狭槽模具位置调整.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201280028244.X

申请日:

2012.06.07

公开号:

CN103747938A

公开日:

2014.04.23

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B29C 47/20申请日:20120607|||公开

IPC分类号:

B29C47/20; B28B3/20

主分类号:

B29C47/20

申请人:

3M创新有限公司

发明人:

罗伯特·B·塞科尔; 罗伯特·A·亚佩尔; 珍妮弗·L·特里斯; 彭蒂·K·洛库萨; 保罗·C·托马斯; 克里斯托弗·K·比格勒; 威廉·J·科佩基; 基斯·R·布吕泽维茨; 特伦斯·D·尼文; 伊桑·B·塞科尔; 格雷戈里·D·科斯图齐

地址:

美国明尼苏达州

优先权:

2011.06.07 US 13/155,272; 2012.01.25 US 61/590,771

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司 11219

代理人:

梁晓广;关兆辉

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内容摘要

本发明公开的系统包括狭槽模具和多个致动器,所述狭槽模具包括延伸约所述狭槽模具的宽度的涂覆狭槽,所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的所述宽度,其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度,从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进行局部调整。所述系统还包括控制器,所述控制器被构造成根据用于所述狭槽模具的操作的多个离散设置之一来设置每个致动器的位置。所述控制器还被构造成预测与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的一组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关性。

权利要求书

权利要求书
1.  一种系统,包括:
狭槽模具,其中所述狭槽模具包括:
涂覆狭槽,所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度,其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通,和
多个致动器,所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的所述宽度,其中所述多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度,从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进行局部调整;和
控制器,所述控制器被构造成根据用于所述狭槽模具的操作的多个离散设置之一来设置每个致动器的位置,
其中所述控制器还被构造成从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所述多个离散设置中预测一组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关性。

2.  根据权利要求1所述的系统,其中从与所述挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所述多个离散设置中预测所述一组离散设置包括:使用流体动力学和所述模具的数字模型来从所述多个离散设置中预测所述一组离散设置。

3.  根据权利要求2所述的系统,其中使用流体动力学和所述模具的数字模型来从与所述挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所述多个离散设置中预测所述一组离散设置包括:
分别地对每个致动器处的流体流进行建模,并且基于与所述致动器相关联的所建模的流体流来确定对每个致动器的位置调整。

4.  根据权利要求1-3中任一项所述的系统,其中从与所述挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所述多个离散设置中预测所述一组离散设置包括在轮廓控制策略中使用流量灵敏度矩阵,以用于将涂层厚度 轮廓控制到其所需状态。

5.  根据权利要求4所述的系统,其中所述轮廓控制策略包括高斯-牛顿策略。

6.  根据权利要求4-5中任一项所述的系统,其中所述流量灵敏度矩阵表示在所述模具狭槽的整个宽度上的流量灵敏度与对所述多个致动器中每一个的致动器的位置调整的关系。

7.  根据权利要求1-6中任一项所述的系统,其中在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的所述已知相关性基于在所述涂覆狭槽的轮廓与所述一组离散设置之间的已知相关性以及在所述涂覆狭槽的轮廓与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关性。

8.  根据权利要求1-7中任一项所述的系统,其中所述控制器还被构造成经由用户接口将所预测的一组离散设置提供给使用者。

9.  根据权利要求1-8中任一项所述的系统,其中所述控制器还被构造成在所述狭槽模具的操作期间根据所预测的一组离散设置来设置所述多个致动器中的每一个。

10.  根据权利要求1-9中任一项所述的系统,其中所述控制器还被构造成:
在所述挤出物离开所述涂覆狭槽之后评估所述挤出物的幅材横向轮廓;
基于所述幅材横向轮廓的评估,确定对所预测的一组离散设置进行的调整是否能够在所述挤出物离开所述涂覆狭槽之后提供与所述预选幅材横向轮廓更紧密地匹配的所述挤出物的幅材横向轮廓;
在确定对述预测的一组离散设置进行的调整能够在所述挤出物离开所述涂覆狭槽之后提供与所述预选幅材横向轮廓更紧密地匹配的所 述挤出物的幅材横向轮廓之后,利用所述控制器从与所述预选幅材横向相对应的所述多个离散设置中预测改善的一组离散设置;以及
在所述狭槽模具的连续操作期间,通过使所述挤出物穿过所述流体流通道并离开所述涂覆狭槽,而根据所预测的改善的一组离散设置重新定位所述致动器。

11.  根据权利要求1-10中任一项所述的系统,其中所述控制器还被构造成从非瞬时性计算机可读介质检索所述预选幅材横向轮廓。

12.  根据权利要求1-11中任一项所述的系统,其中所述控制器还被构造成接收来自用户输入的所述预选幅材横向轮廓。

13.  根据权利要求1-12中任一项所述的系统,还包括多个测量仪表,其中每个测量仪表被构造成对所述狭槽模具进行局部测量,所述局部测量对应于在各自测量仪表的位置处的所述流体流通道的横向厚度,
其中所述控制器还被构造成,当利用所述控制器根据所述一组离散设置定位所述致动器中的每一个包括监测时,监测来自所述多个测量仪表中的所述测量仪表的局部测量,并且针对所述致动器中的每一个调整所述致动器的相对位置,直到所述致动器在由所述一组离散设置限定的所述致动器的各自位置处提供所述流体流通道的绝对横向厚度。

14.  根据权利要求13所述的系统,
其中所述狭槽模具还包括节流栓,
其中所述多个致动器被附接到所述节流栓约所述节流栓的宽度,并且
其中所述致动器中的每一个能够操作以通过对所述节流栓在所述流体流通道内的位置进行局部调整来控制在其位置处的所述流体流通道的厚度。

15.  根据权利要求13所述的系统,其中所述多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述涂覆狭槽的横向厚度,从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进行所述局部调整。

16.  根据权利要求15所述的系统,
其中所述狭槽模具还包括旋转杆和与所述旋转杆相对的模唇,
其中所述涂覆狭槽位于所述旋转杆和所述模唇之间,并且
其中所述多个致动器能够操作以通过相对于所述模唇移动所述旋转杆来控制所述涂覆狭槽的横向厚度。

17.  根据权利要求15所述的系统,
其中所述狭槽模具还包括在所述涂覆狭槽的一侧上的柔性模唇,并且
其中所述多个致动器能够操作以通过移动所述柔性模唇来控制所述涂覆狭槽的横向厚度。

18.  根据权利要求1-17中任一项所述的系统,其中所述狭槽模具选自:
膜狭槽模具;
多层狭槽模具;
热熔融挤压涂布模具;
落锤锻模;
旋转杆模具;
粘合剂狭槽模具;
溶剂涂布狭槽模具;
水性涂布模具;和
狭槽供料式刮刀模具。

19.  一种非瞬时性计算机可读介质,所述非瞬时性计算机可读介 质存储被构造用于引起可编程的控制器操作狭槽模具的可执行指令,
其中所述狭槽模具包括:
涂覆狭槽,所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度,其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通,和
多个致动器,所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的宽度,其中所述多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度,从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进行局部调整,
其中所述可执行指令被构造用于引起所述可编程控制器进行以下操作:
从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测一组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关性;以及
根据用于所述狭槽模具的操作的所预测的一组离散设置来设置每个致动器的位置。

20.  一种操作狭槽模具的方法,
其中所述狭槽模具包括:
涂覆狭槽,所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度,其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通,和
多个致动器,所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的宽度,其中所述多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度,从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进行局部调整;并且
所述方法包括:
利用控制器从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测一组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关性;以及
根据用于所述狭槽模具的操作的所预测的一组离散设置来设置每个致动器的位置。

