CN111183012A - 能源高效的吹塑成型机控制 - Google Patents

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Abstract

吹塑成型机系统和相关方法优化了吹塑成型机的性能、能源效率和/或操作成本。吹塑成型机控制器执行系统模型，该系统模型将吹塑成型机输入参数变化与由吹塑成型机产生的容器的特性相关。配备有用于操作吹塑成型机的能源和/或操作成本数据，吹塑成型机控制器可以为吹塑成型机选择一组吹塑成型机输入参数变化，该参数变化：考虑到实施这些变化所涉及的能源成本，以有效的时间量和成本有效的方式将由吹塑成型机生产的容器驱动向期望的容器特性。

Description

能源高效的吹塑成型机控制
优先权要求
本申请要求2018年2月1日提交的美国临时申请序列号62/625,202的优先权，其具有与上述相同的发明名称和发明人，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书和附图中的示例通常涉及用于操作再加热、拉伸吹塑成型机控制系统以提高能源效率的系统和方法。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和其它类型的塑料容器通常是利用被称为再加热、拉伸和吹塑成型机的机器生产的。吹塑成型机接收预成型件并且输出容器。当预成型件被接收到吹塑成型机中时，首先将其加热并且放置到模具中。当空气吹入预成型件中时，杆拉伸预成型件，使其轴向和周向拉伸，并且形成模具的形状。典型的再加热、拉伸和吹塑成型机具有十(10)至四十八(48)个或更多个模具。这增加了吹塑成型机的生产速率，但也增加了当一个或多个吹塑成型过程参数有问题时产生缺陷容器的速率。因此，容器制造商渴望尽可能有效地检测和纠正吹塑成型过程问题。
在制造吹塑成型容器的过程中，期望控制吹塑成型机以获得期望的容器性能，包括期望的容器尺寸、材料分布、强度、无缺陷等。这通常是手动完成的。根据一种常见的技术，吹塑成型机的操作者排出一组完成的容器用于离线检查。各种类型的离线检查用于测量容器的不同方面。通常使用定性“挤压”测试和/或定量截面权重测试来测量材料或厚度分布。在挤压测试中，操作者或其它测试人员挤压容器，以获得在容器的关键位置处是否有足够材料的定性指示。在截面权重测试中，容器在物理上分成圆周截面。每个截面都单独加权，得到截面权重。其它常见的离线检查包括测量容器强度的顶部负载和破裂压力测试、测量容器尺寸和形状的容积填充高度和基部间隙测试等。基于诸如这些的测试的定性和定量结果，操作者修改吹塑成型机的输入参数，以将材料移动到瓶内的适当位置。
在线检查系统(诸如从俄亥俄州克利夫兰市的Pressco Technology公司获得的IntellispecTM产品和从德国新特劳普林市(Neutraubling)的Krones集团获得的PET-View产品)利用计算机视觉来检查吹塑成型机内或下游的容器并且剔除不良成型的容器。这些系统通过移除具有随机发生的损坏、夹杂物的容器和粗糙成型的容器来改善容器生产的质量，但是在解决驱动容器质量和性能的过程相关问题方面取得了有限的成功。
其它检查系统(诸如从宾夕法尼亚州巴特勒的AGR国际获得的Pilot
Figure BDA0002437830800000021
红外吸收测量设备)能够测量单个容器的材料分布。测量是使用位于吹塑成型机内部或下游的一系列发射器和传感器进行的。传感器定向为朝向容器的侧壁，并且以12.5mm的间隔在容器上产生测量值，从而提供容器侧壁中材料分布的曲线。此外，先进的视觉系统(诸如也可从宾夕法尼亚州巴特勒的AGR国际公司获得的Pilot VisionTM系统)提供了更高的分辨率，并且能够检测更细微的容器缺陷。
一些现有系统利用来自在线容器检查系统的反馈来修改吹塑成型机输入参数。例如，法国Le Havre的Sidel S.A.S.公司推出了一种带有模具控制回路的吹塑成型机，以适应到达模具的预成型件的温度的变化。模具控制回路控制预吹塑开始和预吹塑压力，以检测预成型件性能的变化，并且适应预吹塑压力曲线，以考虑预成型件能源或能源分布的任何变化。
另一过程控制系统是从宾夕法尼亚州巴特勒的AGR国际公司获得的Process
Figure BDA0002437830800000022
产品。Process
Figure BDA0002437830800000023
产品是一个闭回路控制系统，用于管理再加热拉伸和吹塑成型过程。红外吸收型测量系统(诸如以上描述的Pilot
Figure BDA0002437830800000024
系统)用于产生材料分布曲线。Process
Figure BDA0002437830800000025
产品通过一系列自动测量结合吹塑成型机输入参数的调整，了解容器吹塑过程和容器中材料的位置之间的关系。这个信息行程了吹塑成型机未来调整的基础。定制方程用于表示吹塑成型机输入参数和最终材料分布之间的关系。通过为各种吹塑成型机输入建立基线材料分布和基线值来实施控制回路。当材料分布在吹塑成型过程中漂移时，吹塑成型机输入参数和容器特性之间的关系结合附加的数学来确定吹塑成型机参数值，该参数值使基线和测量的材料分布之间的差异最小化，同时还使相对于基线吹塑成型机输入参数的控制变化最小化。Process
Figure BDA0002437830800000026
产品可以连续操作，以使总体过程变化最小化。
发明内容
在一个总体方面，本发明涉及一种操作吹塑成型机的系统和相关联方法，该系统和方法优化了吹塑成型机的性能、能源效率和/或操作成本。吹塑成型机控制器执行系统模型，该系统模型将吹塑成型机输入参数变化与由吹塑成型机产生的容器的特性相关。配备有用于操作吹塑成型机的能源和/或操作成本数据，吹塑成型机控制器可以为吹塑成型机选择一组吹塑成型机输入参数变化，该参数变化：考虑到实施这些变化所涉及的能源成本，以有效的时间量和成本有效的方式将由吹塑成型机生产的容器驱动向期望的容器特性。通过本发明的实施例可实现的这些和其它益处将从下面的描述中变得显而易见。
附图说明
本文结合以下附图以示例的方式描述了各种实施例，其中：
图1是示出吹塑成型机系统的一个实施例的框图。
图2是吹塑成型机控制系统的一个实施例的框图。
图3示出了可以与材料分布系统相关联的测量设备的一个实施例。
图4是示出基础视觉系统的一个实施例的框图。
图5是示出侧壁视觉系统的一个实施例的框图。
图6是示出瓶口视觉系统的一个实施例的框图。
图7是示出可以利用瓶口视觉系统测量的示例瓶口尺寸的图。
图8是示出容器的图像的图，示出了用于确定清晰度状态的各种方法。
图9是示出基础温度传感器系统的一个实施例的图。
图10是示出用于测量结晶度和/或取向的双折射传感器系统的一个实施例的图。
图11是示出用于测量结晶度的近红外(NIR)光谱传感器系统的一个实施例的图。
图12是示出用于训练系统模型的过程流程的一个实施例的流程图。
图13是示出可以由吹塑成型机控制器执行以应用系统模型来产生多组吹塑成型机输入参数变化的过程流程的一个实施例的流程图。
图14是示出可以由操作成本模块执行以产生多组吹塑成型机输入参数变化的过程流程的一个示例的流程图。
图15是示出计算设备硬件架构的框图，其中可以执行一组或一系列指令以使机器执行本文讨论的任何一种方法的示例。
具体实施方式
本文描述的各种实施例涉及用于提高吹塑成型机控制器的效率(例如，能源效率)的系统和方法。吹塑成型机控制器执行系统模型，该系统模型将吹塑成型机输入参数变化与由吹塑成型机产生的容器的特性相关。在一个实施例中，吹塑成型机控制器的操作成本模块根据能源和/或其它类似成本评估使用系统模型产生的多组输入参数变化。吹塑成型机控制器实施一组吹塑成型机输入参数变化，该组吹塑成型机输入参数变化平衡有效性和能源成本效率。
吹塑成型机的操作者想要降低它们的操作成本，并且同时更有效地管理环境。吹塑成型机的操作者和制造商可以通过几种方式解决这个问题。例如，吹塑成型机制造商已经开发出具有更高效烘箱的吹塑成型机，并且改进了高压空气的管理方式。此外，吹塑成型机输入参数可以以节省操作成本的方式进行管理。然而，容器制造的趋势是降低吹塑成型容器的树脂重量，这使得吹塑成型机操作者很难管理输入参数以节省操作成本，同时不会对容器性能产生不利影响。使问题进一步复杂化的事实是，每个可调整的吹塑成型机输入参数对操作成本具有不对称的影响。这使得操作者几乎不可能在保持容器性能的同时手动优化操作成本的过程。
