СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ СТЕКЛА ВО ВРЕМЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТРУБОК
SYSTEMS AND METHODS FOR MEASURING GLASS TEMPERATURE DURING TUBE CONVERSION

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета согласно § 120 раздела 35 Свода федеральных законов США по предварительной заявке на патент США № 62/476,408 под названием «Systems and Methods for Measuring the Temperature of Glass During Tube Conversion», поданной 24 марта 2017 года, полное содержание которой включено в настоящий документ путем ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение в общем относится к системам и способам измерения температуры стекла во время преобразования стеклянной трубки в стеклянное изделие.
Уровень техники
[0003] Стеклянные трубки могут быть преобразованы в другие стеклянные изделия. Например, стеклянные трубки могут быть преобразованы в различные стеклянные контейнеры для использования в фармацевтических областях, включая без ограничения флаконы, шприцы, ампулы, картриджи и другие стеклянные изделия. Стеклянные трубки могут быть преобразованы, например, в «машинах для преобразования». Машины для преобразования используются более 75 лет, и в настоящее время производятся различными поставщиками оборудования для коммерческого и внутреннего использования. Эти машины для преобразования, как правило, преобразуют длинные стеклянные трубки во множество стеклянных изделий с использованием этапов, которые включают в себя этапы обработки пламенем, вращения и обработки неподвижным инструментом, термического отделения или резкого отсекания.
[0004] В современной стеклообрабатывающей промышленности управление машинами для преобразования осуществляется операторами и техническими специалистами с большим опытом. Операторы и технические специалисты изучают работу машины на основе опыта и практического обучения, и регулировка работы горелок, а также, например, наладка машины обычно выполняются исключительно путем визуальной оценки температуры и формы частично готовых или полностью готовых стеклянных изделий. Производители деталей внимательно следят за рабочими технологиями и модификациями машин, что создает существенный барьер для входа на рынок новых производителей для изготовления высококачественных фармацевтических изделий.
[0005] Соответственно, существует необходимость обеспечения альтернативных систем и способов изготовления стеклянных изделий с использованием машин для преобразования трубок.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Соответственно, существует необходимость обеспечения систем и способов измерения температур стеклянных трубок во время преобразования стеклянных трубок для изготовления стеклянных изделий.
[0007] В одном или более аспектах настоящего изобретения система для изготовления стеклянных изделий из стеклянных трубок может содержать преобразователь, содержащий основание, имеющее множество станций обработки, разнесенных друг от друга по контуру, и барабан, выполненный с возможностью перемещения относительно основания, причем барабан имеет множество держателей, продолжающихся от барабана в направлении множества станций обработки, и множество держателей разнесены друг от друга, причем барабан выполнен с возможностью последовательного пошагового перемещения каждого из множества держателей в положение вблизи каждой из множества станций обработки. Система может дополнительно включать в себя тепловизионную систему, содержащую тепловизор, соединенный с барабаном для перемещения вместе с барабаном, причем тепловизор расположен так, чтобы захватывать инфракрасный свет, испускаемый стеклянной трубкой, расположенной в одном из множества держателей.
[0008] В вариантах выполнения тепловизор может быть расположен так, чтобы непосредственно принимать инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью стеклянной трубки. Тепловизионная система может дополнительно содержать по меньшей мере одно зеркало, ориентированное так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор. По меньшей мере одно зеркало может представлять собой неподвижное зеркало, соединенное с основанием и ориентированное так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор.
[0009] В некоторых вариантах выполнения система может дополнительно содержать зеркало, соединенное с тепловизором и ориентированное так, чтобы отражать инфракрасный свет стеклянной трубки, в тепловизор. Зеркало может быть ориентировано так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор. Отражающая поверхность зеркала может иметь отражательную способность, равную или превышающую 96%, для света, имеющего длины волн от 800 нм до 20 мкм. В других вариантах выполнения зеркало может быть ориентировано так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор.
[0010] В вариантах выполнения система может включать в себя по меньшей мере одно дополнительное зеркало, соединенное с тепловизором, причем зеркало ориентировано так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор, а дополнительное зеркало ориентировано так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор. В других вариантах выполнения система может включать в себя по меньшей мере одно неподвижное зеркало, расположенное вертикально под одной из множества станций обработки, причем неподвижное зеркало расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью стеклянной трубки, в тепловизор при пошаговом перемещении тепловизора в положение на одной из множества станций обработки с помощью барабана.
[0011] В некоторых вариантах выполнения тепловизор может представлять собой инфракрасную камеру, выполненную с возможностью приема инфракрасного света, имеющего длины волн от 4 мкм до 14 мкм или от 5 мкм до 14 мкм. В вариантах выполнения система может содержать основной барабан и вспомогательный барабан. Тепловизор может быть соединен с основным барабаном для вращения вместе с основным барабаном. Система может содержать загрузочный барабан, расположенный над основным барабаном и выполненный с возможностью вращения относительно основного барабана. В некоторых вариантах выполнения тепловизионная система может включать в себя множество тепловизоров.
[0012] В некоторых вариантах выполнения система может включать в себя контактное кольцо, расположенное над барабаном и имеющее ось контактного кольца, выровненную с центральной осью барабана, причем контактное кольцо электрически соединяет тепловизор с источником питания. Контактное кольцо может функционально соединять тепловизор с процессором. Внутреннее кольцо контактного кольца может включать в себя центральный канал.
[0013] В других вариантах выполнения система может дополнительно содержать источник питания, соединенный с барабаном для вращения вместе с барабаном, причем источник питания электрически соединен с тепловизором для подачи питания тепловизору. Система также может включать в себя устройство беспроводной связи, соединенное с барабаном, причем устройство беспроводной связи коммуникативно соединяет тепловизор с процессором.
[0014] В вариантах выполнения система может содержать систему охлаждения, которая включает в себя источник охлаждающей текучей среды, вращательное соединение, находящееся в сообщении по текучей среде с источником охлаждающей текучей среды и имеющее ось соединения, выровненную с центральной осью барабана, и трубопровод подачи, продолжающийся от вращательного соединения до тепловизионной системы. Система также может включать в себя систему очистки, содержащую по меньшей мере одну форсунку, расположенную так, чтобы подавать текучую среду на объектив тепловизора. Тепловизионная система может включать в себя зеркало, соединенное с тепловизором и ориентированное так, чтобы отражать инфракрасный свет стеклянной трубки, расположенной в одном из множества держателей, в тепловизор, и система охлаждения может включать в себя по меньшей мере одну форсунку, расположенную так, чтобы подавать текучую среду на отражающую поверхность зеркала.
[0015] В некоторых вариантах выполнения система может включать в себя по меньшей мере один процессор, коммуникативно соединенный с тепловизором, по меньшей мере один модуль памяти, коммуникативно соединенный с процессором, и машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают тепловизионную систему к выполнению по меньшей мере следующих операций: прием данных теплового изображения от тепловизора, обработка данных теплового изображения и определение характеристики стеклянной трубки на основе данных теплового изображения. Характеристика может представлять собой по меньшей мере одно из температуры стеклянной трубки, температурного градиента по толщине стеклянной трубки, вязкости стеклянной трубки, градиента вязкости по толщине стеклянной трубки, размера стеклянной трубки, температурного профиля стеклянной трубки, температурного профиля стеклянной трубки в зависимости от времени, осевой линии стеклянной трубки или их сочетания.
[0016] В вариантах выполнения система может дополнительно содержать машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают тепловизионную систему к определению температуры стеклянной трубки на основе данных теплового изображения, определению вязкости стеклянной трубки на основе данных теплового изображения или определению размера стеклянной трубки на основе данных теплового изображения.
[0017] В некоторых вариантах выполнения система может дополнительно включать в себя машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают тепловизионную систему к выполнению по меньшей мере следующих операций: определение первой характеристики стеклянной трубки на первой станции обработки, определение второй характеристики стеклянной трубки на второй станции обработки, расположенной после первой станции обработки, вычисление разности между первой характеристикой и второй характеристикой и передача выходных данных, представляющих разность между первой характеристикой и второй характеристикой.
[0018] В некоторых вариантах выполнения процессор может быть коммуникативно соединен с устройством управления, и система может дополнительно содержать машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают тепловизионную систему к выполнению по меньшей мере следующих операций: сравнение характеристики стеклянной трубки с заданной характеристикой, определение регулируемой переменной на основе сравнения характеристики стеклянной трубки с заданной характеристикой и передача сигнала управления, представляющего регулируемую переменную, в устройство управления.
[0019] В вариантах выполнения по меньшей мере одна из множества станций обработки может содержать станцию нагрева, имеющую по меньшей мере один нагревательный элемент, и устройство управления функционально соединено с нагревательным элементом для управления нагревом стеклянной трубки нагревательным элементом. Нагревательный элемент может включать в себя горелку, а устройство управления может представлять собой одно или более из клапана управления подачей топлива, клапана управления подачей кислорода или клапана управления подачей воздуха. Регулируемая переменная может представлять собой массовый расход одного или более из топливного газа, кислорода или воздуха. Альтернативно, регулируемая переменная может представлять собой положение одного или более из клапана управления подачей топлива, клапана управления подачей кислорода или клапана управления подачей воздуха.
[0020] В вариантах выполнения по меньшей мере одна из станций обработки может представлять собой станцию охлаждения, имеющую по меньшей мере один клапан управления подачей охлаждающей текучей среды, причем устройство управления представляет собой клапан управления подачей охлаждающей текучей среды. В вариантах выполнения по меньшей мере одна из станций обработки может представлять собой станцию формования, имеющую один или более исполнительных механизмов, которые приводят по меньшей мере один формующий инструмент в контакт со стеклянной трубкой с возможностью прекращения контакта, причем устройство управления содержит один или более исполнительных механизмов. Регулируемая переменная может представлять собой время контакта по меньшей мере одного формующего инструмента со стеклянной трубкой на станции формования.
[0021] В некоторых вариантах выполнения система может дополнительно включать в себя систему определения размеров. Система определения размеров может включать в себя по меньшей мере одно из системы формирования визуального изображения, лазерного рефлектометра, лазерного измерителя или оптического микрометра. Система определения размеров может быть расположена так, чтобы захватывать данные измерения стеклянной трубки перед преобразователем. Альтернативно, в некоторых вариантах выполнения система определения размеров может быть расположена так, чтобы захватывать данные измерения стеклянной трубки на одной из множества станций обработки. Система может дополнительно включать в себя машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают систему определения размеров к выполнению по меньшей мере следующих операций: захват данных измерения стеклянной трубки на одной из множества станций обработки, обработка данных измерения стеклянной трубки и определение физического свойства стеклянной трубки на основе данных измерения стеклянной трубки. Физическое свойство представляет собой одно или более из диаметра, толщины или массы стекла на единицу длины стеклянной трубки.
[0022] В некоторых вариантах выполнения система может включать в себя машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают систему к выполнению по меньшей мере следующих операций: прием физического свойства стеклянной трубки от системы определения размеров и определение градиента характеристики по толщине стеклянной трубки на основе физического свойства и характеристики. Градиент характеристики может представлять собой температурный градиент или градиент вязкости.
[0023] В вариантах выполнения система может включать в себя машиночитаемые инструкции, хранящиеся в по меньшей мере одном модуле памяти, которые при выполнении по меньшей мере одним процессором побуждают систему к выполнению по меньшей мере следующих операций: сравнение физического свойства стеклянной трубки с заданным физическим свойством и определение корректировки регулируемой переменной на основе сравнения физического свойства стеклянной трубки с заданным физическим свойством.
[0024] В другом аспекте способ управления преобразователем стеклянных трубок может содержать этап, на котором пошагово перемещают стеклянную трубку, которая соединена с барабаном преобразователя стеклянных трубок с возможностью отсоединения, через множество станций обработки преобразователя стеклянных трубок, причем по меньшей мере одна из множества станций обработки содержит устройство управления. Способ может дополнительно включать в себя этап, на котором захватывают тепловое изображение стеклянной трубки с использованием тепловизионной системы, соединенной с барабаном преобразователя стеклянных трубок, причем тепловизионная система содержит по меньшей мере тепловизор, ориентированный так, чтобы захватывать инфракрасный свет стеклянной трубки. Способ может дополнительно содержать этапы, на которых обрабатывают тепловое изображение, определяют характеристику стеклянной трубки на основе теплового изображения, сравнивают характеристику стеклянной трубки с заданным значением, определяют регулируемую переменную на основе сравнения характеристики стеклянной трубки с заданным значением и передают сигнал управления, представляющий регулируемую переменную в устройство управления.
[0025] В некоторых вариантах выполнения способа по меньшей мере одна из множества станций обработки может содержать станцию нагрева, имеющую по меньшей мере один нагревательный элемент, и устройство управления может быть функционально соединено с нагревательным элементом. Нагревательный элемент может представлять собой горелку, а устройство управления может представлять собой одно или более из клапана управления подачей топлива, клапана управления подачей кислорода или клапана управления подачей воздуха, причем регулируемая переменная может представлять собой массовый расход одного или более из топливного газа, кислорода или воздуха. Устройство управления может представлять собой одно или более из клапана управления подачей топлива, клапана управления подачей кислорода или клапана управления подачей воздуха, а регулируемая переменная может представлять собой положение одного или более из клапана управления подачей топлива, клапана управления подачей кислорода или клапана управления подачей воздуха.
[0026] В вариантах выполнения способа по меньшей мере одна из станций обработки может содержать станцию охлаждения, имеющую по меньшей мере один клапан управления подачей охлаждающей текучей среды, причем устройство управления может представлять собой клапан управления подачей охлаждающей текучей среды. В некоторых вариантах выполнения способа по меньшей мере одна из станций обработки содержит станцию формования, имеющую один или более исполнительных механизмов, которые приводят по меньшей мере один формующий инструмент в контакт со стеклянной трубкой с возможностью прекращения контакта, причем устройство управления может представлять собой один или более исполнительных механизмов. Регулируемая переменная может представлять собой время контакта по меньшей мере одного формующего инструмента со стеклянной трубкой на станции формования.
[0027] В некоторых вариантах выполнения преобразователь может содержать систему определения размеров, имеющую по меньшей мере одно из системы формирования визуального изображения, лазерного рефлектометра лазерного измерителя или оптического микрометра, расположенного так, чтобы захватывать данные измерения стеклянной трубки на одной из множества станций обработки. Способ может дополнительно содержать этапы, на которых захватывают данные измерения стеклянной трубки на одной из множества станций обработки, обрабатывают данные измерения стеклянной трубки и определяют физическое свойство стеклянной трубки на основе данных измерения стеклянной трубки. Физическое свойство может представлять собой одно или более из диаметра, толщины или массы стекла на единицу длины стеклянной трубки.
[0028] В вариантах выполнения способ может дополнительно содержать этапы, на которых сравнивают физическое свойство стеклянной трубки с заданным физическим свойством и определяют корректировку регулируемой переменной на основе сравнения физического свойства стеклянной трубки с заданным физическим свойством. В других вариантах выполнения способ может дополнительно содержать этапы, на которых измеряют физическое свойство стеклянной трубки, причем физическое свойство может представлять собой одно из диаметра, толщины или массы на единицу длины стеклянной трубки, сравнивают физическое свойство стеклянной трубки с заданным физическим свойством и определяют корректировку регулируемой переменной на основе сравнения физического свойства стеклянной трубки с заданным физическим свойством.
[0029] Следует понимать, что как приведенное выше общее описание, так и следующее далее подробное описание раскрывают различные варианты выполнения и предназначены для обеспечения общего представления или основы для понимания природы и характера заявленного объекта. Сопровождающие чертежи приведены для обеспечения дополнительного понимания различных вариантов выполнения, включены в настоящее описание и составляют его часть. Чертежи иллюстрируют различные варианты выполнения, описанные в настоящем документе, и вместе с описанием служат для объяснения принципов и работы заявленного объекта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0030] Фиг. 1 схематически иллюстрирует вариант выполнения преобразователя для изготовления стеклянных изделий из стеклянной трубки в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0031] Фиг. 2 схематически иллюстрирует основной барабан, вспомогательный барабан и подающий барабан машины для преобразования стеклянных трубок, показанной на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0032] Фиг. 3A схематически иллюстрирует станцию нагрева преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0033] Фиг. 3B схематически иллюстрирует станцию отделения преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0034] Фиг. 3C схематически иллюстрирует станцию формования преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0035] Фиг. 3D схематически иллюстрирует другой вариант выполнения станции формования преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0036] Фиг. 3E схематически иллюстрирует станцию охлаждения преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0037] Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе стеклянной трубки перед преобразованием в преобразователе, показанном на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0038] Фиг. 5 схематически иллюстрирует тепловизионную систему преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0039] Фиг. 6 схематически иллюстрирует тепловизионную систему, показанную на Фиг. 5, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0040] Фиг. 7A схематически иллюстрирует работу тепловизора тепловизионной системы, показанной на Фиг. 5, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0041] Фиг. 7B схематически иллюстрирует работу тепловизора и неподвижного зеркала тепловизионной системы, показанной на Фиг. 5, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0042] Фиг. 7C схематически иллюстрирует работу тепловизора и зеркала тепловизионной системы, показанной на Фиг. 5, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0043] Фиг. 7D схематически иллюстрирует альтернативную работу тепловизора и зеркала тепловизионной системы, показанной на Фиг. 7C, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0044] Фиг. 7E схематически иллюстрирует работу тепловизора, зеркала и дополнительного зеркала тепловизионной системы, показанной на Фиг. 5, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0045] Фиг. 7F схематически иллюстрирует работу тепловизора, зеркала и неподвижного зеркала тепловизионной системы, показанной на Фиг. 5, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0046] Фиг. 7G схематически иллюстрирует альтернативную работу тепловизора, зеркала и дополнительного зеркала тепловизионной системы, показанной на Фиг. 7F, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0047] Фиг. 8A схематически иллюстрирует другой вариант выполнения тепловизионной системы преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0048] Фиг. 8B схематически иллюстрирует другой вариант выполнения тепловизионной системы преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0049] Фиг. 9 схематически иллюстрирует другой вариант выполнения тепловизионной системы преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0050] Фиг. 10 представляет собой график относительной температуры поверхности стеклянной трубки (ось y) в зависимости от времени (ось х) для преобразователя 100, измеренной с использованием тепловизионной системы, показанной на Фиг. 9, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0051] Фиг. 11A представляет собой изображение, иллюстрирующее стеклянную трубку на станции нагрева преобразователя, показанного на Фиг. 1, захваченное тепловизионной системой, показанной на Фиг. 9, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0052] Фиг. 11B представляет собой изображение, иллюстрирующее стеклянную трубку на станции отделения преобразователя, показанного на Фиг. 1, захваченное тепловизионной системой, показанной на Фиг. 9, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0053] Фиг. 11C представляет собой изображение, иллюстрирующее стеклянную трубку на станции формования преобразователя, показанного на Фиг. 1, захваченное тепловизионной системой, показанной на Фиг. 9, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0054] Фиг. 11D представляет собой изображение, иллюстрирующее стеклянную трубку на другой станции формования преобразователя, показанного на Фиг. 1, захваченное тепловизионной системой, показанной на Фиг. 9, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0055] Фиг. 12 представляет собой изображение, иллюстрирующее вид сбоку и вид сверху стеклянной трубки на одном тепловом изображении, захваченном с использованием тепловизионной системы, показанной на Фиг. 9, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0056] Фиг. 13 схематически иллюстрирует систему управления для преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0057] Фиг. 14 схематически иллюстрирует способ управления с одним контуром обратной связи для системы управления, показанной на Фиг. 13, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0058] Фиг. 15 схематически иллюстрирует способ каскадного управления для системы управления, показанной на Фиг. 13, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0059] Фиг. 16 схематически иллюстрирует другой способ управления с одним контуром обратной связи для системы управления, показанной на Фиг. 13, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0060] Фиг. 17 схематически иллюстрирует вид в поперечном сечении зеркала тепловизионной системы преобразователя, показанного на Фиг. 1, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе;
[0061] Фиг. 18A схематически иллюстрирует вспомогательный барабан преобразователя, показанного на Фиг. 1, причем вспомогательный барабан имеет тепловизионную систему, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе; и
[0062] Фиг. 18B схематически иллюстрирует другой вариант выполнения вспомогательного барабана преобразователя, показанного на Фиг. 1, причем вспомогательный барабан имеет тепловизионную систему, в соответствии с одним или более вариантами выполнения, показанными и описанными в настоящем документе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0063] Далее будет сделана подробная ссылка на варианты выполнения систем и способов управления процессами преобразования трубок, примеры которых проиллюстрированы на сопровождающих чертежах. Во всех возможных случаях одинаковые ссылочные позиции будут использоваться на всех чертежах для обозначения одинаковых или подобных частей. Один вариант выполнения системы для изготовления изделий из стеклянной трубки проиллюстрирован на Фиг. 1. В этом варианте выполнения система для изготовления стеклянных изделий из стеклянной трубки 102 включает в себя преобразователь 100 и тепловизионную систему 120. Преобразователь 100 включает в себя основание 104, имеющее множество станций 106 обработки, разнесенных друг от друга по контуру, и основной барабан 108, расположенный на расстоянии от основания 104 и выполненный с возможностью перемещения относительно основания 104. Основной барабан 108 включает в себя множество держателей 130, продолжающихся от основного барабана 108 в направлении множества станций 106 обработки. Множество держателей 130 разнесены друг от друга, и каждый из множества держателей 130 выровнен с одной из множества станций 106 обработки. Основной барабан 108 выполнен с возможностью последовательного пошагового перемещения каждого из множества держателей 130 в положение вблизи каждой из множества станций 106 обработки. Тепловизионная система 120 может включать в себя тепловизор 122, который может быть соединен с участком основного барабана 108 для перемещения вместе с участком основного барабана 108. Тепловизионная система 120 также может включать в себя зеркало 124, соединенное с тепловизором 122 и расположенное так, чтобы отражать инфракрасный свет от одного из множества держателей 130 в тепловизор 122. Различные варианты выполнения систем и способов управления процессами преобразования трубок будут описаны в настоящем документе с конкретной ссылкой на приложенные чертежи.