说明书

说明书狭槽模具位置调整
技术领域
本公开涉及狭槽模具。
背景技术
一般来讲,狭槽模具包括形成涂覆狭槽的模唇。涂覆狭槽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,就狭槽模具和狭槽模具的部件而言,“宽度”是指狭槽模具及其部件的幅材横向(或辊横向)尺寸。就这一点而言,狭槽模具的涂覆狭槽延伸约狭槽模具的宽度。
狭槽模具常常用来形成挤出物和涂层。例如,狭槽模具在狭槽模具涂布中用来将液体材料涂覆到移动的柔性基底或“幅材”上。存在对狭槽模具涂布的任何数量的技术上的变型。作为一个例子,涂层材料可处于室温或受控温度下。当涂层材料温度升高以确保涂层材料熔融或液化以便处理时,该材料常被称为“热熔融”涂层。在其他实例中,涂层材料可包括溶剂稀释剂。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,并且一些狭槽模具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。
狭槽模具也用来形成挤出物,包括薄膜挤出物或其他挤出物。在一些实例中,挤出物可以是挤出涂层并且被涂覆到幅材基底,该过程可被称为挤出涂布。在其他实例中,挤出的材料直接形成薄膜或幅材。挤出的膜可通过长度取向或拉幅操作进行后续处理。与涂层一样,挤出物可包括单层或多层。
除了其他因素以外,诸如膜或涂层的挤出产品的厚度还取决于挤出物通过狭槽模具的流量。在一个实例中,狭槽模具可包括在流体通道内的可调式节流栓,所述节流栓可用来局部调整通过狭槽模具的挤出物的流量,从而得到所需的厚度轮廓。狭槽模具还可包括柔性的模唇,所述柔性的模唇可用来局部调整涂覆狭槽本身的厚度以控制来自涂覆狭槽的挤出物的流量,从而得到所需的厚度轮廓。
狭槽模具可包括间隔约涂覆狭槽的宽度的多个致动器,以便为挤出产品得到所需的厚度轮廓。例如,可以构造每个致动器,从而对节流栓或柔性模唇的局部位置进行调整。
在使用狭槽模具开始挤出过程之后,可以测量挤出物的幅材横向轮廓。随后可能需要单独地调整每个致动器,从而为挤出产品在涂覆狭槽的整个宽度上得到所需的厚度轮廓,例如一致的厚度。
发明内容
通常,本公开涉及根据在挤出期间挤出产品的所需性质或狭槽模具的所需性质而用于预选致动器设置的技术。在一个实例中,可根据挤出产品的预选幅材横向轮廓选择多个致动器中每个致动器的位置。在另一个实例中,可根据在模具操作期间的预选模腔压力选择多个致动器中每个致动器的位置。
在一个实例中,本公开涉及包括狭槽模具和多个致动器的系统,所述狭槽模具包括延伸约所述狭槽模具的宽度的涂覆狭槽,所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的宽度,其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。该系统还包括控制器,该控制器被构造成根据用于狭槽模具的操作的多个离散设置之一来设置每个致动器的所述 位置。控制器还被构造成从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测该组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置和所述挤出物的所述幅材横向轮廓之间的已知相关性。
在另一个实例中,本公开涉及非瞬时性计算机可读介质,所述非瞬时性计算机可读介质存储被构造用于引起可编程的控制器操作狭槽模具的可执行指令。其包括涂覆狭槽和多个致动器,所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度,所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的所述宽度,其中涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。可执行指令被构造用于引起可编程的控制器从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测该组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置和所述挤出物的所述幅材横向轮廓之间的已知相关性,并且根据所预测的一组离散设置为狭槽模具的操作设置每个致动器的所述位置。
在又一个实例中,本公开涉及操作狭槽模具和多个致动器的方法,所述多个致动器间隔约狭槽模具的宽度,其中所述狭槽模具包括延伸约所述狭槽模具的宽度的涂覆狭槽,其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。该方法包括:利用控制器从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测该组离散设置,所述预测基于在所述一组离散设置和所述挤出物的所述幅材横向轮廓之间的已知相关性;以及根据所预测的一组离散设置为狭槽模具的操作设置每个致动器的所述位置。
附图和以下说明中示出了本发明的一个或多个实例的细节。从说明、附图、以及从权利要求书中,本公开的其他特征、目标和优点将 显而易见。
附图说明
图1A–1B示出具有多个致动器的包括节流栓的狭槽模具,每个致动器能够操作以调整在其位置处的流体流通道的横向厚度。
图2示出包括可调式旋转杆且具有连接到旋转杆的多个致动器的狭槽模具,每个致动器能够操作以调整在其位置处的旋转杆的局部位置并因此调整涂覆狭槽的局部厚度。
图3示出包括柔性模唇且具有连接到柔性模唇的多个致动器的狭槽模具,每个致动器能够操作以调整在其位置处的柔性模唇的局部位置并因此调整涂覆狭槽的局部厚度。
图4示出包括定位传感器和控制器的致动器组件,所述控制器用于基于定位传感器的输出选择致动器组件的位置。
图5是示出用于根据挤出产品的预选幅材横向轮廓选择狭槽模具的多个致动器中每个致动器的位置的技术的流程图。
图6是示出用于根据在模具操作期间的预选模腔压力选择狭槽模具的多个致动器中每个致动器的位置的技术的流程图。
图7是示出用于在继续操作模具的同时通过增加邻近致动器中的每一个的流体流通道的横向厚度来清空狭槽模具的技术的流程图。
图8是示出用于在继续操作模具的同时通过基本上关闭邻近致动器中的每一个的流体流通道来吹扫狭槽模具的技术的流程图。
图9示出包括通过反复调整狭槽模具中的致动器位置设置而形成的图案的带涂层。
图10示出包括通过反复调整狭槽模具中的致动器位置设置而形成的图案的挤出产品。
图11A–11D示出用于狭槽模具控制器的实例用户接口。
图12–14示出可用来选择所需模具狭槽轮廓或模具狭槽轮廓中的变化的碰撞测试数据。
图15示出展示用于选择输入以改变致动器位置从而得到所需模具狭槽轮廓的技术的实例工作表。
图16和17示出流量灵敏度轮廓,该流量灵敏度轮廓可用来选择所需模具狭槽轮廓或模具狭槽轮廓中的变化,从而得到所需的挤出物轮廓。
图18示出利用一组致动器组件改造狭槽模具的技术。
具体实施方式
图1A–1B示出狭槽模具10。狭槽模具10包括上模块2和下模块3。上模块2与下模块3结合形成通过狭槽模具10的流体流通道。流体流通道包括入口5、模腔4和涂覆狭槽6。涂覆狭槽6位于安装到上模块2的旋转杆12和下模块3的模唇13之间。因为狭槽模具10包括在其涂覆狭槽处的旋转杆12,所以狭槽模具10可被称为旋转杆模具。
狭槽模具10包括延伸横跨狭槽模具10内的流体流通道的宽度的节流栓11。作为一个例子,在节流栓11处狭槽模具10内的流体流通道的宽度可与涂覆狭槽6的宽度大致相同,使得节流栓11延伸约涂覆狭槽6的宽度。致动器组件200安装在公共安装托架9上并且间隔约狭槽模具10的宽度。在一些实例中,安装托架9可以是分段的,如,安装托架9可包括用于每个致动器组件200的单独的结构。每个致动器组件200能够操作以通过改变节流栓11在模具10内的挤出物的流体流通道内的位置而在其各自位置处将流体流通道的横向厚度调整约狭槽模具10的宽度,从而得到对通过涂覆狭槽6的流体流的局部调整。
在狭槽模具10的操作期间,挤出物在流体流通道入口5处进入狭槽模具10并且继续通过包括模腔4的狭槽模具10的流体流通道,直到挤出物通过涂覆狭槽6离开并且被涂覆到移动的辊7。在一些实例中,挤出产品可涂覆到移动的幅材(未示出),在其他实例中,挤出产品可直接涂覆到辊7。挤出产品和幅材(如适用)可在一系列辊上运行以允许挤出产品冷却。可对辊7下游的挤出产品进行一个或多个附加的过程。虽然不与本公开密切相关,但此类过程包括(但不限于)拉伸、涂布、拉幅、印刷、切割、轧制等。
如图1B中最清楚示出的,狭槽10包括安装在公共安装托架9上的一组五个致动器组件200。每个致动器组件200附接到节流栓11并且致动器组件200间隔约节流栓11的宽度。致动器中的每一个能够操作以通过提供对节流栓11在狭槽模具10内的流体流通道内的位置的局部调整而控制在其位置处的流体流通道的厚度。
如参照图4进一步详细讨论的,致动器组件200中的每一个包括驱动线性致动器的电机。致动器组件200中的每一个还包括精密传感器,例如线性可变差动变压器(LVDT)或线性编码器,所述精密传感器检测线性致动器的输出轴的位置移动。线性致动器组件200的输出轴间隔约节流栓11的宽度,使得每个线性致动器组件200能够操作以调整节流栓的局部位置。如下文进一步详细讨论的,每个线性致动器的位置可单独地选择,从而得到挤出产品的所需幅材横向轮廓。此外,线性致动器组件200的位置还可以在狭槽模具10的操作期间,通过调整狭槽模具10内邻近节流栓11的流体流通道的总横截面积而精确协调,从而得到模腔4内的所需模腔压力。在其他实例中,每个致动器组件200的位置可主动控制以产生具有图案化特征(诸如重复或随机的图案化特征)的挤出产品。如本文所提到的,对致动器或致动器组件的位置的引用旨在更具体地表示致动器输出轴的相对定位。
图2示出狭槽模具20。狭槽模具20包括可调式旋转杆22,其中多个致动器组件200连接到旋转杆22。每个致动器组件200能够操作以在其位置处调整旋转杆22的局部位置并且因此调整涂覆狭槽6的局部厚度。狭槽模具20的一些方面类似于狭槽模具10的这些方面并且关于狭槽模具20以有限的细节讨论。具有与狭槽模具10中的部件相同的附图标记的狭槽模具20的部件基本上类似于狭槽模具10的类似附图标记的部件。
狭槽模具20包括上模块2和下模块3。上模块2与下模块3结合 形成通过狭槽模具20的流体流通道。流体流通道包括入口5、模腔4和涂覆狭槽6。涂覆狭槽6位于安装到上模块2的可调式旋转杆22和下模块3的模唇13之间。因为狭槽模具20包括在其涂覆狭槽处的可调式旋转杆22,所以狭槽模具20可被称为旋转杆模具。
狭槽模具20与狭槽模具10的不同之处在于涂覆狭槽6的厚度受连接到旋转杆22的致动器组件200控制。致动器组件200安装在公共安装托架9上并且间隔约狭槽模具20的宽度。每个致动器组件200能够操作以通过改变旋转杆22的位置而在其各自位置处将流体流通道的横向厚度调整约狭槽模具20的宽度,从而得到对通过涂覆狭槽6的流体流的局部调整。尽管图2中仅示出一个致动器组件200,但狭槽模具20包括间隔约旋转杆22和狭槽模具20的宽度的一组致动器组件200,并且类似于如图1B所示的致动器组件200的布置。
在狭槽模具20的操作期间,挤出物在流体流通道入口5处进入狭槽模具20并且继续通过包括模腔4的狭槽模具20的流体流通道,直到挤出物通过涂覆狭槽6离开并且被涂覆到移动的辊7。在一些实例中,挤出产品可涂覆到移动的幅材(未示出),在其他实例中,挤出产品可直接涂覆到辊7。挤出产品和幅材(如适用)可在一系列辊上运行以允许挤出产品冷却。可对辊7下游的挤出产品进行一个或多个附加的过程,此类过程包括(但不限于)拉伸、涂布、拉幅、印刷、切割、轧制等。
致动器组件200中的每一个能够操作以通过提供对旋转杆22位置的局部调整而在其位置处控制流体流通道的厚度。如下文进一步详细讨论的,每个致动器组件200的位置可单独地选择,从而得到挤出产品的所需幅材横向轮廓。此外,线性致动器组件200的位置还可以在狭槽模具20的操作期间,通过调整涂覆狭槽6的总横截面积而精确协调,从而得到模腔4内的所需模腔压力。在其他实例中,每个致动器组件200的位置可主动控制以产生具有图案化特征(诸如重复或随机 的图案化特征)的挤出产品。
虽然狭槽模具20不包括节流栓,但在其他实例中,具有可调式旋转杆的狭槽模具也可以包括可调式节流栓,类似于狭槽模具10的节流栓11。此类节流栓的位置可通过一组致动器进行局部控制,就像狭槽模具10的节流栓11那样。
图3示出狭槽模具30。狭槽模具30包括柔性模唇32,其中多个致动器组件200连接到柔性模唇32。每个致动器组件200能够操作以在其位置处调整柔性模唇32的局部位置并且因此调整涂覆狭槽6的局部厚度。狭槽模具30的一些方面类似于狭槽模具10和狭槽模具20的这些方面并且关于狭槽模具30以有限的细节讨论。具有与狭槽模具10和狭槽模具20中的部件相同的附图标记的狭槽模具30的部件基本上类似于狭槽模具10和狭槽模具20的类似附图标记的部件。
狭槽模具30包括上模块2和下模块3。上模块2与下模块3结合形成通过狭槽模具30的流体流通道。流体流通道包括入口5、模腔4和涂覆狭槽6。涂覆狭槽6位于作为上模块2的一部分的模唇34和下模块3的柔性模唇32之间。
狭槽模具30与狭槽模具10的不同之处在于涂覆狭槽6的厚度受连接到柔性模唇32的致动器组件200控制。致动器组件200安装在公共安装托架9上并且间隔约狭槽模具30的宽度。每个致动器200能够操作以通过改变柔性模唇32的位置而在其各自位置处将流体流通道的横向厚度调整约狭槽模具30的宽度,从而得到对通过涂覆狭槽6的流体流的局部调整。尽管图3中仅示出一个致动器300,但狭槽模具30包括间隔约柔性模唇32和狭槽模具30的宽度的一组致动器组件200,并且类似于如图1B所示的致动器组件200的布置。
在狭槽模具30的操作期间,挤出物在压力下在流体流通道入口5 处进入狭槽模具30并且继续通过包括模腔4的狭槽模具30的流体流通道,直到挤出物通过涂覆狭槽6离开并且被涂覆到移动的辊7。在一些实例中,挤出产品可涂覆到移动的幅材(未示出),在其他实例中,挤出产品可直接涂覆到辊7。挤出产品和幅材(如适用)可在一系列辊上运行以允许挤出产品冷却。
在其他实例中,狭槽模具30可与不同构型的辊一起使用。例如,挤出物可形成下落到下游辊上的帘幕,在这种情况下所述下游辊被称为浇注轮,其温度可以受到控制。在其他实例中,挤出物帘幕可竖直地或横向水平地(或以任何角度)下落到两个辊的辊隙中以用于后续处理。这通常用于膜挤出和挤压涂布操作中。
可对辊7下游的挤出产品进行一个或多个附加的过程,此类过程包括(但不限于)拉伸、涂布、拉幅、印刷、切割、轧制等。
致动器组件200中的每一个能够操作以通过提供对柔性模唇32位置的局部调整而在其位置处控制流体流通道的厚度。如下文进一步详细讨论的,每个致动器组件200的位置可单独地选择,从而得到挤出产品的所需幅材横向轮廓。此外,线性致动器组件200的位置还可以在狭槽模具30的操作期间,通过调整涂覆狭槽6的总横截面积而精确协调,从而得到模腔4内的所需模腔压力。在其他实例中,每个致动器组件200的位置可主动控制以产生具有图案化特征(诸如重复或随机的图案化特征)的挤出产品。
虽然狭槽模具30不包括节流栓,但在其他实例中,具有柔性模唇的狭槽模具也可以包括可调式节流栓,类似于狭槽模具10的节流栓11。此类节流栓的位置可通过一组致动器进行局部控制,就像狭槽模具10的节流栓11那样。
图4示出包括致动器组件200、零游隙联轴器240和控制器300 的组件。如图1A–3所示,致动器组件200可通过以下方式在狭槽模具中使用,从而对狭槽模具的流体流通道进行局部调整,如,与狭槽模具20、30一样通过调整涂覆狭槽的厚度,或者与狭槽模具10一样通过调整狭槽模具内的流体流通道的厚度。
致动器组件200包括电机210、联接到电机210的线性致动器220、和定位传感器230。作为一个例子,电机210可以是步进电机。电机210的输出轴(未示出)机械联接到线性致动器220。传感器230感测线性致动器220的位置。例如,传感器230可以是LVDT传感器或线性编码器。传感器230用夹具232固定到线性致动器220的输出轴222,并且精确地测量线性致动器220的输出轴222的相对位置。在其他实例中,传感器230可测量输出联轴器240、模具致动器连杆252、柔性模唇32、旋转杆22或节流栓11。作为一个例子,适合用作致动器组件200的致动器组件可得自霍尼韦尔国际股份有限公司(Honeywell International Incorporated(Morristown,New Jersey))。
控制器300接收来自电机210和传感器230两者的位置输入。例如,电机210可以是步进电机并且可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230可向控制器300提供比由电机210所提供的更精确的位置信息。控制器300将指令提供给电机210,以将致动器220的输出轴222驱动至预选位置。例如,控制器300可在操作电机210的同时使用传感器230监测致动器220的输出轴222的位置,以便根据预选位置定位致动器220的输出轴222。在一些实例中,控制器300可同时地或顺次地控制一组致动器组件200。例如,控制器300可控制狭槽模具10中的致动器组件200中的每一个,如图1B所示。
在狭槽模具10、20、30中,致动器220的输出轴222通过零游隙联轴器240连接到模具致动器连杆252。零游隙联轴器240包括螺纹连接在一起的两个半块:下半块242和上半块244。下半块242用螺钉直 接附接到模具致动器连杆252。此外,零游隙联轴器240还包括叠置的突起组件,该组件用螺栓连接到致动器220的输出轴222的端部上。叠置的突起组件包括围绕绝缘盘248的两个金属盘246。作为一个例子,绝缘盘248可包括陶瓷材料。下半块242和上半块244结合,以环绕叠置的突起组件,所述叠置的突起组件包括用螺栓连接到致动器220的输出轴222的端部上的金属盘246和绝缘盘248。一旦上半块244牢固地通过螺纹连接到下半块242,致动器220的输出轴222就有效地连接到零游隙联轴器240和模具致动器连杆252。
零游隙联轴器240用来将致动器组件200与狭槽模具热隔离。具体地讲,绝缘盘248显著地限制致动器220的输出轴222和模具致动器连杆252之间的金属间接触路径。这有助于保护致动器组件200不受狭槽模具的热量损坏。例如,狭槽模具通常在超过300℉的温度下操作,而包括电机210和传感器230在内的致动器组件200的部件在经受超过130℉的温度时可能出现有限的功能或甚至永久性损坏。为此,零游隙联轴器240可用来将致动器组件200的温度保持在130℉或以下。在一些实例中,盘246也可由非金属材料形成,使得在致动器220的输出轴222和模具致动器连杆252之间不存在金属间接触。此类实例将致动器组件200与狭槽模具外壳进一步热隔离。在其他实例中,联轴器240的表面积可选择成耗散热量以将致动器组件200的温度保持在130℉或以下。这可以独立地使用或与绝缘盘248结合使用。在另外的实例中,可使用主动热控制来冷却零游隙联轴器240、输出轴222或致动器组件200。主动热控制的合适的例子包括对流空气流、循环液体和热电子装置。
相比使用差速器螺栓作为致动机构的狭槽模具设计,零游隙联轴器240以有限游隙或零游隙将致动器220的输出轴222联接到模具致动器连杆252。然而,由于差速器螺栓机构可具有100微米以上的游隙,所以零游隙联轴器240可提供几乎为零的游隙,例如小于10微米、或甚至小于5微米,例如约3微米。
在使用一组差速器螺栓来控制涂覆狭槽宽度或节流栓位置的狭槽模具中,每个差速器螺栓的相对大的游隙意味着调整一个差速器螺栓的位置可能改变在其他螺栓处的流体流通道的厚度。为此,在操作挤出模具的同时,可能永远不知道节流栓的绝对位置。相比之下,在狭槽模具10、20、30中,致动器220的输出轴222的位置直接对应于节流栓11(用于狭槽模具10)、旋转杆22(用于狭槽模具20)和柔性模唇32(用于狭槽模具30)的局部位置。为此,狭槽模具10、20和30有利于进行在使用差速器螺栓作为致动机构的狭槽模具中不可用的可重复的精确定位。
图5是示出用于根据挤出产品的预选幅材横向轮廓选择狭槽模具的多个致动器中每个致动器的位置的技术的流程图。虽然不限于本文所公开的狭槽模具,但为清楚起见,图5的技术相对于狭槽模具10(图1A–1B)、致动器组件200(图4)和控制器300(图4)进行描述。在不同的实例中,图5的技术可用于条带涂布、膜狭槽模具、多层狭槽模具、热熔融挤压涂布模具、落锤锻模、旋转杆模具、粘合剂狭槽模具、溶剂涂布狭槽模具、水性涂布模具、狭槽供料式刮刀模具或其他狭槽模具。
首先,获得诸如狭槽模具10的狭槽模具(502)。狭槽模具包括延伸约狭槽模具的宽度的涂覆狭槽和间隔约狭槽模具的宽度的多个致动器。涂覆狭槽与通过狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。
接下来,获得与每个致动器通信的诸如控制器300的控制器(504)。控制器被构造成根据诸如传感器230的测量位置和/或电机210的步进电机设置的多个离散设置之一设置每个致动器的所述位置。
使用流体动力学和模具10的数字模型,例如模具10的实体模型,控制器300从与预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测一组离散设置(506)。在不同的实例中,控制器300可从非瞬时性计算机可读介质检索预选幅材横向轮廓或者可以接收来自用户输入的预选幅材横向轮廓。
在不同的实例中,预测的设置可对应于来自传感器230的测量和/或电机210的离散位置设置。传感器230可向控制器300提供比由电机210提供的更精确的位置信息。为此,控制器300可基于来自传感器230的测量预测致动器组件200的设置并且可以根据预测的设置操作电机210以定位输出轴222,而不是将电机210直接驱动至对应于预测位置的多个步进点。
在包括诸如致动器组件200的多个致动器组件的狭槽模具中,每个致动器组件包括诸如传感器230的测量仪表,每个测量仪表被构造成提供狭槽模具的局部测量、对应于在各自测量仪表的位置处的流体流通道的横向厚度的局部测量。当诸如控制器200的控制器例如根据一组离散设置定位致动器中的每一个时,控制器可监测来自测量仪表的局部测量。然后控制器可针对致动器中的每一个调整致动器的相对位置,直到致动器在由所述一组离散设置限定的致动器的各自位置处提供流体流通道的绝对横向厚度。
流体动力学、挤出物的流体性质和模具的数字模型允许控制器300预测狭槽模具10的致动器的离散设置。在许多应用中,希望在模具的整个宽度上提供挤出产品的一致的厚度。作为条带涂布的另一个实例,控制器可预测狭槽模具10的致动器的离散设置以从对应于预选条带宽度的多个离散设置中预测一组离散设置。
对流过模具的挤出物建模可整合模具自身的许多方面,包括涂覆狭槽宽度、从歧管腔体到涂覆狭槽出口的距离和狭槽厚度,其中狭槽 厚度是在限定狭槽自身的两个平行表面之间的涂覆狭槽的窄尺寸。在获得流的均匀性和涂布产品的关键均匀性的过程中的一个基本问题是构造具有模具狭槽“厚度”的可能的最佳均匀性的模具的能力。灵敏度大于线性的,这意味着模具狭槽厚度中的变化在挤出产品中被放大。
流的建模可以利用表征流体流变性的任何合适的模型。例如,流的建模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。作为一个实例,对于幂律流体来说,狭槽中的流与狭槽几何形状之间的关系由下列公式给出:
QW=nB22(1+2n)(BP/2KL)1/n]]>   (公式1)
在公式1中,Q/W为单位宽度的流量,B为狭槽高度,P为压力,L为狭槽长度(对应于模具宽度),n为幂律指数,并且K为幂律粘度的系数。牛顿恒定粘度流体的n=1,因此K为数值粘度。
又如,狭槽均匀度可通过狭槽的壁的均匀度来表征。如果每个狭槽具有2t的总指示偏差量或TIR,那么来自狭槽的流的均匀度百分比为:
%=100((B+t)(2+1/n)-(B-t)(2+1/n))/B(2+1/n)   (公式2)
对于恒定粘度(牛顿)流体来说,这意味着涂布均匀度变为狭槽高度(B)的立方。该关系示出为公式3。
涂布均匀度%=100((B最大)3-(B最小)3)/B平均3   (公式3)
然而公式3可能不直接用来预测狭槽设置,因为公式3可能未考虑包括与挤出流量、材料、模具设计本身有关的细节的所有细节。然 而,公式3证明了提供横跨模具宽度的精确调整的厚度的重要性。具体地讲,公式3证明,流体流通道的厚度中的任何变化在所得的挤出产品的幅材横向轮廓中都被放大。
公式1可以例如用来预测模具狭槽变化,因为根据本文所公开的技术并通过推理模具狭槽厚度B,致动器的位置结合所需挤出物目标厚度、当前测量的挤出物厚度而得知。此前,例如由于差速器螺栓中的游隙,一直不能知道在挤出过程期间模具狭槽厚度的绝对位置。利用已知的目标厚度和测量的挤出产品厚度轮廓,公式1可预测合适的模具狭槽变化。例如,我们通过推理可从已知模具狭槽厚度轮廓和测量的挤出产品厚度轮廓知道模具狭槽厚度轮廓和挤出产品厚度轮廓之间的关系,并且因此可以预测狭槽厚度轮廓以获得目标厚度轮廓。
假设流动通道的其他元件具有较低重要性,则对于牛顿流体来说,对应于致动器“i”的预测狭槽厚度B’i如公式4所示计算。
Bi=(titi)1/3Bi]]>   (公式4)
对于幂律流体来说,公式4可表示为公式5。
Bi=Bi(titi)(1/2+1n)]]>   (公式5)
为了进行说明,流体力学预测可包括模具的几何情况。对于诸如图3中的柔性模唇32的柔性模唇来说,狭槽高度可通过考虑用在铰接点处的标称固定狭槽收敛或发散狭槽来更好地逼近。假设铰接点狭槽保持恒定,则应用公式6。
   (公式6)
根据流体力学润滑逼近:
   (公式7)
这导致公式8。公式9代表公式8的ci。
   (公式8)
   (公式9)
这些闭型实例是可用的,但很显然,可以将模型扩大至包括力学、热学和流体动力学过程细节中的每一个可设想的细节。预测模型的质量越好,本文所公开的技术就将越快地集中到用于所需挤出物轮廓的最佳操作条件。
公式1–9仅仅是示例性的,并且可以使用任何数量的公式来预测对应于预选幅材横向轮廓的狭槽模具10中的致动器组件200的设置。例如,预测狭槽模具10中的致动器组件200的最佳设置可包括对贯穿狭槽模具10和挤出物的热传递和热耗散建模。此类预测性建模可包括预测由于热和流动引起的力导致的模具组件和机械元件的机械挠曲。如前所述,此类模型可依赖于有限元分析,或者可以使用更一般的公式来预测对应于预选幅材横向轮廓的狭槽模具10中的致动器组件200的设置。
一旦控制器300预测了对应于预选幅材横向轮廓的狭槽模具10中的致动器组件200的设置,就通过利用根据一组预测的设置定位的致动器组件200使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽6而操作狭槽 模具10(508)。
在狭槽模具10的操作期间,控制器根据挤出产品的测量评估在挤出物离开涂覆狭槽之后挤出物的幅材横向轮廓(510)。例如,控制器300可接收来自在多个幅材横向位置处直接测量挤出产品的厚度的传感器的输入。作为一个实例,在狭槽模具操作期间可使用β射线测厚仪来测量挤出产品的厚度。对于条带涂布来说,控制器300可接收来自直接测量条带宽度和/或各个条带的厚度的传感器的输入。利用幅材横向轮廓的评估、流体动力学和模具的数字模型,控制器300随后确定对预测的一组离散设置进行的调整是否可在挤出物离开涂覆狭槽之后提供与预选幅材横向轮廓更紧密地匹配的挤出物的幅材横向轮廓。
如果控制器300确定对预测的一组离散设置进行的调整可在挤出物离开涂覆狭槽之后提供与预选幅材横向轮廓更紧密地匹配的挤出物的幅材横向轮廓,则控制器从与预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测出改善的一组离散设置(512)。在通过使挤出物流过流体流通道并离开涂覆狭槽而继续操作狭槽模具的同时,控制器300根据所预测的改善的一组离散设置重新定位致动器(514)。可重复步骤510、512和514,直到控制器300确定预测的一组设置不能被改善和/或以规则性间隔保持所需的幅材横向轮廓。一组离散设置(514)可被保存为用于未来检索的配方并且在需要类似的材料、挤出或涂布性质和处理条件时随后在未来的时间分钟、小时或年份使用。
图6是示出用于根据预选模腔压力选择狭槽模具的多个致动器中每个致动器的位置的技术的流程图。虽然不限于本文所公开的狭槽模具,但为清楚起见,图6的技术相对于狭槽模具10(图1A–1B)、致动器组件200(图4)和控制器300(图4)进行描述。在不同的实例中,图6的技术可用于膜狭槽模具、多层狭槽模具、热熔融挤压涂布模具、落锤锻模、旋转杆模具、粘合剂狭槽模具、溶剂涂布狭槽模具、水性涂布模具、狭槽供料式刮刀模具或其他狭槽模具。
首先,获得诸如狭槽模具10的狭槽模具(602)。狭槽模具包括延伸约狭槽模具的宽度的涂覆狭槽和间隔约狭槽模具的宽度的多个致动器。涂覆狭槽与通过狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。
接下来,获得与每个致动器通信的诸如控制器300的控制器(604)。控制器被构造成根据诸如传感器230的测量位置和/或电机210的步进电机设置的多个离散设置之一设置每个致动器的所述位置。
使用流体动力学和模具10的数字模型,例如模具10的实体模型,控制器300从与预选模腔压力相对应的多个离散设置中预测一组离散设置(606)。在不同的实例中,控制器300可从非瞬时性计算机可读介质检索预选模腔压力或者可以接收来自用户输入的预选模腔压力。
在不同的实例中,预测的设置可对应于来自传感器230的测量和/或电机210的离散位置设置。传感器230可向控制器300提供比由电机210所提供的更精确的位置信息。为此,控制器可基于来自传感器230的测量预测致动器组件200的设置并且可以根据预测的设置操作电机210以定位输出轴222,而不是将电机210直接驱动至对应于预测位置的多个步进点。
流体动力学、挤出物的已知流体性质和模具的数字模型允许控制器300预测狭槽模具10的致动器的离散设置。对流过模具的挤出物建模可整合模具自身的许多方面,包括涂覆狭槽宽度、从歧管腔体到涂覆狭槽出口的距离和狭槽厚度,其中狭槽厚度是在限定狭槽自身的两个平行表面之间的涂覆狭槽的窄尺寸。
可使用任何数量的公式来预测对应于预选模腔压力的狭槽模具10 中的致动器组件200的设置。例如,预测狭槽模具10中的致动器组件200的最佳设置可包括对贯穿狭槽模具10和挤出物的热传递和热耗散建模。如前所述,此类模型可依赖于有限元分析,或者可以使用更一般的公式来预测对应于预选模腔压力的狭槽模具10中的致动器组件200的设置。
一旦控制器300预测了对应于预选模腔压力的狭槽模具10中的致动器组件200的设置,就通过利用根据一组预测的设置定位的致动器组件200使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽6而操作狭槽模具10(608)。
在狭槽模具10的操作期间,控制器测量模腔4内或在流体通道中合适的测量点处的模腔压力(610),该测量可在流体流通道入口5之前或之后进行。例如,控制器300可以接收来自直接测量模腔4内的模腔压力的传感器的输入。利用测量的模腔压力、流体动力学和模具的数字模型,控制器300随后确定对预测的一组离散设置进行的调整是否可提供更紧密地匹配预选模腔压力的模腔压力。
如果控制器300确定对预测的一组离散设置进行的调整可提供更紧密地匹配预选模腔压力的模腔压力,则控制器从与预选模腔压力相对应的多个离散设置中预测改善的一组离散设置(612)。在通过使挤出物流过流体流通道并离开涂覆狭槽而继续操作狭槽模具的同时,控制器300根据所预测的改善的一组离散设置重新定位致动器(614)。可重复步骤610、612和614,直到控制器300确定预测的一组设置不能被改善和/或以规则性间隔保持所需的模腔压力。
在一些实例中,图6的技术可与图5的技术结合。例如,控制器300可尝试提供具有一致厚度的幅材横向轮廓,同时也保持预选模腔压力。在这样的实例中,控制器300可使用相对于图5和图6讨论的相同流体动力学和模具的数字模型来确定将提供幅材横向轮廓和预选模 腔压力两者的致动器组件200的设置。在一个实例中,压力控制使得能够控制布置成涂布条带或精确的宽度的模具。此外,可以实现压力控制,其中与控制器300通信的用于检测条带宽度的传感器用来选择模具压力控制。一组离散设置(514)可被保存为用于未来检索的配方并且在需要类似的材料、挤出或涂布性质和处理条件时随后在未来的时间分钟、小时或年份使用。
图7是示出用于在继续操作模具的同时通过增加邻近致动器中的每一个的流体流通道的横向厚度来清空狭槽模具的技术的流程图。虽然不限于本文所公开的狭槽模具,但为清楚起见,图7的技术相对于狭槽模具10(图1A–1B)、致动器组件200(图4)和控制器300(图4)进行描述。在不同的实例中,图7的技术可用于膜狭槽模具、多层狭槽模具、热熔融挤压涂布模具、落锤锻模、旋转杆模具、粘合剂狭槽模具、溶剂涂布狭槽模具、水性涂布模具、狭槽供料式刮刀模具或其他狭槽模具。
首先,获得诸如狭槽模具10的狭槽模具(702)。狭槽模具包括延伸约狭槽模具的宽度的涂覆狭槽和间隔约狭槽模具的宽度的多个致动器。涂覆狭槽与通过狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。
接下来,获得与每个致动器通信的诸如控制器300的控制器(704)。控制器被构造成根据诸如传感器230的测量位置和/或电机210的步进电机设置的多个离散设置之一设置每个致动器的所述位置。控制器300接着根据从多个离散设置选择的一组离散设置用控制器定位致动器中的每一个(706),并且通过利用根据该组离散设置定位的致动器组件200使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽6而操作狭槽模具10(708)。
接下来,例如由控制器300或由用户观察在挤出物流出涂覆狭槽 之后挤出物的轮廓中的缺陷。如结合公式3所讨论的,对模具狭槽中的流动的任何小的扰动将导致从模具狭槽发出的液体的流动中断,从而影响挤出产品或涂层的幅材横向均匀度。通常,此类扰动与凝胶或颗粒物卡在模具狭槽自身中有关。在涂层中,这种流动阻塞导致涂层中的条痕或带(如果更宽)。在膜挤出中,这导致不期望的分模线。为此,希望允许杂质穿过模具。
为了允许杂质穿过模具,一旦观察到在挤出物流出涂覆狭槽之后挤出物的轮廓中存在缺陷,控制器300就增加邻近致动器组件200中的每一个的流体流通道的横向厚度,同时继续使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽(710)。例如,控制器300可一致地或顺次地操作致动器组件200以增加通过狭槽模具10的流体流通道的厚度。
在增加邻近致动器中的每一个的流体流通道的横向厚度以允许扰动清空模具、同时继续使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽之后,控制器根据初始的一组离散设置(即,在吹扫操作之前最近的一组经调整的设置)利用控制器重新定位致动器中的每一个,以利用根据初始的一组离散设置定位的致动器重新开始操作狭槽模具(712)。在一些实例中,根据初始的一组离散设置对致动器的重新定位可在增加邻近致动器的流体流通道的横向厚度之后30分钟内进行,例如,不到15分钟、不到5分钟、不到2分钟或甚至不到1分钟就进行。
图8是示出用于在继续操作模具的同时通过基本上关闭邻近致动器中的每一个的流体流通道来吹扫狭槽模具的技术的流程图。虽然不限于本文所公开的狭槽模具,但为清楚起见,图8的技术相对于狭槽模具10(图1A–1B)、致动器组件200(图4)和控制器300(图4)进行描述。在不同的实例中,图8的技术可用于膜狭槽模具、多层狭槽模具、热熔融挤压涂布模具、落锤锻模、旋转杆模具、粘合剂狭槽模具、溶剂涂布狭槽模具、水性涂布模具、狭槽供料式刮刀模具或其他狭槽模具。
首先,获得诸如狭槽模具10的狭槽模具(802)。狭槽模具包括延伸约狭槽模具的宽度的涂覆狭槽和间隔约狭槽模具的宽度的多个致动器。涂覆狭槽与通过狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。
接下来,获得与每个致动器通信的诸如控制器300的控制器(804)。控制器被构造成根据诸如传感器230的测量位置和/或电机210的步进电机设置的多个离散设置之一设置每个致动器的所述位置。控制器300接着根据从多个离散设置选择的一组离散设置用控制器定位致动器中的每一个,并且通过利用根据该组离散设置定位的致动器组件200使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽6而操作狭槽模具10(806)。
接下来,用户或者控制器300决定中断通过狭槽模具10的挤出过程。因此,控制器300基本上关闭邻近致动器组件200中的每一个的流体流通道(808)。例如,控制器300可一致地或顺次地操作致动器组件200以基本上通过狭槽模具10的流体流通道。
实际上,停止通过狭槽模具10的挤出物的流动可能是不期望的;例如,启动至狭槽模具10和挤出物的每个平衡温度可能要花费大量的时间。此外,对于受热的挤出物来说,由于在流动系统中的停滞材料将发生热降解,所以停止流动可能是不期望的。为此,诸如狭槽模具10的狭槽模具可包括放气阀(图中未示出)。在流体流通道基本上关闭的同时,一旦通过从放气阀吹扫挤出物,挤出物就可继续流动通过狭槽模具(810)。例如,一旦控制器300由于模腔4内增加的压力而基本上关闭邻近致动器组件200中的每一个的流体流通道,放气阀就可充当减压阀并可自动开启。在其他实例中,放气阀可由控制器300或操作者主动打开。
在继续从放气阀吹扫挤出物的同时基本上关闭邻近致动器组件200中的每一个的流体流通道之后,一旦准备好重新开始操作,控制器300就根据初始的一组离散设置重新定位致动器中的每一个(812)。此外,放气阀自动地或手动地关闭,以重新开始狭槽模具的操作(814)。在一些实例中,根据初始的一组离散设置重新定位致动器以利用根据该组离散设置定位的致动器重新开始操作狭槽模具可在基本上关闭流体流通道之后30分钟内进行,例如不到15分钟、不到5分钟、不到2分钟或甚至不到1分钟就进行。
图9示出条带涂层900,该条带涂层包括形成通过反复调整在狭槽模具中的致动器位置设置而产生的条带图案的条带904。条带904沿方向902同时地从诸如狭槽模具10的单个模具被挤出。具体地讲,条带涂层900提供具有变化的宽度的条带904。
通过根据从多个离散设置选择的第一组离散设置用控制器定位致动器中的每一个并且通过用根据第一组离散设置定位的致动器使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽,可以操作诸如狭槽模具10的狭槽模具,以产生条带904。然后,在使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽的同时,控制器300可用控制器改变致动器的位置以产生具有变化的宽度的条带。
例如,控制器300可在包括第一组离散设置的离散设置的一系列组之间循环,使得条带904的变化的宽度提供诸如图9中所示的基本上重复的图案。控制器300可在使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽的同时继续改变致动器的位置以在挤出物中产生变化的宽度,历时超过10分钟的一段时间,例如超过30分钟的一段时间、超过1小时的一段时间、超过3小时的一段时间或甚至超过12小时的一段时间。
图10示出包括通过反复调整狭槽模具中的致动器位置设置而形成的图案的挤出产品910。挤出产品910沿方向912从诸如狭槽模具 10的模具被挤出。如图10所示,较浅的部分表示图案化产品的相对较厚部分,并且较深的部分表示图案化产品的相对较薄的部分。具体地讲,挤出产品910包括成一角度横跨产品910的宽度延伸的一系列脊。
通过根据从多个离散设置选择的第一组离散设置用控制器定位致动器中的每一个并且通过用根据第一组离散设置定位的致动器使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽,可以操作诸如狭槽模具10的狭槽模具,以产生挤出产品910。然后,在使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽的同时,控制器300可用控制器改变致动器的位置以在挤出物中产生图案化的特征。
在一些实例中,控制器300可从多个离散设置中选择随机化的设置,使得挤出物中的图案化的特征为随机化的图案特征。由控制器选择的随机化设置符合用于随机化图案特征的预选规格,例如,此类预选规格可表示平均的挤出产品厚度、产品厚度的标准偏差或其他产品轮廓规格。
在其他实例中,控制器300可在包括第一组离散设置的离散设置的一系列组之间循环,使得挤出物中的图案化特征为例如图10中所示的基本上重复的图案。控制器300可在使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽的同时继续改变致动器的位置以在挤出物中产生图案化的特征,历时超过10分钟的一段时间,例如超过30分钟的一段时间、超过1小时的一段时间、超过3小时的一段时间或甚至超过12小时的一段时间。
控制器300可从非瞬时性计算机可读介质中检索第一组离散设置和图案特征的预选规格。在其他实例中,控制器300可从用户输入接收第一组离散设置和图案特征的预选规格。
图11A–11D示出用于狭槽模具控制器的实例用户接口920。用户 接口920可与控制器300交互以控制一组致动器组件的操作,从而控制狭槽模具的操作。如图11A中所指出的,用户接口920包括所选的狭槽模具操作程序924、模具温度926和模具压力928的指示。用户接口920也包括控制模具的操作的一组可选择的按钮以及对应的取消按钮,所述取消按钮允许用户在可选择的按钮被意外激活的情况下取消对可选择的按钮之一的选中。可选择的按钮930被构造成开始吹扫操作,例如本文相对于图8所公开的技术。可选择的按钮932被构造成开始狭槽清空操作,例如本文相对于图7所公开的技术。可选择的按钮934被构造成在吹扫操作或狭槽清空操作之后根据先前的设置重新开始狭槽模具的操作。
图11A还示出轮廓选项卡940。轮廓选项卡940的选择将显示包括对横跨挤出物产品的宽度测量的挤出物产品轮廓的指示的坐标图。该图表还显示了相对于为挤出物产品的宽度的致动器数。此外,轮廓选项卡940还包括滚动条942,所述滚动条可用来查看在不同时间的挤出物产品轮廓。然而,如图11A中所示,滚动条942在最向前位置,使得轮廓选项卡940显示当前挤出物产品轮廓而不是挤出物产品轮廓的历史记录。
图11B示出狭槽高度选项卡950。狭槽高度选项卡950的选择将显示包括对横跨模具的宽度的狭槽高度的指示的坐标图。该图表还显示了相对于狭槽高度的宽度的致动器数。此外,狭槽高度选项卡950还包括滚动条952,所述滚动条可用来查看在不同时间的狭槽高度。然而,如图11B所示,滚动条952在最向前位置,使得狭槽高度选项卡950显示当前挤出物产品轮廓而不是挤出物产品轮廓的历史记录。狭槽高度选项卡950还包括可选择的按钮,所述可选择的按钮可用来保存当前致动器设置以便以后检索。
图11C示出自动选择平均设定点选项卡960。选中自动选择平均设定点选项卡960,将显示包括与狭槽模具的每个致动器相关的致动器 位置、对应于每个致动器位置的模具狭槽的实际当前高度、以及测量的挤出物质量厚度和高度的图表。此外,自动选择平均设定点选项卡960还包括可选择的更新设定点按钮964。选中可选择的更新设定点按钮964,将引起控制器计算将限制产品轮廓中的波动的新设定点。该新设定点接着显示在自动选择平均设定点选项卡960的图表中。可选择的按钮966允许用户接着根据计算的新设定点改变致动器的位置。
除了以均匀或平坦的涂布/挤出轮廓为目标的“设置为平均”功能之外,控制器300可被设置为有意地产生其他可用的轮廓。例如,在一些挤出操作中,可能希望其中挤出的片材在边缘处较厚的“狗骨形”轮廓。这类轮廓可提供挤出的帘幕的更大稳定性,但以在最终使用前必须撕掉膜的边缘为代价。如果想要在挤出操作的下游拉幅,则狗骨形轮廓有时也是可用的。这种不均一轮廓通过使用公式5实现。当设置“预选轮廓平坦”时,ti’被选为ti值的测量轮廓的平均。为了设置不均一的轮廓,ti’可以是任何所需的不同阵列的目标。
图11D示出自动选择压力选项卡970。选中自动选择压力选项卡970,将显示包括与狭槽模具的每个致动器相关的致动器位置、对应于每个致动器位置的模具狭槽的实际当前高度、以及测量的挤出物质量厚度和高度的图表。此外,自动选择压力选项卡970包括可选择的更新设定点按钮974。选中可选择的更新设定点按钮974,将引起控制器根据“设置新压力”框978中指示的压力计算新设定点。该新设定点接着显示在自动选择压力选项卡970的图表中。可选择的按钮976允许用户接着根据计算的新设定点改变致动器的位置。
在一个实例中,在涂布或膜挤出操作中控制幅材横向厚度轮廓时,相互作用矩阵是用来将输入参数转换成响应或将响应转换成输入参数的有用工具。一个实例是弯曲模唇以实现特定的狭槽间隙轮廓,该轮廓继而产生所需的涂层或膜厚度轮廓。通常,通过认真设计由连接到一个或多个模具狭槽的模腔组成的模具歧管的流动几何特性而将涂层 液体分布在涂布模具的整个宽度上。液体在离开模具之前经过的最终模具狭槽通常具有可通过调整多个致动器而变化的间隙。在狭槽一侧上的模唇可借助于致动器和灵活设计而移动,而相对的模唇通常是固定的和相对刚性的。模唇致动器中的一个或多个被移动,这减小或增加了在致动器所处的位置附近的局部区域中相对的模唇之间的间隙。有时,代替可调的最终间隙,其他上游狭槽中的一个借助于形成狭槽一侧的单独的可调构件(即,节流栓)而变得可调。
不论可调间隙是否为最终模具狭槽或节流栓狭槽、刮刀式涂胶机或其他,该狭槽间隙都将通过测量在多个幅材横向位置处的狭槽间隙来确定,如由公式10所表示的。
hi≡h(xi),i=1,Nm   (公式10)
在这些测量点处的狭槽间隙的值取决于模唇致动器的位置,因此,在完全是一般的情况下,这种依赖性的函数形式可由下面的泰勒级数表示:
h(A)=h0(A0)+∂h∂A|A0·(A-A0)+(A-A0)·∂2h∂A2|A0·(A-A0)+H.O.T]]>
                           (公式11)
在公式11中,h为间隙测量的向量,A为致动器设置的向量,并且h0和A0是指初始的一组致动器设置和间隙测量。其中h的长度将为测量点的数量Nm,并且A的长度将为致动器的数量Na。刚度矩阵是秩为2的Nm×Na矩阵,而海森矩阵是秩为3的Na×Nm×Na矩阵。在一些实例中,模唇移动的范围通常在由线性弹性决定的范围内,使得海森矩阵元素和高阶项的贡献几乎为零。结果,由于致动器位置变化 导致的狭槽间隙的变化可由刚度矩阵单独近似地表示,如由公式12所示。
(h-h0)=∂h∂A·(A-A0)]]>   (公式12)
刚度矩阵具有Nm×Na个元素,并且物理上表示由于在第j个致动器的位置上的变化Aj导致的测量点xi处狭槽间隙中的变化。如果模唇为无限柔性的,则几乎所有刚度矩阵元素将为零–仅当致动器位置与测量点重合时,刚度矩阵元素才是非零的。如果测量点在与致动器相同的位置处,则在这种情况下,刚度矩阵变为对角阵,如由公式13所表示的。
K∂h∂A=kI=kδij]]>   (公式13)
在公式13中,k为将致动器位置变化转换为狭槽间隙变化的比例常数,并且对于每个致动器来说是相同的。但是,真实的模唇不是无限柔性的,并且单个致动器中的变化改变了该致动器位置周围的区域中的狭槽间隙。这种影响的区域延伸的程度体现为离刚度矩阵中出现的对角非零元素的远近程度。这样,模唇刚度矩阵在其元素中并入在致动器移动和横跨模具的整个宽度的狭槽间隙改变之间的所有相互作用。
实验测量模唇的刚度矩阵可通过有限差分实现。当每个致动器独立地移置时横跨模具狭槽宽度的狭槽间隙测量之间的差值会形成刚度矩阵的行。例如,中心差分将进行如下:
Kijhi(A0+Δj)-hi(A0-Δj)2Δj]]>   (公式14)
在公式14中,Δj意味着除了第j个致动器之外所有致动器均在其初始位置处,所述第j个致动器首先沿正方向移置距离Δ,然后沿负方向移置。在与位移量有关的这两个设置处,狭槽间隙测量之间的差值会形成刚度矩阵元素的中心差分近似值。这种方式的中心差分提供了比向前差分或向后差分更高的准确度,但确实需要进行为数两倍的测量。在不同位移处的附加测量将允许使用更高阶的差分技术,但中心差分以有限的努力赋予合理的准确度。
数值差分理论表明存在应在中心差分中用来产生最准确的刚度矩阵项的最佳位移量级(Richard L.Burden et al.,Numerical Analysis131–133(2nd ed.1981)(Richard L.Burden等人,《数值分析》,第131–133页,1981年第二版)。中心差分中隐含的误差在位移大小方面为二阶精确的误差,即,与位移平方成正比。但狭槽间隙测量具有与它们相关联的不确定性,因此当这些误差均被考虑时,Δ的最佳选择为:
   (公式15)
在公式15中,Δh为狭槽间隙测量误差,并且M为间隙-致动器关系的三阶导数的上界。但由于M可能难以估计,所以公式15提供指导,而不是真正的最佳值。
图12显示了对于用来根据公式14计算用于模具的刚度矩阵项的各个致动器位移的狭槽间隙测量(即“碰撞”测试)。具体而言,图12示出移动每个致动器如何改变横跨整个模具狭槽的狭槽模具高度。
使用了对应于狭槽间隙中大约1密耳的变化的致动器位移。在坐标图中可明显看出致动器之间的相互作用–致动器位置变化产生远至 两个相邻致动器距离的狭槽间隙变化。这产生沿矩阵的5条对角线(主对角线加上每一侧的两条对角线)具有基本上非零的元素的模唇刚度矩阵。
以这种方式(即,将公式14应用于图12中显示的狭槽间隙测量)确定的刚度矩阵可以两种方式使用。首先,对于任何一组致动器设置来说,所得的狭槽间隙轮廓可通过将刚度矩阵乘以致动器位移来计算:
(h-h0)=K·(A-A0)   (公式16)
其次,将导致指定的狭槽间隙轮廓的致动器设置通过刚度矩阵的逆来计算:
(A-A0)=K-1·(h-h0)   (公式17)
由于间隙-致动器关系是强线性的–即,在公式(公式11)中的海森矩阵元素具有几乎为零的值,所以对初始间隙和致动器位置的选择(h0和A0)是任意的。
实验方法
如前所述,使用“碰撞”测试来产生图12,即,用来以实验方式确定每个致动器的移动如何影响模具狭槽的整个幅材横向轮廓。如图12所示,对挤出模具上的每个致动器进行“碰撞”测试。
首先,使用对致动器的手动调整将模具狭槽设置为平坦的初始狭槽(条件1)。
接着,将每个致动器单独地碰撞(移动)+/-200个致动器单位。在实际实验中,1个致动器单位等于致动器轴的0.18微米移动。测试在模具上不安装端板密封件的情况下进行。图12显示了从所测量的31 个模具狭槽间隙轮廓中每一个的碰撞测试导出的实际致动器设定点配方。
相比图12,图13示出了由碰撞测试测得的原始数据。如图13所示,对致动器之间的碰撞测试的致动器响应存在一些偏差。将图13的原始数据归一化,以产生图12中示出的响应输出。可能存在用来归一化来自碰撞测试的原始数据的任何数量的技术,以便产生比碰撞测试本身所提供的更准确的相互作用矩阵。下面描述一种这样的技术。
首先,使用表示由单独地碰撞每个致动器产生的模具狭槽位移的原始数据来填充相互作用矩阵。该相互作用矩阵的数据在图形上表示为图13。图14示出用于确定碰撞测试期间致动器位置中的变化的致动器位置(以致动器单位计)。图14所示数据可在碰撞测试之前使用已知的致动器位置和已知的模具狭槽间隙轮廓并且使用在致动器单位和致动器轴的移动之间的已知关系(例如,如前所述,1个致动器单位等于致动器轴的0.18微米移动)转换为表示模具狭槽间隙轮廓。因此,致动器位置的变化可容易地用来测量模具狭槽间隙轮廓。
该实验数据可接着被求精以产生由图12在图形上表示的相互作用矩阵。从致动器之间的逻辑相似性来看原始数据,可以利用求平均的作用来除去数据集和计算中的无用数据中的一些。
然后可将矩阵并入模具控制系统,以便调整模具狭槽高度,从而得到所需的材料轮廓。
在一个实例中,矩阵被并入由图15表示的工作簿中。这可以通过多种方式使用。如果当前“数据”狭槽是已知的,即,已知15个不同的致动器位置和测得的模具狭槽高度,那么相互作用矩阵可用来计算用于任何所需狭槽间隙轮廓的新致动器设定点。此外,如果所需狭槽为新求精的平坦狭槽,则简单地采用模具狭槽测量并在图15的第5行 和第6行输入当前的致动器位置和模具狭槽测量。可以在第9行输入所需的平坦狭槽。工作簿接着在第10行提供新的致动器设定点。在一些实例中,可将工作簿功能并入模具控制器中,例如如参照图11所讨论的。因此,用于模具的相互作用矩阵可用来选择致动器调整,以便得到所需的模具狭槽轮廓。
流量灵敏度矩阵技术
虽然模唇刚度矩阵有效地将致动器位置转换为狭槽间隙轮廓或将狭槽间隙轮廓转换为致动器位置,但存在可能在轮廓控制活动中更有用的另一种相互作用矩阵。该矩阵为流量灵敏度矩阵,其将狭槽间隙轮廓转换为幅材横向涂层或膜厚度轮廓或将幅材横向涂层或膜厚度轮廓转换为狭槽间隙轮廓。该矩阵并入可调的狭槽间隙和模具歧管流动几何特性的剩余部分之间的相互作用以及模具歧管下游的液体经历的涂布珠流动中的流相互作用。根据公式11,涂层厚度轮廓对狭槽间隙的依赖性可由类似的泰勒级数来表示:
t(h)=t0(h0)+∂t∂h|h0·(h-h0)+(h-h0)·∂2t∂h2|h0·(h-h0)+H.O.T.]]>
                   (公式18)
这里,t为幅材横向涂层或膜厚度测量的向量。但相比模唇刚度矩阵,在这种情况下,海森矩阵元素并非几乎为零,并且较高阶项具有相当大的量。或者换一种方式来表达这一概念,考虑类似于公式12的线性逼近:
(t-t0)∂t∂h|h0·(h-h0)]]>   (公式19)
公式19的输出的准确度取决于流量灵敏度矩阵的计算条件。这些处理条件将主要包括狭槽间隙和膜牵伸,但也可包括涂布速度、 温度等。即便存在这些固有的非线性,但对流量灵敏度矩阵的局部逼近仍可用于幅材横向轮廓控制算法中。其可以在类似于公式14的程序中逼近,但作为直接实验测量的替代,可以在差分公式中有效地使用流量模型预测。
S∂t∂h;Sij=∂ti∂hj≈ti(h+Δj)-ti(h-Δj)2Δj]]>   (公式20)
图16示出根据模具歧管流量和膜牵伸第一定律的模型的组合计算的最终膜厚度轮廓的实例。图中示出了基线轮廓以及当狭槽间隙在每个致动器位置处被移置时计算的轮廓。膜的边缘由于膜“缩幅”而较厚并且对致动器变化的流量灵敏度在这里被放大,但在膜中间的比较显示出膜厚度与在这些致动器位置处的间隙变化的一致的相互作用。在每种情况下,膜厚度位置被转换为材料出现处的模唇位置。
由于流量的非线性因素,所以流量灵敏度矩阵根据当前处理条件而变化。这在图17中表示,该图比较了对于在不同过程条件下特定的致动器间隙变化的厚度轮廓。图17表示对于不同过程条件来说特定致动器的流量灵敏度变化的计算。在图17的实例中,10、15和20密耳的最终狭槽间隙的厚度轮廓变化与16.25、32.5和65fpm的幅材速度一起示出。厚度轮廓变化的形状是类似的,但大小根据狭槽间隙和膜牵伸量而变化。因此,对应于当前过程条件的流量灵敏度矩阵应为用于控制目的的矩阵。也就是说,要么应“及时”计算流量灵敏度矩阵,要么应针对不同过程条件预先计算多个流量灵敏度矩阵并且使用插值方案。
高斯-牛顿轮廓控制策略
作为如何可以在轮廓控制策略中使用流量灵敏度矩阵的举例说明,让我们考虑用于将涂层厚度轮廓控制到其期望状态的高斯-牛顿策略。也就是说,将下面的目标函数最小化应导致实际的涂层轮廓符合 其期望形式:
   (公式21)
在公式21中,t实际表示在幅材横向位置xi处的厚度轮廓测量(总数为N),并且t期望为期望厚度,它可以随位置变化或可以不随位置变化。观察的厚度轮廓取决于Na个致动器的位置bj(类似于上述hj),并且幅材横向位置从实际测量点映射到涂层从模具出现处的致动器位置。使用涂层厚度的特征值<t>来缩放目标函数。该特征值可以是平均幅材横向厚度或在特定幅材横向位置处的值。还结合到目标函数中的是可能低估边缘凸起的厚度测量的可能性。也就是说,如果xi在(宽度e的)边缘凸起的范围内,则其值无助于目标函数。
为了将厚度轮廓控制到其期望状态,需要相对于每个致动器位置的目标函数的梯度成为零:
   (公式22)
根据高斯-牛顿法,将牛顿法的修正方式应用于当前致动器位置,以便以低估二阶相关性的方式实现改善的致动器位置,即,被忽视:
b(p)=b(p-1)-[&PartialD;2F&PartialD;bj&PartialD;bk]-1&CenterDot;&PartialD;F&PartialD;bk,]]>(隐含求和)(公式23)
此处最值得关注的是目标函数的海森矩阵,其元素表示如下:
   (公式24)
应当注意,该海森矩阵基本上是流量灵敏度矩阵的内积,并且为Na×Na方阵。其包括了致动器移动如何影响幅材横向涂层轮廓的物理相互作用。如果在流量轮廓上相邻致动器之间不存在相互作用,则该海森矩阵将为对角阵。海森矩阵中非零的非对角元素的数量表示致动器之间的相互作用的程度。
实例:高斯-牛顿轮廓控制策略
使用挤出模具来均匀地挤出聚碳酸酯膜。使用示例性方法来获得PC膜的平坦的最终挤出轮廓。通过β射线测厚仪测量挤出膜膜厚(厚度)轮廓。对于每个膜厚材料来说,模具狭槽高度初始地被设定为一致的14.5密耳(0.0145英寸=368微米),如图所示。然后,通过对每个致动器处的流体流分别地建模,并且基于与该致动器相关联的建模的流体流确定对每个致动器的位置进行的调整,来调整模具狭槽。
流的建模可以利用表征流体流变性的任何合适的模型。对于本实例来说,使用了用于幂律流体的简单模型,其中狭槽中的流量与狭槽几何形状之间的关系由下面的公式给出:
QW=nB22(1+2n)(BP/2KL)1/n]]>   (公式25)
在公式25中,Q/W为单位宽度的流量,B为狭槽高度,P为压力,L为狭槽长度(对应于模具宽度),n为幂律指数,并且K为幂律粘度的系数。牛顿恒定粘度流体的n=1,因此K为数值粘度。
又如,狭槽均匀度可通过狭槽的壁的均匀度来表征。如果每个狭槽具有2t的总指示偏差量或TIR,那么来自狭槽的流的均匀度百分比为:
%=100((B+t)(2+1/n)-(B-t)(2+1/n))/B(2+1/n)   (公式26)
对于恒定粘度(牛顿)流体来说,这意味着涂布均匀度变为狭槽高度(B)的立方。该关系示出为公式27。
涂布均匀度%=100((B最大)3-(B最小)3)/B平均3   (公式27)
然而公式27可能不直接用来预测狭槽设置,因为公式27可能未考虑包括与挤出流量、材料、模具设计本身有关的细节的所有细节。然而,公式27证明了提供横跨模具宽度的精确调整的厚度的重要性。具体地讲,公式27证明,流体流通道的厚度中的任何变化在所得的挤出产品的幅材横向轮廓中都被放大。
公式25可以例如用来预测模具狭槽变化,因为根据本文所公开的技术并通过推理模具狭槽厚度B,致动器的位置结合所需挤出物目标厚度、当前测量的挤出物厚度而得知。此前,例如由于差速器螺栓中的游隙,一直不能知道在挤出过程期间模具狭槽厚度的绝对位置。利用已知的目标厚度和测量的挤出产品厚度轮廓,公式25可预测合适的模具狭槽变化。例如,我们通过推理可从已知模具狭槽厚度轮廓和测量的挤出产品厚度轮廓知道模具狭槽厚度轮廓和挤出产品厚度轮廓之间的关系,并且因此可以预测狭槽厚度轮廓以获得目标厚度轮廓。
假设流动通道的其他元件具有较低重要性,则对于牛顿流体来说,对应于致动器“i”的预测狭槽厚度B’i如公式28所示计算。
Bi=(titi)1/3Bi]]>   (公式28)
对于幂律流体来说,公式28可表示为公式29。
Bi=Bi(titi)(1/2+1n)]]>   (公式29)
在这些实例中,我们使用的幂律指数为1.0。
图18示出用于改造具有诸如一组致动器组件200(图4)的致动器组件的狭槽模具的技术。在不同的实例中,图18的技术可用于膜狭槽模具、多层狭槽模具、热熔融挤压涂布模具、落锤锻模、旋转杆模具、粘合剂狭槽模具、溶剂涂布狭槽模具、水性涂布模具、狭槽供料式刮刀模具或其他狭槽模具。
首先,获得狭槽模具(1202)。狭槽模具包括延伸约狭槽模具的宽度的涂覆狭槽和间隔约狭槽模具的宽度的多个致动机构。涂覆狭槽与通过狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动机构中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度,从而得到对通过涂覆狭槽的流体流的调整。狭槽模具可使用多个致动机构操作以控制横跨狭槽模具的宽度的流体流通道的厚度。
在不同的实例中,致动机构包括下列中的一个或多个:热可调螺栓、差速器螺栓、压电致动器、气动致动器和/或液压致动器。在一个实例中,致动机构包括热可调螺栓,并且用于利用热可调螺栓改造狭槽模具的技术可包括:在挤出物离开涂覆狭槽之后评估挤出物的幅材横向轮廓;以及利用其各自热可调螺栓调整致动机构中的一个或多个的相对位置,使得在挤出物离开涂覆狭槽之后的挤出物的幅材横向轮廓更紧密地符合预选幅材横向轮廓。
接下来,从模具外壳移除致动机构(1204)。将诸如致动器组件200的多个致动器组件安装在致动机构的位置(1206)。多个致动器组件中的每个致动器组件能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚 度,从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。
接下来,获得诸如控制器300的控制器,并且在每个致动器组件和控制器之间形成通信链路(1208)。控制器被构造成根据诸如传感器230的测量位置和/或电机210的步进电机设置的多个离散设置之一设置每个致动器组件的位置。
使用流体动力学和狭槽模具的数字模型,控制器300从与预选模腔压力相对应的多个离散设置中预测一组离散设置。在不同的实例中,控制器300可从非瞬时性计算机可读介质检索预选模腔压力或者可以接收来自用户输入的预选模腔压力。
在不同的实例中,预测的设置可对应于来自传感器230的测量和/或电机210的离散位置设置。传感器230可向控制器300提供比由电机210所提供的更精确的位置信息。为此,控制器可基于来自传感器230的测量预测致动器组件200的设置并且可以根据预测的设置操作电机210以定位输出轴222,而不是将电机210直接驱动至对应于预测位置的多个步进点。
流体动力学、挤出物的已知流体性质和模具的数字模型允许控制器300预测致动器组件的离散设置。对流过模具的挤出物建模可整合模具自身的许多方面,包括涂覆狭槽宽度、从歧管腔体到涂覆狭槽出口的距离和狭槽厚度,其中狭槽厚度是在限定狭槽自身的两个平行表面之间的涂覆狭槽的窄尺寸。
可使用任何数量的公式来预测致动器组件的设置,并且预测的设置可对应于例如预选幅材横向轮廓和/或预选模腔压力。例如,预测致动器组件的设置可包括对贯穿狭槽和挤出物的热传递和热耗散建模。在其他实例中,预测致动器组件的设置可整合刚度矩阵和/或流量灵敏度矩阵。
一旦控制器300预测了对应于预选模腔压力的狭槽模具10中的致动器组件200的设置,就通过利用根据一组预测的设置定位的致动器组件使挤出物流过流体流通道并流出涂覆狭槽而操作狭槽模具(1212)。
本公开中所述的技术,例如结合控制器300所描述的技术,可至少部分地在硬件、软件、固件或它们的任何组合中实现。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、用户接口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。
在不同的实例中,本公开涉及用于转换狭槽位置和致动器位置(反之亦然)的刚度矩阵的创建。例如,如本文所述,不同的实例包括:使用实验方法,例如,用来创建刚度矩阵的“碰撞”测试、其中轮廓测量的数量等于致动器的数量的碰撞测试、其中轮廓测量的数量为任意数的碰撞测试;以及使用用于创建刚度矩阵的建模方法。
在另外的实例中,本公开涉及利用刚度矩阵来基于致动器位置计算狭槽高度轮廓。
在另外的实例中,本公开涉及利用刚度矩阵来基于所需的狭槽高度轮廓计算所需的致动器位置。
在另外的实例中,本公开涉及利用用于转换狭槽高度和致动器位置(反之亦然)的刚度矩阵和逆刚度矩阵作为使用流体的先进自动化挤出物轮廓控制的优选模式。
在另外的实例中,本公开涉及形成流量灵敏度矩阵,该矩阵将狭槽间隙轮廓转换为幅材横向涂层或膜厚度轮廓或将幅材横向涂层或膜厚度轮廓转换为狭槽间隙轮廓。流量灵敏度矩阵并入可调的狭槽间隙和模具歧管流动几何特性的剩余部分之间的相互作用以及模具歧管下游的液体经历的涂布珠流动中的流相互作用。
在另外的实例中,本公开涉及在诸如高斯-牛顿策略的轮廓控制策略中使用流量灵敏度矩阵来将诸如涂层厚度轮廓的挤出物轮廓控制到其期望状态。在一些实例中,厚度对致动器移动的敏感性矩阵是矩形的。在每个带一个流动方程的较简单的AAPC方法下,矩阵将为方阵并且为对角阵。在更一般的流量灵敏度矩阵的情况下,模型将提供该矩阵(可能需要输入若干矩阵并内插或者能够缩放矩阵)。
在一些实例中,数字模型接口能够进行矩阵相乘和求逆两者,使得唯一需要输入的是流量灵敏度矩阵。
在一些实例中,可以增加约束条件以约束致动器移动或保持恒定压力,如,通过增广矩阵或罚函数法等。
在另外的实例中,本公开涉及用于控制致动器从而得到具有不均匀厚度(即,受控的边缘凸起、条带等)的挤出物轮廓的技术。
在另外的实例中,本公开涉及包括调整致动器数据以补偿模具的 热变形的技术。
已经描述了各种实例。