本文描述的各种吹塑成型机控制器配置为在小的操作窗口中管理吹塑成型过程，同时降低操作成本。吹塑成型机控制器实施了一个系统模型，该模型将材料分布或容器特性(诸如厚度、结晶度等)与特定的吹塑成型机输入参数相关联。吹塑成型机控制器监控由吹塑成型机生产的容器的特性，并且根据系统模型调整吹塑成型机输入参数以将容器驱动到一组期望的特性。吹塑成型机输入参数可以是吹塑成型机的操作参数(例如，温度、压力等)的操作条件变化，其使得吹塑成型机系统生产/形成具有一组期望的容器特性的容器。例如，吹塑成型机输入参数可以包括吹塑成型机系统的以下操作参数中的至少一个的变化：烘箱温度、总烘箱功率、单个烘箱灯功率、预成型件温度设定点、预吹塑开始、预吹塑持续时间、拉伸杆定时、吹塑压力、预吹塑定时、预吹塑压力、多个模具的单个加热器元件的功率水平、预成型件温度设定点、拉伸杆定时、拉伸杆温度、吹塑压力等。
吹塑成型机控制器被编程为使用系统模型来产生多组输入参数变化，以响应所产生的容器的感测特性。每组输入参数的变化修改吹塑成型机的操作，以将吹塑成型机产生的容器的特性移向期望的(例如，基线)特性值(本文称为基线容器特性)。不同组的输入参数变化以不同的准确度和/或时间水平将吹塑成型机移向基线特性。
吹塑成型机控制器还执行操作成本模块。操作成本模块接收描述由吹塑成型机消耗的电力、热量和/或其它能源的成本的操作成本数据。这些数据(例如工厂的本地电力、热量和压缩空气成本)可以由吹塑成型机系统4的操作者或工厂管理者输入，例如经由吹塑成型机控制器102的本地或远程用户界面。在一些示例中，操作成本数据还描述了改变一个吹塑成型机系统上的吹塑成型机输入参数可以对同一工厂中的其它吹塑成型机系统具有的影响。例如，包括多个吹塑成型机系统的工厂可以在一个或多个集中位置产生高压空气，并且将高压空气分配给多个吹塑成型机系统。预吹塑压力、预吹塑定时、高压吹塑压力、高压吹塑定时或其它高压空气相关输入参数的改变可能对其它吹塑成型机系统产生影响，例如，对公共高压空气歧管的下游产生影响。通过这些因素，操作成本模块确定与使用系统模型确定的该组输入参数变化的每一个相关联的操作成本。操作成本模块选择一组输入参数变化，该组输入参数变化平衡准确度和速度与操作成本。也就是说，吹塑成型机控制器选择一组输入参数变化，该组输入参数变化优化多个因素，包括(1)实现或满足期望的容器特性，(2)将容器驱动到期望的容器特性所需的时间，以及(3)与实施吹塑成型机输入参数以更新吹塑成型机的操作参数来满足期望的容器特性相关联的操作成本。
在更详细地描述吹塑成型机控制器之前提供了吹塑成型机系统的概述。图1是示出根据各种实施例的吹塑成型机系统4的一个实施例的框图。吹塑成型机系统4包括预成型件烘箱2，其通常将锭子上塑料预成型件运送通过烘箱部分，以便在容器吹塑成型之前预加热预成型件。预成型件烘箱2可以包含(例如)红外加热灯或其它加热元件，以将预成型件加热到其玻璃化转变温度以上。许多吹塑成型机6利用预成型件烘箱，该预成型件烘箱限定了多个加热元件，该加热元件定位成加热预成型件的不同部分。离开预成型件烘箱2的预成型件可以通过例如常规的传送系统7(以虚线示出)进入吹塑成型机6。
吹塑成型机6可以包含(例如)布置成圆形并且沿箭头C所示的方向旋转的多个模具(诸如大约10至24个)。预成型件可以在吹塑成型机6中使用流体(例如，空气或液体)和/或芯杆拉伸，以使预成型件符合由模具限定的形状。在许多使用空气拉伸容器的吹塑成型机中，最初的预吹塑用来开始容器形成过程，随后是高压吹塑，以将预成型件的现拉伸的壁推向模具。根据待产生的容器的类型，可以将模具加热(热模制过程)或冷却(冷模制过程)。从吹塑成型机6出来的容器(诸如容器8)可以悬挂在传送组件12上的传送臂10上，其以箭头D所示的方向旋转。类似地，当传送组件12旋转时，传送臂14和16可以拾取容器8并且将该容器运输通过检查区域20，此处容器可以由下文描述的一个或多个检查系统检查。拒收区域24具有拒收机构26，该拒收机构可以从传送组件12上物理移除任何被视为待拒收的容器。在一些实施例中，吹塑成型机系统4可以包括替代的检查区域。
在图1的示例中，容器30已经通过拒收区域24，并且可以在星形轮机构34中被拾取，该星形轮机构以方向E旋转并且具有多个凹口，例如诸如凹口36、38、40。容器46在图1中示出为存在于这种星形轮凹口中。然后，根据期望的运输路径和系统的性质，可以以本领域技术人员已知的方式将容器传送到输送机或其它运输机构。应当理解的是，除了或代替检查区域20，吹塑成型机系统4可以包含一个或多个检查区域。例如，可通过添加附加的传送组件(诸如运输组件12)来创建替代的检查区域。此外，替代的检查区域可以位于传送带上或吹塑成型机6的下游的其它位置。
吹塑成型机系统4可以以每小时20000至120000的速率生产容器，尽管制造商继续开发速度不断提高的吹塑成型机，并且在一些实施例中，可能期望以较低的速率运行吹塑成型机系统4。吹塑成型机系统4接收影响所产生容器的特性的各种输入参数。例如，预成型件烘箱2可以接收总体温度输入参数(称为预成型件温度设定点)，以及限定各个加热元件之间的热量的分布的附加输入参数。其它可控参数包括(例如)预吹塑定时、预吹塑压力等。
图2是吹塑成型机控制系统100的一个实施例的框图。系统100包含吹塑成型机系统4、吹塑成型机控制器102以及各种检查系统103。检查系统103定位成感测由吹塑成型机生产的容器的特性。检查系统103可以在线放置，以在容器由吹塑成型机系统4(诸如图1中的检查系统20)生产时感测容器的特性。吹塑成型机控制器102可以包含一个或多个服务器或其它计算机设备。吹塑成型机控制器102接收来自各种检查系统103的指示容器特性的信号，并且接收来自吹塑成型机系统4的传感器的输出。吹塑成型机系统的传感器可以包含(例如)烘箱温度传感器、预成型件进给速率传感器、用于为容器吹塑时产生时间戳的计时器、单独的模具温度传感器、预成型件温度传感器等。这样，吹塑成型机控制器102可以从吹塑成型机系统4接收指示烘箱温度、预成型件进给速率、容器吹塑时的时间戳、单独的模具温度、预成型件温度等的数据。吹塑成型机控制器102还可以接收来自容纳吹塑成型机系统的工厂的传感器，诸如工厂中的环境温度、大气压力和湿度。基于这些输入数据，吹塑成型机控制器102可以产生吹塑成型机输入参数或对其的改变，以使吹塑成型机系统4产生期望公差内的容器，如下文所描述。如本文所描述，吹塑成型机控制器102还可以参考来自与吹塑成型机4相关的传感器的输入。如本文所描述，吹塑成型机控制器102包含系统模型105和操作成本模块107。
可以使用各种不同类型的检查系统103。例如，材料分布系统106测量容器的材料分布曲线。根据各种实施例，材料分布系统106在形成之后找到容器的材料分布(例如，在吹塑成型机系统4中或其下游)。例如，材料分布系统106可以用于在容器的轮廓(例如，垂直轮廓)上获取一个或多个容器特性的多个直接或间接读数。容器特性可以包含(例如)壁厚(例如，平均2-壁厚度)、质量、容积等。材料分布可以从这些测量中的任何一个导出。系统106可以利用在容器的轮廓上发现的测量的容器特性来导出容器的材料分布。在一些但不是全部的实施例中，测量以及因此计算的材料分布只需要在容器的定向或拉伸部分上进行，并且可以排除容器的非定向部分，诸如瓶口区域、基杯等。用于将原始测量转换为材料分布的计算可以由与系统106相关联的机载计算设备和/或吹塑成型机控制器102来执行。
材料分布系统106可以利用能够测量材料分布轮廓的任何合适类型的测量设备。例如，图3示出了可以与材料分布系统106相关联的测量设备50的一个实施例。测量设备50可以是在线检查系统，其在容器形成时与容器形成一样快地检查容器，而不必将容器从生产线上移除以进行检查，并且不必损坏容器以进行检查。在吹塑成型后，当成型的容器旋转或以其它方式运输通过检查区域21时，测量设备50可以确定由吹塑成型机系统4形成的每个容器的特性(例如平均2壁厚度、质量、容积和/或材料分布)。例如如上文所描述的，检查区域21可以定位成类似于图1中所示的示例检查区域20和/或位于任何其它合适的在线位置。吹塑成型后，容器(诸如图3中的容器66)由任何合适的机构(诸如传送组件12的传送组件、传送带等)穿过测量设备50的检查区域21。
如图3中所示，测量设备50可以包含两个垂直臂52、54，在臂52、54的较低部分之间具有横杆部分56。臂52中的一个可以包含多个光能发射器组件60，并且另一个臂54可以包含多个宽带传感器62，用于检测来自发射器组件60的光能，该光能穿过在臂52、54之间通过的塑料容器66。因此，来自发射器组件60的未被容器66吸收的光能可以穿过容器66的两个相对侧壁，并且被传感器62感测到。容器66可以通过传送组件12旋转通过臂52、54之间的检查区域20(见图1)。在其它实施例中，传送带可以用于运输容器通过检查区域20。
