CN117120237A - 带有混合控制的狭缝模调整 - Google Patents

带有混合控制的狭缝模调整 Download PDF

Info

Publication number
CN117120237A
CN117120237A CN202180096936.7A CN202180096936A CN117120237A CN 117120237 A CN117120237 A CN 117120237A CN 202180096936 A CN202180096936 A CN 202180096936A CN 117120237 A CN117120237 A CN 117120237A
Authority
CN
China
Prior art keywords
actuator
die
primary
slit
slot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202180096936.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117120237B (zh
Inventor
罗伯特·A·亚佩尔
加思·V·安蒂拉
伦纳德·D·柯普雷克
格雷戈里·D·科斯图齐
彭蒂·K·洛库萨
大卫·D·阮
布兰登·A·雷坎普
罗伯特·B·塞科尔
查尔斯·W·泰勒
保罗·C·托马斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
3M Innovative Properties Co
Original Assignee
3M Innovative Properties Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 3M Innovative Properties Co filed Critical 3M Innovative Properties Co
Publication of CN117120237A publication Critical patent/CN117120237A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117120237B publication Critical patent/CN117120237B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/30Extrusion nozzles or dies
    • B29C48/305Extrusion nozzles or dies having a wide opening, e.g. for forming sheets
    • B29C48/31Extrusion nozzles or dies having a wide opening, e.g. for forming sheets being adjustable, i.e. having adjustable exit sections
    • B29C48/313Extrusion nozzles or dies having a wide opening, e.g. for forming sheets being adjustable, i.e. having adjustable exit sections by positioning the die lips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/07Flat, e.g. panels
    • B29C48/08Flat, e.g. panels flexible, e.g. films
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/92Measuring, controlling or regulating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2948/00Indexing scheme relating to extrusion moulding
    • B29C2948/92Measuring, controlling or regulating
    • B29C2948/92504Controlled parameter
    • B29C2948/92609Dimensions
    • B29C2948/92647Thickness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2948/00Indexing scheme relating to extrusion moulding
    • B29C2948/92Measuring, controlling or regulating
    • B29C2948/92819Location or phase of control
    • B29C2948/92942Moulded article

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

本发明提供了与调整狭缝模相关联的方法和系统。该狭缝模包括:延伸跨过该狭缝模的宽度的涂覆狭缝,该涂覆狭缝与通过该狭缝模的流体流动通道流体连通;包括狭缝模表面的调整机构;以及沿该狭缝模的该宽度间隔开的多个初级致动器。每个初级致动器以可操作方式联接到一个或多个次级致动器,并且每个次级致动器以可操作方式联接到该调整机构以调整流体流动通道在其相应位置处的横截面高度,从而提供对通过该涂覆狭缝的流体流的局部调整。该方法包括:确定目标狭缝高度轮廓,然后利用控制器基于该目标狭缝高度轮廓来预测初级致动器设定集合和次级致动器设定集合。然后根据所预测的初级致动器设定集合和次级致动器设定集合来单独地定位每个初级致动器和次级致动器,以调整该狭缝模。