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1、(10)申请公布号 CN 103747938 A (43)申请公布日 2014.04.23 CN 103747938 A (21)申请号 201280028244.X (22)申请日 2012.06.07 13/155,272 2011.06.07 US 61/590,771 2012.01.25 US B29C 47/20(2006.01) B28B 3/20(2006.01) (71)申请人 3M 创新有限公司 地址 美国明尼苏达州 (72)发明人 罗伯特B塞科尔 罗伯特A亚佩尔 珍妮弗L特里斯 彭蒂K洛库萨 保罗C托马斯 克里斯托弗K比格勒 威廉J科佩基 基斯R布吕泽维茨 特伦斯D尼文 。

2、伊桑B塞科尔 格雷戈里D科斯图齐 (74)专利代理机构 中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人 梁晓广 关兆辉 (54) 发明名称 狭槽模具位置调整 (57) 摘要 本发明公开的系统包括狭槽模具和多个致动 器, 所述狭槽模具包括延伸约所述狭槽模具的宽 度的涂覆狭槽, 所述多个致动器间隔约所述狭槽 模具的所述宽度, 其中所述涂覆狭槽与通过所述 狭槽模具的流体流通道流体连通。每个致动器能 够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的 横向厚度, 从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进 行局部调整。 所述系统还包括控制器, 所述控制器 被构造成根据用于所述狭槽模具的操作的多个离 散设置之一来。