根据各种实施例，发射器组件60包含一对发光二极管(LED)、激光二极管等，它们以不同的离散窄波长带发射光能。例如，每个发射器组件60中的一个LED可以发射窄带波长范围内的光能，其中容器的材料的吸收特性高度依赖于塑料容器66的材料的厚度(“吸收波长”)。另一LED可以发射窄带波长中的光能，该窄带波长基本上是由塑料容器66的材料透射的(“参考波长”)。根据各种实施例，对于臂52中的每个发射器60，在臂54中可以有一个宽带传感器62。基于在吸收波长和参考波长上感测到的能量，可以在发射器-传感器对的高度水平上确定穿过容器66的两个壁的厚度。这个信息可以用于确定是否因为容器壁不符合规格(例如，壁太薄或太厚)而拒收容器。这个信息还可以用于根据各种实施例调整预成型件烘箱2和/或吹塑成型机6(图1)的参数的反馈，如下文进一步所描述。
发射器-传感器对垂直间隔越近，就可以获得关于容器66的沿着容器的垂直轮廓的更详细的厚度信息。根据各种实施例，可以有从顶部到底部横跨容器66的高度的三(3)到五十(50)个这样的发射器-传感器对。例如，每0.5英寸或更小间隔可以有三十二个发射器-传感器对，尽管根据情况可以使用附加的发射器-传感器对。这种紧密间隔的发射器-传感器对可以有效地为容器66提供相当完整的垂直壁厚轮廓。在一些具有紧密间隔的发射器-传感器对的实施例中，相邻的发射器-传感器对可以配置为在相对于彼此的小时间偏移下操作，以便最小化串扰。
根据各种实施例，当测量设备50用于检查塑料或PET容器66时，吸收波长窄带可以是大约2350nm，并且参考波长带可以是大约1835nm。当然，在其它实施例中，可以使用不同的波长带。如本文所使用的，术语“窄带”或“窄波长带”是指半最大值全宽(FWHM)小于或等于200nm的波长带。也就是说，其中光源中的一个的发射强度是其最大强度的一半的波长之间的差异小于或等于200nm。优选地，光源具有100nm或更小FWHM的窄带，并且优选地为50nm或更小FWHM。
臂52、54可以包含框架68，发射器组件60和传感器62安装到该框架上。框架68可以由任何合适的材料制成，诸如例如铝。电路板(未示出)上用于控制/驱动发射器60和传感器62的控制器也可以设置在由框架68限定的开放空间中。横杆部分56可以由与臂52、54的框架68相同的材料制成。
框架68可以限定瞄准检查区域20的多个开口69。如图3中所示，每个传感器62可以有开口。每个发射器组件60也可以有相应的开口。来自发射器组件的光能可以通过它们相应的开口引导到检查区域20中，并且朝向每个开口69后面的传感器62。2007年8月31日提交的第7,924,421号美国专利中提出了诸如上文描述系统的一个示例。
可以使用的另一种类型的测量设备利用宽带光源、斩波轮和光谱仪在容器由吹塑成型机形成后通过光源和光谱仪之间的检查区域时测量容器的壁厚。这种系统中的宽带光源可以提供切割的IR光能，该IR光能撞击塑料容器的表面、穿过容器的两个壁，并且由光谱仪感测，以确定塑料中离散波长的吸收水平。例如，处理器可以使用这个信息来确定塑料瓶的特性，诸如壁厚、材料分布等。在实践中，这种系统可以使用热源来产生感兴趣的可见光谱和红外光谱内的宽带光。宽带光被切割、准直、透射穿过塑料容器的两个壁，并且最后由分光镜分成感兴趣的波长。2002年3月26日提交的第6,863,860号美国专利、2005年1月24日提交的第7,378,047号美国专利、2006年10月5日提交的第7,374,713号美国专利以及2008年4月21日提交的第7,780,898号美国专利中提供了类似系统的示例。在另外的其它实施例中，传感器62可以与发射器组件60在经过的容器的同一侧，并且感测经过的容器的前侧壁的前表面和后表面反射的光。
在各种实施例中，检查系统103还可以包括各种视觉和其它系统，包括例如基础视觉系统108、侧壁视觉系统110、瓶口视觉系统112、基础温度传感器系统114。可选地，检查系统103还可以包括用于直接测量结晶度的传感器系统。例如，双折射传感器115可以测量冷模具产生的容器中的结晶度。近红外(NIR)光谱传感器可以测量热模具产生的容器中的结晶度。各种检查系统103中的任一个或全部可以配置为在线操作，并且在容器形成时与容器形成一样快地检查容器，而不必将容器从生产线上移除以进行检查，并且不必损坏容器以进行检查。
一个或多个视觉系统可以类似于在红外吸收测量设备中使用的视觉系统，该红外吸收测量设备可以从宾夕法尼亚州巴特勒的AGR国际公司获得，或如于2000年4月21日提交的第6,967,716号美国专利中所描述。图4是示出基础视觉系统108的一个实施例的框图。系统108包含摄像头202、光学器件204、光源208和可选的图像处理器210。当容器66在检查区域21中时可以拍摄图像，其中容器66垂直地位于下部光源208和上部/顶部摄像头202之间。如下文所描述，所得图像可用于确定容器66中是否存在薄雾或珠光。来自摄像头202的图像可以提供给图像处理器210，该图像处理器可以执行各种预处理和/或评估图像以确定容器66的属性，诸如清晰度状态(例如，薄雾或珠光状态)、各种容器尺寸等。2017年1月10日发布的第9,539,756号美国专利中提供了用于确定吹塑成型容器的清晰度状态的系统的示例。在一些实施例中，图像处理器210被省略，并且图像处理由吹塑成型机控制器102执行。在图4中所示的实施例中，摄像头202和光学器件204位于容器66的上方。光学器件204可以包括各种透镜或其它光学部件，其配置为给予摄像头202适当的视场206，以通过瓶口66b感测容器66的基部区域66a。应当理解的是，基础视觉系统108的其它配置也是可能的。在一些实施例中，摄像头/光学器件202/204和光源208的位置可以颠倒。此外，在一些实施例中，可以利用具有附加视场的附加摄像头(未示出)。
图5是示出侧壁视觉系统110的一个实施例的框图。示出的示例侧壁视觉系统110包含两个摄像头214、214′，两个光学组件216、216′，光源212和可选的图像处理器210′。当容器66在检查区域21中时可以拍摄图像，其中容器位于光源212和摄像头214、214′之间；也就是说，如图5中所示，光源212和摄像头214、214′位于容器66的相对侧。如图所示，两个摄像头214、214′和光学器件216、216′配置为产生示出容器66的侧壁区域66c的各自的视场218、218′。图像处理器210′可以对由摄像头214产生的图像执行各种处理，包括例如检测容器缺陷、检测容器的清晰度状态(例如，薄雾或珠光状态)等。在一些实施例中，图像处理器210′对由摄像头214产生的图像执行预处理，其中进一步的处理由吹塑成型机控制器102直接执行。此外，在一些实施例中，图像处理器210′可以被完全省略。此外，在一些实施例中，可以省略一个或多个摄像头214、214′和/或添加具有附加视场(未示出)的附加摄像头。
图6是示出瓶口视觉系统112的一个实施例的框图。所示出的示例瓶口视觉系统112包含摄像头220、光学器件222、光源224、226和可选的图像处理器210″。当容器66在检查区域21中时可以拍摄图像，其中容器位于光源224、226和摄像头220之间，使得光源226和摄像头220位于容器66的相对侧，并且使得光源224位于容器66的上方。如图所示，摄像头220和光学器件222配置为产生包括容器66的瓶口区域66b的视场225。在一些配置中，瓶口视觉系统112包含位于视场225中以照亮瓶口66b的背光源226。此外，在一些实施例中，瓶口视觉系统112包含位于瓶口66b上方的圆形或碗形光源224。图像处理器210″可以对图像执行各种处理，包括例如从图像中导出各种容器特性(例如，尺寸、清晰度状态等)。然而，一些或全部图像处理可以由吹塑成型机控制器102执行，并且在一些实施例中，图像处理器210″可以被省略。图7是示出可以利用瓶口视觉系统112测量的示例瓶口尺寸的图。例如，尺寸H表示瓶口的高度。尺寸A表示瓶口66b的总宽度。尺寸T表示容器66的螺纹66e的宽度。尺寸E表示瓶口的密封件66f的宽度。
应当理解的是，各种视觉系统108、110、112可以由能够产生容器66的期望部分的图像的任何合适类型的系统来实现。例如，基础和侧壁视觉系统108、110可以利用可从宾夕法尼亚州巴特勒的AGR国际公司获得的Pilot VisionTM系统来实施。瓶口视觉系统112可以利用也可从宾夕法尼亚州巴特勒的AGR国际公司获得的OpticheckTM系统来实施。将进一步应当理解的是，可以通过将摄像头和光源定位在不同的位置来获得来自附加视角的图像，例如，在检查区域20内或吹塑成型机系统4的下游。
在一些实施例中，各种视觉系统108、110、112的输出被利用以确定薄雾或珠光的存在，本文通常被称为清晰度状态。确定容器清晰度状态的处理可以由吹塑成型机控制器102和/或本文描述的各种图像处理器210、210′、210″中的任何一个来执行。可以利用任何合适的图像处理算法来确定容器的薄雾或珠光状态(例如，清晰度状态)。例如，图8是示出容器66的图像240的图，示出了用于确定清晰度状态的各种方法。图像240由多个像素组成，其中每个像素具有一个值。例如，当图像240是灰度图像时，每个像素可以具有指示像素的位置处的图像的亮度的值。当图像是彩色图像时，每个像素的值可以指示颜色和亮度。在图8中，强调区域242以较大的形式再现，以示出图像像素243。各种像素的灰度值由阴影表示。实际上，吹塑成型机控制器102或其它合适的处理器可以通过检查异常像素的图像来识别薄雾或珠光的情况。异常像素可以是具有不同于预期值的灰度或其它值的像素，例如，指示容器66比预期的暗。可以以任何合适的方式识别异常像素。例如，异常像素可能比阈值暗和/或比组成瓶的所有像素的平均值暗的阈值量大。例如，可以通过识别代表容器66和/或其一部分(例如，基部)的区域中的异常像素的总数来检测珠光或薄雾。此外，在一些实施例中，可以利用异常像素的连续分组(诸如分组244)的尺寸和/或数量。该算法的结果可以用二进制方式(例如，存在珠光或薄雾；不存在珠光或薄雾)或以定量的方式(例如，基于异常像素或像素组的数量)表示。
图9是示出基础温度传感器系统114的一个实施例的图。系统114可以包含温度传感器230，该温度传感器定位成具有包括容器66的基部66a的视场232。容器66的基部66a的温度可以在容器66处于检查区域21时测量，其中容器66位于温度传感器230的视场中。温度传感器230可以包含任何合适的非接触或红外传感器，包括例如任何合适的高温计、红外摄像头等。来自传感器230的信号可以提供给吹塑成型机控制器102和/或另一合适的处理器，用于从信号中导出基础温度。应当理解的是，可以利用各种其它温度传感器，包括例如侧壁温度传感器(未示出)，其中其视场指向容器66的侧壁区域66c处。
图10是示出用于测量结晶度和/或取向的双折射传感器系统115的一个实施例的图。双折射是在许多材料(包括PET)中发现的一种效应。在一些实施例中，双折射传感器系统115可以与冷模具产生的容器结合利用，以测量表示为双轴晶格结构的结晶度(或取向)。当具有两个正交分量的线性偏振光以不同的速率穿过材料时，就会发生双折射。因为正交分量以不同的速率穿过容器66，所以在两个光分量之间存在最终的相位差。光分量行进速率上的差异以及因此观察到的相位差取决于由容器表现的结晶度的水平。例如，一个分量可以被认为是快光束，并且另一个是慢光束。速率上的差异以及因此相位差被测量为延迟，延迟是沿着材料中的光学路径起作用的双折射的综合效应。延迟通常根据单位(nm/cm厚度)来测量。当考虑所使用的光的波长时，延迟也可以表示为相位角。
为了测量延迟，双折射传感器系统115可以通过容器66透射线性偏振光。系统115可以包含照明源250、偏振器252和传感器254。当容器66在检查区域21中时，可以进行结晶度的测量，该检查区域可以位于照明源250和传感器254之间。例如，照明源250和偏振器252可以位于容器66的一侧，并且配置为照明容器66。传感器254可以位于容器66与照明源250和偏振器252相对的一侧，并且可以配置为接收由照明源250提供的照明。偏振器252可以定向成使得朝向容器66的照明用两个正交分量线性偏振。例如，偏振器252可以包含围绕光轴251彼此正交定向的两个偏振器元件252a、252b。在一些实施例中，线性偏振器252的取向可以相对于容器66的结晶的轴旋转大约45°。与源相对的传感器254可以接收光，包括两个正交分量。在一些实施例中，在容器66和传感器254之间放置可选的电控液晶可变偏振设备256或过滤光的等同物。可变偏振设备256可以被修改以允许传感器254交替地感测入射光束的两个先前正交的分量，从而测量相位差和/或速率差。例如，当测量两个先前正交的分量时，可变偏振设备256的位置之间的角度差可以与相位差成比例。容器壁的每单位厚度的相位差的量是延迟。因此，最终结果可能是结晶度和材料的厚度的函数。例如，吹塑成型机控制器102可以利用容器厚度(例如，由材料分布系统106测量的)来撤销容器结晶度的定量测量。尽管系统115被示出为引导照明通过容器66的侧壁区域66c的配置，但是系统115可以配置为通过容器66的任何合适的部分测量双折射。在一些实施例中，传感器系统115还包含处理器258。处理器258可以(例如)处理传感器254的输出以产生容器66的结晶度读数。在包括可变偏振设备256的实施例中，处理器258也可以与可变偏振设备256通信以控制其偏振值。在各种实施例中，这些功能中的一些或全部可以由吹塑成型机控制器102执行。例如，可以省略处理器258。此外，任何合适的方法或装置都可以用于测量双折射或延迟。用于测量双折射或延迟的合适方法和装置的示例可以在以下源中找到，其全部内容通过引用并入本文：Hagen等人，“Compact Methods for Measuring Stress Birefringence”；Ai等人，“Testing stress birefringence of an optical window”，SPIE Vol.1531AdvancedOptical Manufacturing and Testing II(1991)；Dupaix等人，“Finite strain behaviorof poly(ethylene terephthalate)(PET)and poly(ethylene terephthalaate)-glycol(PETG),Polymer,Vol.46,Iss.13,pgs.4827-4838(17Jun.2005)；以及1998年2月23日提交的第5,864,403号美国专利。
图11是示出用于测量结晶度的近红外(NIR)光谱传感器系统117的一个实施例的图。系统117可以位于吹塑成型机系统4的检查区域20中和/或吹塑成型机系统4的下游。在一些实施例中，NIR光谱传感器系统117可以与热模具产生的容器结合使用，以测量表示为球晶结构的结晶度。系统117包含位于容器66一侧的照明源260和位于容器66的与容器66相对的另一侧的光谱仪262。照明源260和光谱仪262可以配置为在近红外光谱的全部或一部分上测量穿过容器66的吸收。例如，照明源260和光谱仪262可以测量800nm至3000nm的波长范围内的吸收。在一些实施例中，照明源260和光谱仪262可以测量2000nm至2400nm的波长范围内的吸收。
照明源260和光谱仪262可以以任何合适的方式被调谐到特定的波长或波长范围。例如，照明源260可以是在所期望的波长范围内产生照明的宽带源。光谱仪262可以配置为以不同波长测量照明的强度(例如，在透射穿过容器66之后)。例如，光谱仪262可以包含衍射光栅266或其它合适的光学设备，用于在期望的范围内按波长分离接收到的照明(例如，按波长在空间上分离接收到的照明)。可控微镜268或其它类似设备可以将对应于波长或波长范围的空间上分离照明的一部分导向传感器269，诸如InGaAs检测器。传感器269可以提供与由微镜268导向传感器269的波长或波长范围的接收照明的强度成比例的输出信号。微镜268可以被逐渐调谐以将不同的波长或波长范围导向传感器269，从而提供来自传感器269的一组信号，该组信号指示容器66在期望的波长范围内对照明的吸收。这可以被称为容器66的吸收光谱或光谱。例如，容器66在任何给定波长下透射的照明的量可以是容器66在那个波长下的吸收的倒数。
处理器264可以配置为控制微镜268和/或接收和存储来自传感器269的信号，以确定容器66的吸收光谱。在一些实施例中，处理器264的一些或全部功能可以由吹塑成型机控制器102执行。例如，可以省略处理器264。此外，尽管示出了照明在侧壁区域66c处与容器66相交，但是吸收光谱可以在容器66的任何合适的部分获取。此外，图11仅示出了一个示例光谱仪262。可以使用任何合适类型的光谱仪。