Description

带有混合控制的狭缝模调整
技术领域
本发明提供了可用于产品的连续制造的狭缝模及其相关的组件、系统和方法。
背景技术
工业制造商通常使用狭缝模来进行聚合物处理。狭缝模可用于涂布,其中将液体材料挤出到移动的柔性基底(诸如背衬或离型衬垫)上。液体材料可以为聚合物熔体或反应性单体混合物。当将材料施加到基底时,该工艺通常被称为挤出涂布。在其他情况下,挤出的材料可直接形成自支撑膜而无需背衬。
进行狭缝模挤出的方式有许多变化。作为一个示例,涂布材料可处于环境温度或升高的温度。当涂布材料温度升高以确保进给原材料熔融或液化以便处理时,该材料通常被称为“热熔融”涂层。挤出物可包括溶剂稀释剂。溶剂可以是水、有机溶剂或溶解或分散涂层的组分的任何合适的流体。溶剂通常在诸如干燥的后续处理中被去除。涂层可包括单个或多个层,并且一些狭缝模可用来同时涂覆多个层。涂层可以是横跨模具的宽度的连续涂层或替而代之包括成形带,每个带延伸横跨模具的宽度的仅一部分并且与相邻的带分离。
一般来讲,狭缝模包括形成涂覆狭缝的一对相反的模唇。涂覆狭缝的宽度可延伸约移动的幅材的宽度或接纳诸如膜的挤出产品的辊的宽度。如本文所用,就狭缝模和狭缝模的部件而言,“宽度”是指狭缝模及其部件的幅材横向尺寸。通常通过改变一个或两个模唇的形状,或者通过调整位于模唇上游的扼流杆来调整挤出幅材的厚度。
调整膜挤出模或挤出涂布模上的幅材横向轮廓的技术通常涉及两种方法中的一种方法。首先,可使用差速器螺栓手动调整模唇或扼流杆,该差速器螺栓使用螺杆机构对模唇或扼流杆的形状进行微小调整。第二,可使用热辅助螺栓来调整模唇或扼流杆,该热辅助螺栓可随温度改变长度并且可接合模唇或扼流杆以进行甚至更精细的调整。这些工艺中的一些工艺描述于共同未决的国际专利申请号PCT/IB2020/061685(Yapel等人)、PCT/IB2020/061687(Yapel等人)和PCT/IB2020/061688(Secor等人)以及美国临时专利申请号63/122,996(Secor等人)中,所有这些专利申请均于2020年12月9日提交。
发明内容
幅材横向控制空间分辨率是模具的控制中特别关注的问题。模具狭缝的空间分辨率限制了对挤出幅材厚度的控制的分辨率,并且使幅材横向波动最小化。这在拉幅膜操作中是特别关注的,诸如用于光学级膜。在拉幅膜操作中,将膜挤出,并且然后在横向上拉伸,这通过拉伸因子影响模具的分辨率。如果将膜以6倍横向拉伸,则模具上1厘米的致动器/螺栓间距只能控制到最终膜的6厘米宽度。横向拉伸可以为包括膜的挤出(即,流延)、长度取向、横向取向和/或组合双轴拉伸的一系列步骤中的单独工艺步骤。
有利地,所提供的方法使用混合控制工艺,该混合控制工艺协调两个不同致动器的移动以实现幅材横向空间分辨率的显著增强。在一些实施方案中,这些混合控制允许在拉幅膜工艺中使用现有的计量和映射回模具。便利地,当使用如已经在制造流水线上配置的现有计量系统时,可使用混合控制来操作模具。总之,这些改善的系统和方法增加了模具狭缝的更高的精度、一致性和对模具狭缝的了解。
在第一方面,提供了一种调整狭缝模的方法。该狭缝模包括:涂覆狭缝,该涂覆狭缝延伸跨过该狭缝模的宽度,该涂覆狭缝与通过该狭缝模的流体流动通道流体连通;调整机构,该调整机构包括狭缝模表面;以及多个初级致动器,该多个初级致动器沿该狭缝模的该宽度间隔开,其中每个初级致动器以可操作方式联接到一个或多个次级致动器,并且每个次级致动器以可操作方式联接到该调整机构以调整流体流动通道在其相应位置处的横截面高度,从而提供对通过该涂覆狭缝的流体流的局部调整。该方法包括:确定目标狭缝高度轮廓;利用控制器基于该目标狭缝高度轮廓来预测初级致动器设定集合和次级致动器设定集合;以及根据所预测的初级致动器设定集合和次级致动器设定集合来单独地定位每个初级致动器和次级致动器,以调整该狭缝模。
在第二方面,提供了一种系统,该系统包括:狭缝模,其中该狭缝模包括:涂覆狭缝,该涂覆狭缝延伸跨过该狭缝模的宽度,其中该涂覆狭缝与通过该狭缝模的流体流动通道流体连通;调整机构,该调整机构包括狭缝模表面,该狭缝模表面用于调整通过该涂覆狭缝的流体流动通道的横截面高度;以及多个初级致动器,该多个初级致动器沿该狭缝模表面的该宽度间隔开,其中每个初级致动器以可操作方式联接到一个或多个次级致动器,并且每个次级致动器以可操作方式联接到该调整机构以调整流体流动通道在其相应位置处的横截面高度,从而提供对通过该涂覆狭缝的流体流的局部调整;以及控制器,该控制器能够独立地设定每个初级致动器和每个次级致动器的位置。
附图说明
图1是示出根据示例性实施方案的包括狭缝模的生产线的示意图。
图2是图1的狭缝模的透视图。
图3是图1和图2的狭缝模的侧面剖视图,其中提供初级致动器和次级致动器以调整给定位置处的流体流动通道的高度。
图4是示出图1至图3的狭缝模的次级致动器的前端部的透视图。
图5至图7是示出可用于操作图1至图4的狭缝模的各种控制回路的框图。
图8A和图8B是示出图1至图4的狭缝模中的初级致动器和次级致动器在调整前和调节后状态下的配置的顶视图。
图9是示出可用于操作图1至图4的狭缝模的另一控制回路的框图。
图10是示出次级致动器的阵列的温度轮廓的图表,其紧接示出相同次级致动器的功率输入轮廓的平行图表。
图11和图12是示出使用操作狭缝模的两种不同方法制备的挤出幅材的幅材横向厚度轮廓的平均值和±2s波动极限的图表。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解,本领域的技术人员可设计出落入本公开原理的范围和实质内的许多其他修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
如本文所用,术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而,在相同的情况或其他情况下,其他实施方案也可以是优选的。此外,对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案是不可用的,且并非旨在将其他实施方案排除在本发明范围之外。
如本文和所附权利要求中所用,除非上下文另外明确指出,否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此,举例来说,提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外,术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。
值得注意的是,术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外,“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平、垂直等,并且如果是这样,则它们来自在具体附图中所观察的视角。然而,这些术语仅用于简化描述,而并非以任何方式限制本发明的范围。
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用,意指关于该实施方案所描述的具体特征、结构、材料或特性包含在本发明的至少一个实施方案中。因此,贯穿本说明书的多处出现的短语,诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”,不是必须指本发明的相同实施方案。在适用的情况下,商品名以全部大写的字母列出。
图1示出了根据示例性实施方案的在下文中由数字50表示的制造工艺流水线。工艺流水线50包括依序发生的各种聚合物处理阶段。依次通过挤出机52、狭缝模54、流延辊组件56、机器方向拉伸机58、横向拉伸机60和卷筒62来进行这些阶段。下面更详细地描述工艺流水线50的这些元件。
挤出机52通常在已加热的料筒内使用单螺杆或双螺杆配置,并且可接受球剂或粉末形式的聚合物原料。通过挤出机52将该原料熔融并混合,并且通过狭缝模54排出以提供挤出幅材68。为了辅助该工艺,可使用熔体泵或计量泵。狭缝模54不需要进行特别限制,并且可以为例如膜狭缝模、挤出模、多层狭缝模、热熔融挤出涂布模、落锤锻模、旋转杆模、粘合剂狭缝模、溶剂涂布狭缝模、水基涂布模、狭缝进给刀模或刀涂布机。
在离开狭缝模54之后,将幅材68直接设置到流延辊组件56内的流延辊上,然后使幅材穿过机器方向拉伸机58,该机器方向拉伸机沿其幅材向下方向单向拉伸幅材68。在沿该维度被拉伸之后,幅材68被引导穿过横向拉伸机60,在该横向拉伸机处,幅材的边缘被夹具夹持并且幅材沿其幅材横向方向被拉伸。一旦沿两个方向被完全拉伸至所需程度,幅材68就可如图所示经由卷筒62最终固结成卷。任选地,进行边缘修剪步骤以在将膜卷绕到芯上之前提供均匀宽度的膜。