3、设置每个致动器的位置。所述控制 器还被构造成预测与挤出物的预选幅材横向轮廓 相对应的一组离散设置, 所述预测基于在所述一 组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的 已知相关性。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2013.12.09 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/US2012/041389 2012.06.07 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2012/170713 EN 2012.12.13 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 22 页 附图 23 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明。

4、书22页 附图23页 (10)申请公布号 CN 103747938 A CN 103747938 A 1/3 页 2 1. 一种系统, 包括 : 狭槽模具, 其中所述狭槽模具包括 : 涂覆狭槽, 所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度, 其中所述涂覆狭槽与通过所述 狭槽模具的流体流通道流体连通, 和 多个致动器, 所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的所述宽度, 其中所述多个致动器 中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度, 从而对通过 所述涂覆狭槽的流体流进行局部调整 ; 和 控制器, 所述控制器被构造成根据用于所述狭槽模具的操作的多个离散设置之一来设 置每个致动器的位置。

5、, 其中所述控制器还被构造成从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所述多个离散 设置中预测一组离散设置, 所述预测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮 廓之间的已知相关性。 2. 根据权利要求 1 所述的系统, 其中从与所述挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所 述多个离散设置中预测所述一组离散设置包括 : 使用流体动力学和所述模具的数字模型来 从所述多个离散设置中预测所述一组离散设置。 3. 根据权利要求 2 所述的系统, 其中使用流体动力学和所述模具的数字模型来从与 所述挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的所述多个离散设置中预测所述一组离散设置包 括 : 分别地对每个致动器处的流体流进行建。

6、模, 并且基于与所述致动器相关联的所建模的 流体流来确定对每个致动器的位置调整。 4. 根据权利要求 1-3 中任一项所述的系统, 其中从与所述挤出物的预选幅材横向轮廓 相对应的所述多个离散设置中预测所述一组离散设置包括在轮廓控制策略中使用流量灵 敏度矩阵, 以用于将涂层厚度轮廓控制到其所需状态。 5. 根据权利要求 4 所述的系统, 其中所述轮廓控制策略包括高斯 - 牛顿策略。 6. 根据权利要求 4-5 中任一项所述的系统, 其中所述流量灵敏度矩阵表示在所述模具 狭槽的整个宽度上的流量灵敏度与对所述多个致动器中每一个的致动器的位置调整的关 系。 7. 根据权利要求 1-6 中任一项所述的系。

7、统, 其中在所述一组离散设置与所述挤出物的 幅材横向轮廓之间的所述已知相关性基于在所述涂覆狭槽的轮廓与所述一组离散设置之 间的已知相关性以及在所述涂覆狭槽的轮廓与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相 关性。 8. 根据权利要求 1-7 中任一项所述的系统, 其中所述控制器还被构造成经由用户接口 将所预测的一组离散设置提供给使用者。 9. 根据权利要求 1-8 中任一项所述的系统, 其中所述控制器还被构造成在所述狭槽模 具的操作期间根据所预测的一组离散设置来设置所述多个致动器中的每一个。 10. 根据权利要求 1-9 中任一项所述的系统, 其中所述控制器还被构造成 : 在所述挤出物离开所述涂覆狭。

8、槽之后评估所述挤出物的幅材横向轮廓 ; 基于所述幅材横向轮廓的评估, 确定对所预测的一组离散设置进行的调整是否能够在 所述挤出物离开所述涂覆狭槽之后提供与所述预选幅材横向轮廓更紧密地匹配的所述挤 权 利 要 求 书 CN 103747938 A 2 2/3 页 3 出物的幅材横向轮廓 ; 在确定对述预测的一组离散设置进行的调整能够在所述挤出物离开所述涂覆狭槽之 后提供与所述预选幅材横向轮廓更紧密地匹配的所述挤出物的幅材横向轮廓之后, 利用所 述控制器从与所述预选幅材横向相对应的所述多个离散设置中预测改善的一组离散设置 ; 以及 在所述狭槽模具的连续操作期间, 通过使所述挤出物穿过所述流体流通道。

9、并离开所述 涂覆狭槽, 而根据所预测的改善的一组离散设置重新定位所述致动器。 11. 根据权利要求 1-10 中任一项所述的系统, 其中所述控制器还被构造成从非瞬时性 计算机可读介质检索所述预选幅材横向轮廓。 12. 根据权利要求 1-11 中任一项所述的系统, 其中所述控制器还被构造成接收来自用 户输入的所述预选幅材横向轮廓。 13. 根据权利要求 1-12 中任一项所述的系统, 还包括多个测量仪表, 其中每个测量仪 表被构造成对所述狭槽模具进行局部测量, 所述局部测量对应于在各自测量仪表的位置处 的所述流体流通道的横向厚度, 其中所述控制器还被构造成, 当利用所述控制器根据所述一组离散设置。

10、定位所述致动 器中的每一个包括监测时, 监测来自所述多个测量仪表中的所述测量仪表的局部测量, 并 且针对所述致动器中的每一个调整所述致动器的相对位置, 直到所述致动器在由所述一组 离散设置限定的所述致动器的各自位置处提供所述流体流通道的绝对横向厚度。 14. 根据权利要求 13 所述的系统, 其中所述狭槽模具还包括节流栓, 其中所述多个致动器被附接到所述节流栓约所述节流栓的宽度, 并且 其中所述致动器中的每一个能够操作以通过对所述节流栓在所述流体流通道内的位 置进行局部调整来控制在其位置处的所述流体流通道的厚度。 15. 根据权利要求 13 所述的系统, 其中所述多个致动器中的每个致动器能够操。

11、作以在 其各自位置处调整所述涂覆狭槽的横向厚度, 从而对通过所述涂覆狭槽的流体流进行所述 局部调整。 16. 根据权利要求 15 所述的系统, 其中所述狭槽模具还包括旋转杆和与所述旋转杆相对的模唇, 其中所述涂覆狭槽位于所述旋转杆和所述模唇之间, 并且 其中所述多个致动器能够操作以通过相对于所述模唇移动所述旋转杆来控制所述涂 覆狭槽的横向厚度。 17. 根据权利要求 15 所述的系统, 其中所述狭槽模具还包括在所述涂覆狭槽的一侧上的柔性模唇, 并且 其中所述多个致动器能够操作以通过移动所述柔性模唇来控制所述涂覆狭槽的横向 厚度。 18. 根据权利要求 1-17 中任一项所述的系统, 其中所述狭。

12、槽模具选自 : 膜狭槽模具 ; 多层狭槽模具 ; 热熔融挤压涂布模具 ; 权 利 要 求 书 CN 103747938 A 3 3/3 页 4 落锤锻模 ; 旋转杆模具 ; 粘合剂狭槽模具 ; 溶剂涂布狭槽模具 ; 水性涂布模具 ; 和 狭槽供料式刮刀模具。 19. 一种非瞬时性计算机可读介质, 所述非瞬时性计算机可读介质存储被构造用于引 起可编程的控制器操作狭槽模具的可执行指令, 其中所述狭槽模具包括 : 涂覆狭槽, 所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度, 其中所述涂覆狭槽与通过所述 狭槽模具的流体流通道流体连通, 和 多个致动器, 所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的宽度, 其中所述多个致动。