回到图2，吹塑成型机控制器102从一个或多个检查系统103接收容器特性数据，从吹塑成型机系统4的传感器接收输出，和/或从工厂的传感器接收输出。容器特性数据描述由吹塑成型机系统4产生的容器。来自吹塑成型机传感器的传感器输出描述如上所描述的吹塑成型机系统4的内部操作条件，诸如烘箱温度、预成型件进给速率、用于吹塑容器的时间戳，使得可以确定自上次吹塑以来的时间流逝、单个模具温度、预成型件温度等。例如，来自工厂传感器的数据可以包含环境工厂温度、压力和湿度。基于容器特性数据，吹塑成型机控制器102产生多组吹塑成型机输入参数变化，如果应用这些变化，将使由吹塑成型机系统4产生的容器朝向基线容器特性移动。
在一些示例中，由吹塑成型机控制器102提供给系统模型105的输入包括由容器特性数据描述的容器特性，容器特性数据包括(例如)容器材料分布、清晰度状态、厚度等。清晰度状态可以指示热模制过程中的薄雾状态或冷模制过程中的珠光状态。除了或代替清晰度状态，系统模型104可以接收容器结晶度的直接测量。基于输入，系统模型105产生吹塑成型机输入参数的多组值。如本文所描述，将这几组输入参数提供给操作成本模块107。
系统模型105可以是任何合适类型的模型，并且可以以任何合适的方式产生。例如，系统模型105可以利用容器特性和吹塑成型机输入参数之间的强R2相关性。系统模型105可以以任何合适的方式实施和训练。例如，图12是示出用于训练系统模型105的过程流程1200的一个实施例的流程图。过程流程1200可以(例如)由吹塑成型机控制器102执行。在1202处，吹塑成型机控制器102测量由吹塑成型机系统4产生的容器的特性。例如，材料分布可以结合材料分布系统106来测量。清晰度状态可以结合视觉系统108、110、112中的一个或多个来测量。结晶度可以由双折射传感器系统115和/或NIR光谱系统117测量。在一些实施例中，吹塑成型机系统4的操作在测量一个或多个容器之前被(例如手动地)调谐，使得所测量的容器的材料分布和清晰度状态是正确的。因此，所测量的容器可以建立模型的基线材料分布、清晰度状态和/或结晶度状态，统称为基线容器特性。吹塑成型机控制器102还可以至少根据确定基线时的吹塑成型机系统环境，建立产生基线容器特性的吹塑成型机输入参数的基线组。
在一些实施例中，在操作1102处进行基线特性测量之前，可以相对于结晶度和清晰度状态执行附加的调谐。例如，在冷模制过程中，吹塑成型机控制器102可以降低预成型件温度设定点，直到出现珠光为止(例如，直到清晰度状态指示存在珠光为止)。然后吹塑成型机控制器102可以增加预成型件温度设定点，直到珠光不再存在。随后，在1102处，控制系统可以进行基线测量。类似地，对于热模制过程，吹塑成型机控制器102可以增加预成型件温度设定点，直到出现薄雾为止(例如，直到清晰度状态指示存在薄雾为止)。然后，在1102处进行基线测量之前，吹塑成型机控制器102可以降低预成型件温度设定点，直到珠光不再存在。这可以确保系统模型105的基线测量是在结晶度处或接近其最佳值的情况下进行的。此外，在各种实施例中，吹塑成型机控制器102可以被编程为在吹塑成型机系统4的操作期间周期性地执行所描述的清晰度调谐。这可以校正过程漂移，过程漂移可能倾向于推动吹塑成型机系统4远离以最佳结晶度产生容器。在一些实施例中，在1102处的基线测量可以利用吹塑成型机系统4进行，该吹塑成型机系统被调谐成产生具有小的但可接受的薄雾或珠光的水平的容器。如本文所描述的，这可以驱动系统模型105产生具有最佳结晶度的容器。
在操作1204处，吹塑成型机控制器102记录(例如，存储在存储器中)在生产每个容器时产生的容器的一些或全部的容器特性以及吹塑成型机系统4的吹塑成型机操作参数的值。例如如下文所描述的，可以将这些值输入可能被使用的多维矩阵中。
在操作1206处，吹塑成型机控制器102可以产生与吹塑成型机输入参数和容器特性相关的系统模型105。例如，吹塑成型机控制器102可以利用该矩阵来导出吹塑成型机系统4参数对所得容器特性的模型。系统模型105可以使用任何合适的一种或多种技术来产生。可以使用的示例建模技术包括(例如)线性回归方法、逐步回归、主成分回归等。在一些实施例中，吹塑成型机输入参数和由模型指示的材料分布之间的关系是材料分布的期望变化和吹塑成型机输入参数的相应变化之间的关系。
可选地，在操作1206处，模型可以在产生时被测试或验证。如果模型验证有效，则模型产生可以在操作1207处完成。如果模型验证无效，吹塑成型机控制器102可在操作1208处修改吹塑成型机输入参数，并且在操作1210处产生新容器。如果模型产生超出可接受范围的吹塑成型机输入参数，或在动作操作1202、操作1204期间产生的容器的特性不代表可接受的基线容器特性等，则模型可能验证无效。吹塑成型机控制器102可以在操作1202处测量和/或导出容器特性，在1604处记录(例如，存储在存储器中)容器特性302和新的吹塑成型机输入参数306(例如，多维矩阵)，并且再次在操作1206处验证系统模型105是否有效。在一些实施例中，重复这个过程，直到系统模型105验证有限。
如本文所描述，一旦系统模型105产生，其可以用于产生多组吹塑成型机输入参数，以驱动容器达到基线容器特性。例如，图13是示出可以由吹塑成型机控制器102执行以应用系统模型105来产生多组吹塑成型机输入参数变化的过程流程1300的一个实施例的流程图。在操作1302处，吹塑成型机控制器102接收容器特性数据。在一些示例中，吹塑成型机控制器102处理容器特性数据的一些或全部，以导出容器特性(诸如材料分布、清晰度状态、结晶度等)。
在操作1304处，吹塑成型机控制器102确定来自操作1302的容器特性中的一个或多个是否大于来自基线容器特性的阈值。如果不是，则吹塑成型机控制器102返回到操作1302并且接收下一个容器特性数据。
如果容器特性中的一个或多个大于来自基线容器特性的阈值，则在操作1304处，吹塑成型机控制器102利用系统模型105来产生多组吹塑成型机输入参数。例如，吹塑成型机控制器102可以计算误差信号，该误差信号代表在操作1302处接收的和/或导出的所产生容器的容器特性与模型训练期间测量到的基线特性之间的差异，如参考图12所描述的。误差信号代表由吹塑成型机系统4产生的容器特性中的期望的变化。
误差信号被施加到系统模型105，该系统模型可以返回可以对吹塑成型机系统4输入参数进行的改变，以产生期望的改变并且驱动容器特性回到基线。例如，利用容器特性和吹塑成型机输入参数之间的关系，吹塑成型机控制器102可以导出多组吹塑成型机输入参数，其最小化容器参数和基线容器参数之间的差异(例如，误差信号)。
在一个实施例中，吹塑成型机控制器102产生多组吹塑成型机输入参数的变化，并且在一些示例中，产生每组的分数。一组吹塑成型机输入参数的变化包括吹塑成型机输入参数的一个或多个变化。一组吹塑成型机输入参数的变化的分数描述了该组的有效性，例如，诸如这些变化将如何更快地以及如何更有效地使容器特性与基线相一致。
如以上所描述，初始基线材料分布可以基于被测量以产生模型的容器。在一些实施例中，模型和/或附加产生的模型可以用于将材料分布值与截面重量相关联，例如，如2011年11月18日提交的共同未决的美国专利申请公开第2012-0130677号中所描述的。
在操作1308处，吹塑成型机控制器102(例如，其操作成本模块107)例如从在操作1306处导出的多组吹塑成型机输入参数变化中选择一组吹塑成型机输入参数。所选择的一组吹塑成型机输入参数平衡了效率和操作成本。可以使用任何合适的优化方法。例如，操作成本模块107可以将操作成本分配给多组吹塑成型机参数变化中的每个吹塑成型机参数变化。例如，如本文参考图14所描述的，可以找到吹塑成型机参数变化的操作成本。操作成本模块107选择使操作成本和有效性得分最小化的该组吹塑成型机参数变化。
在一些示例中，吹塑成型机参数变化或一组参数变化的操作成本考虑了下游线效率成本。下游线效率成本可以从工厂的数据收集系统挖掘，并且可以描述吹塑成型机输入参数(诸如高压空气相关参数)的变化对工厂中其它吹塑成型机系统的影响。
在一些示例中，操作成本模块107还可以考虑预期废品率。例如，一组吹塑成型机参数变化的效率得分可以包括指示直到吹塑成型机系统4到达基线的时间的分量。越长的时间可以指示较高的废品率。在一些示例中，操作成本模块107选择一组吹塑成型机参数变化，以最小化废品率以及操作成本。
在一些示例中，操作成本模块107还考虑了吹塑成型机系统4的状态和/或工厂的状态，包括例如当前的烘箱温度、预成型件进给速率、自上次吹塑容器以来的时间、环境工厂温度、模具温度、预成型件温度等。如上文所描述，这些数据可以从吹塑成型机系统4和/或工厂的传感器输入。例如，如本文所描述的，吹塑成型机输入参数的增量成本可以取决于吹塑成型机系统4的当前状态。操作成本模块107可以通过在使用系统模型105确定的多组变化中找到吹塑成型机输入参数的每次变化的操作成本来确定多组吹塑成型机输入参数中的每一组的操作成本。