[0064] Выражения направления, используемые в настоящем документе, например, вверх, вниз, правый, левый, передний, задний, верхний, нижний, используются только со ссылкой на чертежи и не предназначены для указания абсолютной ориентации.
[0065] Если четко не указано иное, никоим образом не предполагается, что какой–либо способ, изложенный в настоящем документе, должен толковаться как требующий, чтобы его этапы выполнялись в конкретном порядке, или что какое–либо устройство требует конкретных ориентаций. Соответственно, если пункт формулы изобретения на способ фактически не указывает порядок выполнения этапов, или пункт формулы изобретения на устройство фактически не указывает порядок или ориентацию отдельных компонентов, или в формуле изобретения или описании иным образом не указано, что этапы должны быть ограничены конкретным порядком, или не указан конкретный порядок или ориентация компонентов устройства, никоим образом не предполагается ограничение порядка или ориентации в каком–либо отношении. Это справедливо для любой возможной не выраженной основы для интерпретации, включая: вопросы логики в отношении порядка этапов, последовательности операций, порядка компонентов или ориентации компонентов; общепринятое значение, полученное на основе грамматического построения или пунктуации, и количество или тип вариантов выполнения, раскрытых в описании.
[0066] При использовании в настоящем документе формы единственного числа включают множественные ссылки, если контекст четко не определяет иное. Таким образом, например, ссылка на «компонент» включает в себя аспекты, имеющие два или более таких компонента, если контекст четко не указывает иное.
[0067] Далее обратимся к Фиг. 1, на которой схематически проиллюстрирован преобразователь 100 для изготовления стеклянных изделий из стеклянной трубки 102. Преобразователь 100 может использоваться для преобразования стеклянных трубок 102 во множество стеклянных изделий, например, без ограничения во флаконы, шприцы, картриджи, ампулы или другие стеклянные изделия. Преобразователь 100 включает в себя основание 104, имеющее множество станций 106 обработки, основной барабан 108, расположенный над основанием 104 и выполненный с возможностью вращения относительно основания 104 вокруг центральной оси А, и барабан 110 для загрузки стеклянных трубок, расположенный над основным барабаном 108 для подачи стеклянной трубки 102 в основной барабан 108. Преобразователь 100 также может включать в себя множество вспомогательных станций 112 обработки на основании 104 и вспомогательный барабан 114, который выполнен с возможностью вращения относительно основания 104. Тепловизионная система 120 соединена с основным барабаном 108 для вращения вместе с основным барабаном 108. В вариантах выполнения тепловизионная система 120 включает в себя тепловизор 122 и зеркало 124. Для соединения тепловизионной системы 120 с основным барабаном 108 может использоваться крепежное устройство 126. Тепловизионная система 120 может использоваться для получения тепловых изображений стеклянной трубки 102 при пошаговом перемещении стеклянной трубки 102 с помощью основного барабана между станциями 106 обработки. На основе этих тепловых изображений могут быть получены одна или более температур или температурных профилей стеклянной трубки 102, которые могут использоваться для изучения процесса преобразования и/или могут быть включены в один или более способов управления процессом для управления преобразователем 100.
[0068] Как схематически показано на Фиг. 1, основание 104 преобразователя 100 является неподвижным, и станции 106 обработки могут быть соединены с верхним участком 105 основания 104. Множество станций 106 обработки разнесены друг от друга и расположены в основном контуре 116. В одном или более вариантах выполнения основной контур 116 может быть круговым, так что основной барабан 108 может пошагово перемещать стеклянную трубку 102 через множество станций 106 обработки при вращении основного барабана 108 вокруг центральной оси А. Тип и/или форма изделия, которое должно быть изготовлено из стеклянной трубки 102, могут влиять на количество станций 106 обработки, соединенных с основанием 104. Количество станций 106 обработки основного барабана 108 может составлять от 14 станций 106 обработки до 32 станций 106 обработки. Хотя преобразователь 100 и процесс преобразования описаны в настоящем документе в контексте преобразователя 100, имеющего шестнадцать станций 106 обработки в основном контуре 116, следует понимать, что преобразователь 100 может иметь больше или меньше шестнадцати станций 106 обработки в основном контуре 116. Станции 106 обработки могут включать в себя в качестве примера и без ограничения одну или более станций нагрева, формования, полировки, охлаждения, отделения, пробивки, измерения, подачи или выдачи или другие станции обработки для изготовления стеклянных изделий из стеклянных трубок 102. Тип и/или форма изделия, которое должно быть изготовлено из стеклянной трубки 102, также могут влиять на тип станций 106 обработки и/или порядок расположения станций 106 обработки преобразователя 100.
[0069] Основной барабан 108 может быть расположен над основанием 104 и может быть соединен с основанием 104 с возможностью вращения, так что основной барабан 108 выполнен с возможностью вращения относительно основания 104 вокруг центральной оси А. Для вращения основного барабана 108 относительно основания 104 может использоваться приводной двигатель (не показан). Основной барабан 108 включает в себя множество держателей 130, которые выполнены с возможностью крепления каждой стеклянной трубки 102 к основному барабану 108 с возможностью отсоединения. Держатели 130 могут представлять собой зажимы, патроны или другие удерживающие устройства или сочетания удерживающих устройств. Держатели 130 могут ориентировать каждую стеклянную трубку 102 таким образом, что стеклянная трубка 102 в общем параллельна центральной оси А основного барабана 108 и в общем перпендикулярна верхнему участку 105 основания 104. Хотя преобразователь 100 раскрыт в настоящем описании в контексте вертикально ориентированного преобразователя 100, следует понимать, что преобразователь 100 может быть ориентирован горизонтально или под углом. Каждый из держателей 130 продолжается от нижнего участка 109 основного барабана 108 в направлении основания 104 (т.е. в направлении –Z относительно оси координат, показанной на Фиг. 1), и каждый держатель 130 ориентирован так, чтобы размещать стеклянную трубку 102 на каждой из последовательных станций 106 обработки основного контура 116 основания 104 или вблизи нее при пошаговом перемещении основного барабана 108 вокруг центральной оси А. Вертикальная ориентация стеклянных трубок 102 позволяет поступательно циклически перемещать выступающий вниз участок каждой стеклянной трубки 102 через станции 106 обработки основного контура 116. Каждый держатель 130 может отдельно вращаться относительно основного барабана 108 вокруг оси D держателя, которая может быть в общем параллельна центральной оси А основного барабана 108. Каждый из держателей 130 может быть функционально соединен с двигателем (не показан), бесконечным приводным ремнем или другим приводным механизмом для вращения каждого из держателей 130 относительно основного барабана 108. Вращение держателей 130 обеспечивает вращение стеклянной трубки 102 относительно неподвижных горелок, формующих инструментов, охлаждающих форсунок или других элементов станций 106 обработки.
[0070] Обратимся к Фиг. 1 и 2, преобразователь 100 может иметь множество вспомогательных станций 112 обработки, которые также разнесены друг от друга и расположены во вспомогательном контуре 118 (Фиг. 2), и вспомогательный барабан 114 (Фиг. 1) для пошагового перемещения изделия 103 (Фиг. 1), которое было отделено от стеклянной трубки 102, через множество вспомогательных станций 112 обработки. Вспомогательный барабан 114 может быть выполнен с возможностью вращения относительно основания 104 вокруг второй оси B. Вторая ось B может быть в общем параллельна центральной оси А основного барабана 108. Вспомогательный барабан 114 также включает в себя множество держателей 130 для удержания стеклянных изделий 103 и положения стеклянных изделий 103 для последовательного взаимодействия с каждой из вспомогательных станций 112 обработки. Вспомогательный барабан 114 может принимать изделия 103 со станции 206 отделения (Фиг. 2) основного барабана 108, пошагово перемещать изделия 103 через множество вспомогательных станций 112 обработки при вращении вспомогательного барабана 114 и выдавать готовые изделия из преобразователя 100.
[0071] Барабан 110 для загрузки стеклянных трубок расположен над основным барабаном 108. В вариантах выполнения барабан 110 для загрузки стеклянных трубок может быть смещен от центральной оси А основного барабана 108. Барабан 110 для загрузки стеклянных трубок может быть выполнен с возможностью вращения вокруг оси C, которая может быть в общем параллельна центральной оси А основного барабана 108. Барабан 110 для загрузки стеклянных трубок может независимо удерживаться в неподвижном положении относительно основного барабана 108, и вращение барабана 110 для загрузки стеклянных трубок может быть независимо от вращения основного барабана 108. Обратимся к Фиг. 1 и 2, в некоторых вариантах выполнения барабан 110 для загрузки стеклянных трубок может включать в себя множество каналов 132 загрузки, расположенных в круговом контуре 134 и выполненных с возможностью удержания стеклянных трубок 102. Барабан 110 для загрузки стеклянных трубок может быть расположен так, чтобы ориентировать один из каналов 132 загрузки в вертикальном выравнивании (т.е. выровненным в направлении, параллельном центральной оси А основного барабана 108 и/или параллельном оси Z на Фиг. 1) со станцией 106 обработки основного контура 116 преобразователя 100 и соответствующими держателями 130 на основном барабане 108, которые пошагово перемещаются через станцию 106 обработки основного контура 116. В одном или более вариантах выполнения станция 106 обработки, выровненная с барабаном 110 для загрузки стеклянных трубок, может представлять собой станцию 214 загрузки трубки (Фиг. 2). Когда преобразователь 100 преобразовал всю стеклянную трубку 102 или ее участок в конкретном положении 136 держателя в одно или более изделий, барабан 110 для загрузки стеклянных трубок может подавать новую длину стеклянной трубки 102 через верхнюю часть основного барабана 108 в держатель 130 в положении 136 держателя при пошаговом перемещении положения 136 держателя в выравнивание со станцией 214 загрузки трубки основного контура 116. В альтернативных вариантах выполнения преобразователь 100 может включать в себя руку (не показана), выполненную с возможностью электромеханического перемещения между основным барабаном 108 и барабаном 110 для загрузки стеклянных трубок. Когда преобразователь 100 преобразовал всю стеклянную трубку 102 или ее участок в конкретном положении 136 держателя, рука может захватывать новую длину стеклянной трубки 102 из барабана 110 для загрузки стеклянных трубок или другого устройства подачи стеклянных трубок и подавать новую длину стеклянной трубки 102 в основной барабан 108 в конкретном положении 136 держателя. Также предусмотрены другие способы подачи новой длины стеклянной трубки 102 в основной барабан 108.
[0072] Обратимся к Фиг. 2, как описано ранее, множество станций 106 обработки преобразователя 100 может включать в себя одну или более станций 202 нагрева, станций 204 формования, станций 206 отделения, станций 208 полировки, станций 210 охлаждения, станций 212 пробивки, станций 214 загрузки трубки, станций 216 выдачи, станций 218 измерения, станций 220 опускания длины трубки или другие станции и/или сочетания этих станций. Фиг. 2 схематически иллюстрирует расположение станций 106 обработки преобразователя 100, имеющего основной контур 116 из шестнадцати станций 106 обработки и вспомогательный контур 118 из восьми вспомогательных станций 112 обработки. Как описано, станции 106 обработки основного контура 116 равномерно разнесены друг от друга и равномерно распределены по круговому контуру, и вспомогательные станции 112 обработки вспомогательного контура 118 также равномерно разнесены друг от друга и равномерно распределены по круговому контуру. Фиг. 2 также схематически иллюстрирует барабан 110 для загрузки стеклянных трубок, имеющий множество каналов 132 загрузки. На Фиг. 2 барабан 110 для загрузки стеклянных трубок показан в положении на расстоянии от основного контура 116 в целях иллюстрации. Хотя показан барабан 110 для загрузки стеклянных трубок, имеющий двадцать четыре канала 132 загрузки, следует понимать, что барабан для загрузки стеклянных трубок может иметь больше или меньше двадцати четырех каналов 132 загрузки.
[0073] Основной контур 116 преобразователя, схематически показанный на Фиг. 2, может включать в себя одну или более станций 202 нагрева, станцию 206 отделения, станцию 212 пробивки пламенем, одну или более станций 204 формования, одну или более станций 210 охлаждения, станцию 218 измерения, станцию 220 опускания длины трубки и станцию 214 загрузки трубки. Что касается направления 222 пошагового перемещения основного барабана 108, станции 202 нагрева могут быть расположены перед станциями 206 отделения и каждой из станций 204 формования для предварительного нагрева целевых областей стеклянной трубки 102 до целевой температуры, при которой целевая область стеклянной трубки 102 становится пластически деформируемой и может быть эффективно деформирована или разрезана без растрескивания или раскрашивания стекла. На станции 206 отделения отформованное стеклянное изделие 103 (Фиг. 1) может быть отделено от стеклянной трубки 102 (Фиг. 1). Станция 206 отделения также может представлять собой станцию 106 обработки, на которой частично отформованное стеклянное изделие 103 после отделения передается во вспомогательный барабан 114 (Фиг. 1) для пошагового перемещения через вспомогательный контур 118 вспомогательных станций 112 обработки. Станция 212 пробивки может быть расположена в основном контуре 116 после станции 206 отделения в направлении 222 пошагового перемещения основного барабана 108. На станции 212 пробивки конец стеклянной трубки 102, ранее закрытый на станции 206 отделения, пробивается, в результате чего образуется отверстие в стеклянной трубке 102.
[0074] Станции 204 формования основного барабана 108 могут быть расположены после станции 212 пробивки в направлении 222 пошагового перемещения. На станциях 204 формования стеклянной трубке 102 многократно придают желаемую форму готового стеклянного изделия. Как отмечено выше, одна или более станций 202 нагрева могут быть расположены перед каждой из станций 204 формования для предварительного нагрева целевых областей стеклянной трубки 102 до температуры, при которой стеклянная трубка может быть отформована. Станции 204 формования основного барабана 108 формируют один конец стеклянных изделий 103, а станции 204 формования вспомогательного барабана 114 формируют другой конец стеклянных изделий 103. В одном или более вариантах выполнения преобразователь 100 может использоваться для изготовления флаконов из стеклянных трубок 102, и станции 204 формования преобразователя 100 могут включать в себя одну или более станций формования уступа, одну или более станций формования фланца и одну или более станций окончательной обработки фланца с одной или более станциями 202 нагрева, расположенными перед каждой из станций 204 формования и между ними. Основной контур 116 может дополнительно включать в себя станцию 218 измерения, на которой может использоваться система 1310 определения размеров (Фиг. 13) для измерения одного или более размеров стеклянной трубки 102, например, диаметра и толщины, и одного или более размеров элементов, образованных на станциях 204 формования. Размеры элементов могут включать в себя толщину фланца, длину фланца, длину горлышка, толщину горлышка, общую длину изделия, другой размер элемента или их сочетания. Станция 218 измерения может быть расположена непосредственно после последней станции 204 формования, так что измерение размеров происходит при повышенной температуре стеклянной трубки 102. Альтернативно, станция 218 измерения может быть расположена после одной или более станций 210 охлаждения для измерения размеров стеклянной трубки 102 и/или стеклянного изделия при более низкой температуре.
[0075] Снова обратимся к Фиг. 2, одна или более станций 210 охлаждения могут быть расположены после станций 204 формования в направлении 222 пошагового перемещения основного барабана 108. Станция 220 опускания длины трубки может быть расположена после станций 204 формования между станциями 204 формования и станцией 206 отделения для опускания частично отформованной стеклянной трубки 102 вниз, в результате чего стеклянная трубка 102 размещается для резки на целевую длину на станции 206 отделения. Основной контур 116 также может включать в себя станцию 214 загрузки трубки для загрузки новой длины заготовки стеклянной трубки 102 из барабана 110 для загрузки стеклянных трубок в основной барабан 108 (Фиг. 1). В одном или более вариантах выполнения станция 214 загрузки трубки может быть включена в станцию 210 охлаждения. Станция 214 загрузки трубки может быть расположена между последней станцией 204 формования и станцией 206 отделения.
[0076] Станции 204 формования основного барабана 108 образуют элементы на первом конце стеклянного изделия 103. Например, станции 204 формования могут образовывать уступ 142 и фланец 144 в верхней части (на первом конце) стеклянного изделия 103, которое представляет собой флакон или картридж. После отделения стеклянного изделия 103 от стеклянной трубки 102 на станции 206 отделения стеклянное изделие 103 передается на вспомогательные станции 112 обработки вспомогательного барабана 114. Вспомогательные станции 112 обработки могут включать в себя одну или более станций 204 формования для формования второго конца стеклянного изделия 103, противоположного первому концу стеклянного изделия 103. Например, станции 204 формования из вспомогательных станций 112 обработки могут образовывать один или более элементов в нижней части (на втором конце) стеклянного изделия 103, которое представляет собой флакон.
[0077] Вспомогательные станции обработки вспомогательного контура могут включать в себя одну или более станций 202 нагрева, станций 204 формования, станций 208 полировки, станций 210 охлаждения, станций 216 выдачи или другие станции или сочетания вспомогательных станций 112 обработки. В одном или более вариантах выполнения вспомогательные станции 112 обработки вспомогательного контура 118 могут использоваться для образования одного или более элементов стеклянного изделия 103, например, флакона, ампулы, картриджа или шприца, например, на конце стеклянного изделия 103, противоположном концу, образованному в основном барабане 108. Например, в некоторых вариантах выполнения стеклянное изделие 103 представляет собой флакон, и станции 204 формования вспомогательного контура 118 могут образовывать дно флакона. Также предусмотрены другие элементы, например, элементы, характерные для ампул, картриджей, шприцев и т.п. Вспомогательный контур 118 может включать в себя одну или более станций 208 полировки для окончательной обработки поверхности стеклянного изделия. Вспомогательный контур 118 может дополнительно включать в себя множество станций 210 охлаждения и станцию 216 выдачи, на которой готовое стеклянное изделие может выдаваться из преобразователя 100.
[0078] Приведенное выше описание станций 106 обработки основного контура 116 и вспомогательных станций 112 обработки вспомогательного контура 118 может представлять типичный преобразователь 100 для изготовления флаконов из стеклянной трубки 102. Однако следует понимать, что для изготовления флаконов, имеющих другие формы, или других стеклянных изделий, например, картриджей, шприцев, ампул или других стеклянных изделий, может использоваться большее или меньшее количество станций 106 обработки и вспомогательных станций 112 обработки. Дополнительно, следует понимать, что для изготовления стеклянных изделий разной формы станции 106 обработки и вспомогательные станции 112 обработки могут быть расположены в любом из множества разных порядков и/или конфигураций.
2
[0079] Далее обратимся к Фиг. 3A, на которой схематически показана станция 202 нагрева преобразователя 100. Каждая из станций 202 нагрева может включать в себя один или более нагревательных элементов 301. Примеры нагревательных элементов 301 могут включать в себя без ограничения топливные горелки, лазеры, например, лазеры на основе CO, индукционные нагреватели, другие нагревательные устройства или их сочетания. В некоторых вариантах выполнения для нагрева стеклянной трубки 102 может использоваться лазер. Как проиллюстрировано на Фиг. 3A, в вариантах выполнения нагревательный элемент 301 может включать в себя одну или более горелок 302, которые используются для нагрева целевых областей стеклянной трубки 102 перед операцией формования, выполняемой на станции 204 формования (Фиг. 2), или перед операцией отделения, выполняемой на станции 206 отделения (Фиг. 2). Хотя на Фиг. 3A показана одна горелка 302, следует понимать, что на одной станции 202 нагрева может использоваться более одной горелки 302. Каждая горелка 302 может находиться в сообщении по текучей среде с источником 304 топлива, источником 306 кислорода и, возможно, с источником 308 воздуха. Примеры топлива для горелки могут включать в себя без ограничения водород, углеводородные топливные газы, например, метан, пропан и бутан, другие виды топлива или их сочетания. Каждая горелка 302 может включать в себя клапан 310 управления подачей топлива для управления массовым расходом топливного газа, подаваемого в горелку 302. Каждая горелка 302 также может включать в себя клапан 312 управления подачей кислорода для управления массовым расходом кислорода, подаваемого в горелку 302. Каждая горелка 302 может дополнительно включать в себя клапан 314 управления подачей воздуха для возможного управления массовым расходом воздуха, подаваемого в горелку 302. Горелка 302 сжигает топливный газ в присутствии кислорода и/или воздуха для получения пламени, которое нагревает по меньшей мере целевую область стеклянной трубки 102.
[0080] Тепло пламени, создаваемого горелкой 302, может увеличиваться или уменьшаться за счет изменения массовых расходов топливного газа, кислорода и воздуха, подаваемых в горелку 302, и за счет изменения соотношения топливного газа и кислорода и/или соотношения топливного газа и воздуха, подаваемых в горелку 302. Один или более из клапана 310 управления подачей топлива, клапана 312 управления подачей кислорода или клапана 314 управления подачей воздуха может регулироваться для корректировки соотношения топлива и кислорода и/или воздуха. Горелки 302 могут гореть непрерывно, и стеклянные трубки 102 могут пошагово перемещаться в контакт с пламенем, создаваемым горелками 302, и из него при вращении основного барабана 108 и/или вспомогательного барабана 114 для пошагового перемещения стеклянной трубки 102 на станцию 202 нагрева и из нее. При нахождении на станции 202 нагрева каждая стеклянная трубка 102 может вращаться держателем 130 вокруг оси D держателя относительно горелки 302, так что стеклянная трубка 102 может равномерно нагреваться по периферии стеклянной трубки 102 в конкретных областях, которые должны быть отформованы на последующих станциях 204 формования (Фиг. 2).
2
[0081] Далее обратимся к Фиг. 3B, на которой схематически показана станция 206 отделения преобразователя 100. Станция 206 отделения расположена после одной или более станций 202 нагрева в направлении 222 пошагового перемещения основного барабана 108. Станции 202 нагрева, расположенные перед станцией 206 отделения, нагревают стеклянную трубку 102 для обеспечения пластической деформации стекла. Станция 206 отделения может включать в себя отделяющий инструмент 320. При вращении стеклянной трубки 102, которая стала пластически деформируемой на предыдущих станциях 202 нагрева, с помощью держателя 130 вокруг оси D держателя, отделяющий инструмент 320 может входить в контакт с внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102 для резки стеклянной трубки 102 по целевой длине, в результате чего изделие 103 (Фиг. 1) отделяется от стеклянной трубки 102. Альтернативно, в некоторых вариантах выполнения станция 206 отделения может включать в себя горелку, например, водородную/кислородную горелку, и/или лазер, например, лазер на основе CO, для резки стеклянной трубки 102 по целевой длине и отделения изделия 103 от стеклянной трубки 102. В других вариантах выполнения станция 206 отделения может включать в себя отделяющие инструменты 320 и по меньшей мере одну водородную/кислородную горелку или лазер. После отделения от стеклянной трубки 102 изделие 103 может передаваться во вспомогательный барабан 114 (Фиг. 1) или выдаваться из преобразователя 100.
[0082] Далее обратимся к Фиг. 3C и 3D, на которых схематически показаны примеры станций 204 формования преобразователя 100. Каждая станция 204 формования может включать в себя один или более формующих инструментов 324, соединенных со станцией 204 формования с возможностью вращения. Формующие инструменты 324 могут быть выполнены с возможностью вращения относительно основания 104 (Фиг. 1) вокруг оси E инструмента, которая в общем параллельна центральной оси А (Фиг. 1) основного барабана 108 (Фиг. 1). При пошаговом перемещении на станцию 204 формования стеклянная трубка 102, нагретая на предыдущей станции 202 нагрева, вращается держателем 130. Вращаемые формующие инструменты 324 входят в контакт с внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102. Формующие инструменты 324 могут приводиться в контакт с внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102 одним или более исполнительными механизмами 326. Формующие инструменты 324 удерживаются в контакте со стеклянной трубкой 102 при давлении инструмента, обеспечиваемом исполнительными механизмами 326, в течение времени контакта. Контакт формующих инструментов 324 с внешней поверхностью 140 нагретой стеклянной трубки 102 придает стеклянной трубке 102 желаемую форму. По истечении времени контакта исполнительные механизмы 326 прерывают контакт формующих инструментов 324 со стеклянной трубкой 102. В одном или более вариантах выполнения время контакта может отличаться от времени выдержки преобразователя 100.
[0083] Фиг. 3C схематически иллюстрирует вариант выполнения станции 204 формования для образования уступа 142 стеклянного флакона, образованного из стеклянной трубки 102. Фиг. 3D схематически иллюстрирует примерный вариант выполнения станции 204’ формования для образования фланца 144 стеклянного флакона, образованного из стеклянной трубки 102. Станция 204’ формования для образования фланца 144 содержит три формующих инструмента 324a, 324b и 324c. Два формующих инструмента 324a и 324b контактируют с внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102 для образования внешнего контура фланца 144. Третий формующий инструмент 324c контактирует с внутренней поверхностью стеклянной трубки 102 внутри фланца 144 в радиальном направлении для образования внутреннего диаметра стеклянной трубки 102 на фланце 144. Третий формующий инструмент 324c также контактирует с осевым концом стеклянной трубки 102 для образования осевой поверхности фланца 144. В вариантах выполнения третий формующий инструмент 324c может быть неподвижным, и стеклянная трубка 102 вращается вокруг третьего формующего инструмента 324c с помощью держателя 130. В вариантах выполнения для отделения стеклянной трубки 102 от третьего формующего инструмента 324c между стеклянной трубкой 102 и третьим формующим инструментом 324c может быть обеспечен тонкий слой смазочного материала, например, масла. Хотя описание относится к образованию конструкций флакона, станции 204 формования могут быть выполнены с возможностью образования других конструкций, например, уступа, горлышка или сужающегося конца ампулы, или любой другой конструкции, связанной с изделиями, отличными от стеклянных флаконов.
[0084] Фиг. 3E схематически иллюстрирует станцию 210 охлаждения, имеющую одну или более охлаждающих форсунок 340, предназначенных для направления охлаждающей текучей среды 342, например, охлажденного воздуха или инертного газа, на стеклянную трубку 102. Одна или более охлаждающих форсунок 340 могут быть расположены таким образом, чтобы направлять охлаждающую текучую среду 342 на конкретные области стеклянной трубки 102. Один или более клапанов 344 управления подачей охлаждающей текучей среды могут находиться в сообщении по текучей среде с охлаждающими форсунками 340 для управления массовым расходом охлаждающей текучей среды 342, подаваемой в охлаждающие форсунки 340, что позволяет регулировать скорость охлаждения стеклянной трубки 102, а также температуру стеклянной трубки 102 и температурные градиенты стеклянной трубки 102.
[0085] Фиг. 3A–3E включают в себя схематические иллюстрации нескольких разных примеров станций 106 обработки, которые могут использоваться в преобразователе 100. Однако следует понимать, что для достижения желаемого преобразования стеклянной трубки 102 в одно или более стеклянных изделий могут использоваться другие станции 106 обработки, имеющие другие конструкции, сочетания конструкций или функций.
[0086] Снова обратимся к Фиг. 2, при работе основной барабан 108 пошагово перемещает стеклянные трубки 102, которые закреплены в держателях 130, на станцию 106 обработки. На каждой из станций 106 обработки в отношении стеклянных трубок 102 выполняется конкретная операция, например, нагрев, формование, пробивка, отделение, охлаждение, опускание, подача и т.д. Время выдержки представляет собой время, которое стеклянная трубка 102 проводит на конкретной станции 106 обработки, прежде чем основной барабан 108 пошагово переместит ее на следующую последовательную станцию 106 обработки. Преобразователь 100 может быть настроен так, что все станции 106 обработки завершают свои операции в течение времени выдержки. В конце времени выдержки основной барабан 108 пошагово перемещает стеклянные трубки 102 на следующие станции 106 обработки. Время пошагового перемещения относится к времени, которое требуется для того, чтобы основной барабан 108 пошагово переместил стеклянные трубки 102 с одной станции 106 обработки на следующую станцию 106 обработки, и измеряется в единицах времени. Общее время на каждую деталь на каждую станцию, используемое в настоящем изобретении, представляет собой сумму времени выдержки и времени пошагового перемещения. Скорость изготовления деталей (скорость производства) представляет собой количество деталей, изготовленных за единицу времени, и представляет собой обратное значение общего времени на каждую деталь на каждую станцию. В вариантах выполнения время пошагового перемещения основного барабана 108 может составлять до 25% от общего времени на каждую деталь на каждую станцию.
[0087] Примеры преобразователей 100 для преобразования стеклянной трубки 102 в стеклянные флаконы включают в себя машину для формования флаконов модели RP16 с автоматическим устройством подачи трубки, производимую компанией AMBEG Dr. J. Dichter GmbH, которая включает в себя шестнадцать станций 106 обработки в основном контуре 116 и восемь вспомогательных станций 112 обработки. Другие примеры включают в себя машину для формования флаконов модели RP32, производимую компанией AMBEG Dr. J. Dichter GmbH, которая имеет тридцать две станции 106 обработки в основном контуре 116 и два вспомогательных контура 118 по восемь вспомогательных станций 112 обработки в каждом вспомогательном контуре 118, и машину для формования флаконов Zeta 098, производимую компанией Euromatic S.R.L., которая имеет 36 станций 106 обработки. Другой пример может включать в себя машину для формования картриджей Zeta 103, производимую компанией Euromatic S.R.L., которая представляет собой преобразователь для преобразования стеклянной трубки 102 в картриджи. Преобразователь для изготовления картриджей имеет характеристики, подобные описанным ранее преобразователям 100 для изготовления флаконов, но используется для изготовления стеклянных изделий, имеющий форм–фактор картриджа, а не флакона.
[0088] Хотя описание приведено в контексте преобразователя 100 для изготовления стеклянных флаконов из стеклянной трубки 102, следует понимать, что преобразователь 100 может быть выполнен с возможностью изготовления одного или более других изделий, например, картриджей, шприцев, ампул или других стеклянных изделий, путем изменения формующих инструментов 324 и/или порядка или конфигурации станций 106 обработки в основном контуре 116 или вспомогательных станций 112 обработки в одном или более вспомогательных контурах 118.
[0089] Типичный преобразователь 100 для изготовления изделий из стеклянной трубки 102 может работать со скоростью производства от 30 единиц в минуту до 50 единиц в минуту. При таких скоростях производства температурные градиенты стеклянной трубки 102 становятся очень высокими и динамическими. Короткая стеклянная трубка 102 обычно нагревается с температуры 200ºC до 1500°C в течение периода времени от 2 секунд до 4 секунд. В частности, нагретая длина стеклянной трубки 102 может испытывать температурные градиенты по длине трубки до 100ºC/минута или до 200°C/минута. Обратимся к Фиг. 4, длина L стеклянной трубки 102 измеряется в направлении +Z/–Z относительно оси координат, обеспеченной на Фиг. 4. Большие температурные градиенты вдоль длины L стеклянной трубки 102 помогают облегчить точный контроль размеров термического отделения в преобразователе 100 и точный контроль, например, толщины дна стеклянного изделия, а также контроль контуров стеклянного изделия.
[0090] Быстрый нагрев стеклянной трубки 102 на одной или более станциях 106 обработки также может вызывать максимальные температурные градиенты по толщине T нагретой стеклянной трубки 102. Эти температурные градиенты могут составлять в качестве примера и без ограничения от 200°C/мин до 300°C/мин. Подобные или более высокие температурные градиенты могут возникать во время процессов формования на станциях 204 формования для образования уступа 142 и фланца 144 флакона. Высокие температурные градиенты, возникающие по длине L и по толщине T стеклянной трубки 102 во время преобразования, важны для понимания динамики процесса преобразования, но лишь условно понятны в рамках возможностей имеющихся на рынке преобразователей 100.
[0091] Далее обратимся к Фиг. 5–6, варианты выполнения преобразователя 100, описанные в настоящем документе, могут использовать тепловизионную систему 120 для обеспечения и/или улучшения автоматизированного управления преобразователем 100 и процессом преобразования. Тепловизионная система 120 может применяться для измерения одной или более температур поверхности стеклянной трубки 102 во время процесса преобразования. Тепловизионная система 120 включает в себя тепловизор 122 и крепежное устройство 126 для крепления тепловизора 122 к основному барабану 108. В вариантах выполнения тепловизионная система 120 также может включать в себя одно или более зеркал 124, соединенных с тепловизором 122 с помощью крепежного устройства 126. Зеркало 124 может позволять ориентировать тепловизор 122 в общем вертикально для уменьшения пространства, занимаемого преобразователем 100. Тепловизионная система 120 установлена на основном барабане 108 таким образом, что тепловизионная система 120 вращается вместе с основным барабаном 108 и перемещается вместе со стеклянной трубкой 102 через каждую из станций 106 обработки (Фиг. 1) преобразователя 100. За счет перемещения вместе со стеклянной трубкой 102 через каждую из последовательных станций 106 обработки тепловизионная система 120 может использоваться для получения температурных профилей стеклянной трубки 102 в течение всего процесса преобразования стеклянной трубки в готовое стеклянное изделие. Температурные профили могут использоваться для определения, изучения и управления температурными градиентами от одной станции 106 обработки к следующей.
[0092] В вариантах выполнения тепловизор 122 может представлять собой двумерную инфракрасную тепловизионную камеру, выполненную с возможностью захвата света, имеющего длины волн в инфракрасном спектре. В частности, в некоторых вариантах выполнения тепловизор 122 может быть выполнен с возможностью приема длинноволнового инфракрасного света, имеющего длины волн от 4 мкм до 14 мкм, от 4 мкм до 10 мкм, от 4 мкм до 8 мкм, от 4 мкм до 7 мкм, от 5 мкм до 14 мкм, от 5 мкм до 10 мкм, от 5 мкм до 8 мкм, от 5 мкм до 7 мкм, от 7 мкм до 14 мкм, от 7 мкм до 10 мкм или от 7 мкм до 8 мкм. Инфракрасный свет включает в себя широкий спектр длин волн от 700 нанометров (нм) до 1 миллиметра. Однако большие длины волн инфракрасного света в общем характерны для инфракрасного света, испускаемого внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, которая представляет собой непосредственно нагреваемую поверхность. Меньшие длины волн инфракрасного света от 700 нм до около 4 мкм могут по меньшей мере частично проходить через стеклянную композицию стеклянной трубки 102. Таким образом, инфракрасный свет с меньшими длинами волн, принимаемый тепловизором 122, может испускаться внутренними участками стеклянной трубки 102 или внешними конструкциями, расположенными за стеклянной трубкой 102 относительно положения тепловизора 122. Следовательно, меньшие длины волн инфракрасного света менее 4 мкм не характерны для поверхности стеклянной трубки 102. При больших длинах волн инфракрасного света, например, в случае инфракрасного света, имеющего длины волн более 14 мкм, по меньшей мере часть инфракрасного света, имеющая большие длины волн, испускаемая поверхностью стеклянной трубки 102, может отражаться от тепловизионной системы. Стеклянные композиции стеклянных трубок 102, преобразуемых преобразователем 100, обладают низким пропусканием и низкой отражательной способностью в отношении инфракрасного света, имеющего длины волн от 4 мкм до 14 мкм, и, таким образом, обладают большей излучательной способностью в отношении инфракрасного света в этом диапазоне длин волн. Например, стеклянные трубки 102 обладают пропусканием 0% и отражательной способностью всего 3% в отношении инфракрасного света, имеющего длину волны около 5 мкм. Таким образом, излучательная способность стеклянной трубки 102 в отношении инфракрасного света, имеющего длины волн около 5 мкм, составляет около 97%. В другом примере отражательная способность стеклянной трубки 102 в отношении инфракрасного света, имеющего длины волн около 7,5 мкм, составляет около 10%, а излучательная способность – 90%. Захват инфракрасного света, имеющего длины волн в диапазоне от около 4 мкм до около 14 мкм, например, от 4 мкм до 7,5 мкм или около 5 мкм, может снижать погрешности измерений температуры поверхности за счет предотвращения включения температурного градиента по толщине стеклянной трубки 102. Прохождение инфракрасного света через стеклянную трубку 102 и отражательная способность стеклянной трубки 102 в отношении инфракрасного света вносят погрешности в данные теплового изображения, захватываемые тепловизором 122. Тепловизоры 122, выполненные с возможностью захвата инфракрасного света, имеющего длины волн от 4 мкм до 14 мкм, могут обладать повышенной температурной точностью тепловых изображений, получаемых тепловизором 122. В одном или более вариантах выполнения тепловизор 122 может иметь диапазон температур объекта от 100ºC до 2000ºC или от 300ºC до 2000ºC.
[0093] Тепловизор 122 может иметь частоту захвата изображений по меньшей мере 30 герц (Гц). В некоторых вариантах выполнения тепловизор 122 может иметь частоту захвата изображений от 30 герц (Гц) до 60 Гц или от 30 Гц до 50 Гц. Дополнительно, тепловизор 122 может быть совместим с одним или более интерфейсными протоколами, например, GigE Vision, чтобы тепловизор мог осуществлять связь и высокоскоростной обмен данными изображения по соединению Ethernet с одной или более системами анализа изображений, имеющих программное обеспечение для анализа изображений, например, LabVIEWTM, распространяемое компанией National Instruments. Тепловизор 122 может иметь внутренний датчик температуры (не показан), интегрированный с системой самокалибровки, чтобы тепловизор 122 мог измерять температуру комплекта инфракрасных датчиков и корректировать данные изображения для компенсации изменений температуры тепловизора 122.
[0094] Как отмечено ранее, тепловизор 122 устанавливается на основной барабан 108 преобразователя 100 с использованием крепежного устройства 126. Обратимся к Фиг. 6, крепежное устройство 126 может крепиться к внешнему участку 128 основного барабана 108 таким образом, что крепежное устройство 126 и тепловизор 122 вращаются вместе с основным барабаном 108. В вариантах выполнения основной барабан 108 преобразователя 100 может быть заключен в кожух, например, стальной сетчатый кожух 127. В этих вариантах выполнения стальной сетчатый кожух 127 представляет собой внешний участок 128 основного барабана 108. Крепежное устройство 126 может быть установлено на стальной сетчатый кожух 127 с использованием рельсовой опорной системы 129 (Фиг. 5). В некоторых вариантах выполнения крепежное устройство 126 может позволять временное снятие тепловизора 122 и/или зеркала 124 с основного барабана 108 преобразователя 100.
[0095] Крепежное устройство 126 размещает тепловизор 122 и зеркало 124 в фиксированном угловом положении 138 на основном барабане 108, так что тепловизор 122 и зеркало 124 следуют за одним держателем 130 и стеклянной трубкой 102 в течение всего цикла преобразователя 100. Крепежное устройство 126 может включать в себя опору 502 тепловизора и опору 504 зеркала. Тепловизор 122 может быть соединен с опорой 502 тепловизора с возможностью отсоединения. Опора 502 тепловизора может регулироваться в одном или более направлениях для ориентации тепловизора 122 относительно держателя 130 и/или стеклянной трубки 102. Например, опора 502 тепловизора может включать в себя вертикальную регулировку (т.е. вверх или вниз параллельно центральной оси А основного барабана 108), радиальную регулировку относительно основного барабана 108 (т.е. перемещение тепловизора 122 ближе или дальше от внешнего участка 128 основного барабана 108), угловую регулировку (т.е. регулировку углового положения тепловизора 122 относительно одного из держателей 130), вращательную регулировку (т.е. вращательную регулировку камеры для изменения угла, образованного между оптической осевой линией OC камеры и плоскостью X–Y осей, показанных на Фиг. 6) или другую регулировку.
[0096] В некоторых вариантах выполнения опора 502 тепловизора может быть выполнена с возможностью размещения тепловизора 122 для непосредственного захвата изображения стеклянной трубки 102 во время обработки. В этой конфигурации оптическая осевая линия OC тепловизора 122 может быть выровнена в плоскости X–Y координатных осей, показанных на Фиг. 5 и 6. Однако в типичном преобразователе 100 пространство вокруг станций 106 обработки основного контура 116 и/или вспомогательных станций 112 обработки вспомогательного контура 118 ограничено, и размещение тепловизора 122 так, чтобы оптическая осевая линия OC тепловизора 122 находилась в плоскости X–Y и была радиально выровнена со стеклянной трубкой 102, приводит к тому, что тепловизор 122 выступает наружу в радиальном направлении от основного барабана 108. Это может привести к тому, что тепловизор 122 и/или крепежное устройство 126 будут контактировать с частями преобразователя 100 или мешать работе преобразователя 100, когда тепловизор 122 вращается при вращении основного барабана 108. Дополнительно, в этой конфигурации тепловизор 122 будет выступать наружу в радиальном направлении от вращающегося основного барабана 108, что может создавать опасные условия во время работы.
[0097] Для предотвращения этих пространственных проблем в некоторых вариантах выполнения опора 502 тепловизора может регулироваться для ориентации тепловизора 122 так, что оптическая осевая линия OC тепловизора 122 образует ненулевой угол относительно плоскости X–Y координатных осей, показанных на Фиг. 5 и 6. В одном или более вариантах выполнения тепловизор 122 может быть размещен таким образом, что оптическая осевая линия OC тепловизора 122 параллельна центральной оси А основного барабана 108 (т.е. в общем перпендикулярна плоскости X–Y координатных осей, показанных на Фиг. 5 и 6). Альтернативно тепловизор 122 может быть размещен таким образом, что оптическая осевая линия OC образует ненулевой угол менее 90º относительно осевой плоскости основного барабана 108. Установка тепловизора 122 под ненулевым углом относительно осевой плоскости основного барабана 108 может способствовать предотвращению влияния на работу преобразователя 100 и/или создания опасных условий.
[0098] Опора 504 зеркала может быть соединена с опорой 502 тепловизора и может размещать зеркало 124 для отражения инфракрасного света стеклянной трубки 102 в объектив 506 тепловизора 122. В вариантах выполнения опора 504 зеркала может размещать зеркало 124 в выравнивании с оптической осевой линией OC тепловизора 122. В одном или более вариантах выполнения опора 504 зеркала может обеспечивать одну или более из вертикальной (т.е. вдоль оси +Z/–Z координатных осей, показанных на Фиг. 5 и 6), радиальной, угловой, вращательной или другой регулировки направления зеркала 124 относительно тепловизора 122.
[0099] Обратимся к Фиг. 5, зеркало 124 может быть соединено с крепежным устройством 126 и размещено в поле обзора тепловизора 122 так, что зеркало 124 отражает инфракрасный свет в объектив 506 тепловизора 122. В одном или более вариантах выполнения зеркало 124 может быть размещено так, что оптическая осевая линия OC тепловизора 122 пересекает отражающую поверхность 508 зеркала. Альтернативно, зеркало 124 может быть размещено в поле обзора тепловизора 122 так, что отражающая поверхность 508 отражает инфракрасный свет в объектив 506, но оптическая осевая линия OC тепловизора 122 не пересекает отражающую поверхность 508 зеркала 124. Зеркало 124 может быть расположено под углом относительно оптической осевой линии OC тепловизора 122 для отражения инфракрасного света, испускаемого внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102 в конкретном положении 136 держателя, в тепловизор 122. Обратимся к Фиг. 7, в общем зеркало 124 расположено под углом таким образом, что отражающая поверхность 508 зеркала 124 образует ненулевой угол α с оптической осевой линией OC тепловизора 122, который составляет менее 90º. Другими словами, отражающая поверхность 508 зеркала 124 может быть расположена под углом, так что отражающая поверхность 508 не перпендикулярна оптической осевой линии OC тепловизора 122. В одном или более вариантах выполнения зеркало 124 может быть расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет из положения 136 держателя, которое расположено непосредственно внутри в радиальном направлении от тепловизора 122 относительно центральной оси A основного барабана 108, в тепловизор 122. Альтернативно, в других вариантах выполнения зеркало 124 может быть расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет из положения 136 держателя, которое представляет собой одно или более положений по часовой стрелке или против часовой стрелки от положения тепловизора 122 (т.е. одно или более положений перед или после положения крепления тепловизора 122 к основному барабану 108). Хотя в настоящем документе описаны конкретные ориентации зеркала 124 и тепловизора 122, следует понимать, что зеркало 124 и тепловизор 122 могут быть расположены и ориентированы в любой из множества конфигураций в зависимости от конфигурации конкретного преобразователя 100.
[00100] В вариантах выполнения отражающая поверхность 508 зеркала 124 может обладать высокой отражательной способностью в отношении инфракрасного света. В одном или более вариантах выполнения отражающая поверхность 508 зеркала 124 может иметь среднюю отражательную способность, превышающую или равную 96%, превышающую или равную 97% или более, превышающую или равную 98% или превышающую или равную 99%, в отношении инфракрасного света, имеющего длины волн от 4 микрометров (мкм) до 14 мкм. В одном или более вариантах выполнения отражающая поверхность 508 зеркала 124 может иметь среднюю отражательную способность, превышающую или равную 96%, в отношении света, имеющего длины волн от 4 мкм до 14 мкм. Обратимся к Фиг. 17, зеркало 124 может включать в себя основание 510 зеркала и отражающее покрытие 512, нанесенное на основание 510 зеркала для получения отражающей поверхности 508. Основание 510 зеркала может быть термически устойчивым для предотвращения искажения изображения. В вариантах выполнения основание 510 зеркала может представлять собой кварц, например, плавленый кварц. В некоторых вариантах выполнения отражающее покрытие 512 может представлять собой, например, золотое покрытие.
[00101] Обратимся к Фиг. 7A, как описано ранее, в некоторых вариантах выполнения тепловизор 122 может быть расположен так, чтобы непосредственно принимать инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102 в конкретном положении 136 держателя основного барабана 108. В частности, тепловизор 122 может быть расположен так, что инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, проходит по траектории 710 непосредственно в объектив 506 тепловизора 122, не отражаясь зеркалом, например, зеркалом 124. Тепловизор 122 принимает инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, и захватывает тепловое изображение, представляющее длины волн и интенсивности инфракрасного света, принимаемого тепловизором 122. Тепловизор 122 перемещается вместе с основным барабаном 108, так что тепловизионная система 120 захватывает данные теплового изображения внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 в конкретном положении 136 держателя при пошаговом перемещении стеклянной трубки 102 через каждую из последовательных станций 106 обработки (Фиг. 1). Захват данных теплового изображения на основе инфракрасного света, испускаемого внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, может обеспечивать температурный профиль внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 в зависимости от времени на протяжении всего процесса преобразования.
[00102] Обратимся к Фиг. 7B, в вариантах выполнения тепловизор 122 может быть расположен так, чтобы непосредственно принимать инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102. Дополнительно, одно или более неподвижных зеркал 700 могут быть соединены с основанием 104 преобразователя 100 на станции 106 обработки для отражения инфракрасного света, испускаемого внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, в тепловизор 122. В некоторых вариантах выполнения каждое из неподвижных зеркал 700 может быть расположено вертикально ниже, чем станция 106 обработки (т.е. в направлении –Z координатных осей, показанных на Фиг. 7B, относительно станции 106 обработки). Размещение неподвижного зеркала 700 вертикально ниже, чем станция 106 обработки, позволяет неподвижному зеркалу 700 отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102, в объектив 506 тепловизора 122 при пошаговом перемещении тепловизора 122 в положение на станции 106 обработки. Отражение инфракрасного света, испускаемого внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, в тепловизор 122 может позволять тепловизионной системе 120 получать профиль или определять температуру внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102. Инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, может проходить по траектории 712, которая продолжается в общем в направлении вниз (т.е. в направлении –Z координатных осей, показанных на Фиг. 7B) от внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 и отражаться от неподвижного зеркала 700 в объектив 506 тепловизора 122. Так как тепловизор 122 соединен с основным барабаном 108 и вращается вместе с основным барабаном 108, тепловизор 122 попадает в положение для приема инфракрасного света, испускаемого внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102 и отражаемого от конкретного неподвижного зеркала 700, только один раз за цикл прохождения основного барабана 108 через основной контур 116 станций 106 обработки. В вариантах выполнения неподвижные зеркала 700 могут быть расположены на множестве станций 106 обработки, так что тепловизор 122 может захватывать данные теплового изображения внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 на множестве станций 106 обработки во время каждого цикла основного барабана 108.
[00103] Обратимся к Фиг. 7C, как описано ранее, тепловизор 122 может быть расположен так, что объектив 506 тепловизора 122 не ориентирован для приема инфракрасного света непосредственно от внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102. Тепловизор 122, показанный на Фиг. 7C, в общем ориентирован вертикально (т.е. в направлении +/–Z координатных осей, показанных на Фиг. 7C). В вариантах выполнения тепловизор 122 может быть ориентирован таким образом, что оптическая осевая линия OC тепловизора 122 в общем параллельна осевой линии CL стеклянной трубки 102. Как описано ранее, крепежное устройство 126 может обеспечивать вращение, наклон или размещение тепловизора 122 под углом относительно осевой линии CL стеклянной трубки 102. Зеркало 124 соединено с крепежным устройством 126 таким образом, что зеркало 124 перемещается вместе с тепловизором 122 при пошаговом перемещении основного барабана 108 через станции 106 обработки. Зеркало 124 может быть расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 в объектив 506 тепловизора 122. В этой конфигурации зеркало 124 и тепловизор 122 перемещаются вместе с основным барабаном 108, так что тепловизионная система 120 захватывает данные теплового изображения внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 в конкретном положении 136 держателя при вращении стеклянной трубки 102 между каждой из последовательных станций 106 обработки (Фиг. 1). В частности, зеркало 124 может быть расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый наружу в радиальном направлении внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, в тепловизор 122, который принимает инфракрасный свет, отражаемый от зеркала 124, и захватывает тепловое изображение, представляющее длины волн и интенсивности инфракрасного света, принимаемого тепловизором 122. Инфракрасный свет проходит по траектории 714 наружу от внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 и отражается от зеркала 124 в объектив 506 тепловизора 122.
[00104] Далее обратимся к Фиг. 7D, зеркало 124 может быть расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, и инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, в объектив 506 тепловизора 122. Инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, проходит по траектории 714 наружу от внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 и отражается от зеркала 124 в объектив 506 тепловизора 122. Инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146, проходит по траектории 716 от внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 к зеркалу 124 и отражается от зеркала 124 в объектив 506 тепловизора 122. Так как зеркало 124 перемещается вместе с тепловизором 122 при пошаговом перемещении через множество станций 106 обработки, зеркало 124 может позволять тепловизору 122 захватывать данные теплового изображения внешней поверхности 140 и внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 на каждой из станций 106 обработки. В вариантах выполнения тепловизор 122 может одновременно захватывать данные теплового изображения внешней поверхности 140 и внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102, например, на одном тепловом изображении.
[00105] Обратимся к Фиг. 7E, в вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя дополнительное зеркало 125, которое может быть соединено с крепежным устройством 126, так что дополнительное зеркало 125 перемещается вместе с тепловизором 122 и зеркалом 124. В этих вариантах выполнения инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, проходит по траектории 714 от внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 к зеркалу 124 и отражается от зеркала 124 в объектив 506 тепловизора 122. Инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, проходит по траектории 718 от внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 к дополнительному зеркалу 125 и отражается от дополнительного зеркала 125 в объектив 506 тепловизора 122. В некоторых вариантах выполнения дополнительное зеркало 125 может быть расположено вертикально ниже (т.е. в направлении –Z координатных осей, показанных на Фиг. 7E), чем зеркало 124. Так как зеркало 124 и дополнительное зеркало 125 перемещаются вместе с тепловизором 122 при пошаговом перемещении через множество станций 106 обработки, зеркало 124 и дополнительное зеркало 125 могут позволять тепловизору 122 захватывать данные теплового изображения внешней поверхности 140 и внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 на каждой из станций 106 обработки. В вариантах выполнения тепловизор 122 может одновременно захватывать данные теплового изображения внешней поверхности 140 и внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102.
[00106] Обратимся к Фиг. 7F, в вариантах выполнения одно или более неподвижных зеркал 700 могут быть соединены с основанием 104 преобразователя 100 на станции 106 обработки. В вариантах выполнения каждое из неподвижных зеркал 700 может быть расположено вертикально под станцией 106 обработки. Неподвижные зеркала 700 могут быть расположены под углом, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, в тепловизор 122 при пошаговом перемещении тепловизора 122 в положение на станции 106 обработки. Инфракрасный свет, испускаемый внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, может проходить в общем вниз (т.е. в общем в направлении –Z координатных осей, показанных на Фиг. 7F) по траектории 720 к неподвижному зеркалу 700 и отражаться неподвижным зеркалом 700 в объектив 506 тепловизора. Так как тепловизор 122 соединен с основным барабаном 108 и вращается вместе с основным барабаном 108, когда он пошагово перемещает каждый держатель 130 через множество станций 106 обработки, тепловизор 122 попадает в положение для приема отраженного инфракрасного света от неподвижного зеркала 700 только один раз за цикл прохождения основного барабана 108 через основной контур 116 станций 106 обработки. Инфракрасный свет, отражаемый в тепловизор 122 неподвижным зеркалом 700, может захватываться тепловизором 122 только один раз за цикл основного барабана 108. Размещение неподвижного зеркала 700 под станцией 106 обработки позволяет неподвижному зеркалу 700 отражать инфракрасный свет, испускаемый одной или более внутренними поверхностями 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102, что может позволять тепловизионной системе 120 получать профиль или определять температуры одной или более внутренних поверхностей 146 стеклянной трубки 102.
[00107] Обратимся к Фиг. 7G, в вариантах выполнения неподвижное зеркало 700 может быть ориентировано так, чтобы отражать инфракрасный свет внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 в направлении зеркала 124, соединенного с крепежным устройством 126. В этих вариантах выполнения инфракрасный свет внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 проходит по траектории 722 от внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 к неподвижному зеркалу 700, отражается от неподвижного зеркала 700 в направлении зеркала 124, а затем отражается от зеркала 124 в объектив 506 тепловизора 122. Одновременно инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, проходит по траектории 714 от внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 к зеркалу 124 и отражается от зеркала 124 в объектив 506 тепловизора 122. Другие неподвижные зеркала 700 могут быть соединены с основанием 104 под другими станциями 106 обработки, и другие дополнительные зеркала 124 могут быть соединены с основным барабаном 108 или крепежным устройством 126 для достижения других конфигураций или других углов обзора стеклянной трубки 102 во время одного или более этапов процесса преобразования.
[00108] В некоторых вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя множество тепловизоров 122. Множество тепловизоров 122 может быть соединено с основным барабаном 108, вспомогательным барабаном 114 или тем и другим для вращения вместе с основным барабаном 108 или вспомогательным барабаном 114. В некоторых вариантах выполнения каждый из множества тепловизоров 122 может быть расположен так, чтобы захватывать данные теплового изображения отдельного положения 136 держателя. В вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя один или более одного тепловизора 122, соединенного с основанием 104 преобразователя 100 или другой неподвижной конструкцией (например, полом, стеной или другой конструкцией, смежной с преобразователем 100) в неподвижном положении для захвата данных теплового изображения с конкретной станции 106 обработки и/или вспомогательной станции 112 обработки при пошаговом перемещении стеклянных трубок 102 через конкретную станцию 106 обработки и/или вспомогательную станцию 112 обработки.
[00109] Далее обратимся к Фиг. 8A, соединение тепловизионной системы 120 с основным барабаном 108 так, чтобы тепловизионная система 120 перемещалась по бесконечному контуру, отцентрированному вокруг центральной оси А основного барабана 108, создает уникальные проблемы, связанные с подачей питания и охлаждающей текучей среды в тепловизионную систему 120 и приемом данных от тепловизионной системы 120. В связи с этим в вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя одно или более вращательных электрических и/или газовых соединений, которые могут обеспечивать подачу питания, обмен данными и охлаждение тепловизионной системы. В одном или более вариантах выполнения тепловизионная система может включать в себя контактное кольцо 802 (иногда называемое вращательным электрическим соединением), которое может обеспечивать вращательное соединение для подачи питания в тепловизионную систему 120 и передачу данных из нее. Контактное кольцо 802 может функционально соединять тепловизор 122 с процессором 900 (Фиг. 9). Контактное кольцо 802 может представлять собой двойную кольцевую конструкцию, имеющую внутреннее кольцо 804 и внешнее кольцо 806. Одно из внутреннего кольца 804 и внешнего кольца 806 является неподвижным, а другое из внутреннего кольца 804 и внешнего кольца 806 вращается относительно неподвижного кольца. Контактное кольцо 802 может иметь ось вращения, параллельную и выровненную с центральной осью А основного барабана 108. Выравнивание оси контактного кольца 802 с центральной осью А основного барабана 108 может предотвращать перекручивание электрических кабелей 808 и кабелей 810 передачи данных, проходящих от контактного кольца 802 в тепловизионную систему 120, при вращении основного барабана 108.
[00110] Контактное кольцо 802 может включать в себя множество цепей (не показаны), образованных между внутренним кольцом 804 и внешним кольцом 806. Питание (например, питание на 24 Вольта) и данные могут электронным образом передаваться в радиальном направлении между внутренней радиальной поверхностью внешнего кольца 806 и внешней радиальной поверхностью внутреннего кольца 804, в то время как одно из внутреннего кольца 804 и внешнего кольца 806 вращается относительно другого. Внешнее кольцо 806 может быть электрически соединено с источником питания и/или также может быть коммуникативно соединено с процессором 900 (Фиг. 9). Внутреннее кольцо 804 может быть электрически соединено с тепловизором 122 для подачи питания тепловизору 122 и может быть коммуникативно соединено с тепловизором 122 для передачи и приема данных от тепловизора 122. Электрическая энергия может подаваться от контактного кольца 802 в тепловизор 122 по одному или более электрическим кабелям 808. Дополнительно, данные могут передаваться между контактным кольцом 802 и тепловизором 122 по одному или более кабелям 810 передачи данных, например, по кабелю Ethernet. Контактное кольцо 802 может коммуникативно соединять тепловизор 122 с процессором 900 (Фиг. 9), который может быть расположен удаленно (т.е. на расстоянии) от тепловизора 122 в неподвижном местоположении, для облегчения передачи данных в тепловизор 122 и из него. Процессор 900 (Фиг. 9) может быть чувствительным к температуре, и возможность удаленного размещения процессора 900 и эффективной передачи данных в процессор 900 может исключать необходимость специальных теплостойких конструкций или систем охлаждения для дополнительной защиты процессора 900.
[00111] В одном или более вариантах выполнения вращающийся участок контактного кольца 802 (например, показанный в виде внутреннего кольца 804 на Фиг. 8A) может поддерживаться опорой 812, например, трубой для электрокабеля или кронштейном, которые присоединены к основному барабану 108 для вращения вместе с основным барабаном 108. Неподвижная часть контактного кольца 802 (например, показанная в виде внешнего кольца 806 на Фиг. 8A) может быть соединена с неподвижной опорой 814, прикрепленной к неподвижной, не вращающейся поверхности (не показана), отделенной от основного барабана 108. Неподвижная опора 814 может представлять собой трубу для электрокабеля, кронштейн или другую опорную конструкцию. Дополнительно, в одном или более вариантах выполнения внутреннее кольцо 804 контактного кольца 802 может иметь центральный канал 816, который обеспечивает доступ через него одного или более трубопроводов 818 для текучей среды. Центральный канал 816 может быть отцентрирован по оси вращения контактного кольца 802, которая выровнена с центральной осью А основного барабана 108. Трубопровод 818 для текучей среды может проходить через центральный канал 816 внутреннего кольца 804 для подачи охлаждающих текучих сред или других текучих сред в тепловизионную систему 120 или другие части основного барабана 108. В некоторых вариантах выполнения контактное кольцо 802 выполнено с возможностью свободного вращения относительно трубопровода 818 для текучей среды (т.е. контактное кольцо 802 не соединено с трубопроводом 818 для текучей среды).
[00112] Обратимся к Фиг. 8B, в альтернативных вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя источник 840 питания, например, аккумулятор, соединенный с основным барабаном 108 с возможностью отсоединения для вращения вместе с ним. Источник 840 питания может быть выполнен с возможностью электрического соединения с тепловизором 122 для подачи питания тепловизору 122. Источник 840 питания может быть снят с основного барабана 108, так что источник 840 питания может быть заменен и/или перезаряжен. В одном или более вариантах выполнения тепловизор 122 может быть коммуникативно соединен с процессором 900 посредством одного или более устройств 842 беспроводной связи с использованием одного или более протоколов беспроводной связи. Устройство 842 беспроводной связи может быть соединено с основным барабаном 108 для вращения вместе с ним. Устройство 842 беспроводной связи может быть коммуникативно соединено с тепловизором 122. В вариантах выполнения данные теплового изображения могут передаваться между тепловизором 122 и процессором 900 с использованием одного или более устройств и/или протоколов беспроводной связи.
[00113] Вернемся к Фиг. 8A, в вариантах выполнения тепловизионная система 120 также может включать в себя систему 820 охлаждения для охлаждения тепловизора 122. Система 820 охлаждения может включать в себя источник 822 охлаждающей текучей среды, вращательное соединение 824 для подачи текучей среды, находящееся в сообщении по текучей среде с источником 822 охлаждающей текучей среды, и трубопровод 818 подачи текучей среды, который находится в сообщении по текучей среде с вращательным соединением 824 для подачи текучей среды. Охлаждающая текучая среда может представлять собой сжатый газ, например, фильтрованный воздух, азот или другой газ, или сочетания газов. В вариантах выполнения охлаждающая текучая среда может представлять собой чистый сухой воздух (т.е. воздух, из которого удалена влага, частицы, пыль, масло или другие загрязнители) для предотвращения попадания загрязнителей в тепловизионную систему 120, что может неблагоприятно влиять на эффективность тепловизионной системы 120. Альтернативно, охлаждающая текучая среда может представлять собой азот. В вариантах выполнения система 820 охлаждения может включать в себя по меньшей мере одно из регулятора, осушителя, фильтра частиц, коалесцирующего фильтра или их сочетания. Источник 822 охлаждающей текучей среды может включать в себя резервуар для хранения сжатого газа, компрессор или другую систему сжатого газа или сочетания источников охлаждающей текучей среды.
[00114] Вращательное соединение 824 для подачи текучей среды включает в себя неподвижный участок 826 в сообщении по текучей среде с источником 822 охлаждающей текучей среды, и вращающийся участок 828, соединенный с возможностью вращения с неподвижным участком 826 и выполненный с возможностью вращения относительно неподвижного участка 826. Вращательное соединение 824 для подачи текучей среды включает в себя ось соединения, которая параллельна и выровнена с центральной осью А основного барабана 108, так что вращающийся участок 828 вращательного соединения 824 для подачи текучей среды может вращаться согласованно с вращением основного барабана 108. Вращающийся участок 828 вращательного соединения 824 для подачи текучей среды может находиться в сообщении по текучей среде с трубопроводом 818 подачи текучей среды, который продолжается от вращательного соединения 824 для подачи текучей среды в тепловизор 122 для подачи охлаждающей текучей среды в тепловизор 122.
[00115] Система 820 охлаждения может дополнительно включать в себя один или более трубопроводов 830 подачи охлаждающей текучей среды, находящихся в сообщении по текучей среде с трубопроводом 818 подачи текучей среды и расположенных так, чтобы подавать охлаждающую текучую среду в части тепловизионной системы 120. В одном или более вариантах выполнения один или более трубопроводов 830 подачи охлаждающей текучей среды могут быть расположены так, чтобы подавать охлаждающую текучую среду в тепловизор 122. В вариантах выполнения температура тепловизора 122 может поддерживаться на уровне менее 50ºC для обеспечения точной работы комплекта инфракрасных датчиков в тепловизоре 122. Колпак для газа сгорания (не показан), интегрированный с преобразователем 100, может вытягивать газы сгорания и избыточное тепло, создаваемое нагревательными элементами 301 (Фиг. 3A) в направлении центральной оси А основного барабана 108 и из преобразователя 100. Таким образом, тепловизор 122 в общем не подвергается воздействию большей части тепла от нагревательных элементов 301 (Фиг. 3A). Однако тепловизор 122 может подвергаться воздействию части тепла от процесса преобразования и может создавать дополнительное тепло внутри себя в результате работы комплекта датчиков и электроники тепловизора 122. Охлаждающая текучая среда, направляемая в тепловизор 122, может поддерживать температуру тепловизора 122 на уровне 50ºC или ниже. В некоторых вариантах выполнения система 820 охлаждения независима от станций 210 охлаждения (Фиг. 3E) преобразователя 100. Однако в одном или более вариантах выполнения станции 210 охлаждения (Фиг. 3E) и система 820 охлаждения могут использовать общий источник 822 охлаждающей текучей среды.
[00116] В некоторых вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя систему 832 очистки для очистки объектива 506 тепловизора 122, отражающей поверхности 508 зеркала 124 или того и другого. Во время работы преобразователя 100 и тепловизионной системы 120 масла и продукты сгорания могут оседать на объективе 506 тепловизора 122 и отражающей поверхности 508 зеркала 124, например, в результате конденсации масла на зеркале 124 или объективе 506, что может ухудшать отражательную способность зеркала 124 и препятствовать прохождению инфракрасного света через объектив 506 тепловизора 122, таким образом, внося погрешности и неточности в данные изображения, собираемые тепловизором 122. В вариантах выполнения система 832 очистки может включать в себя одну или более форсунок 834, расположенных так, чтобы подавать текучую среду на объектив 506 тепловизора 122 для очистки объектива 506 от масла, пыли и других загрязнителей. Форсунки 834 могут находиться в сообщении по текучей среде с трубопроводом 836 подачи текучей среды, который подает текучую среду из источника текучей среды (не показан) в форсунки 834. В вариантах выполнения одна или более форсунок 834 могут быть расположены так, чтобы подавать текучую среду на отражающую поверхность 508 зеркала 124 для очистки отражающей поверхности 508 от масла, пыли и других загрязнителей. Для очистки объектива 506 тепловизора 122, отражающей поверхности 508 зеркала 124 или того и другого может использоваться текучая среда без частиц, пыли, масла или других загрязнителей для предотвращения дополнительного загрязнения объектива 506 и зеркала 124. Например, текучая среда может представлять собой азот, чистый воздух, другой газ или их сочетания. В некоторых вариантах выполнения система 832 очистки может находиться в сообщении по текучей среде с системой 820 охлаждения, так что охлаждающая текучая среда подается в форсунки 834 и используется в качестве текучей среды для очистки объектива 506 тепловизора 122, зеркала 124 или того и другого.
[00117] Тепловизионные системы 120, описанные в настоящем документе, могут быть адаптированы для использования со вспомогательным барабаном 114 преобразователя 100. Обратимся к Фиг. 18A и 18B, вспомогательный барабан 114 может включать в себя тепловизионную систему 120, соединенную со вспомогательным барабаном 114 для вращения вместе с ним. В некоторых вариантах выполнения тепловизионная система 120 может быть соединена с валом 1806 вспомогательного барабана 114, так что тепловизионная система 120 расположена в центре вспомогательного барабана 114. Как рассмотрено ранее, тепловизионная система 120 включает в себя тепловизор 122 и крепежное устройство 126. Тепловизионная система 120, соединенная со вспомогательным барабаном 114, может захватывать данные теплового изображения внутренней поверхности 146 и/или внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 при пошаговом перемещении стеклянной трубки 102 через вспомогательные станции 112 обработки вспомогательного контура 118 с помощью вспомогательного барабана 114. Обратимся к Фиг. 18A, в некоторых вариантах выполнения тепловизор 122 может быть расположен в центре вспомогательного барабана 114 и ориентирован вертикально (т.е. в направлении +/–Z координатных осей, показанных на Фиг. 18A), так что оптическая осевая линия OC тепловизора 122 в общем параллельна центральной оси B вспомогательного барабана 114. В этой конфигурации зеркало 124 может быть расположено и ориентировано так, чтобы отражать инфракрасный свет внешней поверхности 140 и/или внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102. Обратимся к Фиг. 18B, в других вариантах выполнения тепловизор 122 может быть ориентирован в общем горизонтально (т.е. в плоскости X–Y координатных осей, показанных на Фиг. 18B), так что тепловизор 122 непосредственно принимает инфракрасный свет внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102. В этих вариантах выполнения тепловизор 122 может быть обращен в общем наружу в радиальном направлении от осевой линии B вспомогательного барабана 114. В этой ориентации инфракрасный свет, испускаемый внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, может проходить внутрь в радиальном направлении от стеклянной трубки 102 непосредственно в тепловизор 122. Другие конфигурации тепловизионной системы 120, включая варианты выполнения с использованием дополнительных зеркал 125 (Фиг. 7E), неподвижных зеркал 700 (Фиг. 7B) или сочетаний зеркал 124, 125, 700, описанные в настоящем документе для отражения инфракрасного света внутренних поверхностей 146 или внешних поверхностей 140 стеклянной трубки 102 в тепловизор 122, могут быть адаптированы для вспомогательного барабана 114.
[00118] Вернемся к Фиг. 9, тепловизионная система 120 может включать в себя процессор 900, один или более модулей 902 памяти, коммуникативно соединенных с процессором 900, и машиночитаемые инструкции, хранящиеся в одном или более модулях 902 памяти. Процессор 900 может быть коммуникативно соединен с тепловизором 122 по каналу 904 связи, который может включать в себя кабели 810 передачи данных (Фиг. 8) и/или одно или более устройств 842 беспроводной связи (Фиг. 8B), использующих стандартные протоколы беспроводной связи. Подходящие протоколы беспроводной связи могут включать в себя семейства протоколов 802.11, протокол Bluetooth, стандартный протокол ZigBee IEEE 802 или т.п. Коммуникативное соединение процессора 900 с тепловизором 122 с использованием кабелей 810 передачи данных, проходящих через контактное кольцо 802 или другой вращательный электрический соединитель, проиллюстрировано на Фиг. 8A. Кабели 810 передачи данных могут представлять собой электрические провода, оптоволоконные кабели передачи данных или другие кабели передачи данных. Коммуникативное соединение процессора 900 с тепловизором 122 с использованием устройства 842 беспроводной связи проиллюстрировано на Фиг. 8B.
[00119] Процессор 900 может обеспечивать автоматический анализ данных изображения, собранных тепловизором 122. При выполнении машиночитаемых инструкций, хранящихся в модулях 902 памяти, процессор 900 может побуждать тепловизионную систему 120 к приему данных изображения, захваченных тепловизором 122, обработке данных изображения и определению по меньшей мере одной характеристики стеклянной трубки 102. Характеристики стеклянной трубки 102, определяемые на основе данных теплового изображения, могут включать в себя одну или более температур поверхностей, температурные градиенты, размеры стеклянной трубки 102 (т.е. размеры физических границ стеклянной трубки), вязкость стеклянной трубки 102 в различных положениях, температурный профиль стеклянной трубки в зависимости от времени, осевую линию стеклянной трубки, другую характеристику или их сочетания. Машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 также могут побуждать тепловизионную систему 120 к сохранению данных теплового изображения и/или характеристик стеклянной трубки 102, определенных на их основе, или отображению данных и/или характеристик стеклянной трубки 102 на одном или более дисплеях 906. В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции, хранящиеся в модулях 902 памяти, могут содержать один или более пакетов программного обеспечения для анализа изображений. Пример пакета программного обеспечения для анализа изображений может включать в себя LabVIEWTM, распространяемый компанией National Instruments. Другое коммерческое программное обеспечение для анализа изображений, готовое или иным образом модифицированное, также может использоваться с тепловизионной системой 120.
[00120] Машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к выполнению по меньшей мере следующих операций: захват данных теплового изображения стеклянной трубки 102 с использованием тепловизора 122, передача данных теплового изображения от тепловизора 122 в процессор 900, прием данных теплового изображения от тепловизора 122 в процессоре 900, обработка данных теплового изображения и определение одной или более характеристик стеклянной трубки 102 на основе данных теплового изображения. В некоторых вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к дополнительному определению одной или более физических границ стеклянной трубки 102 на основе данных теплового изображения. В некоторых вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к выполнению одной или более операций из определения осевой линии стеклянной трубки 102 на основе данных теплового изображения, построения осевой линии на тепловых изображениях, захваченных тепловизором 122, преобразования данных о длинах волн инфракрасного света в данные о температуре, компоновки данных о температуре для определения одного или более температурных профилей и/или температурных градиентов стеклянной трубки 102 и/или определения температурного профиля (например, в виде графика или таблицы данных) стеклянной трубки 102 в зависимости от времени. В некоторых вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к вычислению вязкости стекла в конкретном положении стеклянной трубки 102 на основе температуры стеклянной трубки 102 и модели вязкости в зависимости от температуры для стеклянной трубки 102. В некоторых вариантах выполнения тепловизионная система 120 может вычислять градиент вязкости по толщине стеклянной трубки 102.
[00121] В некоторых вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к вычислению по меньшей мере одной метрики на основе обработанных данных теплового изображения. По меньшей мере одна метрика может быть выведена алгоритмом управления, который может вычислять по меньшей мере одну переменную управления процессом, например, регулируемую переменную или параметр управления процессом, например, коэффициент усиления или другой параметр управления процессом, на основе по меньшей мере одной метрики.
[00122] Опосредованный захват тепловых изображений за счет отражения инфракрасного света в тепловизор 122 с использованием зеркала 124 вносит погрешности из–за зеркала по сравнению с непосредственным захватом изображений без использования зеркала 124. При обработке данных тепловых изображений машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к применению одного или более корректирующих коэффициентов в отношении данных теплового изображения для корректировки погрешностей, обусловленных зеркалом 124. При использовании одного или более неподвижных зеркал 700 (Фиг. 7) в тепловизионной системе 120 машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к применению множества корректирующих коэффициентов в отношении данных теплового изображения.
[00123] В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции, хранящиеся в одном или более модулях 902 памяти, при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к выполнению по меньшей мере следующих операций: определение первой характеристики или температуры стеклянной трубки 102 на первой станции 106 обработки, определение второй характеристики или температуры стеклянной трубки 102 на второй станции 106 обработки, расположенной после первой станции 106 обработки, вычисление разности между первой характеристикой или температурой и второй характеристикой или температурой и передача выходных данных, представляющих разность между первой характеристикой или температурой и второй характеристикой или температурой. В некоторых вариантах выполнения первая характеристика и вторая характеристика представляют собой температуры, оцененные в конкретной физической точке или области внешней поверхности 140 (Фиг. 4) или внутренней поверхности 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102 или стеклянного изделия 103 (например, температуру внешней поверхности 140 на уступе 142, показанном на Фиг. 4). Альтернативно, в других вариантах выполнения первая характеристика и вторая характеристика могут представлять собой среднюю температуру стеклянной трубки 102. Например, в некоторых вариантах выполнения первая характеристика и вторая характеристика могут относиться к средней температуре на осевой линии стеклянной трубки 102. Дополнительно, первая и вторая характеристики могут представлять собой среднюю температуру, измеренную для области стеклянной трубки 102 или стеклянного изделия 103. Первая характеристика и вторая характеристика могут представлять собой температуру внутренней поверхности или температуру внешней поверхности стеклянной трубки 102 или стеклянного изделия 103.
[00124] В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к сохранению данных теплового изображения в одном или более модулях 902 памяти. В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции могут побуждать тепловизионную систему 120 к сохранению и поддержанию базы данных тепловых изображений и/или характеристик стеклянной трубки, определенных на основе данных тепловых изображений, которая может использоваться для определения базовых целевых показателей и/или метрик для рабочих параметров преобразователя 100 с целью облегчения запуска машины и/или использования в качестве заданных значений для одного или более способов управления процессом для управления преобразователем 100. В некоторых вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к сохранению данных о конкретных стеклянных изделиях в одном или более модулях 902 памяти и индексации данных о конкретных стеклянных изделиях в соответствии с идентификацией части, так что история температуры конкретной части может быть доступна для дополнительного анализа и изучения.
[00125] В данные изображений, захватываемые тепловизором 122, могут вноситься постоянные погрешности, обусловленные зеркалом 124. В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к применению одного или более фильтров данных в отношении данных теплового изображения. В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 900 могут побуждать тепловизионную систему 120 к приему данных теплового изображения от тепловизора 122 с целевой частотой дискретизации. Целевая частота дискретизации может быть изменена для изменения общей частоты захвата данных тепловизионной системы 120.
[00126] Снова обратимся к Фиг. 9, тепловизионная система 120 может дополнительно включать в себя дисплей 906, коммуникативно соединенный с процессором 900. Модули 902 памяти могут включать в себя машиночитаемые инструкции, которые при выполнении процессором 900 побуждают тепловизионную систему 120 к отображению одного или более наборов выходных данных (например, тепловых изображений, графиков и/или таблиц данных, содержащих данные о температуре стеклянной трубки на основе тепловых изображений) на дисплее 906. Выходные данные могут представлять собой один или более наборов графических выходных данных, например, график температуры поверхности стеклянной трубки 102 в конкретном положении в зависимости от времени, как проиллюстрировано на Фиг. 10, или тепловые изображения стеклянной трубки 102, как проиллюстрировано на Фиг. 11A–11D. Выходные данные на дисплее 906 также могут включать в себя одну или более таблиц данных, обеспечивающих числовые представления данных о температуре, сгенерированные тепловизионной системой 120, а не графические представления.
[00127] Обратимся к Фиг. 7 и 9, при работе тепловизор 122 расположен так, чтобы захватывать данные теплового изображения стеклянной трубки 102, закрепленной в держателе 130 основного барабана 108 с возможностью отсоединения. При пошаговом перемещении стеклянной трубки 102 через множество станций 106 обработки стеклянная трубка 102 нагревается и охлаждается. При нагреве до повышенной температуры одна или более внешних поверхностей 140 или внутренних поверхностей 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102 испускают инфракрасное излучение наружу от стеклянной трубки 102 в радиальном направлении, осевом направлении или другом направлении. Этот инфракрасный свет может отражаться отражающей поверхностью 508 (Фиг. 6) зеркала 124 в объектив 506 (Фиг. 6) тепловизора 122. Альтернативно, тепловизор 122 может быть расположен так, чтобы непосредственно захватывать инфракрасный свет, испускаемый стеклянной трубкой 102, без использования зеркала 124. Тепловизор 122 захватывает инфракрасный свет с использованием множества датчиков и выводит данные теплового изображения, содержащие длину волны и интенсивность инфракрасного света, принимаемого тепловизором 122. Как показано на Фиг. 9, данные теплового изображения, выводимые тепловизором 122, передаются из тепловизора 122 в процессор 900 по каналу 904 связи, который может быть проводным или беспроводным. Процессор 900 принимает данные теплового изображения, обрабатывает данные теплового изображения и выводит одно или более свойств (например, температуры) стеклянной трубки 102, определенных в результате обработки данных теплового изображения.
[00128] В одном или более вариантах выполнения тепловизионная система 120 может быть выполнена с возможностью захвата данных теплового изображения стеклянной трубки 102 на конкретных этапах или станциях 106 обработки процессов преобразования, например, в начале или в конце времени выдержки на станции 202 нагрева (Фиг. 2), в начале или в конце времени выдержки операции формования на станции 204 формования (Фиг. 2) или на другом этапе процесса преобразования. Данные теплового изображения могут захватываться в начале времени выдержки, в средине времени выдержки, в конце времени выдержки или во время пошагового перемещения стеклянной трубки 102 между одной станцией 106 обработки и последующей станцией 106 обработки основного барабана 108.
[00129] Альтернативно, в других вариантах выполнения тепловизионная система 120 может быть выполнена с возможностью захвата данных теплового изображения стеклянной трубки 102 через заданные интервалы времени на протяжении всего процесса преобразования. Как описано ранее, тепловизор 122 может иметь частоту захвата изображений в диапазоне от 30 Гц до 60 Гц. Общая частота захвата данных тепловизионной системы 120 может быть определена как частота, с которой тепловизионная система 120 создает набор выходных данных, и может включать в себя частоту захвата данных тепловизора 122, а также периоды времени, необходимые для передачи данных теплового изображения в процессор 900, обработки данных теплового изображения и вывода данных теплового изображения в модуль 902 памяти, на дисплей 906, в контроллер процесса или другое устройство. Минимальная общая частота захвата данных тепловизионной системы 120 представляет собой наибольшую частоту, с которой тепловизионная система 120 может захватывать, передавать, обрабатывать и выводить данные теплового изображения. Минимальная общая частота захвата данных тепловизионной системы 120 может быть в общем больше или равна около 10 Гц. В других вариантах выполнения минимальная общая частота захвата данных тепловизионной системы 120 может составлять по меньшей мере 20 Гц. Например, минимальная общая частота захвата данных тепловизионной системы 120 может составлять от 10 Гц до 50 Гц, от 10 Гц до 40 Гц, от 10 Гц до 30 Гц, от 10 Гц до 20 Гц, от 20 Гц до 50 Гц, от 20 Гц до 40 Гц, от 20 Гц до 30 Гц, от 30 Гц до 50 Гц или от 30 Гц до 40 Гц. Минимальная общая частота захвата данных тепловизионной системы 120, составляющая по меньшей мере 10 Гц, может облегчать захват очень высокотемпературных градиентов, которые создаются во время определенных этапов процесса преобразования. В одном или более вариантах выполнения для повышения общей частоты захвата данных тепловизионной системы 120 могут использоваться один или более фильтров данных. В одном или более вариантах выполнения для изменения общей частоты захвата данных тепловизионной системы 120 может регулироваться частота дискретизации.
[00130] Обратимся к Фиг. 11A–11D, на которых показаны тепловые изображения, захваченные тепловизором. Области более высокой температуры стеклянной трубки 102 показаны более светлым цветом, а области более низкой температуры показаны более темным цветом. Фиг. 11A иллюстрирует этап предварительного нагрева, на котором стеклянную трубку 102 нагревают для отделения стеклянной трубки 102. На Фиг. 11B стеклянную трубку 102 разрезают и отделяют от заготовки стеклянной трубки. Как показано очень светлой областью между двумя участками стеклянной трубки 102, стеклянная трубка в области разреза 1102 имеет очень высокую температуру на станции 206 отделения. В вариантах выполнения температура стеклянной трубки 102 в области разреза 1102 может достигать 1500°C или более. Контрастность цвета указывает высокий температурный градиент от области разреза 1102 в направлении противоположного конца 1104 стеклянной трубки 102. Фиг. 11C и 11D иллюстрируют тепловые изображения, захваченные во время операций формования уступа 142 и фланца 144 стеклянной трубки 102, из которой формуется флакон. Также изменение контрастности цвета между более светлым цветом областей формования (например, уступа 142 и фланца 144) и более темным цветом в направлении противоположного конца 1104 стеклянной трубки 102 указывает высокий температурный градиент вдоль длины L стеклянной трубки 102.
[00131] Данные о температуре могут быть получены на основе последовательности изображений, подобных показанным на Фиг. 11A–11D, для создания истории изменения температуры стеклянной трубки 102 на протяжении всего процесса преобразования в преобразователе 100. Длина волны инфракрасного света, захваченного на тепловом изображении, коррелирует с температурой стеклянной трубки 102, которая испускает конкретную длину волны захваченного инфракрасного света. На Фиг. 10 показан пример истории изменения температуры поверхности стеклянной трубки 102, обрабатываемой в преобразователе 100, захваченной тепловизионной системой 120. Фиг. 10 иллюстрирует первую температуру 1002 стеклянной трубки 102, определенную на первом участке поверхности стеклянной трубки 102. Дополнительно, тепловизионная система 120 также может использоваться для получения информации о температуре других областей изделия, например, областей фланца 144 (Фиг. 3A) и горлышка 145 (Фиг. 3A) частично отформованной стеклянной трубки 102 во время формования фланца 144 и горлышка 145. На Фиг. 10 вторая температура 1004 определена на втором участке поверхности стеклянной трубки 102, а третья температура 1006 определена на третьем участке поверхности стеклянной трубки 102. В некоторых вариантах выполнения вторая температура 1004 и третья температура 1006 могут быть определены на участках стеклянной трубки 102, соответствующих фланцу 144 и горлышку 145 соответственно.
[00132] Опыт эксплуатации преобразователей 100 для изготовления трубчатых изделий показывает, что процесс преобразования является очень интерактивным, это означает, что небольшие изменения температуры на одной станции 106 обработки преобразователя 100 могут в равной степени влиять на температуру стекла и процессы формования во всем преобразователе 100. Тепловизионная система 120 позволяет отслеживать температуру одной стеклянной трубки 102 на всех станциях 106 обработки и операции, выполняемые на каждой станции 106 обработки, так что можно наблюдать и изучать влияние изменений температуры на одной станции 106 обработки на последующие операции формования. Так как тепловизионная система 120 перемещается вместе с основным барабаном 108, когда он пошагово перемещается между станциями 106 обработки, тепловизионная система 120 также выполнена с возможностью захвата тепловых изображений стеклянной трубки 102 между станциями 106 обработки для изучения влияния охлаждения стеклянной трубки 102 между станциями 106 обработки.
[00133] Снова обратимся к Фиг. 7A–7G, как описано ранее, тепловизионная система 120 может быть выполнена с возможностью получения данных теплового изображения внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102. Дополнительно, тепловизионная система 120 может быть выполнена с возможностью получения данных теплового изображения и, следовательно, данных о температуре одной или более внутренних поверхностей 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102. Возможность измерения температуры внутренней поверхности 146 может быть полезна для оценки процесса преобразования изделия, при которой измеряют температурные градиенты по толщине T (Фиг. 4) стеклянной трубки 102, составляющие несколько сотен градусов Цельсия (т.е. 200ºC–300ºC или более). Дополнительно, в одном или более вариантах выполнения измерения температуры внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 могут облегчать определение диапазона температур, который приводит к дефектам качества. Например, во время операции формования фланца, выполняемой на станции 204 формования преобразователя 100 для изготовления флаконов, при определенных температурах внутренней поверхности на внутренней поверхности 146 фланца 144 (Фиг. 3D) могут образовываться небольшие трещины. Измерение температуры внутренней поверхности стеклянной трубки 102 может использоваться для определения температур внутренней поверхности, которые приводят к образованию трещин, так что в процесс преобразования могут быть внесены изменения для предотвращения образования трещин.
[00134] Множество траекторий отражения могут настроены для получения данных теплового изображения внутренней поверхности 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102. Как описано ранее, для настройки тепловизионной системы 120 с целью получения тепловых изображений вида с торца стеклянной трубки 102 может использоваться множество неподвижных зеркал 700. Вид с торца открытого конца стеклянной трубки 102 может позволять тепловизионной системе 120 определять одну или более внутренних температур стеклянной трубки 102, например, температуру внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 140. Для захвата вида с торца открытого конца стеклянной трубки 102 одно или более неподвижных автономных тепловизионных устройств (не показаны) могут быть установлены непосредственно под одной или более станциями 106 обработки преобразователя 100. Оптическая осевая линия неподвижных тепловизионных устройств может быть выровнена с осевой линией CL стеклянной трубки 102 для захвата вида с торца стеклянной трубки 102. Установка множества отдельных тепловизионных устройств под множеством станций 106 обработки может быть дорогостоящей и нерентабельной. В другой конфигурации неподвижное тепловизионное устройство (не показано) может быть установлено в положении снаружи в радиальном направлении от станции 106 обработки, и неподвижное зеркало 700 может быть установлено под станцией 106 обработки для отражения торцевого изображения стеклянной трубки 102 в объектив (не показан) тепловизионного устройства. В этой конфигурации для захвата тепловых данных внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 на других станциях 106 обработки будет необходимо множество тепловизионных устройств.
[00135] Альтернативно, в одном или более вариантах выполнения тепловизионная система 120, соединенная с основным барабаном 108, ранее описанная в настоящем документе, может использоваться в сочетании с одним или более неподвижными зеркалами 700, каждое из которых может быть расположено под одной из множества станций 106 обработки. Как показано на Фиг. 7, зеркало 124 может быть расположено так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый наружу в радиальном направлении внешней поверхностью 140 стеклянной трубки 102, в объектив 506 тепловизора 122, а неподвижные зеркала 700 могут быть расположены так, чтобы отражать инфракрасный свет, испускаемый вниз в осевом направлении (т.е. в направлении, параллельном осевой линии CL стеклянной трубки 102 и ориентированном к основанию 104) внутренней поверхностью 146 стеклянной трубки 102, в объектив 506 тепловизора 122. При пошаговом перемещении тепловизора 122 вместе с основным барабаном 108 в выравнивание (например, угловое выравнивание) с неподвижным зеркалом 700 как зеркало 124, так и неподвижное зеркало 700 могут отражать инфракрасный свет в объектив 506 тепловизора 122, в результате чего тепловизор 122 может одновременно захватывать тепловые изображения внешних поверхностей 140 и внутренних поверхностей 146 стеклянной трубки 102. Фиг. 12 иллюстрирует тепловое изображение, полученное тепловизионной системой 120, имеющей зеркало 124 и неподвижное зеркало 700. Тепловое изображение, показанное на Фиг. 9, иллюстрирует одно тепловое изображение, которое одновременно захватывает тепловые данные внешней поверхности 140 и тепловые данные внутренней поверхности 146. Одно тепловое изображение может позволять тепловизионной системе 120 определять одну или более температур внешней поверхности и одну или более температур внутренней поверхности на основе одного набора данных теплового изображения. Хотя описано использование сочетания зеркала 124 и неподвижного зеркала 700, захват инфракрасного света, испускаемого внутренними поверхностями 146 стеклянной трубки 102, может быть реализован путем размещения зеркала 124 для отражения инфракрасного света как внешней поверхности 140, так и внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 в тепловизор 122 или путем присоединения дополнительного зеркала 125 к крепежному устройству 126 для отражения инфракрасного света внутренней поверхности 146 стеклянной трубки в тепловизор 122, как ранее описано в настоящем документе.
[00136] Хотя тепловизионная система 120 описана в отношении вертикально ориентированного преобразователя 100, когда центральная ось А основного барабана 108 в общем перпендикулярна земле, следует понимать, что тепловизионная система 120 также может быть адаптирована для использования с горизонтально ориентированным преобразователем или расположенным под углом преобразователем. Тепловизионная система 120 также описана в настоящем документе в отношении преобразователя 100, имеющего основной барабан 108, который в общем является круговым для пошагового перемещения стеклянной трубки 102 по в общем круговому основному контуру 116 станций 106 обработки, однако следует понимать, что тепловизионная система 120 может использоваться с преобразователем 100, имеющим любой не круговой бесконечный контур или путь, который пошагово перемещает стеклянную трубку 102 через множество станций 106 обработки. Станции 106 обработки могут быть расположены в любом подходящем порядке. Как отмечено ранее, также следует понимать, что тепловизионная система 120 может использоваться с преобразователем 100 для изготовления флаконов, а также с преобразователями для изготовления других изделий, например, картриджей, ампул шприцев или других стеклянных изделий, из стеклянных трубок 102.
[00137] Тепловизионные системы 120, описанные в настоящем документе, способствуют получению технологических измерений, математических моделей и экспериментов для фундаментального понимания и характеристики преобразователя 100 и реализуемого процесса преобразования, обусловленной использованием стекла. Лучшее понимание процесса преобразования за счет использования тепловизионной системы 120 снижает зависимость от уровня техники и опыта для настройки преобразователя 100, инструментов, конфигурации процесса и возможности успешного использования разных платформ для преобразования. Тепловизионная система 120 также позволяет количественно отображать технологические окна и технологические ограничения. Тепловизионная система 120 позволяет автоматически анализировать тепловое изображение и определять осевую линию CL стеклянной трубки 102 и/или изготовленного из нее изделия. Дополнительно, тепловизионная система 120 позволяет проще адаптировать преобразователь 100 и процессы преобразования для альтернативных стеклянных композиций.
[00138] Тепловизионная система 120 также обеспечивает измерения температуры процесса, которые могут быть включены в систему управления для управления преобразователем 100. На конкретной станции 106 обработки измерения температур поверхностей стеклянных трубок 102, пошагово перемещаемых через станцию 106 обработки, указывают значительное краткосрочное и долгосрочное отклонение температуры поверхности стеклянной трубки 102. Краткосрочное отклонение температур поверхности стеклянной трубки 102, которое представляет собой отклонение между одним отдельным элементом и следующим отдельным элементом, может быть обусловлено производственными допусками процесса вытягивания трубки, которые приводят к отклонению размеров трубки, например, диаметра W трубки (Фиг. 4) и толщины T стенки (Фиг. 4), по длине L заготовки стеклянной трубки 102. Отклонение массы для разных трубок может составлять от +/–2,5 процентов (%) до +/–5%. Нагревательные элементы 301 (Фиг. 3A) преобразователя 100 стеклянных трубок расположены так, чтобы нагревать конкретную область стеклянной трубки 102. В связи с этим изменения массы стекла в этой конкретной области, которые могут возникать из–за производственных отклонений для разных стеклянных трубок 102, непосредственно приводят к соответствующим отклонениям температур поверхности стеклянной трубки 102. Другие факторы, например, неопределенность и отклонения времени обработки, также могут способствовать краткосрочным отклонениям температуры поверхности, но производственные отклонения заготовки стеклянной трубки 102 вносят наиболее значительный вклад в эти краткосрочные отклонения. Традиционные машины для преобразования не имеют систем для компенсации этих краткосрочных отклонений температуры поверхности стеклянных трубок 102.
[00139] Долгосрочные отклонения (т.е. от цикла к циклу, измеряемые в минутах и/или часах) температуры поверхности стеклянной трубки 102 могут быть обусловлены множеством факторов, которые вызывают отклонения в тепловом состоянии процесса преобразования. Условия, которые могут привести к долгосрочным отклонениям температуры поверхности стекла, могут включать в себя нагрев машины при повышении температуры преобразователя 100 от условий окружающей среды до условий установившегося рабочего состояния. Процесс нагрева может занимать от 2 часов до 12 часов. Долгосрочное отклонение температуры поверхности также может возникать из–за изменения теплотворной способности топлива (изменения состава топливного газа, полученного от поставщика природного газа), ухудшения работы горелки 302, изменений давлений в трубопроводе (т.е. топливного газа, воздуха, кислорода), условий окружающей среды, отклонения расхода вытяжного колпака, других факторов и/или сочетаний факторов. Традиционные системы машин для преобразования должны вручную регулироваться для компенсации этих долгосрочных отклонений температуры поверхности.
[00140] Обратимся к Фиг. 13, на которой показана система 1300 управления для преобразователя 100 стеклянных трубок, которая может обеспечивать систему и способ компенсации как краткосрочных, так и долгосрочных отклонений температуры поверхности для обеспечения более постоянной и эффективной работы преобразователя 100. Система 1300 управления содержит преобразователь 100, тепловизионную систему 120 и контроллер 1302.
[00141] Преобразователь 100 может иметь любой из признаков преобразователя 100, ранее описанных в настоящем документе. Как описано ранее, одна или более станций 202 нагрева могут включать в себя нагревательные элементы 301, которые могут регулироваться для изменения величины нагрева стеклянной трубки 102 и, следовательно, изменения температуры стеклянной трубки 102. Например, в вариантах выполнения нагревательный элемент 301 может представлять собой горелку 302, имеющую клапан 310 управления подачей топлива, клапан 312 управления подачей кислорода и, возможно, клапан 314 управления подачей воздуха, все из которых могут регулироваться для изменения тепла пламени, создаваемого горелкой 302 и, следовательно, изменения температуры стеклянной трубки 102 при пошаговом перемещении через станцию 202 нагрева. Альтернативно, в других вариантах выполнения нагревательный элемент 301 может представлять собой лазер, например, лазер на основе углекислого газа. Входная мощность лазера, время воздействия лазера на стеклянную трубку 102 или то и другое могут регулироваться для изменения степени нагрева стеклянной трубки 102 и, следовательно, изменения температуры стеклянной трубки 102. Обратимся к Фиг. 3E, как описано ранее, преобразователь 100 также может иметь одну или более станций 210 охлаждения, которые могут включать в себя один или более клапанов 344 управления подачей охлаждающей текучей среды для управления массовым расходом охлаждающей текучей среды 342, который также может оказывать влияние на температуру стеклянной трубки 102, пошагово перемещаемой через станцию 210 охлаждения.
[00142] Тепловизионная система 120 может использоваться для измерения и определения одной или более переменных процесса для использования системой 1300 управления. Тепловизионная система 120 может иметь любой из признаков, описанных в настоящем документе в отношении тепловизионной системы 120, соединенной с основным барабаном 108 для вращения вместе с основным барабаном 108. Как описано ранее, тепловизионная система 120 содержит по меньшей мере один тепловизор 122, процессор 900, коммуникативно соединенный с тепловизором 122, и один или более модулей 902 памяти, содержащих машиночитаемые инструкции для приема и обработки данных теплового изображения, захваченных тепловизором 122. Тепловизионная система 120 также может включать в себя по меньшей мере одно зеркало 124, расположенное так, чтобы отражать инфракрасный свет стеклянной трубки 102 в тепловизор 122. В некоторых вариантах выполнения один процессор может служить в качестве контроллера 1302 системы 1300 управления и процессора 900 тепловизионной системы 120. Тепловизионная система 120 также может иметь одно или более неподвижных зеркал 700 (Фиг. 7), расположенных вертикально под одной или более станциями 106 обработки для отражения инфракрасного света, испускаемого внутренней поверхностью 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102, в тепловизор 122 при пошаговом перемещении тепловизора 122 в положение для приема света, отражаемого от неподвижного зеркала 700. В одном или более вариантах выполнения множество тепловизоров 122 может быть соединено с основным барабаном 108 для одновременного измерения переменных процесса на множестве станций 108 обработки или вспомогательных станций 112 обработки.
[00143] Тепловизионная система 120 может выводить одну или более переменных процесса, которые могут использоваться системой 1300 управления для управления преобразователем 100 и процессом преобразования. Альтернативно, тепловизионная система 120 может сохранять одну или более переменных процесса в модулях 902 памяти для извлечения контроллером 1302. В одном или более вариантах выполнения переменные процесса, определяемые тепловизионной системой 120, могут включать в себя одну или более температур внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 в одной или более точках на внешней поверхности 140 стеклянной трубки 102 и на одном или более этапах процесса преобразования. В вариантах выполнения переменные процесса, определяемые тепловизионной системой 120, могут включать в себя одну или более температур внутренней поверхности 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102 в одной или более точках на внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102 и на одном или более этапах процесса преобразования. В вариантах выполнения переменная процесса может представлять собой пиковую температуру стекла на осевой линии (т.е. максимальную температуру стеклянной трубки 102 вдоль осевой линии CL стеклянной трубки 102). В других вариантах выполнения переменная процесса также может представлять собой один или более размеров стеклянной трубки 102 в одной или более областях стеклянной трубки 102, вязкость стеклянной трубки 102 в одной или более областях стеклянной трубки 102, температурный профиль стеклянной трубки 102 в зависимости от времени, другую характеристику стеклянной трубки 102 или их сочетания.
[00144] Система 1300 управления может принимать другие переменные процесса для преобразователя 100. Например, система 1300 управления может принимать информацию о размерах или других физических свойствах стеклянной трубки 102, например, внешний диаметр, внутренний диаметр и/или толщину. Размеры стеклянной трубки 102 или другие переменные процесса могут быть получены системой 1300 управления от внешних источников или от других систем измерения, интегрированных с преобразователем 100 и/или системой 1300 управления. Обратимся к Фиг. 13, в некоторых вариантах выполнения система 1300 управления может включать в себя систему 1310 определения размеров для измерения диаметра W и толщины T стеклянной трубки 102 и определения массы стекла на единицу длины стеклянной трубки 102 на основе диаметра W, толщины T и плотности стекла. Любой показатель из диаметра W, толщины T или массы стекла на единицу длины стеклянной трубки 102 может использоваться в качестве переменных процесса системой 1300 управления.
[00145] Система 1310 определения размеров может включать в себя по меньшей мере одно из системы формирования визуального изображения, лазерного рефлектометра, лазерного измерителя, другое измерительное устройство или их сочетания. Альтернативно, система 1310 определения размеров может включать в себя оптический микрометр, например, микрометр, содержащий коллимированный пучок света, испускаемый источником света с одной стороны стеклянной трубки 102, и оптический приемник, например, камеру или оптический датчик, расположенный с противоположный стороны стеклянной трубки. Как проиллюстрировано на Фиг. 13, в некоторых вариантах выполнения система 1310 определения размеров может включать в себя систему 1312 формирования визуального изображения, имеющую устройство формирования визуального изображения, выполненное с возможностью захвата визуального изображения стеклянной трубки 102. В некоторых вариантах выполнения устройство формирования визуального изображения системы 1312 формирования визуального изображения может быть неподвижным и сфокусировано на одной станции 106 обработки. В вариантах выполнения система 1312 формирования визуального изображения может быть соединена с основанием 104 преобразователя 100. В вариантах выполнения система 1312 формирования визуального изображения может быть расположена так, чтобы захватывать визуальное изображение стеклянной трубки 102 на станции 106 обработки непосредственно после последней станции 204 формования (Фиг. 2) в основном контуре 116 (Фиг. 2). Альтернативно, в других вариантах выполнения система 1312 формирования визуального изображения может быть расположена на станции 106 обработки, расположенной перед первой станцией 204 формования преобразователя 100. В других вариантах выполнения система 1312 формирования визуального изображения может быть расположена так, чтобы захватывать визуальное изображение стеклянной трубки 102 перед загрузкой в держатель 130. Визуальное изображение, полученное от системы 1312 формирования визуального изображения, может использоваться для получения внешнего диаметра W стеклянной трубки 102.
[00146] В некоторых вариантах выполнения система 1310 определения размеров может дополнительно включать в себя лазерный рефлектометр 1314, зафиксированный в неподвижном положении относительно основания 104 преобразователя 100. Лазерный рефлектометр 1314 может быть ориентирован так, чтобы измерять толщину T стеклянной трубки 102 (т.е. толщину стенки) на одной станции 106 обработки. В одном или более вариантах выполнения лазерный рефлектометр 1314 может быть расположен на той же станции 106 обработки, что и система 1312 формирования визуального изображения. Альтернативно, лазерный рефлектометр 1314 может быть расположен на станции 106 обработки, отличной от станции 106 обработки, на которую направлена система 1312 формирования визуального изображения. В некоторых вариантах выполнения система 1312 формирования визуального изображения может быть расположена и ориентирована так, чтобы захватывать визуальное изображение стеклянной трубки 102, например, вид с торца стеклянной трубки 102, на основе которого могут быть определены внешний диаметр W и внутренний диаметр стеклянной трубки. Затем система 1312 формирования визуального изображения может использовать внешний диаметр и внутренний диаметр стеклянной трубки 102 для определения толщины T и массы на единицу длины стеклянной трубки 102. Хотя в настоящем документе описана система 1310 определения размеров, имеющая систему 1312 формирования визуального изображения, лазерный рефлектометр 1314 или то и другое, предполагается, что в систему 1310 определения размеров могут быть встроены другие устройства измерения размеров для определения размеров и массы на единицу длины стеклянной трубки 102.
[00147] В альтернативных вариантах выполнения одна или более частей системы 1310 определения размеров, например, система 1312 формирования визуального изображения, лазерный рефлектометр или другое устройство определения размеров, могут быть расположены перед станциями 106 обработки преобразователя 100 для измерения размеров заготовки стеклянной трубки перед подачей заготовки стеклянной трубки в преобразователь 100. Например, система 1310 определения размеров может быть расположена на устройстве для загрузки трубок, например, на барабане 110 для загрузки стеклянных трубок (Фиг. 1) или на руке для загрузки стеклянных трубок (не показана), для измерения размеров стеклянной трубки 102 перед загрузкой стеклянной трубки 102 в преобразователь 100.
[00148] Система 1310 определения размеров может дополнительно содержать процессор 1316 определения размеров, имеющий один или более модулей 1318 памяти определения размеров, содержащих машиночитаемые инструкции, которые при выполнении процессором 1316 определения размеров побуждают систему 1310 определения размеров к приему данных измерения от по меньшей мере одного устройства определения размеров, обработке данных измерения и определению диаметра W и толщины T стеклянной трубки на основе данных измерения. Например, в некоторых вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 1316 определения размеров могут побуждать систему 1310 определения размеров к приему данных визуального изображения от системы 1312 формирования визуального изображения, приему информации о толщине от лазерного рефлектометра 1314, обработке данных визуального изображения, определению диаметра W стеклянной трубки 102, обработке информации о толщине от лазерного рефлектометра 1314 и определению толщины T стеклянной трубки 102. Альтернативно, в других вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 1316 определения размеров могут побуждать систему 1310 определения размеров к приему данных визуального изображения от системы 1312 формирования визуального изображения, определению внешнего диаметра W стеклянной трубки 102, определению толщины и определению массы на единицу длины стеклянной трубки 102 на основе толщины T и внешнего диаметра W. Машиночитаемые инструкции могут содержать доступное на рынке программное обеспечение для обработки визуальных изображений, например, ранее описанные программы обработки изображений. Машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 1316 определения размеров могут побуждать систему 1310 определения размеров к сохранению и/или выводу толщины T и диаметра W стеклянной трубки 102. В вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 1316 определения размеров могут побуждать систему 1310 определения размеров к определению массы стекла на единицу длины стеклянной трубки 102 (т.е. массы на единицу длины стеклянной трубки 102) на основе измеренного диаметра W и толщины T стеклянной трубки 102. Система 1310 определения размеров может сохранять массу на единицу длины стеклянной трубки в одном или более модулях 1318 памяти определения размеров или может выводить массу на единицу длины стеклянной трубки 102.
[00149] В вариантах выполнения система 1300 управления может определять температурный градиент по толщине T стеклянной трубки 102 на основе толщины T, определенной системой 1310 определения размеров, и температур поверхностей, например, температур внешней поверхности 140 и внутренней поверхности 146 стеклянной трубки 102, определенных тепловизионной системой 120. Температурный градиент может использоваться в качестве переменной процесса в одном или более способах управления. В некоторых вариантах выполнения система 1300 управления может определять градиент вязкости стекла по толщине T стеклянной трубки 102 на основе информации о температуре от тепловизора 122 и толщины T стеклянной трубки 102, определенной системой 1310 определения размеров. Градиент вязкости может использоваться в качестве переменной процесса в некоторых вариантах выполнения. Переменные процесса также могут включать в себя время пошагового перемещения барабана.
[00150] Снова обратимся к Фиг. 13, контроллер 1302 для системы 1300 управления может включать в себя процессор 1304 управления и один или более модулей 1306 памяти управления, содержащих машиночитаемые инструкции, сохраненные в них, которые при выполнении процессором 1304 управления побуждают систему 1300 управления к реализации одного или более способов управления для управления преобразователем 100, эти способы управления будут дополнительно описаны в настоящем документе. Контроллер 1302 может иметь множество устройств ввода, коммуникативно соединенных с одним или более из тепловизионной системы 120, системы 1310 определения размеров или других датчиков. Контроллер 1302 может иметь множество устройств вывода, коммуникативно соединенных с одним или более устройствами управления, которые могут включать в себя одно или более из клапанов 310 управления подачей топлива, клапанов 312 управления подачей кислорода, клапанов 314 управления подачей воздуха, клапанов 344 управления подачей охлаждающей текучей среды (Фиг. 3E), исполнительных механизмов 326 формующих инструментов (Фиг. 3D) или других устройств управления, связанных с одной или более станциями 202 нагрева, станциями 204 формования, станциями 210 охлаждения или другой станцией 106 обработки. В вариантах выполнения контроллер 1302 может представлять собой пропорционально–интегрально–дифференцирующий (ПИД) контроллер.
[00151] Машиночитаемые инструкции, хранящиеся в одном или более модулях 1306 памяти управления, при выполнении процессором 1304 управления могут побуждать систему 1300 управления к приему переменной процесса, например, температуры, вязкости, размера, температурного градиента, градиента вязкости, другой характеристики или сочетаний характеристик стеклянной трубки 102, от тепловизионной системы 120, сравнению переменной процесса с заданным значением, хранящимся в памяти, определению регулируемой переменной на основе сравнения переменной процесса с заданным значением и передаче сигнала управления, представляющего регулируемую переменную в одно или более устройств управления. В вариантах выполнения контроллер 1302 может принимать одну или более переменных процесса, например, диаметр W, толщину T и/или массу стекла на единицу длины для стеклянной трубки 102, от системы 1310 определения размеров. В одном или более вариантах выполнения машиночитаемые инструкции при выполнении процессором 1304 управления могут побуждать контроллер 1302 к получению переменной процесса от тепловизионной системы 120, системы 1310 определения размеров или другого датчика или системы датчиков.
[00152] Заданные значения для переменных процесса могут быть определены из базы данных ретроспективных измерений переменных процесса, собранных во время работы преобразователя 100. В вариантах выполнения база данных может включать в себя измерения переменных процесса и рабочие условия, представляющие приемлемые условия производства. В вариантах выполнения база данных может включать в себя набор данных измерений переменных процесса и рабочих условий, соответствующих репрезентативным циклам, собранных для описания типичного отклонения преобразователя 100. Измерения переменных процесса в базе данных могут использоваться для определения заданных значений для одной или более переменных процесса. Отклонение измерений переменных процесса может быть определено на основе базы данных для определения параметров управления, например, одного или более коэффициентов усиления, для максимизации температурного постоянства и предотвращения чрезмерного управления преобразователем 100. В вариантах выполнения заданное значение может быть вычислено как скользящее среднее значение переменной процесса за конкретный период времени, например, периоды времени по меньшей мере 3 минуты, по меньшей мере 30 минут, по меньшей мере 60 минут, по меньшей мере 3 часа, по меньшей мере 10 часов или даже по меньшей мере 3 дня.
[00153] Далее обратимся к Фиг. 14, на которой схематически показан один вариант выполнения способа 1400 управления с обратной связью по температуре. Переменную 1402 процесса преобразователя 100 измеряют и передают в контроллер 1302. Процессор 1304 управления контроллера 1302 сравнивает переменную 1402 процесса с заданным значением 1404 и вычисляет погрешность 1406, которая может представлять собой разницу между заданным значением 1404 и переменной 1402 процесса. Затем процессор 1304 управления может вычислять одну или более регулируемых переменных 1408 и передавать один или более сигналов управления, представляющих регулируемые переменные 1408, обратно в преобразователь 100, в частности, в устройство 1410 управления преобразователя 100. В вариантах выполнения переменная 1402 процесса может представлять собой одну или более температур стеклянной трубки 102, измеренных тепловизионной системой 120. В некоторых вариантах выполнения температура стеклянной трубки 102 может использоваться контроллером 1302 для управления одним или более устройствами 1410 управления, связанными со станцией 202 нагрева (Фиг. 3A), для управления нагревом стеклянной трубки 102 на станции 202 нагрева. Процессор 1304 управления может вычислять регулируемую переменную 1408 с использованием одного или более методов пропорциональных, интегральных или производных вычислений. Вычисление регулируемой переменной 1408 может включать в себя применение коэффициента 1409 усиления в отношении регулируемой переменной 1408 для корректировки чувствительности процесса преобразования к изменениям регулируемой переменной 1408. В частности, в некоторых вариантах выполнения регулируемая переменная 1408 может быть определена путем умножения погрешности 1406 на коэффициент 1409 усиления. Альтернативно, процессор 1304 управления может объединять моделирование, например, моделирование теплопередачи, способы управления на уровне системы или другие стратегии управления для определения регулируемой переменной 1408.
[00154] Температура, измеряемая тепловизионной системой 120, может представлять собой одну температуру стеклянной трубки 102, измеренную в конкретном месте на стеклянной трубке 102 на конкретном этапе процесса преобразования, например, температуру в конце цикла, температуру в конце времени выдержки (т.е. температуру стеклянной трубки 102 в конце операции на станции 106 обработки непосредственно перед тем, как основной барабан 108 пошагово переместит стеклянную трубку 102 на следующую станцию 106 обработки), температуру в начале времени выдержки (т.е. температуру стеклянной трубки 102 на станции 106 обработки в начале времени выдержки) или любую другую температуру стеклянной трубки 102 в любом месте на стеклянной трубке 102 и на любом этапе процесса преобразования. В некоторых вариантах выполнения температура, измеряемая тепловизионной системой 120, может представлять собой максимальную температуру на осевой линии в конце цикла и/или максимальную температуру на осевой линии на любой станции 106 обработки. Переменная 1402 процесса может включать в себя температуру внешней поверхности 140 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102 или температуру внутренней поверхности 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102. В некоторых вариантах выполнения переменная 1402 процесса может включать в себя одну или более средних температур, например, среднюю температуру на осевой линии стеклянной трубки 102.
[00155] В некоторых вариантах выполнения переменная 1402 процесса может представлять собой разницу между любыми двумя температурами стеклянной трубки 102, измеренными тепловизионной системой 120. Например, в некоторых вариантах выполнения переменная 1402 процесса может представлять собой разницу между температурой на осевой линии стеклянной трубки 102 в начале времени выдержки на станции 106 обработки (Фиг. 1), например, на станции 202 нагрева или станции 204 формования, и температурой на осевой линии стеклянной трубки 102 в конце времени выдержки на той же станции 106 обработки. В некоторых вариантах выполнения переменная 1402 процесса может представлять собой разницу между температурой стеклянной трубки в конце цикла 102 (т.е. температурой стеклянной трубки 102, измеренной в конце последней станции обработки процесса преобразования) и температурой стеклянной трубки 102 в начале цикла (т.е. температурой стеклянной трубки 102, измеренной на первой станции обработки процесса преобразования). Переменная 1402 процесса может представлять собой разницу между температурами стеклянной трубки 102 в одном положении 136 держателя (Фиг. 2) на разных этапах процесса преобразования. Альтернативно, переменная 1402 процесса может включать в себя разницу между температурой в одном положении на стеклянной трубке 102 и температурой во втором положении на стеклянной трубке 102 на одном этапе процесса преобразования. Например, переменная 1402 процесса может включать в себя разницу между температурой внешней поверхности 140 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102 и температурой внутренней поверхности 146 (Фиг. 4) стеклянной трубки 102 на одной станции 106 обработки. Переменная 1402 процесса может представлять температурный градиент между двумя положениями на стеклянной трубке 102, например, температурный градиент по толщине T стеклянной трубки 102. Переменная 1402 процесса также может представлять собой физический размер стеклянной трубки 102, определенный на основе данных теплового изображения. Переменная процесса также может представлять собой вязкость стеклянной трубки 102 или градиент вязкости по толщине T стеклянной трубки 102. Переменная 1402 процесса может представлять собой любую другую переменную процесса или характеристику стеклянной трубки 102, описанную в настоящем документе.
[00156] Переменная 1402 процесса (например, температура стеклянной трубки) сравнивается с заданным значением 1404, которое может храниться в одном или более модулях 1306 памяти управления контроллера 1302. Заданное значение 1404 может периодически обновляться в модулях 1306 памяти управления на основе изменений, наблюдаемых в результате продолжающегося накопления измерений переменных 1402 процесса и рабочих условий в базе данных рабочих условий, описанной выше.
[00157] В некоторых вариантах выполнения регулируемые переменные 1408 могут включать в себя одну или более переменных, которые оказывают влияние на нагрев стеклянной трубки 102 нагревательным элементом 301 (Фиг. 3A) на одной или более станциях 202 нагрева (Фиг. 3A). Например, в вариантах выполнения регулируемые переменные 1408 могут включать в себя положение одного или более из клапана 310 управления подачей топлива (Фиг. 3A), клапана 312 управления подачей кислорода (Фиг. 3A) и клапана 314 управления подачей воздуха (Фиг. 3A) для одной или более горелок 302 (Фиг. 3A) одной или более станций 202 нагрева преобразователя 100. Коммуникативное соединение клапанов 310 управления подачей топлива, клапанов 312 управления подачей кислорода и/или возможных клапанов 314 управления подачей воздуха одной или более станций 202 нагрева с устройствами вывода контроллера 1302 позволяет контроллеру 1302 управлять станцией 202 нагрева путем регулировки массового расхода топливного газа для одной или более горелок 302 (Фиг. 3) с пропорциональными изменениями расхода кислорода и/или воздуха.
[00158] В некоторых вариантах выполнения соотношение массового расхода кислорода и/или воздуха и массового расхода топливного газа может быть фиксированным и постоянным, так что регулировка массового расхода топливного газа изменяет соответствующие массовые расходы кислорода и/или воздуха. В этих вариантах выполнения контроллер 1302 может быть выполнен с возможностью управления клапаном 310 управления подачей топлива, клапаном 312 управления подачей кислорода и/или клапаном 314 управления подачей воздуха для поддержания постоянного стехиометрического соотношения топливного газа, подаваемого в горелку. Например, в вариантах выполнения, в которых в горелку подается как воздух, так и чистый кислород, соотношение расхода воздуха и расхода чистого кислорода также должно поддерживаться для обеспечения стехиометрии. В случае, когда горение горелки обеспечивается несколькими потоками, например, как в случае воздуха и кислорода, массовые расходы воздуха и чистого кислорода поддерживаются в постоянном соотношении для поддержания постоянной концентрации окислителя в горелке 302, которая связана с общей концентрацией кислорода в объединенных потоках воздуха и кислорода. Таким образом, в вариантах выполнения, в которых в горелку 302 подается топливный газ, чистый кислород и воздух, стехиометрия для окисления топливного газа поддерживается путем поддержания соотношения расхода топливного газа и расхода чистого кислорода, а также путем поддержания соотношения расхода воздуха и расхода чистого кислорода. При работе контроллер 1302 может передавать сигнал управления клапану 310 управления подачей топлива для изменения массового расхода топливного газа, подаваемого в горелку 302. Для поддержания стехиометрии контроллер 1302 также вносит соответствующие изменения в расход чистого кислорода и расход воздуха для поддержания постоянного соотношения расхода воздуха и расхода чистого кислорода и постоянного соотношения расхода топливного газа и расхода чистого кислорода. Поддержание постоянного стехиометрического соотношения топливного газа, подаваемого в горелку 302, будет поддерживать уровни нагрева горелки 302 пропорционально увеличению расхода топлива, что может повысить предсказуемость реакции управления температурой на изменения регулируемых переменных 1408.
[00159] Альтернативно, в других вариантах выполнения массовый расход топливного газа и массовый расход кислорода и/или воздуха могут регулироваться независимо друг от друга, так что соотношение кислорода и/или воздуха и топливного газа может регулироваться в ответ на сигнал управления от контроллера 1302. Например, регулировка соотношения топливного газа и окислителя, подаваемых в горелку 302 на станции 202 нагрева, может использоваться для регулировки величины нагрева, выполняемого на станции 202 нагрева, и, таким образом, оказывать влияния на температуру стеклянной трубки 102. В некоторых вариантах выполнения для управления нагревом на станции 202 нагрева может регулироваться клапан 310 управления подачей топлива, а для поддержания постоянного стехиометрического соотношения топливного газа и кислорода в горелке 302 на станции 202 нагрева могут регулироваться клапан 312 управления подачей кислорода и/или клапан 314 управления подачей воздуха. Дополнительно, на станциях 202 нагрева, имеющих множество горелок 302, доля массового расхода топливного газа для каждой из горелок 302 может быть зафиксирована таким образом, что изменение массового расхода топливного газа одной горелки 302 приводит к пропорциональному изменению массового расхода топливного газа других горелок 302. В вариантах выполнения каждая из горелок 302 может независимо регулироваться контроллером 1302. В альтернативных вариантах выполнения станция 202 нагрева может включать в себя один или более лазерных нагревательных элементов, и регулируемая переменная 1408 может представлять собой выходную мощность лазера или время воздействия лазера на стеклянную трубку 102.
[00160] Коэффициент 1409 усиления может быть определен путем проведения серии испытаний на ступенчатое изменение на отдельных станциях 106 обработки (Фиг. 1). В общем испытание на ступенчатое изменение относится к процессу выполнения небольшого ступенчатого изменения одной или более регулируемых переменных 1408 и измерения переменной 1402 процесса для определения реакции переменной 1402 процесса на небольшое ступенчатое изменение регулируемой переменной 1408. Например, массовые расходы топливного газа и/или кислорода могут изменяться с очень маленькими приращениями, и с использованием тепловизионной системы 120 может быть измерена тепловая реакция преобразователя 100 на изменения массовых расходов топлива и/или кислорода. Станции 202 нагрева (Фиг. 2) преобразователей 100 стекла очень тесно связаны, поэтому испытания на ступенчатое изменение могут проводиться отдельно для каждой из станций 202 нагрева, при этом изменения массовых расходов топлива и кислорода остаются очень небольшими.
[00161] Способ 1400 управления с обратной связью, показанный на Фиг. 14, может поддерживать постоянную температуру поверхности стеклянной трубки 102, усредненную за период 2–3 полных оборотов основного барабана 108 (Фиг. 1). Настройка системы 1300 управления для поддержания постоянной температуры поверхности с помощью способа 1400 управления с обратной связью, показанного на Фиг. 14, может уменьшать или исключать влияние долгосрочных источников отклонения температуры поверхности, описанных выше.
[00162] Однако способ 1400 управления с обратной связью не может эффективно уменьшать или исключать краткосрочные отклонения, например, обусловленные отклонениями массы стекла на единицу длины стеклянной трубки 102, как описано ранее. Например, в случае преобразователя 100, имеющего N–ное количество станций 106 обработки и тепловизионную систему 120 с одним тепловизором 122, тепловизор 122 может измерять переменную 1402 процесса (т.е. температуру) одной стеклянной трубки 102 при пошаговом перемещении через N станций 106 обработки. Таким образом, корректировки регулируемых переменных 1408 на основе температуры одной стеклянной трубки 102 поддерживаются для следующих (N–1) стеклянных трубок 102 до тех пор, пока тепловизор 122 циклически не вернется обратно для повторного измерения переменных 1402 процесса. Таким образом, рабочие условия поддерживаются постоянными для (N–1) стеклянных трубок 102 между циклами тепловизора 122. В случае более крупных преобразователей 100, имеющих свыше 18 станций 106 обработки, например, 36 или более станций, управление преобразователем 100 в ответ на одно измерение переменных 1402 процесса для одной стеклянной трубки 102 из каждых N стеклянных трубок 102 может не учитывать краткосрочные отклонения процесса. Дополнительно, размеры и/или масса (N–1) стеклянных трубок 102 могут варьироваться, что может вносить больше отклонений в процесс между циклами тепловизора 122. В некоторых вариантах выполнения тепловизионная система 120 может включать в себя множество тепловизоров 122, распределенных вокруг положений держателей. Обеспечение множества тепловизоров 122 может увеличивать частоту измерения переменных 1402 процесса и может улучшать управление преобразователем 100.
[00163] Альтернативно, для учета краткосрочных отклонений, например, отклонений массы стекла на единицу длины стеклянной трубки 102, система 1300 управления (Фиг. 13) может реализовывать способ 1500 каскадного управления, например, способ, схематически показанный на Фиг. 15. В способе 1500 каскадного управления для по меньшей мере (N–1) стеклянных трубок 102 между циклами тепловизора 122 может быть измерена или обеспечена из внешнего источника вторая переменная 1516 процесса. Способ 1500 каскадного управления обеспечивает возможность компенсации краткосрочных отклонений, например, отклонений массы и/или размеров стеклянной трубки, от трубки к трубке. Таким образом, способ 1500 каскадного управления может позволять системе 1300 управления компенсировать изменения температуры в положениях держателей, в которых температура не измеряется тепловизионной системой 120. Способ 1500 каскадного управления может обеспечивать улучшенное и/или усовершенствованное управление процессом преобразователя 100 по сравнению со способом 1400 управления с обратной связью, который может основываться на измерении переменных процесса тепловизионной системой 120 только один раз за цикл прохождения тепловизора 122 через станции 106 обработки.
[00164] Обратимся к Фиг. 15, в первом контуре 1502 обратной связи измеряют первую переменную 1506 процесса преобразования и передают в контроллер 1302. Контроллер 1302 сравнивает первую переменную 1506 процесса с первым заданным значением 1508, связанным с первой переменной 1506 процесса, и вычисляет первую погрешность 1510, которая может представлять собой разность между первым заданным значением 1508 и первой переменной 1506 процесса. Затем контроллер 1302 может вычислять промежуточную регулируемую переменную (не показано) и корректировать промежуточную регулируемую переменную путем применения первого коэффициента 1514 усиления. Во втором контуре 1504 обратной связи измеряют вторую переменную 1516 процесса преобразователя 100 и передают в контроллер 1302. Контроллер 1302 сравнивает вторую переменную 1516 процесса со вторым заданным значением 1518, связанным со второй переменной 1516 процесса, и вычисляет отклонение (т.е. вторую погрешность, не показано). Затем контроллер 1302 может корректировать регулируемую переменную 1512, определенную контроллером 1302 в первом контуре 1502 обратной связи, с использованием отклонения второго коэффициента 1522 усиления для генерации регулируемой переменной 1512. Затем контроллер 1302 может передавать один или более сигналов управления, представляющих регулируемую переменную 1512, в одно или более устройств 1410 управления преобразователя 100.
[00165] В вариантах выполнения первая переменная 1506 процесса может представлять собой одну или более температур стеклянной трубки 102, измеренных тепловизионной системой 120, а вторая переменная 1516 процесса может представлять собой физический размер стеклянной трубки 102, например, диаметр, толщину или массу стекла на единицу длины стеклянной трубки 102, измеренный системой 1310 определения размеров. Температура стеклянной трубки 102 и физический размер стеклянной трубки 102 могут использоваться контроллером 1302 в способе 1500 каскадного управления для управления нагревом на одной или более станциях 202 нагрева (Фиг. A). Первый контур 1502 обратной связи, имеющий первую переменную 1506 процесса, которая представляет собой температуру стеклянной трубки 102, может позволять системе 1300 управления управлять преобразователем 100 от цикла к циклу для уменьшения или исключения влияния долгосрочных источников отклонения температуры поверхности, описанных выше. Второй контур 1504 обратной связи, имеющий вторую переменную 1516 процесса, которая представляет собой физический размер стеклянной трубки 102, может позволять системе 1300 управления управлять преобразователем 100 от стеклянной трубки к стеклянной трубке для уменьшения или исключения влияния краткосрочных источников отклонения температуры поверхности, например, отклонения размеров стеклянной трубки 102, как описано выше.
[00166] В одном или более вариантах выполнения первый контур 1502 обратной связи способа 1500 каскадного управления может быть таким же, как контур обратной связи, показанный на Фиг. 14 и ранее описанный в отношении этой фигуры. Подобным образом первая переменная 1506 процесса, первое заданное значение 1508, первый коэффициент 1514 усиления и регулируемая переменная 1512 могут быть аналогичны переменной 1402 процесса, заданному значению 1404, коэффициенту 1409 усиления и регулируемой переменной 1408, описанным выше в отношении Фиг. 14.
[00167] Вернемся к Фиг. 15, вторая переменная 1516 процесса, которая может представлять собой физическое свойство стеклянной трубки 102, может быть измерена и/или вычислена системой 1310 определения размеров (Фиг. 13). Вторая переменная 1516 процесса (например, диаметр, толщина или масса стекла на единицу длины стеклянной трубки) может сравниваться со вторым заданным значением 1518, которое может храниться в одном или более модулях 1306 памяти управления контроллера 1302. В вариантах выполнения второе заданное значение 1518 может представлять собой номинальную массу трубки на единицу длины. Второе заданное значение 1518 может периодически обновляться в модулях 1306 памяти управления на основе изменений, наблюдаемых в результате продолжающегося накопления измерений переменных процесса и рабочих условий в базе данных. Для каждой обрабатываемой стеклянной трубки 102 может быть вычислено отклонение (не показано), и регулируемая переменная 1512 может корректироваться от трубки к трубке. Отклонение может быть вычислено с использованием математической модели, связывающей массу на единицу длины стеклянной трубки 102 и температурный профиль стеклянной трубки 102. Математическая модель может включать в себя модели теплопередачи или может быть эмпирически определена на основе ретроспективных данных о температуре, сохраненных тепловизионной системой 120.
[00168] Как описано ранее, регулируемая переменная 1512 может включать в себя положение одного или более из клапана 310 управления подачей топлива (Фиг. 3A), клапана 312 управления подачей кислорода (Фиг. 3A) и/или клапана 314 управления подачей воздуха (Фиг. 3A) для одной или более станций 202 нагрева преобразователя 100.
[00169] Снова обратимся к Фиг. 13, как описано в настоящем документе, тепловизионная система 120 следует за одной стеклянной трубкой 102 в преобразователе 100, так что в фиксированном положении 138 на основном барабане 108, соответствующем тепловизионной системе 120, система 1300 управления работает в полностью каскадном режиме (т.е. в соответствии со способом 1500 каскадного управления, показанным на Фиг. 15). Однако для стеклянных трубок 102 в положениях 136 держателей, не соответствующих фиксированному положению 138 тепловизионной системы 120, система 1300 управления может работать в соответствии со способом управления с одним контуром обратной связи, при котором станции 202 нагрева регулируются на основе второй переменной 1516 процесса (Фиг. 15), которая может представлять собой физическое свойство стеклянной трубки 102 (например, диаметр, толщину или массу стекла на единицу длины стеклянной трубки 102). Потоки тепла постоянно модифицируются на основе физического свойства стеклянной трубки для положений 136 держателей между фиксированными положениями 138 тепловизионной системы 120. Как описано ранее, в одном или более вариантах выполнения к основному барабану 108 преобразователя 100 может быть присоединено более одной тепловизионной системы 120 для обеспечения измерений первой переменной 1506 процесса в двух фиксированных положениях 138 на основном барабане 108, что позволяет измерять первую переменную 1506 процесса с частотой, превышающей один раз за цикл.
[00170] Обратимся к Фиг. 16, на которой показан вариант выполнения способа 1600 управления с одним контуром обратной связи, который основан на управлении одним или более нагревательными элементами 301 (Фиг. 3A) станций 202 нагрева (Фиг. 3A) от стеклянной трубки к стеклянной трубке в ответ на изменения массы стекла на единицу длины стеклянной трубки 102, измеренные системой 1310 определения размеров. В варианте выполнения, показанном на Фиг. 16, переменная 1602 процесса может представлять собой физическое свойство стеклянной трубки 102, например, диаметр, толщину или массу стекла на единицу длины стеклянной трубки 102. Переменная 1602 процесса может сравниваться с заданным значением 1604, которое может представлять собой номинальный диаметр, номинальную толщину или номинальную массу стекла на единицу длины стеклянной трубки 102. Погрешность 1606, которая может представлять собой разность между переменной 1602 процесса и заданным значением 1604, и коэффициент 1609 усиления могут использоваться для определения регулируемой переменной 1608, которая может представлять собой положение одного или более из клапана 310 управления подачей топлива, клапана 312 управления подачей кислорода и/или клапана 314 управления подачей воздуха, которые объединяются для управления массовым расходом топлива, кислорода и/или воздуха в горелку 302 (Фиг. 3) одной или более станций 202 нагрева. Способ 1600 управления с одним контуром обратной связи, показанный на Фиг. 16, может представлять работу системы 1300 управления (Фиг. 13) в отношении стеклянных трубок 102 в положениях 136 держателей, которые не являются фиксированным положением 138, представляющим собой держатель 130, в котором расположена тепловизионная система 120. В фиксированном положении 138 система 1300 управления работает в полностью каскадном режиме, описанном выше и проиллюстрированном на Фиг. 15.
[00171] В некоторых вариантах выполнения для любого из способов управления, показанных на Фиг. 14–16, регулируемая переменная 1408, 1512 1608 может представлять собой положение клапана 344 управления подачей охлаждающей текучей среды, который управляет массовым расходом охлаждающей текучей среды 342 (Фиг. 3E), подаваемой на одну или более станций 210 охлаждения (Фиг. 3E). В этих вариантах выполнения клапан 344 управления подачей охлаждающей текучей среды (Фиг. 3E) для станции 210 охлаждения может быть коммуникативно соединен с системой 1300 управления. Дополнительно, в вариантах выполнения регулируемые переменные 1408, 1512 1608 также могут включать в себя время пошагового перемещения основного барабана 108 преобразователя 100.
[00172] В вариантах выполнения способ 1400 управления с обратной связью (Фиг. 14) или способ 1500 каскадного управления (Фиг. 15) могут использоваться для управления временем контакта формующих инструментов 324 (Фиг. 3C–3D) со стеклянной трубкой 102 на станции 204 формования (Фиг. 3C–3D). Время контакта может регулироваться в качестве регулируемой переменной 1408, 1512 в ответ на переменную 1402, 1506 процесса, например, температуру стеклянной трубки 102, измеренную с использованием тепловизионной системы 120, или физическое свойство стеклянной трубки 102, например, диаметр, толщину или массу стекла на единицу длины стеклянной трубки 102, которое может быть измерено системой 1310 определения размеров (Фиг. 13). Время контакта формующих инструментов 324 со стеклянной трубкой 102 может увеличиваться или уменьшаться в ответ на переменную 1402, 1506 процесса.
[00173] В одном или более вариантах выполнения регулируемая переменная 1408 может представлять собой время контакта. Когда измеренная температура поверхности достигает целевой температуры поверхности, контроллер 1302 может устанавливать время контакта как период времени, начинающийся, когда формующие инструменты 324 впервые вступают в контакт со стеклянной трубкой 102, и завершающийся в момент, когда измеренная температура поверхности достигает целевой температуры поверхности. Когда основной барабан 108 пошагово перемещает стеклянные трубки 102 через станцию 204 формования, контроллер 1302 поддерживает регулируемую переменную 1408, равную времени контакта, определенному контроллером 1302, до тех пор, пока тепловизионная система 120 циклически не вернется обратно в положение на станции 204 формования для повторного измерения переменной 1402 процесса. В этих вариантах выполнения время контакта может изменяться от цикла к циклу и может быть эффективным для уменьшения или исключения влияния долгосрочных источников отклонения температуры поверхности на время контакта.
[00174] В одном или более вариантах выполнения способ 1500 каскадного управления, показанный на Фиг. 15 и описанный выше в настоящем документе, может быть адаптирован для управления временем контакта формующих инструментов 324 со стеклянной трубкой 102 на основе температуры поверхности стеклянной трубки 102, а также физического свойства стеклянной трубки 102. В этих вариантах выполнения первая переменная 1506 процесса может представлять собой температуру поверхности стеклянной трубки 102, измеренную тепловизионной системой 120. Вторая переменная 1516 процесса может представлять собой массу стекла на единицу длины стеклянной трубки 102, определенную системой 1310 определения размеров. Регулируемая переменная 1512 может представлять собой время контакта. Время контакта (регулируемая переменная 1512) первоначально устанавливается для цикла на основе сравнения измеренной температуры поверхности (первая переменная 1506 процесса), обеспеченной тепловизионной системой 120, с целевой температурой поверхности (первое заданное значение 1508), хранящейся в модулях 1306 памяти управления. Затем время контакта может дополнительно корректироваться от стеклянной трубки к стеклянной трубке на основе сравнения массы стекла на единицу площади (вторая переменная 1516 процесса), измеренной системой 1310 определения размеров, с целевой массой стекла на единицу площади (второе заданное значение 1518). Реализация способа 1500 каскадного управления может дополнительно позволять системе 1300 управления уменьшать и/или исключать влияние краткосрочных источников отклонения температуры стеклянной трубки, например, отклонения размеров стеклянной трубки 102.
[00175] Исходя из вышеизложенного, следует понимать, что варианты выполнения, описанные в настоящем документе, относятся к тепловизионным системам 120 и системам 1300 управления для использования с преобразователями 100 для изготовления множества стеклянных изделий из стеклянной трубки 102. Тепловизионная система 120 и системы 1300 управления, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы для замены или минимизации зависимости существующих преобразователей от опыта оператора и уровня техники точной настройки температурных условий в преобразователе 100 стеклянных трубок. Тепловизионная система 120 и системы 1300 управления преобразователей могут минимизировать требования к опыту и сокращать кривую обучения новых производителей для достижения высокого качества и стабильного производства. Тепловизионная система 120 и системы 1300 управления также могут обеспечивать более быстрый процесс настройки для изготовления новых изделий или добавления других стеклянных композиций. Система 1300 управления также может позволить производителям максимизировать выход продукции и производительность преобразователя 100.
[00176] Настоящее изобретение может быть воплощено в аппаратном обеспечении и/или в программном обеспечении (включая аппаратно–программное обеспечение, резидентное программное обеспечение, микрокод и т.д.). Тепловизионная система 120 и/или система 1300 управления могут включать в себя по меньшей мере один процессор и машиночитаемый носитель (т.е. модуль памяти), описанные выше в настоящем документе. Используемый компьютером или машиночитаемый носитель или модуль памяти может представлять собой любой носитель, который может содержать, хранить, передавать, распространять или переносить программу для использования посредством или в сочетании с системой, аппаратом или устройством выполнения инструкций.
[00177] Используемый компьютером или машиночитаемый носитель или модуль памяти может представлять собой, например, без ограничения электронную, магнитную, оптическую, электромагнитную, инфракрасную или полупроводниковую систему, аппарат, устройство или среду распространения. Более конкретные примеры (неисчерпывающий список) машиночитаемого носителя включают в себя следующее: электрическое соединение с одним или более проводами, портативная компьютерная дискета, оперативное запоминающее устройство (RAM), постоянное запоминающее устройство (ROM), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EPROM или флэш–память), оптоволокно и портативное постоянное запоминающее устройство на компакт–дисках (CD–ROM). Следует отметить, что используемый компьютером или машиночитаемый носитель может представлять собой даже бумагу или другой подходящий носитель, на котором напечатана программа, поскольку программа может быть захвачена электронным образом, например, путем оптического сканирования бумаги или другого носителя, затем скомпилирована, интерпретирована или обработана иным подходящим образом, если это необходимо, и затем сохранена в памяти компьютера.
[00178] Компьютерный программный код для выполнения операций настоящего изобретения может быть написан на высокоуровневом языке программирования, например, C или C++, для удобства разработки. В дополнение, компьютерный программный код для выполнения операций настоящего изобретения также может быть написан на других языках программирования, например, без ограничения на интерпретируемых языках. Некоторые модули или процедуры могут быть написаны на языке ассемблера или даже в микрокоде для улучшения производительности и/или использования памяти. Однако варианты выполнения программного обеспечения в настоящем изобретении не зависят от реализации на конкретном языке программирования. Также следует понимать, что функциональность любого или всех программных модулей также может быть реализована с использованием дискретных аппаратных компонентов, одной или более интегральных схем специального назначения (ASIC) или запрограммированного цифрового сигнального процессора или микроконтроллера.
[00179] Хотя в настоящем документе описаны различные варианты выполнения тепловизионных систем 120 и технологий использования тепловизионных систем 120 для изучения, запуска, оптимизации и управления преобразователями 100 стеклянных трубок, следует понимать, что предполагается, что каждый из этих вариантов выполнения и технологий может использоваться отдельно или в сочетании с одним или более вариантами выполнения и технологиями.
[00180] Специалисту в данной области будет понятно, что в вариантах выполнения, описанных в настоящем документе, могут быть выполнены различные модификации и изменения без отклонения от замысла и объема заявленного объекта. Таким образом, предполагается, что описание охватывает модификации и изменения различных вариантов выполнения, описанных в настоящем документе, при условии, что такие модификации и изменения находятся в пределах объема приложенной формулы изобретения и ее эквивалентов.