率，-所述挤出圆筒(4)内部的压力，并且编程成生成一个或多个反馈控制信号，所述一个或多个反馈控制信号作为所述挤出圆筒(4)内部的对照参数的变化曲线的函数，以改变作为所述挤出圆筒(4)内部的对照参数的变化曲线的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·博西，
申请(专利权)人：伊莫拉SACMI机械合作公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT