CN1830650A - 连续生产泡沫材料片的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在连续发泡过程中生产泡沫材料片的设备和方法，其中，在与输送带的输送方向平行的方向上检测泡沫材料的实际起泡轮廓，确定发泡过程的校正变量，该校正变量作为实际起泡轮廓对设定或参考起泡轮廓的偏离的函数，调节一个或多个过程参数，使实际起泡轮廓符合参考起泡轮廓。

Description

连续生产泡沫材料片的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在连续发泡过程中生产泡沫材料片的方法和设备，具体用于生产聚氨酯泡沫片材。
背景技术
对于生产柔性板块状泡沫材料，各种用来预测泡沫性质以及用来在生产聚氨酯泡沫的过程中保证质量的计算机控制方法可从论著中得知，例如，“板块技术连续生产柔性聚氨酯泡沫的管理软件(Software to Manage a ContinuousProduction of Flexible Polyurethane Foams by Slabstock Technology)”，Journal of Cellular Plastics，第33卷，1997年3月，第102页，以及“柔性聚氨酯泡沫的性质预测数学模型(Mathematical Property PredictionModels for Flexible Polyurethane Foams”，Adv.Urethane Sci.Techn.第14卷(1998)，第1-44页。
对于通过RIM方法制造致密的聚氨酯结构元件，为了优化生产率和质量，开发出了所谓的专家系统。在“Experten mit System，Prozesssteuerung desPUR-RRIM-Verfahrens zur Herstellung von Karosserieauβenteilen”，Kunststoffe，88th annual set，10/98中，以及在“PUR-Teile kostengünstigfertigen，Stand der Polyurethan-RRIM-Technologie”，Kunststoffe，91stannual set，4/2001中，揭示了此类用来分析RIM操作过程中过程参数的专家系统。这些专家系统有助于过程监控、质量保证和预防性维护。
对于连续生产具有外层的泡沫片，DE2819709B1中描述了一种方法，该方法中用超声案垂直于输送方向的角度检测泡沫的厚度。然后通过输送带的速率和/或通过施加的泡沫的量来控制制造设备。该方法中所描述的控制算法可减少质量损失、减少运行中的间断、并且降低人力成本。
在DE10237005A1中，揭示了一种用于监控连续块状发泡生产过程的方法，在该方法中，沿输送装置连续地检测局部泡沫高度形式的输送泡沫轮廓(foaming profile)。激光测距传感器优选用作此目的。用来控制块状泡沫生产过程的校正变量确定为实际泡沫高度和预先设定的泡沫高度之间可能的偏差的函数。
通过连续或非连续方法生产金属复合体元件的方法是已知的。用于连续生产的设备描述在例如DE1609668A、DE1247612A或DE9216306U1中。
而且，各种类型的用于连续或非连续生产聚氨酯刚性泡沫片和复合型的聚氨酯刚性泡沫片的设备是已知的。例如，使用双带输送设备来生产聚氨酯刚性泡沫片。此类设备可以商购得到，例如，以商品名CONTIMAT从德国HenneckeGmbH购得(Birlinghoverner Straβe 30，53754 Sankt Augustin)。
为了在连续制造聚氨酯泡沫片的过程中稳定地生产高质量产品，应该寻找一个尽可能稳定的运行状态。如果整个起泡轮廓(foaming-up profile)具有所需的形状，并且相对于环境在一定限度内保持静止，则达到这一状态，所谓环境更确切的说就是压模机(molding press)。为此目的，聚氨酯体系的反应进程、所施加的泡沫量、传送带速度和整个设备以及原料组分的温度控制应该相互协调。
DE19616643C1中描述了一种生产泡沫材料片的方法，在该方法中，在压模机进口的上游对起泡材料侧面距离固定点上的距离进行测定。将该距离的实际值与设定值相比较，并且根据实际值和设定值之间的差异来控制设备工作速度，其中设定值取决于泡沫材料。未考虑配方、进而聚氨酯体系的动力学、反应混合物的施用量以及设备的温度。
在调整好配方、确定了泡沫材料片的高度和宽度、并固定输出速率后，理论上即可选择设备的速率，使泡沫刚好填充在膜腔压力机(molding-chamberpress)中的外层之间的空隙中，而不会挤压泡沫。实践中，调整配方是不可能的，也肯定不期望这么做。外层之间的空间中必须全部被泡沫填满。为此目的，一定程度的反应混合物收缩是必要的，混合物即不会在与传送带运行的方向相反的方向上过度偏离。这种偏离称为叠盖(overlapping)。在某些情况下，取决于产品的不同，些微的叠盖是需要的，因为在此方式下，可以使泡沫反应混合物轻微起伏的表面得以平滑，且不会在上部的外层以下形成气泡或气穴。过度叠盖会导致泡沫和上部的外层或压力机的顶壁之间的磨擦增大。泡沫单元在输送带的输送方向上延伸，因而削弱了在片厚度方向上的挤压和张力强度。而且，泡沫片上可能由此形成纵向的裂纹。另一方面，泡沫的叠盖-特别是在上部的外层区域中-会导致重新取向的扁平单元。一般来说，这会导致热导率下降，在某些应用中可能是所需的。
因为形成聚氨酯的反应具有放热的性质，因此在生产运行过程中生产设备中的温控模腔压力机会额外的受热。因为这对反应速率、进而对起泡的轮廓和叠盖的程度有影响，所以在运行的过程中必须采取反措施来控制。这只能通过对配方、生产速率、施料量、过程温度和所要生产的泡沫材料片的几何形状等加以协调来完成。
泡沫膨胀轮廓，特别是叠盖，必须进行调节，以适应生产中的具体产品。为了稳定泡沫材料片的质量，必须小心谨慎，以确保泡沫膨胀轮廓和相关的叠盖在整个生产过程中和对于每一次进料都保持一致。在某些限度内，确切的轮廓定位是不重要的。
“泡沫膨胀轮廓”应理解为是指从开始膨胀到泡沫触及上部的外层期间所形成的整个泡沫膨胀的外形，观看平行于输送带输送方向的膨胀泡沫的观察者可以观察此轮廓。
发明内容
本发明通过检测平行于输送带的输送方向的泡沫轮廓，特别是在设备中的叠盖，实现对连续发泡过程中泡沫材料片生产的监控和控制的改进。将实际的泡沫轮廓和实际的叠盖与配方特异性设定轮廓(也称为“参考轮廓”)相比较。由实际轮廓对设定轮廓的可能偏差，确定用于重新调节过程的校正变量。与DE19616643C1相反，不是通过检测距离固定点的确切距离来进行控制，而是通过检测实际轮廓与设定轮廓之间的相对值来进行控制。
本发明的一个特别的优点在于，对发泡操作中的定量和定性控制可在生产循环过程中的早期进行。而且，在生产泡沫材料的进程中，可以调节设备的参数和/或起泡材料的组成，以使产品质量保持尽可能的稳定。结果是，产品性质上波动-诸如挤压强度，因为可变的泡沫膨胀形为或改变叠盖而得以减小。
本发明的另一个优点在于，通过在生产一开始就检测泡沫膨胀轮廓和叠盖，减少了设备起动的时间。这样，则可以减少生产设备起动期间的浪费。
附图说明
图1是本发明的一个优选实施方式的示意图，在该实施方式中，使用双带输送设备进行连续生产泡沫材料片的过程。
图2说明的是几乎不叠盖的泡沫膨胀轮廓。
图3说明的是叠盖严重的泡沫膨胀轮廓。
图4说明的是没有叠盖的发泡轮廓。
具体实施方式
依据本发明，用于检测泡沫膨胀形状或叠盖的装置安装在压力机进口处的上游，并与输送带的输送方向平行。该检测装置优选包括若干个激光测距传感器，这些传感器以一个在另一个上方(on top of one another)的方式和/或以偏置(offset)的方式排列，以使传感器能够测量泡沫的实际轮廓。或者，或另外，也可以使用能度量泡沫轮廓的超声传感器、光电传感器、CCD相机或其它传感器。在另一个优选的实施方式中，使用激光扫描器，该仪器从对于输送方向成直角在两个维度上检测泡沫膨胀轮廓。为此目的，优选将激光线照射在泡沫上，通过三角测量法来确定轮廓的高度。通过使用若干扫描器或以垂直于输送方向的方式回旋(swivel)激光线，泡沫的轮廓图可以在泡沫片的整个横截面上做出。
在本发明的一个优选实施方式中，泡沫材料的生产在双带输送设备中进行，例如，在以商品名CONTIMAT从Hennecke商购的一类设备中进行。此类设备通常具有一个输送装置，在该输送装置上膨胀的泡沫材料沿着输送移动。一般来说，在此类设备中，加工是用柔性和/或刚性外层进行。这些外层在模腔压力机中由输送带导引。
在本发明的另一个优选的实施方式中，对泡沫轮廓进行逐点扫描，通过所测量的实际泡沫轮廓值来建立拟合曲线，并将该拟合曲线与设定曲线相比。例如，两条曲线斜率之间的差值或两条曲线膨胀区域中积分的差值被用作确定校正变量的基础。
依据本发明的另一个优选的实施方式，膨胀泡沫的输送速率可作为校正变量。例如，如果泡沫轮廓在积分值方面与预定的设定轮廓不同，以至于出现了过度叠盖，则提高输送速度直至实际轮廓与设定轮廓充分吻合。
依据本发明的另一个优选的实施方式，每单位时间供给板块发泡过程的材料量可作为校正变量。例如，如果泡沫轮廓在积分值方面与预定的设定轮廓不同，以至于出现了过度叠盖，则减少每单位时间供给的材料量，直到实际轮廓与设定轮廓充分吻合。
依据本发明的另一个优选的实施方式，供给板块发泡过程的材料的化学组成可作为校正变量。例如，如果实际轮廓和设定轮廓相互之间差异太大同，则改变化学组成直到实际轮廓与设定轮廓充分吻合。具体地，可改变催化剂的量和/或添加的物理发泡剂(例如，戊烷)的量和/或水(作为化学作用发泡剂)的量。
依据本发明的另一个优选的实施方式，反应组分的温度可作为校正变量。例如，如果实际轮廓和设定轮廓相互之间差异太大，则改变反应组分的温度，直到实际轮廓与设定轮廓再次吻合。
依据本发明的另一个优选的实施方式，诸外层或模腔压力机的温度可作为校正变量。例如，如果实际轮廓和设定轮廓相互之间差异太大，则改变诸外层或模腔压力机的温度，直到实际轮廓与设定轮廓充分吻合。
依据本发明的另一个优选的实施方式，可根据泡沫实际轮廓对泡沫设定轮廓的偏离来确定若干个不同的校正变量，例如，输送速率的改变、模腔压力机或外层温度的改变、每单位时间所供给的材料量的改变和/或所供给材料的化学组成的改变。
依据本发明的另一个优选的实施方式，所得泡沫材料片的至少一个产品性质可根据泡沫实际轮廓来进行推测。例如，可以预测泡沫片的拉伸强度和/或压缩强度。严格的归一化模型可用来进行此推测。或者，或另外，可用神经网络或混合神经网络(hybrid neural network)来进行此推测。反应混合物的配方、输送速率、模腔压力机和外层的温度以及每单位时间内供给的材料量可作为进行此推测的其它输入变量。
依据本发明的另一个实施方式，用所预测的产品性质来对所生产的泡沫材料片的质量进行分级。例如，将预测的质量存储于数据库中。
依据本发明的另一个优选的实施方式，所生产的质量较低的泡沫材料区域根据至少一个产品性质的预测来确定。此类区域被切除出泡沫材料片之外。与现有技术水平相比，这样做的优点在于减少了废料的产生。
在很多情况下，在连续的泡沫片制造工艺中将预定长度的片(例如，6米)从泡沫片上剪切下来，然后分别对各片再进行个别质量检测。另一方面，依据本发明的方法允许将那些被预测为质量较差的泡沫片归入到不同的质量等级中，并且被恰当地挑选。
以下结合附图对本发明优选的实施方式进行更详细的阐述。
图1表示本发明的一个优选的实施方式。显示了一个双带输送设备，该设备用来连续生产泡沫片，特别是用聚氨酯泡沫来生产泡沫片。该设备具有一个沿输送方向2移动的输送带1。在输送带1的起始处，有一个混合头3位处输送带1的上方。混合头3用来将反应性化学体系施加到输送带1的施料盘4之上。反应性化学体系是发泡混合物，例如，为了产生聚氨酯泡沫的发泡混合物。
反应性化学混合物在输送带1上膨胀，形成带有膨胀泡沫的膨胀区域5。将泡沫施加到底部外层6上。另一个外层7也施加到上部表面上。外层6和7可以是柔性和/或刚性的材料。可作为用于绝缘板的外层的材料的例子包括：牛皮纸、焦油纸、沥青板、绉纸、涂敷了PE的玻璃垫和铝箔。向具有两面都是刚性的外层的结构元件提供上过漆或用涂层覆盖的钢板、不锈钢板、木板、铝板或提供GRP外层。如果刚性板(例如，硬纸板、石膏板、纤维增强水泥板、玻璃纤维板、石棉板或珍珠岩板)用作下底外层，而可成卷的外层作为上部外层，则可以得到组合板(复合板)。外层通过辊子8来供给。发泡混合物到达输送带通道中的上部外层7。利用上部输送带与下部输送带之间形成的距离，设备的这一区域充当压力机(press)，并且保证得到确切的片材厚度。
测量装置9就安装在混合头的下游。测量装置9用来度量泡沫在膨胀区域中的发泡轮廓10。测量装置9与总线系统11相连。总线系统11与控制器12相连。通过总线系统11，控制器12接收测量装置9的测量信号。以这些测量信号为基础，控制器12确定校正变量，以重新调节发泡过程。例如，输送带1的速率和/或每单位时间通过混合头3供给的反应性化学体系的量和/或体系的化学组成和/或施料盘4的温度和/或原料组分的温度和/或外层6和7的温度可作为校正变量。
图2显示了几乎没有叠盖的发泡轮廓13。在紧靠上部外层7下方，泡沫沿与输送方向2相反的方向流动。图3显示了叠盖严重的发泡轮廓14，其中上部外层7下方的泡沫相当程度地沿与输送方向2相反的方向流动。图4显示了没有叠盖的发泡轮廓15，其中在上部外层7的下方，没有泡沫沿与输送方向2相反的方向流动。
