专利名称：允许改变加热速率的制造容器的方法和机器的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用塑料材料如聚对苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)制的粗坯(一般为预型件，尽管可以涉及中间容器)通过成型制造容器、尤其是细颈瓶和小瓶。
背景技术：
容器制造包括两个主要阶段，即粗坯加热阶段，在该粗坯加热阶段时，粗坯在加热装置中行迸，该粗坯加热阶段后是吹制阶段，在该吹制阶段吋，这样被加热的粗坯被转移到模制装置中，并且带压流体(一般为气体，通常是空气)被注入到粗坯中，以赋予粗坯以容器的最終形状。在加热装置(通常称为“炉子”)中，粗坯以一行进速度并按照预先确定的加热廓线(profil de chauffe)在一行一般为齒素灯的红外福射源前行进。 炉子行进速度为预型件通行的线性速度，预型件挂接在安装于链条上的转动支撑件或“转盘”上，链条由齿轮驱动运动。姆个转盘与ー小齿轮连在一起，小齿轮同齿条啮合，以驱动预型件在其移动的过程中围绕其轴线转动。加热廓线，即在加热阶段期间粗坯在炉子中实际接收到的能量数量的廓线，主要通过三个可控的加热參数确定-由辐射源发出的红外辐射的功率，它决定注入到炉子中的能量的总数量；-炉子的布局(topographie)，以及尤其是与辐射源相対的反射器的存在，其决定没有被粗坯直接吸收而是通过反射重新注入到炉子中的能量数量；-粗坯的强制通风的流量，其决定从炉子排出的能量数量。尤其在专利SIDEL FR 2 703 944,FR 2 907 684,FR 2 863 932 中(以及在它们各自对应的美国专利US 5 681 52UUS 2009/317506,US 7 553 156中)描述了炉子的结构。加热装置和吹制装置一般构成生产线的一部分，生产线还包括与封口装置相结合的充填装置(或充填机)，需要时还包括加标装置和打包装置(例如包装机)。在任何生产线上，都存在把它的速率强加于整个生产线的关键机器。在这种情况下，关键机器为充填机。为了补偿不同机器的速率差，通过累积式传送器在这些机器之间构成缓冲存货，累积式传送器的容量一般是可以调节的，以允许存货适应速率变化。但是累积式传送器是昂贵的和体积庞大的，并且改变每个机器的速率以使其适应于关键机器的速率从理论上是更有成效的。然而实际上，即便确实对于某些机器(尤其是吹制装置)可以变化速率(以大约百分之几的有限的方式)而不影响生产质量，但ー些机器并不是设计用以支持这种变化。这尤其是炉子的情况，炉子一旦达到它的稳定状态，它的速率在生产过程中就不能改变，除非接受制出容器质量的不可控差距。现在，负责炉子的专业操作者根据要加热的粗坯类型以及由关键机器施加的生产速率所确定的恒定加热速率(即预型件的行进速度)对每个生产系列应用ー标准化的加热廓线。如果操作者可以根据以主观方式估计的容器的感知质量对加热參数实行点式手动校正，则生产的容器的质量的不可控差距的危险太大，而不能赋予操作者改变炉子速率的自由。因此，在实践中，炉子的速率在稳定状态是固定的。
发明内容
本发明的目的是允许改变(可以是重大的改变)加热速率，同时保持生产的质量标准。为此，首先提出利用塑料材料制粗坯制造容器的方法，该方法包括-按照预先确定的加热廓线对以行进速度行进在配有多个辐射源的炉子中的粗坯进行加热的加热阶段，