在该示例性工艺中,存在可在其测量幅材68的厚度的各种位置,其被称为计量位置。在图1中,挤出幅材68从模具54被传送到第一计量位置64,并且然后被传送到第二计量位置66,然后由卷筒62卷绕成卷。在挤出幅材68在初始流延辊上骤冷之后,第一位置64立即捕获幅材厚度信息。在完成由横向拉伸机60进行第二拉伸步骤之后并且在由卷筒62卷取幅材68之前,第二位置66捕获该信息。任选地,位置66可在进行边缘修剪步骤以赋予幅材68均匀宽度之后。如果需要,也可在中间点处进行厚度测量,诸如在机器方向拉伸机58与横向拉伸机60之间。幅材厚度与涂层重量直接相关,并且为了本公开的目的,这两者应被认为是类似的。
对挤出幅材68的计量可使用本领域中已知的任何方法来实现。一种有用的厚度测量技术使用β测量计。β测量计通过传输从放射性同位素源(例如,基于钷、氪或锶)发射的幅材辐射并检测β粒子的所得衰减来测量给定幅材的归一化质量。β测量计的测量覆盖区很小,因此跨幅材的宽度沿Z字形图案在不同位置处进行轮廓测量。然后可随时间跟踪这些测量结果,以说明在沿幅材取得的测量结果中的时间差。即使在工艺条件的影响已稳定之后,完整的轮廓测量也可能需要对数次扫描(通常,六次扫描或更多次扫描)进行平均化,以平均机器方向可变性。
另选的计量方法也是可用的,包括基于UV荧光、红外吸收、干涉测量法、直接厚度测量(诸如激光三角形划分)、反射方法(诸如γ反向散射)和基于电容的感测的那些计量方法。这些方法中的一些方法能够同时在幅材的整个宽度上捕获幅材厚度轮廓。确定的是,与使用常规的基于扫描的计量方法的工作流相比,应用本文所述的某些工作流同时沿其整个宽度同时测量涂层厚度可提供循环时间的4倍至12倍的改善。
虽然这里没有明确地示出,但是其他工艺流水线也是可能的。这些工艺流水线中的一些工艺流水线不包括机器方向拉伸机58或横向拉伸机60中的一者或两者。在其他实施方案中,在同一步骤中进行机器方向拉伸和横向拉伸。在进一步的另选的实施方案中,挤出机52将仍熔融的挤出幅材设置到压花表面上以提供纹理化表面。当挤出幅材在流延辊组件56内的压力辊之间穿过时,也可将挤出幅材设置到预先存在的膜上。
工艺流水线可包括多个附加工艺站中的任何附加工艺站。例如,可提供用于干燥的烘箱或其他站来固化包括可固化组合物的挤出幅材。进一步的工艺步骤可包括:表面工艺站以在挤出幅材上提供电晕处理或火焰处理的表面,或检查站以阐明任何质量问题。应当理解,所有这些前述变体都在所提供的本公开的范围内。
图2和图3分别从透视图和剖视图示出了狭缝模54。如图3所示,狭缝模54包括一对相反的模具块100、102,它们一起限定从挤出机到涂覆狭缝104的流体流的路径。模具块100的远侧端部设置有狭缝调整机构,此处为限定涂覆狭缝104的表面的模唇106。虽然未在图中示出,但是狭缝调整机构可另选地由位于模唇上游的扼流杆提供。
如图2所示,狭缝模54包括六个初级致动器108。在一些实施方案中,初级致动器108表示部件的组件,包括驱动线性致动器的电机。可有利的是,每个组件包括精密传感器,诸如线性可变差动变压器(LVDT)或线性编码器,该精密传感器检测线性致动器的输出轴的位置移动。与可用致动器组件相关的进一步细节描述于例如共同未决的PCT专利申请号PCT/IB2020/061685(Yapel等人)、PCT/IB2020/061687(Yapel等人)和PCT/IB2020/061688(Secor等人)以及美国临时专利申请号63/122,996(Secor等人)中,所有这些专利申请均于2020年12月9日提交。
再次参考图2,该六个初级致动器108中的每个初级致动器在其远侧端部处机械地联接到多个次级致动器112。在该实施方案中,每个次级致动器112由叉状件110中的多个尖齿中的一个尖齿来表示,其中每个尖齿是各自可控制的。另选地,可使用具有仅单个尖齿的次级致动器,这对于其中初级致动器108之间的间距在控制模唇106时提供足够分辨率的应用而言可以是足够的。在优选的实施方案中,每个叉状件可包括至少2个、3个、4个、5个、6个、7个或8个或更多个尖齿。
次级致动器112的远侧端部接合模唇106的表面,允许模唇106的位置的局部调整。在一些情况下,接合可以为允许次级致动器112向模唇106施加推力和拉力两者的机械联接。另选地,次级致动器112与模唇106的表面之间的接合可以仅仅为仅允许施加推力的接触。在其他实施方案中,次级致动器112可接合狭缝模54的其他表面,诸如扼流杆表面。
图3更详细地示出了狭缝模54的内部特征。如图所示,狭缝模54的模具块100、102组合以形成穿过狭缝模54的流体流动通道,该流体流动通道与涂覆狭缝104流体连通。
初级致动器108沿狭缝模54的宽度被紧固到安装支架120、121,其中安装支架120、121相对于模具块100固定并且分别支撑初级致动器108和叉状件110。每个初级致动器108可操作为通过改变模唇106的位置而沿狭缝模54的宽度在其相应位置处调整流体流动通道的高度,以提供对通过涂覆狭缝104的流体流的局部调整。每个叉状件110的主体111延伸穿过安装支架121(任选地借助于线性衬套),以在向模唇106施加力时帮助减小叉状件110的扣紧或挠曲。在一些实施方案中,叉状件110的主体111可联接到心轴122,该心轴经由提供最小反冲的肩式螺栓附接件附接到叉状件110的顶部。
在狭缝模54的操作期间,在挤出物通过涂覆狭缝104离开并且被施加到冷却辊上以固化熔体之前,进入狭缝模54的挤出物继续通过狭缝模54的流体流动通道。虽然不与本公开密切相关,但此类工艺包括(但不限于)拉伸、涂布、纹理化、印刷、切割和层压。在一些工艺中,可移除生产离型衬垫并添加离型衬垫,或者可添加一个或多个附加层(诸如层压的转移带)。在挤出物为可固化组合物的情况下,固化步骤也可发生,诸如通过暴露于电子束、烘箱或紫外线(UV)室。
在优选的实施方案中,初级致动器108在控制器的辅助下操作。控制器可接收来自电机和传感器两者的位置输入。例如,电机可以为步进电机,其提供对步进电机已从步进电机的已知参考位置取得的“步进”数的指示。传感器可向控制器提供比由电机提供的更精确的位置信息。控制器可进一步向电机提供指令以将初级致动器108的心轴122驱动到预选位置。例如,控制器可在操作电机210的同时利用传感器230监测初级致动器108的位置心轴122,以便根据预选位置定位初级致动器108的位置心轴122。在一些示例中,控制器可同时或相继控制初级致动器108的集合。例如,控制器可同时控制狭缝模54中的初级致动器108中的每个初级致动器,如图2所示。
与利用差速器螺栓作为致动机构的狭缝模设计相比,如这里所示,零间隙联接器124可用于以有限间隙或无间隙将输出轴126连接到初级致动器108的心轴122。为了实现这一点,初级致动器108可使用包括线性电压位移换能器、数字标尺、电容计、光学位移计、激光位移计或它们的组合的位置传感器来将叉状件110的主体111调整到精确位置。然而,由于差速器螺栓机构可具有大于一百微米的间隙,所以零间隙联接器124可提供几乎为零的间隙,诸如小于十微米、或甚至小于五微米,诸如约三微米。
在利用差速器螺栓的集合来控制涂覆狭缝宽度或扼流杆位置的狭缝模中,每个差速器螺栓的相对大的间隙意味着调整一个差速器螺栓的位置可改变在其他螺栓处的流体流动通道的高度。为此,在操作挤出模具的同时,可能永远不知道模唇106的绝对位置。相比之下,在狭缝模54中,初级致动器108的心轴122的位置直接对应于模唇106的局部位置。该致动器组件的细节更详细地描述于例如共同未决的国际专利申请号PCT/IB2020/061685(Yapel等人)中。主要优点包括可重复和精确的定位,这在利用常规差速器螺栓的狭缝模中是不可获得的。
图4示出了从狭缝模54的其余部分拆卸的叉状件110的放大视图。如图所示,叉状件110由一系列六个尖齿组成,这些尖齿用作从主体111朝模唇106向外延伸的能够独立调整的次级致动器112。有利地,每个次级致动器112提供其自身的控制区,允许当控制模唇106的形状时在精度上增加六倍。
任选地并且如图所示,主体111和尖齿为一体构造的一部分。在该示例中,每个尖齿具有通过热膨胀和收缩来控制的长度。为了提供控制,尖齿中的每个尖齿包含电阻加热元件并且具有与电功率源以及热感测装置的连接,使得控制回路能够将尖齿加热到预先确定的温度。这些部件部分地嵌入在尖齿中,以保护它们在狭缝模54的操作期间免造损坏。热感测装置可结合在尖齿中的料盒加热器中或附接到尖齿。用于加热尖齿的其他方式(诸如红外加热)也是可能的。作为进一步的选项,也可能提供冷却每个尖齿的能力,以获得对尖齿温度的甚至更好的控制并且实现更快的响应时间。例如,可通过强制空气对流来实现此类冷却。
合适的控制器可用于控制每个次级致动器112的长度,从而限定在次级致动器112与模唇106之间发生机械接合的位置。该控制器可与用于初级致动器108的控制器分离或集成。可用的控制器包括应用控制回路机制的比例积分微分(PID)控制器。次级致动器112的长度最直接地与次级致动器112的温度相关,但是该长度也可基于与到每个次级致动器112的功率输入(即,功率%)的预先确定的相关性来控制。后一种方法可更简单,但是倾向于更容易受到热扰动,这会不均匀地影响次级致动器112。
初级致动器和次级致动器108、112基于次级致动器112的远侧端部与模唇106之间的机械联接来共同控制模唇106的位置。需注意,初级致动器和次级致动器108、112串联操作,并且因此,致动器设定的各种组合可为给定控制区提供模唇106的相同末端位置。然而,如将示出的,可有利的是,当对涂覆狭缝104进行狭缝高度调整时,以协调的方式调整初级致动器和次级致动器108、112。
图5示出了示例性工作流150,其使用单个控制回路来实现所提供的狭缝模(诸如在图1中的制造工艺流水线50的环境中操作的狭缝模54)中的狭缝高度调整。
在开始时,制造工艺流水线50用来使用预先确定的初始初级致动器和次级致动器设定轮廓来形成挤出幅材68。可基于基于类似工艺条件的历史数据来保存这些初始轮廓,或在缺乏此类数据的情况下,可基于用户输入将这些轮廓设定为默认值。因此,初级致动器和次级致动器在控制回路开始时根据这些预先确定的设定来呈现初始位置。作为起点,可便利地使初级致动器和/或次级致动器的预先确定的设定跨狭缝模的宽度的大部分或全部为恒定或平坦的。
框152示出了为从狭缝模的涂覆狭缝挤出的幅材提供轮廓测量的第一步骤。如前所述,可使用任何已知的测量技术。轮廓测量可在流延时或者在一些挤出物已被取向或以其他方式被改变之后进行。在前一种情况下,对幅材厚度轮廓的测量靠近挤出幅材离开涂覆狭缝的位置处(“流延时”)发生。在图1中,例如,该厚度测量可在熔融幅材在流延辊组件56的冷却辊上固化之后不久在位置64处进行。在后一种情况下,轮廓测量在幅材经历一些处理之后(“转变时”)发生。在图1中,测量可在流延幅材已沿幅材横向方向和幅材向下方向两者被拉伸之后在位置66处进行。
需注意,许多计量装置跨移动幅材的宽度来回扫描以收集厚度数据。在许多情况下,这些测量可涉及非常大量的离散测量,其不仅跨幅材的整个宽度分散,而且可在不同的时间点进行。为了对此进行管理,控制器可将原始离散测量结果处理成较小数量的数据值,其使用幅材横向和幅材向下平均化的形式来捕获沿连续幅材在特定位置处的幅材横向厚度轮廓的虚拟快照。
所提供的方法可用于连续全幅材涂布的挤出物和条带涂布的挤出物两者。在全幅材涂布中,多个测得值表示整个涂布宽度。在条带涂布的情况下,测得的厚度值对应于沿幅材横向方向彼此间隔开的多个涂布区域,使得测得的值仅覆盖涂布的条带而不覆盖其间的未涂布通道。
框154表示执行对这些轮廓测量结果的幅材到模具映射的下一步骤。当将测量计测量结果映射到模具时,可做出某些简化假设。首先,在假设现代计量系统具有边缘检测的情况下,可假设从轮廓测量结果接收的数据是从边缘到边缘取得的。第二,假设测量计数据直接对应于实际挤出物重量/厚度。如果将幅材设置在离型衬垫上,则可进一步假设减去离型衬垫的基重,并且数据仅表示涂布量。最后,可假设从挤出幅材的两个边缘的任何颈缩对称地发生。
粗粒度测量结果的数量和位置通常不同于模唇致动器的数量和位置,并且因此,需要将测量结果值映射到致动器位置的一般化方法。膜颈缩计算可考虑不同的流速、牵引距离和幅材速度的影响。在一个实施方案中,将以物理单位(英寸或mm)计的涂布幅材坐标映射到以致动器单位计的坐标(即,基于顺序致动器编号的模具坐标系)。该工艺使得能够从涂布测量结果阵列值映射到物理涂布幅材位置,然后通过幅材到模具映射函数映射到物理模具位置。这里,涂布测量结果阵列可表示例如每当扫描器横越移动幅材时生成的最近厚度测量结果阵列。
利用合适的模具到幅材或幅材到模具映射函数,在轮廓控制方案中的其他地方利用该函数可以是有利的。例如,映射可结合控制参数中的幅材横向变化,诸如通过涂布流场的控制器增益或致动器相互作用。这可基于生产经验以特别方式进行,或者使用涂布流场的流体力学模型以更科学的方式进行。
流的建模可利用表征流体流变特性的任何适当的模型。例如,流的建模步骤可包括有限元分析或者可以更直接地依赖于一个或多个公式。示例性数学模型描述于于2020年12月9日提交的共同未决的PCT申请号PCT/IB2020/061688(Secor等人)中的其他地方。
对狭缝模调整的计算预测是可能的,因为致动器的位置以及通过推断狭缝高度与期望的挤出物目标厚度、当前测得的挤出物厚度相结合是已知的。此前,例如由于差速器螺栓中的间隙,一直不能知道在挤出工艺期间狭缝高度的绝对位置。使用已知目标厚度和测得的挤出物品厚度轮廓,这些计算可预测适当的狭缝模变化。基于该知识,可知道狭缝高度轮廓与挤出物厚度轮廓之间的关系,并且因此可预测狭缝高度轮廓以获得目标厚度轮廓。
在一些实施方案中,该映射结合了已经构建到测量系统中的任何扫描位置到模具螺栓位置映射。各种商业系统能够执行幅材到模具映射,诸如来自加利福尼亚州欧文代尔的NDC Infrared Engineering Inc.的轮廓控制解决方案。
然后进行到框156,然后确定幅材厚度的轮廓偏差。这可由表示当前幅材厚度轮廓偏离每个控制区处的目标幅材厚度轮廓(框158)的程度的残余值阵列(即,向量)来提供。如本文所提及,控制区可对应于狭缝模的对应于每个初级致动器或另选地每个次级致动器的区段。
框158中的初始目标轮廓可被限定在靠近离开狭缝模的挤出物的位置处(例如,在图1中的位置64处),或另选地幅材已从其部分或完全转变的下游位置处(例如,在图1中的位置66处)。结合这两种类型的测量结果以充分理解并校正可归因于工艺流水线50中的不同源的期望幅材厚度轮廓与实际幅材厚度轮廓之间的偏差可具有显著的技术益处。
在工作流150的后续迭代中,在框156中确定的轮廓偏差可基于在框158中设定的初始目标幅材厚度轮廓,或者如果需要则基于修正的目标幅材厚度轮廓。对目标幅材厚度轮廓的修正不受特别限制,并且可根据计算机算法以预先确定的方式进行或通过来自操作者的输入手动进行。
当初始执行工作流150时,目标幅材厚度轮廓可基于所保存的幅材厚度轮廓,诸如在工作流150或在类似条件下进行的其他工作流的先前迭代中使用的幅材厚度阵列。例如,当正使用相同或类似的模具狭缝配置和类似的通过狭缝模的流动条件时,先前使用的目标幅材厚度轮廓可以为可用的。在许多应用中,期望平坦的挤出物轮廓,但是存在优选其他轮廓的情况。例如,可能需要“狗骨”形目标轮廓来控制挤出工艺中的边缘不稳定性,诸如与牵引共振或边缘扇形化相关的那些。
在框156中,然后基于来自框158的初始目标幅材厚度轮廓与测得的幅材厚度轮廓(如果可用)之间的差值来确定轮廓偏差。工作流150中的控制回路的初始迭代可在获得幅材厚度测量结果的完整集合之前进行。如果测得的幅材厚度轮廓尚不可用,则在存在足够数量的幅材厚度测量结果的此类时间之前可延迟狭缝模中的调整。就可获得部分轮廓测量结果(框152)而言,工作流150可用于沿涂覆狭缝的一个部分而不是另一部分来调整狭缝模。
利用因此确定的轮廓偏差,然后可计算适当的狭缝高度调整(框160)。当从框158预测对接合到柔性模唇或扼流杆的初级致动器或次级致动器进行的适于实现初始目标轮廓的调整时,应用压力模具挠曲模型可以是有利的,该压力模具挠曲模型使得通过模具的流体流的效应能够脱离在没有流体流的情况下与狭缝模相关的机械效应。合适的模型可预测跨涂覆狭缝的压力轮廓以及柔性模唇或扼流杆中的对应量的压力挠曲。在一些情况下,可根据经验测量该基于压力的挠曲。
压力挠曲可通过将其添加到计算的狭缝高度以获得目标狭缝高度轮廓来解决。然后可将该目标狭缝高度轮廓与当前狭缝高度轮廓进行比较(框162)以确定适当的调整。值得注意的是,当前狭缝高度包括一定程度的压力挠曲(D),这是由于挤出物组合物流过涂覆狭缝所导致的。因此,假设挠曲D的量的任何变化都很小,可从压力补偿狭缝高度轮廓H+D中减去仅可归因于流体的挠曲D,以获得零压力狭缝高度轮廓(H),该零压力狭缝高度轮廓然后可用于计算目标致动器位置。
描述狭缝模中的流体动力学和压力效应的数学模型详细描述于例如共同未决的国际专利申请号PCT/IB2020/061688(Secor等人)和美国临时专利申请号63/122,996(Secor等人)中的其他地方,这两个专利申请均提交于2020年12月9日。
利用以上获得的零压力狭缝高度轮廓,控制器然后可预测适于实现期望狭缝高度轮廓的离散致动器设定集合。在优选的实施方案中,离散致动器设定的该集合基于对应于预选幅材横向轮廓的多个致动器设定。如下文将描述的,可针对一系列预选幅材横向轮廓确定该多个离散致动器设定,从而提供预测模型以确定适当的致动器调整(框164)。
在优选的实施方案中,从该多个离散设定和/或如从当前狭缝高度导出的零压力当前狭缝高度(框162)进行的对离散设定的预测可通过被称为刚度矩阵的数学构造来获得。在没有流场物理效应的情况下,刚度矩阵将致动器设定转化为对应的狭缝高度轮廓。虽然这里未详细检查,但国际专利公布号WO 2012/170713(Secor等人)更详细地描述了经验测试数据可如何用于填充针对给定狭缝模的刚度矩阵的示例。
在高级别处,刚度矩阵和逆刚度矩阵用于将致动器位置变化转变为狭缝高度变化,反之亦然。刚度矩阵可由下面的公式1和公式2表示。
在公式1和公式2中,h0和h分别为表示当前狭缝高度和新狭缝高度的向量,A和A0分别为表示当前致动器位置和新致动器位置(在致动器单元中)的向量,K为刚度矩阵,I为单位矩阵,并且k为将致动器位置变化转变为狭缝高度变化的比例常数并且对于每个致动器是相同的。
刚度矩阵K通常具有N×N个分量(N为有源致动器的总数),并且物理地表示由于第j个致动器设定Aj的变化而导致的在测量点处的狭缝高度的变化。刚度矩阵可反映致动器之间的显著机械相互作用。通常,致动器位置变化可在数个致动器之外的位置处产生狭缝高度变化。在一些实施方案中,这由带状刚度矩阵表示。在许多情况下,可假设带状刚度矩阵是对称的。例如,矩阵可仅沿矩阵的5条对角线(主对角线加上两侧的各2条对角线)具有显著的非零分量。
一旦确定了刚度矩阵,就可以两种方式来使用狭缝高度测量结果。首先,对于致动器设定的任何集合,所得狭缝高度轮廓可根据上面的公式1和公式2通过将刚度矩阵乘以致动器位移来计算。其次,将导致指定狭缝高度轮廓的致动器设定通过将刚度矩阵的逆乘以狭缝高度的期望变化来计算。为了确定致动器调整的适当集合,使用公式3:
(A-A0)=K-1·(h-h0) (公式3)
在框164中,然后可根据以上计算的致动器调整将有源致动器调整到适当位置,以实现期望的狭缝高度轮廓。在用于解决该线性代数问题的优选方法中,执行高斯消元法以获得刚度矩阵变换的基于矩阵的解。
如图5所示,框164中的致动器调整可应用于初级致动器、次级致动器或两者。在初级致动器正被调整的情况下,次级致动器可保持无源,使得每个叉状件的尖齿共同移动而不是各自移动。在次级致动器正被调整的情况下,初级致动器可以为固定的(或无源的),同时次级致动器被调整。作为第三种可能性,并且如稍后将在图7中描述的,初级致动器和次级致动器两者同时被调整是可能的并且实际上可以是有利的。
随着致动器调整完成,工作流150返回到框152,在此框处取得新的轮廓测量结果并且上述工艺重新开始。工作流150中的步骤可基于实时幅材厚度测量结果来逐渐地改善初级/次级致动器设定/位置。随时间推移,通过这些逐步调整,挤出物幅材厚度可收敛到期望的目标幅材厚度轮廓。
当聚合物熔体沿流体流动通道传送并从涂覆狭缝104排出时,可使用图2和图3中的狭缝模54来实现上述工作流150。这里,控制器预测针对初级致动器108和次级致动器112的一个或两个集合的设定,以根据在框164中确定的致动器调整在沿涂覆狭缝104的多个控制区中的每个控制区处递增地推动或拉动模唇106。因为每个初级致动器108对应于六个次级致动器112,所以对于控制器而言,预测初级致动器设定以获得粗尺度的目标狭缝高度轮廓然后预测次级致动器设定以获得更精细尺度的目标狭缝高度轮廓是有效的。
在一些实施方案中,基于相应目标初级致动器位置来确定初级致动器的位置,然后至少部分地基于目标初级致动器位置来确定对应于初级致动器的每个次级致动器的位置。有利地,可确定或调整目标初级致动器位置,以减小在次级致动器中的长度控制信号的变化。虽然这里用于次级致动器的长度控制信号为温度,但是其他长度控制信号也是可能的,包括功率、压电电压或液压压力。
图6示出了使用嵌套控制回路的另选工作流250。工作流250结合了已在工作流150中描述的元素中的一些元素,包括:流延轮廓测量(框252)、幅材到模具映射(框254)、基于初始目标流延轮廓(框258)的轮廓偏差的确定(框256)、基于当前狭缝高度(框262)的狭缝高度调整的确定(框260)以及致动器调整(框264)。构成内部控制回路的这些步骤类似于以上在工作流150中所检查的那些步骤,并且不应被重新访问。
工作流250也包括外部控制回路。该回路以框266开始,在此框处提供经转变的轮廓测量。从流延轮廓测量(框252)的下游取得的该经转变的轮廓测量可在执行内部控制回路期间的任何时间发生。因此,内部回路和外部回路中的步骤不需要彼此重合。
框268表示针对框266中的经转变的轮廓测量所进行的幅材到模具映射步骤。针对经转变的幅材厚度轮廓的幅材到模具映射可比在框254中进行的幅材到模具映射更复杂。在工艺流水线50中,例如,机器方向拉伸机58和横向拉伸机60的作用基本上将挤出膜拉长。假设这些工艺提供可预测和可重复的结果,则可使用数学模型将转变之后的幅材横向坐标系映射到在其转变之前的挤出幅材的幅材横向坐标系。
在存在多个转变工艺的情况下,通常使用一系列映射计算来以逐步方式将经转变的幅材厚度轮廓映射回狭缝模。在优选的实施方案中,经转变的轮廓被映射回流延轮廓,然后流延轮廓被映射回模具,该后一步骤遵循与上文针对框254的幅材到模具映射步骤所述相同的过程。例如,在图1的位置66处的测得的轮廓可被映射到在位置64处的轮廓,然后被映射回在模具54处的轮廓。便利地,这允许重新使用来自框254的计算算法。
接着进行到框258,然后可基于来自控制器的指令相应地更新幅材厚度的目标流延轮廓。该流延轮廓取代先前使用的目标流延轮廓。与前面提到的那些类似,有用的控制器可包括PID控制器,其在达到期望的经转变的轮廓之前应用迭代的、增量的变化以逐渐地改善由框256表示的目标流延轮廓。当内部回路和外部回路同时操作时,外部回路提供关于长得多的循环时间的反馈,因为在挤出幅材已行进通过整个转变过程之前无法知道由致动器设定的变化所产生的冲击。
外部回路和内部回路优选地在相干优化方案中彼此互补。内部回路基于在挤出幅材的第一位置处测得的第一幅材厚度轮廓,其中对于内部回路的至少一些迭代,目标狭缝高度轮廓保持恒定。外部回路基于在第一位置下游的挤出幅材的第二位置处测得的第二幅材厚度轮廓,并且在外部回路的每次迭代时更新目标狭缝高度轮廓。因此,内部回路在短时间帧上操作并且连续地调整寻求收敛到目标轮廓的初级/次级致动器设定,而外部回路在更长时间帧上操作以周期性地调整由内部回路“追踪”的目标轮廓。
图7示出了又另一示例性工作流350,其示出了诸如图2至图4所示的初级致动器和次级致动器108、112的致动器之间的相互影响。在开始时,需注意由于具有彼此端对端联接的两个致动器,引入了许多感兴趣的复杂情况。首先,单个目标幅材厚度轮廓可对应于不定数量的解,因为一个致动器的延长可伴随另一致动器的缩短。第二,在初级致动器联接到多个次级致动器的情况下,次级致动器的可能位置的范围通常受到初级致动器的位置约束。第三,在许多情况下,初级致动器和次级致动器可具有非常不同的响应时间。最后,在某些情况下,相邻致动器可能基于它们彼此接近而受到干扰,诸如由热传递引起的干扰。
在工作流350中考虑这些考虑因素中的一些考虑因素,其类似于先前的工作流,包括:经转变的幅材的幅材厚度轮廓测量(框366),随后是该轮廓的幅材到模具映射(框352),相对于目标轮廓(框358)的轮廓偏差的确定(框356),以及相对于当前狭缝高度(框362)的狭缝高度调整的确定(框360)。在框361处,由控制器基于是否满足以下条件来进行分析:
|Dx|>dx
,其中x为初级致动器的长度控制信号,Dx为提出的致动器调整,并且dx为与初级致动器的分辨率相关的x的变化的预先确定的阈值。
在图2至图4的示例性配置中提出的致动器调整Dx可通过计算给定叉状件110的平均尖齿温度与该相同叉状件110的平均目标尖齿温度之间的差值来确定。因为尖齿(次级致动器112)的部分热膨胀或收缩与温度的变化线性相关,所以该测量与致动器长度的变化直接相关。
期望的长度控制信号x可根据前述方法中的任何方法来计算,诸如通过使用凸块测试数据确定的逆刚度矩阵,并且任选地考虑由狭缝模中的流体流引起的压力效应。在一些实施方案中,dx反映初级致动器死区,或者长度控制信号的范围太小以至于不能被初级致动器分辨,但是能够被其所联接的次级致动器分辨。