为了实行闭环控制，对实际轮廓与设定轮廓之间的差异进行评估。例如，这可以通过用计量学确定的实际轮廓值构建拟合曲线来进行。就此而言，可能就是一个回归线问题或是一个多项式(例如，样条多项式)问题或是一个弱波问题。
为了确定校正变量，可以利用实际轮廓曲线和设定轮廓曲线的斜率之间的差异-也就是说，可以确定两条曲线斜率之间的差值。该差值构成了实际轮廓偏离设定轮廓的量度(measure)。
或者，或另外，可以形成实际轮廓曲线和设定轮廓曲线的积分。两个积分值的差值也表示实际轮廓曲线偏离设定曲线的量度。
或者，或另外，实际曲线和设定曲线的拐点也可以用来确定校正变量。通常，在带有叠盖的发泡轮廓的情况中，得到带有拐点的曲线，该拐点可用来确定校正变量。
以实际轮廓和设定轮廓之间的偏离为基础，为了重新调节发泡过程而确定校正变量。如果实际轮廓不同于设定轮廓，例如可以调节输送带1的速率。或者，或另外，也可以调节每单位时间通过混合头3施加的反应性化学体系的量、反应形化学体系的组成和/或过程温度(例如，反应组分或外层的温度)。
通过控制器12实现对发泡过程的闭合控制。控制器12含有一个用来确定实际轮廓的模块。控制器12还含有一个用来比较所确定的实际轮廓和所储存的设定轮廓的模块。计算一个表示实际轮廓偏离设定轮廓的量度值的量度指数。该量度指数用来确定用于重新调节工艺过程的校正变量。
该设备还具有一个计算机系统(未示出)，该系统具有一个用来预测所生产的泡沫材料片的至少一个产品性质的模块和一个用来对生产的泡沫材料的预测质量进行分级的表。在数据库中，可以存储泡沫片在纵向上的预测产品质量—也就是说，对于连续生产的泡沫片中的某个点，预测产品质量被储存在数据库中。计算机通过输入的变量接收实际轮廓值。或者，只输入所测量的实际轮廓值。此外，表示实际轮廓曲线与设定轮廓曲线之间偏离的量度值的量度指数也可以输入到计算机系统中。
以这些输入值为基础，可预测当前所生产的泡沫材料的一个或多个产品性质。所预测的产品性质可以是，例如，压缩强度或拉伸强度。通过预测产品性质，则可依据产品性质通过访问表对质量进行分级，该表中储存了产品性质的容许公差值。然后，预测的产品性质和当前所生产的泡沫材料的质量可储存在数据库中。
通常，将由此连续发泡过程制得的泡沫材料分成例如长度为6米的片。为此目的，设备具有切割装置(未示出)。该切割装置优选用计算机系统激活。如果计算机系统预测一部分连续生产的泡沫片具有较差的质量，因为切割装置被激活，这部分泡沫片会被切割除去。在此方式下，可以减少发泡过程中的浪费。
预测模块的一个实例是神经网络。神经网络的输入变量是实际起泡轮廓、通过混合头3施加到输送带1上的反应性化学体系的组成、设备的参数(例如，压力和温度)、以及优选的环境参数(例如，大气压)。用这些输入变量，神经网络预测一个或多个产品性质。用来训练神经网络的的训练数据可通过一系列单独实验或接收与当前生产运行相关的数据来得到。
附图标记列表
  输送带   1
  输送方向   2
  混合头   3
  施料盘   4
  膨胀泡沫   5
  底部外层   6
  上部外层   7
  轮   8
  测量装置   9
  发泡轮廓   10
  总线系统   11
  控制器   12
  几乎没有叠盖的泡沫轮廓   13
  叠盖严重的泡沫轮廓   14
  没有叠盖的泡沫轮廓   15
虽然在前文中为了举例说明的目的对本发明进行了详细的描述，但应理解，这些详细描写仅仅是为了该目的，本领域一般技术人员可对其进行修改，而不背离本发明的精神和范围，除由权利要求书所限制者。

Claims (29)

1.一种在连续发泡过程中生产泡沫材料片的方法，其包括：
a)检测给定的成泡混合物在与输送带的输送方向平行的方向上的实际起泡轮廓，
b)确定发泡过程的校正变量，该校正变量是成泡混合物的实际起泡轮廓对参考起泡轮廓的偏离的函数，以及