13、器中的 每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度, 从而对通过所述 涂覆狭槽的流体流进行局部调整, 其中所述可执行指令被构造用于引起所述可编程控制器进行以下操作 : 从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测一组离散设置, 所述预 测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关性 ; 以及 根据用于所述狭槽模具的操作的所预测的一组离散设置来设置每个致动器的位置。 20. 一种操作狭槽模具的方法, 其中所述狭槽模具包括 : 涂覆狭槽, 所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度, 其中所述涂覆狭槽与通过所述 狭槽模具的流体流通道流体连通, 和 多个致。

14、动器, 所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的宽度, 其中所述多个致动器中的 每个致动器能够操作以在其各自位置处调整所述流体流通道的横向厚度, 从而对通过所述 涂覆狭槽的流体流进行局部调整 ; 并且 所述方法包括 : 利用控制器从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测一组离散 设置, 所述预测基于在所述一组离散设置与所述挤出物的幅材横向轮廓之间的已知相关 性 ; 以及 根据用于所述狭槽模具的操作的所预测的一组离散设置来设置每个致动器的位置。 权 利 要 求 书 CN 103747938 A 4 1/22 页 5 狭槽模具位置调整 技术领域 0001 本公开涉及狭槽模具。 背景技术 0。

15、002 一般来讲, 狭槽模具包括形成涂覆狭槽的模唇。涂覆狭槽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, 就狭槽模具和狭槽模具的 部件而言,“宽度” 是指狭槽模具及其部件的幅材横向 (或辊横向) 尺寸。就这一点而言, 狭 槽模具的涂覆狭槽延伸约狭槽模具的宽度。 0003 狭槽模具常常用来形成挤出物和涂层。例如, 狭槽模具在狭槽模具涂布中用来将 液体材料涂覆到移动的柔性基底或 “幅材” 上。存在对狭槽模具涂布的任何数量的技术上 的变型。作为一个例子, 涂层材料可处于室温或受控温度下。当涂层材料温度升高以确保 涂层材料熔融或液化以便处理时, 该材料常被称为 “热熔。

16、融” 涂层。在其他实例中, 涂层材 料可包括溶剂稀释剂。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, 并且一些狭槽 模具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。 0004 狭槽模具也用来形成挤出物, 包括薄膜挤出物或其他挤出物。 在一些实例中, 挤出 物可以是挤出涂层并且被涂覆到幅材基底, 该过程可被称为挤出涂布。 在其他实例中, 挤出 的材料直接形成薄膜或幅材。挤出的膜可通过长度取向或拉幅操作进行后续处理。与涂层。

17、 一样, 挤出物可包括单层或多层。 0005 除了其他因素以外, 诸如膜或涂层的挤出产品的厚度还取决于挤出物通过狭槽模 具的流量。 在一个实例中, 狭槽模具可包括在流体通道内的可调式节流栓, 所述节流栓可用 来局部调整通过狭槽模具的挤出物的流量, 从而得到所需的厚度轮廓。狭槽模具还可包括 柔性的模唇, 所述柔性的模唇可用来局部调整涂覆狭槽本身的厚度以控制来自涂覆狭槽的 挤出物的流量, 从而得到所需的厚度轮廓。 0006 狭槽模具可包括间隔约涂覆狭槽的宽度的多个致动器, 以便为挤出产品得到所需 的厚度轮廓。例如, 可以构造每个致动器, 从而对节流栓或柔性模唇的局部位置进行调整。 0007 在使用。

18、狭槽模具开始挤出过程之后, 可以测量挤出物的幅材横向轮廓。随后可能 需要单独地调整每个致动器, 从而为挤出产品在涂覆狭槽的整个宽度上得到所需的厚度轮 廓, 例如一致的厚度。 发明内容 0008 通常, 本公开涉及根据在挤出期间挤出产品的所需性质或狭槽模具的所需性质而 用于预选致动器设置的技术。在一个实例中, 可根据挤出产品的预选幅材横向轮廓选择多 个致动器中每个致动器的位置。在另一个实例中, 可根据在模具操作期间的预选模腔压力 选择多个致动器中每个致动器的位置。 说 明 书 CN 103747938 A 5 2/22 页 6 0009 在一个实例中, 本公开涉及包括狭槽模具和多个致动器的系统,。

19、 所述狭槽模具包 括延伸约所述狭槽模具的宽度的涂覆狭槽, 所述多个致动器间隔约所述狭槽模具的宽度, 其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。 多个致动器中的每个致动 器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度, 从而对通过涂覆狭槽的流体流 进行局部调整。该系统还包括控制器, 该控制器被构造成根据用于狭槽模具的操作的多个 离散设置之一来设置每个致动器的所述位置。 控制器还被构造成从与挤出物的预选幅材横 向轮廓相对应的多个离散设置中预测该组离散设置, 所述预测基于在所述一组离散设置和 所述挤出物的所述幅材横向轮廓之间的已知相关性。 0010 在另一个实例中, 本公开涉及非瞬。

20、时性计算机可读介质, 所述非瞬时性计算机可 读介质存储被构造用于引起可编程的控制器操作狭槽模具的可执行指令。 其包括涂覆狭槽 和多个致动器, 所述涂覆狭槽延伸约所述狭槽模具的宽度, 所述多个致动器间隔约所述狭 槽模具的所述宽度, 其中涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动 器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度, 从而对通过涂 覆狭槽的流体流进行局部调整。 可执行指令被构造用于引起可编程的控制器从与挤出物的 预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测该组离散设置, 所述预测基于在所述一组 离散设置和所述挤出物的所述幅材横向轮廓之间的已知相关性, 并且。

21、根据所预测的一组离 散设置为狭槽模具的操作设置每个致动器的所述位置。 0011 在又一个实例中, 本公开涉及操作狭槽模具和多个致动器的方法, 所述多个致动 器间隔约狭槽模具的宽度, 其中所述狭槽模具包括延伸约所述狭槽模具的宽度的涂覆狭 槽, 其中所述涂覆狭槽与通过所述狭槽模具的流体流通道流体连通。多个致动器中的每个 致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道的横向厚度, 从而对通过涂覆狭槽的流 体流进行局部调整。该方法包括 : 利用控制器从与挤出物的预选幅材横向轮廓相对应的多 个离散设置中预测该组离散设置, 所述预测基于在所述一组离散设置和所述挤出物的所述 幅材横向轮廓之间的已知相关性 ; 。

22、以及根据所预测的一组离散设置为狭槽模具的操作设置 每个致动器的所述位置。 0012 附图和以下说明中示出了本发明的一个或多个实例的细节。 从说明、 附图、 以及从 权利要求书中, 本公开的其他特征、 目标和优点将显而易见。 附图说明 0013 图 1A1B 示出具有多个致动器的包括节流栓的狭槽模具, 每个致动器能够操作 以调整在其位置处的流体流通道的横向厚度。 0014 图 2 示出包括可调式旋转杆且具有连接到旋转杆的多个致动器的狭槽模具, 每个 致动器能够操作以调整在其位置处的旋转杆的局部位置并因此调整涂覆狭槽的局部厚度。 0015 图 3 示出包括柔性模唇且具有连接到柔性模唇的多个致动器的。

23、狭槽模具, 每个致 动器能够操作以调整在其位置处的柔性模唇的局部位置并因此调整涂覆狭槽的局部厚度。 0016 图 4 示出包括定位传感器和控制器的致动器组件, 所述控制器用于基于定位传感 器的输出选择致动器组件的位置。 0017 图 5 是示出用于根据挤出产品的预选幅材横向轮廓选择狭槽模具的多个致动器 中每个致动器的位置的技术的流程图。 说 明 书 CN 103747938 A 6 3/22 页 7 0018 图 6 是示出用于根据在模具操作期间的预选模腔压力选择狭槽模具的多个致动 器中每个致动器的位置的技术的流程图。 0019 图 7 是示出用于在继续操作模具的同时通过增加邻近致动器中的每一。

24、个的流体 流通道的横向厚度来清空狭槽模具的技术的流程图。 0020 图 8 是示出用于在继续操作模具的同时通过基本上关闭邻近致动器中的每一个 的流体流通道来吹扫狭槽模具的技术的流程图。 0021 图 9 示出包括通过反复调整狭槽模具中的致动器位置设置而形成的图案的带涂 层。 0022 图 10 示出包括通过反复调整狭槽模具中的致动器位置设置而形成的图案的挤出 产品。 0023 图 11A11D 示出用于狭槽模具控制器的实例用户接口。 0024 图 1214 示出可用来选择所需模具狭槽轮廓或模具狭槽轮廓中的变化的碰撞测 试数据。 0025 图 15 示出展示用于选择输入以改变致动器位置从而得到所。

25、需模具狭槽轮廓的技 术的实例工作表。 0026 图 16 和 17 示出流量灵敏度轮廓, 该流量灵敏度轮廓可用来选择所需模具狭槽轮 廓或模具狭槽轮廓中的变化, 从而得到所需的挤出物轮廓。 0027 图 18 示出利用一组致动器组件改造狭槽模具的技术。 具体实施方式 0028 图 1A1B 示出狭槽模具 10。狭槽模具 10 包括上模块 2 和下模块 3。上模块 2 与 下模块 3 结合形成通过狭槽模具 10 的流体流通道。流体流通道包括入口 5、 模腔 4 和涂覆 狭槽 6。涂覆狭槽 6 位于安装到上模块 2 的旋转杆 12 和下模块 3 的模唇 13 之间。因为狭 槽模具 10 包括在其涂覆。

26、狭槽处的旋转杆 12, 所以狭槽模具 10 可被称为旋转杆模具。 0029 狭槽模具10包括延伸横跨狭槽模具10内的流体流通道的宽度的节流栓11。 作为 一个例子, 在节流栓 11 处狭槽模具 10 内的流体流通道的宽度可与涂覆狭槽 6 的宽度大致 相同, 使得节流栓 11 延伸约涂覆狭槽 6 的宽度。致动器组件 200 安装在公共安装托架 9 上 并且间隔约狭槽模具 10 的宽度。在一些实例中, 安装托架 9 可以是分段的, 如, 安装托架 9 可包括用于每个致动器组件 200 的单独的结构。每个致动器组件 200 能够操作以通过改变 节流栓11在模具10内的挤出物的流体流通道内的位置而在其。

27、各自位置处将流体流通道的 横向厚度调整约狭槽模具 10 的宽度, 从而得到对通过涂覆狭槽 6 的流体流的局部调整。 0030 在狭槽模具 10 的操作期间, 挤出物在流体流通道入口 5 处进入狭槽模具 10 并且 继续通过包括模腔 4 的狭槽模具 10 的流体流通道, 直到挤出物通过涂覆狭槽 6 离开并且被 涂覆到移动的辊7。 在一些实例中, 挤出产品可涂覆到移动的幅材 (未示出) , 在其他实例中, 挤出产品可直接涂覆到辊 7。挤出产品和幅材 (如适用) 可在一系列辊上运行以允许挤出产 品冷却。 可对辊7下游的挤出产品进行一个或多个附加的过程。 虽然不与本公开密切相关, 但此类过程包括 (但。

28、不限于) 拉伸、 涂布、 拉幅、 印刷、 切割、 轧制等。 0031 如图 1B 中最清楚示出的, 狭槽 10 包括安装在公共安装托架 9 上的一组五个致动 器组件 200。每个致动器组件 200 附接到节流栓 11 并且致动器组件 200 间隔约节流栓 11 说 明 书 CN 103747938 A 7 4/22 页 8 的宽度。致动器中的每一个能够操作以通过提供对节流栓 11 在狭槽模具 10 内的流体流通 道内的位置的局部调整而控制在其位置处的流体流通道的厚度。 0032 如参照图 4 进一步详细讨论的, 致动器组件 200 中的每一个包括驱动线性致动器 的电机。致动器组件 200 中的。

29、每一个还包括精密传感器, 例如线性可变差动变压器 (LVDT) 或线性编码器, 所述精密传感器检测线性致动器的输出轴的位置移动。 线性致动器组件200 的输出轴间隔约节流栓11的宽度, 使得每个线性致动器组件200能够操作以调整节流栓的 局部位置。 如下文进一步详细讨论的, 每个线性致动器的位置可单独地选择, 从而得到挤出 产品的所需幅材横向轮廓。此外, 线性致动器组件 200 的位置还可以在狭槽模具 10 的操作 期间, 通过调整狭槽模具10内邻近节流栓11的流体流通道的总横截面积而精确协调, 从而 得到模腔 4 内的所需模腔压力。在其他实例中, 每个致动器组件 200 的位置可主动控制以 。

30、产生具有图案化特征 (诸如重复或随机的图案化特征) 的挤出产品。如本文所提到的, 对致 动器或致动器组件的位置的引用旨在更具体地表示致动器输出轴的相对定位。 0033 图 2 示出狭槽模具 20。狭槽模具 20 包括可调式旋转杆 22, 其中多个致动器组件 200 连接到旋转杆 22。每个致动器组件 200 能够操作以在其位置处调整旋转杆 22 的局部 位置并且因此调整涂覆狭槽 6 的局部厚度。狭槽模具 20 的一些方面类似于狭槽模具 10 的 这些方面并且关于狭槽模具 20 以有限的细节讨论。具有与狭槽模具 10 中的部件相同的附 图标记的狭槽模具 20 的部件基本上类似于狭槽模具 10 的。

31、类似附图标记的部件。 0034 狭槽模具 20 包括上模块 2 和下模块 3。上模块 2 与下模块 3 结合形成通过狭槽模 具 20 的流体流通道。流体流通道包括入口 5、 模腔 4 和涂覆狭槽 6。涂覆狭槽 6 位于安装 到上模块 2 的可调式旋转杆 22 和下模块 3 的模唇 13 之间。因为狭槽模具 20 包括在其涂 覆狭槽处的可调式旋转杆 22, 所以狭槽模具 20 可被称为旋转杆模具。 0035 狭槽模具20与狭槽模具10的不同之处在于涂覆狭槽6的厚度受连接到旋转杆22 的致动器组件 200 控制。致动器组件 200 安装在公共安装托架 9 上并且间隔约狭槽模具 20 的宽度。每个致。