-在吹制装置内吹制粗坯以形成容器的吹制阶段，该方法包括以下操作a)改变粗坯的行进速度；b)改变加热廓线；c)在加热阶段结束后，建立至少ー个粗坯的真实热廓线；d)在吹制阶段期间，进行所述粗坯内部的压カ的測量并检测至少ー个压カ奇点；e)測量粗坯真实热廓线与理论热廓线之间的第一差距、以及压力奇点与理论奇点之间的第二差距；f)只要第一和第二差距两个不全都小于各自预先确定的允差，就重复操作b)至e)；g)只要第一和第二差距两个全都小于各自的允差，并且只要行进速度没有达到预先确定的最终值，就重复操作a)至e)。该方法的各种补充特征可以单独地或组合地提出-热廓线包括对粗坯的热量測定；-热廓线包括在粗坯外壁上进行的温度測量；-热廓线包括在粗坯内壁上进行的温度测量；-压カ奇点是局部的压カ峰值；-加热廓线包括输送给辐射源的电功率；-加热廓线包括输送给炉子的通风系统的电功率。其次，提出用于被储存在处理装置的存储器中和/或被储存在通过处理装置的阅读器可读的存储载体上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用以实施上述方法的操作a)至g)的指令。再者，提出用于由塑料材料制粗坯制造容器的机器，该机器包括配有多个辐射源的炉子，用以按照预先确定的加热廓线加热以行进速度行进的粗坯；以及控制中心，其被编程，以根据对在从炉子出来的粗坯上进行的温度測量和在随后的吹制过程中所述粗坯内的进行的压カ测量，对行进速度和加热廓线进行改变。该机器的各种补充特征可以单独地或组合地提出-控制中心被编程，以改变输送给辐射源的电功率；-控制中心被编程，以改变输送给炉子的通风系统的电功率。
根据下面參照附图进行的描述，本发明的其它目的和优点得以显现，附图中-图I是示出容器制造机器的平面示意图，该机器包括粗坯加热装置和利用加热的粗坯吹制容器的吹制装置；-图2是部分示出图I机器的剖面示意图；-图3是说明加热速率受控改变的不同阶段的功能图表；-图4是线图，其上描绘出示出加热參数和吹制參数的ー些曲线。
具体实施例方式图I和图2上示意性示出利用塑料材料如PET制的粗坯3 (在此涉及预型件)制 造容器2的机器I。该机器I包括也称为“炉子”的加热装置4、以及模制装置5，模制装置5配有一系列安装在循环输送装置上的模具6，并且模制装置直接位于炉子4的下游。预型件3被传送穿过炉子4，以便使预型件在模制装置5内进行的吹制作业或拉伸吹制作业之前在炉子中被加热。为此，炉子4设有第一发射壁7，第一发射壁配有电磁辐射源8，电磁辐射源在一频谱上(在红外范围中或者，有需要时，在微波范围中)以预先确定的功率进行发射。典型地，在红外范围中发射的辐射源8可以是灯(例如卤素灯，如图2上所示实例中的)或ニ极管，如激光二级管，例如垂直腔面发射激光器(VCSEL)型。提供给辐射源的记为Ps的电功率以及发射的辐射的频谱，通过可编程控制中心9被控制。以传统的方式，炉子4包括与发射壁7相対的第二反射壁10，其保证由辐射源8发射的辐射至少部分反射，以限制耗散损失并因此优化加热。每个预型件3挂接在一个旋转吊件11上，旋转吊件也称为转盘，其包括接合在预型件3的颈部13中的指状件12、以及小齿轮14，小齿轮14与固定的链条15啮合，固定的链条沿预型件3在炉子4内所遵照的路径伸展。该传送模式保证预型件3在其加热过程中基本均匀地转动。要指出的是，无论颈部13在下方(如实例中所示)还是颈部13在上方，都可以无区别地保证对预型件3的传送。每个转盘11被驱动围绕轴16转动，轴16与皮带17连在一起，皮带17被轮18带动以在稳定状态是固定的预先确定的线性行进速度V移动，轮18的动カ装置由控制中心9操纵。预型件3之间的间距是固定的，生产速率(B卩，在实践中，在预先确定的时间、一般为I小时的期间，从炉子4出来的预型件3的数量)直接与行进速度V成比例。对预型件3的加热实现成使得预型件3在炉子4的出ロ具有的平均加热温度高于材料的玻璃转化温度。典型地，对于PET制的预型件3，平均加热温度约为140°C，PET的玻璃转化温度约为80°C。