图14是示出可以由操作成本模块107执行的过程流程1400的一个示例的流程图。例如，操作成本模块107可以执行过程流程1400以确定改变各种吹塑成型机输入参数的增量成本。在操作1402处，操作成本模块107接收描述吹塑成型机系统4处的能源的成本的操作成本数据。如上文所描述，这些数据可以经由用户或数据接口输入到吹塑成型机控制器102。能源成本数据取决于(例如)吹塑成型机系统4操作的位置处的操作成本。例如，能源成本描述了电网的电力的成本。来自电网的电力可以用于给吹塑成型机烘箱供电、产生用于吹塑容器的压缩空气等。在一些示例中，用于操作吹塑成型机的一些或全部能源来自发电机、泵或由内燃机、太阳能电池板等供电的其它部件。当用于给吹塑成型机系统4供电的一些或全部能源来自这种类型的源时，能源的成本可能包括柴油或其它燃料的成本，发电机、太阳能电池板的维护成本等。
在操作1404处，操作成本模块107接收和/或访问描述其中吹塑成型机系统104操作的工厂的布置的工厂数据。工厂数据可以包括(例如)描述用于产生和分布压缩空气的系统的数据。例如，向吹塑成型机产生和分布高压空气可以消耗由吹塑成型机消耗的大部分能源。描述用于产生和分布压缩空气的系统的数据可以包括(例如)描述空气压缩机的效率的数据、描述在被供应高压空气的工厂中吹塑成型机的数量的数据、描述工厂内高压空气歧管的布局的数据等。
在操作1406处，操作成本模块107接收和/或访问吹塑成型机操作参数，这些参数可用作由吹塑成型机控制器102修改。可以由吹塑成型机控制器102修改的吹塑成型机操作参数可以包括(例如)总烘箱功率、单个烘箱灯功率、预成型件温度设定点、预吹塑开始、预吹塑持续时间、拉伸杆定时、吹塑压力等。
在可选操作1408处，操作成本模块107接收和/或访问描述吹塑成型机系统4的状态的数据，例如诸如当前烘箱温度、预成型件进给速率、自上次吹塑容器以来的时间、环境工厂温度、模具温度、预成型件温度以及在开始之前被拒收的期望预成型件。在一些示例中，吹塑成型机输入参数的各种变化的操作成本取决于吹塑成型机系统4的当前状态。
在操作1410处，操作成本模块107根据在操作1402处接收的操作成本确定可用来修改的吹塑成型机输入参数的增量变化的成本。例如，考虑到电力的成本、用于产生高压空气的一个或多个压缩机的效率以及用于向吹塑成型机系统4提供高压空气的歧管系统的效率，可以发现增加吹塑压力和/或增加预吹塑持续时间的操作成本。增加烘箱温度设置的操作成本可以通过访问或根据变化确定由烘箱消耗的功率的增量变化来找到。在一些示例中，操作成本模块107还考虑了由吹塑成型机输入参数变化(例如，降低吹塑压力、减少预吹塑的持续时间、降低烘箱处的温度等)引起的能源消耗的减少。
在一些示例中，吹塑成型机参数的增量变化的操作成本取决于吹塑成型机系统和/或工厂条件，操作成本模块107可以在不同吹塑成型机系统和/或工厂条件下重新执行过程流程1400的全部或部分，并且重新计算吹塑成型机系统参数的变化的增量成本。
在其它实施例中，不是确定多组吹塑成型机输入参数并且然后计算实施每组参数的增量成本以确定输出到吹塑成型机系统的组，而是吹塑成型机控制器102可以将进行增量改变的成本合并到与吹塑成型机输入参数和容器特性相关的系统模型矩阵中。例如，相对成本较高的吹塑成型机输入参数的权重将低于相对成本较低的吹塑成型机输入参数的权重。例如，如果烘箱温度增加或吹塑压力增加将对容器特性产生期望的影响，并且在特定的工厂位置对吹塑成型机烘箱温度进行必要的增加比对吹塑压力进行必要的改变要昂贵得多，则例如在图13的步骤1306处，烘箱温度增加和吹塑压力增加的相应矩阵权重可以导致系统模型105优化矩阵参数，以确定应该增加吹塑压力而不是增加烘箱温度，而不必产生多组吹塑成型机输入参数变化。
本文的系统和方法可以用于吹塑成型机系统4的多种生产条件。在一些示例中，本文所描述的系统和方法对于处理逐步变化、较慢的环境变化和启动是有用的。逐步过程变化导致吹塑成型机系统4快速且长时间地变化。例如，当新的一批或盖洛德(gaylord)预成型件被倾倒到用于吹塑成型机的解扰器中时，树脂化学性质和预成型件的温度的差异会导致过程中的逐步变化，这可能会立即导致不良容器的产生。每次添加一批新的预成型件时，该过程都会跳转。
在一些示例中，响应于逐步过程变化，吹塑成型机控制器102使用系统模型105将返回吹塑成型机参数的多组变化，这些变化将增加或减少烘箱能源、修改全局模具控制参数(诸如预吹塑开始、预吹塑持续时间、拉伸杆定时和/或吹塑压力等)。操作成本模块107可以考虑该变化将如何影响所吹塑容器的质量(例如使用系统模型105产生的有效性得分)以及该组变化对吹塑成型机参数的边际成本影响。
吹塑成型机控制器102还可以基于单独的模具、主轴或加热器来报告能源相关的使用或效率。报告比其它类似元件成本更高的吹塑成型机元件将有助于监控操作成本。例如，如果一个预成型件加热元件的操作成本高于另一个，或一个模具的加热成本高于另一个，或一个压力线必须设置得高于其它压力线并且可能变得堵塞。则这可以增加所需更换的元件、为预防性维护提供指导以及引入预测性诊断。消除计划外停机提高了效率并且改善了操作成本。
当吹塑成型机系统4在使用中时，如本文所描述的吹塑成型机控制器系统102在条件浮动的情况下也是有用的。例如，在一些工厂中，环境空气温度可以上下浮动10C到20C。这导致容器质量缓慢变化，可能首先出现在性能最差的模具中。检测时间确定了生产了多少不良容器。更糟糕的是，当被检测到时，由操作者实施的改变将有效地解除该过程，并且不考虑其总成本。与逐步事件一样，影响容器质量和过程的成本的缓慢移动变化可以自动适应和持续调整，以获得具有最佳成本值的优质容器。
在其它实施例中，成本模型可以选择对可能的但要求高于允许的费用的控制设置限制。例如，可以实现较高的压力，但长期使用可能会造成长期影响，这将导致计划外停机或中断。可能还会有一段时间，由于成本模型可能考虑并且选择限制生产的滚动节电或峰值能源使用而限制了能源使用。还将可能减缓生产和能源使用，以满足该设施的预算限制。
如本文所描述的吹塑成型机控制器系统102在启动时也是有用的。例如，每次吹塑成型机系统4由于下游容器流动问题而暂停时，烘箱中可能会有冷却。冷却的量取决于吹塑机暂停的时间长度。这每次都会创造不同的启动条件。当吹塑成型机系统4停机一段时间后重新启动时，最有效的吹塑成型机输入参数变化也可能是最昂贵的。操作成本模块107可以降低由吹塑成型机系统4启动时产生的操作成本。在一些示例中，吹塑成型机控制器102可以在检测到启动时执行过程流程1400，以确定在不同吹塑成型机4条件下改变吹塑成型机参数的增量成本。
因此，在一个总体方面，本发明涉及一种吹塑成型机系统4，该吹塑成型机系统包含由预成型件生产容器的吹塑成型机6。吹塑成型机包含多个模具和用于感测吹塑成型机的操作条件的吹塑成型机传感器。吹塑成型机系统4还包含用于检查由吹塑成型机生产的容器的容器检查系统20。此外，吹塑成型机系统包含与吹塑成型机和容器检查系统通信的吹塑成型机控制器102。吹塑成型机控制器配置为：(a)接收来自吹塑成型机传感器和容器检查系统的输出；(b)确定吹塑成型机的一组吹塑成型机输入参数，其将吹塑成型机产生的容器驱动向期望的容器特性，其中该组吹塑成型机输入参数基于以下来确定：(i)容器检查系统和吹塑成型机传感器的输出；(ii)吹塑成型机的操作成本数据，其中操作成本数据包含操作吹塑成型机的能量成本；以及(c)将该组吹塑成型机输入参数输出到吹塑成型机，以由吹塑成型机实施。
在另一总体方面，本发明涉及一种方法，包含以下步骤：吹塑成型机通过预成型件生产吹塑成型容器，以及在吹塑成型容器的生产过程中，吹塑成型机传感器感测吹塑成型机的操作条件。该方法进一步包含以下步骤：容器检查系统检查由吹塑成型机生产的吹塑成型容器。此外，该方法包含以下步骤：与吹塑成型机和容器检查系统通信的吹塑成型机控制器确定用于吹塑成型机的一组吹塑成型机输入参数，其将由吹塑成型机产生的容器驱动向期望的容器特性，其中该组吹塑成型机输入参数基于以下来确定：(i)容器检查系统和吹塑成型机传感器的输出；(ii)吹塑成型机的操作成本数据，其中操作成本数据包含操作吹塑成型机的能量成本。该方法进一步包含以下步骤：吹塑成型机控制器将该组吹塑成型机输入参数输出到吹塑成型机，以由吹塑成型机实施。此外，在各种实施例中，该方法可以进一步包含以下步骤：在将该组吹塑成型机输入参数输出到吹塑成型机之后，由吹塑成型机利用来自吹塑成型机控制器的该组吹塑成型机输入参数生产吹塑成型容器。此外，该方法可以进一步包含以下步骤：用户经由吹塑成型机控制器的用户界面输入操作成本数据，并且由吹塑成型机控制器经由用户界面接收操作成本数据。