如果提出的致动器调整Dx的量值等于或小于阈值dx,则相应地调整次级致动器112(框364),并且该过程再次以经转变的轮廓测量开始(框366)。这里,唯一地通过次级致动器112来进行调整,其中初级致动器108位置保持静止。相反,如果提出的致动器调整Dx大于阈值dx,则初级致动器和次级致动器两者都被调整(框365),如将在下面更详细描述的。
例示性示例由图3中的初级致动器和次级致动器108、112表示,其中初级致动器使用螺旋差动联接来移动,而次级致动器通过热膨胀和收缩来移动。更广义地,初级致动器可由机械的、热可调整的螺栓、压电、液压或气动装置驱动。优选的情况是,初级致动器和次级致动器以协调的方式来调整。任选地,初级致动器和次级致动器两者被同时调整以提供总体致动器位置的更平滑调整。
在一个示例性初级致动机构中,可通过使用由作为支点的转轴支撑的杠杆以及由狭缝模的主体在轴向方向上移位的操作杆向柔性模唇施加按压载荷或拉伸载荷来调整涂覆狭缝。杠杆的旋转力被转变成在操作杆的轴向上的力,并且在轴向上的力变成为作用在柔性模唇上的按压载荷或拉伸载荷。杠杆可在杠杆的作用点处直接向操作杆施加力。
在另一示例性初级致动机构中,热可调整螺栓使用多个调整销自动地调整涂覆狭缝,该多个调整销联接到设置在柔性模唇上的相应热电元件。热电元件可以为通过控制器可控制的,以通过由对应的调整销通过热电元件的膨胀或收缩施加到柔性模唇的机械力的作用来调整涂覆狭缝。作为进一步的选项,致动机构可包括提供被同时调整的至少两个调整销和/或热电元件。
上述内容的进一步的方面以及其他变体描述于美国专利号9,700,911(Nakano)和国际专利公布号WO 2019/219724(Colell等人)中。
上述坐标调整的优选的实施方案包括使用具有较长致动行程的初级致动器来提供总体移动的大部分。该总体移动基于用于每个控制区的次级致动器的远侧端部。如果多个次级致动器联接到每个初级致动器,则可基于将每个初级致动器调整到目标位置来计算初级致动器调整,该目标位置是基于其对应次级致动器的平均目标位置来计算的。平均化可帮助避免使次级致动器膨胀或收缩超过必要的程度。使用某些次级致动器(诸如热螺栓)进行大的调整不仅在技术上具有挑战性,而且还可能花费长时间来实现和稳定。这继而会不利地影响工作流350中的控制回路的总体响应性。
前述方法的益处在图8A和图8B中示出,其示出了处于两种不同配置的初级致动器和次级致动器108、112。所描绘的配置示出了相同的最终位置,但是带有来自初级致动器和次级致动器108、112的非常不同的相对贡献。在图8A中,次级致动器112(灰色阴影)示出了长度的显著变化,其结果是将次级致动器112加热到非常不同的温度。相反,在图8B中,相同的次级致动器112具有几乎均匀的温度轮廓和长度。在后一种情况下,初级致动器108通过如框箭头所示朝或远离模唇平移来精确地补偿次级致动器112的长度的差值。
在保留模唇位置的同时,可通过应用公式4和公式5调整这些致动器来实现在次级致动器(即,尖齿)与初级致动器(即,叉状件)之间的长度的重新分布:
,其中T为新尖齿温度,T为旧尖齿温度,为叉状件内的平均测得尖齿温度,并且/>为叉状件内的平均目标尖齿温度。
,其中A为新初级致动器位置(在致动器设定中),A为旧初级致动器位置,并且Y为温度与致动器设定之间的固定转换因子。
温度的均匀分布可帮助最小化由次级致动器112之间以及到狭缝模的柔性模唇的热传递引起的热扰动。热扰动会降低挤出过程工艺中的可预测性,并且通常被认为是不可取的。在优选的实施方案中,所有次级致动器112的目标尖齿温度的平均值对应于狭缝模的操作温度,以进一步减轻尖齿与柔性模唇之间的不可取的热传递的程度。
在如上所述重新校准初级致动器设定的情况下,净结果是次级致动器112中的降低的温度变化,同时提供了致动器位置的相同轮廓,如通过比较图8A与图8B所证实的。因为初级致动器108能够比热控制的次级致动器112快得多地响应,所以初级致动器108被逐渐地调整以允许有时间定位次级致动器112并且避免在制造产品时突然的致动器长度变化可以是有益的。
现在返回参考图7,然后可完成框365中对初级致动器和次级致动器的调整。在此之后,然后可获得新的经转变的轮廓测量(框366),并且过程再次开始。
图9示出了组合先前工作流150、250、350的元素的又另一工作流450。如前所述,过程包括:流延轮廓测量(框452)、幅材到模具映射(框454)、轮廓偏差的确定(框454)以及利用对当前狭缝高度(框462)的了解进行的合适狭缝高度调整的确定(框460)。然后,如先前工作流350中所阐述的,应用框461的测试以确定是否满足针对初级致动器调整的特定阈值。取决于该测试条件是否被满足,工作流450或者继续唯一地调整次级致动器(框464)或者一起调整初级致动器和次级致动器(框465)。
工作流450中的添加的精化为内部控制回路和外部控制回路的组合。因此,当控制器基于流延轮廓测量结果进行致动器调整时(框452),也存在基于经转变的轮廓测量进行的致动器调整(框466),从而需要幅材到模具映射(框468)和对更新目标流延轮廓的计算(框458)。这些步骤类似于在图6中的工作流250中所描述的那些步骤。与工作流350不同,工作流450包括基于流延轮廓测量结果的调整,其具有短得多的响应时间。组合内部控制回路和外部控制回路两者可提供解决方案上的更快收敛以及总体上显著更有响应性和更有效的狭缝模调整过程。
图10提供了混合致动器控制系统的仪表板的实际示例,示出了跨沿水平轴线表示的88个致动器控制区的温度轮廓。在所示示例中,针对模具温度的设定值为240℃。图10中的上图示出了针对每个控制区的尖齿温度。下图示出了被引导至每个尖齿的功率%,其示出了进入不同控制区的功率分布的非均匀性,特别是当将中心致动器与更靠近涂覆狭缝边缘的那些致动器进行比较时。非均匀性可归因于尖齿冷却充气室中的气流的差值;在这种情况下,该图揭示了与端部相比,靠近模具狭缝中心的更高冷却速率。这些数据进一步表明,混合致动器控制方案能够叉状件接着叉状件地保持尖齿的平均温度接近目标平均温度。
图11和图12示出了由混合致动器控制方案提供的显著技术益处。图11(现有技术)图表示出了使用常规控制方案的在144个控制区(对应于成品膜的1英寸(2.54cm)宽度)上的挤出幅材厚度轮廓,该常规控制方案使用带有38英寸(965.2mm)宽狭缝的EDI牌模具(可从威斯康星州奇珀瓦福尔斯的Nordson Extrusion Dies Industries LLC获得),该模具使用间隔为1.125英寸(31.115mm)的热螺栓。图12示出了在所提供的混合控制方案内带有965mm宽狭缝的混合模具的挤出幅材厚度轮廓,该狭缝带有间隔为60mm的16个初级致动器,每个初级致动器配备有叉状件,该叉状件包括作为尖齿的6×10mm间隔的次级致动器。在制造整个挤出幅材卷的过程中收集这些数据。中心线示出了平均厚度,并且虚线显示了与平均幅材厚度的两个标准偏差(即,±2s)的边界。
图12中的数据通常最初使用在图5的工作流150中描述的方法来收集,其中初级致动器被调整同时保持次级致动器无源,然后过渡到图6的双控制回路工作流250同时朝稳态操作收敛。如在这些图中可见,与常规方法相比,当使用所提供的混合致动器控制方法时,幅材厚度值的包封显著更窄。
本公开中所描述的技术可至少部分地以硬件、软件、固件或它们的任何组合来实施。例如,技术的各种实例可以在一个或多个微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、或任何其他同等的集成或离散逻辑电路、以及在控制器、用户界面或其他装置中具体化的此类部件的任何组合内实现。术语“控制器”通常可以是指单独的或与其他逻辑电路组合的上述逻辑电路中的任一个、或任何其他等同的电路。
当在软件中实现时,归属于本公开所描述的系统和控制器的功能可在诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、磁介质、光学介质等的计算机可读存储介质上具体化为指令。可以执行指令,以使一个或多个处理器支持本公开中所描述的功能的一个或多个实例。
在前述段落中已描述了各种示例。这些示例以及其他示例均在本文提供的权利要求书的范围内。
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下,应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制,本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (25)