预型件3在炉子4的出口与模制装置5的入口之间的转运是足够短暂的，以便预型件3的散热冷却是可忽略的。根据ー实施方式，(尤其在如图2上所示辐射源8是散热的卤素灯的情况中)，炉子4包括鼓风机形式的強制通风系统19，其产生压送空气流，空气流被导向在炉子4中通行的预型件3，以便排出一部分热量。鼓风机19由控制中心9操纵，控制中心控制输送给鼓风机19的电功率，记为Pv (并因此控制产生的空气流的流量)。提供给辐射源8的电功率Ps、提供给鼓风机19的功率Pv和预型件3的行进速度V三者全都由控制中心操纵，因此控制中心被编程设计。为了使炉子4的生产速率适应位于同一条生产线上的关键机器(例如充填装置)的速率变化，希望引入行进速度V的改变，或者以便提高行进速度(增加速率)，或者相反地以便降低行进速度(降低速率)，同时保持输出模制装置5的容器2的质量。行进速度V的改变引起预型件3暴露于保证加热它们的辐射的时间的改变，如果希望保持容器2的质量，该改变需要加热廓线的改变。经验表明，容器2的质量很大部分上取决于从炉子4出来的预型件3的温度廓线。特别地，预型件3的太低温度可能引起容器2上出现微白的珍珠体(perlescence)(珍珠状外观)，这是预型件3过度拉伸的结果，预型件过度拉伸引起分子级聚合长链的断裂。相反，预型件3的太高温度可能导致材料的球粒结晶，从而使预型件3不适于吹制。因此已经确定的是，从炉子4出来的任何预型件3应呈现与预先确定的理论廓线相符的真实热廓线，对于理论廓线，容器2的质量是最佳的。这不一定意味着真实热廓线应·严格等于理论廓线，这在实践上是不可能得到的，而是意味着真实热廓线相对于理论廓线应呈现小于一定允差的差距，该允差可以由本领域技术人员通过进行普通实验确定，并且对于该允差，所得到的容器2的质量符合装瓶規定。热廓线可以简化为通过放置在炉子4出口处的热传感器进行的唯一的平均温度測量。但优选地，热廓线包括多个在预型件3的主体20上进行的温度測量，尤其是在预型件3的外壁21上和/或其内壁22上进行的温度測量。根据图2上示出的实施例，热廓线包括通过与控制中心9连接的热(红外)摄影机23实现的在整个主体20或该主体一部分上对外壁21的热量測定，热量测定数据由摄影机23传递给控制中心。根据另ー实施例，热廓线包括在内壁22上进行的温度測量或热量測定，该温度測量或热量測定可以按照其内容在此援引加入的法国专利申请n° FR 2 935 924或它的国际对应专利申请n° WO 2010/031923的说明来实现。但是已经确定的是，即便对预型件3热廓线的控制对于保持制出的容器2的最終质量是必要的，但它是不足够的。实际上实验表明，具有基本相同的热廓线并且相等机械特征(预型件3实际上可具有形状缺陷或材料缺陷)的两个预型件3可以导致质量不等的容器2。事实上，基于从炉子4出来的预型件3的单ー热廓线对加热參数(Ps和Pv)进行的反馈显示出对于控制容器2的质量是不足的。但是试验表明，通过同时考虑吹制过程中预型件3中的压カ的变化和热廓线，可以有效地对加热參数进行反馈，以便控制容器2的质量。更确切地，不必考虑压カ曲线整体，而考虑该压カ曲线上的至少ー奇点就显示出是足够的。实际上，考虑预吹制作业期间的对应于预型件3的塑性流动阈值的局部压カ峰值甚至显示是足够的，预型件3从该阈值开始在模具6中径向膨胀。记为点B的该点的特征和它对容器2的质量的重要性在法国专利申请n° FR 2909 305 (或者在它的国际对应专利申请n° WO 2008/081108)中已被阐述过。可先验地来看，相对于从炉子4出来的预型件3的单ー热廓线，点B没有带来任何补充信息。实际上，假定点B的位置受预型件3的平均加热温度影响粗略地，温度增加导致点B发生的时刻tB的提前，以及相应压カPb的降低；相反，温度降低理论上导致点B发生的时刻tB的推迟，以及相应压カPb的増加。如果仅限于考虑平均温度，这些断言是正确的。实际上，预型件3的加热廓线和点B没有提供两个多余的信息，而是对于预型件3的内在特征互补的信息，从而允许评价其与令人满意的理论模型的一致性。用于证明该陈述而援引的假设为在类似的温度廓线中，或者能被測量或者会非常强制考虑的极小温度变化能以明显的方式影响吹制质量，对此的经验表明点B是可靠的并且是可测量的指示标。因此，对
