本申请要求r.lind，m.smith，n.peterson，b.goreding，m.brudevold，和m.theisen于2017年2月21日提交的题为“adaptivehotmeltfeed”的美国临时申请no.62/461,536的权益。
本发明总体涉及热熔供给和分配系统，并且更具体地涉及适应性热熔供给系统。
背景技术：
热熔系统通常用在制造组装线中以为包装材料(例如盒子，纸箱等)的构造或封闭提供粘接剂。传统的热熔分配系统可以包括材料供给系统和热熔分配系统。材料供给系统可以将热熔性粘合剂颗粒输送到热熔分配系统，而热熔分配系统又将热熔性粘合剂颗粒加热和熔化以产生液体粘合剂。当热熔分配系统中的熔化的材料的体积达到最小值时，可以将额外的热熔性粘合剂颗粒从供给系统输送到热熔分配系统。在一些系统中，可以使用压缩气体使用文丘里真空将热熔性粘合剂颗粒从供给系统驱动到热熔分配系统。粘合剂颗粒的数量和将粘合剂颗粒输送到热熔系统所需的时间对于确保正确的操作是至关重要的。例如，长输送时间可能会减少粘合剂颗粒在热熔系统中的停留时间，这可以防止粘合剂颗粒在被分配之前达到熔化温度。相反，过多的材料输送太快会导致熔化室溢流。在传统的热熔系统中，通过操作者进行各种校准动作(例如调节到文丘里真空中的压缩气体的压力)来控制颗粒流量。这通常需要数个填充周期和推测来优化。一旦被优化，操作者必须继续监测粘合剂颗粒输送，并调节至文丘里真空的气压，这是因为多个因素(包括堵塞的空气过滤器、低供料量和高环境温度或湿度)可能会改变粘合剂颗粒的流量。
技术实现要素：
一种适应性热熔供给系统，包括：熔化系统、供给系统、气体控制装置、传感器、和控制器。熔化系统包括加热容器。供给系统被构造成将固体材料输送到熔化系统的加热容器以进行熔化。气体控制装置被构造成控制提供给供给系统的气体的供应以将固体材料从供给系统驱动到熔化系统。传感器可以被构造成检测熔化系统的加热容器中的材料的量。控制器与气体控制装置电通信并被编程以基于由控制器确定的填充计量值发送信号给气体控制装置以改变到供给系统的气体的供应。
一种将固体热熔材料供应给熔化系统的方法，包括：向供给系统供应气体以将固体材料驱动到熔化系统；确定填充计量值；以及发送信号给气体控制装置以增加、减少或保持供应给供给系统的气体，其中填充计量值由控制器自动地确定，所述控制器发送信号给气体控制装置。
仅通过示例的方式而非限制性的方式提供本概述。鉴于包括整个文本，权利要求书和附图在内的整个公开内容，本公开的其它方面将被理解。
附图说明
图1是适应性热熔供给系统的示意图；以及
图2是将热熔材料供应给热熔分配系统的方法的流程图。
虽然上述附图阐述了本发明的实施例，但是也可以设想其它实施例，如讨论中所指出的。在所有情况下，本公开通过示例的方式而不是限制的方式来呈现本发明。应该理解的是，本领域技术人员可以设计出许多其它的修改和实施例，这些修改和实施例落入本发明原理的范围和精神内。附图可能不是按比例绘制的，并且本发明的应用和实施例可以包括没有在附图中具体示出的特征，步骤和/或部件。
具体实施方式
本发明涉及适应性热熔供给系统，该系统可以自动地调节固体热熔材料(例如粘合剂颗粒)从供给系统到用于熔化的熔化系统的流量。热熔系统可以适应不断变化的条件(例如，空气供应量、料斗中的供给材料的体积、供给材料的尺寸、由于温度或湿度升高等原因造成的材料结块等)，这些条件增加或减少固体热熔材料从供给系统到熔化系统的流量。以这种方式，适应性热熔供给系统可以连续优化将固体热熔材料输送到熔化系统所需的时间，以确保固体热熔材料在熔化系统中具有足够的停留时间以允许固体材料在分配之前熔化。现有技术的方法要求操作者定期监测固体热熔材料的输送，并通过手动增加或减少供给文丘里真空的压缩气体的压力来优化固体热材料的流量，其中所述文丘里真空用于将固体热熔材料驱动到熔化系统。本发明自动适应变化的条件，并且不需要手动操作的气体压力调节器和操作者校准。
图1是适应性热熔供给系统10的一个实施例的示意图。适应性热熔供给系统10包括供给系统12、熔化系统14、气体控制装置16和控制器18。供给系统12被构造为将固体热熔材料20从容器22输送到熔化系统14。供给系统12包括连接到供给管线26的文丘里真空24，以用于将固体热熔材料20输送到熔化系统14。压缩气体28被输送到供给系统12以驱动文丘里真空24。压缩气体28的供应由气体控制装置16控制。将固体热熔材料20输送到熔化系统14以进行熔化和分配。熔化系统14包括用于加热热熔材料20的容器30和用于分配熔化的热熔材料20的泵32。一个或多个传感器34a、34b可用于向控制器18提供填充计量数据36，该填充计量数据可包括供给间隔的持续时间和/或在供给间隔中输送的固体热熔材料20的量、或供给间隔之间分配的熔化的热熔材料20的量。可以在每个填充周期期间收集填充计量数据36，并将其发送到控制器18。基于填充计量数据36，控制器18可以使气体控制装置16调节在下一个填充周期中输送到供给系统12的压缩气体28的供应量以增加或减少供给间隔的时间(即将固体热熔材料20输送到熔化系统14所需的时间)和操作供给系统的功率水平。
供给系统12可以被构造成将固体热熔材料20输送到熔化系统14。固体热熔材料20可以是粘合剂材料，包括例如热塑性聚合物胶(例如乙烯醋酸乙烯酯(eva)或茂金属或本领域已知的其它粘合剂材料)。固体热熔材料20可以是不同尺寸和形状的颗粒形式。术语“固体热熔材料”和“固体材料”在下文中可互换使用，以清楚地将固体热熔材料与从熔化系统14分配的已熔化的热熔材料区分开。同样，术语“已熔化的热熔材料”和“已熔化的材料”可互换使用。固体材料20和已熔化的材料20是不同形式(固体和液体)的相同材料。热熔材料20可以以固体和液体两种形式存在于熔化系统14中，因此当以两种形式存在时都简称为“热熔材料20”。
供给系统12可以连接到容器22。容器22可以是圆筒或桶、料斗或用于容纳一定量的固体材料20的其它合适的结构。在一些实施例中，容器22可以包括机械搅拌器或用于破碎固体材料块20和/或帮助将固体材料20输送到文丘里真空24中的其它机构(例如，压缩气体源)。文丘里真空24可以位于容器22中或容器的出口处22。文丘里真空24可定位在容器22的下部中，以使得固体材料20流入到文丘里真空中可得到重力的辅助。本领域的普通技术人员将理解，容器22的结构和文丘里真空24的定位可以根据应用而变化，并且本发明不限于所公开的构造。
压缩气体28可以从压缩气源38输送到文丘里真空24以产生真空，该真空可以使固体材料20从容器22流经供给管线26并流入熔化系统14中。压缩气源38可以是压缩空气或适于通过适合输送压缩气体的导管输送的应用的其它气体。供给管线26可以是直径明显大于固体材料20的直径的软管或通道，以允许固体材料20自由地流过供给管线26。根据操作者的设置，供给管线26的长度可以变化。通常，熔化系统构造可以具有2米到20米长之间的供给管线，尽管在该范围之外的长度也是可能的。供给管线26的长度通常受文丘里真空24由气源38驱动时的能力的限制。如果供给管线26太长，文丘里真空24可能不能引起固体材料20流过供给管线26的整个长度以到达熔化系统14。供给管线26可以在一端处连接到文丘里真空24并且在另一端处连接到熔化系统14。通常，供给管线26可以相对于熔化系统14以允许重力部分地驱动固体材料20的流动而不允许大量的固体材料20在文丘里真空停止流动之后进入熔化系统14的方式被定向。如将进一步讨论的，当熔化系统14中的热熔材料20的体积以及达到预定的填充容量水平时，可以断开到文丘里真空24的压缩气体28的供应。如果供给管线26的相当大的长度大致向下延伸到熔化系统14中，则在文丘里真空24已被关闭之前已经进入供给管线26但位于供给管线26的向下延伸部分的固体材料20可进入熔化系统14，从而使熔化系统14中的热熔材料20的体积超过填充容量水平。为了避免容器30的过度填充，供给管线26可以被定向为在到文丘里真空24的气体供应断开之后允许至少一些固体材料20留在供给管线26中。
熔化系统14可以包括容器30和用于熔化固体材料20以形成已熔化(液体)的材料20的一个或多个加热元件(未示出)。熔化系统14还可以包括泵32和用于从熔化系统14中分配已熔化的材料20的分配器(未示出)。熔化系统14的尺寸能够保持相对较小的总体材料20体积(例如，0.5升)并且可以被构造成在相对较短的时间段(例如，在连续操作中，每次填充中添加的相对小体积的新固体材料20可以在几秒钟内熔化和加热)内熔化固体材料20。固体材料20可以从供给管线26被分配到容器30的顶部处的入口，使得固体材料20在容器30中形成热熔材料20的表面层。在一些实施例中，熔化系统14可以包括空气过滤器以去除供给管线26中的与固体材料20一起存在的灰尘和其它微粒。泵32可被构造成将已熔化的热熔材料20从容器30泵送到分配器(未示出)，该分配器被构造成选择性地排出已熔化的材料20。泵32可以是往复式泵，在该泵中，活塞或柱塞驱替已知体积的材料，或者可以是本领域已知的任何其它类型的容积式泵。
熔化系统14可以配备有一个或多个传感器34a，传感器34a被构造成检测存在于容器30中的热熔材料20的体积水平或高度。传感器34a可以是超声波传感器或其它传感器(例如，电容式传感器、浮动传感器等)，如本领域已知的，这些传感器适于检测热熔材料20在容器30中(例如，沿着容器30的内壁或在热熔材料20的最高表面点处)延伸的高度。传感器34a可以被构造成当热熔材料的水平面已经达到最小高度时发送信号给控制器18，从而表示需要向熔化系统14供给固体材料20，并且当热熔材料的水平面已经达到最大高度时，表示需要停止固体材料20的供给以便不会超过容器30的容量。最小值和最大值可以根据容器30的体积、熔化固体材料20所需的时间和来自于熔化系统14的已熔化的热熔材料20的排出速率来设置。控制器18可以被编程以基于分配速率来调节最小值。例如，在连续使用期间，可以向上调节最小水平，使得供给间隔之间的时间可以显著减少。由于熔化系统容器30的容积相对较小，固体材料20需要在足够短的时间内输送到熔化系统14，以确保固体材料20在被分配之前能够被熔化。从供给系统12到熔化系统14的固体材料20的流量可以通过使用气体控制装置16改变到文丘里真空24的压缩气体28的供应来调节。
气体控制装置16位于压缩气源38和供给系统12之间。气体控制装置16可位于热熔化系统14内、供给系统12上或其它地方。在一个实施例中，气体控制装置16可以是电压与压力(v与p)或电流与压力(a与p)的电子压力调节器，其中压缩气体28的压力可增大或减小以分别增加或减小固体材料20通过供给管线26的速度。在一个可供选择的实施例中，气体控制装置可以是螺线管，其可以将压缩气体28作为脉冲或脉宽调制气流以恒定压力被输送到文丘里真空24以获得固体材料20的期望流量。脉冲的持续时间或脉冲宽度可以增加或减少以分别增加或减少固体材料20通过供给管线26的速度。如果由操作者提供的压缩气源38的气体压力太高，那么占空比(气体在供给间隔期间的时间比)可以减小(例如，脉冲宽度减小)。如果气体压力接近固体材料20的最佳输送的下限，则占空比可能需要被最大化，以使得可忽略气体关闭的持续时间(例如，脉冲宽度最大化)。在这种情况下，螺线管气体控制装置16的功能类似于恒定流量调节器。在这两个实施例中，气体控制装置16可以由控制器18调节而无需操作者输入。
控制器18可以是能够接收、发送和处理数据的处理器。控制器18可以包括显示器40以向操作者提供由熔化系统14(例如，传感器34a、34b)提供和/或由控制器18为每个填充周期确定的填充计量值36。如本文所使用的，“填充周期”涵盖如下的时间段：该时间段起始于气体28被供应给文丘里真空24以填充熔化系统容器30并结束于传感器34a下一次发送信号给控制器18以再次填充容器30。控制器18可以确定在供给间隔期间用固体材料20填充熔化系统14所需的时间。如本文所用，“供给间隔”是指开启气体28到文丘里真空的供应给检测到充填容量水平并关闭气体28到文丘里真空的供应的时间。在一些实施例中，传感器34a可以向控制器18提供确定在供给间隔过程中输送到熔化系统14的固体材料20的量所需的信息。诸如活塞位置传感器的额外的传感器34b可以为控制器18提供确定在多个供给间隔之间由熔化系统14分配的熔化材料20的量所需的信息。如在此所使用的，多个供给间隔之间的持续时间是指从控制器18发送信号以停止填充容器30的时间到控制器18发出信号重新填充容器30的时间，或者是从关闭气体28到文丘里真空的供应28以停止固体材料20的供应的时间到开启气体28到文丘里真空的供应以重新填充熔化系统14的时间。控制器18可以在当前供给间隔期间或在下一个供给间隔期间发送信号给气体控制装置以增加、减小或保持气体28到供给系统12的供应28(即，增加/减少气体压力或占空比)以优化供给容量。所有数据(包括供给间隔持续时间、占空比和/或气体压力、以及输送的固体材料20的量和/或已熔化的材料20的量)可以由控制器18收集和/或确定，并且在本文中统称为填充计量值或填充计量数据36。
图2示出了将固体材料20供应给热熔系统14的方法100。在步骤102中，压缩气体28经由压缩气源38和气体控制装置16被供应给供给系统12以操作文丘里真空24。在步骤104中，固体材料20以一供给间隔被输送到熔化系统14。如前所述，传感器34a可用于确定容器30中的热熔材料20的体积何时达到预设的最小水平。这个事件可以传送给控制器18，控制器18然后可以发送信号给气体控制装置16以将气体28供应给供给系统12。相同或另外的传感器34a可以检测何时足够的固体材料20已经被输送到熔化系统14的容器30以达到预设的最大填充水平。这个事件可以传送给控制器18，控制器18然后可以发送信号给气体控制装置16以停止到供给系统12的气体供应28。在气体28关闭时留在供给管线26中的任何固体材料20可以保持在供给管线26中，可以重力反馈给供给系统12，或者可以重力供给或通过动量传递给熔化系统14，这取决于供给管线26的定向和固体材料20的速度。在气体28已经关闭之后(在容器30已经达到最大填充水平之后)被输送到熔化系统14的任何固体材料20有助于在该供给间隔期间输送到熔化系统14的固体材料20的量。
在步骤106和108中，控制器18可以确定当前的供给间隔的当前累计持续时间(即，充满容器30所需的时间)和发送信号给气体控制装置16以增加或保持到气体28到供给系统12的供应。如果累计持续时间超过最大值(输送时间太长)，则控制器18可以发送信号给气体控制装置16以增加到供给系统12的气体压力或增加占空比(即，在脉宽调制气流中气流开启的时间大小)以增加固体材料20通过供给管线26的速度，从而增加供给量。增加固体材料20的速度和供给速率降低了供给间隔持续时间。
在填充完成之后，控制器18在步骤110中确定供给间隔的持续时间，该持续时间是从气体28被供应给供给系统12以操作文丘里真空的时刻到足够的固体材料20已被输送到熔化系统14以达到最大填充水平并且已关闭到气体28到供给系统12的供应28的时刻。所公开的具有0.5升熔化体积的实施例的最佳供给间隔可以约为5秒；然而，本领域普通技术人员将理解，供给间隔持续时间可以根据容器30的尺寸、熔化固体材料20所花费的时间以及从熔化系统14排出的已熔化的材料20的排放速率而变化。虽然热熔系统10的效率可以通过以离散的供给间隔输送固体材料20而得到改善，但是在替代实施例中，系统10可以被构造成提供固体材料20的连续供给，在这种情况下，少量的固体材料20被以通过控制器18根据填充计量值36被连续优化的速率将连续地输送到熔化系统14。
在步骤112中，控制器18确定在供给间隔过程中输送到熔化系统14的固体材料20的量。输送到熔化系统14的固体材料20的量可以通过测量容器30中的热熔材料20(包括固体材料和已熔化的材料20)的体积或水平的变化来确定。替代地，输送的固体材料20的量可以基于在供给间隔之间排出已熔化的材料20的多个活塞冲程来计算。虽然可以使用一种或两种方法，但两者的组合提供了更高的精度。根据固体材料20进入容器30的方式以及何时何地进行测量，水平测量值可以对输送的固体材料20的量进行过量化或者不足量化。虽然一些固体材料20会沉入容器30中的已熔化的材料20中，但是一些固体材料20可以以固体形式聚集在已熔化的材料20的表面处。在这种情况下，传感器34a可以检测由固体材料20的水平指示的最大填充水平，但是随着固体材料20熔化并且固体材料20的颗粒之间的空气间隙的去除，容器30中的材料的水平将降低而与分配。在一些情况下，固体材料20会在容器30中的热熔材料的中心顶部形成一个隆起，该隆起将导致在热熔材料20的表面上水平的变化，并且可能会影响传感器34a的读数。此外，一些固体材料20可以在检测到最大水平之后进入容器30，并且根据何时进行测量可能不包括在测量中。与容器30相反，泵32的缸体容纳已知体积的已熔化的材料20，所述已熔化的材料可以从熔化系统14被分配。当已熔化的材料20被分配时，热熔材料20在容器30中的水平下降直到达到目前的最低水平，此时开始新的供给间隔。从一次供给间隔的结束到下一次供给间隔的开始的活塞冲程次数(缸排空次数)和/或部分活塞冲程可以用来计算输送到熔化系统14的热熔材料20的总体积。在这种情况下，容器30的过度填充或不足填充不太可能影响测量的准确性，这是因为两者在测量中都被考虑到。在所公开的实施例中，输送到熔化系统14的固体材料20的最佳量可以等同于约100毫升的已熔化的热熔材料20，但该值可以根据用途而变化。
多个变量可影响固体材料20的输送。例如，熔化系统14上的受限空气过滤器、过长的供给管线26、供给管线26的向上的长竖直延伸、容器20中的小体积的固体材料和由于温度或湿度升高而造成的固体材料20的结块会减慢固体材料20的供给速率。相反，过短的供给管线26或供给管线26的向下的长竖直延伸可以增加固体材料20的供给速率。长持续时间的供给间隔可以减少固体材料20在分配之前在容器30中的停留时间或熔化所必需的时间量。短持续时间的供给间隔可以增加过度充填的可能性，这是因为通常与短持续时间相关的固体材料20的高速度在气体28的供应关闭之后可能导致额外的固体材料20被输送到熔化系统14。基于确定的供给间隔持续时间和在供给间隔中输送的固体材料20的量，控制器18可以确定供给间隔的持续时间是否需要增加、减少或保持，以确保最佳的停留时间和固体材料20的完全熔化。在步骤114中，控制器18可以发送信号给气体控制装置16以增加、减少或保持到供气体28到系统12的供应。控制器18可以发送信号给气体控制装置16以增加到供给系统12的气体压力，或者增加占空比(即，在脉宽调制气流中的气体流动的时间量)，以增加固体材料20通过供给管线26的速度，从而增加供给速率。增加固体材料20的速度和供给速率降低了供给间隔持续时间。控制器18可以发送信号给气体控制装置16以降低到供给系统12的气体压力，或者减小占空比以减小固体材料20通过供给管线26的速度，从而降低供给速率。减小固体材料20的速度和供给速率增加了供给间隔持续时间。
