Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПОЛИМЕРНОГО МАТЕРИАЛА(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Лин Дмитрий Григорьевич Мышковец Виктор Николаевич Максименко Александр Васильевич Баевич Георгий Александрович Усов Петр Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1. Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер, включающий расположенные по ходу лазерного излучения оптико-механическое устройство, включающее корпус с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, состоящей из трубчатого корпуса и установленного в нем фокусирующего элемента, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы,устройство выдува, электронную систему управления, отличающаяся тем, что снабжена транспортирующим механизмом с вертикальными держателями преформ, оптической системой для формирования кольцевого пучка, размещенной по ходу лазерного излучения и оптически связанной с поворотным зеркалом и фокусирующим элементом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде кольцевого конического зеркала с осевым отверстием, диаметр которого больше наружного диаметра обрабатываемой преформы, и закреплен на выходном конце внутри трубчатого корпуса фокусирующей системы. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве технологического лазера используют СО 2-лазер непрерывного действия, или полупроводниковый лазер, или лазер на 103582014.10.30 твердых кристаллах, генерирующий излучение с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапазона и выполненный с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что оптическая система для формирования кольцевого пучка выполнена в виде последовательно расположенных по ходу луча лазера отрицательной линзы, первой конической линзы, положительной линзы и второй конической линзы, при этом первая коническая линза установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси между отрицательной и положительной линзами. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что для одновременного нагрева двух и более преформ оптико-механическое устройство снабжено дополнительными поворотными зеркалами, дополнительными фокусирующими системами, равными количеству одновременно нагреваемых дополнительных преформ, а также механизмом вертикального перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы, при этом дополнительные поворотные зеркала выполнены с возможностью разделения и направления кольцевого пучка лазерного излучения в дополнительные фокусирующие системы и размещены в корпусе по ходу лазерного излучения между оптической системой и поворотным зеркалом. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм вертикального перемещения каждой фокусирующей системы выполнен в виде винтовой пары с шаговым электроприводом, связанным с электронной системой управления.(56) 1. Патент РФ 2454327, МПК 7 2949/28, 2012 2. Патент РФ на полезную модель 21757, МПК 7 В 29 Д 22/00, МПК 729 49/28, 2002 3. Патент РБ на полезную модель 9676, МПК 29 49/02, 2013 (прототип). Полезная модель относится к оборудованию для изготовления полых изделий из полимерного материала, в частности тары, такой как банки, бутылки, из предварительно изготовленных преформ. Преформа - это полая пальцеобразная заготовка для изготовления бутылок или банок из полиэтилентерефталата или других полимерных материалов методом формования раздуванием. Оборудование для производства полимерных изделий из преформ включает в себя две основные составляющие устройство нагрева, предназначенное для придания материалу пластичности, достаточной для формования из них изделий, и устройство выдува, предназначенное для превращения термопластических преформ методом раздува с вытяжкой или без вытяжки преформы в готовое изделие, в частности банки, бутылки. Известна установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая устройство нагрева, устройство выдува, транспортирующий механизм с держателями преформ, электронную систему управления 1. Известна также установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая устройство нагрева, устройство выдува, транспортирующий механизм с вертикальными держателями преформ, электронную систему управления 2. В известных установках для изготовления полых изделий преформы последовательно проходят в устройстве нагрева через ряд нагревательных блоков, экранирующих и охлаждающих элементов. Общими недостатками известных установок для изготовления полых изделий из полимерных материалов являются 103582014.10.30 сложность достижения оптимальной температуры по длине преформы, поскольку в зависимости от формы готового изделия различные зоны преформы должны иметь разную температуру нагрева для получения качественного изделия в процессе выдува,большие энергозатраты на разогрев печи перед началом эксплуатации и нагрев преформ,сложность конструкции, настройки и эксплуатации. Наиболее близкой по технической сущности является установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер для нагрева преформы, включающий расположенные по ходу лазерного излучения оптико-механическое устройство, содержащее корпус с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, состоящей из трубчатого корпуса и установленного в нем фокусирующего элемента,механизм вертикального перемещения фокусирующей системы, устройство выдува, электронную систему управления 3. Известной установкой сложно изготавливать изделия удлиненной формы, так как в нем не предусмотрено растягивание в осевом направлении ставшей пластичной преформы. В известной установке изделие удлиненной формы получают выдуванием, что связано с большими технологическими трудностями, так как необходимо существенное увеличение давления при выдувании изделия, требующее специального более энергоемкого оборудования, и не гарантирует формование качественного изделия. Кроме этого известная установка не позволяет формировать пучки кольцевого сечения различного диаметра и, как следствие, не позволяет нагревать преформы различного диаметра. Все эти недостатки приводят к повышению энергозатрат, снижают качество изделия и технологические возможности. Технической задачей предлагаемой полезной модели является усовершенствование установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, обеспечивающей снижение энергозатрат, повышение качества и расширение технологических возможностей. Технический результат, достигаемый заявляемой установкой, заключается в обеспечении заданного нагрева преформ разных видов и диаметров с различными значениями температур в различных точках, получение полых изделий удлиненной формы. Заявляемый технический результат достигается тем, что установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, содержащая технологический лазер, включающий расположенные по ходу лазерного излучения оптико-механическое устройство,включающее корпус с поворотным зеркалом и фокусирующей системой, состоящей из трубчатого корпуса и установленного в нем фокусирующего элемента, механизм вертикального перемещения фокусирующей системы, устройство выдува, электронную систему управления, согласно полезной модели, снабжена транспортирующим механизмом с вертикальными держателями преформ, оптической системой для формирования кольцевого пучка, размещенной по ходу лазерного излучения и оптически связанной с поворотным зеркалом и фокусирующим элементом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде кольцевого конического зеркала с осевым отверстием, диаметр которого больше наружного диаметра обрабатываемой преформы, и закреплен на выходном конце внутри трубчатого корпуса фокусирующей системы. Кроме того, в качестве технологического лазера используют 2-лазер непрерывного действия, или полупроводниковый лазер, или лазер на твердых кристаллах, генерирующий излучение с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапазона и выполненный с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы. Кроме того, оптическая система для формирования кольцевого пучка выполнена в виде последовательно расположенных по ходу луча лазера отрицательной линзы, первой конической линзы, положительной линзы и второй конической линзы, при этом первая 3 103582014.10.30 коническая линза установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси между отрицательной и положительной линзами. Кроме того, для одновременного нагрева двух и более преформ оптико-механическое устройство снабжено дополнительными поворотными зеркалами, дополнительными фокусирующими системами, равными количеству одновременно нагреваемых дополнительных преформ, а также механизмом вертикального перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы, при этом дополнительные поворотные зеркала выполнены с возможностью разделения и направления кольцевого пучка лазерного излучения в дополнительные фокусирующие системы и размещены в корпусе по ходу лазерного излучения между оптической системой и поворотным зеркалом. Кроме того, механизм вертикального перемещения каждой фокусирующей системы выполнен в виде винтовой пары с шаговым электроприводом, связанным с электронной системой управления. Сопоставление заявляемого технического решения с известными из уровня техники техническими решениями показывает, что новыми существенными признаками установки являются транспортирующий механизм с вертикальными держателями преформ,оптическая система для формирования кольцевого пучка, которая размещена по ходу лазерного излучения и оптически связана с поворотным зеркалом и фокусирующим элементом,при этом фокусирующий элемент выполнен в виде кольцевого конического зеркала с осевым отверстием, диаметр которого больше диаметра преформы, и закреплен на выходном конце внутри трубчатого корпуса фокусирующей системы. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой установки и достигаемым техническим результатом заключается в следующем. Снабжение установки транспортирующим механизмом с вертикальными держателями преформ позволяет подавать преформы в зону нагрева соосно фокусирующего объектива и осуществлять равномерный кольцевой нагрев преформ, что повышает качество изделия. Формирование оптической системой, размещенной по ходу лазерного излучения и оптически связанной с поворотным зеркалом и фокусирующим элементом, кольцевого пучка обеспечивает возможность обработки преформ различных размеров и форм, что, в свою очередь, расширяет технологические возможности. Выполнение фокусирующего элемента в виде кольцевого конического зеркала с осевым отверстием, диаметр которого больше диаметра преформы, и закрепление его на выходном конце внутри трубчатого корпуса позволяет нагревать преформы различного диаметра до оптимального температурного профиля, что повышает качество изделий и расширяет технологические возможности. Использование в качестве технологического лазера 2-лазера непрерывного действия, или полупроводникового лазера, или лазера на твердых кристаллах, генерирующего излучение с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапазона и выполненного с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения, прилагаемой к различным участкам преформы, обеспечивает эффективное поглощение лазерного излучения преформой и заданный многозонный ее нагрев, что повышает интенсивность нагрева и качество. Выполнение оптической системы для формирования кольцевого пучка в виде последовательно расположенных по ходу луча лазера отрицательной линзы, первой конической линзы, положительной линзы и второй конической линзы и установка первой конической линзы с возможностью перемещения вдоль оптической оси между отрицательной и положительной линзами позволяет изменять диаметр пучка кольцевого сечения, что, в свою очередь, повышает интенсивность нагрева и расширяет технологические возможности установки. 4 103582014.10.30 Снабжение оптико-механического устройства дополнительными поворотными зеркалами, дополнительными фокусирующими системами, равными количеству одновременно нагреваемых дополнительных преформ, а также механизмом вертикального перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы, выполнение дополнительных поворотных зеркал с возможностью разделения и направления кольцевого пучка лазерного излучения в дополнительные фокусирующие системы и размещение их в корпусе по ходу лазерного излучения между оптической системой и поворотным зеркалом обеспечивает одновременный нагрев двух и более преформ, что повышает производительность и расширяет технологические возможности. Выполнение механизма вертикального перемещения каждой фокусирующей системы в виде винтовой пары с шаговым электроприводом, связанным с электронной системой управления, позволяет по заданной программе перемещать фокусирующую систему вдоль оси преформы и нагревать преформы различного диаметра до оптимального температурного профиля, что повышает качество изделий и расширяет технологические возможности. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявляемой установки для изготовления полого изделия из полимерного материала, отсутствуют. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности новизна. Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами, на которых представлены фиг. 1 - установка для изготовления полого изделия из полимерного материала, общий вид фиг. 2 - установка для одновременного изготовления двух полых изделий, общий вид. Установка для изготовления полого изделия из полимерного материала (фиг. 1) содержит технологический лазер 1, устройство выдува 2, транспортирующий механизм 3 с вертикальными держателями 4, электронную систему управления (на фигурах не показана). Транспортирующий механизм 3 может быть выполнен или в виде поворотного диска с радиально размещенными держателями 4, или в виде конвейера и связан с электронной системой управления (не показана). Электронная система управления состоит из блока управления и управляющего компьютера (на фигурах не показаны). Технологический лазер 1 включает в себя расположенные по ходу лазерного излучения оптическую систему 5 для формирования кольцевого пучка с заданным диаметром,оптико-механическое устройство 6, содержащее корпус 7 с поворотным зеркалом 8 и фокусирующей системой 9. Фокусирующая система 9 состоит из трубчатого корпуса 10 и установленного в нем фокусирующего элемента 11, выполненного в виде кольцевого конического зеркала, в котором выполнено осевое отверстие, диаметр которого больше наружного диаметра обрабатываемой преформы. Оптическая система 5 размещена по ходу лазерного излучения и оптически связана с поворотным зеркалом 8 и фокусирующим элементом 11. Перемещения фокусирующей системы 9 осуществляют механизмом 12 вертикального перемещения. Технологический лазер выполнен в виде 2-лазера непрерывного действия, или полупроводникового лазера, или лазера на твердых кристаллах, генерирующего излучение с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапазона и выполненного с возможностью управления уровнем плотности мощности лазерного излучения,прилагаемой к различным участкам преформы. Оптическая система 5 для формирования кольцевого пучка с заданной формой в поперечном сечении выполнена в виде последовательно расположенных по ходу луча лазера 5 103582014.10.30 отрицательной линзы 13, первой конической линзы 14, положительной линзы 15 и второй конической линзы 16. Первая коническая линза 14 установлена с возможностью перемещения вдоль оптической оси между линзами 13 и 15. Для одновременного нагрева двух и более преформ (фиг. 2) оптико-механическое устройство 6 снабжено дополнительными поворотными зеркалами 17, дополнительными фокусирующими системами 9, равными количеству одновременно нагреваемых дополнительных преформ, а также механизмом 12 вертикального перемещения каждой дополнительной фокусирующей системы 9. Дополнительные поворотные зеркала 17 выполнены с возможностью разделения и направления пучка лазерного излучения с необходимой формой в поперечном сечении в фокусирующие системы 9 и размещены в корпусе 7 по ходу лазерного излучения между оптической системой 5 и поворотным зеркалом 8. Механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 9 выполнен в виде винтовой пары 18 с шаговым электроприводом 19, связанным с электронной системой управления. Лазер 1 и механизм 12 вертикального перемещения фокусирующей системы 9 связаны посредством блока управления с управляющим компьютером (не показаны). Установка может быть снабжена системой наблюдения 20 за процессом обработки,выполненной или в виде моно- или бинокулярного микроскопа, или в виде видеокамеры,и установлена в корпусе оптико-механического устройства 6 соосно фокусирующей системе 9. Видеокамера подключена в систему управления с возможностью отображения на мониторе компьютера (не показан) размеров пучка кольцевой формы и наблюдения за процессом нагрева преформы. Установка также может быть снабжена пирометром 21, подключенным в электронную систему управления с возможностью текстово-цифрового или графического отображения температуры нагрева преформы на мониторе компьютера (не показан). Обрабатываемая преформа обозначена цифрой 22. Установка для изготовления полых изделий из полимерных материалов работает следующим образом. Размещают преформу 22 на держателе 4, транспортирующий механизм 3 подает ее в зону нагрева соосно фокусирующего объектива 9. Включают лазер 1. Лазер 1 генерирует цилиндрический пучок со сплошным круговым сечением с длиной волны средней и дальней инфракрасной области оптического диапазона. В результате излучения лазером 1 инфракрасной энергии на этих длинах волн лазерное излучение активно поглощается телом преформы, что приводит к нагреву преформы по всей толщине ее стенок. Цилиндрический пучок проходит через отрицательную линзу 13, первую коническую линзу 14, за счет преломления на конической поверхности которой перераспределяется в конический пучок, и далее положительную линзу 15. Затем этот пучок направляется на вторую коническую линзу 16, у которой угол при основании выбран таким образом, чтобы после преломления на второй конической линзе 16 он распространялся параллельно оптической оси оптической системы 5. Перемещают первую коническую линзу 14 вдоль оптической оси между отрицательной линзой 13 и положительной линзой 15, при этом формируется кольцевой пучок с заданным диаметром обрабатываемой преформы 22. Оптическая система 5 расширяет пучок лазера до требуемого размера, преобразует в параллельный кольцевой пучок, который зеркало 8 поворачивает на 90 и направляет на кольцевое коническое зеркало 11 фокусирующей системы 9. Коническое зеркало 11 преобразует пучок лазерного излучения кольцевого сечения в пучок кольцевой формы и фокусирует его на заданный участок преформы 22. 103582014.10.30 Механизм 12 перемещает фокусирующую систему 9 в начальную точку нагрева преформы 22, и пучок кольцевой формы лазерного излучения нагревает ее исходный участок. Затем механизмом 12 перемещают фокусирующую систему 9 снаружи и соосно преформы 22, задавая плотность мощности лазерного излучения, нагревают участки преформы 22 до оптимальных температур. Наблюдают за процессом нагрева преформы 22 или на мониторе компьютера (не показан), или через окуляры микроскопа. После нагрева преформы 22 лазерное излучение отключают, механизм 12 возвращает фокусирующую систему 9 в исходное положение. После достижения преформой 22 заданной температуры, фиксируемой пирометром 21, подают нагретые преформы 22 в устройство выдува 2 (фиг. 1 и 2), в котором производят формование изделия. Затем пресс-форму (не обозначена) устройства выдува 2 открывают и извлекают готовое изделие. При нагреве двух и более преформ 22 (фиг. 2), оптическая система 5 расширяет пучок лазера 1 до требуемого размера и преобразует в параллельный кольцевой пучок, дополнительные поворотные зеркала 17 разделяют его на несколько потоков лазерного излучения,равных количеству одновременно нагреваемых дополнительных преформ 22. Одновременно дополнительные зеркала 17 поворачивают их на 90 и направляют в свои фокусирующие системы 9 на соответствующие конические зеркала 11. Далее конические зеркала 11 преобразуют каждый пучок лазерного излучения кольцевого сечения в пучок кольцевой формы и фокусируют на заданный наружный участок соответствующей преформы 22, осуществляют нагрев участков преформ 22 аналогично нагреву одиночной преформы 22. Применение заявляемой установки для изготовления полых изделий из полимерного материала позволяет снизить энергозатраты, повысить качество и расширить технологические возможности. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7