-在炉子4出口的预型件3的温度廓线，-以及吹制期间预型件中的特别的压力点(在这种情况下是点B)，的同时考虑允许对加热廓线进行可靠的反馈，以便在改变炉子4的速率时保持容器2的质量。容器2中的压カ的測量可以通过压カ传感器24进行，压カ传感器例如(如图2上所示)安装在将流体注射到预型件3中的喷ロ 25中，吹制时喷ロ 25罩在模具6上，并且喷ロ与控制中心9连接，传感器24向控制中心9传递它的测量值。利用预型件3制造容器2包括两个主要阶段，即按照预先确定的加热廓线对以行进速度V在炉子4中行进的预型件3进行加热的加热阶段，和将预型件3在吹制装置5内吹制的相继吹制阶段，如图I和2上所示，每个预型件3已被引入ー模具6中。行进速度V和加热廓线(其特征在于输送给辐射源8的功率Ps和输送给鼓风机19的功率Pv)在控制中心9中被编程(并受该控制中心控制)。基于初始行进速度Vi,现在描述可以改变该速度以达到最終速度Vf的操作方式。该操作方式示于图3上。控制中心从进行以下操纵开始a)改变行进速度V，以及b)改变加热廓线，这以同时或几乎同时的方式进行。引起的改变是增量的，并且相当于所追求的最终改变的仅一百分比(其小于被改变參数的初始值与最终值之差的10%，优选小于5%)。简单地说，速度V被增加变化量δ V(正的或负的)，被改变的速度等于V+ δ V。同样地，输送给辐射源8的功率Ps和/或输送给鼓风机19的功率Pv被増加相应的变化量δ Ps或δ Pv(正的或负的)，被改变的功率Ps或Pv等于Ps+ δ Ps或相应地等于Pv+ δ Pv。具体地，行进速度V的改变可以通过变化驱动轮18的转速实现，驱动预型件3的皮带17在驱动轮18上循行。在该初次改变之后，随后进行c)在一完整的加热阶段后且离开炉子4时，建立在行进速度V和加热廓线改变之后进入炉子4中的至少ー个预型件3 (或选择ー些预型件3，还或者，优选地选择所有预型件3)的真实热廓线，然后d)在吹制阶段期间，測量该(或这些)预型件3中的压力。
通过热摄像机23测量热廓线，结果是一条曲线(或点云)，该曲线对应于温度T的随轴向坐标(或高度，记为Z)的函数f的变化，并认为在恒定高度，温度T是恒定的(如果排除用于制造非回转对称容器的优选加热的情况，这符合大多数情況)，其中測量在预型件3上进行。因此温度廓线由曲线T=f (Z)提供。压カ测量通过压カ传感器进行，结果是与随从预型件3进入模具6开始所经过的时间t的函数f的压カP的变化相对应的一条曲线(或点云)P=g(t)。测量值T和P连续地被传送到控制中心9。控制中心获得数据，将真实温度廓线与储存的理论廓线进行相应比较，并在压力曲线中检测被程控的奇点(这里是点B)。控制中心9然后进行以下操作e)测量预型件3的真实热廓线与储存的理论热廓线之间的第一差距δ T ;测量真实压カ奇点(真实点B)与储存的理论奇点(理论点B)之间的第二差距δ B。