在各种实施方式中，吹塑成型机控制器确定优化多个因素的一组吹塑成型机输入参数，其中多个因素包含满足期望的容器特性；达到期望的容器特性的时间；以及吹塑成型机实施该组吹塑成型机输入参数的操作成本，其中操作成本基于吹塑成型机的操作成本数据。此外，多个因素可以进一步包含由吹塑成型机生产的容器的预期废品率，直到容器达到期望的容器特性。此外，吹塑成型机的操作成本数据可以包含改变吹塑成型机的操作参数的增量成本，其中增量成本至少部分基于操作吹塑成型机的能源成本。
在各种实施方式中，吹塑成型机控制器通过执行包含以下的步骤来确定该组吹塑成型机输入参数：(a)确定多组吹塑成型机输入参数，其中多组吹塑成型机输入参数中的每一组将吹塑成型机产生的容器驱动向期望的容器特性；(b)确定与多组吹塑成型机输入参数中的每一组相关联的增量成本；以及(c)基于与多组吹塑成型机输入参数中的每一组相关联的增量成本，从多组吹塑成型机输入参数中选择第一组吹塑成型机输入参数。增量成本基于吹塑成型机的当前操作参数和吹塑成型机的能源成本来确定，其中吹塑成型机的当前操作参数至少部分由吹塑成型机传感器感测。
在各种实施方式中，该组吹塑成型机输入参数包含对吹塑成型机的以下操作参数中的至少一个的改变：预吹塑定时；预吹塑压力；多个模具的各个加热器元件的功率水平；预成型件温度设定点；拉伸杆定时；和/或吹塑压力。
在各种实施方式中，容器检查系统包含用于感测容器的材料分布特性的材料分布传感器系统。材料分布传感器系统可以包含一个或多个发射器-检测器对，其中发射器向容器发射光能，并且检测器检测穿过容器的侧壁(例如，穿过两个侧壁)的光能。在各种实施方式中，容器检查系统可以包含用于感测容器的结晶度水平的结晶度传感器。结晶度传感器可以包含摄像头、双折射传感器或NIR光谱传感器。吹塑成型机传感器可以包含烘箱温度传感器；用于多个模具的单独的模具温度传感器；和/或吹塑压力传感器。期望的容器特性可以包括期望的容器侧壁厚度和/或期望的结晶度水平。能源成本可以包括其中吹塑成型机所在的工厂的电力成本。此外，吹塑成型机将流体(诸如空气或液体)吹到预成型件中以形成容器。
本文呈现的示例旨在说明实施例的潜在和特定实施方式。可以理解，示例性实施例主要是为了对本领域技术人员进行说明的目的。示例的一个或多个特定方面并不旨在限制所描述的实施例的范围。
如权利要求中所使用的，术语“容器”和“塑料容器”是指由任何类型的塑料材料制成的任何类型的吹塑成型容器，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、定向聚丙烯(OPP)等。
图15是示出计算设备硬件架构1500的框图，其中可以执行一组或一系列指令以使机器执行本文讨论的任何一种方法的示例。例如，吹塑成型机控制器102可以在具有类似于架构1500的架构的计算设备上执行。架构1500可以描述(例如)本文所描述的任何计算设备。架构1500可以执行参考图7所描述的软件架构702。架构1500可以作为独立设备操作，或可以连接(例如，联网)到其它机器。在网络化部署中，架构1500可以在服务器-客户端网络环境中以服务器或客户端机器的能力操作，或可以在对等(或分布式)网络环境中充当对等机器。架构1500可以在个人计算机(PC)、平板PC、混合平板、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、移动电话、网络设备、网络路由器、网络交换机、网桥或能够执行指令(顺序或以其它方式)的任何机器中实施，该指令指定该机器要采取的操作。
示例架构1500包括处理器单元1502，该处理器单元包含至少一个处理器(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、或中央处理单元和图形处理单元两者、处理器核心、计算节点等)。架构1500可以进一步包括主存储器1504和静态存储器1506，它们经由链路1508(例如总线)相互通信。架构1500可以进一步包括视频显示单元1510、字母数字输入设备1512(例如，键盘)和UI导航设备1514(例如，鼠标)。在一些示例中，视频显示单元1510、字母数字输入设备1512和UI导航设备1514结合到触摸屏显示器中。架构1500可以附加地包括存储设备1516(例如，驱动单元)、信号产生设备1518(例如，扬声器)、网络接口设备1520以及一个或多个传感器(未示出)(诸如GPS传感器、指南针、加速计或其它传感器)。
在一些示例中，处理器单元1502或另一合适的硬件部件可以支持硬件中断。如本文所描述，响应于硬件中断，处理器单元1502可以暂停其处理并且执行例如ISR。
存储设备1516包括机器可读介质1522，该机器可读介质上存储有一组或多组数据结构和指令1524(例如，软件)，这些数据结构和指令由本文所描述的任何一种或多种方法或功能体现或利用。指令1524在架构1500执行期间也可以完全或至少部分地驻留在主存储器1504内、静态存储器1506内和/或处理器单元1502内，其中主存储器1504、静态存储器1506和处理器单元1502也构成机器可读介质。存储在机器可读介质1522中的指令1524可以包括(例如)用于执行本文所描述的任何特征的指令等。
虽然机器可读介质1522在示例中被示为单个介质，但是术语“机器可读介质”可以包括存储一个或多个指令1524的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的缓存和服务器)。术语“机器可读介质”还应被理解为包括任何有形介质，该有形介质能够存储、编码或携带由机器执行的指令并且使机器执行本公开的任何一种或多种方法，或能够存储、编码或携带由这些指令使用或与之相关联的数据结构。术语“机器可读介质”应相应地被理解为包括但不限于固态存储器以及光学和磁性介质。机器可读介质的具体示例包括非易失性存储器，包括但不限于例如半导体存储器设备(例如，电可编程只读存储器(EPROM)和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM))和闪存设备；磁盘(诸如内部硬盘和可移动磁盘)；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM磁盘。
指令1524可以进一步通过使用传输介质的通信网络1526，利用多种众所周知的传输协议(例如，超文本传输协议(HTTP))中的任何一种，经由网络接口设备1520来发送或接收。通信网络的示例包括LAN、WAN、互联网、移动电话网络、普通老式电话服务(POTS)网络和无线数据网络(例如，Wi-Fi、3G和5G LTE/LTE-A或WiMAX网络)。术语“传输介质”应理解为包括能够存储、编码或携带由机器执行的指令的任何无形介质，并且包括数字或模拟通信信号或其它无形介质，以促进这种软件的通信。
在本公开中，各种部件被描述为以特定方式配置。部件可以以任何合适的方式配置。例如，为计算设备或包括计算设备的部件可以配置有对计算设备进行编程的合适的软件指令。部件也可以凭借其硬件布置或以任何其它合适的方式来配置。
以上描述旨在说明性的，而不是限制性的。例如，上文描述的示例(或其一个或多个方面)可以与其它示例结合使用。可以使用其它实施例，例如由本领域的普通技术人员在回顾以上描述时使用。摘要是为了让读者快速确定技术公开的性质，例如，以便遵守美国37C.F.R.§1.72(b)。提交本发明的理解是，本发明将不用于解释或限制权利要求的范围或含义。
此外，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。然而，权利要求不能阐述本文公开的每个特征，因为实施例可以以所述特征的子集为特征。进一步地，实施例可以包括比特定示例中公开的那些特征更少的特征。因此，下面的权利要求被结合到具体实施方式中，每个权利要求独立地作为单独的实施例。本文公开的实施例的范围将参考所附权利要求以及这些权利要求被授权的等同物的全部范围来确定。

Claims (33)

1.一种吹塑成型机系统，包含：
吹塑成型机，其通过预成型件生产容器，其中所述吹塑成型机包含：
多个模具；以及
吹塑成型机传感器，用于感测所述吹塑成型机的操作条件；容器检查系统，用于检查由所述吹塑成型机生产的所述容器；以及
吹塑成型机控制器，其与所述吹塑成型机和所述容器检查系统通信，其中所述吹塑成型机控制器配置为：
接收来自所述吹塑成型机传感器和所述容器检查系统的输出；