32、动器组件 200 能够操作以通过改变旋转杆 22 的位置而在其各自位置处将 流体流通道的横向厚度调整约狭槽模具20的宽度, 从而得到对通过涂覆狭槽6的流体流的 局部调整。尽管图 2 中仅示出一个致动器组件 200, 但狭槽模具 20 包括间隔约旋转杆 22 和 狭槽模具20的宽度的一组致动器组件200, 并且类似于如图1B所示的致动器组件200的布 置。 0036 在狭槽模具 20 的操作期间, 挤出物在流体流通道入口 5 处进入狭槽模具 20 并且 继续通过包括模腔 4 的狭槽模具 20 的流体流通道, 直到挤出物通过涂覆狭槽 6 离开并且被 涂覆到移动的辊7。 在一些实例中, 挤出产品可涂。

33、覆到移动的幅材 (未示出) , 在其他实例中, 挤出产品可直接涂覆到辊 7。挤出产品和幅材 (如适用) 可在一系列辊上运行以允许挤出产 品冷却。可对辊 7 下游的挤出产品进行一个或多个附加的过程, 此类过程包括 (但不限于) 拉伸、 涂布、 拉幅、 印刷、 切割、 轧制等。 0037 致动器组件 200 中的每一个能够操作以通过提供对旋转杆 22 位置的局部调整而 在其位置处控制流体流通道的厚度。如下文进一步详细讨论的, 每个致动器组件 200 的位 置可单独地选择, 从而得到挤出产品的所需幅材横向轮廓。此外, 线性致动器组件 200 的位 置还可以在狭槽模具 20 的操作期间, 通过调整涂覆。

34、狭槽 6 的总横截面积而精确协调, 从而 得到模腔 4 内的所需模腔压力。在其他实例中, 每个致动器组件 200 的位置可主动控制以 说 明 书 CN 103747938 A 8 5/22 页 9 产生具有图案化特征 (诸如重复或随机的图案化特征) 的挤出产品。 0038 虽然狭槽模具 20 不包括节流栓, 但在其他实例中, 具有可调式旋转杆的狭槽模具 也可以包括可调式节流栓, 类似于狭槽模具10的节流栓11。 此类节流栓的位置可通过一组 致动器进行局部控制, 就像狭槽模具 10 的节流栓 11 那样。 0039 图 3 示出狭槽模具 30。狭槽模具 30 包括柔性模唇 32, 其中多个致动器。

35、组件 200 连接到柔性模唇 32。每个致动器组件 200 能够操作以在其位置处调整柔性模唇 32 的局部 位置并且因此调整涂覆狭槽 6 的局部厚度。狭槽模具 30 的一些方面类似于狭槽模具 10 和 狭槽模具 20 的这些方面并且关于狭槽模具 30 以有限的细节讨论。具有与狭槽模具 10 和 狭槽模具 20 中的部件相同的附图标记的狭槽模具 30 的部件基本上类似于狭槽模具 10 和 狭槽模具 20 的类似附图标记的部件。 0040 狭槽模具 30 包括上模块 2 和下模块 3。上模块 2 与下模块 3 结合形成通过狭槽模 具 30 的流体流通道。流体流通道包括入口 5、 模腔 4 和涂覆狭。

36、槽 6。涂覆狭槽 6 位于作为 上模块 2 的一部分的模唇 34 和下模块 3 的柔性模唇 32 之间。 0041 狭槽模具 30 与狭槽模具 10 的不同之处在于涂覆狭槽 6 的厚度受连接到柔性模唇 32 的致动器组件 200 控制。致动器组件 200 安装在公共安装托架 9 上并且间隔约狭槽模具 30 的宽度。每个致动器 200 能够操作以通过改变柔性模唇 32 的位置而在其各自位置处将 流体流通道的横向厚度调整约狭槽模具30的宽度, 从而得到对通过涂覆狭槽6的流体流的 局部调整。尽管图 3 中仅示出一个致动器 300, 但狭槽模具 30 包括间隔约柔性模唇 32 和狭 槽模具 30 的宽。

37、度的一组致动器组件 200, 并且类似于如图 1B 所示的致动器组件 200 的布 置。 0042 在狭槽模具30的操作期间, 挤出物在压力下在流体流通道入口5处进入狭槽模具 30并且继续通过包括模腔4的狭槽模具30的流体流通道, 直到挤出物通过涂覆狭槽6离开 并且被涂覆到移动的辊 7。在一些实例中, 挤出产品可涂覆到移动的幅材 (未示出) , 在其他 实例中, 挤出产品可直接涂覆到辊 7。挤出产品和幅材 (如适用) 可在一系列辊上运行以允 许挤出产品冷却。 0043 在其他实例中, 狭槽模具 30 可与不同构型的辊一起使用。例如, 挤出物可形成下 落到下游辊上的帘幕, 在这种情况下所述下游辊。

38、被称为浇注轮, 其温度可以受到控制。 在其 他实例中, 挤出物帘幕可竖直地或横向水平地 (或以任何角度) 下落到两个辊的辊隙中以用 于后续处理。这通常用于膜挤出和挤压涂布操作中。 0044 可对辊 7 下游的挤出产品进行一个或多个附加的过程, 此类过程包括 (但不限于) 拉伸、 涂布、 拉幅、 印刷、 切割、 轧制等。 0045 致动器组件 200 中的每一个能够操作以通过提供对柔性模唇 32 位置的局部调整 而在其位置处控制流体流通道的厚度。如下文进一步详细讨论的, 每个致动器组件 200 的 位置可单独地选择, 从而得到挤出产品的所需幅材横向轮廓。此外, 线性致动器组件 200 的 位置还。

39、可以在狭槽模具 30 的操作期间, 通过调整涂覆狭槽 6 的总横截面积而精确协调, 从 而得到模腔 4 内的所需模腔压力。在其他实例中, 每个致动器组件 200 的位置可主动控制 以产生具有图案化特征 (诸如重复或随机的图案化特征) 的挤出产品。 0046 虽然狭槽模具 30 不包括节流栓, 但在其他实例中, 具有柔性模唇的狭槽模具也可 以包括可调式节流栓, 类似于狭槽模具10的节流栓11。 此类节流栓的位置可通过一组致动 说 明 书 CN 103747938 A 9 6/22 页 10 器进行局部控制, 就像狭槽模具 10 的节流栓 11 那样。 0047 图4示出包括致动器组件200、 零。

40、游隙联轴器240和控制器300的组件。 如图1A3 所示, 致动器组件 200 可通过以下方式在狭槽模具中使用, 从而对狭槽模具的流体流通道 进行局部调整, 如, 与狭槽模具20、 30一样通过调整涂覆狭槽的厚度, 或者与狭槽模具10一 样通过调整狭槽模具内的流体流通道的厚度。 0048 致动器组件 200 包括电机 210、 联接到电机 210 的线性致动器 220、 和定位传感器 230。作为一个例子, 电机 210 可以是步进电机。电机 210 的输出轴 (未示出) 机械联接到 线性致动器 220。传感器 230 感测线性致动器 220 的位置。例如, 传感器 230 可以是 LVDT 。

41、传感器或线性编码器。传感器 230 用夹具 232 固定到线性致动器 220 的输出轴 222, 并且 精确地测量线性致动器 220 的输出轴 222 的相对位置。在其他实例中, 传感器 230 可测量 输出联轴器 240、 模具致动器连杆 252、 柔性模唇 32、 旋转杆 22 或节流栓 11。作为一个例 子, 适合用作致动器组件 200 的致动器组件可得自霍尼韦尔国际股份有限公司 (Honeywell International Incorporated(Morristown,New Jersey)。 0049 控制器300接收来自电机210和传感器230两者的位置输入。 例如, 电机2。

42、10可以 是步进电机并且可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 230 可向控制器 300 提供比由电机 210 所提供的更精确的位置信息。控制器 300 将 指令提供给电机 210, 以将致动器 220 的输出轴 222 驱动至预选位置。例如, 控制器 300 可 在操作电机 210 的同时使用传感器 230 监测致动器 220 的输出轴 222 的位置, 以便根据预 选位置定位致动器 220 的输出轴 222。在一些实例中, 控制器 300 可同时地或顺次地控制 一组致动器组件 200。例如, 控制器 300 可控制狭槽模具 10 中的致动器组件 2。

43、00 中的每一 个, 如图 1B 所示。 0050 在狭槽模具 10、 20、 30 中, 致动器 220 的输出轴 222 通过零游隙联轴器 240 连接到 模具致动器连杆 252。零游隙联轴器 240 包括螺纹连接在一起的两个半块 : 下半块 242 和 上半块 244。下半块 242 用螺钉直接附接到模具致动器连杆 252。此外, 零游隙联轴器 240 还包括叠置的突起组件, 该组件用螺栓连接到致动器 220 的输出轴 222 的端部上。叠置的 突起组件包括围绕绝缘盘248的两个金属盘246。 作为一个例子, 绝缘盘248可包括陶瓷材 料。下半块 242 和上半块 244 结合, 以环绕。

44、叠置的突起组件, 所述叠置的突起组件包括用螺 栓连接到致动器 220 的输出轴 222 的端部上的金属盘 246 和绝缘盘 248。一旦上半块 244 牢固地通过螺纹连接到下半块242, 致动器220的输出轴222就有效地连接到零游隙联轴器 240 和模具致动器连杆 252。 0051 零游隙联轴器 240 用来将致动器组件 200 与狭槽模具热隔离。具体地讲, 绝缘盘 248显著地限制致动器220的输出轴222和模具致动器连杆252之间的金属间接触路径。 这 有助于保护致动器组件200不受狭槽模具的热量损坏。 例如, 狭槽模具通常在超过300的 温度下操作, 而包括电机210和传感器230在。

45、内的致动器组件200的部件在经受超过130 的温度时可能出现有限的功能或甚至永久性损坏。为此, 零游隙联轴器 240 可用来将致动 器组件 200 的温度保持在 130 或以下。在一些实例中, 盘 246 也可由非金属材料形成, 使 得在致动器 220 的输出轴 222 和模具致动器连杆 252 之间不存在金属间接触。此类实例将 致动器组件 200 与狭槽模具外壳进一步热隔离。在其他实例中, 联轴器 240 的表面积可选 择成耗散热量以将致动器组件 200 的温度保持在 130 或以下。这可以独立地使用或与绝 说 明 书 CN 103747938 A 10 7/22 页 11 缘盘 248 结。

46、合使用。在另外的实例中, 可使用主动热控制来冷却零游隙联轴器 240、 输出轴 222 或致动器组件 200。主动热控制的合适的例子包括对流空气流、 循环液体和热电子装 置。 0052 相比使用差速器螺栓作为致动机构的狭槽模具设计, 零游隙联轴器 240 以有限游 隙或零游隙将致动器220的输出轴222联接到模具致动器连杆252。 然而, 由于差速器螺栓 机构可具有100微米以上的游隙, 所以零游隙联轴器240可提供几乎为零的游隙, 例如小于 10 微米、 或甚至小于 5 微米, 例如约 3 微米。 0053 在使用一组差速器螺栓来控制涂覆狭槽宽度或节流栓位置的狭槽模具中, 每个差 速器螺栓的。

47、相对大的游隙意味着调整一个差速器螺栓的位置可能改变在其他螺栓处的流 体流通道的厚度。为此, 在操作挤出模具的同时, 可能永远不知道节流栓的绝对位置。相比 之下, 在狭槽模具 10、 20、 30 中, 致动器 220 的输出轴 222 的位置直接对应于节流栓 11(用 于狭槽模具 10) 、 旋转杆 22(用于狭槽模具 20) 和柔性模唇 32(用于狭槽模具 30) 的局部 位置。为此, 狭槽模具 10、 20 和 30 有利于进行在使用差速器螺栓作为致动机构的狭槽模具 中不可用的可重复的精确定位。 0054 图 5 是示出用于根据挤出产品的预选幅材横向轮廓选择狭槽模具的多个致动器 中每个致动。

48、器的位置的技术的流程图。 虽然不限于本文所公开的狭槽模具, 但为清楚起见, 图 5 的技术相对于狭槽模具 10(图 1A1B) 、 致动器组件 200(图 4) 和控制器 300(图 4) 进行描述。在不同的实例中, 图 5 的技术可用于条带涂布、 膜狭槽模具、 多层狭槽模具、 热熔 融挤压涂布模具、 落锤锻模、 旋转杆模具、 粘合剂狭槽模具、 溶剂涂布狭槽模具、 水性涂布模 具、 狭槽供料式刮刀模具或其他狭槽模具。 0055 首先, 获得诸如狭槽模具 10 的狭槽模具 (502)。狭槽模具包括延伸约狭槽模具的 宽度的涂覆狭槽和间隔约狭槽模具的宽度的多个致动器。 涂覆狭槽与通过狭槽模具的流体 。

49、流通道流体连通。 多个致动器中的每个致动器能够操作以在其各自位置处调整流体流通道 的横向厚度, 从而对通过涂覆狭槽的流体流进行局部调整。 0056 接下来, 获得与每个致动器通信的诸如控制器300的控制器(504)。 控制器被构造 成根据诸如传感器 230 的测量位置和 / 或电机 210 的步进电机设置的多个离散设置之一设 置每个致动器的所述位置。 0057 使用流体动力学和模具 10 的数字模型, 例如模具 10 的实体模型, 控制器 300 从与 预选幅材横向轮廓相对应的多个离散设置中预测一组离散设置(506)。 在不同的实例中, 控 制器 300 可从非瞬时性计算机可读介质检索预选幅材横向轮廓或者可以接收来自用户输 入的预选幅材横向轮廓。 0058 在不同的实例中, 预测的设置可对应于来自传感器 230 的测量和 / 或电机 210 的 离散位置设置。传感器 230 可向控制器 300 提供比由电机 210 提供的更精确的位置信息。 为此, 控制器 300 可基于来自传感器 230。

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