真实点B与理论点B之间的差距δ B可以无区别地是在点B的压カ值中的差距δ Pb、或点B发生时刻tB值中的差距δ tB。控制中心9随后进行以下操作f)将热廓线的差距δ T与预先确定的允差St (储存在控制中心中)进行比较，以及将差距δΒ (δΡΒ和/或StB)与同样储存的预先确定的(压カ的和/或时间的)允差Sb进行比较。如果差距δΤ和δ B没有两个全都小于它们各自的允差St和Sb，这就意味着在预型件3的质量中发现偏差，则控制中心9重复操作b)至e)，以通过迭代校正加热廓线，直至差距δΤ和δ B包括在设定的允差内。只要差距δ T和δ B包括在设定的允差St和Sb中，并且只要没有达到最终值VF，控制中心9就控制操作a)至e)的重复，即控制改变速率和加热廓线的操作的重复。上述操作可以通过安装到控制中心9的处理器中的或在其可读的外部载体(⑶-ROM型只读光盘型)上的计算机程序的指令实施。图4的线图上示出速率的二次相继改变首先，从高速V1出发，降低速度V直至低速V2 (Vi=V1 ;Vf=V2)，然后相反地，从低速V2出发，增加速度V直至高速V1 (Vi=V2 ;VF=Vi)。在线图上画出-表示行进速度V变化的曲线，-表示提供给辐射源8的电功率Ps的变化的曲线，以及-表示提供给鼓风机19的电功率Pv的变化的曲线。为了简单起见，示出速度V的线性的和连续的减小。相反，功率Ps和Pv的雉堞形变化表示通过相继的迭代(S Ps和δ Pv)改变这些參数，控制中心9随着速率的变化控制这些迭代。在线图上看到该方法是可逆的。在速率第一次改变时，功率Ps相继阶梯式地从高值Psi减小直至低值PS2，然后，在速率第二次改变吋，功率Ps相继阶梯式地从低值Ps2増加直至高值Psi。同时地，功率Pv首先从低值Pvi相继阶梯式地増加直至高值Pv2 ;然后，在速率第二次改变吋，功率Pv从高值Pv2相继阶梯式地减小直至低值Pvi。已经观察到，仅对输送给辐射源的功率Ps的參数与输送给通风系统的功率Pv的參数进行改变，就足以在炉子4速率改变过程中保持容器2的质量。该观察可以在下面的理论中找到解释。
作为第一集近似，被炉子4中的预型件3有效吸收的能量Ep的数量等于辐射源8发射的能量Es的数量减去由鼓风机19从炉子4排出的能量Ev的数量和炉子4本身的承受加热的组成件所吸收的能量Ef的数量Ep ^ Es-Ev-Ef如果考虑大部分承受辐射的组成件是只吸收它们所接收的辐射的ー极小部分的反射器，而主要辐射部分都反射给预型件3，则可以合理地认为炉子4的组成件所吸收的能量Ef的数量是可以忽略的。因此，作为第二集近似，被炉子4中的预型件3有效吸收的能量Ep的数量基本等于由辐射源8发射的能量Es的数量减去由鼓风机19从炉子4排出的能量Ev的数量
·
Ep ^ Ev-Ee另外，根据适当近似估计·-假定辐射源8发射的能量Es的数量与吸收的电功率Ps的效率是恒定的，则由辐射源8发射的能量Es的数量与吸收的电功率Ps成正比ES Kl · Ps，其中Kl是正的常数；-由鼓风机19从炉子4排出的能量Ev的数量同时与被鼓风机19吸收的电功率Pv以及与由辐射源8发射的能量Es (即被辐射源8吸收的电功率Ps)的数量成正比Ev ^ K2 · Ps · Pv，其中K2是正的常数。因此，被预型件3有效吸收的能量Ep的数量可以用下面的方式表达Ep ^(Kl-K2 · PV)PS可看到，根据该近似法，被预型件3有效吸收的能量Ep随着提供给辐射源8的电功率Ps的增加而以线性的或准线性的方式増加，以及相反地，随着提供给鼓风机的电功率Pv的増加而以线性的或准线性的方式减小。这样配置和被编程的机器9 (和它的方法)允许引起炉子4速率的自动改变，同时保持容器2的质量。结果得到炉子4在生产线中更好的适应性和在生产过程中以连续的方式改变速率的可能性，同时限制不合格容器2的损耗。
权利要求