c)通过改变校正变量，使成泡混合物的实际起泡轮廓符合参考起泡轮廓，来调节发泡过程。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫材料是聚氨酯泡沫。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连续发泡过程用双带输送设备进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用测量传感器检测所述实际发泡轮廓。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，输送速率是校正变量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每单位时间供给发泡过程的材料量是校正变量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供给发泡过程的材料的化学组成是校正变量。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供给发泡过程的材料的温度是校正变量。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施料盘的温度是校正变量。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，供给发泡过程的外层的温度是校正变量。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，模腔压力机的温度是校正变量。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，位于沿泡沫材料输送方向的一个区域内的泡沫材料片的至少一个产品性质被作为实际起泡轮廓的函数来预测。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过归一化模型来预测产品性质。
14如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过神经网络或混合神经网络来预测产品性质。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，通过输入参数的方式将实际起泡轮廓输入到神经网络中。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，用产品性质来对泡沫材料的质量进行分级。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，低质量的泡沫材料区域被切割除去。
18.一种用来在连续发泡过程中生产泡沫材料的设备，其包括：
a)用来检测泡沫材料片的实际起泡轮廓的装置，
b)确定发泡过程的校正变量的装置，其中校正变量是实际起泡轮廓对预测的参考起泡轮廓的偏离的函数。
19.如权利要求18所述的设备，其包括双带输送器。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于检测实际起泡轮廓的装置包括至少一个激光测距传感器或激光扫描器或超声传感器或CCD相机。
21.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是用于确定成泡混合物的输送速度的器件。
22.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是能够确定每单位时间供给发泡过程的成泡材料量的器件。
23.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是能够确定供给发泡过程的材料的化学组成的器件。
24.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是能够确定供给发泡过程的材料的温度的器件。
25.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是能够确定施料盘温度的器件。
26.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是能够确定供给发泡过程的外层的温度的器件。
27.如权利要求18所述的设备，其特征在于，用于确定校正变量的装置是能够确定模腔压力机温度的器件。
28.如权利要求18所述的设备，还包括用于预测泡沫材料的至少一个产品性质的装置，其中的产品性质是实际起泡轮廓的函数，所述装置沿着成泡混合物的输送方向定位。
29.如权利要求28所述的设备，还包括用于控制切割器件的装置，所述切割器件用于将泡沫材料分割成具有预测产品性质的片。
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