1.一种调整狭缝模的方法,所述狭缝模包括:
涂覆狭缝,所述涂覆狭缝延伸跨过所述狭缝模的宽度,所述涂覆狭缝与通过所述狭缝模的流体流动通道流体连通;
调整机构,所述调整机构包括狭缝模表面;和
多个初级致动器,所述多个初级致动器沿所述狭缝模的宽度间隔开,其中每个初级致动器以可操作方式联接到一个或多个次级致动器,并且每个次级致动器以可操作方式联接到所述调整机构以调整流体流动通道在其相应位置处的横截面高度,从而提供对通过所述涂覆狭缝的流体流的局部调整,
其中所述方法包括:
确定目标狭缝高度轮廓;
利用控制器基于所述目标狭缝高度轮廓来预测初级致动器设定集合和次级致动器设定集合;以及
根据所预测的初级致动器设定集合和次级致动器设定集合来单独地定位每个初级致动器和次级致动器,以调整所述狭缝模。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述初级致动器和所述次级致动器共同包括叉状件,所述叉状件具有多个尖齿,并且进一步地,其中每个尖齿是各自可控制的。
3.根据权利要求2所述的方法,其中每个初级致动器包括:所述叉状件的主体部分,以及能够驱动所述主体部分的机械、压电、液压或气动装置。
4.根据权利要求3所述的方法,其中所述主体部分由位置传感器定位,所述位置传感器包括线性电压位移换能器、数字标尺、电容计、光学位移计、激光位移计或它们的组合。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法,其中每个次级致动器包括尖齿,所述尖齿能够通过加热所述尖齿来控制。
6.根据权利要求5所述的方法,其中所述尖齿被加热到预先确定的温度。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其中通过电阻和/或红外加热器对所述尖齿施加热。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法,其中对每个尖齿进行定位进一步包括对至少一个尖齿进行冷却。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述至少一个尖齿通过强制空气对流来冷却。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法,其中对每个初级致动器和次级致动器进行定位包括:
基于相应目标初级致动器位置来确定初级致动器的位置;以及
至少部分地基于所述目标初级致动器位置来确定对应于所述初级致动器的每个次级致动器的位置。
11.根据权利要求10所述的方法,其中所述目标初级致动器位置被确定,以减小在所述次级致动器中的长度控制信号的变化。
12.根据权利要求11所述的方法,其中所述长度控制信号包括温度、功率、压电电压或液压压力。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法,其中根据控制回路迭代地执行所述方法,以逐渐地改善每个初级致动器和次级致动器的定位。
14.根据权利要求13所述的方法,其中所述控制回路包括:
内部回路,所述内部回路基于在挤出幅材的第一位置处测量的第一幅材厚度轮廓,其中对于所述内部回路的至少一些迭代,所述目标狭缝高度轮廓保持恒定;和
外部回路,所述外部回路基于在所述挤出幅材的第二位置处测量的第二幅材厚度轮廓,所述第二位置在所述第一位置的下游,其中所述目标狭缝高度轮廓在所述外部回路的每次迭代时被更新。
15.根据权利要求14所述的方法,进一步包括在所述第一位置与所述第二位置之间输送所述挤出幅材。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的方法,其中初级致动器和次级致动器的定位在所述控制回路的每次迭代中同时发生。
17.根据权利要求13至16中的任一项所述的方法,其中在所述控制回路开始时根据预先确定的设定来定位所述初级致动器。
18.根据权利要求13至17中的任一项所述的方法,其中在所述控制回路开始时根据预先确定的设定来定位所述次级致动器。
19.根据权利要求13至18中的任一项所述的方法,其中所述初级致动器或所述次级致动器的所述预先确定的设定跨所述狭缝模的宽度恒定。
20.一种系统,所述系统包括:
狭缝模,其中所述狭缝模包括:
涂覆狭缝,所述涂覆狭缝延伸跨过所述狭缝模的宽度,其中所述涂覆狭缝与通过所述狭缝模的流体流动通道流体连通;
调整机构,所述调整机构包括狭缝模表面,所述狭缝模表面用于调整通过所述涂覆狭缝的流体流动通道的横截面高度;和
多个初级致动器,所述多个初级致动器沿所述狭缝模表面的宽度间隔开,其中每个初级致动器以可操作方式联接到一个或多个次级致动器,并且每个次级致动器以可操作方式联接到所述调整机构以调整流体流动通道在其相应位置处的横截面高度,从而提供对通过所述涂覆狭缝的流体流的局部调整;和
控制器,所述控制器能够独立地设定每个初级致动器和每个次级致动器的位置。
21.根据权利要求20所述的系统,其中所述初级致动器和所述次级致动器共同包括叉状件,所述叉状件具有多个尖齿,并且每个初级致动器包括所述叉状件的主体部分,并且每个次级致动器包括尖齿。
22.根据权利要求21所述的系统,其中所述主体部分的位置由位置传感器辅助,所述位置传感器包括线性电压位移换能器、数字标尺、电容计、光学位移计、激光位移计或它们的组合。
23.根据权利要求21或22中的任一项所述的系统,其中所述叉状件具有三个或更多个尖齿。
24.根据权利要求21至23中的任一项所述的系统,其中所述狭缝模进一步包括安装支架,其中每个主体部分延伸穿过所述安装支架以减少所述主体部分的挠曲。
25.根据权利要求20至24中的任一项所述的系统,其中所述狭缝模选自由以下组成的组:膜狭缝模、挤出模、多层狭缝模、热熔融挤出涂布模、落锤锻模、旋转杆模、粘合剂狭缝模、溶剂涂布狭缝模、水基涂布模、狭缝进给刀模和刀涂布机。
CN202180096936.7A 2021-04-16 2021-04-16 带有混合控制的狭缝模调整 Active CN117120237B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2021/053172 WO2022219379A1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Slot die adjustment with hybrid controls