1.利用塑料材料制的粗坯(3)制造容器(2)的方法，所述方法包括 -按照预先确定的加热廓线对以行进速度(V)行进在配有多个辐射源(8)的炉子(4)中的粗坯(3)进行加热的加热阶段； -在吹制装置(5)内吹制粗坯(3)以形成容器(2)的吹制阶段， 所述方法的特征在于，其包括以下操作 a)改变粗坯(3)的所述行进速度(V)； b)改变所述加热廓线； c)在加热阶段结束后，建立至少一个粗坯(3)的真实热廓线； d)在所述吹制阶段的期间，进行所述粗坯(3)中的压力的测量并检测至少一个压力奇点(B)； e)测量所述粗坯(3)的所述真实热廓线与理论热廓线之间的第一差距、以及所述压力奇点与理论奇点之间的第二差距； f)只要所述第一差距和第二差距两个不全都小于各自预先确定的允差，就重复操作b)至 e); g)只要所述第一差距和第二差距两个全都小于各自的所述允差，并且只要所述行进速度(V)没有达到预先确定的最终值，就重复操作a)至e)。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述热廓线包括对所述粗坯(3)的热量测定。
3.如权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述热廓线包括在所述粗坯(3)的外壁(21)上进行的温度测量。
4.如权利要求I至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述热廓线包括在所述粗坯(3)的内壁(22)上进行的温度测量。
5.如权利要求I至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述压力奇点是局部压力峰值。
6.如权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热廓线包括输送给所述辐射源(8)的电功率(Ps)。
7.如权利要求I至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述加热廓线包括输送给所述炉子(4)的通风系统(19)的电功率(Pv)。
8.计算机程序产品，其用于被储存在处理装置的存储器中和/或被储存在通过处理装置的阅读器可读的存储载体上，所述计算机程序产品包括用以实施如权利要求I至7中任一项所述的方法的操作a)至g)的指令。
9.用于利用塑料材料制的粗坯(3)制造容器(2 )的机器(I)，所述机器包括配有多个辐射源(8)的炉子(4)，用以按照预先确定的加热廓线加热以行进速度(V)行进的粗坯(3)，其特征在于，所述机器包括控制中心(9)，所述控制中心被编程，以根据在从所述炉子(4)输出的粗坯(3)上进行的温度测量和在随后的吹制过程中所述粗坯(3)内的进行的压力的测量，对所述行进速度(V)和所述加热廓线进行改变。
10.如权利要求9所述的机器(1)，其特征在于，所述控制中心(9)被编程，以改变输送给所述辐射源(8)的电功率(Ps)。
11.如权利要求9或10所述的机器(1)，其特征在于，所述控制中心(9)被编程，以改变输 送给所述炉子(4)的通风系统(19)的电功率(Pv)。
全文摘要
用于利用塑料材料制的粗坯(3)制造容器(2)的机器(1)，该机器包括:配有多个辐射源(8)的炉子(4)，用于按照预先确定的加热廓线加热以行进速度行进的粗坯(3)；以及，编程控制中心(9)，用于根据在所述炉子(4)出口处的粗坯(3)上进行的温度测量和随后的吹制过程中在所述粗坯(3)中进行的压力测量，对所述行进速度和所述加热廓线进行改变。
文档编号B29L22/00GK102837420SQ20121019682
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月14日 优先权日2011年6月23日
发明者J·让德尔, T·多, M·德里安 申请人:西德尔合作公司