确定所述吹塑成型机的一组吹塑成型机输入参数，其将所述吹塑成型机产生的容器驱动向期望的容器特性，其中所述一组吹塑成型机输入参数基于以下来确定：
所述容器检查系统和所述吹塑成型机传感器的所述输出；以及
所述吹塑成型机的操作成本数据，其中所述操作成本数据包含操作所述吹塑成型机的能源成本；以及
将所述一组吹塑成型机输入参数输出到所述吹塑成型机，以由所述吹塑成型机实施。
2.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述吹塑成型机控制器通过确定优化多个因素的所述一组吹塑成型机输入参数来确定所述一组吹塑成型机输入参数，其中所述多个因素包含：
满足所述期望的容器特性；
达到所述期望的容器特性的时间；以及
所述吹塑成型机实施所述一组吹塑成型机输入参数的操作成本，其中所述操作成本基于所述吹塑成型机的所述操作成本数据。
3.根据权利要求2所述的吹塑成型机系统，其中所述多个因素进一步包含由所述吹塑成型机生产的容器的预期废品率，直到所述容器达到所述期望的容器特性。
4.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述吹塑成型机的所述操作成本数据包含改变所述吹塑成型机的所述操作参数的增量成本，其中所述增量成本至少部分基于操作所述吹塑成型机的所述能源成本。
5.根据权利要求4所述的吹塑成型机系统，其中所述吹塑成型机控制器通过执行包含以下的步骤来确定所述一组吹塑成型机输入参数：
确定多组吹塑成型机输入参数，其中所述多组吹塑成型机输入参数中的每一组将所述吹塑成型机产生的所述容器驱动向所述期望的容器特性；以及
确定与所述多组吹塑成型机输入参数中的每一组相关联的增量成本，其中所述增量成本基于所述吹塑成型机的当前操作参数和所述吹塑成型机的所述能源成本来确定，其中所述吹塑成型机的所述当前操作参数至少部分由所述吹塑成型机传感器感测；以及
基于与所述多组吹塑成型机输入参数中的每一组相关联的所述增量成本，从所述多组吹塑成型机输入参数中选择第一组吹塑成型机输入参数。
6.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述一组吹塑成型机输入参数包含对所述吹塑成型机的以下操作参数中的至少一个的改变：
预吹塑定时；
预吹塑压力；
所述多个模具的各个加热器元件的功率水平；
预成型件温度设定点；
拉伸杆定时；以及
吹塑压力。
7.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述容器检查系统包含用于感测所述容器的材料分布特性的材料分布传感器系统。
8.根据权利要求7所述的吹塑成型机系统，其中所述材料分布传感器系统包含至少一个发射器-检测器对，其中所述发射器-检测器对的发射器发射光能，并且所述光能对的检测器检测光能。
9.根据权利要求8所述的吹塑成型机系统，其中所述至少一个发射器-检测器对包含多个发射器-检测器对，其中每个发射器-检测器对的所述发射器向所述容器发射光能，并且每个发射器-检测器对的所述检测器感测穿过所述容器的至少一个侧壁的光能。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的吹塑成型机系统，其中所述容器检查系统进一步包含用于感测所述容器的结晶度水平的结晶度传感器。
11.根据权利要求10所述的吹塑成型机系统，其中所述结晶度传感器包含摄像头。
12.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述容器检查系统包含用于感测所述容器的结晶度水平的结晶度传感器。
13.根据权利要求12所述的吹塑成型机系统，其中所述结晶度传感器包含摄像头。
14.根据权利要求12所述的吹塑成型机系统，其中所述结晶度传感器包含双折射传感器。
15.根据权利要求12所述的吹塑成型机系统，其中所述结晶度传感器包含NIR光谱传感器。
16.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述吹塑成型机传感器包含选自由以下组成的群组的传感器：
烘箱温度传感器；
用于所述多个模具的单独的模具温度传感器；以及
吹塑压力传感器。
17.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述期望的容器特性包含期望的容器侧壁厚度。
18.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述期望的容器特性包含期望的结晶度水平。
19.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述能源成本包含所述吹塑成型机所在的工厂的电力成本。
20.根据权利要求1所述的吹塑成型机系统，其中所述吹塑成型机将流体吹入所述预成型件中以形成所述容器。
21.根据权利要求20所述的吹塑成型机系统，其中所述流体包含空气或液体。
22.一种方法，包含：
吹塑成型机通过预成型件生产吹塑成型容器，其中所述吹塑成型机包含，其中所述吹塑成型机包含多个模具；
在所述吹塑成型容器的生产过程中，吹塑成型机传感器感测所述吹塑成型机的操作条件；
容器检查系统检查由所述吹塑成型机生产的所述吹塑成型容器；以及
与所述吹塑成型机和所述容器检查系统通信的吹塑成型机控制器确定用于所述吹塑成型机的一组吹塑成型机输入参数，其将由吹塑成型机产生的所述容器驱动向期望的容器特性，其中所述一组吹塑成型机输入参数基于以下来确定：
所述容器检查系统和所述吹塑成型机传感器的输出；以及
所述吹塑成型机的操作成本数据，其中所述操作成本数据包含操作所述吹塑成型机的能源成本；以及
所述吹塑成型机控制器将所述一组吹塑成型机输入参数输出到所述吹塑成型机，以由所述吹塑成型机实施。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包含，在将所述一组吹塑成型机输入参数输出到所述吹塑成型机之后，由所述吹塑成型机利用来自所述吹塑成型机控制器的所述一组吹塑成型机输入参数生产吹塑成型容器。
24.根据权利要求22所述的方法，其中确定所述一组吹塑成型机输入参数包含确定优化多个因素的所述一组吹塑成型机输入参数，其中所述多个因素包含：
满足所述期望的容器特性；
达到所述期望的容器特性的时间；以及
所述吹塑成型机实施所述一组吹塑成型机输入参数的操作成本，其中所述操作成本基于所述吹塑成型机的所述操作成本数据。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述多个因素进一步包含由所述吹塑成型机生产的容器的预期废品率，直到所述容器达到所述期望的容器特性。
26.根据权利要求22所述的方法，其中所述吹塑成型机的所述操作成本数据包含改变所述吹塑成型机的所述操作参数的增量成本，其中所述增量成本至少部分基于操作所述吹塑成型机的所述能源成本。
27.根据权利要求26所述的方法，其中确定所述一组吹塑成型机输入参数包含：
确定多组吹塑成型机输入参数，其中所述多组吹塑成型机输入参数中的每一组将所述吹塑成型机产生的所述容器驱动向所述期望的容器特性；以及
确定与所述多组吹塑成型机输入参数中的每一组相关联的增量成本，其中所述增量成本基于所述吹塑成型机的当前操作参数和所述吹塑成型机的所述能源成本来确定，其中所述吹塑成型机的所述当前操作参数至少部分由所述吹塑成型机传感器感测；以及
基于与所述多组吹塑成型机输入参数中的每一组相关联的所述增量成本，从所述多组吹塑成型机输入参数中选择第一组吹塑成型机输入参数。
28.根据权利要求22所述的方法，其中所述一组吹塑成型机输入参数包含对所述吹塑成型机的以下操作参数中的至少一个的改变：
预吹塑定时；
预吹塑压力；
所述多个模具的各个加热器元件的功率水平；
预成型件温度设定点；
拉伸杆定时；以及
吹塑压力。
29.根据权利要求22所述的方法，其中所述期望的容器特性包含期望的容器侧壁厚度。
30.根据权利要求22所述的方法，其中所述期望的容器特性包含期望的结晶度水平。
31.根据权利要求22所述的方法，其中所述能源成本包含所述吹塑成型机所在的工厂的电力成本。
32.根据权利要求22所述的方法，其中生产所述吹塑成型容器包含所述吹塑成型机将流体吹入所述预成型件中。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述流体包含空气或液体。
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