针对每个填充周期重复步骤102至114。控制器18可以使用来自之前填充周期的填充计量值36以自适应地确定如何进行未来的填充周期。通常，控制器18可以被编程对气体28的供应进行逐步调节，使得在多个填充周期而不是单个填充周期进行优化。逐渐优化可以减少单个无关事件对于优化的影响。例如，如果操作者出于任何原因手动地将气体28的供应对于一个填充周期的压力增加到不希望的水平，并由此不期望地减小供给间隔持续时间，则控制器18将基于检测到的减少的供给间隔持续时间在下一个填充周期仅仅适度地调节气体28的供应。如果供给间隔持续时间持续地不期望地快，则控制器18可以在之后的填充周期中对气体28的供应做进一步的和潜在的更大的调节。替代地，如果操作者已经手动地降低气体28的供应的压力，则由控制器18进行的逐渐调节将防止过度补偿。在这种情况下，逐渐调节防止将气体28的供应28增加到导致熔化容器30的过度填充的水平。
包括供给间隔持续时间、占空比和/或气体压力以及在供给间隔之间输送的固体材料20的量和/或活塞冲程的所有填充计量数据36可以在显示器40中被提供给操作者。此外，当用于优化填充计量值36的算法指示需要操作者动作时，控制器18可以通过显示器40向操作者提供警报。例如，如果供给管线26、泵32或熔化系统14中的空气过滤器堵塞或者容器22接近空等，控制器18可能不能优化固体材料20的供给。在这种情况下，操作者可能需要在适应性热熔供给系统10能够有效运行之前解决阻止优化的问题。这样的问题不是适用性热熔供给系统10所特有的，而是可以通过持续显示填充计量数据36和由控制器18提供的警报来缓解。
适应性热熔供给系统10可以在很大程度上消除操作者干预填充优化的需要。由于控制器18可以为每个填充周期确定填充计量值36并且适于改变影响固体材料20到熔化系统14的输送的变量，因此操作者不必监视固体材料20的输送并不需要手动调节到供给系统12的气体供应28。操作适用性热熔供给系统10不需要手动校准或计算。
总结
本文中使用的任何相对术语或程度术语，诸如“基本上”，“基本上”，“大体上”，“近似”等应该根据并且服从于本文明确规定的任何可应用的定义或限制而理解。在所有情况下，本文中使用的任何相对术语或程度术语应被解释为广泛地涵盖任何相关公开的实施例以及如本领域普通技术人员将理解的范围或变化，从而涵盖普通制造公差变化，偶然对准变化，瞬态对准或由热、旋转或振动操作条件引起的形状变化等。此外，本文中使用的任何相对术语或程度术语应该被解释为涵盖如下的范围，该范围明确地包括没有变化的指定的质量、特性、参数或值的范围，就好像没有在给定的公开中使用合格的相关术语或程度术语。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，可以做出各种改变并且可以用等同物替换其元件，而不偏离本发明的范围。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定的情况或材料适应于本发明的教导。因此，意图是本发明不限于所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。