[发明专利]用于基于颜色反馈的母料馈送控制的系统和方法

说明书

提供了用于通过调整与原材料混合并馈送到用于生产所制造零件的加工机器中的母料的浓度来在所制造零件的生产中控制色母料馈送速率以使所制造零件的颜色与目标颜色相匹配的系统和方法。色母料馈送速率的控制基于联机制造的零件的光谱特性、具有目标颜色的已知参考零件以及用于计算和调整色母料馈送速率的算法。

技术领域

本发明涉及用于将添加剂材料分配到工业材料加工机器中的系统和方法。特别地，本发明公开了一种基于对要添加色母料的所制造零件的光谱特性进行联机测量以及基于联机测量对色母料馈送进行控制来优化颜色添加剂材料(色母料)馈送的系统和方法。

背景技术

塑料目前是制造看似无限数量产品的首选材料。这些产品通过多种工业工艺生产，例如注塑成型、吹塑成型、挤出成型和3D打印。这些机器从材料流中生产所制造零件，这些材料流一般是聚合物(在行业中通常被称为树脂、原材料或原始材料)的混合物，以小珠、着色剂和其它添加剂(例如，紫外线抑制剂)的形式存在。混合材料流中的着色剂和其它添加剂通常作为母料、粉末或浓缩液提供。母料是颜料和/或添加剂的浓缩混合物，通过加热颜料和/或添加剂以将其封装在载体树脂中，然后冷却并将载体树脂切割成体积颗粒剂来在生产过程之前预先产生。

在塑料产品的制造中感兴趣的目标特性当中，目标颜色的准确可靠生产尤其具有挑战性。按照惯例，形成塑料产品的颜色是通过将含有浓缩颜料混合物的母料(色母料)加入到用于形成该塑料产品的原材料中而形成的，最终所制造零件的确切色泽取决于馈送到原材料中的色母料的成分和量。在塑料零件的整个生产过程中，要求对系统进行持续的准确控制，以可靠且始终如一地获得目标颜色。

馈送到原材料中的色母料的量与最终产品的结果颜色之间的相关性是多个参数的函数，并且通过对色母料的释放的调整来准确高效地控制最终颜色是一项艰巨的任务。在当前的技术水平下，用于控制色母料的释放以在最终塑料产品中实现目标颜色的系统要求复杂的设置，并针对每个独特的设置进行特定的精确校准。例如，常规系统一般要求关于以下方面的细节：所制造零件的预期几何形状和表面特性；用于形成所制造零件的原材料类型；以及用于为所制造零件着色的特定颜料，以及每种颜料的浓度。

目前生产具有目标颜色的塑料零件的方法包括使用预定的颜色配方(颜料的类型及其相对浓度)或配色软件来评估要添加到原材料中的每种颜料的浓度，并控制单独颜料的馈送速率参数。另一种方法是试错法，其中预先执行测试运行以生产具有不同颜料浓度的试验样本，测量各种测试运行样本的所得色泽，然后使用测得的数据确定经验设定点以及用于控制后续生产运行的反馈控制参数。

迄今为止使用的方法在实际应用中受到限制。特定的颜料配方并不总是可用或以其它方式向生产工厂披露。试错法一般是不期望的，因为它们是劳动密集型的并且必然导致材料和时间的浪费，当生产工厂在几个不同的生产零件和/或常见生产零件的颜色变化之间快速改变时，这会进一步复杂化。

除了在确定色母料的适当颜料参数方面的前述缺点之外，在将色母料准确地递送到用于生产塑料零件的原材料中出现了进一步的复杂性。常规的塑料加工系统使用体积式和/或重量式馈送器来准确分配目标量的母料以与原材料混合，一个或多个这样的馈送器通常安装在系统入口的喉部。这两种馈送器类型都有缺点。

体积式馈送器通过将预定义体积的母料释放到混合机中来操作。这些馈送器提供了简单化的优点，因为它们可以与馈送螺杆一起使用以基于螺杆的旋转速度容易地校准母料的分配体积。但是，体积式馈送器为简单起见牺牲了准确性，因为单独依赖体积测量会容易导致在相继的循环中释放的母料实际重量出现大的差异，例如，当母料的单独循环在密度、颗粒尺寸或其它重量更改参数方面彼此不同时。