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117120237A true CN117120237A (zh) 2023-11-24
CN117120237B CN117120237B (zh) 2024-10-29

Family

ID=75674888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180096936.7A Active CN117120237B (zh) 2021-04-16 2021-04-16 带有混合控制的狭缝模调整

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4323169A1 (zh)
JP (1) JP7524489B2 (zh)
CN (1) CN117120237B (zh)
MX (1) MX2023011850A (zh)
WO (1) WO2022219379A1 (zh)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5626888A (en) * 1993-05-20 1997-05-06 Bruckner Maschinenbau Gmbh Wide slot die
JPH1058518A (ja) * 1996-08-27 1998-03-03 Toshiba Mach Co Ltd Tダイ成形におけるシート・フィルムの厚さ調整方法
US6183829B1 (en) * 1997-11-07 2001-02-06 Rohm And Haas Company Process and apparatus for forming plastic sheet
US6344088B1 (en) * 1998-12-16 2002-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Stripe coating applicator and method
US20080213471A1 (en) * 2006-04-19 2008-09-04 Fujifilm Corporation Method and apparatus for applying coating solution
US20120313274A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 3M Innovative Properties Company Slot Die Position Adjustment and Return to Baseline
CN105324524A (zh) * 2013-05-10 2016-02-10 3M创新有限公司 分开拉伸表面上的股线的方法
CN105313300A (zh) * 2014-08-05 2016-02-10 住友重机械摩登株式会社 模唇驱动结构
US9302420B1 (en) * 2010-11-23 2016-04-05 Douglas Darrow Die having linear bearing array
CN107848167A (zh) * 2015-08-04 2018-03-27 科思创德国股份有限公司 用于涂覆发泡反应混合物的浇铸设备
US20190091913A1 (en) * 2017-09-28 2019-03-28 Nordson Corporation Die with a modular adjustment system and a modular adjustment system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102118074B1 (ko) 2011-06-07 2020-06-02 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 캄파니 슬롯 다이의 위치를 조정하기 위한 시스템
DE102018111763A1 (de) 2018-05-16 2019-11-21 Windmöller & Hölscher Kg Verfahren zur automatisierten Regelung der Größe eines Spaltes einer Düsenanordnung und Steuer- und/oder Regelsystem

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5626888A (en) * 1993-05-20 1997-05-06 Bruckner Maschinenbau Gmbh Wide slot die
JPH1058518A (ja) * 1996-08-27 1998-03-03 Toshiba Mach Co Ltd Tダイ成形におけるシート・フィルムの厚さ調整方法
US6183829B1 (en) * 1997-11-07 2001-02-06 Rohm And Haas Company Process and apparatus for forming plastic sheet
US6344088B1 (en) * 1998-12-16 2002-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Stripe coating applicator and method
US20080213471A1 (en) * 2006-04-19 2008-09-04 Fujifilm Corporation Method and apparatus for applying coating solution
US9302420B1 (en) * 2010-11-23 2016-04-05 Douglas Darrow Die having linear bearing array
US20120313274A1 (en) * 2011-06-07 2012-12-13 3M Innovative Properties Company Slot Die Position Adjustment and Return to Baseline
CN105324524A (zh) * 2013-05-10 2016-02-10 3M创新有限公司 分开拉伸表面上的股线的方法
CN105313300A (zh) * 2014-08-05 2016-02-10 住友重机械摩登株式会社 模唇驱动结构
CN107848167A (zh) * 2015-08-04 2018-03-27 科思创德国股份有限公司 用于涂覆发泡反应混合物的浇铸设备
US20190091913A1 (en) * 2017-09-28 2019-03-28 Nordson Corporation Die with a modular adjustment system and a modular adjustment system

Also Published As

Publication number Publication date
EP4323169A1 (en) 2024-02-21
JP7524489B2 (ja) 2024-07-29
MX2023011850A (es) 2023-10-19
JP2024511228A (ja) 2024-03-12
CN117120237B (zh) 2024-10-29
WO2022219379A1 (en) 2022-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102118074B1 (ko) 슬롯 다이의 위치를 조정하기 위한 시스템
CN112118948B (zh) 自动调整喷嘴机构缝隙尺寸的方法和控制和/或调整系统
US9579684B2 (en) Slot die position adjustment control
US9744708B2 (en) Slot die position adjustment and return to baseline
US20170334144A1 (en) Real-time laser control for powder bed fusion
CN102883980B (zh) 加工生产线中金属带材弯度的控制、对中和调整的集成方法
JP2609540B2 (ja) 非干渉制御型tダイギャップ制御装置
CN117120237B (zh) 带有混合控制的狭缝模调整
CN112384354A (zh) 自动化调整喷嘴机构缝隙尺寸方法和控制和/或调整系统
EP4259413A1 (en) Method and system for adjusting a slot die used for making an extruded article
EP4259342A1 (en) Slot die position adjustment
JP7496940B2 (ja) リンギング制約を伴うスロットダイ位置調整
US20170225407A1 (en) Method and system for variable heat sources for composite fiber placement
CA3046021A1 (en) Method and system for verification of tow end placement
JP3924228B2 (ja) フィルム・シートの厚みプロファイル制御方法
JPH0596592A (ja) 射出成形機の制御装置
US20060216369A1 (en) Method for control of the thickness of extruded film
Berry et al. Process monitoring and process control: an overview
JP3924229B2 (ja) プラスチック成形装置における厚みプロファイル制御方法
KR20200002593A (ko) 열화상 카메라를 이용한 사출성형기의 제어 방법 및 이를 적용한 사출성형기
JP4944863B2 (ja) 熱可塑性溶融樹脂の塗布による成形体の製造装置および方法
JP2006021413A (ja) 押出成形機の制御装置、及び、押出成形機の制御方法
US12083731B2 (en) Method for controlling a nozzle slot of a discharge nozzle for a film track of a flat film machine
US20230249390A1 (en) System and method for mapping the lip adjustment bolts of a flat extrusion die
JPH08281679A (ja) フイルム、シート又は板を連続的に製造する装置及び方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant