配合成分の微量計量

配合成分の微量計量 ゴムの配合用に設置された最初の遠隔操作自動計量システムは、1955 年頃に行われました。この計量装置は、ダイヤル スピンドルに取り付けられたポテンショメータ アセンブリと電気を作動させる簡単なホイートストン ブリッジ回路を備えたダイヤル インジケータに接続された機械式スケール レバーで構成されていました。材料供給制御用のメカニカルリレー。 その最初のシステムとそれに続くいくつかのシステムには、カーボンブラックとオイルの供給と計量の自動化が含まれ、ポリマーストックは機械/ダイヤルスケールに取り付けられたベルトコンベアに手動でロードされました. 秤量とミキサーの充電サイクルの順序付けの制御は、システムの変数パラメーターを制御するための調整可能なワイパー接点を備えたモーター駆動のシリンダーによって行われました。

当初、マイクロ成分を自動化する試みは行われませんでした。 この記事では、マイクロ原料自動化の分野で行われた多くの試み (学習経験と見なす必要があります) で遭遇した問題を取り上げ、これらの問題に対する最適なソリューションを提供する利用可能な最新の機器の説明で締めくくります。 用語の定義 自動計量について議論するときはいつでも、定義しないと混乱を招く可能性のある用語が使用されます。

* 精度。 このプレゼンテーションでは、精度とは、プロセスに導入される材料の実際の量を意味します。 バッチ全体の完全性は、バッチ内の各成分の実際の量に依存するため、計量システムの他のすべての変数を調整または制御して、実際の量が実験室で調合された量にできるだけ近くなるようにする必要があります。

* 解像度。 この用語は、システム内の重量センサー/トランスデューサー要素を参照して使用され、表示および制御に使用するために重量信号が生成できる最小の使用可能な増分を定義します。 * Repeatability。

精度係数を制御下に置く自動化システムを提供できることは 1 つのことですが、成功したシステムは、ほぼ常に精度が存在する場合にのみ許容されます。 システムが精度目標を一貫して達成する能力は、再現性と呼ばれます。 * ネット計量。

これは、1 つまたは複数の材料が負荷センサー/トランスデューサー アセンブリに取り付けられたホッパーに供給され、個々の材料の計量の間にシステムの自動再ゼロ調整が行われる場合のバッチ計量で使用されます。 この技術は、減量または引き算による減量とは対照的です。これについては、後で詳しく説明します。 微量成分自動化の独自の試み 数種類のカーボンブラックをスクリューフィーダーで供給し、ダウンスパウトを介してミキサーの背面に接続された共通の計量ホッパーで自動計量に成功したため、微量成分計量の最初の試みでは、より小さなバージョンのその同じ概念。

唯一の違いは、物理的なレイアウトの制約により、注ぎ口がミキサーの側面に入ったということでした。 この正味計量技術を使用すると、扱うことができる材料の数が限られていること、硫黄や酸化亜鉛などの材料の一部が計量ホッパーやダウンスパウトの側面に付着しているという事実など、いくつかの深刻な問題がすぐに明らかになりました。 1 つの部品の解像度の限界: 1,000 という最小の精度につながること、振動が機械販売機器に及ぼす影響、さらにミキサーごとにこれらのシステムを 1 つ持つ費用がかかることから、これはマイクロ プロセスを自動化する実行可能な方法ではないという明白な結論に至りました。成分計量。 これらの初期の自動化の試みから、精度、マテリアルハンドリング、およびコストのカテゴリで問題が注目され始めました。

ロード セル技術の導入 システムの計測面での大きな改善の 1 つは、機械的なレバーとダイヤルの代わりに電子ひずみゲージ ロード セルを導入することで利用できるようになりました。 これにより、1 つの部品の分解能が 5,000 になり、振動制御を向上させるために電子ダンピングとフィルタリングを提供する能力が得られました。 この新技術は、解決すべき焦点ターゲットの問題領域の 1 つである精度の領域で、いくつかの「量子ジャンプ」を提供しました。

ロード セル計装は、アナログからデジタルへ、およびデジタルからアナログへのデバイスを使用することで、フォーミュラ入力制御の分野でも新しい可能性を切り開きました。 デジタル サムホイールとパンチ カードがフォーミュラ コントロールに受け入れられるモードになり、データ記録が現実のものになりました。 しかし、マイクロ原料の自動化の他の 2 つの問題領域、つまりマテリアル ハンドリングの側面と総システム コストは、この機器のアップグレードでは解決されませんでした。

マテリアルハンドリングの問題を解決する試み バッグの製造に使用できる低メルトインデックスシート材料の開発に伴い、マイクロ成分をこのタイプのバッグに入れ、バッグ全体をミキサーに入れると、多くの材料が不要になるというアイデアが生まれました。一般的な計量ホッパーのコンセプトで最初に経験した固着の問題が最初に試みられました。 これにより、中央の場所でバッグに充填することで、1 つのシステムで複数のミキサー ラインに対応できるようになり、自動化システムのコストを正当化できることがわかりました。 しかし、これにより、袋を満たす最善の方法についての課題が残りました。

マスターバッチプレブレンドの調製は、単一の充填スパウトを通してバッグを充填するために使用される単一のスケールに輸送されるプレブレンドされたバッチで試みられました。 充填口に立ち、空袋を置いて充填袋を封緘する作業者が元々使用されていた。 次のステップは、オペレーターを自動バッグ処理システムに置き換える試みでした。

ひとつは袋をタブでつないで箱から扇形に引き出すタイプで、次の試みはロールからチューブ素材を取り出し、袋を成形して封印する成形・充填・封印方式です。プレブレンドを充填し、密閉して次のバッグの底を形成します。 バッグの取り扱いの観点から、これらの機械は非常にうまく機能しました。 しかし、マテリアルハンドリングの古い問題が再び頭をよぎりました。

プレブレンドされたバッチは、プレブレンダーから出てきたときに完全に均一ではなく、ブレンダーから充填ステーションにバッチを輸送するときに分離が発生し、その結果、材料の比率の正確さを保証する方法がありませんでした.袋に入れられたもの。 これらの自動袋処理機の充填口の上に正味重量計を使用しても、計量ホッパーと袋の口に付着する混合材料の材料処理の問題は解消されませんでした。 減量管理 ローメルトバッグの導入と自動バッグハンドリングとほぼ同時期に、減量と呼ばれる新しい計量コンセプトが開発されました。

この用語はご存知かと思いますが、簡単に言うと、計量ホッパーとフィーダー アセンブリが台はかり台に取り付けられ、計量ホッパーが頭上の供給ビンから充填され、テアアウト (総荷重の再ゼロ調整) 後に行われることを意味します。 ）、フィーダーが実行されて、必要なバッチ量の計量（または減算による計量）が行われます。 このタイプの重量制御の主な利点は、計量後に材料がくっつく可能性のある計量ホッパーや接触面がないため、処理される材料の計量精度が大幅に向上することです。 しかし、自動バッグ処理システムを備えた 1 つの充填口を持つという問題は、前述の分離と不均一なブレンドの問題を解消するものではありませんでした。

このソリューションが行ったことは、より正確な量の不明な量のブレンドをバッグに入れることだけでした. 減量給餌の開発のこの時点では、まだいくつかの欠点がありました。その 1 つは、計量する実際の原料の量に関連するホッパーとフィーダー装置の活荷重に対する死荷重の比率が非常に大きいことです。 これには、任意のバッチに必要な最大重量に近い容量のロード セルを使用できるように、機械装置を介してこの死荷重を相殺する何らかの方法を開発する必要がありました。

しかしこの時までに、ロード セル技術と計測器は 1:10,000 の分解能が利用できるようになり、技術の傾向はより高い精度を提供する方向に進んでいました。 減量制御を使用することのもう 1 つの欠点は、各成分が独自の供給ビン、補充フィーダー、および計量システムを必要とするという事実でした。これにより、複数の成分システムの価格設定が、コストを正当化するのが困難なポイントにまで押し上げられました。 自動化されたシステムの精度係数は正しい方向に向かっていましたが、利用可能なフィーダー/スケールの組み合わせで使用される一部の化学薬品の要求は、これらのシステムがすべての要件を満たすことができるレベルにまだ達していないほどのものでした.満足すること。

使用されるほとんどの材料のマテリアルハンドリング特性のために、オーガータイプのフィーダーが必要です。 2 速駆動制御を使用する従来型のフィーダーでは、ターンダウン比 (速い送り速度と遅い送り速度) は約 50:1 にすぎません。また、滴下速度でフィーダーの速度は遅くなりましたが、容積測定スループットは変化せず、計量の最後に大量の材料を考慮する必要があります。 確かに、この要因は正味計量ほど減量管理では重要ではありませんが、供給中の計量システムの慣性と計量完了時の材料の流れの遮断を考慮すると、依然として重要な要因です。

トランスデューサとフィーダの「現在」の世代 これまでに説明したことはすべて、現在利用可能な機器に至るまでの背景情報でした。これは、これまで完全なソリューションを回避してきた精度、マテリアルハンドリング、コストなどのすべての課題に対応する能力を備えています。 . まず、使用されている変換器について考えてみましょう。 振動ワイヤまたはひずみゲージのタイプは、分解能の 1:10,000 部品範囲にまだ限界があり、はるかに高い分解能能力を持つジャイロベースのトランスデューサが利用可能ですが、動的計量アプリケーションに実装することは非常に困難です。

これが、磁力復元型と呼ばれる変換器になりました。 このデバイスは、ゼロ バランス ポイントで開始し、負荷が適用されると、トランスデューサ コイルをそのゼロ ポイントに戻すために必要な電流を非常に正確に測定できるため、使用可能な解像度と 1:120,000 の表示能力を持つ重量センサーが得られます。 このタイプのトランスデューサは現在入手可能で、サイズが 600 x 750 mm (23.

たとえば、6 インチ x 29.5 インチ)。これは、ホッパー/フィーダー アセンブリを取り付けるのに十分な大きさであり、2 グラム単位で読み取ることができる 240 キログラム (529.2 ポンド) の容量の減量スケールになります。 (。

004ポンドまたは.064オンス)。 さらに、このスケール プラットフォームに組み込まれたたわみ設計により、このスケールに最大 65 キログラム (143 ポンド) の荷重を事前に負荷して、実際の負荷を損なうことなくホッパーとフィーダー アセンブリの「死荷重」を相殺することができます。前述の容量と読みやすさ。

この新しい技術により、このスケール プラットフォームからの重量信号は、ほぼすべてのマイクロプロセッサまたはマイクロ コンピュータ タイプのデバイスとインターフェースするための RS232 形式に簡単に変換できます。 ただし、この新しいレベルの重量センサー/トランスデューサー機能を利用するには、以前に利用可能だったものよりもはるかに高いターンダウン比を持つ新しいフィーダー設計を使用する必要があります。 オーガータイプの供給は依然として必要であるため（処理する食材の取り扱い特性のため）、2つの異なる直径のオーガーを使用した2速ドライブ制御の使用が答えです。

供給サイクルの大部分で両方のオーガーを高い供給速度で動かし、次に小径のオーガーのみをドリブル供給サイクルではるかに低い速度で動かすと、ターンダウン比が 500:1 に近づき、前述のカットオフ点としての送り速度の問題。 経験的に、適切なサイズとタイプのフィーダーが適切なサイズのスケールプラットフォームに取り付けられている場合、計量の精度は分解能のプラスまたはマイナス 3 分割以下であることがわかっています。 この入力から、最大 10 kg の範囲の精度を期待できないことがわかります。

(22.05 ポンド) プラスまたはマイナス 6 グラム。

(.01ポンド)。

マテリアルハンドリングの問題が解決され、正確な機能が利用可能になり、今日のコンパウンド要件を満たすことができるようになりました。また、適切な量の適切な材料がコンパウンドに取り込まれることを保証する最良の方法として低融点バッグを使用することに基づいて、残っているのは唯一のものです。袋を満たす最良の方法です。 図 1 は、現在の技術をすべて組み込んだ最適なシステムを示しています。 減量ステーションは 3 つしか示されていませんが、必要なだけ長くできるコンテナ コンベヤの両側に沿って一列に配置されているため、無制限の数のステーションが可能です。

各スケール プラットフォームはポータブル スタンドに取り付けられているため、必要に応じて配置できます。また、必要に応じて、式の変化に応じて異なる容量ユニットを所定の位置に移動できます。 さらに、各スケール プラットフォームには逆 V トラックがあり、各ホッパー/フィーダー アセンブリの下には V 溝付きホイールがあり、任意のホッパー/フィーダーを任意のスケール ステーションに配置できます。 この配置により、最小数のはかりを使用することができ (ここでコストが削減されます)、多数のホッパー/フィーダー アセンブリを便利な場所に保管し、必要に応じて配置することができます。

特定の材料専用のホッパー/フィーダーを維持することで、クリーニングの時間を節約し、1 つのホッパー/フィーダー ユニットを複数の材料に使用する場合の汚染の可能性を排除します。 所定の位置に車輪で運ばれたフィーダの排出ノズルの下には、空袋が置かれる等間隔のコンテナからなるコンベヤ アセンブリがあります。 減量フィーダ アセンブリの間隔は、これらのコンテナの中心線と一致します。コンベヤは、一度に 1 つずつ自動的に割り出されるように制御されます。

割り出しサイクルが完了すると、各はかりが必要な量を直接バッグに計量し、式はシステム全体を実行するマイクロ コンピューターのメモリに保持されます。 スケールプラットフォームの数は、これまでに配合された材料の最大数に等しく、ポータブルホッパー/フィーダーユニットは、これまでに使用された材料の総数に等しいため、これらのアセンブリを適切な位置に移動することで、無制限の柔軟性と材料の組み合わせが得られます。 このタイプのマイクロ成分計量システムでは、1 人のオペレーターがこのコンテナー搬送アセンブリの端に立ち、目の前に配置されたコンテナーに空の袋を配置し、到着時に充填された袋を取り出し、ヒート シールします。それらをパレットまたはトート型のコンテナに入れ、ミキサー ステーションに配送します。

参照図面には示されていませんが、各スケール ステーションのフィーダー排出位置に粉塵の「ピックアップ」ポイントを配置することにより、粉塵制御がシステムに組み込まれています。 もちろん、今日のデジタル技術では、バッグ充填ラインで発生したことはすべて記録できます。また、さらなる安全対策として、頑丈な産業用近接スイッチ識別を提供できるため、必要な材料がない限りシステムは動作しません。フォーミュラは、実際にはスケールプラットフォーム上の位置にあります. 適切な量​​の材料が各ミキサー バッチに導入されたことの最終チェックとして、充填されたバッグをミキサー入口ホッパーの側面にある自動バッグ インデックス コンベヤーに配置し、スケール プラットフォームを排出口に配置することができます。ミキサーホッパーに排出される直前に、そのコンベヤーの端にバッグの重量をキャッチして重量をチェックします。

このタイプのインデクシング コンベア配置により、オペレーターはミキサー サイクルの正確な時間にミキサーにいる必要がなくなり、複雑なコンパウンドに必要な場合は、ミキサー コントローラーがサイクルのいくつかのポイントでバッグ コンベアをインデックスできます。 結論 今日、現在のマテリアル ハンドリング、重量センシング、およびバッグ ハンドリング技術を適切に適用することで、ゴム配合用の微量成分計量の厳しい要件を満たすことが可能になりました。